導波管と同軸ケーブルを性能で選ぶには、使える帯域、経路全体の損失、連続・ピーク電力を同じ条件で比較します。ここでは仕様表から損失予算を作る方法を示します。構造とモードの基礎を先に確認したい場合は、導波管と同軸の基礎比較を参照してください。
1．帯域の合格条件を先に決める
中心周波数だけでなく帯域端、温度、許容反射を決めます。「同軸は18 GHzまで、導波管は30 GHz以上」といった区切りは使えません。実際の保証帯域は線路だけでなくコネクター、変換器、窓などにも制約されます。
導波管では目的モードの遮断と高次モードを確認します。同軸でもコネクターと線路寸法に応じた高周波限界があります。保証帯域外の損失を、帯域内の1点から直線的に外挿しないでください。
WR-90の内寸は22.86 × 10.16 mm、TE10遮断は約6.56 GHz、一般的な推奨帯域は8.2～12.4 GHzです。この例だけでも導波管が30 GHz未満で使われることが分かります。
2．損失は品種・周波数・長さで比べる
導波管には壁面の導体損失があり、同軸には導体損失と誘電体などによる損失があります。空気充填の導波管では固体誘電体による損失を避けられますが、損失がゼロになるわけではありません。
導波管が低損失に有利な用途は多いものの、「同軸は必ず0.5 dB/m、導波管は必ず0.1 dB/m以下」という比較はできません。太さ、材質、表面状態、温度、曲がり、周波数をそろえて製品データを比較します。
低反射の一次見積もりでは、Ltotal = αℓ + ΣLpartsとします。αはdB/m、ℓはm、部品損失はdBです。大きな反射がある場合は単純和だけでなくSパラメータのカスケード解析が必要です。
| 経路 | 線路 | 接続部品の合計 | 総損失 |
|---|---|---|---|
| 候補A | 0.20 dB/m × 2 m | 0.30 dB | 0.70 dB |
| 候補B | 0.08 dB/m × 2 m | 0.70 dB | 0.86 dB |
Bは単位長さ当たりの損失が低くても、変換器などを加えるとこの長さではAより高損失です。この仮定で両者が等しくなる長さは(0.70−0.30)/(0.20−0.08) ≈ 3.33 mです。実際には採用部品の周波数別保証値で再計算します。
dBから電力と余裕を読む
伝送電力比は10−L/10です。0.70 dBなら約85.1%、0.86 dBなら約82.0%です。反射や他ポートへの流出が無視できるモデルでは残りが損失に対応しますが、測定した挿入損失の全てを発熱と見なしてはいけません。
受信系ではLNAより前の損失と後の損失の影響も異なります。総dBが同じでも受信雑音の条件は同一とは限らないため、設置位置を含めて評価します。
3．電力、取り回し、環境条件
導波管は低損失・高電力用途で使われますが、耐電力はサイズだけで決まりません。連続とピークを分け、パルス幅、繰り返し、冷却、圧力、局所電界を確認します。フランジ、窓、変換器が制限部になる場合もあります。
同軸は柔軟な配線や小型接続に便利です。ただし最小曲げ半径、コネクター締結、引張り、繰り返し屈曲を守ります。導波管も曲げ・ねじり部品やフレキシブル部品を使えますが、その損失と機械寿命を確認してください。
| 要求 | 比較する内容 |
|---|---|
| 広い周波数範囲 | 同軸・コネクターの上限と導波管の実用帯域。 |
| 低い経路損失 | 全長、曲がり、変換器を含む合計損失。 |
| 高電力 | 熱、ピーク電界、気圧、負荷の反射条件。 |
| 動く接続 | 屈曲仕様、位相安定性、寿命。 |
| 屋外・密閉用途 | シール、防湿、材料、接合方法。 |
測定と選定の進め方
まず周波数帯と許容損失を決め、必要電力と経路を整理します。候補のSパラメータと電力条件を確認し、測定では両端の基準面をそろえます。波動インピーダンスが周波数依存の導波管を、固定50 Ωの抵抗として単純に扱わないでください。
相互接続するなら同軸・導波管変換器も評価対象です。線路単体の計算だけでは、完成した送受信経路の反射や位相安定性は保証されません。
評価表には候補の型番、周波数別損失、長さ、部品数、反射、電力条件、許容温度、取付制約を並べます。典型値と保証上限を混在させず、計算の入力元を保存すると選定理由を再確認できます。
式とモードの基礎はMicrowaves101、部品の選択肢はDolph Microwaveの標準導波管一覧で確認できます（英語）。
