導波管–同軸変換器は、同軸線路の場を所定の導波管モードへ結合します。同軸端子の測定器と導波管部品をつなぐ例があります。機械的な接続に加え、モードの励振と整合を担う部品です。
同軸のTEMと導波管のTE
均一媒質で満たした理想同軸線路は、ゼロでない幾何学的下限遮断を持たないTEMを伝送できます。通常の閉じた一導体の中空金属導波管は、対応するTEMではなくTE・TMモードを伝えます。
空気充填矩形ではTE10が通常の基本モードです。プローブは電界、ループ構造は磁界へ結合できます。実際の位置と向きは必要なモードと構造に合わせます。
遮断と使用帯域
TE10の遮断はfc = c/(2a)、aは大きい内辺です。WR-90は22.86 × 10.16 mmで、遮断約6.56 GHz、通常の使用帯域8.2～12.4 GHzです。
8.2 GHzを理論遮断と混同しません。遮断以下ではそのモードは理想一様導波管を通常の進行波として伝搬しません。高い周波数では高次モードも伝搬可能になります。
同軸側がTEMを伝えられても、変換器全体がDCから動作するとは限りません。導波管と内部部品の周波数特性が残ります。
プローブと背面短絡
プローブ長、挿入深さ、背面までの距離と整合要素が結合を決めます。よく使われる四分の一波長は特定モデルの初期検討であり、全変換器共通の加工値ではありません。
TE10の管内波長はλg = λ0/√[1−(fc/f)²]です。WR-90の10 GHzでは約39.7 mmで、自由空間の約30 mmとは異なります。
端効果と実際のプローブは最適な電気長を変えます。モデルには材料、コネクタと接合形状を含めます。
50 Ωと場のインピーダンス
同軸基準インピーダンスは例えば50 Ωです。一方、空気充填導波管のTE波動インピーダンスはη/√[1−(fc/f)²]で、周波数に依存します。
WR-90の10 GHzでは約499 Ωです。これは場の比であり、50 Ω同軸端子の抵抗とそのまま同一視できません。Sパラメーターにはモードと正規化の定義が必要です。
反射と挿入損失
帯域全体の反射と伝送を確認します。VSWR 1.2以下や一定の低損失は設計要求の例であり、すべての製品の既定性能ではありません。
背中合わせに二つ接続した試験では、相互反射、中間部品と個体差が結果に影響します。全損失を無条件に二等分して一個の値とすることはできません。
一つの標準同軸端子や導波管で10～100 GHz全体を保証しません。コネクタの高周波性能だけでも組立品の帯域は確定しません。
電力と取り付け
平均・ピーク電力、温度、圧力と負荷反射を指定します。プローブ、絶縁体やコネクタが直管より先に限界になる場合があります。低電力VNA試験は耐電力試験とは別です。
フランジ、中心合わせ、モード方向と機械荷重を確認します。正しいねじや締付けを用い、ケーブルの力で接合面を引かないよう支持します。
選定に必要な情報
- 周波数帯域と目的のモード。
- 同軸型式、接点と基準インピーダンス。
- 導波管断面、フランジと設置方向。
- 反射、損失と測定基準面。
- 電力、温度と環境条件。
導波管関係式とDolph Microwaveの導波管–同軸変換器を参照してください。「同軸より常に5倍効率的」という表現ではなく、必要な全経路で比較します。
