空洞金属導波管とマイクロストリップを選ぶときは、帯域と損失、実装と電力、製造と検証費用を同じ経路条件で比較します。導波管0.05 dB/m、マイクロストリップ0.5 dB/mという固定値は、全サイズ・全材料に当てはまりません。
構造とモードの違い
一般的な閉じた空洞金属導波管にはTEやTMモードがあり、対象モードの遮断より上で伝搬します。空気充填WR-90のTE10遮断は約6.56 GHz、一般的な使用範囲は8.2～12.4 GHzです。
マイクロストリップは基板上の導体と反対面の接地導体を使います。場が誘電体と空気の両方に分布するため、基本的には準TEMとして扱います。
マイクロストリップをMHz～低いGHzに限る説明は不正確です。適切な材料・寸法・接続でミリ波にも使われますが、分散、損失と不要モードを評価します。
1．帯域と損失を比較する
導波管には壁面の導体損失、マイクロストリップには導体・誘電体の損失などがあります。基板粗さ、線幅、厚み、周波数と周辺構造が結果を変えます。
空洞導波管でもフランジ、曲がり、窓や変換器の損失が加わります。基板線路側もランチャーやコネクターを含め、同じ両端の基準面で比べます。
低反射の初期予算では Ltotal ≈ αℓ + ΣLparts と書けます。仮に線路1 dB/m、長さ50 mm、接続合計0.20 dBなら0.25 dBです。1 dB/mだけを見て長い別経路の損失と比較しないでください。
反射が大きければ複素Sパラメータのカスケード解析が必要です。損失のdBをそのまま電力の割合に置き換えず、10−L/10で変換します。
2．実装と電力を合わせる
マイクロストリップは表面実装部品との接続が容易な場合があります。一方で開放された場による結合や放射が問題なら、配置とシールドも設計に含めます。近接した蓋がインピーダンスを変えることもあります。
導波管は低損失・高電力で有利な用途がありますが、断面、窓、変換器、圧力と温度が上限を決めます。基板も誘電体の電界、導体の発熱と放熱経路を検証します。
平均電力とピーク電力を区別します。真空RFで問題となるマルチパクタは二次電子放出とRF場に関係する現象で、単なる過熱や大気中放電と同じ扱いにはできません。宇宙RFの設計・試験にはECSS-E-ST-20-01Cという参照文書があり、適用条件と必要な検証を確認します。
SIWはどちらに属するか
基板集積導波管SIWは、導体面とビア列などで基板内に導波構造を形成します。平面回路との統合が可能ですが、通常のマイクロストリップと同じ断面・モードではありません。
一般的なSIWには基板の誘電損失、導体損失、ビア間の漏れや遷移損失があり、空気充填の金属管と同じ損失にはなりません。ビア寸法・間隔と帯域を個別に評価します。
3．製造と総費用
材料単価以外に基板積層、銅箔、ビア、機械加工、めっき、接合、組立てと検査を比較します。マイクロストリップが常に一定割合安い、導波管が常に高価という規則はありません。
設計数量と再作業も重要です。安価な基材でも損失やばらつきが基準を外れれば、完成品の費用は増える可能性があります。
試作で残す測定
| 項目 | 比較条件 |
|---|---|
| 帯域 | 周波数、モードと許容反射。 |
| 損失 | 全長、接続と同じ基準面。 |
| 位相 | 遅延、温度変動と再現性。 |
| 電力 | 平均、ピーク、熱と環境。 |
| 費用 | 数量、歩留まり、組立てと試験。 |
マイクロストリップの基本と導波管の式を出発点に、実際の経路でモデルと測定を照合します。
