導波管T分岐の特徴は、分岐方向による位相関係と、負荷を含む多端口の整合条件です。E面TとH面Tは三端口で、四端口のマジックTと区別します。全製品が18–40 GHz、損失0.5 dB未満、分配精度98%になるわけではありません。
E面とH面の分岐
基本モードを扱う対称な構造では、側枝を励振したとき、E面Tの二つの共線枝は相対的に逆相、H面Tでは同相となる関係を利用できます。
位相は端口モードの方向と基準面に依存します。同じ長さの基準を揃え、番号は図面で確認してください。実物の振幅や整合は形状と周波数によって変わります。
これは古典電磁界の境界条件と重ね合わせで説明する現象です。量子レベルの分裂や電流が常に17倍という仮定は必要ありません。
三端口に残る整合の制約
各端口に一つの伝搬モードを持ち、相反かつ無損失の三端口回路では、三つを同時に完全整合できません。ある入力を整合しても、他の入力と端口間結合まで自動的に理想化されません。
抵抗性損失、追加の端口や非相反構造を導入すると前提が変わります。単純なT分岐を、整合と出力隔離を備えた任意の分配器として扱わないでください。
未使用枝の負荷や長さも入力反射に影響します。開放枝と整合負荷で終端した枝は同じ試験条件ではありません。
マジックTとの違い
マジックTはE面とH面の機能を組み合わせた四端口180°ハイブリッドです。理想モデルでは和端口から共線二端口へ同相、差端口から逆相で分配します。
等分配の各出力は入力の半分、約3.01 dB低下です。これは分配による値で、全量が熱になるという意味ではありません。実際の部品には余分な損失や不均衡があります。
三端口Tを四端口の性質で説明したり、98%の電力伝送と0.5 dBを同じ値として比較したりしないでください。0.5 dBなら定義された条件で約89.1%です。
導波管のインピーダンス
空気充填の理想TEモードではZTE = η0/√[1−(fc/f)²]です。これは定めた電界と磁界成分の比で、等価回路の電圧・電流には正規化の定義が必要です。
WR-90の10 GHzでは約499 Ωになります。VNAの同軸基準50 Ωと自動的に一致せず、499 Ωの抵抗一つで全分岐を整合できる意味でもありません。
段差、ポストやアイリスは局所場と結合を変えます。適切な設計で反射を下げられても、すべての枝を単純な抵抗計算だけで表せません。
形状と不要モード
断面、曲がり、分岐角、接触面と基準を含めて全帯域を解析します。高次モードが伝搬可能になる周波数と、実際に励振される量を分けます。
λ/4の枝長だけで必ず故障や完全整合になる規則はありません。自由空間波長と導波長も区別します。寸法公差はRF感度と製造・測定能力から決めます。
測定と受入条件
- 端口、モード方向、基準面と負荷を定義。
- 対象帯域に適した導波管校正を実施。
- 各入力の反射と必要な伝送経路を測定。
- 二枝の振幅と相対位相を同じ基準で比較。
- 再接続と必要な温度・電力条件を検証。
小信号VNAは高電力や気密試験を代替しません。マジックTの位相関係と伝搬式を参考に、三端口か四端口かを明記した仕様で評価します。
