도파관은 RF 손실이 열로 바뀌면서 온도가 올라갈 수 있습니다. 그러나 입력 전력과 손실만으로 온도 상승이 결정되지는 않습니다. 방열 경로, 주위 온도, 운전 시간과 국소 접속 상태를 포함해 평가합니다. 100 W라는 공통 과열 경계는 없습니다.
어디에서 열이 생기는가
금속 벽의 유한한 도전율에 따른 도체 손실이 주요 원인 중 하나입니다. 공기 충전 직관에는 보통 고체 유전체의 체적 손실이 없지만, 창, 지지물 또는 유전체 충전부가 있으면 해당 손실도 평가합니다.
플랜지 접촉 불량, 오염, 변형과 높은 전류 밀도는 국소 발열에 관계합니다. 전체 평균 손실이 작아도 한 곳에 열이 집중될 수 있습니다.
dB에서 발열량을 계산하는 조건
반사와 외부 누설을 무시할 수 있고 손실이 대상 부품 내부의 소모에 해당하는 근사에서는 Pheat = Pin[1−10−L/10]입니다. L은 구간의 손실 dB이며 전력은 W입니다.
입력이 가상의 1 kW이고 구간 손실이 0.1 dB라면 약 22.8 W가 열이 됩니다. 0.5 dB이면 약 108.7 W입니다. 이는 계산 예이며 특정 WR 치수의 발열 보증이 아닙니다.
S21만으로 계산하면 반사 전력까지 열로 셀 수 있습니다. 정합된 출력과 적절한 단일 모드 2포트에서 흡수 비율은 1−|S11|²−|S21|²로 평가할 수 있습니다. 다만 누설 방사나 측정하지 않은 모드로 나간 전력이 있다면 이 차이가 모두 금속 내부의 열은 아닙니다.
WR-90의 손실 자료 읽기
Microwaves101은 이상적인 구리 WR-90의 10 GHz 손실을 약 0.108 dB/m로 계산한 예를 제시합니다. 실물은 표면, 재료와 연결 등에 따라 달라집니다. 0.5 dB/m를 모든 구리 WR-90의 표준값으로 사용할 수 없습니다.
손실이 dB/m이면 길이를 반영합니다. 짧은 플랜지나 변환기 손실을 직관의 단위 길이 손실에 섞으면 개선할 위치를 잘못 판단할 수 있습니다.
도전율과 열전도율은 다르다
도전율 σ의 단위는 S/m이며 전류 흐름과 관계합니다. 좋은 도체의 표면 저항은 대략 Rs ≈ √(πfμ/σ)입니다. 주파수, 투자율과 표면도 중요합니다.
열전도율 k의 단위는 W/(m·K)이며 열 이동과 관계합니다. 재료를 비교할 때 둘 다 보지만 같은 계수는 아닙니다. 접촉 열저항, 벽 두께와 지지물도 방열을 좌우합니다.
온도 상승은 열 모델로 평가
단순한 정상 상태 집중 모델에서 ΔT ≈ PheatRθ입니다. 가상의 22.8 W와 환경까지의 등가 열저항 0.5 K/W라면 온도 상승은 약 11.4 K입니다. Rθ는 형상, 설치, 대류와 복사에 의존하는 가정입니다.
운전 시작 직후에는 열용량과 시간 응답도 필요합니다. 외벽 한 점의 온도만으로 내부 창이나 접점의 최고 온도를 알지 못할 수 있습니다. 1 m마다 10～20°C 오른다는 고정 규칙은 없습니다.
평균 전력과 피크 전력
직사각형 펄스에서는 평균 전력을 피크 전력×펄스 폭×반복 주파수로 계산합니다. 피크 전계의 방전 등은 평균 발열과 별도로 평가합니다.
반사하는 부하에서는 정상파로 국소장이 달라집니다. 온도가 낮다는 이유만으로 피크 내전력 여유를 확인할 수 없으며 저전력 VNA 측정만으로 정격 전력 시험을 대신할 수도 없습니다.
발열이 증가했을 때
- 주파수, 입력, 부하 반사와 동작률을 기록합니다.
- 이전과 같은 조건의 손실·온도 자료와 비교합니다.
- 정지와 필요한 감압 등 장비 절차 후 접속과 오염을 확인합니다.
- 지지, 환기와 냉각 경로의 변화를 조사합니다.
- 창, 씰과 주변 부품을 포함한 허용 온도로 판단합니다.
100°C 미만이면 모든 제품이 안전하다는 기준은 없습니다. 도파관 손실 해설과 실제 장비의 열·RF 사양을 함께 확인하십시오.
