혼 안테나의 플레어링은 도파 구조를 넓혀 방사 개구와 그 안의 전계 분포를 만드는 것입니다. 반사와 지향성을 조절하는 데 쓰이지만 모든 혼이 같은 각도, VSWR이나 효율을 갖는 것은 아닙니다. 개구 크기, 길이와 위상 오차를 함께 설계해야 합니다.
열린 도파관과 혼의 차이
도파관의 열린 끝도 방사할 수 있습니다. 혼은 벽을 확장해 더 큰 개구를 만들고 그 위치의 진폭·위상 분포를 바꿉니다. 피라미드 혼은 두 주요 평면에서, 섹터 혼은 한 평면에서, 원추 혼은 원형 구조로 확장합니다.
피라미드형의 각도를 ‘원추 각도’ 하나로 표시하면 두 평면의 차이를 놓칩니다. 도면에서는 전체 각도인지 반각인지도 구분합니다.
1. 전이와 반사를 제어
개방면에서의 경계 변화는 반사를 만들 수 있습니다. 적절한 플레어와 급전 설계는 필요한 대역에서 반사를 줄이는 데 도움이 됩니다.
그러나 모든 열린 도파관이 전력의 15%를 반사하거나, 10～15°의 플레어가 항상 VSWR 1.2 미만을 보장하지는 않습니다. 입구 모드, 치수와 주파수가 필요합니다.
반사계수의 크기와 반사 전력 비율도 다릅니다. |Γ| = 0.15라면 반사 전력은 2.25%이지 15%가 아닙니다. 낮은 반사가 전체 방사 효율을 단독으로 증명하지 않습니다.
2. 개구를 넓혀 지향성 형성
적절한 개구 모델에서 G ≈ ηap4πA/λ²로 이득을 추정합니다. A는 면적, ηap는 개구 효율이며 G는 선형값입니다. 전력 증폭이 아니라 공간 분포와 효율의 관계입니다.
10 GHz, A = 0.01 m², ηap = 0.60이라는 가정에서는 약 19.2 dBi입니다. 같은 크기라도 급전과 위상이 달라지면 결과가 바뀝니다.
일반적으로 큰 전기적 개구는 좁은 빔을 만들 수 있으나 E면과 H면의 빔폭은 같지 않을 수 있습니다. 모든 10 GHz 혼에 20°를 적용하지 않습니다.
3. 길이와 위상 오차를 절충
짧은 거리에서 빠르게 넓히면 혼은 짧아지지만 개구의 중심과 가장자리 사이에 경로 차이가 커질 수 있습니다. 이 위상 변화는 이득과 로브에 영향을 줍니다.
단순 기하 모델에서 가상 위상 원점부터 축상 개구까지 거리를 R, 가장자리까지의 횡방향 거리를 x라 하면 경로 차이는 √(R²+x²)−R입니다. x가 R보다 충분히 작으면 x²/(2R)로 근사할 수 있습니다.
위상 차이는 2πΔℓ/λ에 대응합니다. 실제 혼의 전계와 가상 원점은 형상과 모드에 따라 달라지므로 이 관계만으로 모든 설계의 최적 길이를 결정하지 않습니다.
4. 대역과 편파를 함께 유지
혼의 입구와 급전이 사용 대역을 제한할 수 있습니다. WR-42의 통상 대역은 18～26.5 GHz이지만 WR-42 혼의 이득과 패턴은 해당 제품의 주파수별 데이터로 확인합니다.
원형 개구가 자동으로 원형 편파를 만들지는 않습니다. 필요한 직교 성분과 위상 관계가 있어야 합니다. 리지 구조나 주름 구조는 각각 모드와 대역 특성을 조절하는 별도 설계이며 일반 플레어와 같지 않습니다.
반사판 피드에서는 다른 기준도 필요
반사판을 조명하는 혼은 가장자리 조명, spillover, 위상 중심과 편파를 반사판에 맞춥니다. 혼 단독의 최대 이득을 높이는 것이 반사판 전체의 효율을 항상 높이지는 않습니다.
물리적인 개구면이 언제나 위상 중심인 것은 아닙니다. 필요하면 주파수에 따른 위상 중심과 장착 위치를 함께 검증합니다.
제작 후 확인
정해진 기준면에서 반사를 측정하고, 방사 시험으로 이득·패턴·편파를 확인합니다. 표면, 접합과 정렬 공차는 주파수와 설계 민감도에 맞춥니다.
VNA의 좋은 S11만으로 부엽, 효율이나 고전력 내성을 모두 보증하지 않습니다. 평균·피크 전력과 열 조건은 별도로 정의합니다.
