도파관 대역통과 필터는 정해진 주파수 범위를 전달하고 그 위아래의 불필요한 주파수를 억제합니다. 많은 구조는 결합된 공진 공동과 결합 창을 사용합니다. 공동 치수와 결합이 중심 주파수, 대역폭, 반사와 저지 응답을 함께 결정합니다.
균일한 도파관과의 차이
균일한 도파관에는 모드별 차단 주파수가 있습니다. 그 위에서 전파할 수 있어도 원하는 상측 저지 대역이 자동으로 만들어지지는 않습니다. 대역통과 응답에는 공진 영역과 결합 설계가 필요합니다.
공동은 전기·자기 에너지를 저장하고 개구, 아이리스나 다른 요소가 인접 공동 및 포트로 결합합니다. 포스트, 리지와 유전체를 쓰는 구조도 있습니다. 모든 필터가 다섯 개의 은색 고리나 λ/4 변환기로 동작하는 것은 아닙니다.
결합이 통과 곡선을 형성
여러 공진을 조합해 목표 범위에 통과 특성을 만듭니다. 차수와 응답 형식은 기울기, 리플과 군지연에 관계합니다. 교차 결합으로 전송 영점을 만드는 구성도 있지만 그에 맞는 설계가 필요합니다.
많은 수동 도파관 필터는 저지한 전력을 주로 반사합니다. 전부 열로 흡수하는 종단 부하가 아니므로 앞단의 반사 조건도 확인합니다.
사양에 필요한 정의
| 항목 | 명시할 조건 |
|---|---|
| 통과 대역 | 주파수 끝점과 허용 손실. |
| 삽입손실 | 최댓값, 온도와 기준면. |
| 반사 | 입출력과 적용 주파수. |
| 저지량 | 대상 주파수 또는 구간. |
| 군지연 | 유효 신호 대역 내 변동. |
| 운용 | 평균·피크 전력, 압력과 온도. |
3 dB 대역과 최대 손실 0.5 dB로 사용할 수 있는 대역은 다릅니다. 40 dB 저지에도 대상 주파수가 필요합니다. 1～10% 대역폭이 모든 필터의 필수 조건은 아닙니다.
대역폭 계산 예
끝점이 9.75 GHz와 10.25 GHz이고 산술 중심이 10 GHz라면 절대 대역폭은 0.50 GHz, 비대역폭은 0.50/10 = 5%입니다.
이 계산만으로 공동 치수나 손실을 결정하지 못합니다. 응답 형식, 리플, 공진기 Q, 외부 Q와 결합계수를 정의한 뒤 전자기 해석 및 실측으로 이어집니다.
조정 나사를 모두 같은 양만큼 돌리면 다른 대역으로 옮겨진다는 공통 절차는 없습니다. 교정된 측정과 구조에 맞는 조정이 필요합니다.
온도·표면과 제조 편차
열팽창으로 치수가 바뀌면 공진도 변합니다. 재료, 고정 방식, 온도 분포와 보상이 실제 드리프트를 정하므로 모든 필터에 같은 MHz/°C를 적용하지 않습니다.
표면, 도금, 결합 창과 접합은 손실과 결합에 영향을 줍니다. 진공·방사선 적합성은 별도 요구입니다. 금속 부품이라는 사실만으로 우주용 조건을 만족하지는 않습니다.
네트워크 분석기로 확인
- 포트의 교정면과 어댑터 처리를 정의합니다.
- 플랜지, 정렬과 지정된 체결을 확인합니다.
- 통과 및 요구 저지 대역의 S21을 측정합니다.
- 입력 S11과 출력 S22를 확인합니다.
- 필요한 군지연, 온도와 전력 시험을 추가합니다.
적절한 수동 손실계에서 S21의 dB 값은 보통 음수이며, 양의 삽입손실은 해당 측정 조건에서 −S21,dB에 대응합니다. 깊은 저지에서는 분석기 동적 범위와 외부 누설이 측정을 제한할 수 있습니다.
선택할 때 놓치기 쉬운 점
WR 인터페이스가 같아도 필터 응답은 다릅니다. 한 점의 낮은 손실은 전체 대역의 좋은 반사를 보장하지 않습니다. 높은 주파수의 불요 통과 대역도 필요한 범위에서 검사합니다.
BPF는 band-pass filter의 약자로 광학과 신호처리에도 쓰입니다. 여기서는 도파관 RF 부품을 다룹니다. 필터 기본 원리와 Dolph Microwave 도파관 부품을 참고하고, 사용 대역과 연결 조건을 함께 명시합니다.
