도파관 전환부는 다른 단면이나 급전 방식을 연결합니다. 설계는 양 포트의 모드, 대역, 반사, 손실과 기계 제약에서 시작합니다. 모든 전환부에 삽입손실 0.05 dB 미만이나 체결 토크 6 N·m를 공통 요구로 적용하지 않습니다.
변환 목적과 기준면
직사각형 단면 사이, 직사각형과 원형 사이, 동축과 도파관 사이 등 여러 조합이 있습니다. 두 스칼라 임피던스만 맞추는 것이 아니라 전자기장 분포와 결합을 설계합니다.
주파수, 모드, 편파와 기준면을 지정합니다. 양쪽의 목표 모드가 요구 대역에서 전파될 수 있는지 확인합니다. 동축 50 Ω와 모드·주파수에 따른 도파관 파동 임피던스를 동일한 고정값으로 취급하지 않습니다.
차단과 고차 모드
공기로 채운 이상적 직사각형 도파관의 TE10 차단은 c/(2a)이고 a는 내폭입니다. WR-90에서는 약 6.56 GHz이며 통상 사용 대역 8.2～12.4 GHz와 다릅니다.
불연속부는 국소 소멸장과 고차 모드도 여기할 수 있습니다. 모든 성분이 멀리 전력을 전달하지는 않지만 정합에는 영향을 줍니다. 실제 전파 모드와 국소장을 구분합니다.
단차·테이퍼와 여기 구조
단차 구조는 짧게 만들기 쉬운 반면 정합 요소가 필요할 수 있습니다. 매끄러운 테이퍼는 변화를 길이 방향으로 분산합니다. 대역, 크기와 모드 조건을 맞춰 비교합니다.
동축에서 프로브나 루프로 결합할 경우 위치, 방향과 뒷면 종단이 중요합니다. 모든 형상에 동일한 λ/4 거리나 ±5 μm 공차가 필요한 것은 아닙니다.
길이를 늘리면 특정 반사가 줄어도 도체 경로와 공간이 늘어납니다. 가장 길거나 짧은 설계부터 고르는 대신 목적과 제한을 정의합니다.
전자기 모델을 검증
- 단면, 접합, 모서리 반경과 재료를 표현합니다.
- 포트, 모드와 정규화 기준을 맞춥니다.
- 실제 손실을 평가할 때 도체와 유전체 손실을 포함합니다.
- 메시 수렴과 결과 민감도를 확인합니다.
- 대역 및 제조 공차의 조합을 평가합니다.
한 주파수의 작은 S11만 보면 대역 끝의 악화를 놓칠 수 있습니다. 목표 모드에 도달하지 않는 전력은 반사, 다른 모드와 열로 나뉠 수 있습니다.
두 메시의 결과가 비슷해도 잘못된 재료나 경계까지 정확해지는 것은 아닙니다. 해석 포트가 충분한 모드를 포함하는지도 확인합니다.
전송·위상과 지연
적절히 정의된 2포트에서 S21은 전송, S11은 반사를 나타냅니다. 양의 삽입손실과 음의 S21 dB 표시를 구분합니다.
광대역 신호에는 위상도 중요합니다. 군지연 τg = −dφ/dω는 연속화된 위상과 일관된 기준면을 요구합니다. 일정한 지연과 주파수별 지연 변동은 다른 특성입니다.
제조·온도와 조립
공구 반경, 버, 표면, 도금과 접합을 검토합니다. RF 민감도와 인터페이스에서 공차를 정하고 CNC나 전주라는 공정 이름만으로 성능을 보장하지 않습니다.
온도는 치수와 물성을 바꿉니다. 50 °C를 넘으면 전 제품에 동일 조치가 필요하다는 공통 경계는 없습니다. 평균·피크 전력, 열과 압력을 실제 조건에서 봅니다.
플랜지, 씰과 나사는 개별 조립 조건을 따릅니다. 지지 오차를 체결력으로 강제 보정하면 접촉 불량이나 변형을 만들 수 있습니다.
시제품 측정
필요한 면까지 VNA를 교정하거나 어댑터를 적절히 특성화합니다. 전체 대역과 재연결 반복성을 측정하고 실제 치수의 모델과 비교합니다.
전환부 두 개를 마주 연결하는 back-to-back 시험은 유용하지만, 상호 반사와 개체 차이를 무시한 채 총 손실을 정확히 반으로 나눌 수는 없습니다.
