도파관 전력 분배기는 높은 주파수나 전력, 기존 도파관 경로와의 통합에 적합할 수 있습니다. 그러나 선택은 전체 대역, 추가 손실, 포트 격리, 상대 위상과 운용 조건으로 결정합니다. 동축 케이블 하나와 분배기 하나는 기능이 다르므로 같은 분배 기능을 가진 전체 경로를 비교해야 합니다.
분배 손실과 추가 손실
이상적인 등분배 N출력 장치에서 각 출력은 입력 전력의 1/N을 받습니다. 입력에서 한 출력까지의 감소는 10 log10 N dB로, 2분배는 약 3.01 dB, 4분배는 약 6.02 dB입니다.
따라서 2분배기의 0.2 dB라는 값이 추가 손실이라면 각 출력의 총 감소는 약 3.21 dB입니다. 입력 100 W, 균등 분배와 이 조건을 가정하면 출력당 약 47.75 W입니다. 이를 총 삽입 손실 0.2 dB라고 해석하면 전력 수지가 맞지 않습니다.
손실에는 기준과 정합 조건이 필요합니다. 반사, 다른 포트로 간 전력과 열로 소모된 전력을 구분하고 데이터시트가 분배량을 포함하는지 확인합니다.
구조가 격리와 위상을 결정한다
단순 도파관 T접합, 매직 티와 동축 포트를 가진 Wilkinson은 같은 회로가 아닙니다. 상호적인 무손실 3포트는 모든 포트를 동시에 완전 정합할 수 없습니다. 도파관이라는 재료·전송 형식만으로 30 dB 출력 격리가 생기지 않습니다.
매직 티는 4포트 180° 하이브리드입니다. 이상적인 합 포트 입력은 두 공선 포트로 동상 등분배되고, 차 포트 입력은 180° 차이로 나뉩니다. 사용하지 않는 포트와 부하 상태를 정의해야 합니다.
Wilkinson은 격리 저항을 사용하는 다른 예입니다. 이상적인 정합·균등 분배 조건에서는 저항 양 끝 전위가 같아 그 저항에서 전력이 소모되지 않습니다. 역방향 결합이나 불균형 조건에서는 저항 부담이 달라집니다.
주파수는 완성품으로 비교한다
표준 WR-15의 일반 사용 범위는 50～75 GHz이며, 94 GHz에서는 보통 WR-10의 75～110 GHz 범위를 검토합니다. WR-15라는 이름만으로 94 GHz 분배기의 성능을 제시하면 안 됩니다.
일반 도파관의 차단은 자동적인 상부 저지대역을 만들지 않습니다. 권장 상한 위에서는 고차 모드 등이 문제가 될 수 있으므로, 대역 밖 에너지가 모두 차단된다고 설명할 수 없습니다.
동축의 기본 TEM 모드에 하한 차단이 없더라도 실제 케이블, 커넥터와 분배기에는 손실과 고차 모드에 따른 한계가 있습니다. DC부터 광학 주파수까지 전달한다거나 40 GHz 위에서는 모든 동축을 쓸 수 없다는 주장 모두 잘못입니다.
손실·전력의 장점과 조건
적절한 금속 도파관 경로는 중심 도체가 없는 구조를 활용해 손실과 전력 요구를 만족할 수 있습니다. 실제 값은 치수, 재료, 표면, 길이와 접합에 의존합니다.
피크 전계, 평균 발열, 압력, 창, 접합부와 부하 반사를 평가합니다. kW급이라는 이름이나 알루미늄 재료만으로 정격을 정하지 않습니다. 반대로 동축 분배기도 정확한 모델과 냉각 조건을 기준으로 판단합니다.
표피 효과는 도파관 벽에도 적용됩니다. 은도금이 모든 고주파에서 무의미해지는 것은 아니며 도금, 거칠기와 전류 경로를 함께 검토합니다.
통합과 유지보수 비용
기존 시스템이 도파관이라면 불필요한 동축 전이를 줄일 수 있습니다. 작은 공간의 복잡한 배선에는 동축 방식이 편리할 수 있지만 길이, 굽힘과 온도에 따른 위상 안정성을 확인합니다.
도파관도 곡관과 전이부가 필요할 수 있습니다. 플랜지 정렬, 씰과 지지가 중요하며 한 번의 교정으로 모든 조립 오차가 사라지지 않습니다.
부품, 변환기, 조립, 시험, 수리와 교체를 같은 공급 범위로 견적합니다. 보편적인 가격 30% 증가나 수명 3배라는 값으로 선정하지 않습니다.
인수 시험에서 확인할 사항
| 항목 | 필요 조건 |
|---|---|
| 분배 | 출력별 진폭과 위상, 대역 전체. |
| 손실 | 분배 포함 여부와 기준면. |
| 격리·반사 | 포트 지도와 나머지 부하. |
| 전력 | 평균·피크, 온도, 압력과 부하 반사. |
| 설치 | 체결, 재접속 및 열 변화의 반복성. |
VNA의 작은 신호 측정과 운용 전력 시험은 별개입니다. PIM도 시험 톤, 전력과 기준을 정해야 비교할 수 있습니다.
참고: 매직 티, Wilkinson 분배기, 표준 도파관 치수. 회로의 성질과 개별 제품의 정격을 구분하십시오.
