마이크로파는 전자기파의 한 주파수 영역이고, 안테나는 전송선과 공간 사이에서 전자기 에너지를 결합하는 장치입니다. 도파관은 에너지를 특정 경로로 운반하는 구조입니다. 즉 마이크로파는 파동, 안테나는 방사·수신 장치, 도파관은 유도 전송 구조로 구분합니다.
마이크로파의 주파수와 파장
마이크로파 범위는 문헌에 따라 다르며 넓게 300 MHz–300 GHz를 쓰기도 합니다. 이 경우 자유공간 파장은 약 1 m–1 mm입니다. 모든 분야가 같은 하한을 사용한다고 단정하지 말고 숫자 범위를 명시하십시오.
λ = c/f이므로 2.45 GHz에서 약 12.2 cm, 10 GHz에서 약 3.00 cm입니다. 같은 주파수라도 물질과 유도 구조 내부의 위상 변화는 자유공간과 다를 수 있습니다.
안테나가 하는 일
송신 안테나는 입력 RF 에너지를 공간으로 방사하고, 수신 안테나는 입사장 일부를 수신 회로로 결합합니다. 안테나의 이득, 패턴, 편파와 정합은 장치의 구조와 주파수에 의해 달라집니다.
마이크로파라는 이름만으로 고속 데이터나 특정 통신 거리가 정해지는 것은 아닙니다. 신호 대역폭, 변조, 잡음과 네트워크 구성도 필요합니다.
도파관의 역할
금속 중공 도파관은 벽의 경계 조건에 맞는 모드로 전자기장을 유도합니다. 닫힌 직선 구간은 보통 외부로 적극적으로 방사하는 부분이 아닙니다. 개구, 혼 또는 설계된 슬롯이 있으면 안테나 구조로 결합할 수 있습니다.
균일한 중공 직사각형 도파관에서 a > b이면 TE10이 기본 모드입니다. 공기 채움에서 차단은 fc = c/(2a)입니다. WR-90은 a = 22.86 mm로 약 6.56 GHz 차단을 갖고, 일반 사용 대역은 8.2–12.4 GHz입니다.
왜 도파관을 쓰는가
일부 마이크로파 시스템에서는 크기와 구조에 맞는 도파관이 낮은 손실, 전력 처리 또는 기계적 인터페이스 측면에서 적합합니다. 그러나 2 GHz를 넘으면 항상 동축보다 우수하거나 모든 도파관이 0.1 dB/m 이하라는 규칙은 없습니다.
동축선도 고주파용 제품과 커넥터를 사용해 높은 주파수를 지원합니다. 케이블의 유연성, 도파관의 크기, 전환부와 전체 길이를 같은 조건으로 비교해야 합니다.
안테나까지의 경로 예
| 구간 | 역할 |
|---|---|
| 송수신 회로 | 신호 생성·처리와 필요한 증폭. |
| 동축 또는 도파관 | 구성품 사이 RF 에너지 전달. |
| 전환부·필터 | 인터페이스 결합과 주파수 선택. |
| 혼·반사판·배열 | 공간 방사와 수신 패턴 형성. |
실제 순서와 포함 부품은 시스템마다 다릅니다. 도파관을 넣는 것만으로 필요한 안테나 방향성이나 편파가 자동 완성되지는 않습니다.
전자레인지와 통신용 마이크로파
가열 장치는 발생기 에너지를 가열 공간으로 결합하고, 물질이 전자기 에너지를 흡수해 열로 바꾸도록 설계합니다. 통신 시스템은 정보를 전달하는 신호와 공간 패턴을 제어합니다. 같은 주파수 영역을 쓸 수 있어도 목적과 구성은 다릅니다.
전기에서 열로 바뀌는 비율도 전원, 발생기, 부하와 결합 조건에 따라 달라집니다. 모든 전자레인지에 공통인 70%를 안테나 효율로 적용하지 마십시오.
부품 선택 시 확인
주파수와 모드, 전력 조건, 손실, 정합, 편파와 기계 인터페이스를 지정합니다. VNA는 포트 특성에 유용하고, 방사 패턴과 이득은 별도 안테나 시험으로 확인합니다.
기본 분류는 ITU 주파수 명칭, 도파관 식은 Microwaves101을 참고할 수 있습니다. Dolph Microwave 도파관 부품도 시스템 전체 조건으로 비교하십시오.
