이상적인 평행판 전송선은 TEM 모드를 지원할 수 있습니다. 평행판에서 TEM이 존재할 수 없다는 전제는 잘못입니다. 균일한 매질을 사이에 둔 두 도체와 하나의 닫힌 도체 벽으로 된 중공 도파관을 구분하면 성립 조건이 명확해집니다.
1. TEM은 장의 종방향 성분이 없다는 뜻
전파를 z 방향으로 잡으면 TEM은 Ez = 0, Hz = 0입니다. 전기장과 자기장은 존재하고 전파축에 수직입니다. 전파 자체가 횡방향으로만 일어난다거나 전파상수 β가 0이어야 한다는 뜻이 아닙니다.
TE는 Ez = 0, TM은 Hz = 0이며 다른 장의 종방향 성분이 있습니다. 전파 방향과 장 성분의 방향을 혼동하지 마십시오.
2. 두 판은 서로 다른 전위를 가질 수 있다
판을 y = 0과 y = d에 놓고 폭 방향으로 무한하다고 가정합니다. 균일 매질에서 TEM 전기장을 y 방향, 자기장을 x 방향으로 잡을 수 있습니다. 적절한 부호에서 포인팅 벡터는 z 방향입니다.
전기장은 판 표면에 수직이므로 완전도체 표면의 접선 전기장 0이라는 조건을 만족합니다. 두 판은 전류의 경로와 귀환을 제공합니다. 동축의 중앙 도체와 같은 모양이 없다는 이유로 TEM을 배제할 수 없습니다.
3. TEM의 기하학적 하한 차단은 0
균일하고 손실 없는 모델에서 β = ω√(με), 위상속도 v = 1/√(με)입니다. 공기에서는 대략 c입니다. 0이 아닌 기하학적 하한 차단 주파수가 없다는 특성과 β가 존재한다는 사실은 양립합니다.
직류 연결이나 매우 낮은 주파수에서 완성 장치가 어떻게 동작하는지는 급전 회로와 종단도 포함해 확인합니다. TEM 모델이 모든 실제 장치의 주파수 응답을 무한히 보증하지는 않습니다.
4. 고차 TE·TM에는 별도 차단이 있다
이상적인 평행판에서 판 사이 방향으로 변하는 고차 모드의 차단은 fc,m = m/(2d√(με)), m = 1, 2, …입니다. 공기와 간격 d = 10 mm에서는 첫 차단이 약 15.0 GHz입니다.
따라서 간격이 10 mm라는 이유로 1 GHz 이상에서 TEM이 사라지지는 않습니다. 고차 모드가 가능해진 뒤에도 실제 여기 비율은 급전과 불연속부에 달려 있습니다.
5. 파동 임피던스와 선로 임피던스
균일 TEM에서 전기장과 자기장의 비는 η = √(μ/ε)입니다. 반면 전압과 총전류의 비인 선로 임피던스는 형상에 의존합니다.
폭 w가 간격 d보다 충분히 큰 유한 평행판에서 프린징을 무시하면 Z0 ≈ ηd/w입니다. 공기에서 d/w = 0.1이면 약 37.7 Ω입니다. 장의 비가 약 377 Ω이라고 모든 평행판 선로가 377 Ω인 것은 아닙니다.
6. 실제 구조와 단일 벽 도파관의 차이
유한 폭, 가장자리, 손실, 급전과 불균일 유전체는 실제 장을 바꿉니다. 서로 다른 매질이 있는 구조는 준-TEM 또는 혼합 모드 해석이 필요할 수 있습니다. 가장자리장이 있다는 사실만으로 균일 두 도체 선로의 TEM을 모두 부정하지 않습니다.
균일 매질의 단일 도체 벽 중공 도파관은 일반적인 비영 TEM 전파 해를 지원하지 않습니다. 단면의 하나뿐인 도체 경계에 같은 전위를 주면 TEM의 횡방향 정전계 문제에서 비영 전위차를 만들 수 없기 때문입니다. 평행판과 동축에는 서로 구분되는 두 도체가 있습니다.
모드 해석 결과를 볼 때 주파수, 경계, 매질과 포트 설정을 확인합니다. 출처 없는 ‘95% 편차’나 ‘40% 변환’은 이론을 반박하는 측정 근거가 아닙니다. 평행판 도파관의 TEM 설명과 도파관 전파식을 구조에 맞게 구분해 적용하십시오.
