ท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมมาตรฐาน (Standard rectangular waveguides) เช่น WR-90 (22.86×10.16 มม.) ทำงานในโหมด TE10 (ความยาวคลื่นตัด λ=2a) โดยมีค่าการสูญเสียน้อยกว่า 0.05dB/ม. ที่ความถี่ 10GHz และค่า VSWR < 1.1 ในการออกแบบด้วยทองแดง เพื่อให้มั่นใจว่าการส่งผ่านไมโครเวฟมีประสิทธิภาพสูงสุด
Table of Contents
รูปร่างและขนาดมาตรฐาน
ท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมมาตรฐานแตกต่างจากท่อส่งน้ำทั่วไปตรงที่มันไม่ใช่รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส แต่มี ความกว้างภายใน (a) เป็นสองเท่าของ ความสูงภายใน (b) เสมอ ซึ่งทำให้เกิดอัตราส่วนภาพ 2:1 ที่เป็นเอกลักษณ์ รูปทรงเรขาคณิตเฉพาะนี้เป็นพื้นฐานสำคัญในการควบคุมการแพร่กระจายของคลื่น รุ่นที่พบบ่อยที่สุดคือ WR-90 ซึ่งมีหน้าตัดภายใน กว้าง 22.86 มม. (0.900 นิ้ว) และสูง 10.16 มม. (0.400 นิ้ว) ขนาดนี้ไม่ได้ถูกกำหนดขึ้นมาลอยๆ แต่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในช่วงความถี่ 8.2 ถึง 12.4 GHz ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้มันเป็นตัวเลือกหลักสำหรับ การใช้งาน X-band เช่น ระบบเรดาร์
โหมดพื้นฐาน TE10 มีความยาวคลื่นตัด (cutoff wavelength) คือ λ_c = 2a ซึ่งหมายความว่าสำหรับ WR-90 ความถี่ตัดจะอยู่ที่ประมาณ 6.56 GHz ในทางปฏิบัติ เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานในโหมดเดียว (single-mode) มีความเสถียรและมีประสิทธิภาพ ย่านความถี่ที่ใช้งานได้มักจะอยู่ระหว่าง 1.25 ถึง 1.9 เท่าของความถี่ตัด จึงถูกกำหนดให้ใช้ในช่วง 8.2 ถึง 12.4 GHz การใช้งานที่ใกล้กับความถี่ตัดหรือความถี่ของโหมดถัดไปมากเกินไปจะทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มขึ้นและอาจเกิดความไม่เสถียร อุตสาหกรรมใช้ระบบตัวเลข “WR” (Waveguide Rectangular) โดยตัวเลขมักจะใกล้เคียงกับความกว้างภายในในหน่วยมิล (เศษหนึ่งส่วนพันนิ้ว) เช่น ความกว้างของ WR-90 คือ 900 มิล ค่าการลดทอน (attenuation loss) ในท่อนำคลื่น WR-90 แบบทองเหลืองมาตรฐานนั้นต่ำมาก โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 0.13 dB ต่อเมตรที่ 10 GHz ซึ่งเหนือกว่าสายโคแอกเชียลที่มีขนาดใกล้เคียงกันมากในความถี่เหล่านี้
| มาตรฐานท่อนำคลื่นทั่วไป | ช่วงความถี่ (GHz) | ความกว้างภายใน a (มม.) |
ความสูงภายใน b (มม.) |
การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| WR-112 | 7.05 – 10.0 | 28.50 | 12.60 | การสื่อสารผ่านดาวเทียม C-band |
| WR-90 | 8.20 – 12.4 | 22.86 | 10.16 | เรดาร์ X-band |
| WR-62 | 12.4 – 18.0 | 15.80 | 7.90 | ดาวเทียม Ku-band |
| WR-42 | 18.0 – 26.5 | 10.67 | 4.32 | K-band |
การเลือกขนาดท่อนำคลื่นที่ถูกต้องเป็นการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างความถี่ การรองรับกำลังไฟ และขนาดทางกายภาพ ท่อนำคลื่น WR-42 สำหรับ K-band (26 GHz) รองรับกำลังได้น้อยกว่าและเปราะบางกว่า WR-112 ที่มีขนาดใหญ่กว่า แต่มันเป็นทางเลือกเดียวที่ใช้งานได้จริงสำหรับย่านความถี่สูงที่กำหนด คุณไม่ได้เลือกขนาดตามความสะดวก แต่เลือกตาม ความยาวคลื่นของสัญญาณของคุณ
สัญญาณเดินทางภายในอย่างไร
การทำความเข้าใจวิธีที่ไมโครเวฟแพร่กระจายภายในท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นกุญแจสำคัญในการใช้ประโยชน์จากข้อดีของมันเหนือสายเคเบิลทั่วไป ไม่เหมือนกับในสายโคแอกเชียลที่สัญญาณแรงดันไฟฟ้าเดินทางบนตัวนำกลาง ท่อนำคลื่นจะรองรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนจากผนังภายในในรูปแบบที่เฉพาะเจาะจงและเป็นระเบียบ สำหรับโหมดที่พบบ่อยที่สุดคือ TE10 (Transverse Electric) สนามไฟฟ้าจะโค้งพาดผ่านด้านแคบของท่อ โดยมีค่าสูงสุดที่กึ่งกลางและลดลงเหลือศูนย์ที่ผนังด้านข้าง ทำให้เกิดรูปแบบ คลื่นไซน์ครึ่งซีก (half-sine wave) ที่มีความเข้มสูงสุดประมาณ 1,000 ถึง 5,000 โวลต์ต่อเมตร สำหรับระบบขนาด 1 kW ทั่วไป
สนามแม่เหล็กซึ่งตั้งฉากกับสนามไฟฟ้า (E-field) จะก่อตัวเป็นวงปิดภายในท่อ โครงสร้างสนามทั้งหมดนี้จะแพร่กระจายไปตามความยาวของท่อนำคลื่นด้วยความเร็วที่ช้ากว่าความเร็วแสง ซึ่งเป็นจุดสำคัญสำหรับจังหวะเวลาของระบบ คลื่นไม่ได้เดินทางตรงไปตามจุดศูนย์กลาง แต่มันจะ เคลื่อนที่แบบซิกแซกสะท้อนไปมาระหว่างผนังด้านข้าง ในมุมที่แน่นอน โดยการสะท้อนแต่ละครั้งจะมีการ เลื่อนเฟส 180 องศา อย่างแม่นยำเพื่อเสริมความแรงของแนวหน้าคลื่นหลัก การสะท้อนไปมานี้หมายความว่าระยะทางที่คลื่นเดินทางจริงนั้นยาวกว่าความยาวทางกายภาพของท่อ ซึ่งอธิบายว่าทำไมความเร็วในการแพร่กระจายจึงลดลง
ความเร็วเฟส (phase velocity) ของสัญญาณภายในท่อนำคลื่นจะสูงกว่าความเร็วแสงเสมอ (c ≈ 3×10^8 ม./วินาที) โดยมักจะสูงกว่าประมาณ 1.2 ถึง 1.5 เท่า สำหรับย่านที่ใช้งาน นี่ไม่ใช่การละเมิดกฎฟิสิกส์ เนื่องจากไม่มีข้อมูลถูกส่งที่ความเร็วนี้ ตัวพลังงานและข้อมูลเองเดินทางที่ ความเร็วกลุ่ม (group velocity) ซึ่งจะมีค่าน้อยกว่า c เสมอ
สำหรับท่อ WR-90 ที่ความถี่ 10 GHz ความเร็วกลุ่มจะอยู่ที่ประมาณ 2.15×10^8 ม./วินาที หรือประมาณ 72% ของความเร็วแสง ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความถี่ โดยจะเข้าใกล้ศูนย์เมื่อใกล้ความถี่ตัด และเข้าใกล้ c เมื่อความถี่สูงขึ้นมาก อัตราส่วนความเร็วนี้ส่งผลโดยตรงต่อ ความยาวคลื่นภายในท่อนำคลื่น (λ_g) ซึ่งยาวกว่าความยาวคลื่นในที่ว่าง (λ_0) ที่ความถี่ 10 GHz (λ_0 = 30 มม.) ความยาวคลื่นในท่อ WR-90 จะอยู่ที่ประมาณ 40 มม. หรือเพิ่มขึ้น 33% ความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้นนี้เป็นข้อดีหลัก เพราะมันช่วยลดความละเอียดในการผลิตองค์ประกอบการเชื่อมต่อและช่องสลอตที่เจาะบนผนังท่อ ทำให้ผลิตได้ง่ายขึ้นด้วยค่าความคลาดเคลื่อนประมาณ ±0.05 มม. ความสามารถในการรองรับกำลังไฟฟ้า นั้นมหาศาล มักจะเกิน หลายร้อยกิโลวัตต์ (peak power) ในระบบที่มีการอัดความดัน เนื่องจากสัญญาณถูกกระจายไปตามหน้าตัดขนาดใหญ่ประมาณ 230 ตร.มม. ของท่อ แทนที่จะไปกระจุกตัวอยู่ที่ตัวนำขนาดเล็ก ช่วยลดการแตกตัวของแรงดันไฟฟ้า (breakdown) และความร้อนที่เกิดขึ้นต่อหน่วยพื้นที่
พื้นฐานความถี่ตัด
สำหรับท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมมาตรฐาน โหมดเด่น TE10 จะมีความถี่ตัด (f_c) ที่กำหนดโดยขนาดความกว้างภายใน a เพียงอย่างเดียว สูตรพื้นฐานคือ f_c (TE10) = c / (2a) โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ (ประมาณ 3×10^8 ม./วินาที) ซึ่งหมายความว่าท่อนำคลื่น WR-90 ที่มีความกว้าง 22.86 มม. จะมีความถี่ตัดทางทฤษฎี TE10 ที่ 6.56 GHz หากความถี่ต่ำกว่านี้ สัญญาณจะไม่สามารถแพร่กระจายได้และจะถูกลดทอนลงอย่างรวดเร็ว (exponentially) โดยค่าคงที่การลดทอนจะพุ่งสูงเกิน 50 dB ต่อเมตร ทำให้ท่อนำคลื่นกลายเป็นเพียงกล่องโลหะเท่านั้น
ในทางปฏิบัติ ท่อนำคลื่นจะถูกใช้งานที่ความถี่สูงกว่าความถี่ตัดพื้นฐานประมาณ 25% ถึง 90% เพื่อให้แน่ใจว่าการแพร่กระจายในโหมดเดียวมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นตัวกำหนดแบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้ ตัวอย่างเช่น แม้ความถี่ตัดของ WR-90 คือ 6.56 GHz แต่ย่านความถี่ที่กำหนดให้ใช้คือ 8.2 GHz ถึง 12.4 GHz
สิ่งที่สำคัญคือต้องจำไว้ว่าท่อนำคลื่นทุกอันรองรับโหมดอันดับสูง (higher-order modes) ได้ไม่จำกัด (TE20, TE11, TM11 ฯลฯ) ซึ่งแต่ละโหมดจะมีความถี่ตัดเฉพาะตัวที่กำหนดโดยทั้งขนาด a และ b ตัวอย่างเช่น โหมด TE20 มีความถี่ตัดคือ f_c (TE20) = c / a ซึ่งเท่ากับ 13.12 GHz พอดีสำหรับท่อ WR-90 สิ่งนี้สร้างขีดจำกัดสูงสุดสำหรับการทำงานในโหมดเดียว หากคุณพยายามส่งสัญญาณ 15 GHz ผ่านท่อ WR-90 คุณจะไปกระตุ้นโหมดที่หลากหลาย ซึ่งนำไปสู่การกระจายกำลังที่ไม่แน่นอน ความผิดพลาดทางเฟส และประสิทธิภาพที่ลดลงอย่างรุนแรง ดังนััน แบนด์วิดท์ในการทำงานคือช่วงระหว่างความถี่ตัด TE10 และความถี่ตัดของโหมดถัดไป ซึ่งสำหรับอัตราส่วน 2:1 มาตรฐานก็คือโหมด TE20
สิ่งนี้ทำให้มีขีดจำกัดความถี่สูงสุดทางทฤษฎีที่ 13.12 GHz แต่ในทางปฏิบัติจะคุมย่านความถี่ไว้ต่ำกว่า 12.4 GHz เพื่อให้มี ระยะเผื่อความปลอดภัยประมาณ 700 MHz เพื่อป้องกันการแปลงโหมดและความคลาดเคลื่อนจากการผลิต การลดทอนจะขึ้นอยู่กับความถี่อย่างมาก โดยจะลดลงจนถึงค่าต่ำสุด (ประมาณ 0.1 dB/ม. สำหรับ WR-90 ที่ 10 GHz) ในช่วงกลางของย่านความถี่ และจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเข้าใกล้ความถี่ตัดของโหมดถัดไป การใช้งานที่ใกล้กับความถี่ตัดทั้งสองด้านมากเกินไปอาจนำไปสู่ การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นมากกว่า 400% ทำให้ระบบไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก
ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป
เรดาร์เฝ้าระวังสนามบินทั่วไปอาจใช้ท่อ WR-90 ยาว 4 เมตร เพื่อส่งสัญญาณไปยังสายอากาศ โดยรองรับ กำลังสูงสุด (peak power) ที่ 1 ถึง 2 เมกะวัตต์ และกำลังเฉลี่ย หลายร้อยวัตต์ ค่าการลดทอนตลอดระยะ 4 เมตรนั้นเพียงแค่ 0.5 dB ซึ่งหมายความว่ากว่า 89% ของกำลังส่งไปถึงสายอากาศ ซึ่งเป็นระดับประสิทธิภาพที่สายโคแอกเชียลไม่สามารถเทียบได้ในความถี่เหล่านี้ สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อระยะการตรวจจับที่ไกลขึ้นและการตรวจจับเป้าหมายที่ดีขึ้น
ในสถานีภาคพื้นดินสื่อสารผ่านดาวเทียม ท่อนำคลื่นขนาดใหญ่ขึ้นอย่าง WR-112 (5.85-8.20 GHz) และ WR-137 (5.15-5.85 GHz) ถูกใช้สำหรับ สัญญาณดาวเทียม C-band ขาลง (downlinks) ซึ่งมักจะรับสัญญาณที่มี แบนด์วิดท์ 500-800 MHz ต่อโพลาไรเซชัน โครงสร้างที่แข็งแรงช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่คงที่นานนับทศวรรษ โดยมีอายุการใช้งานปกติเกิน 20 ปี แม้ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง ในการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และการแพทย์ ท่อนำคลื่นถือเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
| โดเมนการใช้งาน | มาตรฐานท่อนำคลื่นทั่วไป | ช่วงความถี่ | ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก |
|---|---|---|---|
| เรดาร์ควบคุมการยิงบนเครื่องบิน | WR-75 | 10.0 – 15.0 GHz | การรองรับกำลัง: สูงสุด 200 kW peak |
| การสื่อสารดาวเทียม (Ku-band) | WR-62 | 12.4 – 18.0 GHz | ค่าการสูญเสีย: <0.2 dB/ม. @ 15 GHz |
| เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นทางการแพทย์ | WR-650 | 1.0 – 1.5 GHz | กำลังเฉลี่ย: ~5 kW |
| วิทยุดาราศาสตร์ | WR-42 | 18.0 – 26.5 GHz | ความแม่นยำ: ค่าความเรียบผิว <15 µm |
ต้นทุนเทียบกับประสิทธิภาพ: แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของท่อนำคลื่นจะสูงกว่าสายโคแอกเชียล แต่ การประหยัดในระยะยาว ในด้านประสิทธิภาพการดำเนินงานนั้นมีนัยสำคัญ ระบบที่ใช้ท่อนำคลื่นอาจมี การสูญเสียสัญญาณต่ำกว่า 30-40% เมื่อเทียบกับระบบโคแอกเชียลที่เทียบเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าเครื่องขยายสัญญาณขนาด 1 kW ที่ใช้ท่อนำคลื่นสามารถส่งกำลัง 1 kW ไปยังสายอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ระบบโคแอกเชียลอาจต้องการเครื่องขยายสัญญาณขนาด 1.4 kW เพื่อให้ได้กำลังส่งเท่ากัน ซึ่งจะเพิ่มทั้งต้นทุนฮาร์ดแวร์เริ่มต้นและค่าไฟฟ้าต่อเนื่องหลายร้อยวัตต์
ความหนาแน่นของพลังงาน: ในการใช้งานที่ใช้กำลังสูงเช่นการกระจายเสียง ความหนาแน่นของพลังงานเป็นปัจจัยสำคัญ สายโคแอกเชียล 50 โอห์ม ที่ออกแบบมาสำหรับ 3 GHz อาจรองรับกำลังสูงสุดได้ 10-20 kW ก่อนจะเสี่ยงต่อการเกิดแรงดันไฟฟ้าแตกตัว แต่ ท่อนำคลื่น WR-430 ที่เทียบเท่ากันในความถี่เดียวกันสามารถรองรับกำลังสูงสุดได้ เกิน 5 เมกะวัตต์ ซึ่งแตกต่างกันถึง 500 เท่า เพราะพลังงานถูกกระจายผ่านปริมาตรอากาศขนาดใหญ่แทนที่จะกระจุกตัวอยู่ที่ช่องว่างไดอิเล็กทริกขนาดเล็ก
ข้อดีและข้อจำกัดที่สำคัญ
ท่อนำคลื่นมาตรฐาน WR-90 รองรับ กำลังสูงสุดเกิน 200-500 kW และมีค่าการสูญเสียเพียง 0.1 dB/ม. ที่ 10 GHz ในขณะที่สายโคแอกเชียลที่เทียบเท่ากันอาจจำกัดอยู่ที่ 10 kW peak และสูญเสียถึง 0.5 dB/ม. การสูญเสียที่ลดลงถึง 80% นี้ส่งผลโดยตรงต่อความต้องการเครื่องขยายสัญญาณที่เล็กลงและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำลงตลอดอายุการใช้งาน 20 ปี ของระบบ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้แลกมาด้วยขนาด น้ำหนัก และแบนด์วิดท์ที่จำกัด ซึ่งอาจทำให้ไม่สะดวกสำหรับการออกแบบที่ทันสมัยและกะทัดรัด
- ข้อดี: การสูญเสียสัญญาณต่ำมาก, รองรับกำลังไฟฟ้าสูงมาก, การแพร่กระจายโหมดที่มีความบริสุทธิ์สูง, โครงสร้างทางกายภาพแข็งแรง
- ข้อจำกัด: ขนาดและน้ำหนักมาก, แบนด์วิดท์ในการทำงานแคบ, ต้นทุนและความซับซ้อนในการประกอบสูง, จำกัดอยู่เฉพาะความถี่ไมโครเวฟ
ท่อ WR-62 ยาว 10 เมตร ที่ความถี่ 17 GHz อาจมีการสูญเสียรวมเพียง 1.5 dB รักษาพลังงานขาเข้าไว้ได้กว่า 70% ในขณะที่สายโคแอกเชียลในระยะและความถี่นี้แทบจะใช้งานไม่ได้เลย ความจุพลังงาน ก็เป็นอีกข้อแตกต่างที่สำคัญ โครงสร้างสนามแบบกระจายช่วยให้ท่อนำคลื่นสามารถรองรับ กำลังสูงสุดหลายเมกะวัตต์ ในระบบเรดาร์โดยไม่เสี่ยงต่อการเกิดการอาร์คของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นความล้มเหลวที่พบบ่อยในสายโคแอกเชียลที่เกิน 100 kW ความแม่นยำในการผลิต นั้นสูงมาก โดยความเรียบของผิวภายในอยู่ในระดับ ไมโครเมตร (µm) เพื่อลดการสูญเสียความต้านทาน และการจัดตำแหน่งหน้าแปลน (flange) ต้องแม่นยำภายใน 0.05 มม. เพื่อป้องกันการสะท้อนของสัญญาณ
อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดก็ชัดเจนไม่แพ้กัน ขนาดทางกายภาพนั้นใหญ่มาก: ท่อ WR-430 สำหรับการใช้งานที่ 1.7 GHz มีหน้าตัดขนาด 109.2 x 54.6 มม. ทำให้ไม่สามารถใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่กะทัดรัดได้ แบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้สำหรับโหมดเดียวมักจะอยู่เพียง 40-50% ของความถี่กลาง บีบให้ผู้ออกแบบต้องใช้ท่อนำคลื่นขนาดต่างๆ กันสำหรับส่วนต่างๆ ของระบบที่มีช่วงกว้าง (wideband) ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนและ ต้นทุนขึ้น 200-300%
การเปรียบเทียบท่อนำคลื่นประเภทอื่นๆ
ตัวอย่างเช่น ท่อนำคลื่นแบบสันคู่ (double-ridge waveguide) อาจเพิ่มแบนด์วิดท์ได้ถึง 200-300% เมื่อเทียบกับท่อมาตรฐาน แต่นี่แลกมาด้วย การลดลงของการรองรับกำลังไฟ 60-70% และ ค่าการลดทอนที่เพิ่มขึ้นประมาณ 0.5 dB ต่อเมตร ในทางกลับกัน ท่อนำคลื่นแบบวงกลม (circular waveguide) มีการสูญเสียต่ำมากสำหรับการใช้งานเฉพาะทาง โดยมีตัวเลขการลดทอนต่ำถึง 0.03 dB/ม. ที่ความถี่ 30 GHz แต่มันมีปัญหาเรื่องความไม่เสถียรของโพลาไรเซชันพื้นฐาน การเลือกระหว่างประเภทต่างๆ ไม่ใช่การหาตัวเลือกที่ “ดีที่สุด” แต่เป็นการเลือกคุณลักษณะทางกายภาพของท่อนำคลื่นให้ตรงกับข้อจำกัดทางไฟฟ้าและกลไกของระบบ โดยราคาอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 200-500% ระหว่างแบบที่ง่ายที่สุดและซับซ้อนที่สุด
- ท่อนำคลื่นแบบสันคู่ (Double-Ridge Waveguide): แบนด์วิดท์กว้างมาก, ขนาดกะทัดรัด, รองรับกำลังได้น้อยกว่า, การลดทอนสูงกว่า
- ท่อนำคลื่นแบบวงกลม (Circular Waveguide): การสูญเสียต่ำมาก, รองรับกำลังไฟฟ้าสูง, ปัญหาเรื่องโพลาไรเซชันไม่แน่นอน, ใช้สำหรับระยะทางไกลและข้อต่อหมุน (rotating joints)
- ท่อนำคลื่นแบบยืดหยุ่นวงรี (Elliptical Flexible Waveguide): ยืดหยุ่นได้ดีในการติดตั้ง, การสูญเสียและ VSWR สูงกว่า, รองรับกำลังได้น้อยกว่า, ใช้สำหรับการเชื่อมต่อระยะสั้น
- ท่อนำคลื่นแบบไดอิเล็กทริก (Dielectric Waveguide): รวมเข้ากับแผงวงจรได้, ต้นทุนต่ำสำหรับการผลิตจำนวนมาก, การสูญเสียต่ำมากในความถี่สูงระดับ mmWave, รองรับกำลังได้จำกัด
ท่อนำคลื่นแบบสันอาจรองรับแบนด์วิดท์ได้ครบอัตราส่วน 2:1 (เช่น 6-18 GHz) ในหน่วยเดียว ในขณะที่คุณต้องใช้ท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมมาตรฐานถึง สามหรือสี่อัน เพื่อให้ครอบคลุมช่วงเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ขอบที่แหลมคมของสันจะรวมสนามไฟฟ้าให้เข้มข้นขึ้น ซึ่งจะลดเกณฑ์การแตกตัว (breakdown threshold) ท่อมาตรฐาน WR-90 สามารถรองรับกำลังสูงสุดได้ 500 kW แต่ท่อแบบสัน C-band ที่เทียบเท่ากันอาจจำกัดอยู่ที่ 150 kW หรือ ลดลงถึง 70% และค่า การลดทอน ก็สูงกว่าด้วย มักจะอยู่ที่ 0.3 dB/ม. เทียบกับ 0.1 dB/ม. ของท่อมาตรฐาน
ท่อนำคลื่นแบบวงกลม เป็นที่ต้องการเพราะความสมมาตรและการสูญเสียที่ต่ำมาก ทำให้เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณระยะไกลในระบบอย่างสถานีดาวเทียมภาคพื้นดินที่ระยะ 50 เมตร อาจสูญเสียสัญญาณเพียง 1.5 dB ข้อเสียหลักคือมันสามารถรองรับคลื่นได้ทุกโพลาไรเซชัน ซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทิศทางของโพลาไรเซชันที่ไม่ต้องการในระยะทางไกล
สำหรับการเชื่อมต่อที่ต้องการความยืดหยุ่น จะใช้ ท่อนำคลื่นแบบวงรี แต่โครงสร้างผนังแบบลูกฟูกจะเพิ่มการสูญเสียเป็นประมาณ 0.4 dB ต่อเมตร และทำให้เกิดอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (VSWR) ที่สูงขึ้น โดยปกติจะอยู่ที่ 1.5:1 เทียบกับ 1.1:1 ของส่วนที่แข็งเกร็ง สุดท้าย ท่อนำคลื่นแบบไดอิเล็กทริก ซึ่งเป็นเพียงแถบพลาสติกที่มีการสูญเสียต่ำ กำลังกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ เรดาร์ยานยนต์ 77 GHz และ ระบบสร้างภาพ 140 GHz ที่รวมอยู่บนแผงวงจร โดยให้การสูญเสียต่ำกว่า 0.1 dB/ซม. ในความถี่สูงขีดสุดเหล่านี้ แต่รองรับกำลังได้ไม่ถึง 10 วัตต์
