[RF&Microwave] Waveguide Component, Broad-wall Directional Coupler & Narrow-wall Directional Coupler

1. Broad-wall Directional Coupler

 

 

위 그림은 Broad-wall Directional Coupler 중 Coupling Value가 3dB, 6dB, 10dB 인 경우에 동일한 반경의 홀이 broad-wall의 중심에서 a/4 지점에 대칭으로 놓이고 도파관 방향으로는 (cutoff wavelength)/4 간격으로 놓인다. 이 coupler는 상용도파관 사용 주파수 전대역에서 Directivity가 35dB 이상 갖는다.

 

 

위 그림은 Broad-wall Directional Coupler 중 Coupling Value가 20dB, 30dB, 40dB, 50dB 인 경우에 일정한 비율의 크기를 갖는 홀이 broad-wall의 중심에서 a/4 지점에 대칭으로 놓이고 도파관 방향으로는 (cutoff wavelength)/4 간격으로 놓인다. 이 coupler는 상용도파관 사용 주파수 전대역에서 Directivity가 35dB 이상 갖는다.

 

2. Narrow-wall Directional Coupler

 

 

 

위 그림은 Narrow-wall Directional Coupler 중 Coupling Value가 20dB, 30dB, 40dB 인 경우에 동일한 반경의 홀이 narrow-wall의 중심에서 대칭으로 놓이고 도파관 방향으로는 (cutoff wavelength)/4 간격으로 놓인다. 이 coupler는 상용도파관 사용 주파수 전대역에서 Directivity가 25dB 이상 갖는다.

 

3. Directional Coupler 설계

이러한 종류의 coupler 설계에 대한 논문을 찾아보면 이론적으로 완전히 해석된 논문은 없으며 wall의 두께를 무시한 상태에서 해석하고, 수치해석 방법으로 보정하는 논문이 여러 편 있다. 이러한 논문을 참고하여 필요한 coupler를 설계할 수 있다.

 

① 원하는 사양을 만족하기 위한 홀의 크기와 개수를 정한다.

② wall 두께를 결정한다. 통상 1mm 이상 잡는다. 가공 오차에 따라 coupling 값의 변화하는 오차를 확인해야 한다.

③ 수치해석 프로그램을 이용하여 설계한다. (Even mode와 Odd mode를 구분해서 적용하는 방법을 알면 좀 더 쉽게 설계할 수 있다.

④ 분산컴퓨팅을 할 수 있으면 적극 활용한다.

 

설계 과정에서 시간을 많이 소요하지만 제작도 만만하지 않다. 해외 제품들은 주 전송로와 부 전송로를 brazing하여 붙여놓았다. brazing 부위가 넓고 구조 자체가 크기 때문에 이에 대한 경험의 축적이 없이는 제대로 만들 수 없다. 국내 전문 브레이징 업체로써 B&C 테크와 백인기연이 있다. 실험실용으로써 브레이징을 하지 않고 스크류를 이용하여 체결하는 방향으로 구조를 설계하는 것도 가능하다.

 

참고적으로 B&C 테크는 넥스원퓨처의 협력업체이고, 백인기연은 삼성탈레스의 협력업체이다.