Guided Wavelength와 3 stub tuner(WR284 WR340 2.45GHz)

 

 

3-stub tuner를 도파관에 배치할 때, guided wavelength의 길고 짧음은 특정 응용과 요구사항에 따라 다르게 유리할 수 있습니다. 일반적으로 3-stub tuner는 도파관의 임피던스를 조정하고 정재파비(SWR)를 최소화하기 위해 사용됩니다. 아래는 guided wavelength가 긴 경우와 짧은 경우 각각의 장단점을 설명합니다.

Guided Wavelength가 긴 경우

• 정밀 조정이 용이: Guided wavelength가 길면 stub 간의 거리가 길어지므로, 각 stub를 이동시키며 임피던스를 조정할 때 더 정밀하게 튜닝할 수 있습니다. 이는 특히 저주파 응용에서 유리합니다.
• 큰 물리적 공간 필요: 도파관 내에서 stub 간의 거리가 멀어지므로, 3-stub tuner를 배치하기 위해 더 큰 물리적 공간이 필요합니다.
• 설계 유연성: 긴 wavelength는 물리적 설계의 유연성을 제공하여, stub의 위치 조정을 통해 더 다양한 임피던스 매칭을 할 수 있습니다.

Guided Wavelength가 짧은 경우

• 컴팩트한 설계: Guided wavelength가 짧으면 stub 간의 거리가 가까워져, 더 작은 물리적 공간에 3-stub tuner를 배치할 수 있습니다. 이는 고주파 응용에서 특히 유리합니다.
• 빠른 조정 가능: 짧은 wavelength는 각 stub의 이동이 임피던스에 더 큰 영향을 미치므로, 빠르게 임피던스를 조정할 수 있습니다.
• 정밀도 요구: 짧은 wavelength는 작은 이동만으로도 큰 변화를 일으킬 수 있으므로, 더 높은 정밀도로 튜닝을 해야 합니다.

결론

3-stub tuner를 도파관에 배치할 때, guided wavelength의 길고 짧음은 응용에 따라 다르게 유리할 수 있습니다:

• 저주파 응용: Guided wavelength가 긴 것이 유리할 수 있습니다. 정밀한 조정과 설계 유연성을 제공합니다.
• 고주파 응용: Guided wavelength가 짧은 것이 유리할 수 있습니다. 컴팩트한 설계를 가능하게 하고, 빠른 조정을 제공합니다.

따라서, 3-stub tuner를 설계하고 배치할 때는 해당 응용의 주파수 범위와 물리적 공간 제약을 고려하여 guided wavelength의 길고 짧음을 결정하는 것이 중요합니다.

 

2.45 GHz 에서 WR284 도파관을 사용할 때 3 Stub Tuner의 배치

 

2.45 GHz 주파수에서 3-stub tuner를 도파관에 배치할 때 guided wavelength의 길고 짧음에 대한 고려 사항을 구체적으로 살펴보겠습니다.

2.45 GHz에서의 Guided Wavelength

앞서 계산한 바와 같이, WR284 도파관에서 2.45 GHz 주파수의 전자기파의 guided wavelength는 약 232.37 mm입니다.

Guided Wavelength가 긴 경우의 장점

1. 정밀 조정 가능: 긴 guided wavelength는 stub 간의 간격이 넓어지므로, 각 stub를 미세하게 이동시키면서 정밀하게 임피던스를 조정할 수 있습니다.
2. 설계의 유연성: stub 간의 간격이 넓어지면 더 다양한 배치를 통해 임피던스를 조정할 수 있어 설계에 유연성을 제공합니다.

Guided Wavelength가 짧은 경우의 장점

2.45 GHz에서는 이미 guided wavelength가 상대적으로 짧기 때문에 주파수가 더 높은 경우와 비교하여 stub 간의 간격이 너무 좁아지지 않으며, 조정의 정밀도와 설계의 유연성 사이에서 균형을 맞출 수 있습니다.

고려 사항

• 도파관의 물리적 크기: WR284 도파관의 크기(2.84 inches x 1.34 inches)는 2.45 GHz에서 적절한 guided wavelength를 제공하며, stub 간의 간격이 너무 좁거나 넓지 않아 적절한 임피던스 매칭이 가능합니다.
• 설계와 조정의 용이성: 232.37 mm의 guided wavelength는 각 stub의 간격을 적절하게 조정할 수 있는 충분한 공간을 제공하므로, 정밀한 조정이 가능합니다.

결론

2.45 GHz 주파수에서 WR284 도파관을 사용하여 3-stub tuner를 배치하는 경우, guided wavelength는 약 232.37 mm로 적절한 길이를 가지고 있습니다. 이는 각 stub 간의 간격이 너무 좁지도 않고 넓지도 않아, 임피던스를 정밀하게 조정할 수 있는 이상적인 조건을 제공합니다.

따라서, 2.45 GHz 주파수에서는 현 guided wavelength가 유리하며, 이를 활용하여 효과적인 3-stub tuner 설계를 진행할 수 있습니다.

 

3-Stub Tuner 배치 기준

1. Guided Wavelength ($\lambda_g$​) 계산: 이미 앞서 계산한 바와 같이, 2.45 GHz에서 WR284 도파관의 guided wavelength는 약 232.37 mm입니다.
2. Stub 간 거리: 일반적인 배치 비율은 $\lambda_g$g​의 1/4입니다. 이는 약 58.09 mm입니다. 따라서 각 stub 간의 거리는 이 값을 기준으로 설정할 수 있습니다. 다른 비율(예: $\lambda_g / 8$ 또는 $\lambda_g / 2$)도 사용될 수 있으나, 일반적인 경우 1/4이 많이 사용됩니다.

예시: 3-Stub Tuner 배치

• Guided Wavelength ($\lambda_g$​): 232.37 mm
• Stub 간 거리: $\lambda_g / 4 = 232.37 \text{ mm} / 4 \approx 58.09 \text{ mm}$

배치 예시

• Stub 1: 도파관의 기준점 (예: 시작점)
• Stub 2: Stub 1으로부터 58.09 mm
• Stub 3: Stub 2로부터 58.09 mm

구체적인 배치 방법

1. Stub 1을 기준점에 배치합니다.
2. Stub 2를 Stub 1으로부터 58.09 mm 떨어진 위치에 배치합니다.
3. Stub 3을 Stub 2로부터 58.09 mm 떨어진 위치에 배치합니다.

이렇게 하면 3-stub tuner의 각 stub는 guided wavelength의 1/4 간격으로 배치되어, 최적의 임피던스 매칭을 수행할 수 있습니다.

최적화 및 조정

실제 설계에서는 측정 장비를 사용하여 각 stub의 위치를 미세하게 조정할 수 있습니다. 이를 통해 최적의 정재파비(SWR)를 얻을 수 있습니다. 주파수와 응용 환경에 따라 stub 간 거리를 조정하는 것이 필요할 수 있습니다.

결론

3-stub tuner를 도파관에 배치할 때는 각 stub 간의 거리를 guided wavelength의 1/4로 설정하는 것이 일반적입니다. 이는 최적의 임피던스 매칭을 가능하게 하며, 2.45 GHz에서 WR284 도파관을 사용하는 경우 각 stub 간의 거리는 약 58.09 mm로 설정하면 됩니다.

 

2.45 GHz 에서 WR340 도파관을 사용할 때 3 Stub Tuner의 배치

 

WR340 도파관에서 2.45 GHz 주파수를 사용할 때의 stub 간 거리를 계산하기 위해, 먼저 해당 도파관에서의 guided wavelength를 계산해야 합니다. WR340 도파관의 특성을 고려하여 guided wavelength를 계산한 후, stub 간 거리를 결정할 수 있습니다.

WR340 도파관의 특성

• 내부 단면 크기: 3.4 inches x 1.7 inches (86.36 mm x 43.18 mm)
• TE₁₀ 모드의 cutoff 주파수 (fcf_cfc​): 약 1.736 GHz
• cutoff wavelength ($\lambda_c$​): 약 172.4 mm

주어진 조건

• 주파수 ($f$): 2.45 GHz

계산 단계

1. 자유 공간에서의 파장 ($\lambda_0$​) 계산: $\lambda_0 = \frac{c}{f}$ 여기서 $c$는 빛의 속도 (약 3 X 10^8 m/s).
2. $\lambda_0 = \frac{3 \times 10^8 \text{ m/s}}{2.45 \times 10^9 \text{ Hz}} \approx 0.12245 \text{ meters}$ 
   $\lambda_0 \approx 122.45 \text{ mm}$
3. Guided wavelength ($\lambda_g$​) 계산: $\lambda_g = \frac{\lambda_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{\lambda_0}{\lambda_c}\right)^2}}$​​
4. $\lambda_g = \frac{122.45 \text{ mm}}{\sqrt{1 - \left(\frac{122.45 \text{ mm}}{172.4 \text{ mm}}\right)^2}}$
   $\lambda_g = \frac{122.45 \text{ mm}}{\sqrt{1 - \left(0.710\right)^2}}$
   $\lambda_g \approx 173.96 \text{ mm}$

Stub 간 거리 계산

• 일반적으로 guided wavelength의 1/4을 stub 간 거리로 사용합니다.

$$\text{Stub distance} = \frac{\lambda_g}{4} = \frac{173.96 \text{ mm}}{4} \approx 43.49 \text{ mm}$$

결론

WR340 도파관에서 2.45 GHz 주파수를 사용할 때, 각 stub 간의 거리는 guided wavelength의 1/4인 약 43.49 mm로 설정하는 것이 적절합니다. 이를 통해 3-stub tuner를 배치할 때 최적의 임피던스 매칭을 달성할 수 있습니다.

 

2.45 GHz에서 WR340과 WR284의 장단점?

WR340 도파관과 WR284 도파관을 2.45 GHz에서 사용할 때의 장단점은 도파관의 물리적 크기와 특성, 그리고 응용 환경에 따라 다릅니다. 아래는 각각의 도파관을 사용할 때의 주요 장단점을 정리한 것입니다.

WR340 도파관

장점

1. 더 낮은 손실: WR340 도파관은 물리적으로 더 크기 때문에, 동일한 주파수에서 더 낮은 전력 손실을 가질 수 있습니다. 이는 특히 고출력 전송에서 유리합니다.
2. 더 큰 전력 처리 능력: 큰 단면적은 더 많은 전력을 처리할 수 있어, 높은 전력 응용에 적합합니다.
3. 온도 관리: 더 큰 표면적은 열 방출에 유리하므로, 고출력 상황에서 도파관의 온도 관리가 더 용이합니다.

단점

1. 더 큰 크기: 물리적 크기가 커서, 설치 공간이 제한적인 경우 사용이 어려울 수 있습니다.
2. 무게: 큰 도파관은 무게가 더 많이 나가므로, 설치와 유지보수가 더 어려울 수 있습니다.
3. Stub 간 거리: guided wavelength가 길어져서 stub 간 거리가 멀어지므로, 정밀한 튜닝이 필요할 수 있습니다.

WR284 도파관

장점

1. 더 작은 크기: WR284 도파관은 물리적으로 더 작아서, 설치 공간이 제한적인 경우 더 적합합니다.
2. 경량성: 상대적으로 가벼워서, 설치와 유지보수가 더 용이합니다.
3. Stub 간 거리: guided wavelength가 상대적으로 짧아 stub 간 거리도 짧아져, 조정이 더 용이할 수 있습니다.

단점

1. 더 높은 손실: 물리적 크기가 작아, 동일한 주파수에서 전력 손실이 더 클 수 있습니다.
2. 전력 처리 능력 제한: 작은 단면적은 전력 처리 능력이 제한적이어서, 고출력 응용에 덜 적합할 수 있습니다.
3. 열 관리: 작은 표면적은 열 방출이 상대적으로 어려워, 고출력 상황에서 온도 관리가 더 어려울 수 있습니다.

결론

WR340 도파관은 고출력 응용, 낮은 전력 손실, 그리고 효율적인 열 관리가 중요한 경우에 유리합니다. 그러나 큰 크기와 무게로 인해 설치 공간이 넉넉하고 무게를 지탱할 수 있는 구조가 필요합니다.

WR284 도파관은 설치 공간이 제한적이고, 경량성이 요구되는 경우에 유리합니다. 하지만 전력 처리 능력이 제한적이고, 고출력 응용에서는 더 높은 전력 손실과 열 관리의 어려움이 있을 수 있습니다.

따라서, 구체적인 응용 환경과 요구사항을 고려하여 도파관을 선택하는 것이 중요합니다. 2.45 GHz에서 사용하는 주파수 대역에 따라 각 도파관의 특성을 잘 이해하고, 적절히 선택해야 합니다.