Meow Engineering

플라즈마 물리나 진공 방전 시스템을 다루다 보면 전자 에너지 분포 함수(EEDF, Electron Energy Distribution Function)를 고려해야 하는 경우가 많다. 이때 가장 대표적인 두 가지 분포가 바로 **맥스웰 분포(Maxwellian distribution)**와 **드뤼베스틴 분포(Druyvesteyn distribution)**이다. 본 글에서는 이 두 분포의 정의, 유도 방식, 그리고 차이점에 대해 간결하게 정리한다.

1. 맥스웰 분포 (Maxwellian Distribution)

맥스웰 분포는 열적 평형 상태에서의 입자 속도 또는 에너지 분포를 설명하는 고전적 통계 분포이다.

• 전제 조건: 입자 간 충돌이 매우 빈번하여 열평형 상태에 도달한 시스템
• 확률 밀도 함수(속도 기준):

$$f(v)=4\pi {\left(\frac{m}{2\pi kT}\right)}^{3/2}{v}^2\exp (-\frac{m{v}^2}{2kT})$$

• 에너지 기준의 EEDF:

$$f(\epsilon )\propto \sqrt{\epsilon }\exp (-\frac{\epsilon }{kT})$$

• 특징:
  • 낮은 에너지에서 확률이 높고, 고에너지로 갈수록 지수적으로 감소
  • 플라즈마가 충돌 우세(collisional) 상태일 때 유효

2. 드뤼베스틴 분포 (Druyvesteyn Distribution)

드뤼베스틴 분포는 비열평형(non-equilibrium) 플라즈마에서 자주 나타나는 분포로, 특정 전자기장 하에서의 steady-state Boltzmann equation 해석을 통해 유도된다.

• 전제 조건: 약한 충돌 조건, 주로 저압 플라즈마 또는 글로우 방전 시스템
• 에너지 기준의 EEDF:

$$f(\epsilon )\propto \epsilon \exp (-\frac{{\epsilon }^2}{A^2})$$

• 특징:
  • 고에너지 영역에서 맥스웰 분포보다 더 빠르게 감소
  • 전기장에 의해 가속된 전자들이 많은 경우 나타남
  • 평균 에너지는 비슷하나, 고에너지 전자의 존재 확률은 낮음

3. 맥스웰 분포 vs 드뤼베스틴 분포

4. 정리

• 맥스웰 분포는 열평형을 가정하며, 가장 널리 알려진 분포이다.
• 드뤼베스틴 분포는 약한 충돌 상태의 비열평형 플라즈마에서 더 잘 설명된다.
• 플라즈마 진단에서 EEDF를 측정할 때 어떤 분포를 가정하느냐에 따라 해석 결과가 달라질 수 있다.

플라즈마 시스템 설계나 시뮬레이션을 수행할 때, 위 두 분포의 차이를 인지하고 적절한 모델을 선택하는 것이 중요하다.

플라즈마 물리, 기체 방전, 저온 플라즈마 공정 등에서는 입자 간 충돌을 통한 에너지 전달 메커니즘이 시스템 거동을 결정짓는 핵심 요소로 작용합니다. 본 글에서는 전자-중성 입자 충돌 및 전자-전자 충돌을 중심으로 에너지 전달 특성과 열역학적 의미를 정리합니다.

1. 전자-중성 기체 충돌 (Electron-neutral Collisions)

전자와 중성 기체 분자 사이의 충돌은 크게 두 가지로 나뉩니다.

1.1 탄성 충돌 (Elastic Collisions)

• 정의: 충돌 후에도 중성 입자의 에너지 상태가 변하지 않음.
• 에너지 전달 특성:
  • 전자의 운동 에너지는 거의 보존.
  • 전자 방향만 변화, 속도는 거의 일정.
  • 이유: 전자 질량이 중성 입자보다 매우 작아 운동량 전달이 비효율적.

1.2 비탄성 충돌 (Inelastic Collisions)

• 정의: 전자가 중성 입자를 들뜨게 하거나 전리시킴.
• 에너지 전달 특성:
  • 전자의 운동 에너지가 들뜸 에너지 또는 전리 에너지로 전환.
  • 전자 에너지가 감소하며, 중성 입자는 에너지 상태 변화.
• 결과:
  • 다수의 비탄성 충돌 누적 시 플라즈마 상태로 전이 가능.

2. 전자-전자 충돌 (Electron-electron Collisions)

전자 간 충돌은 전자 밀도가 높을 때 중요성이 커집니다.

2.1 조건

• 고밀도 플라즈마 환경 (예: 토카막, 레이저 플라즈마).
• 전자 간 평균 자유 경로 감소 → 충돌 빈도 증가.

2.2 에너지 전달 특성

• 쿨롱 상호작용에 의한 운동 에너지 재분배.
• 고에너지 전자가 저에너지 전자에게 에너지 전달 → 분포 함수 평탄화.
• 전자들은 열적 평형에 빠르게 도달하며, 맥스웰-볼츠만 분포 수렴.

3. 전자와 무거운 입자의 독립적인 열역학 거동

플라즈마 내 전자와 이온/중성자 사이의 열역학적 거동 차이는 다음과 같은 물리적 원인에서 비롯됩니다.

3.1 질량 차이에 따른 충돌 시간 차이

• 전자는 질량이 작아 빠르게 반응하고 열평형에 빠르게 도달.
• 무거운 입자는 운동이 느리고, 전자와의 에너지 교환도 비효율적.
• 결과적으로 서로 다른 온도 상태 형성 (Tₑ ≠ Tₕ).

3.2 비평형 상태 (Non-equilibrium Plasma)

• 특히 저압 조건에서는 에너지 전달이 제한되어 열적 비평형 심화.
• 전자: 높은 온도(Tₑ) / 무거운 입자: 낮은 온도(Tₕ) 상태 유지.

4. 모델링 관점: Two-Temperature 모델

전자와 무거운 입자를 서로 다른 열역학적 시스템으로 분리하여 모델링하는 방식.

• 전자 시스템:
  • 높은 에너지 → 이온화, 들뜸, 화학 반응 유도
• 무거운 입자 시스템:
  • 낮은 에너지 → 압력, 흐름, 물질 수송 주도

이 접근법은 특히 공정 플라즈마(예: 반도체 가공, 스퍼터링) 환경에서 다음과 같은 조건에서 유효합니다:

• 낮은 압력
• 질량 차이
• 열적 비평형

5. 요약

결론

전자와 무거운 입자는 질량 차이로 인해 에너지 교환 시간 스케일이 다르며, 결과적으로 플라즈마 내에서 독립적인 열역학적 시스템으로 모델링하는 것이 유효합니다. 특히 저온 비평형 플라즈마에서는 이러한 두 시스템 간의 온도 차이를 고려한 Two-Temperature 모델이 실제 공정 예측에 필수적인 접근 방식으로 자리 잡고 있습니다.

기체 내에서 입자 간 충돌은 확산, 점성, 전도 및 전자 수송 현상에 중요한 영향을 준다. 이러한 충돌의 확률을 정량적으로 나타내는 물리량이 **충돌 단면적(collision cross section)**이며, **람사우 효과(Ramsauer effect)**는 충돌 단면적의 에너지 의존성을 대표적으로 보여주는 현상이다.

1. 충돌 단면적 (σ, Collision Cross Section)

• 정의: 한 입자가 다른 입자에 충돌할 확률을 면적으로 표현한 값.
• 단위: 보통 ${\text{m}}^2$ 또는 ${\text{cm}}^2$로 표현되며, 전자-중성자 충돌의 경우 1Ų(=10⁻²⁰ m²) 수준.

기하학적 모델:

$$\sigma =\pi d^2$$

• $d$: 입자의 반지름 또는 유효 반경

하지만 실제 입자 간 상호작용은 단순한 구체 모델로 설명하기 어렵다. 전자와 원자 사이의 상호작용에서는 전자기력, 양자역학적 간섭 효과 등이 주요하게 작용한다.

2. 충돌 단면적의 에너지 의존성

충돌 단면적은 전자의 운동 에너지에 매우 민감하게 변한다.

일반적인 경향:

• 낮은 에너지에서는 전자기력에 의한 산란이 강해져 단면적이 크다.
• 중간 에너지에서는 간섭 또는 공명 효과로 인해 단면적이 급격히 작아지는 영역이 존재할 수 있다.
• 고에너지에서는 파장이 짧아지며 산란의 확률이 줄어들어 단면적이 다시 줄어드는 경향을 보인다.

이와 같은 비선형적 변화는 고전적인 입자 충돌 이론으로는 설명이 불가능하며, **양자역학적 산란 이론(Partial Wave Analysis)**을 통해 설명된다.

3. 람사우 효과 (Ramsauer Effect)

람사우 효과는 이러한 에너지 의존성을 극명하게 보여주는 현상이다.

• 관찰 대상: 주로 비활성 기체(Ar, Kr, Xe 등)에서 저에너지 전자가 산란될 때.
• 특징: 특정 에너지 구간(보통 수 eV 근처)에서 전자와 기체 원자의 충돌 단면적이 이상하리만큼 작아진다.
• 원인: 전자파가 원자 포텐셜을 통과할 때 양자 간섭(constructive & destructive interference) 효과로 인해 산란이 억제됨.

실제 예시 – Xe의 전자 충돌 단면적:

• 에너지 0.5 eV: 큰 충돌 단면적
• 에너지 1.0 eV: 급격한 감소 (람사우 영역)
• 에너지 10 eV 이상: 다시 증가 후 점진적으로 감소

이 효과는 전자의 파장이 원자 포텐셜 구조와 간섭을 일으키는 조건에서 발생하며, 파동적 성질이 없으면 설명할 수 없다.

4. 정리 및 응용

결론: 충돌 단면적은 단순한 상수가 아닌, 에너지와 입자 종류에 따라 변화하는 함수이다. 특히, 람사우 효과와 같이 특정 조건에서 단면적이 급격히 줄어드는 현상은 양자역학적 해석이 필수적이며, 플라즈마, 진공 기술, 저압 방전 해석 등 다양한 분야에서 정확한 모델링이 요구된다.

기체 분자 운동론에서 중요한 두 가지 개념인 평균 자유 행로와 충돌 주파수는 입자의 충돌 거동과 운동 특성을 정량적으로 설명하는 데 활용된다.

1. 평균 자유 행로(λ, Mean Free Path)

• 정의: 한 입자가 연속된 충돌 사이에 이동하는 평균 거리.
• 의미: 입자가 얼마나 자주 다른 입자와 상호작용하는지를 나타내며, 밀도가 낮거나 온도가 높을수록 평균 자유 행로가 길어진다.

수식 (단순한 기체 모델 기준):

$$n\lambda =\frac{1}{\sqrt{2}\pi d^{2}n}$$​

• $d$: 입자 지름
• $n$: 단위 부피당 입자 수 (number density)

$\sqrt{2}$ 는 양방향 충돌을 고려한 보정 계수이다. 한편, 이상기체 상태 방정식 $n=\frac{P}{k_{B}T}$를 대입하면:

$$\lambda =\frac{k_{B}T}{\sqrt{2}\pi d^{2}P}$$​

• $P$: 압력
• $T$: 절대온도
• $k_B$​: 볼츠만 상수

2. 충돌 주파수(ν, Collision Frequency)

• 정의: 단위 시간당 한 입자가 다른 입자와 충돌하는 평균 횟수.
• 의미: 입자의 속도 및 주변 입자 밀도에 따라 결정되며, 에너지 전달, 반응속도, 확산 등에 영향을 미친다.

수식:

$$\nu =\frac{\overline{v}}{\lambda }$$​

• $\overline{v}$: 평균 속도 (보통 열속도 $\overline{v}=\sqrt{\frac{8k_{B}T}{\pi m}}$사용)

위 평균 자유 행로 수식을 대입하면:

$$\nu =\sqrt{2}\pi d^{2}n\overline{v}$$

3. 요약

4. 응용 예시

• 기체 확산 모델링: 평균 자유 행로는 확산계수 계산에 사용된다.
• 반도체 공정: 플라즈마 상태에서 전자 충돌 빈도 계산에 활용.
• RF 및 전자파 해석: 전자기파에 의한 전자의 운동 해석 시 충돌 주파수 개념이 사용된다.

Mode converter는 전자기파의 전파 경로에서 한 모드에서 다른 모드로 변환하는 장치입니다. 도파관이나 광섬유 시스템에서 특정 모드가 원하는 주파수 대역이나 전파 특성을 제공하지 않을 때 모드 변환기를 사용하여 원하는 모드로 변환할 수 있습니다. 모드 변환기는 다양한 설계와 원리를 기반으로 작동합니다.

Mode Convertor의 주요 유형 및 원리

1. 위상 매칭 변환기 (Phase Matching Convertor):
   • 원리: 위상 매칭을 통해 한 모드의 전기장과 자기장을 다른 모드의 전기장과 자기장으로 변환합니다.
   • 특징: 주파수와 파장에 따라 설계되며, 주로 주파수 선택적인 변환에 사용됩니다.
   • 응용: 마이크로파 도파관 시스템에서 TE10 모드를 TE20 모드로 변환하는 경우 등.
2. 형상 변환기 (Shape Convertor):
   • 원리: 도파관이나 광섬유의 형상을 변화시켜 모드 변환을 유도합니다. 도파관의 폭이나 높이를 조정하거나 특정한 패턴을 형성하여 모드 변환을 달성합니다.
   • 특징: 구조적 변화를 통해 모드를 변환하며, 설계가 단순하고 특정 응용에 효과적입니다.
   • 응용: 직사각형 도파관의 폭을 점진적으로 변화시켜 TE10 모드를 TE20 모드로 변환하는 경우 등.
3. 방사 변환기 (Radiative Convertor):
   • 원리: 한 모드에서 방사된 에너지를 수집하여 다른 모드로 변환합니다. 일반적으로 방사 및 재수집 과정을 통해 모드 변환을 달성합니다.
   • 특징: 에너지 손실이 있을 수 있지만, 다양한 모드 간 변환이 가능하며 유연성이 높습니다.
   • 응용: 안테나 시스템에서 특정 모드를 방사하고 다른 모드로 재수집하여 변환하는 경우 등.
4. 굴절률 변환기 (Refractive Index Convertor):
   • 원리: 매질의 굴절률 분포를 변경하여 모드 변환을 유도합니다. 주로 광섬유 시스템에서 사용됩니다.
   • 특징: 광섬유의 코어와 클래드의 굴절률을 변화시켜 특정 모드를 다른 모드로 변환합니다.
   • 응용: 광섬유 통신 시스템에서 고차 모드를 기본 모드로 변환하는 경우 등.
5. 결합 변환기 (Coupled Mode Convertor):
   • 원리: 두 개 이상의 도파관이나 광섬유를 가까이 배치하여 모드 간의 결합을 통해 에너지를 전달하고 변환합니다.
   • 특징: 두 도파관 사이의 상호작용을 통해 모드를 변환하며, 결합 길이와 간격을 조정하여 원하는 변환을 달성합니다.
   • 응용: 이중 도파관 시스템에서 특정 모드를 다른 모드로 변환하는 경우 등.

Mode Convertor의 응용 분야

1. 통신 시스템:
   • 광섬유 통신: 광섬유에서 다중 모드 간의 간섭을 최소화하거나 특정 모드로 변환하여 신호 품질을 향상시킵니다.
   • 마이크로파 전송: 도파관에서 TE, TM 모드 간 변환을 통해 주파수 효율성을 높이고 신호 전송 품질을 개선합니다.
2. 레이더 시스템:
   • 안테나 설계: 모드 변환기를 사용하여 특정 모드로 변환하여 빔 패턴을 제어하고 레이더 성능을 최적화합니다.
3. 의료 및 센서:
   • 광학 센서: 모드 변환을 통해 감지 정확도와 민감도를 향상시킵니다.
   • 의료 영상: 모드 변환기를 사용하여 고해상도 이미지를 생성합니다.

요약

Mode convertor는 도파관이나 광섬유 시스템에서 한 모드를 다른 모드로 변환하는 데 사용되는 중요한 장치입니다. 다양한 설계와 원리를 통해 모드 변환을 달성하며, 통신, 레이더, 의료 및 센서 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. Mode convertor의 선택과 설계는 시스템의 성능과 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

TE10 → TEM Mode Convertor

TE10 모드를 TEM 모드로 변환하는 대표적인 모드 변환기는 주로 도파관에서 동축 케이블로의 변환을 이용합니다. 이는 도파관에서의 TE10 모드를 동축 케이블에서의 TEM 모드로 변환하는 데 사용됩니다. 다음은 그 대표적인 예시들입니다:

1. E-프로브 변환기 (E-Probe Converter)

• 원리: 도파관 내부에 전기장을 감지하는 프로브를 삽입하여 TE10 모드를 감지하고, 이를 동축 케이블로 연결하여 TEM 모드로 변환합니다.
• 구조: 일반적으로 직사각형 도파관의 벽에 작은 구멍을 뚫고 프로브를 삽입합니다. 프로브는 동축 케이블의 내부 도체와 연결되어 전기장을 TEM 모드로 변환합니다.
• 특징: 간단한 설계와 제작이 가능하며, 비교적 넓은 주파수 대역에서 작동할 수 있습니다.

2. 자기장 고리 변환기 (Magnetic Loop Converter)

• 원리: 도파관 내부에 자기장을 감지하는 고리를 삽입하여 TE10 모드를 감지하고, 이를 동축 케이블로 연결하여 TEM 모드로 변환합니다.
• 구조: 도파관의 벽에 고리를 배치하여 도파관 내부의 자기장을 포착합니다. 고리는 동축 케이블의 외부 도체와 연결되어 자기장을 TEM 모드로 변환합니다.
• 특징: 자기장을 이용하여 모드 변환을 수행하며, 특정 주파수에서 높은 효율을 가집니다.

3. 혼 안테나 변환기 (Horn Antenna Converter)

• 원리: 도파관의 끝에 혼 안테나를 부착하여 TE10 모드를 방사하고, 이를 동축 케이블을 통해 TEM 모드로 수신합니다.
• 구조: 혼 안테나는 도파관의 한쪽 끝에 부착되며, 혼의 끝 부분은 동축 케이블과 연결됩니다. 혼 안테나는 전자기파를 방사하여 공간에서 TEM 모드로 변환합니다.
• 특징: 넓은 주파수 대역에서 작동하며, 고출력 신호를 처리할 수 있습니다.

4. 단락 변환기 (Short-circuited Transition Converter)

• 원리: 도파관의 끝을 단락시키고, 단락 지점 근처에 동축 케이블을 연결하여 TE10 모드를 TEM 모드로 변환합니다.
• 구조: 도파관의 끝을 금속으로 막아 단락시킨 후, 단락 지점에서 가까운 곳에 동축 케이블을 연결합니다. 도파관의 전기장이 단락 지점에서 TEM 모드로 변환됩니다.
• 특징: 설계가 간단하며, 특정 주파수에서 높은 변환 효율을 가질 수 있습니다.

5. 테이퍼 변환기 (Tapered Transition Converter)

• 원리: 도파관의 단면적을 점진적으로 줄여 동축 케이블의 단면과 일치시키는 방식으로 TE10 모드를 TEM 모드로 변환합니다.
• 구조: 도파관의 끝을 테이퍼 형태로 설계하여 단면적을 점진적으로 줄입니다. 테이퍼의 끝 부분은 동축 케이블과 연결됩니다.
• 특징: 주파수 대역이 넓으며, 부드러운 변환을 통해 신호 손실을 최소화할 수 있습니다.

요약

TE10 모드를 TEM 모드로 변환하는 모드 변환기에는 E-프로브 변환기, 자기장 고리 변환기, 혼 안테나 변환기, 단락 변환기, 테이퍼 변환기 등이 있습니다. 각각의 변환기는 특정 응용 분야와 주파수 대역에서 장점을 가지며, 선택은 시스템 요구사항에 따라 달라질 수 있습니다.

전자기파의 모드는 도파관 내에서 전자기파가 어떻게 전파되는지를 설명하고 분석하기 위해 도입되었습니다. 이는 전자기파의 분포와 전파 특성을 이해하고 제어하는 데 있어 중요한 개념입니다. 전자기파의 모드 도입 이유를 더 구체적으로 설명하면 다음과 같습니다.

1. 전파 특성 분석

도파관 내에서 전자기파가 어떻게 전파되는지를 분석하기 위해 모드 개념이 도입되었습니다. 도파관의 구조와 크기에 따라 전자기파는 다양한 형태로 전파될 수 있으며, 이를 모드로 분류하여 이해할 수 있습니다.

2. 주파수 및 전파 방향 제어

모드는 도파관 내에서 전파되는 전자기파의 주파수와 전파 방향을 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 특정 모드는 특정 주파수 대역에서만 전파될 수 있으며, 이를 통해 원하는 주파수 대역을 선택하고 제어할 수 있습니다.

3. 에너지 전달 효율

모드를 통해 도파관 내에서 에너지를 효율적으로 전달할 수 있습니다. 특정 모드는 에너지 손실을 최소화하고 높은 전달 효율을 가질 수 있으며, 이를 통해 통신 시스템 및 레이더 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

4. 필터링 및 신호 처리

모드는 도파관 내에서 특정 주파수 대역을 필터링하거나 분리하는 데 사용될 수 있습니다. 이를 통해 신호 처리 및 주파수 분할 다중화 등의 응용에서 중요한 역할을 합니다.

5. 구조적 설계 및 최적화

도파관의 구조적 설계와 최적화에 있어서 모드 개념은 필수적입니다. 도파관의 크기, 형태, 재질 등을 설계할 때 모드를 고려하여 최적의 성능을 얻을 수 있습니다.

요약

전자기파의 모드 개념은 도파관 내에서 전자기파의 전파 특성을 이해하고 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 주파수 제어, 에너지 효율, 신호 처리, 구조적 설계 등을 효과적으로 수행할 수 있으며, 통신, 레이더, 안테나 시스템 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다.

전파의 유형을 설명하는 다양한 모드

Transverse mode 외에도 전자기파의 전파 특성을 설명하는 다양한 모드가 있습니다. 주요 모드 유형에는 Transverse mode 외에도 Hybrid mode가 있으며, 각각의 모드는 특정 상황이나 도파관 구조에 따라 전파 특성을 정의합니다.

주요 모드 유형

1. Transverse Mode:
   • Transverse Electric (TE) 모드: 전기장이 전파 방향에 대해 수직으로만 존재.
   • Transverse Magnetic (TM) 모드: 자기장이 전파 방향에 대해 수직으로만 존재.
   • Transverse Electromagnetic (TEM) 모드: 전기장과 자기장이 모두 전파 방향에 대해 수직으로 존재.
2. Hybrid Mode (HE 모드):
   • 정의: Hybrid mode는 전파 방향에 대해 전기장과 자기장이 모두 일부 성분을 갖는 모드입니다. 이는 TE 모드와 TM 모드의 성질을 혼합한 형태입니다.
   • 특징: Hybrid mode에서는 전기장과 자기장이 모두 전파 방향 성분을 가집니다. 이는 특히 비원형 단면을 가진 도파관이나 비균일 매질에서 자주 발생합니다.
   • 예: 광섬유에서의 HE11 모드가 대표적인 Hybrid mode입니다. 이는 전기장과 자기장의 성분이 모두 포함된 복합적인 모드입니다.

도파관 구조에 따른 모드

• 원형 도파관 (Circular Waveguide):
  • TE 모드와 TM 모드: 직사각형 도파관과 유사하게, TE와 TM 모드가 존재하지만, 원형 대칭에 따라 전기장과 자기장의 분포가 달라집니다.
  • TM01 모드: 원형 도파관에서 흔히 발생하는 기본 모드 중 하나입니다.
• 직사각형 도파관 (Rectangular Waveguide):
  • TE10 모드: 가장 기본적인 모드로, 전파 특성이 안정적이고 효율적입니다.
  • TM11 모드: 특정 주파수에서 전파되는 TM 모드 중 하나입니다.

요약

Transverse mode 외에도 Hybrid mode 등 다양한 모드가 존재합니다. 이러한 모드들은 각각의 전파 특성에 따라 특정 응용 분야에서 사용되며, 도파관의 구조와 사용 환경에 따라 적절한 모드를 선택하여 활용할 수 있습니다. 이러한 모드의 이해와 응용은 통신, 레이더, 광학 시스템 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다.

도파관에서의 전파: Tranverse mode

Transverse mode는 도파관이나 광섬유 등에서 전자기파가 전파될 때 전기장과 자기장이 어떤 방식으로 분포하고 전파되는지를 설명하는 개념입니다. Transverse mode는 전자기파의 전파 방향과 수직한 방향에서 전기장(E-field)과 자기장(H-field)의 성분이 어떻게 나타나는지를 설명합니다.

주요 Transverse Mode 종류

1. Transverse Electric (TE) 모드:
   • 정의: TE 모드에서는 전기장이 전파 방향에 대해 수직으로만 존재하고, 전파 방향에 대한 전기장 성분이 없습니다.
   • 특징: TE 모드에서 전기장은 도파관의 단면을 가로지르며, 자기장은 전파 방향을 포함한 모든 방향으로 존재할 수 있습니다.
   • 예: TE10 모드는 직사각형 도파관에서 가장 기본적인 TE 모드입니다.
2. Transverse Magnetic (TM) 모드:
   • 정의: TM 모드에서는 자기장이 전파 방향에 대해 수직으로만 존재하고, 전파 방향에 대한 자기장 성분이 없습니다.
   • 특징: TM 모드에서 자기장은 도파관의 단면을 가로지르며, 전기장은 전파 방향을 포함한 모든 방향으로 존재할 수 있습니다.
   • 예: TM11 모드는 원형 도파관에서 나타날 수 있는 기본 TM 모드 중 하나입니다.
3. Transverse Electromagnetic (TEM) 모드:
   • 정의: TEM 모드에서는 전기장과 자기장 모두 전파 방향에 대해 수직으로 존재하며, 전파 방향에 대한 성분이 없습니다.
   • 특징: TEM 모드는 도파관이 아닌 동축 케이블과 같은 2도체 시스템에서 주로 나타납니다. 이는 전자기파가 진공이나 균일한 매질을 통해 전파될 때의 기본적인 모드입니다.
   • 예: 동축 케이블을 통해 전파되는 신호가 TEM 모드입니다.

Transverse Mode의 중요성

1. 신호 전파 분석:
   • Transverse mode는 도파관이나 광섬유 내에서 신호가 어떻게 전파되는지를 분석하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 신호의 전파 특성을 이해하고 최적화할 수 있습니다.
2. 주파수 특성:
   • 각 모드는 특정 주파수 대역에서만 전파될 수 있으며, 이를 통해 특정 주파수 대역을 선택하고 제어할 수 있습니다. 이는 통신 시스템의 설계와 주파수 할당에 중요한 요소입니다.
3. 에너지 효율:
   • 특정 모드는 도파관 내에서 에너지를 더 효율적으로 전달할 수 있습니다. 이를 통해 전력 손실을 최소화하고 시스템의 효율을 높일 수 있습니다.
4. 모드 간섭 최소화:
   • Transverse mode를 통해 다중 모드 전파에서 발생할 수 있는 간섭을 분석하고 최소화할 수 있습니다. 이를 통해 신호의 순도를 높이고 시스템 성능을 개선할 수 있습니다.

요약

Transverse mode는 도파관이나 광섬유 내에서 전자기파가 어떻게 전파되는지를 설명하는 중요한 개념입니다. TE, TM, TEM 모드는 각각 전기장과 자기장의 분포와 전파 방향에 대한 특징을 다르게 가지며, 이를 통해 신호 전파, 주파수 특성, 에너지 효율, 모드 간섭 최소화 등의 측면에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 모드를 이해하고 적절히 활용하는 것은 통신 시스템, 레이더, 광학 시스템 등 다양한 응용 분야에서 필수적입니다.

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.

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.

WR284 도파관은 직사각형 파동 가이드(rectangular waveguide)로, 주로 마이크로파 및 RF 신호 전송에 사용됩니다. 도파관에서의 guided wavelength (λ_g)는 전자기파가 도파관 내부를 전파할 때, 그 경로와 특성에 따라 달라집니다.

도파관에서의 Guided Wavelength

도파관에서의 guided wavelength는 자유 공간에서의 파장( $\lambda_g​$ )과 도파관의 cutoff wavelength( ${\lambda }_c$​ )에 의해 결정됩니다. 일반적으로 다음 공식으로 구할 수 있습니다:

$${\lambda }_g=\frac{{\lambda }_0}{\sqrt{1-{\left(\frac{{\lambda }_0}{{\lambda }_c}\right)}^2}}$$

​​

여기서:

• $\lambda_g​$는 도파관 내에서의 guided wavelength입니다.
• ${\lambda }_0$는 자유 공간에서의 파장입니다.
• ${\lambda }_c$​는 도파관의 cutoff wavelength입니다.

WR284 도파관의 특성

WR284 도파관의 주요 특성은 다음과 같습니다:

• 내부 단면 크기: 2.84 inches x 1.34 inches (72.136 mm x 34.036 mm)
• cutoff 주파수 (TE₁₀ 모드): 약 2.08 GHz
• cutoff wavelength ($\lambda_c$​): 약 144 mm

예제 계산

1. 자유 공간 파장 계산: ${\lambda }_0=\frac{c}{f}$​ 여기서 ccc는 빛의 속도 (약 3 X 10^8 m/s), $f$는 주파수입니다.
2. Guided Wavelength 계산: 주파수가 3 GHz일 때의 guided wavelength를 계산해 보겠습니다.
   • 자유 공간 파장: ${\lambda }_0=\frac{3\times {10}^8}{3\times {10}^9}=0.1\text{ meters}(100\text{ mm})$
   • Guided Wavelength: $\lambda_g = \frac{100}{\sqrt{1 - \left(\frac{100}{144}\right)^2}}$ ≈ 139.1 mm

따라서, WR284 도파관에서 주파수가 3 GHz일 때의 guided wavelength는 약 139.1 mm입니다.

이와 같은 방식으로 다른 주파수에 대해서도 guided wavelength를 계산할 수 있습니다.

왜 자유공간일때와 도파관 내부에서와 파장의 길이가 차이가 나나요?

도파관에서 전파되는 전자기파의 guided wavelength가 자유 공간에서의 파장과 다른 이유는 다음과 같은 물리적 특성 때문입니다.

도파관의 물리적 구조와 전자기파 모드

1. 경계 조건: 도파관은 전자기파를 금속 경계 내에서 전파시키며, 이러한 경계 조건이 전자기파의 전파 특성을 변경합니다. 금속 경계는 전자기파의 반사와 모드 형성을 유도하여, 전파되는 파동의 파장을 변경합니다.
2. 모드의 형성: 도파관에서는 전자기파가 특정한 모드로 전파됩니다. 가장 일반적인 모드는 TE₁₀ 모드로, 이 모드에서는 전기장이 도파관의 넓은 벽에 평행하게 배열됩니다. 이러한 모드는 도파관의 치수에 따라 cutoff 주파수가 존재하며, 이 주파수 이하에서는 전파되지 않습니다.
3. Cutoff 주파수와 파장: 도파관의 cutoff 주파수는 전자기파가 도파관을 통해 전파될 수 있는 최소 주파수를 의미합니다. cutoff 주파수보다 낮은 주파수에서는 전자기파가 전파되지 않고, 그 이상에서는 특정 모드로 전파됩니다. 이 cutoff 주파수는 도파관의 물리적 치수에 의해 결정됩니다.
4. 파장의 변화: 자유 공간에서는 전자기파가 장애물 없이 직진하지만, 도파관 내부에서는 금속 벽에 의해 다중 반사되고 특정한 경로를 따라 전파됩니다. 이는 전자기파의 유효 경로 길이를 증가시켜 파장을 변경하게 됩니다.

수학적 설명

자유 공간에서의 파장 ${\lambda }_0$​와 도파관 내부에서의 파장 ${\lambda }_g$​ 간의 관계는 다음과 같습니다:

$${\lambda }_g=\frac{{\lambda }_0}{\sqrt{1-{\left(\frac{{\lambda }_0}{{\lambda }_c}\right)}^2}}$$​

이 공식에서 볼 수 있듯이, 도파관의 cutoff 파장 ${\lambda }_c$​에 가까워질수록 ${\lambda }_g$​는 급격히 증가합니다. 이는 도파관 내부에서 전자기파가 전파될 때, 자유 공간에서보다 더 긴 경로를 따라 전파되기 때문입니다.

예제 비교

자유 공간에서 주파수가 3 GHz일 때 파장 ${\lambda }_0$​는 100 mm입니다. 하지만 WR284 도파관 내부에서 같은 주파수에서의 파장 ${\lambda }_g$​는 약 139.1 mm입니다. 이는 도파관의 경계 조건과 모드 형성에 의해 전파 경로가 길어지기 때문입니다.

이런 이유로 도파관 내부의 guided wavelength는 자유 공간에서의 파장과 크게 다를 수 있습니다. 도파관 설계 시 이러한 특성을 고려하여 설계하고 사용합니다.

​

도파관의 Lower cutoff frequency와 upper cutoff frequency 중 어느걸 사용해서 계산해야 되나요?

도파관의 cutoff frequency는 도파관의 모드와 관련된 주파수입니다. 일반적으로 도파관의 cutoff frequency는 특정 모드의 전파가 시작되는 가장 낮은 주파수를 의미합니다. 도파관의 경우, 주로 TE₁₀ 모드의 lower cutoff frequency를 사용하여 계산합니다. 상위 모드가 전파되는 주파수는 upper cutoff frequency라고 할 수 있지만, 기본적인 TE₁₀ 모드의 경우 upper cutoff frequency가 따로 정의되지 않습니다.

도파관에서 전파되는 주파수가 lower cutoff frequency보다 높고 upper cutoff frequency보다 낮은 범위에 있을 때 도파관이 정상적으로 작동합니다.

따라서 guided wavelength 계산 시에는 주로 lower cutoff frequency를 사용합니다. WR284 도파관의 lower cutoff frequency는 TE₁₀ 모드에 해당하는 약 2.08 GHz입니다. 이를 기준으로 guided wavelength를 계산해야 합니다.

따라서 앞서 설명드린 계산 방법은 맞습니다. 이때 upper cutoff frequency는 도파관이 특정 모드에서 상위 모드로 전환되는 주파수를 의미하며, 상위 모드의 cutoff frequency는 다른 모드에서의 전파 시작 주파수를 의미합니다. 이 값을 사용하는 경우는 모드를 전환하거나, 상위 모드의 특성을 고려할 때입니다.

따라서, 주파수 범위가 lower cutoff frequency보다 높은 경우, lower cutoff frequency를 사용하여 guided wavelength를 계산하는 것이 맞습니다.

도파관의 90도 엘보를 제작할 때 주의해야 할 점은 여러 가지가 있습니다. 주요한 주의사항을 아래에 정리해 보았습니다:

1. 정밀한 치수 관리:
• 도파관의 치수는 전자파 전송 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 정밀하게 제작해야 합니다. 특히 90도 엘보의 각도와 내부 곡률 반경이 정확해야 합니다.
2. 곡률 반경:
• 도파관의 90도 엘보는 내부의 곡률 반경이 충분히 커야 전송 손실을 최소화할 수 있습니다. 곡률 반경이 너무 작으면 반사와 전송 손실이 증가할 수 있습니다.
3. 도파관의 매칭:
• 엘보 부분이 다른 직선 도파관과 매칭될 때 임피던스가 잘 맞아야 합니다. 매칭이 잘못되면 반사 손실이 커질 수 있습니다.
4. 재료 선택:
• 도파관 제작에 사용하는 재료는 전도성과 기계적 강도가 높아야 합니다. 일반적으로 동, 은, 알루미늄 등이 사용됩니다. 재료의 균일한 두께와 일관된 전도성을 유지하는 것이 중요합니다.
5. 표면 마감:
• 도파관의 내부 표면은 가능한 한 매끄럽게 마감해야 전자파의 반사와 흡수 손실을 줄일 수 있습니다. 불균일한 표면은 전송 특성에 악영향을 미칠 수 있습니다.
6. 용접 및 조립:
• 용접이나 조립 과정에서의 정밀도가 중요합니다. 용접부가 매끄럽게 처리되지 않으면 전송 특성에 영향을 줄 수 있습니다.
7. 테스트 및 검증:
• 제작된 도파관 엘보는 전송 특성, 반사 손실, 삽입 손실 등을 측정하여 규격에 맞는지 확인해야 합니다. 필요시 TDR(Time Domain Reflectometry) 테스트를 통해 불균일성이나 결함을 확인할 수 있습니다.

이러한 점들을 주의 깊게 고려하면 도파관의 90도 엘보를 성공적으로 제작할 수 있습니다.

엘보의 반경은 어느정도로 해야하나?(WR284)

WR284 도파관의 90도 엘보를 설계할 때, 곡률반경은 전송 손실과 반사 손실을 최소화하기 위해 중요합니다. 일반적으로 도파관의 곡률 반경은 다음과 같은 가이드를 따릅니다:

• 일반적인 가이드라인: 도파관의 폭의 최소 2배에서 3배 정도의 곡률 반경을 유지하는 것이 좋습니다.

WR284 도파관의 경우, 단면의 폭이 약 72.14 mm(2.84 인치)이므로, 곡률 반경은 최소 약 144.28 mm(5.68 인치)에서 216.42 mm(8.52 인치) 정도가 적절합니다.

즉, WR284 도파관의 90도 엘보를 설계할 때 권장되는 최소 곡률 반경은 약 144 mm 이상이어야 하며, 가능하면 200 mm 이상으로 설계하여 전송 손실을 최소화하는 것이 좋습니다.

이러한 기준을 따름으로써 도파관의 성능을 최적화할 수 있습니다.

WR284 도파관의 90도 엘보를 설계할 때 권장되는 곡률 반경에 대한 자료는 다음과 같습니다:

1. H-Plane 곡률 반경: 최소 110mm (4.331 인치)
2. E-Plane 곡률 반경: 최소 68mm (2.677 인치)

이 수치는 도파관의 손실을 최소화하고 반사를 줄이기 위해 중요합니다. 예를 들어, AFT Microwave에서 제공하는 WR284 H-Plane 90도 도파관의 곡률 반경은 77.5mm로, 이는 주파수 범위 2856MHz에서 2998MHz에서 사용되며 삽입 손실이 0.05dB로 매우 낮습니다

따라서, WR284 도파관을 설계할 때 최소한의 곡률 반경을 110mm 이상으로 유지하는 것이 전송 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 이는 일반적인 권장 사항으로, 실제 설계 시에는 특정 응용과 주파수 요구 사항에 따라 조정할 수 있습니다.

https://www.everythingrf.com/products/waveguide-bends/aft-microwave-gmbh/622-1837-hb-wr284-02

WR284 (웨이브가이드)

• 주파수 범위: 2.6 GHz ~ 3.95 GHz
• 치수: 내부 치수 2.84인치 x 1.34인치
• 용도: S-밴드 애플리케이션, 레이더 시스템 및 일부 통신 시스템에 주로 사용
• 특징: 중간 크기의 웨이브가이드로, 전력 처리 능력과 주파수 범위 사이에서 좋은 균형을 제공

WR340 (웨이브가이드)

• 주파수 범위: 2.2 GHz ~ 3.3 GHz
• 치수: 내부 치수 3.40인치 x 1.70인치
• 용도: 일반적으로 C-밴드 레이더 시스템 및 통신 링크에 사용
• 특징: 더 낮은 주파수와 좋은 전력 처리 능력을 허용하는 더 큰 웨이브가이드

N 커넥터

• 유형: 동축 RF 커넥터
• 주파수 범위: 최대 11 GHz (표준 버전); 고성능 버전은 최대 18 GHz까지 가능
• 용도: 무선 통신, 방송 장비 및 네트워킹 하드웨어에 널리 사용
• 특징: 고주파에서 좋은 성능을 제공하며, 50-옴 및 75-옴 버전으로 제공

DIN 4 커넥터

• 유형: 멀티 핀 전기 커넥터 (RF 애플리케이션에 특정하지 않음)
• 일반 용도: 오디오 및 비디오 장비, 데이터 전송 애플리케이션, 전원 공급 장치
• 핀: 일반적으로 4핀이나 구성에 따라 다를 수 있음 (예: DIN 5, DIN 6)
• 특징: 다양한 전자 장치에서 신뢰할 수 있는 연결을 제공하는 원형 커넥터로, 다양한 핀 배열이 있음

각 커넥터 및 웨이브가이드 유형은 특정 주파수 범위 및 애플리케이션에 맞춰 설계되어 있으며, 해당 분야에서 최적의 성능을 제공합니다.

각 Cable / Waveguide의 최대 Power

WR284 (웨이브가이드)

• 전력 처리 능력: WR284 웨이브가이드는 일반적으로 약 1 MW (메가와트) CW를 처리할 수 있으며, 펄스 애플리케이션에서는 수 메가와트 이상의 전력을 처리할 수 있습니다.

WR340 (웨이브가이드)

• 전력 처리 능력: WR340 웨이브가이드는 일반적으로 약 1.5 MW CW를 처리할 수 있으며, 펄스 애플리케이션에서는 몇 메가와트 이상의 전력을 처리할 수 있습니다.

N 커넥터

• 전력 처리 능력: N 커넥터의 전력 처리 능력은 주파수에 따라 다릅니다:
• 1 GHz 이하: 일반적으로 최대 약 1000 W (1 kW)
• 1 GHz에서 2 GHz: 약 600 W
• 2 GHz에서 3 GHz: 약 400 W
• 3 GHz 이상: 주파수가 높아짐에 따라 감소하며, 일반적으로 고주파에서는 약 200 W

DIN 4 커넥터

• 전력 처리 능력: DIN 4 커넥터는 주로 오디오, 비디오 및 데이터 전송 애플리케이션에 사용되며, RF 전력 애플리케이션에 적합하지 않습니다. 따라서 일반적으로 몇 와트 (특정 설계 및 애플리케이션에 따라 최대 10-20 W)의 전력을 처리합니다. RF 애플리케이션에서는 7/16 DIN 커넥터가 사용되며, 이는 수 kW 수준의 전력을 처리할 수 있습니다.

웨이브가이드와 커넥터의 전력 처리 능력은 설계, 재료, 환경 조건 및 냉각 메커니즘에 따라 달라질 수 있습니다.