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동축선로 (Coaxial Line)
 Coaxial Line Calculator
Coaxial Line에선 유전체의 유전율과 중심도체와 외부도체간 간격이 가장 중요한 factor가 된다.
| C |
= |
pF/m |
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L |
= |
nH/m |
| Vp |
= |
km/s |
|
td |
= |
ns/m |
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☞ 사용방법
- 에서 원하는 동축선 구조정보( εr , a, b )를 입력한다
- (1)의 Analyze를 누르면 해당 구조의 특성 임피던스(Zo)를 계산해준다.
- (2)에서, 구현하고자 하는 특성임피던스 (Zo)를 입력한 후,
a가 고정된 상태의 b값과 b가 고정된 상태의 a 값을 계산할 수 있다.
- 캐패시턴스(C)와 인덕턴스(L), 위상속도(Vp), 지연시간(td)는 (1),(2)와 함께 자동계산된다.
Equation
Coaxial Line의 수식은 비교적 간단하고 명확해서, 계산의 정확도도 높은 편이다.
▶ 특성임피던스 (Characteristic impedance)
▶ 기생 캐패시턴스 & 인턱턴스 (Parasitic Capacitance & Inductance)
구조적으로 어쩔 수 없이 발생하는 기생 C, L값이 있어서 꼼꼼히 체크해야 할 경우는 고려되어야 한다.
이러한 기생소자값은 동축선로의 단위길이당 C,L 값으로 정의된다. (pF/m , nH/m)
▶ 위상속도 (Phase Velocity)
동축선의 유전체를 통해 TEM 파가 진행하기 때문에, 공기중에 비해 파장이 짧아지고 진행속도는 느려진다. 유전율이 높을수록 이 현상은 심해진다.
▶ 시간지연 (Time Delay)
동축선로를 신호가 통과할 때의 신호지연시간. 해당 길이당 지연시간으로 정의되며, 선로가 길어지면 고려되어야 할 사항이다.
▶ 감쇄상수 (Attenuation Constant)
도체 도전율에 의한 손실인 αc (Conduction loss)와, 유전체의 tanδ에 의한 αd (Dielectric loss)의 두가지가 존재한다. (여기서 주파수 f 의 단위는 GHz이다)
▶ 고차모드 차단파장 (Cutoff wavelength for higher order modes)
TEM 모드 이상의 고차모드에서 신호전달이 차단되는 파장으로써, 중요도는 낮다.
▶ 최대 피크전력 (Maximum peak power)
동축선이 소화할 수 있는 최대전력. (Emax : break down electric field)
Coaxial Line 특징
동축선은 strip류의 선로와 달리, 거의 완전한 형태의 TEM mode로 진행하기 때문에 위의 계산기로도 비교적 정확한 해를 구할 수 있다.
동 축선은 말 그대로 '선로' 형태로 구현이 쉽기 때문에 RF에서 가장 일반적인 전송케이블로 애용된다. 일반적인 동축선은 50옴의 특성 임피던스를 가지도록 만들어지지만, 케이블TV나 TV안테나선등에 이용되는 일반적인 BNC 동축선 케이블은 75옴의 값을 가지기도 한다. 동축선은 구성되는 금속체에 따라 크게 3가지 형태로 구분된다. 이것은 결국 동축선의 유연성(사용상의 편리성)과 전송성능을 고려? 3가지 조합으로 보면 된다.
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Type |
특징 |
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Flexible |
외 곽도체가 얇은 망사형태로, 유전체가 연질로 구성되어서 유연하게(flexible)하게 선로가 휘어서 편하게 다룰 수 있다. 다만 이러한 flexible 특성을 얻기 위해 재질조건에서 불리하기 때문에, 상대적으로 rigid류에 비해 전송손실이 큰편이다. 그렇지만 사용의 편리함 때문에 측정용이나 일반 동축선으로는 가장 흔하게 사용되는 타입이다. |
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Semi-Rigid |
적 당한 연질의 유전체와, 금속망사가 아닌 얇은 금속관 덩어리로 외곽도체를 구성하였지만, 어느정도 힘을 가하면 선로가 휠 수 있도록 만들어진 동축선. flexible에 비해 손실이 적고 전송특성이 우수하며, 굳이 고무줄같은 유연성은 필요없지만 약간의 꺾음이 필요한 부위에 유용하다. |
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Rigid |
딱딱한 유전체와 완전한 금속관형태의 금속을 사용하여, 전송특성이 가장 우수하지만 휘거나 변형시킬 수 없게 만든 동축선. 휘어야 할 이유가 전혀 없는 고정된 부위끼리 안정적으로 연결해야할 때 유리하다. |
Coaxial Line EM simulation
동 축선의 EM 해석은 3차원 EM simulator로 쉽게 해석이 가능한데, 동축선 필터와 같은 특별한 경우를 제외하곤 동축선 자체를 해석해야 할 경우는 드물다. 일반적으로는 도파관이나 패치안테나의 급전부 같은 위치에 병행되어 해석되게 된다. 이 경우 동축선로의 port 설정에 다소 주의를 기울여야 하는데, 실제로 전자기신호는 외부도체와 내부중심도체의 사이에서만 존재하기 때문에, 유전체의 전 면적에 port가 적용되면 된다. (아래는 Microwave Studio의 동축선 포트 인가 사례이다)
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출처 : RF designhouse
