초고주파 시스템

 

가정	초고주파에 대한 가정을 아직 충분히 포스팅 하지 못했습니다.. 소자 전기 전자 계측, 측정 First Harmonics, Second Harmonics, Delta 동축케이블(coaxial cable) 웨이브가드 ( Waveguide )
요약
응용

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익히 쉽게 접할 수 있는옴의 법칙을 이용한 전기시스템과 달리,

주파수가 많이 높을 경우 각종 전선과 소자들의 임피던스의 영향을 크게 받기 때문에 옴의 법칙 이외의 것을 고려해야합니다.

 

따라서 주파수의 범위에 따라 다른 설계를 해야하고 다른 시스템을 고려해야 합니다.

이를 위해 주파수별로 명칭을 붙이게 되었는데 ITU(Internatinoal Telecommunication)에서 이름지은 ITU band와 

IEEE에서 이름지은 IEEE band가 있습니다.

이들은 위키피디아에 잘 정리되어있습니다.(https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_spectrum)

핵심적인 내용만 가저오자면 ITU의 경우

Band No.	Symbol	Frequency Range	Wavelength Range	Metric Subdivision
3	ULF	300~3000Hz	100~1000km	Hectokillometric waves
4	VLF	3~30kHz	10~100km	Myriametric waves
5	LF	30~300kHz	1~10km	Killometric waves
6	MF	300~3000kHz	100~1000m	Hectometric waves
7	HF	3~30MHz	10~100m	Decametric waves
8	VHF	30~300MHz	1~10m	metric waves
9	UHF	300~3000MHz	10~100cm	Decimimetric waves
10	SHF	3~30GHz	1~10cm	Centimetric waves
11	EHF	30~300GHz	1~10mm	Millimetric waves

IEEE의 경우

Band Designation	Frequency Range	Commemt
HF	3~30MHz
VHF	30~300MHz
UHF	300~1000MHz
L	1~2GHz	Long
S	2~4GHz	Short
C	4~8GHz	Compromise (between S and X)
X	8~12GHz	Cross
Ku	12~18GHz	Kurz-Under
K	18~27GHz	Kurz (독일어로 short)
Ka	27~40GHz	Kurz-Above
V	40~75GHz	Very (high frequency)
W	75~110GHz	Very Very ->W
mm	110~300GHz

이런 Band에서는 Cable과 Connector도 맞춰써야하는데 이들도 세분화 되어있습니다. 예를들어 웨이브가드 ( Waveguide )에서 다루겠지만 Waveguide의 경우 $$f_{cutoff}=\frac{c}{2a}$$에 맞춰서

Frequency Band	Frequency Range(GHz)	Waveguide Name	Internal Dimension(inch)	Cut-off Freq.(Ghz)
S	2~4	WR-284	2.84x1.34	2.1
C	4~8	WR-137	1.372x0.622	4.3
X	8~12	WR-90	0.9x0.45	6.6
Ku	12~18	WR-62	0.622x0.311	9.5
K	18~26	WR-42	0.420x0.210	14.1
Ka	26~40	WR-28	0.280x0.140	21.1
Q	30~50	WR-22	0.244x0.112	26.4
U	40~60	WR-19	0.188x0.094	31.4
V	50~75	WR-15	0.148x0.074	39.9
E	60~90	WR-12	0.122x0.061	48.4
W	75~110	WR-10	0.1x0.05	59.1
D	110~170	WR-6.5	0.065x0.0325	90.9
G	140~220	WR-5.1	0.051x0.0255	115.8
H	220~325	WR-3.4	0.034x0.017	173.7
Y	325~500	WR-2.0	0.02x0.01	295.3
	500~725	WR-1.5	0.015x0.0075	393.7
	725~1100	WR-1.0	0.01x0.005	590.6

Cable과 connector의 경우 외경을 A 내경을 B라 한다면 $$f_{cutoff}=\frac{2c}{\pi \sqrt{\epsilon_r}(A+B)}$$

Name	Freqeuncy Range(GHz)	Cut-off Freq.(GHz)	Dielectric
SMA	DC~(12~27)		PTFE
3.5mm	DC~26.5GHz	34	Air
2.92mm(K-connector)	DC~40GHz	45	Air
2.4mm	DC~50GHz	55	Air
1.85mm(V-Connector)	DC~60GHz	71	Air
1mm	DC~110GHz	133	Air

 이들은 인체에 해가 되지 않는 범위인 THZ까지 사용이 되며(이오노하 에너지인 10eV 보다 매우작은 meV에너지 대다) 높아질수록 투과율은 적어지지만 넓은 band를 사용할 수 있다는 점에서 높은 주파수로 가고자 합니다. 

그런의미로 300GHz=1mm

300THz=1um

600THz=500nm를 기억하고 계시면 좋습니다.

 

 

또한 초고주파를 다룬다고 할때 배율이 너무 크기 때문에 배율을 표현할때 항상 dB단위를 쓰게 되는데,

dB은 deci + Bell의 합친말로서 deci : 1/10과

$$Bell=log\frac{P_{out}}{P_{in}}$$

을 합친 말입니다. 즉 log를 붙여 power가 몇 order차이나는 가를 보는것으로

$$deciBell=10log\frac{P_{out}}{P_{in}}$$

입니다. 다시말해 10dB은 10배차이, 20dB은 100배, 30dB은 1000배 차이 입니다.

50은?? 100000배 차이입니다.

또한 3dB마다 2배씩 올라 간다고 생각하시면 됩니다.

즉 13dB은 20배, 26dBdms 400배 입니다.