슬롯 회선

슬롯 라인은 마이크로파 측정에 사용되며 전송선의 슬롯에 삽입된 가동 프로브로 구성됩니다.마이크로파 전원과 함께 사용되며, 일반적으로 저비용 용도에 따라 고가의 마이크로파 전력 측정기가 아닌 저비용 쇼트키 다이오드 검출기와 VSWR 측정기를 사용한다.

슬롯 라인은 정상파, 파장을 측정할 수 있으며, Smith 차트에서 약간의 계산 또는 그래프를 사용하여 반사 계수 및 전기적 임피던스를 포함한 다른 많은 파라미터를 측정할 수 있습니다.정밀도 가변 감쇠기는 종종 정확성을 향상시키기 위해 테스트 설정에 통합됩니다.이는 레벨 측정에 사용되는 반면 검출기와 VSWR 미터는 감쇠기를 설정할 기준점을 표시하기 위해 유지되므로 검출기와 미터 측정 오류가 완전히 제거됩니다.슬롯 회선에 의해 가장 일반적으로 측정되는 파라미터는 SWR입니다.이는 테스트 대상 항목과 일치하는 임피던스의 정확성을 측정하는 역할을 합니다.이는 특히 안테나와 그 공급선을 전송하는 데 중요합니다.무선 또는 TV 안테나의 정재파비가 높으면 신호가 왜곡되어 전송로 내의 컴포넌트(아마도 송신기)가 손상될 수 있습니다.

슬롯 회선은 더 이상 널리 사용되지 않지만 예산 어플리케이션에서 찾을 수 있습니다.주요 단점은 사용하기 위해 노동 집약적이며 결과를 활용하기 위해 계산, 표 또는 플롯이 필요하다는 것입니다.기계적으로 정밀하게 만들어야 하고 프로브와 검출기를 주의해서 조정해야 하지만 매우 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

묘사

슬롯 라인은 무선 주파수 테스트 및 마이크로파 주파수 측정에 사용되는 기본 기기 중 하나입니다.일반적으로 동축이지만 도파관 장비도 사용되며, 선로 내 세로형 슬롯에 삽입된 이동식 절연 프로브가 사용됩니다.동축 슬롯 라인에서는, 슬롯이 라인외측 도체에 절단된다.프로브는 외부 컨덕터를 지나 삽입되지만 내부 컨덕터에 닿을 정도로 멀리 삽입되지는 않습니다.직사각형 도파관에서 슬롯은 보통 도파관의 넓은 벽의 중심을 따라 절단됩니다.원형 도파관 슬롯 라인도 가능합니다.^[1]

슬롯 라인은 비교적^{[note 1]} 저렴하며 네트워크 분석기와 같은 고가의 기기에 의해 수행되는 많은 측정을 수행할 수 있습니다.그러나 슬롯 라인 측정 기법은 노동 집약적이며 원하는 파라미터를 직접 출력하지 않는 경우가 많습니다.계산이나 플롯이 필요한 경우가 많습니다.특히 한 번에 하나의 스폿 주파수에서만 측정을 수행할 수 있으므로 파라미터 대 주파수의 플롯을 생성하는 데 시간이 많이 소요됩니다.이는 본질적으로 주파수 스윕되고 플롯을 즉시 생성하는 네트워크 및 스펙트럼 분석기와 같은 최신 기기와 비교된다.슬롯 라인은 현재 대부분 대체되었지만 자본 비용이 문제가 되는 곳에서는 여전히 찾아볼 수 있습니다.남은 용도는 대부분 밀리미터 대역에서 사용되는데, 이 대역에서는 현대적인 테스트 장비가 터무니없이 비싸거나 전혀 제공되지 않으며, 학술 연구소와 취미 활동가들과 함께 사용됩니다.또한 사용자는 보다 정교한 ^[2]기기보다 기본적인 라인 현상에 더 직접적으로 노출되기 때문에 교육 보조 자료로도 유용합니다.

작동

슬롯 라인은 전송 라인 내부의 전계를 프로브와 함께 샘플링하여 작동합니다.정확성을 위해 프로브가 필드를 가능한 한 적게 방해하는 것이 중요합니다.이러한 이유로 프로브 직경과 슬롯 폭은 작게 유지되며(일반적으로 약 1mm), 프로브는 필요 이상으로 삽입되지 않습니다.도파관 슬롯 라인에서도 도파관 벽의 전류가 슬롯과 평행한 위치에 슬롯을 배치해야 합니다.슬롯이 너무 넓지 않은 한, 슬롯의 존재에 의해서 전류가 흐트러지는 일은 없습니다.우세 모드의 경우 이는 도파관의 넓은 면의 중심선에 있지만 일부 다른 모드의 경우 중심에서 벗어나야 할 수 있다.동축 라인은 TEM(횡전자파) 모드로 동작하기 때문에 슬롯에 병렬로 전류가 흐르기 때문에 동축 라인에서는 문제가 되지 않습니다.슬롯의 양끝은 ^[3]반사의 원인이 되는 단절을 방지하기 위해 테이퍼로 되어 있는 경우가 있습니다.

프로브 삽입으로 인해 라인 내 필드 외란이 가능한 한 최소화됩니다.이 소동에는 두 가지 부분이 있다.첫 번째 부품은 프로브가 라인에서 추출한 전력으로 인해 저항기의 일괄 등가 회로로 나타납니다.이는 검출기가 효과적으로 작동하기에 충분한 전력만 추출되도록 프로브가 라인에 삽입되는 거리를 제한함으로써 최소화된다.교란의 두 번째 부분은 프로브 주위의 필드에 저장된 에너지로 인해 캐패시터의 응집된 등가물로 나타납니다.이 캐패시턴스는 임피던스가 같거나 반대인 인덕턴스로 상쇄할 수 있습니다.집적 인덕터는 마이크로파 주파수에서는 실용적이지 않습니다. 대신 유도 등가 회로가 있는 조정 가능한 스터브를 사용하여 프로브 캐패시턴스를 "튜닝"합니다.그 결과, 회선에 걸친 션트에서 높은 임피던스의 등가 회로는 회선의 전송 전력에 거의 영향을 주지 않습니다.이 튜닝의 결과로 프로브의 감도가 높아지고 ^[4]삽입 거리가 더욱 제한될 수 있습니다.

테스트 셋업

도파관 슬롯 라인이 있는 일반적인 테스트 설정은 그림 2에 나와 있습니다.이 그림을 참조해, 테스트 기기 전원(그림시하지 않음)으로부터의 전원은, 좌측의 동축 케이블을 개입시켜 기기에 들어가, 런처(1)에 의해서 도파관 형식으로 변환된다.그런 다음 더 작은 크기의 가이드로 전환하는 도파관(2) 섹션이 이어집니다.이 설정에서 중요한 컴포넌트는 아이솔레이터(3)로, 전원이 소스로 반사되는 것을 방지합니다.시험 조건에 따라서는 이러한 반사가 클 수 있으며, 귀환파에 의해 고출력 선원이 손상될 수 있다.슬롯 라인에 들어가는 전력은 회전식 가변 감쇠기(4)에 의해 제어됩니다.그 다음에 슬롯 라인 자체(5)가 이어지며, 그 위는 이동식 캐리지에 장착된 프로브입니다.캐리지에는 프로브 조정도 담당합니다. (6) 프로브 깊이 조정, (7) 튜닝 조정을 수반하는 동축 섹션의 길이, (8) 점 접촉 결정 정류기 또는 숏키 장벽 ^[5]다이오드를 사용하는 검출기입니다.슬롯 라인의 오른쪽 끝은 도파관 끝에서 나오는 모든 전력을 흡수하는 일치 부하(9)로 종단됩니다.로드는 테스트할 컴포넌트 또는 시스템으로 대체할 수 있습니다.슬롯 라인을 보정하는 데 사용되는 기준 단락(10)으로 대체할 수도 있습니다.캐리지는 회전 노브(11)를 사용하여 슬롯 라인을 따라 이동할 수 있으며,^[6] 회전 노브(11)는 라인을 따라 프로브 위치를 정확하게 측정하기 위해 버니어 게이지(12)를 동시에 이동합니다.

프로브는 검출기 및 디스플레이 미터(그림 2에 표시되지 않음)에 연결됩니다.이들은 각각 서미스터와 전력계 또는 엔벨로프 검출기와 VSWR계일 수 있습니다.검출기는 결정 검출기 또는 쇼트키 장벽 다이오드가 될 수 있습니다.검출기는 일반적으로 그림 3과 같이 프로브 팁으로부터 θ/4^{[note 2]} 거리만큼 프로브 어셈블리에 장착되어 있습니다.이는 디텍터가 전송 라인에 대한 단락처럼 보이고, 이 거리가 1/4파 임피던스 변압기 효과를 통해 디텍터를 개방 회로로 변환하기 때문입니다.따라서 검출기는 라인을 로드하는 데 최소한의 영향을 미칩니다.프로브 튜닝 스터브는 프로브를 디텍터에 연결하는 라인에서 분기하는 그림 3에서 볼 수 있습니다.그림 2에는 약간 다른 배열이 있다. 도파관에 대한 주 탐침은 수직 동축 조정 및 조정 섹션으로 연결되지만 검출기는 수직 동축 ^[7]섹션으로 보조 탐침과 함께 수평 측면에 있다.

측정값

마이크로파 전력의 측정은 일반적으로 서미스터 기반의 검출기와 미터기를 사용하여 직접 실시할 수 있습니다.그러나 이러한 계측기는 비싸고 슬롯 라인으로 측정하는 데 일반적으로 사용되는 미터는 저렴한 저주파 VSWR 미터입니다.마이크로파 전원은 일반적으로 프로브의 엔벨로프 검출기에 의해 복구되어 VSWR 미터로 전송되는 1kHz 신호로 진폭 변조됩니다.안정적인 협대역 동조 증폭기를 사용하여 1kHz 신호를 증폭할 수 있으므로 이 방식은 단순히 변조되지 않은 반송파를 직접 검출하는 것이 좋습니다. 따라서 DC 출력이 발생합니다.검출기 다이오드의 제곱법^{[note 3]} 범위의 한계는 10μW ^[8]이하이므로 VSWR 미터에서 큰 증폭이 필요합니다.

맥시멈과 미니마

슬롯 회선이 정밀 일치 부하로 종단되면 회선의 손실로 인한 매우 작은 감소 이외에는 회선의 검출 전력에 변동이 없습니다.단, 테스트 대상 디바이스(DUT)가 라인과 완전히 일치하지 않는 경우 소스로의 반사가 발생합니다.이로 인해 건설적 간섭과 파괴적 간섭이 번갈아 일어나 주기적인 최대값과 최소값(총칭하여 극단값)이 있는 라인에 정재파가 설정됩니다.이러한 극단점은 프로브를 선을 따라 앞뒤로 움직이면 찾을 수 있으며,^[9] 그 지점의 레벨을 미터로 측정할 수 있습니다.

극단점은 그 자체에는 큰 관심이 없지만 몇 가지 더 유용한 매개변수를 계산하는 데 사용됩니다.이러한 파라미터 중 일부는 극단의 정확한 위치를 측정해야 합니다.수학적 관점에서 최대값과 최소값 중 하나를 동일하게 사용할 수 있지만, 특히 그림 4와 같이 큰 반사의 경우 항상 최대값보다 훨씬 더 선명하기 때문에 최소값이 선호된다.또한 프로브는 ^[10]최대치에 가까운 필드보다 최소치에 가까운 필드에 대한 교란을 덜 일으킵니다.

파장

파장은 인접한 2개의 최소치 사이의 거리를 측정하여 결정된다.이 거리는 µ/2가 됩니다.DUT는 필요 없습니다. 참조가 ^[11]짧은 위치에 있으면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.

정재파비

정재파비(SWR 또는 VSWR)는 기본 파라미터이며 슬롯라인에서 가장 일반적으로 측정되는 파라미터입니다.이 양은 송신기 안테나의 경우 특히 중요합니다.SWR이 높으면 공급 라인과 안테나 간의 불일치가 불량하여 불필요한 전력이 증가하고 송신기 등의 송신 경로 내의 컴포넌트가 파손되어 TV, FM 스테레오 및 디지털 신호가 왜곡될 수 있습니다.최대값이 0dBm이 되도록 입력 전력을 설정한 상태에서 최소값을 데시벨 단위로 측정하면 SWR이 직접 제공됩니다(- ^[12]기호를 폐기한 후).

반사계수

반사계수 θ는 입사파에 대한 반사파의 비율이다.일반적으로 이것은 복소수이다.반사 계수의 크기는 VSWR 측정에서 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle \rho = frac {\mathrm {VSWR} -1} {\mathrm {VSWR} +1}$

여기서 VSWR은 전압비(데시벨이 아님)로 표현되는 정재파 비입니다.그러나 반사계수를 완전히 특성화하기 위해서는 θ의 위상도 구해야 한다.이것은 DUT로부터의 첫 번째 최소 거리를 측정함으로써 슬롯 라인에서 수행됩니다.프로브를 DUT로 바로 이동할 수 없으므로 일반적으로 다른 접근 방식을 채택합니다.기준 단락이 제자리일 때 첫 번째 최소값의 위치가 기록된다.DUT가 제자리일 때 이 기준점에서 다음 최소점까지의 선을 따라 돌아가는 거리는 DUT에서 첫 번째 최소점까지의 거리와 같다.이는 기준 단락이 DUT ^[13]위치에서 최소를 보장하기 때문입니다.

is의 위상 부분은 다음과 같습니다.

${\displaystyle \angle \rho = snarfrac {4\pi }{\snarda }}x-\pi }$

여기서 θ는 앞에서 설명한 바와 같이 파장이고 x는 첫 번째 최소값까지의 거리입니다.θ의 크기와 위상 표현은 필요에 따라 복소수의 ^[14]통상적인 조작에 의해 실제 및 가상의 부분으로 표현될 수 있다.

임피던스

DUT의 임피던스 Z는 반사 계수에서 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle Z=Z_{0}{\frac {1+\rho}{1-\rho }}$

여기서₀ Z는 라인의 특성 임피던스입니다.다른 방법은 VSWR과 노드까지의 거리(파장)를 Smith 차트에 표시하는 것입니다.이러한 수량은 슬롯 회선에 의해 직접 측정됩니다.이 플롯에서 DUT 임피던스(Z로₀ 정규화)를 Smith ^[15]차트에서 직접 읽을 수 있습니다.

정확도에 관한 고려 사항

좋은 슬롯 라인은 정밀하게 제작된 기기입니다.기계적 결점이 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.이와 관련된 기계적 문제에는 버니어 백래시, 내측 및 외측 도체의 동심도, 외측 도체의 원형도, 내측 도체의 중심 및 직선도, 단면 변화, 캐리지의 프로브 깊이를 일정하게 유지하는 능력 등이 있습니다.프로브 튜닝 및 필드 방해 문제는 이미 논의되었지만 중앙 도체를 제자리에 고정하는 절연 스페이서가 필드를 방해할 수도 있습니다.이것에 의해, 기계적 강도와 양립할 수 있는 범위내에서 이산화된다.그러나 부정확성의 가장 큰 원인은 일반적으로 슬롯 라인 자체가 아니라 검출기 ^[16]다이오드의 특성입니다.

마이크로파 검출기에 일반적으로 사용되는 쇼트키 장벽 다이오드의 검출된 전압 신호 출력은 측정되는 전력과 제곱 법칙 관계가 있으며 이에 따라 미터기가 보정됩니다.그러나 출력이 증가함에 따라 다이오드는 제곱법칙에서 크게 벗어나 약 5~10mV의 출력 전압까지만 정확성을 유지합니다.이는 검출기 출력에 부하 저항을 추가하면 약간 개선될 수 있지만 감도가 저하되는 바람직하지 않은 효과도 있습니다.또 다른 기법은 최대값이 아닌 지점에서 측정하여 측정 중인 전력 범위를 줄이는 것이다(검출기의 제곱법 범위 내에 오도록 함).그런 다음 정재파 패턴의 알려진 수학적 모양에서 최대값이 계산됩니다.이는 검출기를 정밀하게 보정하고 교정 ^[17]차트에 따라 미터기의 판독값을 조정하는 기법과 마찬가지로 측정에 필요한 수고를 크게 증가시킨다는 반론을 제기한다.

테스트 설정에서 정밀 가변 감쇠기를 사용하면 검출기와 미터기의 오류를 완전히 제거할 수 있습니다.이 기법에서는 먼저 최소값을 찾고 감쇠기를 조정하여 미터기가 편리한 표시를 정확하게 표시합니다.그런 다음 최대값이 발견되고 미터기가 동일한 표시를 나타낼 때까지 감쇠량이 증가합니다.감쇠량을 증가시킬 필요가 있는 것은 정재파의 VSWR입니다.여기서의 정확도는 ^[18]감쇠기의 정확도에 따라 달라지며 검출기에는 전혀 의존하지 않습니다.

메모들

레퍼런스

참고 문헌

• 코너, F.R., Wave Transmission, Edward Arnold Ltd, 1972년 ISBN0-7131-3278-7.
• Das, Annapurna; Das, Sisir K, 마이크로파 엔지니어링, Tata McGraw-Hill Education, 2009 ISBN 0-07-066738-1.
• 굽타, K.C., 전자레인지, 뉴에이지 인터내셔널, 1979 ISBN 0-85226-346-5.
• Lee, Thomas H., 평면 마이크로파 엔지니어링, 캠브리지 대학 출판부, 2004 ISBN 0-521-83526-7.
• Voltmer, David Russell, 전자학의 기초 2: 준정전학과 파동, Morgan & Claypool, 2007 ISBN 1-59829-172-6.