TM₀₁ 모드 변환을 이용한 Ka 대역 고출력 고효율 공간 결합기 설계 및 제작 = Design and fabrication of Ka-band high-power, high-efficiency spatial combiner using TM₀₁ mode Transducer

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 비교적 구현이 쉽고, 최종 결합 포트의 전송 선로 길이를 짧게 구현할 수 있는 모드 변환기에 대해 제안하고, 8-way 공간 결합기에 적용하여 제작 및 시험을 하였다. 제안하는 모드 변환기는 그라운드와 연결되어 있는 Doorknob 형태의 원형 디스크에서 변환된 신호를 원형 도파관 내에서 개방을 시켜 TM₀₁ 모드로 변환이 이루어진다. 8-way 도파관 공간 결합기는 H-평면에서 입력된 8개의 신호를 중심의 원형 도파관에서 결합이 이루어지고, 최종 결합 모드는 TM₀₁이 되도록 설계를 하였다. 시험 결과는 삽입손실 0.4dB 이하, 결합효율 95%이상의 우수한 성능을 확인하였다. 또한 전계 분석을 통해 새로운 모드 변환 구조의 절연 파괴 전압 및 방전 임계전력을 계산하여 고출력에 적합함을 확인하였다. 본 연구를 통해 확인된 결과는 향후 고출력 고효율 SSPA에 다방면으로 적용이 가능할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, it proposes a mode converter that is relatively easy to implement and can shorten the transmission line length of the final combining port and it was fabricated and tested by applying it to an 8-way spatial combiner. The proposed mode converter converts the signal converted from the doorknob-shaped circular disk connected to the ground into the TM₀₁ mode by opening it in the circular waveguide. The 8-way waveguide spatial combiner is designed and implemented so that 8 signals input from the H-plane are combined in a circular waveguide at the center, and the final combining mode is TM₀₁. The test results confirmed excellent performance with an insertion loss of less than 0.4dB and a combining efficiency of 95% or more. In addition, it was confirmed that it is suitable for high output by calculating the breakdown voltage and discharge threshold power of the new mode conversion structure through electric field analysis. The results confirmed through this study are expected to be applicable to high-power, high-efficiency SSPA in various fields in the future.