MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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동축 커넥터 (Coaxial Connector)

개요

동축 커넥터는 증폭기, 필터 등의 고주파 유닛 신호를 외부로 접속하기 위한 인터페이스로써, 고주파 유닛과 동축선로를 연결하는 용도로 널리 사용됩니다. 구조는 내부도체와 외부도체, 그리고 그 사이를 채운 유전체로 구성되며, 전기적으로 접촉이 확실하게 이루어져야 합니다.

만약 내부도체가 확실히 접촉되지 않게 되면 불필요한 기생 인덕턴스 성분이 발생하고, 외부도체의 일부가 확실히 접촉되지 않으면 그 부분이 Open된 것처럼 됩니다. 이 경우 open된 곳과 short된 곳의 거리조건에 따라 공진현상이 일어날 수 있기 때문에 세심한 배려가 필요합니다.

또한 고주파 유닛이나 케이블 등을 동축 커넥터를 이용하여 연결하였을 때, 커넥터로 인하여 연결부의 임피던스가 변화해서는 안되지요. 즉 동축 커넥터의 외경/내경의 비율이 특성임피던스와 일치하도록 만들어진 구조로 사용해야 합니다.

불연속점의 영향

외경과 내경의 비가 같아서 특성 임피던스가 같다해도, 크기 자체가 다른 커넥터끼리 연결하게 될 경우에는 그 연결점이 불연속점이 되어 미스매칭이 발생하게 됩니다. 이러한 문제를 아래 그림에 나타내었는데, 각각 50옴으로 구성된 커넥터를 연결하였다 하더라도 서로 크기가 다르면 미스매칭을 피할 수 없습니다.

동축 커넥터는 언뜻 보면 단순한 부품처럼 보이지만 이런 미묘한 문제점의 해결이 쉽지만은 않기 때문에, 실제로는 꽤 깊이있는 부품이라고 말할 수 있습니다.

위 그림에서 알 수 있듯이, A부분 외부도체와 B부분 내부도체 매우 가까워진 상황입니다. 그 때문에 이 두 부분사이에 capacitance 성분이 늘어나면서 미스매칭이 발생하게 되지요. 동축선로나 커넥터들은 여러 가지 크기의 규격들이 있기 때문에, 규격이 다른 커넥터끼리 연결할 때는 반드시 이러한 불연속점 문제가 발생해버립니다. 이러한 변환 어댑터(커넥터)는 물론, 마이크로스트립과 동축선로의 연결부처럼 아예 전송모드가 Quasi-TEM에서 TEM으로 변환되는 지점의 불연속문제는 보다 주의를 기울여야 합니다.

이러한 크기가 다른 동축규격을 연결하는 변환 어댑터(커넥터)의 경우는, 어댑터 내부에서 Taper형태로 동축의 지름이 서서히 변화되는 형태로 만듦으로써 불연속점에 의한 미스매칭을 최소화 시키기도 합니다.

고차 모드의 영향

사용중인 주파수의 파장이 커넥터의 크기를 무시할 수 없을 정도로 작은 마이크로파(파장:1~10mm)라면, 고차모드의 영향에 대해 고려할 필요가 있습니다. 간단하게 설명하면 동축 커넥터가 엉뚱하게 도파관처럼 동작하는 경우를 의미합니다.

즉 도파관 차단 주파수 이상의 주파수에서는, 동축 전송모드(TEM)와 도파관의 전송모드(TE,TM) 양쪽 모두 전송이 가능해져 버리게 됩니다. 이 경우 서로의 전송모드끼리 영향을 주기 시작하면서 원하는 수준과 형태의 신호전송이 어려워질 수 있습니다.

따라서 마이크로파 이상의 주파수에서는 SMA 형태의 소형 커넥터가 이용되며, SMA 커넥터로도 사용이 어려운 주파수가 되면 APC3.5 커넥터, K 커넥터, V 커넥터 등과 같은 초고주파용 커넥터가 이용됩니다. 또한 극단적인 경우 외부도체 지름이 1mm정도로 매우 작은 커넥터까지 사용되고 있습니다.

이 다음으로는 이러한 커넥터들의 실제 사례를 좀더 자세히 설명해드리도록 하겠습니다.

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