공동파

공동파(空洞波)는 전파가 도파관 또는 전송선로 내에서 전송될 때, 전파 에너지가 도체 내부에 침투하지 못하고 주로 도체 표면을 따라 전파되는 현상을 이용하여 특정 주파수 대역의 전파를 차단하거나 감쇠시키도록 설계된 구조 또는 소자를 의미한다. 일반적으로 금속 도체에 주기적인 간격으로 구멍이나 슬릿(slit)을 뚫어 만든다.

원리 및 특징

공동파는 주기적인 구조를 가진 도체 표면에서 전파가 브래그 반사(Bragg reflection)와 유사한 현상으로 인해 특정 주파수 대역에서 반사되어 진행을 억제받는 원리를 이용한다. 이러한 반사 현상은 도체 표면에 형성된 주기적인 구조의 간격과 전파의 파장이 특정 관계를 만족할 때 가장 강하게 나타난다. 결과적으로, 공동파는 특정 주파수 대역의 전파를 효과적으로 차단하거나 감쇠시키는 기능을 수행한다.

공동파의 설계는 차단하고자 하는 주파수 대역, 도파관 또는 전송선로의 구조, 사용되는 도체의 재료 특성 등 다양한 요소를 고려하여 이루어진다. 주기적인 구조의 간격, 구멍 또는 슬릿의 크기와 모양 등을 조절함으로써 원하는 주파수 특성을 얻을 수 있다.

활용 분야

공동파는 다음과 같은 다양한 분야에서 활용된다.

• 전자파 차폐: 특정 주파수 대역의 전자파를 차단하여 전자 기기의 오작동을 방지하고, 보안성을 강화하는 데 사용된다.
• 필터 설계: 특정 주파수 대역의 신호만 통과시키거나 차단하는 필터의 구성 요소로 사용된다.
• 센서: 특정 주파수 대역의 전파 특성 변화를 감지하여 센서로 활용된다.
• 고주파 회로: 고주파 회로에서 불필요한 신호 성분을 제거하거나 특정 주파수 대역의 신호를 선택적으로 처리하는 데 사용된다.

장점 및 단점

공동파는 다음과 같은 장점을 가진다.

• 소형화 및 경량화: 기존의 필터나 차폐 구조에 비해 소형화 및 경량화가 가능하다.
• 높은 차단 성능: 특정 주파수 대역에서 높은 차단 성능을 제공한다.
• 설계 유연성: 주기적인 구조의 형태 및 간격 조절을 통해 다양한 주파수 특성을 구현할 수 있다.

반면, 다음과 같은 단점도 존재한다.

• 대역폭 제한: 차단 또는 통과 대역폭이 제한적일 수 있다.
• 제작 공정: 미세한 주기적 구조를 형성해야 하므로 정밀한 제작 공정이 요구된다.

참고 문헌

• D. M. Pozar, Microwave Engineering, 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2012.
• C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2016.