八木アンテナの動作原理について。

質問

八木アンテナに興味があるのですが、いまいちアンテナの仕組みが良く分かりません。たくさん参考資料が売ってるみたいですが、頭が弱いので、読んでみても、どういうふうに動作しているのかがはっきり分かりません。誰か、解りやすく説明していただけないでしょうか？

回答No.7

ymmasayan · ベストアンサー

度々　ymmasayan　です。

＞　ちょっとまとめさせて頂くと。。今、この回答で行われている位相を進めたり、遅らせたりする動作は、アンテナの各素子を1/4波長離したり、放射器、導波器、反射器の素子の長さをそれぞれ違う長さにする事と関係があり、その部分を説明するには数式とかで理論的に説明しないといけない。って感じにとらえてても差し支えないですか？（意味が伝わるか心配。。）

前にも申し上げたように、反射器と導波器の長さを変えたときの挙動はとても難解です。marticoさんは本当はそこがお知りになりたいと思うのですが「解りやすく説明」は不可能に近いでしょうね。だから、長さを短くすると導波器になり、長さを長くすると反射器になると言うところは信じてくださいと言うしかありません。
他の方も言われているとおり、実際のものは実験で試行錯誤でものを作っているのが実情です。　　　　　

その前提で、２本の素子の電波合成を理解していただくために、２本給電型の反射器（導波器）の説明をしました。（すでにお分かりであれば読み飛ばして下さい）

＞　図の意味は何となく分かりました。でも、過去、現在、未来という表現がまた。。？？その表現は、波のグラフを書いたグラフの横軸を、素直に時間軸にしただけの事なんでしょうか？

そうです。波のグラフを書いて時間軸に「過去、現在、未来」と書いただけです。時間と空間を意識していただくために書いたのです。一般的な波のグラフとしてはそうですが、空間の波のグラフにすると、素子より右側に出ている波は逆に左から「未来、現在、過去」となります。

余計な話をしてわかりにくくしたかもわかりませんし、説明不足で理解しづらいところがあったようで、すみませんでした。

お礼

ymmasayanさん、素人同然の私に熱心に回答下さって本当にありがとうございました。八木アンテナほど有名で、これほど出回っているものが、長い年月をかけて今もまだ研究されており、専門の方でさえも苦しんでいるような内容とはつゆしらず。。甘く見てました（素人のくせに(>_<))でもいろいろな方から回答をもらい、「どういう仕組か」ぐらいまでなら理解できるようになりました。ちょっとうれしいです。それにしても、便利ですね～！このサイトは！初めて投稿したんですが、癖になりそうです(^-^)これからもアンテナについて、できる限り追求していく所存です！（余計な話しとおっしゃってますが、追加の説明なども分かりやすかったので、とてもよかったです）

回答No.6

ymmasayan

＃５のymmasayanです。

＞　別の説明の部分なんですが、位相がずれることによって、反射器側では電気的？に打ち消し合うので、電波は出なくて、放射器側では電気的？に強めあうので放射器方向に対してアンテナの利得があがるという事なんでしょうか？

全くその通りです。電気的にというより、電波的にといった方がいいでしょうかね（笑）　利得もあがりますが指向性も鋭くなります。後方だけでなく、側方にも電波が出にくくなります。

＞　あと、図の意味がちょっと分からなかったです。。すいません！

ここでは絵が簡単に書けないのでかなり省略してました。すみません。

　　　左素子○○右素子　　　　　　　　
　　　　　　　↓↓
←０－０＋０－０－０＋０－→　上段：右素子の出す電波（両方向）
←０－０＋０－０＋０－０＋→　下段：左素子の出す電波（両方向）９０度遅れ

○はアンテナ素子を横から見たところです。上段は右素子が出した電波（波）が左右に伝わっている様子です。下段は左素子の出した電波の伝わる様子です。

見方は波のグラフを想像して下さい。
　－　　　－
－　－　－　－　という波を
　　　－

０＋０－０＋０　と表現しています。
　　↑　↑　↑
　　過去現在未来　であることに注意して下さい。

元の図ですが、波が両方に対称に伝わることと、素子のところが現在、遠いところが過去というところが要注意点です。
判りにくければ、補足下さい。

補足

図の意味は何となく分かりました。でも、過去、現在、未来という表現がまた。。
？？その表現は、波のグラフを書いたグラフの横軸を、素直に時間軸にしただけの事なんでしょうか？それと、ちょっとまとめさせて頂くと。。今、この回答で行われている位相を進めたり、遅らせたりする動作は、アンテナの各素子を1/4波長離したり、放射器、導波器、反射器の素子の長さをそれぞれ違う長さにする事と関係があり、その部分を説明するには数式とかで理論的に説明しないといけない。って感じにとらえてても差し支えないですか？（意味が伝わるか心配。。）

回答No.5

ymmasayan

八木アンテナはすごい発明です。何しろ、エジソンと同じ時代以降の日本の１０大発明（発明家）の一つに入っています。（下記参考ＵＲＬ）

本題に入りますが、長さの違う棒が反射器になったり、導波器になったりするところの理論はすごく難しいようです。アマチュア無線１級の教科書にもほんとの詳しいところは書いてありません。電気や電波をかなりかじった人間にも難解だということでしょうね。

ということで、少し、別の説明を。（余計なお世話かも^^;）

同じ長さのアンテナ素子（放射器）２本を４分の１波長離して平行に置きます。
右側に電波（の素）を給電し、左側には位相が９０度遅れたものを給電します。
すると電波の様子は次のようになります。

　　　左素子○○右素子　　　　
←０－０＋０－０－０＋０－→　上段：右素子の出す電波（両方向）
←０－０＋０－０＋０－０＋→　下段：左素子の出す電波（両方向）９０度遅れ

左向きの電波は加わり合い、右向きの電波は打ち消しあって左向きに強い電波が出ます。右には電波が出ません。
この時、左側が放射器と見れば、右側は反射器です。右側が放射器と見れば左側は導波器ですね。

ここで、素子を３本ならべて左を短く、右を長くします。給電は中央のみとします。すると左の素子は放射器の電波を受けて電流が流れ、この電流が又電波を放射します。この時、（難しい理論省略）先ほどの放射器と同じ電波を出して放射器の役目をします。反射器も全く似たような理屈で先ほどの反射器と同じ役目をします。

この程度でいかがでしょうか。

参考URL：

http://www.city.yokosuka.kanagawa.jp/speed/mypage/m-imajo/whatevent/event98/whatedison3/whatedison3.html

補足

分かりやすい回答ありがとうございます。別の説明の部分なんですが、文章の所は何となく分かりました。位相がずれることによって、反射器側では電気的？に打ち消し合うので、電波は出なくて、放射器側では電気的？に強めあうので放射器方向に対してアンテナの利得があがるという事なんでしょうか？あと、図の意味がちょっと分からなかったです。。すいません！

回答No.4

joshua01

大変に熱心になやんでおられますね。
大変、結構なことです。がんばってね。
しかし、実は、八木アンテナの動作（特に、金属棒の近傍の電界（電波のふるまい）については、（数式で表現できているような解説としては、実際は）いまだに単純な説明として解決できていない問題のようです。専門家もほんとに悩んでるようですよ。
とにかく、単純には、次の点は「実験で」確認されています。
○目的とする波長の1/2より、ちょっと長い金属棒は、「入ってきた電波を、入ってきた方向に跳ね返す性質がある」
○目的とする波長の1/2より、ちょっと短い金属棒は、「入ってきた電波と、その周りにある電波を、レンズのようにかき集めて通過させる性質がある」
というところでしょう。
この場合、「ちょっと長い」「ちょっと短い」とか、送受信する心臓部である「放射器」（中心ダイポール）との距離はどうすべきか。は、専門家でも解けておらず、地道な実験を繰り返しています。
某アンテナ会社では、この「長さ」と、「距離」の値について、今の製品よりも良い結果をもたらす値を見つけた人には、賞金を出していました。

いずれにしても、相当いいかげんな材料と、エレメント（金属棒）間隔でも、（僕、中学生のときでしたが、）劇的な利得があったのに感動しました。

とりあえずやってみよう。特に、導波器は、ならべやならべるほど、性能上がりますね。

お礼

ありがとうございます！がんばります0(^-^)0でも、アンテナを作るまではちょっと、、大がかりな気がして。。。今、アンテナの勉強中なので、少しずつ勉強していき、疼きだしたら作ってみることにします。

回答No.3

yoko1mgs

こんにちは、うまく説明できるかわかりませんが

ダイポールアンテナ　1/2波長で周波数に対し効率がよくなります。
　　　　↑
　　　　↑　　　　　　　　　　　　
　　----------　給電部エレメント　に対し直角方向に対し
　　　　↓　　　　　矢印の様に指向性が働きます。
　　　　↓　

八木アンテナ　　　ダイポールに導波器と反射器を付けることにより
　　　　↑　　　　　　　導波器側に指向性が強くなります。
　　　　↑
　　　　↑
　　 -------　　導波器　少し短いエレメント
　　---------　 給電部　ダイポール部分と思ってください
　 -----------　反射器　少し長いエレメント
　　　　↓

こんな特性があります。よって固定局（TV局等）ならアンテナも固定しても良いが
八木アンテナで移動局や不特定多数の局相手ならアンテナ自体を回す必要があります。
又目的の周波数によりアンテナの長さ大きさも関係してきます。
　　　　　　　　　　　　　　　　こんなんで分かりますか？

お礼

図入りのとても分かりやすい回答ありがとうございました。専門の方がいらっしゃるみたいなので、もう少しそちらの方にも聞いてみることにします。

回答No.2

sieg

どの程度知識がおありかわからないので、どこから始めたらよいかわかりませんが、大雑把には以下の通りです。
最も簡単なのは３エレメント（３本の横棒が並ぶ）ですが、そのうち電力が供給されるのは真ん中のエレメントです。
これに、０．２波長離して半波長よりやや長いエレメント（真ん中のエレメントは半波長）をつけると電波はそこで反射して逆向きに飛びます。このエレメントを反射器と呼びます。
逆に、０．２波長離して半波長よりやや短いエレメントを反射器と反対側に付けると電波はこのエレメントの方向に強く放射します。このエレメントを導波器と呼びます。
すなわち、反射器と導波器により、電波を一定の方向により強くとばそうとした仕組みです。３エレメントより多くのエレメントの八木アンテナもたくさん存在しますが、すべて導波器が増えているだけです。
これにより、飛ぶ方向（指向性）がよりシャープになります。

補足

迅速かつ、丁寧な解答ありがとうございます。回答して頂いた仕組みあたりでしたら、なんとか分かるのですが、放射器から導波器までの波の伝わり方？と反射器がこれに対してどう作用しているか（この表現があっているのかは分からないですが。。）が知りたいです。本を読むと、位相がなんちゃらかんちゃらと書いていて（この辺りが良くわかりません）うまく動作しているとなっていました。すごい仕組みなんやな！というのは伝わるのですが、細かいところが知りたいです。あまり専門になるとつらいのですが、よろしければ教えてください。

回答No.1

mataro

八木アンテナについての解説が参考ＵＲＬにありました。
一度参照してみては？
（自分は見ても全然分かりませんでしたけど。）

参考URL：

http://www.d2.dion.ne.jp/~shinya.m/report/yagi_antenna.html

お礼

ありがとうございます。このページは一度見たことがあります。（やっぱり分からなかったですが。。）ほかも当たってみます。