無線工学Ｂの問題について

質問

こんにちは、
吉川忠久先生著「無線工学Ｂ」を使い１陸技を勉強中です。下記を教えてください。
１、P２１の問１
電波の進行方向に垂直な面上で、振幅の等しい２つの直交する電界成分の位相差がπ／２の電波は円偏波である。
とありますが、直交するのは、電界成分と磁界成分ではないでしょうか？
電界成分は２つあるのでしょうか？
http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/hobby/edu/em/polarization/lhcpw/index-j.html

２、Ｐ３３の問１４
接地アンテナの放射効率を改善する方法で、「アンテナの放射抵抗をできるだけ小さくする」とありますが、どうしてこれが誤りなのでしょうか？抵抗を小さくすれば、効率が上る様な気がします。

３、Ｐ３７の問２２
同一のアンテナを送信用に用いたときのアンテナ上の電流分布と受信用に用いたときのアンテナ上の電流分布は、相等しい　は間違いですが、受信する際、電波の位相が異なるので、電流分布も異なるのでしょうか？

４、Ｐ３８の問２３
式（３）のアの値が、λ/2　SINφになる理由
下記Ｂ－１問題です。
http://www.khz-net.com/kema/003radio/01licence/1rikugi/1rikugi-19-01-kougaku-b.pdf

基本的には、下記と同じはずなのですが、よくわからないです
http://www.khz-net.com/kema/003radio/01licence/1 …指向性の積の原理'

回答No.4

ycuhakecha · ベストアンサー

No.2です。

>吉川忠久先生著「無線工学Ｂ」のP13には
>放射効率η＝放射抵抗／（放射抵抗＋全損失抵抗）
>と記載されています。従いまして、放射効率は抵抗に比例
>するので、放射抵抗が大きい程、放射効率が高くなるが
>正解ではないでしょうか？

全損失まで厳密に考えると、その通りですね。
給電電力がどこに使われるかというと、
(1)アンテナから放射されていく電波(放射抵抗ですね)
(2)アンテナ自体の線等が持つ抵抗損
よって、
>放射効率η＝放射抵抗／（放射抵抗＋全損失抵抗）
と言えます。しかし、ダイポールアンテナでは、
一般に(2)はほぼ無視できるほど小さいですし、
放射抵抗は、簡単には変えたりできないので、
「アンテナの放射抵抗を『大きくする』」
が正解というのを期待しているとは思えません。

おそらく、
「アンテナの『接地抵抗』をできるだけ小さくする」
が正解というのを期待していると思います。
理由は以下の通りです。

ご存知かもしれませんが、接地アンテナとは、
例えば、下図のように、
給電線の片方をグランド上部に出したλ/4アンテナにつなぎ、
給電線のもう片方を接地することによって、
グラウンド内部にλ/4アンテナを擬似的に出現させて、
全体としてλ/2アンテナとして働かせるものです。

　|
　|　←λ/4アンテナ
　|
　|
　==給電
　|
接地

この場合、設定抵抗が重要です。
インピーダンスゼロ(小さくい値)で接地できなければ、
グラウンド内部にλ/4を作り出せずに、
λ/2アンテナとして有効に働かないからです。
当然、接地抵抗による電力損失も生じます。

>吉川忠久先生著「無線工学Ｂ」のP8に
>半波長ダイポールアンテナの電流分布
>が記載されています。受信も送信時も、
>この山が両端でゼロは変わらないの
でしょうね？山の高さと形状が変わるの
>でしょうか？

アンテナ自体の損失抵抗がゼロであれば、
送信アンテナも受信アンテナも同じ電流分布です。
損失があると、アンテナ端に向かって電流が減衰するか、
給電点に向かって電流が減衰するかの違いが出ますが、
所詮、損失による電流分布の違いですので、
若干形が異なる程度です。
送信アンテナと受信アンテナで、大きく電流分布が変わるようなら、
アンテナとして使い物ならないでしょう。

お礼

いつもお世話になります。
ご丁寧な回答ありがとう御座います。
＞おそらく、
＞「アンテナの『接地抵抗』をできるだけ小さくする」
＞が正解というのを期待していると思います。
了解致しました。そのように理解するように致します。

＞アンテナ自体の損失抵抗がゼロであれば、
＞送信アンテナも受信アンテナも同じ電流分布です。
＞損失があると、アンテナ端に向かって電流が減衰するか、
＞給電点に向かって電流が減衰するかの違いが出ますが、
＞所詮、損失による電流分布の違いですので、
＞若干形が異なる程度です。
＞送信アンテナと受信アンテナで、大きく電流分布が変わるようなら、
＞アンテナとして使い物ならないでしょう。
了解致しました。電流分布は厳密には異なるが、その差異は小さいということですね。

回答No.3

kbtkny

>円偏波は、天然には存在するものなのでしょうか？

多分、天然には存在しません。

円偏波は、垂直水平方向がはっきり分からない環境下で
使われます。例えば、宇宙からの電波を捉える場合（衛星放送）
です。

参考まで

補足

お返事有難うございます。
＞多分、天然には存在しません。
ニュートリノは左巻きが有名ですが、当然質量がゼロではないので
（電磁波ではない）、関係ないでしょうね？

回答No.2

ycuhakecha

１．ひとつのダイポールアンテナから
放射される電界の方向は、
質問者も理解している通り一方向です。
そこにもうひとつのダイポールアンテナを
９０度異なった配置にして電波を放射させると
先のダイポールアンテナと90度方向が異なった
電界が放射されることなりますね。
よって、当然二つあるわけです。
これら二つの電界には、
それぞれ90度方向の異なる磁界がペアになります。

また、円偏波にするには、
ふたつのダイポールアンテナに給電する電流も
90度位相をずらす必要があります。
電流が同相だと、放射される合成電界は、
両アンテナのちょうど間の
45度方向に√2倍になって現れるだけで、回転しません。

２．アンテナの放射抵抗が大きいと、
給電した電力が、アンテナの放射抵抗で失われて、
放射される電波が減るようなイメージを
もっているのではないでしょうか。
アンテナの放射抵抗は、
給電した電力が空間に電波として
放射されることによって生じる電力損失が、
給電部に抵抗として現れるものです。
だから、「放射抵抗」なんですね。
アンテナ銅線の持つ抵抗ではありません。

放射抵抗１０Ωのアンテナでも、
放射抵抗２０Ωのアンテナでも、
給電部から、１０Wを送り込めば、
放射される電力も１０Wです。
もちろん、電力が同じでも抵抗が違うので、
給電した電圧・電流は異なります。
放射効率は、給電した電力のうち、
どれだけが電波になったかですので、
放射抵抗には無関係です。

３．アンテナの損失が大きいほど
送信アンテナと受信アンテナで、電流分布は異なります。
送信アンテナとして使用した場合は、
アンテナの端ほど電流が減衰してしまいますし、
受信アンテナとして使用した場合は、
アンテナの端で生じた電流ほど
給電部に到達するときに、減衰してしまいます。
そのため、電流分布が異なるわけです。

４．φの取り方の違いです。
先の問題は、x軸からの角度ですね。
y軸からの角度だと、
λ/2 COS(90-φ) =λ/2 SIN(φ)　です。

補足

いつもお世話になります。ご回答有難うございます。
＞１．また、円偏波にするには、
＞ふたつのダイポールアンテナに給電する電流も
＞90度位相をずらす必要があります。
了解致しました。

＞２．放射効率は、給電した電力のうち、
＞どれだけが電波になったかですので、
＞放射抵抗には無関係です。
吉川忠久先生著「無線工学Ｂ」のP13には
放射効率η＝放射抵抗／（放射抵抗＋全損失抵抗）
と記載されています。従いまして、放射効率は抵抗に比例
するので、放射抵抗が大きい程、放射効率が高くなるが
正解ではないでしょうか？

＞３．アンテナの損失が大きいほど
＞送信アンテナと受信アンテナで、電流分布は異なります。
吉川忠久先生著「無線工学Ｂ」のP8に半波長ダイポールアンテナの電流分布
が記載されています。受信も送信時も、この山が両端でゼロは変わらないの
でしょうね？山の高さと形状が変わるのでしょうか？

＞４．φの取り方の違いです。
＞λ/2 COS(90-φ) =λ/2 SIN(φ)　です。
了解致しました。後で私も気づきました。

回答No.1

kbtkny

分かる質問だけ回答します。該当のテキストを持っていないので
的外れな事を言うかもしれませんが。。。

>１、P２１の問１

円偏波を言うのは、電解（磁界）を進行方向に対してくるくる回りながら
放射する電波です。アンテナを物理的にくるくる回せばいいのですが、そんな
事はできません。そこで、直交したアンテナ2つに90度の位相差を与える事で、
くるくるまわすのと同じ事を実現したのが、この質問のアンテナです。

2つのアンテナが作る電解の強さを時間で表し、ベクトルの合成をしてやると
電解（磁界）がくるくる回るのが分かります。

確かに電解と磁界は90度の位相差がありますが、ここで言っているのは、物理的な
アンテナを二個90度に配置する事なので、正解です。

＞２、Ｐ３３の問１４

インピーダンスの整合で考えれば分かると思います。真空（≒空気）のインピーダンスは
120πです。このインピーダンスに整合させる事が放射効率を最大にします。

参考までにアンテナは。50Ω（又は75Ω）と120πΩのインピーダンス変換器と言う事も
できると思います。

以上、参考まで。
言い換えると

補足

お返事有難うございます。
＞直交したアンテナ2つに90度の位相差を与える事で、くるくるまわすのと
＞同じ事を実現したのが、この質問のアンテナです。
お返事有難うございます。人工的に作るのですね。円偏波は、天然には存在するものなのでしょうか？
試験には直接関係ないのですが、ちょっと疑問に思いました。
＞確かに電解と磁界は90度の位相差がありますが、ここで言っているのは、物理的な
＞アンテナを二個90度に配置する事なので、正解です。
了解致しました。
＞インピーダンスの整合で考えれば分かると思います。真空（≒空気）のインピーダンスは
＞120πです。このインピーダンスに整合させる事が放射効率を最大にします。
了解致しました。平行２線式給電線のインピーダンスは約３００オームですが、120π＝377に近いため、この線を使うのですね。