一陸特 令和2年10月 無線工学(A)問5

問題

次の記述は、自由空間における電波(平面波)の伝搬について述べたものである。(　　)内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、電波の伝搬速度をv[m/s]、周波数をf[Hz]、波長をλ[m]とし、自由空間の誘電率をε₀[F/m]、透磁率をμ₀[H/m]とする。

• (1)：vはfとλで表すと、v＝(　A　)[m/s]で表され、その値は約3×10⁸[m/s]である。
• (2)：vをε₀とμ₀で表すと、v＝(　B　)[m/s]となる。
• (3)：自由空間の固有インピーダンスは、磁界強度をH[A/m]、電界強度をE[V/m]とすると、(　B　)[Ω]で表される。

解答

1

解説

電波の伝搬速度

電波の伝搬速度は、光の伝搬速度(光速)cと等しく、約3.0×10⁸[m/s]です。

光速c[m/s]、周波数f[Hz]、波長λ[m]には下記の関係式があります。

また、光速cは真空中の誘電率ε₀[F/m]、透磁率μ₀[H/m]を用いて、下記の通りに表されます。

特性インピーダンス

電波や高周波の信号の世界では、特性インピーダンスZという伝送路の性質を表す値があり、下記の様に電界Eと磁界Hの比で表されます。

特性インピーダンスはあくまで「伝送路の性質」を表す値であって、信号の抵抗値(流れにくさ)を表す値ではありません。

例えば、テレビの同軸ケーブルは特性インピーダンスが75Ωであることが多いですが、これは同軸ケーブルが75Ωの抵抗を持っているという意味ではなく、電界・磁界の比が75の信号を通すことができる、という意味合いで使われます。

「特性インピーダンス」は、伝送線路の「特性」を表しているのであって、実際にそのインピーダンスを持つ負荷（インダクタやコイル、抵抗など）が存在しているわけではないです。
「特性インピーダンス50Ωの同軸ケーブル」と言うと、「電圧・電流比が50Ωの信号を通すことができる特性を持っている同軸ケーブル」を意味しています。決してケーブル自身が５０Ωの負荷を持っている訳ではありません。

特性インピーダンスについて - 特性インピーダンスといわゆるインピーダン… - Yahoo!知恵袋