問題
次の記述は、パラボラアンテナ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。
- (1)：一次放射器から放射された電波は、回転放物面の反射鏡で( A )に変換されて外部へ放射される。
- (2)：開口面が十分大きく、円形で、かつ、軸対称の形式は、高利得で前後比(F/B)の良い( B )の放射特性を得ることができる。
- (3)：反射鏡の開口面が円形のアンテナの利得は、開口面積に比例し、使用波長の2乗に( C )する。
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| 1 | 平面波 | ペンシルビーム | 反比例 |
| 2 | 平面波 | ペンシルビーム | 比例 |
| 3 | 平面波 | カージオイド | 反比例 |
| 4 | 球面波 | ペンシルビーム | 比例 |
| 5 | 球面波 | カージオイド | 反比例 |
解答
1
解説
アンテナ
無線通信を行うために、電気を電波に変換し、電波を送信したり受信したりする装置をアンテナと言います。
アンテナは空中線ともいい、代表的には下記の様な種類のアンテナがあります。
開口面アンテナ
開口面アンテナには、その名の通り、開口面より電波を放出するのが特徴で、反射鏡アンテナ(パラボラアンテナ、カセグレンアンテナ)とホーンアンテナなどがあります。
パラボラアンテナでは、一次放射器から放出した電波を、回転放物面の形をした反射鏡にて集積し、放出されます。
一次放射器は回転放物面の焦点に設置します。
カセグレンアンテナでは、回転双曲面の形をした副反射鏡を設置することで、パラボラアンテナと比較して一次放射器に当たって発生するロス(ブロッキング)をなくすことができます。
また、カセグレンアンテナはパラボラアンテナと比較し、一次放射器が主反射鏡側にあり、その分の給電線や導波管の長さを短くできるためロスが少なくなります。
ホーンアンテナは電磁ホーンとも呼ばれます。
パラボラアンテナの利得と指向性
パラボラアンテナは、下図のように非常に鋭い指向性を持ちます。
このように鋭いビームを持つアンテナを、鉛筆のような鋭さから、ペンシルビームアンテナと言います。
※一方、携帯電話基地局に用いられるようなセクタアンテナは、水平方向に広く、垂直方向に鋭いビームを持ちます。このように、1つの次元で鋭く、もう1つの次元で広い指向性を持つアンテナをファンビームアンテナと言います。
パラボラアンテナは、開口面から放射された電波が平面波(位相が揃った波)として伝搬されます。
アンテナの利得Gは、アンテナの実効面積Aeと波長λを用いて、下記で表されます。
$$G=\frac{4\pi}{\lambda^2}A_e$$ここで、実効面積Aeとはアイソトロピックアンテナといって、全方向に放射するという仮想的なアンテナを基準とした場合の面積をいいます。
アンテナの実効面積Aeとアンテナの開口面積A(実際のアンテナの表面積)の比をアンテナの開口効率ηといい、下記のように表されます。
$$\eta=\frac{A_e}{A}$$これを用いてアンテナの利得Gを展開すると、開口面積Aに比例し、波長の2乗に反比例することがわかります。
$$G=\frac{4\pi}{\lambda^2}A_e=\frac{4\pi}{\lambda^2} \eta A$$