| TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第24期無線工学第1章空中線と電波伝搬 （4）アンテナと給電線の整合その1 | |
| [無線工学] | |
| 2019年3月16日 9時30分の記事 | |
第24期第1章空中線と電波伝搬 （4）アンテナと給電線の整合その1 前回、今回のお話は、SWRですとお伝えしましたが、主 題は、アンテナと給電線の整合です。 しかし、平成31年2月期の問題を見ますと、 少しづつ問 題が変わってきています。その1つがSWRです。 今まで、出題されなかった項目ですが、 今後も出題が予 想されますので、今期からお話をする事と致しました。 それでは、給電線と アンテナの整合についてのお話を致 ます。 １．インピーダンス整合 下の図をご覧ください。 今回は、無償で全文を公開しています。 [続きを読む]をクリックしてお読み下さい。 当塾は、今年の10月でまる12年になります。 ここまで続けてこられま したのは、皆様方のお陰と感謝して います。 今後も、低価格で分かりやすい合格の為の講座を続けてま いる所存ですので、宜しくお願いいたします。 「時は、金なり」と言いますが、50円を有効に使えていますか ？。 本文には、見本部分の数倍の記事が書いてあります。 2月期の試験は、航空大学校の入学や就職にと大変重要 な試験になります。 独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。 試験迄は、思った程、時間がありません。 時間を無駄にして後悔されない様、本文をお読み下さい。 [お知らせ]有料記事をお読み頂く為には、コンビニで 電子 マネーをお買い求めの上、 下記の URLをクリックしてポイ ントを取得する手続きをお済ませください。 ポイントは、「くる天」様の有料ならではの 他のブログをお 読みになる為にもお使い頂けます。 なお、電子マネー「C-Check」は、2000円 から購入出来ま す。 http://kuruten.jp/blog/help041.html
第24期第1章空中線と電波伝搬 （4）アンテナと給電線の整合その1 前回、今回のお話は、SWRですとお伝えしましたが、主 題は、アンテナと給電線の整合です。 しかし、平成31年2月期の問題を見ますと、 少しづつ問 題が変わってきています。その1つがSWRです。 今まで、出題されなかった項目ですが、 今後も出題が予 想されますので、今期からお話をする事と致しました。 それでは、給電線と アンテナの整合についてのお話を致 ます。 １．インピーダンス整合 下の図をご覧ください。  電池を送信機。r を給電線の特性インピーダンス。 そしてR を空中線の入力インピーダンスとします。 インピーダンスとは、交流に対し電流を流れにくく する素子です。直流の場合、電流を流れにくくする 物は、抵抗だけですが、交流の場合は、抵抗の他、 コイル、コンデンサーが電流を流れにくくする素子 になります。そして、コイルとコンデンーは、交流 の周波数により、電流を流れにくくする度合いが違 うのです。 ここでは、お話を簡単にする為にインピーダンスは 抵抗のみで考えます。 負荷：R で消費される電力が最大になるのは、R が 何[Ω] の時か考え見て下さい。Rで消費される電力 ：P は、以下の式で求める事が出来ます。 P = {4 [V]/( 2 [Ω] + R [Ω] ) }^2 x R この式は、 最初の中カッコで電流を求めて、電流を ２乗してR を掛けていますので、電力になります。 R に色々の値を入れて グラフを描いてみますと一目 瞭然で結果が出ますが、時間がない方は R に0.5 [ Ω] 、 1 [Ω] 、2 [Ω] を代入しで計算してみて下さ い。 Rが2 [Ω]の時が、最大の電力になると思います。 抵抗だけで考えましたが、図で言いますと電源側(送 信機と給電線)と 負荷( アンテナの入力) インピーダ ンスを同じにした時に電力を一番多く負荷(アンテナ ) へ伝える事が出来ます。 これは、給電線とアンテナを繋ぐ場合だけでなく 電 子機器どうしを繋ぐ場合も同じです。 身近なところでは、 皆様が使用しているフマフォの 出力インピーダンスと イヤフォンのインピーダンス は 同じにしています。 ２．定在波 下の図は、 給電線の先に 給電線のインピーダンスと 同じ値の抵抗:Rを繋いだ場合の様子を示しています。  図-1 図-1の様に送信機からの高周波は、進行波となって 、抵抗：Rに吸収（消費）されてゆきます。 空中線と給電線のインピーダンスが合わない最たる 場合は、空中線が接続されていない状態です。この 状態は、空中線の入力インピーダンスが無限大であ るのと同じ事です。 その場合、給電線の先端迄行った進行波は、そこで 反射されます。 次の図-2をご覧下さい。  図-2 オレンジ色の進行波は、受端と書かれた、給電線 の端で反射されます。受端では、大きさ(振幅)が 同じで位相が180度づれますので、反射波は、緑 色の線になります。 緑の線を 受端で見てみますと、 オレンジ色の 進 行波が ”−” になっているのを ”+” にして、大き さを同じにしたもので有る事が分かります。 青い線は、進行波と反射波の合成波です。 頭の中で進行波を動かしてみて頂き、その時の反 射を想像して頂きますと、進行波と反射波の合成 は、下の図の様になる事がお分かりになると思い ます。  ”b”点は図-2で、黒の丸がある所です。そして、” a”と書かれている所は、赤の丸で示した所です。 "a” 点と”b” 点は、 給電線上での位置が、 動きま せん。 そして合成波の振幅が矢印の様に変化します。 これは、 進まない波の様に見えますので ”定在波 ”と言います。まさに、定めった所に在っる波と言 う事です。 定在波の大きさは、反射波の大きさに関係します。 ３．定在波比（SWR；Standing Wave Ratio) ここからは、お話が少し難しくなって恐縮ですが、 最終的に得られる式は、簡単ですので、 式だけで も覚えておいて下さい。 進行波の電圧をVf。反射波の電圧を Vr とします。 そして、反射係数：Γ(ガンマーと読みます。）を 考えますと Γ = Vr/Vf 定在波のピークの a点での電圧を Vmax。b点での 電圧を Vmin としますと Vmax = Vf + Vr Vmin = Vf − Vr 定在波比を S としますと S</font > = Vmax/Vmin = (Vf + Vr)/(Vf − Vr) = {1 + (Vr/Vf)}/{ 1 − (Vr/Vf)} = (1 + Γ)/(1 − Γ) 最後の式が重要ですので覚えておいて下さい。 送信機からの電力が給電線を通り、アンテナで全て 消費されるのが一番良い事です。 その場合、Vr = 0 となりますので、S = 1 となり ます。反射波があると S は、大きくなり、 送信機 の電力がアンテナに全て吸収されることなく、ロス が生じてしまう事が分かります。 ここまで、電圧でSWRについてお話をしてきました が、特にSWRを電圧で論じるばあい、電圧定在波比 と言い、VSWR と表記します。 今年の2月期の問題では、「給電線と空中線のインピ ーダンス整合が取れている場合、VSWR は、”0” で ある。」この文章が正しいか 正しくないかと言う問 題でした。VSWR を知らないと答えられない問題で す。答えは、勿論、間違いです。 次回は、平衡と不 平衡についてのお話とバランについてのお 話を致します。また、 お話が後先になってしまう点があるか もしれませんが、アンテナと給電線の 整合の必要性と、整合 が取れていない場合についてのまとめを行います。 | |
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