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第1章 空中線、電波伝搬 (8)導波管の伝搬
[無線工学]
2010年3月23日 22時38分の記事

今回は、導波管のお話です。いきなり聞いた事もない名前
の物だと思いますが、これから高い周波数が盛んに使用さ
れる様になりますので重要になってきました。



図-1をご覧下さい。送信機からアンアテン又は、アンテナから受
信機へ高周波を運ぶ物を給電線と言います。
図の一番上の同軸ケーブルは、その代表的な物です。
同軸ケーブルは、皆さんのご家庭でもTVのアンテン線として使用
されていますので見る事が出来ます。


次に導波管ですが、これには、2種類あり、1つは、方形導波管。
もう1つは、円形導波管です。
導波管は、マイクロ波の伝送に使用されます。
導波管は、図-1の様な中空の金属のチューブです。


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        第1章 空中線、電波伝搬
           (8)導波管の伝搬

今回は、導波管のお話です。いきなり聞いた事もない名前
の物だと思いますが、これから高い周波数が盛んに使用さ
れる様になりますので重要になってきました。



図-1をご覧下さい。送信機からアンアテン又は、アンテナから受
信機へ高周波を運ぶ物を給電線と言います。
図の一番上の同軸ケーブルは、その代表的な物です。
同軸ケーブルは、皆さんのご家庭でもTVのアンテン線として使用
されていますので見る事が出来ます。


次に導波管ですが、これには、2種類あり、1つは、方形導波管。
もう1つは、円形導波管です。
導波管は、マイクロ波の伝送に使用されます。
導波管は、図-1の様な中空の金属のチューブです。

マイクロ波の定義は、はっきりしていません。人により違いますの
でそれらの中から一番低い周波数と高い周波数を選びますと300
[Mhz] 〜 300[Ghz] となります。
波長:λ は、1[m] 〜 1[mm] となります。
ちなみに電子レンジは、2.45[Ghz] の周波数を使用しています。携
帯電話もこれに近い周波数の電波を送信しますので、携帯電話を
耳に当てる事は、頭を電子レンジに入れている様なものですので
出来るだけヘッドセットの使用をお勧めします。

マイクロ波以下の周波数では、同軸ケーブルを使用しますが、同
軸ケーブルの場合、内部導体と外部導体の抵抗分や導体内部を
高周波が通りにくくなったり、外部導体と内部導体の間のポリエチ
レン等の誘電物質により誘電損失が生じたしてマイクロ波では、
使用出来なくなります。
その為、誘電物質をなくした導波管を使用します。

   














図-2は、同軸ケーブに高周波を流した時の様子を示しています。
上の2つの同軸の断面は、下の横の断面を右側から左を見た様
子です。
丸い2つの断面同士の間の距離は、λ/2 です。電界の向きと磁
界の向きが λ/2 離れて逆になっているのが分かります。
同軸ケーブルは、構造からして直流から使用出来る事がお分かり
になると思います。
これは、次の事からご理解頂けると思います。
同軸ケーブルの一方の端の内部導体と外部導体の間に電池を繋
ぎ、同軸ケーブルのもう一方の端の内部導体と外部導体間に豆
電球を繋げたら豆電球が点灯する事は、容易に想像がつくと思い
ます。

[導波管の基本モード]
基本モードとは、伝送できる最低の周波数の電流を流す時の
電磁界分布の事です。
同軸ケーブルでは、直流の電圧(周波数”0”hz)を内部導体と外部導体の間に加えた時の電磁界分布です。

次に導波管の基本モードがどの様になるか見てみます。(円形導
波管については、省略します。)
   













図-3をご覧ください。電界及び磁界の分布を正面、側面、上面
(上から見た図)について示しています。
電波が伝わって行く方向には、磁界が存在しまうが、電界が存
在しない事が分かります。
基本モードの事をTE10モードと言います。
TEとは、Transverse Electric の事です。電波の伝わる方向に
は、磁界成分のみで、電界成分が無い状態を指します。(正面
では、磁界と電界が存在します)
TEの後の最初の”1”は、導波管の正面の横方向に1つの
λ/2 の波が乗る事を示します。
そして次の”0”は、導波管の正面の縦方向には、波が乗らない
事を示します。

導波管を正面から見ますと中空の横長になっています。横の長
さを a とします。縦の長さは、b です。
            a = λ/2          (1)
                  
導波管では、(1)式以下の周波数では、導波管内で管の横方
向の反射を繰り返すだけで先へ進めなくなります。
(1)式の時の周波数を遮断周波数と言います。   
       
導波管の特徴
  ・誘電体が無い事と、導体を高周波が伝わらない為に損失
   が少ない。
  ・外部への漏れが無い。
  ・誘電体(絶縁部として同軸ケーブルでは、外部導体と内部
   導体の間に使用)が無いので大電力を通す事が出来る。
   (1000KW以上も可能)
  ・(1)式以下の周波数は、伝送出来ない。

次回は、VHFの電波伝搬です。


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◆この記事へのコメント(投稿順)
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