アンテナ入門の履歴ソース(No.1)

*アンテナ入門 [#y8936451]

アンテナは電気と電波とを変換する装置。

現在、電波を用いる機器はテレビ、ラジオ、携帯電話、WiFi ... など身近にも沢山あるが、そのアンテナには様々な大きさ・形状のものがあり、一見して用途との関連がわかりにくい。

この勉強会では、アンテナの大まかな動作原理を理解することで、何故アンテナに様々なバリエーションがあるのかを実例を見ながら考えてゆく。

** 電波とは何か [#ia3be62f]

イギリスの物理学者マクスウェル(James Clark Maxwell)は、1864年にそれまで知られていた電気・磁気に関する現象を統一的に記述できる４つの方程式を提唱した。

|>|>|CENTER:マクスウェルの電磁方程式|
|∇・'''''D'''''('''t''', '''''x''''') ＝ ρ('''t''', '''''x''''') | 電荷のまわりに電界が発生する |クーロンの法則|
|∇・'''''B'''''('''t''', '''''x''''') ＝ 0  | 磁気はN極、あるいはS極だけの単独で存在しない |磁気単極子の非存在|
|∇×'''''E'''''('''t''', '''''x''''') ＝ －d'''''B'''''('''t''', '''''x''''')/d'''t''' | 磁界が変化すると電界が発生する |ファラデーの法則|
|∇×'''''H'''''('''t''', '''''x''''') ＝ ρ('''t''', '''''x''''') ＋ d'''''D'''''('''t''', '''''x''''')/d'''t''' | 電流、そして''電界の変化''とで磁界が発生する |アンペールの法則＋''変位電流''|

マクスウェルは、４番目の式で「変位電流」と呼ばれる仮想的な電流を導入した。変位電流を想定することで、様々な電磁現象を矛盾なく説明することが可能になった。

そして、３番目の４番目の式を組み合わせると電界の変化と磁界の変化が波動として伝わってゆくことが示される。これが電波（電磁波）である。

|CENTER:電波の発生|
|&ref(E-H.png,,70%);|
|CENTER:&color(red){''→'' 磁界};　&color(blue){''→'' 電界};|
~
|CENTER:右方向に進む電波|
|&ref(Wave.png,,70%);|
|CENTER:&color(red){''→'' 磁界};　&color(blue){''→'' 電界};　''→'' 進行方向|

** 電波の性質 [#ia3be62f]

:波長|電界(又は磁界)が一周期ぶんの間に進む距離。~
電界(又は磁界)が一秒間に変化する回数を周波数と呼び、電波は一秒間に約３万km進むので、以下の関係がある。~
周波数[Hz]×波長[m]≒300000000[m]((真空中で299792458m))~
|>|>|CENTER:周波数と波長の例|
|CENTER:用途|CENTER:周波数|CENTER:波長|h
|LEFT:|RIGHT:|RIGHT:|c
|電波時計(福島)        |   40kHz| 7.5km|
|AMラジオ(BSN)         | 1116kHz|  269m|
|短波放送(ラジオNIKKEI)|6.055MHz| 49.5m|
|FMラジオ(FM PORT)     | 79.0MHz|  3.8m|
|テレビ(TeNY)          |  550MHz|54.5cm|
|携帯電話(Band1)       |  2.1GHz|14.3cm|
|WiFi(801.11a/n/ac)    |    5GHz|   6cm|
|雨雲レーダー(XRAIN)   |  9.4GHz| 3.2cm|
|>|>|RIGHT:L[m] = 300 / f [MHz]|

:偏波|電波は進行方向に対して直角に電界あるいは磁界のベクトルが発生するが、このうち電界ベクトルの方向を偏波と呼ぶ。~
説明の例では垂直偏波。

** ダイポールアンテナ [#t5031af2]

半波長ダイポールアンテナは「電波とは何か」で説明した電波を発生する機構をそのまま実現した最も基本的なアンテナで、現在使われているアンテナの大部分は、このダイポールアンテナを基礎としている。

|CENTER:半波長ダイポールアンテナ|
|&ref(Dipole.png,,75%);|
|RIGHT:L=波長|

** アンテナの性質 [#a1645c02]

** 色々なアンテナ [#s5a1ab8e]
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