| □ H15年08月期 A-19 Code:[HH0702] : 八木アンテナをスタックとした時、一本の利得とスタック段数から利得計算 |
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指向性アンテナでは多エレメントになればなるほど、エレメント（導波器）を増やすより、同じアンテナを複数並べた方が利得の増加が大きいため、よくスタックにします。ここでは、スタックにすると、どれだけ利得が上がるのかを問われています。なお、スタックにするアンテナは八木アンテナには限りませんが、ここでは例として八木アンテナで考えます。［１］アンテナ２本で２倍、４本で４倍…アンテナをスタック（ここでいう「スタック」とは、上下方向に重ねる方法も、水平方向に並べるいわゆる「パラ」も両方のことを言います）にすると、利得が上がります。基本的には、アンテナの数が２本になれば、最大放射方向に得られる電波のエネルギーは２倍になり、４本になれば４倍になります。 | |
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ここで、「基本的には」と書いたのは、スタックに必要な分配器の損失等、アンテナに至るまでの経路上の損失と、アンテナの配置により理想的に２倍にならないことがある（スタック間隔が狭すぎるor広すぎる場合など）からです。 国家試験の問題を解くのに、そんな複雑な条件があっては難しくなりすぎるので、シンプルに考えて解きましょう。 電力で２倍というのはデシベルで表せば約+3 [dB]（＝10log2）です。さらに、４倍というのは約+6 [dB]（＝10log4）です。従って、単体の利得が10 [dB]なら、２本スタックにした時は約13 [dB]、４本スタックなら16 [dB]といった具合です。 |
 Fig.HH0702_a 八木アンテナのスタックと利得 |
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なお、アンテナの利得の表記には相対利得と絶対利得がありますが、どちらで表記されていても、これまで書いたことは成立します。表記が絶対利得なら、スタック後の利得も絶対利得、というだけのことです。問題文中の利得の表記がどっちなんだ？なんて悩む必要はありません。 さて、利得が増える、ということは、単純に考えれば「遠くの局がよく聞こえる」「自分の電波が遠くまで飛ぶ」ということですが、ビームアンテナを使ったことのある方ならお分かりの通り、これには条件があります。 ［２］アンテナのスタックと放射パターンの関係その条件とは、ビームのメインローブのピーク（つまり最大放射方向）でないと信号が弱まる、ということです。言われてみれば当たり前のことですが、いくらゲインの高いアンテナを使ってスタックにしても、サイド方向から呼ばれては聞こえないことすらあります。これは、指向性アンテナというものが、一方向に放射する電力のみにエネルギーを集中することで利得を得ているからです。言い換えれば、全立体角（方位）に均等に電力をばら撒いてしまうことはやめて、電力を全てかき集めて、目的とする方向（最大放射方向）に絞り込んで放射するのが指向性アンテナ、ということになります。従って、利得が上がれば上がるほど、ビームがシャープになるので、サイドから呼んで来る局はどんどん弱くなります。 スタックにして利得が上がることもこれと同じことで、 ・水平方向にスタック（パラ）にすれば水平面内の指向性がシャープになり、 ・垂直方向にスタックにすれば垂直面内の指向性がシャープになる ということです。従って、４本のアンテナをスタックにしたい場合、利得の増加は４列１段でも２列２段でも４段１列（こんなの普通はやりませんが）でも、利得の増加は+6 [dB]ですが、ビームパターンはそれぞれ違ったものになります。 それから、問題文中に書かれていることですが、スタックにする時に給電点の位相を合わせないと、ビームパターンがムチャクチャになります。 それでは、解答に移ります。 単体で9 [dB]のアンテナを４本スタックにするのですから、上で見たように、その方法（何列何段にするか）に関わらず、利得の増加は+6 [dB]です。従って、9＋6＝15 [dB]となるので、正解は３となります。 | |
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