□ H20年08月期 A-20  Code:[HH0511] : 折り返しダイポールアンテナの電気的特性と用途
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2022年
12/31 12月期問題頁掲載
09/01 08月期問題頁掲載
05/14 04月期問題頁掲載
H2008A20 Counter
無線工学 > １アマ > H20年08月期 > A-20
A-20 次の記述は、折り返し半波長ダイポール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) 給電点インピーダンスは、約［Ａ］[Ω]である。
(2) 実効長は、使用する電波の波長をλ [m]とすれば、［Ｂ］[m]である。
(3) 八木アンテナの［Ｃ］として多く用いられている。

Ａ Ｂ Ｃ
１ 292 2λ/π 放射器
２ 292 λ/π 導波器
３ 292 2λ/π 導波器
４ 75 λ/π 導波器
５ 75 2λ/π 放射器

　ダイポールアンテナと、折り返しダイポールアンテナの特徴をまとめてみました。
（なお、利得、実効高等の用語については、それらについての問題の解説を参考にして下さい。また、利得などは一般に市販されているものを参考にしているので、絶対的なものではありません。）

［１］ダイポールアンテナと折り返しダイポールアンテナ

　ダイポールアンテナは自作もできる基本的なアンテナです。折り返しダイポールアンテナは、指向性アンテナの放射器によく用いられます。テレビのアンテナ等でおなじみだと思います。
Fig.HH0511_a 半波長ダイポールの構造と特性
Fig.HH0511_a
半波長ダイポールの構造と特性 		Fig.HH0511_b 折り返しダイポールの構造と特性
Fig.HH0511_b
折り返しダイポールの構造と特性

半波長ダイポールアンテナ（Fig.HH0511_a）
項　目 特　　性
構造・動作原理 片側約λ/4のエレメントを直線状に展開し、平衡給電する。共振させて用いる
指向性・偏波面 指向性：水平面内＝８の字　垂直面内＝無指向性
偏波面：銅線の展帳方向に同じ（一般に水平）
インピーダンス 約73＋j43 [Ω]だが、普通両側を短縮してλ/2より短くし、リアクタンス分（虚数部：j43）をゼロにして使う
利得・実効長（高） 利得：2.15 [dBi]　実効長：λ/π [m]
電流分布 給電部が電流最大で末端に行くほど正弦的に減少する分布。先端では原理的にゼロ
周波数帯域 共振周波数を中心とする、狭い帯域。
（エレメント径を波長に対して太くすると多少広がる）
特徴・用途等 　アマチュアでHFのワイヤー系といえばダイポール。長波長側のバンドではコイルを入れて短縮
　この変形に、インバーテッドＶ（逆Ｖ）アンテナがある。これは、給電点を頂点として逆Ｖ形に張ったもの。敷地の狭い所でも張れる。開き角が小さくなるほどインピーダンスは低下、帯域は狭帯域に。他の特性は、ほぼ半波長ダイポールと同様

折り返しダイポールアンテナ（Fig.HH0511_b）
項　目 特　　性
構造・動作原理 片側λ/2のダイポールを折り返してループにした構造。前後のエレメントの径ｒ1、ｒ2やエレメント間隔ｄでアンテナの特性が変化する。
指向性・偏波面 （水平設置の場合）
指向性：水平面内＝８の字　垂直面内＝無指向性
偏波面：水平
インピーダンス 半波長で太さがどこも同じの単純な折り返しなら、理論上292＋j168 [Ω]（半波長ダイポールの４倍）
実用はリアクタンス分を打ち消して200〜300 [Ω]
利得・実効長（高） 利得：約2.15 [dBi]　　実効長：2λ/π [m]
半波長ダイポールの倍(*欄外に解説)
電流分布 λ/2ダイポールとほぼ同じ
周波数帯域 λ/2ダイポールよりも広帯域
特徴・用途等 　広帯域を必要とする、TV受信機のアンテナ（八木アンテナ）の放射器として用いられることが多い。アマチュアでも、周波数の割に帯域が広い430 [MHz]の八木アンテナの放射器として用いられる。
　折り返さないダイポールと異なり、平衡電流が流れないので、同軸ケーブルで給電可能

(*解説…なぜ実効長が半波長ダイポールの倍なのか？）
　まず、半波長ダイポールアンテナと折り返しダイポールアンテナのインピーダンスをそれぞれＺd [Ω]（約73 [Ω]）とＺf [Ω]（約292 [Ω]）とします。簡単に言えば、
　Ｚf/Ｚd＝4　…(1)
です。
　次に、両者が、電界強度Ｅ [V/m]の中に置かれている時、各々の有効電力（受信系のインピーダンスが整合している時に受信機に供給される電力）をそれぞれＰd [W]とＰf [W]をとしてこれを求めます。（実効長をそれぞれ、ｌed [m]とｌef [m]とします。）
　Ｐd＝(Ｅｌed)2/4Ｚd [W]　…(2)
　Ｐf＝(Ｅｌef)2/4Ｚf [W]　…(3)
両者は、利得が同じなので、同じ電界中に置かれた時の有効電力も同じはず、つまり、Ｐd＝Ｐfのはずですから、(2),(3)式より、
　(Ｅｌed)2/4Ｚd＝(Ｅｌef)2/4Ｚf
この式は、
　ｌed2/Ｚd＝ｌef2/Ｚf
とできて、さらに、
　(ｌef/ｌed)2＝Ｚf/Ｚd　…(4)
この(4)式の右辺に(1)式を代入して、
　(ｌef/ｌed)2＝4
　∴　ｌef/ｌed＝2　…(5)
つまり、折り返しダイポールの実効長は、半波長ダイポールの2倍、ということになります。何だか不思議な感じもしますが、インピーダンスが異なるので、「利得が同じなら実効長も同じ」という関係が成り立たない、という例です。
それでは、解答に移ります。
　Ａ…折り返しダイポールのインピーダンスは理論上292 [Ω]です
　Ｂ…単体での利得はダイポールと同じで、実効長は倍の2λ/π [m]です
　Ｃ…折り返しダイポールは、八木アンテナの放射器として用いられます
となりますから、正解は１と分かります。