| □ R02年09月期 A-19 Code:[HH0705] : アンテナの放射パターンの見方と半値角、F/B比等のパラメータの意味 |
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アンテナには、その性質を表す様々なパラメータがありますが、この問題は指向性に関するものです。ビームアンテナを製作や購入しようと検討している方にとっては、カタログ値の読み方等でおなじみのパラメータかもしれません。［１］指向性アンテナの利得とビームパターンそもそも論で、アンテナの利得というのは、四方八方に電波を放射しない（受けない）ことで、それを得ています。要するに、縦横方向に電波が放射/受信される範囲を絞り、特定の方向に強く電波を出す（受ける）代わりに、その他の方向には放射しない（受けない）ことによって、利得を得ています。ですから、当たり前の話ですが、50 [W]出力の送信機に、絶対利得が10 [dB]（電力比10）のアンテナを繋いでも、500 [W]の電力がアンテナから出るわけではありません。そのアンテナの最大放射方向で測れば、等方性（アイソトロピック）アンテナに比べて、電界強度が10 [dB]上がりますが、最大放射方向でない方向には、等方性アンテナで放射した時よりも電界強度は下がる、というわけです。 | |
 Fig.HH0705_a アンテナの指向性とパラメータ |
では、このことを、アンテナのパラメータとして、定量的に表すにはどうしたらよいでしょうか？ 指向性アンテナですから、最大放射方向があります。その方向を角度の原点（0°）として、アンテナを水平面内で回転させながら、電界強度を測定すれば、Fig.HH0705_aのような電界強度の角度パターンが得られます。これを、アンテナのビーム（指向性）パターンと呼んでいます。（通常、放射方向の目盛は電界強度で表します。電力で目盛ったものもありますが、dBで表せば、両者は等価です。） |
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まず、最大放射方向に延びているパターンを、メイン（主）ローブと呼びます。最大放射方向の電界強度はＥf [V/m]とします。後に述べる前後（F/B）比や前側（F/S）比は、この電界強度を基準にします。 次に、メインローブとは反対（後ろ）方向に延びているパターンをバックローブと呼びます。主ローブと反対方向の電界強度はＥb [V/m]とします。 さらに、メインローブの方向に対して±90°に延びているパターンをサイド（副）ローブと呼びます。サイドローブは必ずしも±90°の角度に向かないこともあるので、通常は、メインローブやバックローブでないもののうち、最大のものを差すことがあります。最大のサイドローブの電界強度はＥs [V/m]とします。 アンテナを回していると、ローブとローブの間に、ピンク色の矢印のように、電界強度が極小となる角度があります。このような部分をヌル（null）点と呼びます。指向性アンテナを使って方向性探索（アマチュアでやるのはFoxハンティング）を行う際、ローブのピークに比べて、ヌル点は電界強度の変化が鋭い（アンテナの回転角に対して電界強度の変化が大きい）ため、到来方向の特定によく用いられます。 実際のアンテナでは、このようにきれいなパターンにならない場合もありますが、このデータを元に、次のようなパラメータを定義します。 ［２］指向性アンテナの様々なパラメータ・前後（F/B）比主ローブの電界強度Ｅfとバックローブの電界強度Ｅbの比、Ｅf/Ｅbで表されます。真値としては必ず１以上（デシベルで表せば、必ず正の値）であることに注意して下さい。この値が大きければ大きい程、後ろ側に電波を飛ばして（又は後ろ側から来る電波を受信して）しまうことが少なくなる、という指標です。 ・前側（F/S）比 主ローブの電界強度Ｅfとサイドローブの電界強度Ｅsの比、Ｅf/Ｅsで表されます。これも、F/B比と同様、真値としては必ず１以上（デシベルで表せば、必ず正の値）であることに注意して下さい。この値が大きければ大きい程、前と後ろ以外の方向に電波を飛ばして（又は前と後ろ以外から来る電波を受信して）しまうことが少なくなる、という指標です。 ・半値角 主ローブについて、Ｅfの方向（0°）から正負の角度側にＥθ＝Ｅf/√2となる角度幅θ [°]を半値角、又はビーム幅といいます。なぜ、1/√2なのに「半値」というか、というと、電界強度で1/√2となる、ということは、電力で表せば1/2ということだからです。 ［３］ここで触れられていないパラメータ実は、アンテナには、これ以外にも指向性に関するパラメータがあります。お気づきの方もおられるかもしれませんが、上に述べたことは、全て水平面内の指向性に関する話であって、垂直方向には何も言っていません。実際、アンテナの指向性は三次元的であって、垂直面内の指向性もあるので、同様の定義で示されます。例えば、携帯電話の基地局には、通常は水平面内は無指向性のアンテナが使われます。垂直面内には、多段のコーリニアアンテナ等を用いて、かなり鋭い指向性を持たせます。ビルの屋上に設けたアンテナでは下向きビームにして、地上の端末と通信できるようにしますが、多段にすると、ヌル点も多数できてしまいます。これでは地上で、「あるスポットに来ると通信が切れてしまう」という事態が生じるので、ヌルフィルイン、という、ヌル点をカバーする技術も使われています。 それでは、解答に移ります。 Ａ…電界強度で言えば、半値角はＥfの1/√2となる角度幅と定義されます Ｂ…半値角はビーム幅とも呼びます Ｃ…前後比の定義は、Ｅf/Ｅbで定義されます となりますから、１が正解と分かります。 Ｃで、分母分子を逆にしないよう、ご注意下さい。 | |
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