アンテナ理論-クイックガイド

考え、アイデア、疑問を伝える必要がある人は、 voice communication。

次の図は、2人の個人が互いに通信しているところを示しています。ここでは、コミュニケーションはsound waves。ただし、2人が長距離の人と通信したい場合は、これらの音波をelectromagnetic waves。必要な情報信号を電磁波に変換する装置は、Antenna。

アンテナとは？

アンテナはトランスデューサーであり、電力を電磁波に、またはその逆に変換します。

アンテナは、 transmitting antenna または receiving antenna。

• A transmitting antenna 電気信号を電磁波に変換して放射するものです。

• A receiving antenna は、受信したビームからの電磁波を電気信号に変換するものです。

• 双方向通信では、同じアンテナを送信と受信の両方に使用できます。

アンテナは、 Aerial。複数形は、antennae または antennas。今日、アンテナはそのサイズと形状に応じて多くの変更が加えられています。アンテナには、さまざまな用途に応じてさまざまな種類があります。

次の写真は、さまざまなタイプのアンテナの例です。

この章では、アンテナの基本的な概念、仕様、およびさまざまなタイプのアンテナについて学習します。

アンテナの必要性

通信システムの分野では、無線通信の必要性が生じるときはいつでも、アンテナの必要性が生じる。 Antenna配線システムの敷設が期待できない通信のために電磁波を送受信する機能を備えています。次のシナリオでこれを説明します。

シナリオ

遠隔地に連絡するためには、谷、山、退屈な小道、トンネルなどに沿ったルート全体に配線を敷設して、遠隔地に到達する必要があります。ワイヤレステクノロジーの進化により、このプロセス全体が非常に簡単になりました。アンテナは、このワイヤレステクノロジーの重要な要素です。

上の画像では、アンテナは谷や山を含むエリア全体で通信を確立するのに役立ちます。このプロセスは、エリア全体に配線システムを敷設するよりも明らかに簡単です。

放射線メカニズム

アンテナの唯一の機能は power radiationまたはレセプション。アンテナ（送信または受信、あるいはその両方）は、伝送ラインを介してステーションの回路に接続できます。アンテナの機能は、伝送線路の放射メカニズムに依存します。

最小の損失で長距離にわたって電流を流すように設計された導体は、 transmission line。たとえば、アンテナに接続されているワイヤー。一定の速度で電流を流す送電線、および無限の範囲の直線である送電線、radiates no power。

伝送線路の場合、導波管になるか、電力を放射するために、そのように処理する必要があります。

• 電力を放射する必要がある場合、電流の伝導は一定の速度ですが、ワイヤまたは伝送ラインを曲げたり、切り捨てたり、終端したりする必要があります。

• この送電線に電流が流れ、それが時変定数で加速または減速する場合、ワイヤがまっすぐであっても、電力を放射します。

• デバイスまたはチューブは、エネルギーを放射するために曲げられたり終端されたりした場合、次のように呼ばれます。 waveguide。これらは特にマイクロ波の送信または受信に使用されます。

これは、次の図を観察することでよく理解できます。

上の図は、アンテナとして機能する導波管を表しています。伝送線路からの電力は、開口部のある導波管を通って移動し、エネルギーを放射します。

アンテナの基本的なタイプ

アンテナは、-に応じてさまざまなタイプに分類できます。

• アンテナの物理的構造。

• 動作周波数範囲。

• アプリケーションのモードなど。

物理的構造

物理的構造に応じたアンテナの種類は次のとおりです。これらのアンテナについては、後の章で学習します。

• ワイヤーアンテナ
• 開口アンテナ
• リフレクターアンテナ
• レンズアンテナ
• マイクロストリップアンテナ
• アレイアンテナ

操作の頻度

動作周波数に応じたアンテナの種類は以下のとおりです。

• 超低周波（VLF）
• 低周波（LF）
• 中波（MF）
• 高周波（HF）
• 超短波（VHF）
• 極超短波（UHF）
• 超高周波（SHF）
• マイクロ波
• 電波

アプリケーションのモード

以下は、アプリケーションのモードに応じたアンテナのタイプです-

• ポイントツーポイント通信
• 放送アプリケーション
• レーダー通信
• 衛星通信

この章では、アンテナを使用したワイヤレス通信についてよりよく理解するために、基本的な通信パラメータについて説明します。無線通信は波の形で行われます。したがって、通信における波の特性を調べる必要があります。

この章では、次のパラメータについて説明します-

• Frequency
• Wavelength
• インピーダンス整合
• VSWRと反射電力
• Bandwidth
• 帯域幅のパーセンテージ
• 放射強度

それでは、それらについて詳しく学びましょう。

周波数

標準の定義によれば、「特定の期間にわたる波の繰り返し率は、次のように呼ばれます。 frequency。」

簡単に言うと、頻度とは、イベントが発生する頻度のプロセスを指します。周期波は毎回繰り返されます‘T’ 秒（期間）。 Frequency 周期波の逆数は、時間（T）の逆数に他なりません。

数式

数学的には、以下のように書かれています。

$$f = \frac{1}{T}$$

どこ

• f は周期波の周波数です。

• T 波が繰り返される期間です。

単位

周波数の単位は Hertz、略して Hz。

上に示した図は正弦波を表しており、ミリ秒単位の時間に対するミリボルト単位の電圧についてここにプロットされています。この波は2tミリ秒ごとに繰り返されます。したがって、期間、T = 2tミリ秒、および頻度、$f = \frac{1}{2T}KHz$

波長

標準の定義によれば、「2つの連続する最大点（山）間または2つの連続する最小点（谷）間の距離は、 wavelength。」

簡単に言えば、2つの直近の正のピークまたは2つの直近の負のピーク間の距離は、その波の長さに他なりません。それはと言うことができますWavelength。

次の図は、周期的な波形を示しています。ザ・wavelength (λ)と振幅は図に示されています。周波数が高いほど、波長は短くなり、逆もまた同様です。

数式

波長の式は、

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

どこ

• λ は波長です

• c 光の速度です（$3 * 10^{8}$ メートル/秒）

• f 周波数です

単位

波長 λメートル、フィート、インチなどの長さの単位で表されます。一般的に使用される用語はmeters。

インピーダンス整合

標準の定義によれば、「送信機のインピーダンスの概算値は、受信機のインピーダンスの概算値と等しい場合、またはその逆の場合、次のように呼ばれます。 Impedance matching。」

アンテナと回路の間でインピーダンス整合が必要です。アンテナ、伝送線路、および回路のインピーダンスは、次のように一致する必要があります。maximum power transfer アンテナと受信機または送信機の間で行われます。

マッチングの必要性

共振デバイスは、特定の狭い周波数帯域でより良い出力を提供するデバイスです。アンテナはそのようなものですresonant devices インピーダンスが一致している場合、より良い出力を提供します。

• アンテナから放射される電力は、次の場合に効果的に放射されます。 antenna impedance 自由空間インピーダンスと一致します。

• のために receiver antenna、アンテナの出力インピーダンスは、受信機の増幅回路の入力インピーダンスと一致する必要があります。

• のために transmitter antenna、アンテナの入力インピーダンスは、伝送線路のインピーダンスとともに、送信機の増幅器の出力インピーダンスと一致する必要があります。

単位

インピーダンスの単位（Z）は Ohms。

VSWRと反射電力

標準の定義によれば、「定在波の最大電圧と最小電圧の比率は、 Voltage Standing Wave Ratio。」

アンテナ、伝送線路、回路のインピーダンスが一致しないと、電力が効果的に放射されません。代わりに、電力の一部が反射されます。

主な機能は次のとおりです。

• インピーダンスの不一致を示す用語は VSWR。

• VSWR電圧定在波比の略です。とも呼ばれますSWR。

• インピーダンスの不一致が高いほど、の値は高くなります VSWR。

• VSWRの理想的な値は、効果的な放射のために1：1である必要があります。

• 反射電力は、順方向電力から浪費される電力です。反射電力とVSWRはどちらも同じことを示しています。

帯域幅

標準の定義によれば、「特定の通信用に指定された波長の周波数帯域は、次のように知られています。 bandwidth。」

送信または受信されたときの信号は、周波数の範囲にわたって行われます。この特定の周波数範囲は特定の信号に割り当てられるため、他の信号がその送信に干渉することはありません。

• Bandwidth は、信号が送信される高周波数と低周波数の間の周波数帯域です。

• 一度割り当てられた帯域幅は、他の人が使用することはできません。

• スペクトル全体が帯域幅に分割され、さまざまな送信機に割り当てられます。

先ほど説明した帯域幅は、次のように呼ぶこともできます。 Absolute Bandwidth。

パーセント帯域幅

標準の定義によれば、「絶対帯域幅とその帯域幅の中心周波数の比率は、次のように表すことができます。 percentage bandwidth。」

信号強度が最大となる周波数帯域内の特定の周波数は、次のように呼ばれます。 resonant frequency。とも呼ばれますcenter frequency (fC) バンドの。

• より高い周波数とより低い周波数は次のように表されます。 f_H and f_L それぞれ。

• 絶対帯域幅は次の式で与えられます- f_H - f_L。

• 帯域幅がどれだけ広いかを知るには、 fractional bandwidth または percentage bandwidth 計算する必要があります。

数式

ザ・ Percentage bandwidth コンポーネントまたはシステムのいずれかが処理できる周波数変動の量を知るために計算されます。

$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

どこ

• ${f_{H}}$ より高い頻度です

• ${f_{L}}$ 低周波数です

• ${f_{c}}$ 中心周波数です

帯域幅のパーセンテージが高いほど、チャネルの帯域幅は広くなります。

放射強度

「「Radiation intensity 単位立体角あたりのパワーとして定義されます。」

特定の方向により強いアンテナから放射される放射は、そのアンテナの最大強度を示します。可能な限りの放射線の放出は、放射線強度に他なりません。

数式

放射強度は、放射電力に半径距離の2乗を掛けることによって得られます。

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

どこ

• U は放射強度です

• r は半径距離です

• W_rad 放射電力です。

上記の式は、アンテナの放射強度を示しています。半径距離の関数は、次のようにも示されます。Φ。

単位

放射強度の単位は Watts/steradian または Watts/radian²。

アンテナの放射強度は、集束するビームの方向とその方向へのビームの効率に密接に関係しています。この章では、これらのトピックを扱う用語を見てみましょう。

指向性

標準的な定義によれば、「同じ総電力を放射する、等方性アンテナまたは基準アンテナの放射強度に対する対象アンテナの最大放射強度の比率は、 directivity。」

アンテナは電力を放射しますが、放射する方向は非常に重要です。性能が観測されているアンテナは、subject antenna。

その radiation intensity送信中または受信中に特定の方向に焦点を合わせます。したがって、アンテナはdirectivity その特定の方向に。

• アンテナからの特定の方向の放射強度と、すべての方向で平均化された放射強度の比率は、指向性と呼ばれます。

• その特定の方向が指定されていない場合、最大強度が観測される方向は、そのアンテナの指向性と見なすことができます。

• 非等方性アンテナの指向性は、等方性光源の放射強度に対する特定の方向の放射強度の比率に等しくなります。

数式

放射電力は、回路からの角度位置と半径距離の関数です。したがって、それは両方の用語を考慮することによって表現されますθ そして Ø。

$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$

どこ

• ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ は対象アンテナの最大放射強度です。

• ${\phi_{0}}$ は等方性アンテナ（損失ゼロのアンテナ）の放射強度です。

開口効率

標準画質によると、「Aperture efficiency アンテナのは、開口部の物理的領域に対する有効放射領域（または有効領域）の比率です。」

アンテナには、電力が放射される開口部があります。この放射線は最小限の損失で効果的であるはずです。放射の有効性は、物理的にアンテナ上の開口部の面積に依存するため、開口部の物理的領域も考慮に入れる必要があります。

数式

開口効率の数式は次のとおりです。

$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$

どこ

• $\varepsilon_{A}$ は開口効率です。

• ${A_{eff}}$ 有効エリアです。

• ${A_{p}}$ 物理的な領域です。

アンテナ効率

標準画質によると、「Antenna Efficiency は、アンテナが受け入れる入力電力に対するアンテナの放射電力の比率です。」

簡単に言うと、アンテナは、入力で与えられた電力を最小限の損失で放射することを目的としています。アンテナの効率は、アンテナが伝送線路の損失を最小限に抑えて出力を効果的に提供できる量を説明します。

これは別名で呼ばれます Radiation Efficiency Factor アンテナの。

数式

アンテナ効率の数式を以下に示します。

$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$

どこ

• $\eta_{e}$はアンテナ効率です。

• ${P_{rad}}$ 放射電力です。

• ${P_{input}}$ はアンテナの入力電力です。

利得

標準画質によると、「Gain アンテナの放射強度は、アンテナによって受け入れられた電力が等方的に放射された場合に得られる放射強度に対する、特定の方向の放射強度の比率です。」

簡単に言うと、アンテナのゲインは、アンテナの指向性とその効果的なパフォーマンスを考慮に入れています。アンテナによって受け入れられた電力が等方的に（つまり、すべての方向に）放射された場合、取得した放射強度を参照として使用できます。

• 用語 antenna gain ピーク放射の方向から等方性光源の方向にどれだけの電力が伝達されるかを示します。

• Gain 通常はで測定されます dB。

• 指向性とは異なり、アンテナゲインは発生する損失も考慮に入れるため、効率に重点を置きます。

数式

ゲインの式Gは次のとおりです。

$$G = \eta_{e}D$$

どこ

• G アンテナのゲインです。

• $\eta_{e}$アンテナの効率です。

• D はアンテナの指向性です。

単位

ゲインの単位は decibels または単に dB。

前の章で説明したアンテナパラメータの後、考慮すべきもう1つの重要なトピックは、アンテナの近距離場と遠距離場の領域です。

アンテナの近くで測定した場合の放射強度は、アンテナから離れた場所とは異なります。このエリアはアンテナから離れていますが、放射強度がまだ高いため、効果的であると考えられます。

ニアフィールド

アンテナに近いフィールドは、次のように呼ばれます。 near-field。それは誘導効果を持っているので、それはとしても知られていますinductive field、いくつかの放射線成分がありますが。

遠方場

アンテナから遠く離れたフィールドは、 far-field。とも呼ばれますradiation field、この領域では放射線の影響が大きいため。アンテナの指向性およびアンテナの放射パターンとともに、アンテナパラメータの多くは、この領域でのみ考慮されます。

フィールドパターン

電界分布は、電界強度の観点から定量化することができ、電界パターンと呼ばれます。つまり、プロットされたときのアンテナからの放射電力は、電界E（v / m）で表されます。したがって、それはとして知られていますfield pattern。電力（W）で定量化すると、次のようになります。power pattern。

放射フィールドまたはパワーのグラフ分布は、次の関数になります。

• 遠方界の空間角度（θ、Ø）。

• 近接場の空間角度（θ、Ø）と半径距離（r）。

ニアフィールド領域とファーフィールド領域の分布は、図を使用してよく理解できます。

フィールドパターンは次のように分類できます-

• 反応性近接場領域と放射性近接場領域–どちらも近接場と呼ばれます。

• 放射遠方界領域–単に遠方界と呼ばれます。

アンテナに非常に近いフィールドは reactive near field または non-radiative field放射線が優勢ではない場合。その隣の領域は、radiating near field または Fresnel’s field 放射が優勢であり、角度フィールドの分布は、アンテナからの物理的な距離に依存します。

その隣の地域は radiating far-field領域。この領域では、フィールド分布はアンテナからの距離に依存しません。この領域で有効な放射パターンが観察されます。

放射は、アンテナでの波面の放射または受信を表すために使用される用語であり、アンテナの強度を指定します。どのイラストでも、アンテナの放射を表すために描かれたスケッチはradiation pattern。アンテナの放射パターンを見れば、アンテナの機能と指向性を簡単に理解できます。

アンテナから放射されたときの電力は、近距離場と遠距離場の領域に影響を及ぼします。

• グラフィカルに、放射線はの関数としてプロットすることができます angular position そして radial distance アンテナから。

• これは、球面座標E（θ、Ø）およびH（θ、Ø）の関数として表されるアンテナの放射特性の数学関数です。

放射線パターン

アンテナから放射されるエネルギーは、 Radiation patternアンテナの。放射パターンは、方向の関数としての、空間への放射エネルギーの分布を図で表したものです。

エネルギー放射のパターンを見てみましょう。

上図はダイポールアンテナの放射パターンを示しています。放射されるエネルギーは、特定の方向に描かれたパターンによって表されます。矢印は放射の方向を表しています。

放射パターンは、フィールドパターンまたはパワーパターンにすることができます。

• ザ・ field patterns電界と磁界の関数としてプロットされます。それらは対数目盛でプロットされます。

• ザ・ power patterns電場と磁場の大きさの二乗の関数としてプロットされます。それらは対数または一般的にdBスケールでプロットされます。

3Dの放射線パターン

放射パターンは3次元の図形であり、球座標系の中心を原点として球座標（r、θ、Φ）で表されます。次の図のようになります-

与えられた図は、の3次元放射パターンです。 Omni directional pattern。これは、3つの座標（x、y、z）を明確に示しています。

2Dの放射パターン

三次元パターンを水平面と垂直面に分割することにより、二次元パターンを得ることができます。これらの結果のパターンは、Horizontal pattern そして Vertical pattern それぞれ。

これらの図は、上で説明したH平面とV平面の全方向性放射パターンを示しています。H平面は水平パターンを表し、V平面は垂直パターンを表します。

ローブ形成

放射線パターンの表現では、主な放射線領域とマイナーな放射線領域を示すさまざまな形状に出くわすことがよくあります。 radiation efficiency アンテナのは既知です。

理解を深めるために、ダイポールアンテナの放射パターンを表す次の図を検討してください。

ここで、放射パターンにはメインローブ、サイドローブ、バックローブがあります。

• より広い領域をカバーする放射フィールドの大部分は、 main lobe または major lobe。これは、最大の放射エネルギーが存在する部分です。このローブの方向は、アンテナの指向性を示します。

• 放射線が側方に分布するパターンの他の部分は、 side lobes または minor lobes。これらは、電力が無駄になっている領域です。

• メインローブの方向とは正反対のローブが他にもあります。それはとして知られていますback lobe、これもマイナーローブです。ここでもかなりのエネルギーが無駄になっています。

例

レーダーシステムで使用されるアンテナがサイドローブを生成する場合、ターゲットの追跡は非常に困難になります。これは、誤ったターゲットがこれらのサイドローブによって示されるためです。本物を追跡し、偽物を特定するのは面倒です。したがって、elimination これらの side lobes パフォーマンスを向上させ、エネルギーを節約するために必要です。

療法

そのような形で浪費されている放射エネルギーを利用する必要があります。これらのマイナーローブが排除され、このエネルギーが一方向（つまりメジャーローブに向かう）に向けられる場合、directivity アンテナの性能が向上し、アンテナの性能が向上します。

放射線パターンの種類

放射線パターンの一般的なタイプは次のとおりです。

• 全方向性パターン（無指向性パターンとも呼ばれます）：パターンは通常、3次元ビューでドーナツ形状をしています。ただし、2次元ビューでは、8の字のパターンを形成します。

• 鉛筆ビームパターン-ビームは鋭い指向性の鉛筆形のパターンを持っています。

• ファンビームパターン-ビームはファン型のパターンを持っています。

• 成形ビームパターン-不均一でパターンのないビームは、成形ビームと呼ばれます。

これらすべてのタイプの放射線の基準点は、等方性放射線です。等方性放射は実用的ではありませんが、考慮することが重要です。

前の章では、放射パターンについて説明しました。アンテナの放射に関してより良い分析を行うには、基準点が必要です。等方性アンテナの放射がこの空間を満たします。

定義

Isotropic radiation は、測定方向に関係なく同じ強度で、すべての方向に均一に放射する点光源からの放射です。

アンテナの放射パターンの改善は、常にそのアンテナの等方性放射を使用して評価されます。放射がすべての方向で等しい場合、それはとして知られていますisotropic radiation。

• 点光源は等方性放射体の例です。ただし、すべてのアンテナがある程度の指向性でエネルギーを放射するため、この等方性放射は事実上不可能です。

• 等方性放射は他にありません Omni-directional radiation。

• 3Dで見るとドーナツ型の模様、2Dで見ると8の字型の模様になっています。

上記の図は、等方性または全方向性パターンの放射パターンを示しています。図1は3Dのドーナツ型のパターンを示し、図2は2Dの8の字のパターンを示しています。

利得

等方性ラジエーターのゲインは1です。つまり、すべての方向でゲイン係数が1になります。dBに関しては、0dBゲイン（ゼロ損失）と呼ぶことができます。

等価等方性放​​射電力

標準の定義によれば、「等方性アンテナが放射して、最大アンテナゲインの方向に観測されるピーク電力密度を生成する電力量は、次のように呼ばれます。 Equivalent Isotropic Radiated Power。」

アンテナの放射エネルギーを片側または特定の方向に集中させ、放射がそのアンテナの等方性放射電力と同等である場合、そのような放射はEIRP、つまり等価等方性放​​射電力と呼ばれます。

利得

等方性放射は架空の放射ですが、アンテナが提供できる最高のものです。このようなアンテナのゲインは3dBiになります。ここで、3dBは2の因数であり、「i」は等方性条件の因数を表します。

放射が特定の角度に集束されると、EIRPはアンテナゲインとともに増加します。アンテナのゲインは、アンテナを特定の方向に集束させることによって最もよく達成されます。

実効放射電力

放射電力が、等方性アンテナではなく、半波ダイポールを基準として計算される場合、それは次のように呼ぶことができます。 ERP (Effective Radiated Power)。

$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$

EIRPがわかっている場合、ERPは上記の式から計算できます。

この章では、アンテナの放射ビームのパラメータについて説明します。これらのパラメータは、ビームの仕様を知るのに役立ちます。

ビームエリア

標準的な定義によると、「ビーム面積は、P（θ、O）はΩ上にその最大値を維持した場合、アンテナによって放射される電力がストリーミングであろうすべてを立体角であり、_Aおよび他の場所でゼロでした。」

アンテナの放射ビームは、電力放射強度が最大となる立体角と呼ばれるアンテナの角度から放射されます。このsolid beam angle と呼ばれます beam area。それはによって表されますΩ_A。

放射強度P（θ、O）は固体ビーム角Ωを通して一定と最大値を維持すべきである_Aの値がゼロの他の場所です。

$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

ビーム角は、メインローブのハーフパワーポイント間の角度のセットです。

数式

ビーム面積の数式は次のとおりです。

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$

どこ

• $\Omega_{A}$ はソリッドビーム角度です。
• $\theta$ 角位置の関数です。
• $\Phi$ は半径距離の関数です。

単位

ビーム面積の単位は watts。

ビーム効率

標準画質によると、「 beam efficiency は、放射される全ビーム面積に対するメインビームのビーム面積の比率を示しています。」

アンテナから放射されるエネルギーは、アンテナの指向性に従って投影されます。アンテナがより多くの電力を放射する方向は最大の効率を持ちますが、エネルギーの一部はサイドローブで失われます。最小の損失で、ビームによって放射される最大エネルギーは、次のように呼ぶことができます。beam efficiency。

数式

ビーム効率の数式は次のとおりです。

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

どこ、

• $\eta_{B}$ はビーム効率です。
• $\Omega_{MB}$ メインビームのビーム面積です。
• $\Omega_{A}$ は、ソリッドビームの総角度（ビーム面積）です。

アンテナ偏波

アンテナは、要件に応じて偏波することができます。直線偏光または円偏光にすることができます。アンテナ偏波のタイプによって、ビームのパターンと受信または送信時の偏波が決まります。

直線偏光

波が送信または受信されるとき、それは異なる方向で行われる可能性があります。ザ・linear polarizationアンテナの角度は、他のすべての方向を避けて、特定の方向に波を維持するのに役立ちます。この直線分極が使用されますが、電界ベクトルは同じ平面にとどまります。したがって、この直線偏光を使用して、directivity アンテナの。

円偏光

波が円偏波されると、電界ベクトルは回転しているように見え、そのすべての成分が方向を失います。回転モードも時々異なる場合があります。ただし、circular polarization、マルチパスの影響が少なくなるため、次のような衛星通信で使用されます。 GPS。

水平偏波

地表面からの反射が波に影響を与えるため、水平偏波は波を弱くします。それらは通常1GHz以下の低周波数で弱いです。Horizontal polarization の送信に使用されます TV signals より良い信号対雑音比を達成するため。

垂直偏波

低周波の垂直偏波は、地上波の伝送に有利です。これらは、水平偏光のような表面反射の影響を受けません。従ってvertical polarization に使用されます mobile communications。

それぞれのタイプの分極には、独自の長所と短所があります。RFシステム設計者は、システム要件に応じて、偏波のタイプを自由に選択できます。

この章では、アンテナの放射パターンにおけるもう1つの重要な要素について説明します。 beam width。アンテナの放射パターンでは、メインローブはアンテナのメインビームであり、アンテナから放射される最大かつ一定のエネルギーが流れます。

Beam widthは、ほとんどの電力が放射される場所からの開口角です。このビーム幅に関する2つの主な考慮事項は、ハーフパワービーム幅です。(HPBW) および最初のヌルビーム幅 (FNBW)。

ハーフパワービーム幅

標準の定義によれば、「放射パターンの大きさがメインビームのピークから50％（または-3dB）減少する角距離は、 Half Power Beam Width。」

言い換えると、ビーム幅は、ほとんどの電力が放射される領域であり、ピーク電力です。 Half power beam width は、アンテナの有効放射フィールドにおいて、相対電力がピーク電力の50％を超える角度です。

HPBWの表示

放射パターンの原点と主ローブの両側の半分のパワーポイントの間に線を引くと、これら2つのベクトル間の角度は次のように呼ばれます。 HPBW、パワービーム幅の半分。これは、次の図の助けを借りてよく理解できます。

この図は、メジャーローブとHPBWのハーフパワーポイントを示しています。

数式

パワービーム幅の半分の数式は次のとおりです。

$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$

どこ

• $\lambda$ は波長です（λ= 0.3 /周波数）。

• D は直径です。

単位

HPBWの単位は radians または degrees。

最初のヌルビーム幅

標準の定義によれば、「メインローブに隣接する最初のパターンヌル間の角度スパンは、 First Null Beam Width。」

簡単に言うと、FNBWは、主ローブ上の放射パターンのヌルポイント間に描画されるメインビームから離れて引用された角距離です。

FNBWの表示

放射パターンの原点から開始して、メインビームに接するように、両側に接線を描画します。これらの2つの接線間の角度は、最初のヌルビーム幅として知られています。(FNBW)。

これは、次の図を使用するとよりよく理解できます。

上の画像は、ハーフパワービーム幅と最初のヌルビーム幅を示しており、マイナーローブとメジャーローブとともに放射パターンでマークされています。

数式

最初のヌルビーム幅の数式は次のとおりです。

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

どこ

• $\lambda$ は波長です（λ= 0.3 /周波数）。
• Dは直径です。

単位

FNBWの単位は radians または degrees。

有効長と有効面積

アンテナパラメータの中で、有効長と有効面積も重要です。これらのパラメータは、アンテナの性能を知るのに役立ちます。

有効長

アンテナ有効長は、アンテナの偏波効率を決定するために使用されます。

Definition−「 Effective length は、受信アンテナの開放端子の電圧の大きさと、アンテナの偏波と同じ方向での入射波面の電界強度の大きさの比率です。」

入射波がアンテナの入力端子に到達すると、この波にはある程度の電界強度があり、その大きさはアンテナの偏波に依存します。この分極は、受信機端子の電圧の大きさと一致する必要があります。

数式

有効長の数式は次のとおりです。

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

どこ

• $l_{e}$ は有効長です。

• $V_{oc}$ は開回路電圧です。

• $E_{i}$ は入射波の電界強度です。

有効面積

Definition −「Effective area は、入力波面からの電力の大部分を吸収する受信アンテナの面積から、波面にさらされるアンテナの総面積までです。」

受信中のアンテナの全領域は、着信電磁波に直面しますが、アンテナの一部のみが信号を受信します。これは、 effective area。

波の一部は散乱され、一部は熱として放散されるため、受信波面の一部のみが使用されます。したがって、損失を考慮せずに、実際のエリアで得られた最大電力を利用するエリアは、次のように呼ぶことができます。effective area。

有効面積はで表されます $A_{eff}$。

アンテナは、送信アンテナと受信アンテナの両方として使用できます。そうしていると、アンテナの動作モードが変わるとアンテナの特性が変わるのではないかという疑問に出くわすかもしれません。幸い、それについて心配する必要はありません。変更できないアンテナの特性は、の特性と呼ばれます。reciprocity。

相互関係の下のプロパティ

相反性を示す送信アンテナと受信アンテナの特性は次のとおりです。

• 指向性パターンの平等。
• 指令の平等。
• 有効長の同等性。
• アンテナインピーダンスの平等。

これらがどのように実装されているかを見てみましょう。

指向性パターンの平等

ザ・ radiation pattern 受信アンテナ2に送信する送信アンテナ1の放射パターンは、アンテナ1が信号を送信して受信する場合、アンテナ2の放射パターンと等しくなります。

指令の平等

Directivity 指向性の値が両方の場合で同じである場合、つまり、送信アンテナの電力から計算された場合でも受信アンテナの電力から計算された場合でも、指向性が同じである場合、送信アンテナと受信アンテナの両方で同じです。

有効長の同等性

最大有効口径の値は、送信アンテナと受信アンテナの両方で同じです。 Equality の中に lengths 送信アンテナと受信アンテナの両方の波長は、波長の値に応じて維持されます。

アンテナインピーダンスの平等

効果的な通信では、送信アンテナの出力インピーダンスと受信アンテナの入力インピーダンスは等しくなります。

同じアンテナが送信機または受信機として動作していても、これらのプロパティは変更されません。従ってproperty of reciprocity が続きます。

アンテナは、情報を送信または受信するために電磁エネルギーを放射します。したがって、用語Energy そして Powerこれらの電磁波に関連しているので、それらについて議論する必要があります。電磁波には電界と磁界の両方があります。

両方のベクトルで見ることができる任意の瞬間の波を考えてみましょう。次の図は、電磁波の電界成分と磁界成分の表現を示しています。

電磁波はEM波の伝搬に対して垂直に存在し、電磁波は水平に配置されます。両方のフィールドは互いに直角です。

ポインティングベクトル

ポインティングベクトルは、任意の時点での単位面積あたりの単位時間あたりのEM波のエネルギーを表します。 John Henry Poynting このベクトルは1884年に最初に導出されたため、彼にちなんで名付けられました。

Definition −「ポインティングベクトルは単位面積あたりのエネルギー伝達率を示します」

または

「波が単位面積あたりの単位時間あたりに運ぶエネルギーは、ポインティングベクトルによって与えられます。」

ポインティングベクトルはで表されます Ŝ。

単位

ポインティングベクトルのSI単位は W/m²。

数式

電磁波に関連するパワーを表すために使用される量は瞬間的です Poynting vector、これは次のように定義されます

$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$

どこ

• $\hat{S}$ 瞬間ポインティングベクトルです (W/m²)。

• $\hat{E}$ は瞬時電界強度です (V/m)。

• $\hat{H}$ は瞬間磁場強度です (A/m)。

ここで注意すべき重要な点は、EM波内でEの大きさがHよりも大きいことです。ただし、どちらも同じ量のエネルギーを提供します。Ŝは、方向と大きさの両方を持つベクトルです。Ŝの方向は波の速度と同じです。その大きさはEとHに依存します。

ポインティングベクトルの導出

ポインティングベクトルについて明確なアイデアを得るには、このポインティングベクトルの導出を段階的なプロセスで見ていきましょう。

EM波が、波が進行するX軸に垂直な領域（A）を通過するとします。Aを通過する間、微小時間（dt）で、波は距離（dx）を移動します。

$$dx = C\ dt$$

どこ

$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$

したがって、面積（A）あたりの時間（dt）で伝達されるエネルギーは-です。

$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$

以来

$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$

以来

$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$

Ŝ ポインティングベクトルを示します。

上記の方程式は、任意の時点での単位時間あたり、単位面積あたりのエネルギーを示します。これは、次のように呼ばれます。 Poynting vector。

アンテナは、その物理的構造と機能をより明確に理解するために分類する必要があります。アプリケーションの用途に応じて、アンテナには多くの種類があります。

アンテナの種類	例	アプリケーション
ワイヤーアンテナ	ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、ループアンテナ	パーソナルアプリケーション、建物、船、自動車、宇宙船
開口アンテナ	導波管（開口部）、ホーンアンテナ	フラッシュマウントアプリケーション、航空機、宇宙船
リフレクターアンテナ	放物面反射鏡、コーナーリフレクター	マイクロ波通信、衛星追跡、電波天文学
レンズアンテナ	凸面、凹面、凸凸、凹凹レンズ	非常に高周波のアプリケーションに使用されます
マイクロストリップアンテナ	グランドプレーン上の円形、長方形の金属パッチ	航空機、宇宙船、衛星、ミサイル、自動車、携帯電話など。
アレイアンテナ	八木宇田アンテナ、マイクロストリップパッチアレイ、アパーチャアレイ、スロット導波管アレイ	主に放射パターンを制御する必要がある場合に、非常に高ゲインのアプリケーションに使用されます

次の章では、上記のタイプのアンテナについて詳しく説明します。

ワイヤーアンテナはアンテナの基本的なタイプです。これらはよく知られており、広く使用されているアンテナです。これらのワイヤーアンテナをよりよく理解するために、最初に伝送線路を見てみましょう。

伝送ライン

ワイヤーまたは transmission lineある程度の力があり、一方の端からもう一方の端に移動します。伝送線路の両端が回路に接続されている場合、情報はこれら2つの回路間でこのワイヤを使用して送受信されます。

このワイヤーの一方の端が接続されていない場合、その中の電力は逃げようとします。これは無線通信につながります。ワイヤーの一端が曲がっている場合、エネルギーは以前よりも効果的に送電線から逃げようとします。この意図的な脱出は、Radiation。

放射が効果的に行われるためには、伝送ラインの開放端のインピーダンスが自由空間のインピーダンスと一致している必要があります。1/4波長サイズの伝送線路を考えてみましょう。その遠端は開いたままで曲げられ、高インピーダンスを提供します。これは、half-wave dipole antenna。すでに、伝送ラインの一端で低インピーダンスになっています。高インピーダンスの開放端は、自由空間のインピーダンスと一致して、より良い放射を提供します。

ダイポール

そのような曲がったワイヤーを通して行われるときのエネルギーの放射、そのような伝送線路の端は次のように呼ばれます dipole またはダイポールアンテナ。

入力インピーダンスのリアクタンスは、ダイポールの半径と長さの関数です。半径が小さいほど、リアクタンスの振幅は大きくなります。波長に比例します。したがって、ダイポールの長さと半径も考慮に入れる必要があります。通常、そのインピーダンスは約72Ωです。

これは、次の図の助けを借りてよりよく理解されます。

この図は、伝送線路に接続された通常のダイポールの回路図を示しています。ダイポールの電流は、中央で最大になり、両端で最小になります。電圧は中央で最小になり、両端で最大になります。

ワイヤーアンテナのタイプには、半波ダイポール、半波折り返しダイポール、全波ダイポール、短ダイポール、および微小ダイポールが含まれます。これらのアンテナはすべて、以降の章で説明します。

ダイポールアンテナは、効果的な放射のためにカットおよび曲げられています。ダイポールとして使用されているワイヤ全体の長さは、波長の半分に等しくなります（つまり、l =λ/ 2）。このようなアンテナは、half-wave dipole antenna。これは、その利点のために最も広く使用されているアンテナです。としても知られていますHertz antenna。

周波数範囲

半波長ダイポールが動作する周波数範囲は、約3KHz〜300GHzです。これは主にラジオ受信機で使用されます。

半波ダイポールの構築と動作

これは通常のダイポールアンテナであり、その動作周波数は次のとおりです。 half of its wavelength。そのため、半波長ダイポールアンテナと呼ばれています。

ダイポールのエッジには最大電圧があります。この電圧は本質的に交流（AC）です。電圧の正のピークでは、電子は一方向に移動する傾向があり、負のピークでは、電子は他の方向に移動します。これは、以下の図で説明できます。

上記の図は、半波長ダイポールの動作を示しています。

• 図1は、誘導された電荷が正の半サイクルにあるときの双極子を示しています。これで、電子は電荷に向かって移動する傾向があります。

• 図2は、負電荷が誘導された双極子を示しています。ここの電子は双極子から離れる傾向があります。

• 図3は、次の正の半サイクルのダイポールを示しています。したがって、電子は再び電荷に向かって移動します。

これの累積効果は、それに生成されるのと同じパターンで放射されるさまざまなフィールド効果を生成します。したがって、出力は、出力電圧パターンのサイクルに続く有効な放射になります。したがって、半波長ダイポールradiates effectively。

上の図は、半波ダイポールの電流分布を示しています。半波ダイポールの指向性は2.15dBiで、かなり良好です。ここで、「i」は等方性放射を表します。

放射線パターン

この半波長ダイポールの放射パターンは次のとおりです。 Omni-directionalH面で。これは、移動体通信、無線受信機などの多くのアプリケーションにとって望ましいものです。

上の図は、H面とV面の両方での半波ダイポールの放射パターンを示しています。

このダイポールの長さは半波であり、これが最初の共振長であるため、ダイポールの半径は、この半波ダイポールの入力インピーダンスに影響を与えません。アンテナはその場所で効果的に機能しますresonant frequency、共振長で発生します。

利点

半波長ダイポールアンテナの利点は次のとおりです。

• 入力インピーダンスは敏感ではありません。

• 伝送線路のインピーダンスとよく一致します。

• 適度な長さです。

• アンテナの長さはサイズと指向性に一致します。

短所

半波長ダイポールアンテナのデメリットは次のとおりです。

• 単一の要素のため、あまり効果的ではありません。

• それは組み合わせでのみうまくいくことができます。

アプリケーション

以下は、半波長ダイポールアンテナの用途です。

• ラジオ受信機で使用されます。

• テレビ受信機で使用されます。

• 他の人と一緒に使用すると、さまざまなアプリケーションに使用されます。

折り返しダイポールはアンテナで、両側に2つの導体が接続され、折りたたまれて円筒形の閉じた形状を形成し、中央で給電されます。ダイポールの長さは波長の半分です。したがって、それはとして呼ばれますhalf wave folded dipole antenna。

周波数範囲

半波折り返しダイポールが動作する周波数範囲は約3KHz〜300GHzです。これは主にテレビ受信機で使用されます。

半波折り返しダイポールの構築と動作

このアンテナは、一般的にアレイタイプのアンテナと一緒に使用され、給電抵抗を増加させます。最も一般的に使用されているのは八木・宇田アンテナです。次の図は、半波長折り返しダイポールアンテナを示しています。

このアンテナは、以前のダイポールアンテナと比較して、余分な導電要素（ワイヤーまたはロッド）を使用します。これは、アレイタイプのアンテナにいくつかの導電性要素を並列に配置し、その間に絶縁体を配置することによって継続されます。

次の図は、励起が提供されている場合の半波長折り返しダイポールアンテナの動作を説明しています。

主導体の直径と折り返しダイポールの直径が同じである場合、アンテナの給電インピーダンスは4つ折り（2乗の2倍）増加します。この給電インピーダンスの増加が、この折り返しダイポールアンテナが一般的に使用されている主な理由です。ツインリードのため、インピーダンスは約300Ωになります。

放射線パターン

半波折り返しダイポールの放射パターンは、半波ダイポールアンテナの放射パターンと同じです。次の図は、半波長折り返しダイポールアンテナの放射パターンを示しています。Omni-directional パターン。

半波長折り返しダイポールアンテナは、最適な電力伝送が必要な場合や大きなインピーダンスが必要な場合に使用されます。

この折りたたまれたダイポールは、 Yagi-Uda antenna。次の図は、Yagi-Uda antenna、後で学習します。ここで使用される主な要素は、アンテナフィードが与えられるこの折り返しダイポールです。このアンテナは、過去数十年にわたってテレビの受信に広く使用されてきました。

利点

半波長折り返しダイポールアンテナの利点は次のとおりです。

• バランスの取れた信号の受信。

• 品質を損なうことなく、周波数帯域から特定の信号を受信します。

• 折り返しダイポールは信号強度を最大化します。

短所

以下は、半波長折り返しダイポールアンテナの欠点です。

• アンテナの移動と調整は面倒です。

• アンテナのサイズが大きくなると、屋外での管理が難しくなる可能性があります。

アプリケーション

以下は、半波長折り返しダイポールアンテナの用途です。

• 主に八木アンテナ、パラボラアンテナ、ターンスタイルアンテナ、対数周期アンテナ、位相および反射器アレイなどのフィーダーエレメントとして使用されます。

• 一般的にラジオ受信機で使用されます。

• TV受信機アンテナで最も一般的に使用されます。

ダイポールの長さ、つまりワイヤ全体が全波長に等しい場合 λ、それからそれはとして呼ばれます full wave dipole。全波長ダイポールが送信または受信のいずれかに使用される場合、放射がどのようになるかを見てみましょう。

全波ダイポールの構築と動作

電圧と電流の分布を示す全波ダイポールをここに示します。波の正と負の両方のピークは、それぞれ正と負の電圧を誘導します。ただし、誘導電圧は互いに打ち消し合うため、放射の問題はありません。

上の図は、長さが次の全波ダイポールの電圧分布を示しています。 λ。2つの半波ダイポールが結合されて全波ダイポールを形成していることがわかります。

正電荷と負電荷を同時に誘導するときの電圧パターンは、図に示すように互いに打ち消し合います。誘導された電荷はキャンセルされるため、それ以上の放射線の試みは行われません。全波伝送ダイポールの場合、出力放射はゼロになります。

放射線パターン

放射パターン、指向性、ゲインがないため、全波ダイポールがアンテナとして使用されることはめったにありません。つまり、アンテナは放射しますが、それは単なる熱放散であり、電力の浪費です。

短所

全波ダイポールアンテナのデメリットは次のとおりです。

• 熱放散
• 力の浪費
• 放射線パターンなし
• 指向性もゲインもありません

これらの欠点のため、全波ダイポールはめったに使用されません。

A short dipoleシンプルなワイヤーアンテナです。その一端は開回路であり、他端はAC電源で給電されます。このダイポールは、その長さからその名前が付けられました。

周波数範囲

ショートダイポールが動作する周波数範囲は約3KHz〜30MHzです。これは主に低周波受信機で使用されます。

ショートダイポールの構築と動作

ザ・ Short dipoleは、ワイヤの長さが波長よりも短いダイポールアンテナです。電圧源は、ダイポール形状が作成されている間、一方の端で接続されます。つまり、ラインはもう一方の端で終端されます。

長さLの短いダイポールの回路図を示します。アンテナの実際のサイズは関係ありません。アンテナにつながるワイヤは、波長の10分の1未満である必要があります。あれは

$$L < \frac{\lambda}{10}$$

どこ

• L は短いダイポールのワイヤの長さです。

• λ は波長です。

別のタイプの短いダイポールは、その長さが波長よりはるかに短い微小ダイポールです。その構造はそれに似ていますが、コンデンサープレートを使用しています。

微小ダイポール

長さが波長よりはるかに短いダイポールは infitesimal dipole。このアンテナは実際には実用的ではありません。ここで、ダイポールの長さは波長の50分の1未満です。

双極子の長さ、Δl<<λ。ここで、λは波長です。

$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$

したがって、名前が示すように、これは無限に小さい双極子です。

これらのダイポールの長さは非常に短いため、ワイヤを流れる電流はdIになります。これらのワイヤは通常、相互結合が少ない必要がある両側のコンデンサプレートで使用されます。コンデンサープレートのおかげで、電流が均一に分布していると言えます。したがって、ここでは電流はゼロではありません。

コンデンサープレートは、単純な導体または同等のワイヤーにすることができます。ラジアル電流によって放射されるフィールドは、遠方界で互いに打ち消し合う傾向があるため、コンデンサプレートアンテナの遠方界は微小ダイポールで近似できます。

放射線パターン

短ダイポールと微小ダイポールの放射パターンは、半波長ダイポールに似ています。ダイポールが垂直の場合、パターンは円形になります。放射パターンは「figure of eight」パターン、2次元パターンで表示した場合。

次の図は、短いダイポールアンテナの放射パターンを示しています。 omni-directional pattern。

利点

短いダイポールアンテナの利点は次のとおりです。

• サイズが小さいため、建設が容易

• 消費電力効率が高い

短所

短いダイポールアンテナの欠点は次のとおりです。

• 高抵抗損失
• 高消費電力
• 低い信号対雑音比
• 放射線が少ない
• あまり効率的ではありません

アプリケーション

以下は、短いダイポールアンテナのアプリケーションです。

• 狭帯域アプリケーションで使用されます。
• チューナー回路のアンテナとして使用されます。

この章では、一般的で最も広く使用されている短線アンテナについて説明しました。ロングワイヤアンテナについては、次の章で説明します。

さまざまな種類の短線アンテナを使用してきました。それでは、長いワイヤーアンテナを見てみましょう。ザ・long wire antennasいくつかのダイポールを使用して形成されます。これらのタイプのアンテナのワイヤーの長さはn タイムズ λ/2

$$L = n \ \lambda/2$$

どこ、

• L はアンテナの長さです。

• n 要素の数です、

• λ は波長です

'n'が増加すると、方向特性も増加します。

長線アンテナの種類

長線アンテナは2つのタイプに分けられます。 Resonant Antennas そして Non-resonant Antennas。

共振アンテナ

共振アンテナは、放射電力の鋭いピークが特定の周波数でアンテナによって遮断され、定在波を形成するアンテナです。放射波の放射パターンは、このタイプのアンテナの負荷インピーダンスと一致していません。

共振アンテナは本質的に周期的です。放射波が2方向に移動するため、双方向進行波アンテナとも呼ばれます。つまり、ここでは入射波と反射波の両方が発生します。これらのアンテナでは、アンテナの長さと周波数は互いに比例しています。

非共振アンテナ

非共振アンテナは、共振周波数が発生しないアンテナです。波は順方向に移動するため、定在波を形成しません。放射波の放射パターンは、非共振アンテナの負荷インピーダンスと一致します。

これらの非共振アンテナは、本質的に非周期的です。放射波が順方向にのみ移動するため、単方向進行波アンテナとも呼ばれます。つまり、入射波のみが存在します。周波数が高くなると、アンテナの長さは短くなり、その逆も同様です。したがって、頻度と長さは互いに反比例します。

これらの長線アンテナは、V字型アンテナまたはロンビックアンテナを構築するための基本的な要素です。

ロングワイヤーアンテナのより良いバージョンは V-Antenna。このアンテナは、長いワイヤーをV字型に配置したものです。エンドワイヤは脚と呼ばれます。このアンテナは双方向共振アンテナです。

周波数範囲

Vアンテナの動作周波数範囲は約 3 to 30 MHz。このアンテナは高周波範囲で動作します。

Vアンテナの構築と動作

2本の長いワイヤーをV字型に接続して V-antenna。2本の長いワイヤーは180°位相がずれて励起されます。これらのワイヤの長さが長くなると、ゲインと指向性も増加します。

次の図に示す角度Φを行う伝送線路インピーダンスZとV-アンテナワイヤλ/ 2のlengh、_Mと呼ばれる軸とをapex angle。

ザ・ gainVアンテナによって達成されることは通常の単一の長いワイヤーアンテナより高いです。このVフォーメーションのゲインはnearly twiceVアンテナの脚と同じ長さの単一の長いワイヤーアンテナと比較して。広範囲の放射を実現する場合、頂角は、各脚のλ/ 2の数に関して高周波数と低周波数の間の平均値を持つ必要があります。

放射線パターン

Vアンテナの放射パターンは bi-directional。各伝送線路で得られた放射線を加算して、得られた放射線パターンを取得します。これは次の図でよく説明されています-

この図は、Vアンテナの放射パターンを示しています。Vパターンを形成する2つの伝送ラインはAA 'とBB'です。個々の伝送線路のパターンとその結果のパターンを図に示します。結果のパターンが軸に沿って表示されます。このパターンはに似ていますbroad-side array。

別のVアンテナがこのアンテナに追加され、90°の位相差で給電される場合、結果のパターンは次のようになります。 end-fire、パワーゲインを2倍にします。Vアンテナのアレイを追加することにより、指向性がさらに向上します。

利点

Vアンテナの利点は次のとおりです。

• 構造は簡単です
• 高ゲイン
• 低い製造コスト

短所

以下はVアンテナの欠点です-

• 定在波が形成されます
• 発生したマイナーローブも強い
• 固定周波数操作にのみ使用されます

アプリケーション

以下はVアンテナのアプリケーションです-

• 商業目的で使用
• 無線通信で使用

前の章では、Vアンテナについて学習しました。その動作周波数は制限されています。これは、非共振アンテナまたは進行波アンテナである別のアンテナを使用して変更できます。前に説明したように、進行波アンテナは定在波を生成しません。

周波数範囲

逆V型アンテナ（またはVアンテナ）の動作周波数範囲は 3 to 30 MHz。このアンテナは高周波範囲で動作します。

逆Vアンテナの構築と動作

高周波帯域で使用される進行波アンテナは inverted V-antenna。この逆Vアンテナは、非導電性のマストに簡単に取り付けることができます。

次の画像を見てください。ルーフトップに取り付けられた逆Vアンテナを示しています。

逆Vアンテナの最大放射はその中心にあります。半波長ダイポールアンテナに似ています。アンテナは逆V字型に配置され、2本の伝送線路または脚が地面に向かって曲がって120°または90°の角度になっています。アンテナの中心はλ/ 4より高くてはいけません。

脚の1つがアンテナの軸となす角度は、 tilt angle で示されます θ。

放射線パターン

逆Vアンテナの放射パターンは uni-directional pattern、ここでは定在波が形成されていないため。以下に示す放射パターンから明確に理解できます。

この図は、逆Vアンテナの放射パターンを示しています。上図では、傾斜角が120°と90°の場合のフィールドとともに一次放射フィールドが示されています。アンテナのアレイを使用することにより、ゲインと指向性が向上します。

利点

逆Vアンテナの利点は次のとおりです。

• 水平方向の場所を占有しません

• 定在波は形成されません

• 高ゲイン

短所

逆Vアンテナのデメリットは次のとおりです。

• それはかなりの望ましくないマイナーローブを持っています

• マイナーローブは水平偏波を生成します

アプリケーション

以下は、逆Vアンテナのアプリケーションです。

• 同調回路アプリケーションで使用

• 無線通信で使用

• 商用アプリケーションで使用

Vアンテナと逆Vアンテナに続いて、もう1つの重要な長線アンテナは Rhombic antenna。これは、2つのVアンテナの組み合わせです。これについては、次の章で説明します。

ザ・ Rhombic Antenna正三角形の平行四辺形のアンテナです。一般的に、それは2つの反対の鋭角を持っています。傾斜角θは、90°から主葉の角度を引いたものにほぼ等しくなります。ロンビックアンテナは、進行波ラジエーターの原理の下で動作します。ひし形またはひし形の形で配置され、地表上に水平に吊り下げられています。

周波数範囲

ロンビックアンテナの動作周波数範囲は 3MHz to 300MHz。このアンテナはで動作しますHF そして VHF 範囲。

ロンビックアンテナの建設

ロンビックアンテナは、端から端まで接続されて鈍角を形成する2つのV字型アンテナと見なすことができます。そのシンプルさと構造の容易さのために、それは多くの用途があります-

• HFの送受信で

• 商用ポイントツーポイント通信

ロンビックアンテナの構造は、図に示すように、ひし形になっています。

ひし形の両側は、2線式伝送ラインの導体と見なされます。このシステムが適切に設計されている場合、放射線の主軸に沿って放射線が集中します。実際には、電力の半分はアンテナの終端抵抗で消費されます。残りの電力は放射されます。無駄な力はマイナーローブに貢献します。

図1は、 rhombic antenna昔のポイントツーポイント通信用。図2は、rhombic UHF antenna 最近使われているテレビ受信用。

ロンビックアンテナからの最大ゲインは、主軸の方向に沿っており、主軸は給電点を通過して自由空間で終端します。水平ロンビックアンテナから得られる偏波は、水平である菱形の平面にあります。

放射線パターン

ロンビックアンテナの放射パターンを次の図に示します。結果として得られるパターンは、アンテナの4本の脚すべてでの放射の累積効果です。このパターンはuni-directional、終端抵抗を取り除くことで双方向にすることができます。

ロンビックアンテナの主な欠点は、メインローブと結合しない放射の部分が、水平偏波と垂直偏波の両方を持つかなりのサイドローブをもたらすことです。

利点

ロンビックアンテナの利点は次のとおりです。

• 入力インピーダンスと放射パターンは比較的一定です

• 複数のロンビックアンテナを接続できます

• シンプルで効果的な送信

短所

ロンビックアンテナのデメリットは次のとおりです。

• 終端抵抗の電力の浪費

• 広いスペースが必要

• 伝送効率の低下

アプリケーション

以下はロンビックアンテナの用途です-

• HF通信で使用

• 長距離スカイウェーブ伝搬で使用

• ポイントツーポイント通信で使用されます

長いワイヤーを使用する別の方法は、ワイヤーを曲げてループ状のパターンにし、その放射パラメーターを観察することです。このタイプのアンテナは、loop antennas。

RF電流が流れるコイルは、ループに1回転し、次のようなアンテナとして使用できます。 loop antenna。このループアンテナを流れる電流は同相になります。磁場は、電流を運ぶループ全体に垂直になります。

周波数範囲

ループアンテナの動作周波数範囲は約 300MHz to 3GHz。このアンテナはで動作しますUHF 範囲。

ループアンテナの構築と動作

ループアンテナは、無線周波数電流を運ぶコイルです。設計者の都合に応じて、円形、長方形、三角形、正方形、六角形などの任意の形状にすることができます。

ループアンテナには2つのタイプがあります。

• 大型ループアンテナ
• 小さなループアンテナ

大型ループアンテナ

大型ループアンテナは、 resonant antennas。それらは高い放射効率を持っています。これらのアンテナの長さは、目的の波長とほぼ同じです。

$$L =\lambda$$

どこ、

• L はアンテナの長さです

• λ は波長です

このアンテナの主なパラメータは、その周囲の長さです。これは、ほぼ波長であり、囲まれたループである必要があります。サイズを小さくするためにループを蛇行させることは、容量性効果を増加させ、効率を低下させるため、お勧めできません。

小さなループアンテナ

小さなループアンテナは、 magnetic loop antennas。これらはあまり共振しません。これらは主に受信機として使用されます。

これらのアンテナは、波長の10分の1のサイズです。

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

どこ、

• L はアンテナの長さです

• λ は波長です

小さなループアンテナの特徴は次のとおりです。

• 小さなループアンテナは放射抵抗が低いです。マルチターンフェライトコア構造を使用すると、高い耐放射線性を実現できます。

• 損失が大きいため、放射効率が低くなります。

• 構造はシンプルで、サイズも重量も小さいです。

リアクタンスが高いため、インピーダンスを送信機と一致させるのは困難です。ループアンテナが送信アンテナとして機能する必要がある場合、このインピーダンスの不一致は間違いなく問題になります。したがって、これらのループアンテナは次のように動作します。receiver antennas。

頻繁に使用されるループ

小型ループアンテナには主に2つのタイプがあります-

• 円形ループアンテナ
• スクエアループアンテナ

これら2種類のループアンテナは主に広く使用されています。他のタイプ（長方形、デルタ、楕円など）も設計者の仕様に従って作成されます。

上の画像は circular and square loop antennas。これらのタイプのアンテナは、信号対雑音比が高いため、主にAM受信機として使用されます。また、ラジオ受信機のQタンク回路で簡単に調整できます。

ループの分極

ループアンテナの偏波は、給電位置に応じて垂直または水平に偏波されます。ループアンテナの形状に応じて、垂直偏波は垂直側の中央に、水平偏波は水平側の中央に与えられます。

小さなループアンテナは一般的に linearly polarized1。このような小さなループアンテナを、出力がメーターに接続されているポータブル受信機の上に取り付けると、優れた方向探知機になります。

放射線パターン

これらのアンテナの放射パターンは、短い水平ダイポールアンテナの放射パターンと同じになります。

ザ・ radiation pattern小型で高効率のループアンテナの場合を上の図に示します。さまざまなループ角度の放射パターンも図に明確に示されています。0°の接線は垂直偏波を示し、90°の接線は水平偏波を示します。

利点

ループアンテナの利点は次のとおりです。

• コンパクトサイズ
• 高い指向性

短所

ループアンテナのデメリットは次のとおりです。

• インピーダンス整合は必ずしも良いとは限りません
• 共振品質係数が非常に高い

アプリケーション

ループアンテナの用途は次のとおりです。

• RFIDデバイスで使用
• MF、HF、短波受信機で使用
• 方向探知のために航空機の受信機で使用されます
• UHF送信機で使用

Helical antennaはワイヤーアンテナの例であり、それ自体がらせんの形をしています。これはブロードバンドVHFおよびUHFアンテナです。

周波数範囲

ヘリカルアンテナの動作周波数範囲は 30MHz to 3GHz。このアンテナはで動作しますVHF そして UHF 範囲。

ヘリカルアンテナの構築と動作

Helical antennaまたはヘリカルアンテナは、導線がらせん状に巻かれ、フィーダーラインでグランドプレートに接続されているアンテナです。これは最も単純なアンテナであり、circularly polarized waves。衛星リレーなどが関与する地球外通信で使用されます。

上の画像は、衛星通信に使用されるヘリカルアンテナシステムを示しています。これらのアンテナには、より広い屋外スペースが必要です。

これは、アースプレートと呼ばれる平らな金属プレートと組み合わせてアンテナとして使用されるねじ山の形に巻かれた太い銅線またはチューブのらせんで構成されています。らせんの一端はケーブルの中心導体に接続され、外部導体は接地板に接続されます。

アンテナ部品の詳細を示すヘリカルアンテナの画像を上に示します。

らせんアンテナの放射は、らせんの直径、回転間隔、およびピッチ角に依存します。

Pitch angle らせんワイヤに接する線とらせん軸に垂直な平面との間の角度です。

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

どこ、

• D それは diameter らせんの。

• S それは turn spacing （中心から中心へ）。

• α それは pitch angle。

動作モード

ヘリカルアンテナの主な動作モードは次のとおりです。

• Normal または放射の垂直モード。

• Axial または放射のエンドファイアまたはビームモード。

それらについて詳しく説明しましょう。

ノーマルモード

通常の放射モードでは、放射フィールドはらせん軸に垂直です。放射波は円偏波です。この放射モードは、らせんの寸法が波長に比べて小さい場合に得られます。このヘリカルアンテナの放射パターンは、短いダイポールアンテナとループアンテナの組み合わせです。

上の図は、ヘリカルアンテナの通常モードの放射の放射パターンを示しています。

らせんの直径の値に依存します、 D とそのターン間隔、 S。この動作モードの欠点は、放射効率が低く、帯域幅が狭いことです。したがって、ほとんど使用されません。

アキシャルモード

に axial mode放射の場合、放射はらせん軸に沿ってエンドファイア方向にあり、波は円偏光またはほぼ円偏光になります。この動作モードは、円周を1波長のオーダーに上げることによって得られます。(λ) とおよその間隔 λ/4。放射パターンは広く、軸方向のビームに沿って指向性があり、斜めの角度で小さなローブを生成します。

この図は、ヘリカルアンテナの軸方向放射モードの放射パターンを示しています。

このアンテナが右回りの円偏波用に設計されている場合、左回りの円偏波を受信しません。その逆も同様です。この操作モードは非常に簡単に生成され、more practically used。

利点

ヘリカルアンテナの利点は次のとおりです。

• シンプルなデザイン
• 最高の指向性
• より広い帯域幅
• 円偏光を実現できます
• HF＆VHF帯でも使用可能

短所

ヘリカルアンテナのデメリットは次のとおりです。

• アンテナが大きく、より多くのスペースが必要
• 効率はターン数とともに低下します

アプリケーション

以下はヘリカルアンテナの用途です-

• 単一のヘリカルアンテナまたはそのアレイを使用して、VHF信号を送受信します

• 衛星および宇宙探査機の通信に頻繁に使用されます

• 地球局の弾道ミサイルおよび衛星とのテレメトリリンクに使用されます

• 月と地球の間の通信を確立するために使用されます

• 電波天文学への応用

端に開口部​​があるアンテナは、 Aperture antenna。導波管は開口アンテナの一例です。開口部で終端されている場合、伝送ラインのエッジはエネルギーを放射します。開口部であるこの開口部は、それを作りますAperture アンテナ。

アパーチャアンテナの主なタイプは次のとおりです。

• 導波管アンテナ
• ホーンアンテナ
• スロットアンテナ

これらのタイプのアパーチャアンテナを見てみましょう。

導波管アンテナ

A Waveguide一方の端で励起され、もう一方の端で開かれると、エネルギーを放射することができます。導波管内の放射は、2線式伝送ラインよりも大きくなります。

周波数範囲

導波管の動作周波数範囲は 300MHz to 300GHz。このアンテナはで動作しますUHF そして EHF周波数範囲。次の画像は導波管を示しています。

終端されたこの導波管は、アンテナとして機能します。しかし、エネルギーのごく一部だけが放射され、その大部分は反射して開回路に戻ります。その意味はVSWR（電圧定在波比、基本パラメータの章で説明）値が増加します。導波管の周りの回折は、不十分な放射と無指向性の放射パターンを提供します。

放射線パターン

導波管アンテナの放射は弱く、パターンは無指向性です。つまり、全方向性です。アンomni-directional パターンは、特定の指向性はありませんが、すべての方向に放射するパターンであるため、次のように呼ばれます。 non-directive radiation pattern。

上の図は、全方向性パターンの上面図を示しています。これは、 non-directional pattern。すでに知っているように、2次元ビューは8の字のパターンです。

利点

以下は、開口アンテナの利点です-

• 放射線が2線式伝送線路よりも大きい
• 放射線は全方向性です

短所

以下は、開口アンテナの欠点です-

• VSWRが増加します
• 貧弱な放射線

アプリケーション

以下は、開口アンテナのアプリケーションです-

• マイクロ波アプリケーション
• 表面検索レーダーアプリケーション

導波管アンテナは、より良い性能を達成するためにさらに修正する必要があり、その結果、 Horn antenna。

ビームの放射効率と指向性を改善するには、導波管に拡張アパーチャを設けて、波の急激な不連続性を段階的に変化させる必要があります。そのため、順方向のすべてのエネルギーが放射されます。これは、Flaring。現在、これはホーンアンテナを使用して行うことができます。

周波数範囲

ホーンアンテナの動作周波数範囲は 300MHz to 30GHz。このアンテナはで動作しますUHF そして SHF 周波数範囲。

ホーンアンテナの構築と動作

ゆっくりと放射線に変換されるときのビームのエネルギーは、損失が減少し、ビームの集束が改善されます。AHorn antenna と見なされる場合があります flared out wave guide、それによって指向性が改善され、回折が減少する。

上の画像はホーンアンテナのモデルを示しています。ホーンのフレアがはっきりと示されています。いくつかのホーン構成があり、そのうち3つの構成が最も一般的に使用されます。

セクターホーン

このタイプのホーンアンテナは、一方向にのみフレアします。電気ベクトルの方向にフレアリングすると、sectorial E-plane horn。同様に、磁気ベクトルの方向にフレアすると、sectorial H-plane horn。

ピラミッドホーン

このタイプのホーンアンテナは、両側にフレアがあります。方形導波管のE壁とH壁の両方でフレアリングが行われる場合、pyramidal horn antennaは生産された。このアンテナは、角錐台の形をしています。

コニカルホーン

円形導波管の壁がフレア状になっている場合、それはとして知られています conical horn。これは、円形導波管の論理的な終端です。

上の図は、前に説明したホーン構成のタイプを示しています。

フレアリングは、アンテナのインピーダンスを自由空間のインピーダンスと一致させて、より良い放射を実現するのに役立ちます。定在波比を回避し、指向性を高め、ビーム幅を狭くします。フレア導波管は、技術的には次のように呼ぶことができます。Electromagnetic Horn Radiator。

フレア角、 Φホーンアンテナの角度は考慮すべき重要な要素です。これが小さすぎると、結果の波は平面ではなく球形になり、放射ビームは指向性になりません。したがって、フレア角度は最適な値である必要があり、その長さと密接に関連しています。

組み合わせ

ホーンアンテナは、放物面反射鏡アンテナと組み合わせて、特殊なタイプのホーンアンテナを形成することもできます。これらは-

• キャスホーンアンテナ

• ホグホーンまたは三重に折りたたまれたホーンリフレクター

に Cass-horn antenna、電波は、放物線状に湾曲し、45°の角度で上向きに反射する大きな底面によって収集されます。上面に当たった後、焦点に反射します。これらのゲインとビーム幅は、放物面反射鏡と同じです。

に hog-hornアンテナ、放物線状の円柱がピラミッド型のホーンに結合され、ビームがホーンの頂点に到達します。低ノイズのマイクロ波アンテナを形成します。ホグホーンアンテナの主な利点は、アンテナがその軸を中心に回転していても、受信ポイントが移動しないことです。

放射線パターン

ホーンアンテナの放射パターンは球面波面です。次の図は、radiation patternホーンアンテナの。波は開口部から放射され、波の回折を最小限に抑えます。フレアリングはビームの焦点を合わせ続けます。放射ビームは高い指向性を持っています。

利点

ホーンアンテナの利点は次のとおりです。

• 小さな小さな葉が形成されます
• インピーダンス整合は良好です
• 指向性の向上
• より狭いビーム幅
• 定在波は回避されます

短所

ホーンアンテナのデメリットは次のとおりです。

• フレア角度の設計、指向性の決定
• フレアの角度とフレアの長さは非常に小さくするべきではありません

アプリケーション

以下はホーンアンテナの用途です-

• 天文学の研究に使用されます
• マイクロ波アプリケーションで使用

Slot AntennaはApertureアンテナの例です。導電性シートには長方形のスロットが作られています。これらのスロットアンテナは、それらが取り付けられている表面に切り込みを入れるだけで形成できます。

周波数範囲

スロットアンテナのアプリケーションに使用される周波数範囲は 300 MHz to 30 GHz。それはで動作しますUHF そして SHF 周波数範囲。

スロットアンテナの構築と動作

スロットアンテナの使用は、その動作原理を通じてよく理解されています。スロットアンテナの構造を見てみましょう。

無限導電性シートを長方形にカットし、アパーチャ（スロットと呼ばれる）でフィールドを励起すると、次のように呼ばれます。 Slot antenna。これは、スロットアンテナの画像を観察することで理解できます。次の画像は、スロットアンテナのモデルを示しています。

スロットアンテナの動作は、バビネットの光学原理から簡単に理解できます。この概念は、スロットアンテナの概要を示しています。

バビネットの原理

バビネットの原理は、「開口部のあるスクリーンの後ろのフィールドが補完構造のフィールドに追加されると、合計はスクリーンがないときのフィールドに等しくなります」と述べています。

上記の画像は、原理を明確に説明しています。ビームと同一直線上にないすべての領域で、図1および2の上記の2つの画面は、同じ回折パターンを生成します。

Case 1−スクリーンの前に開口部がある光源と導電面（フィールド）を考えてみましょう。光は不透明な領域を通過しませんが、開口部を通過します。

Case 2−前の場合の光源と開口部のサイズの導電面を、スクリーンに対して保持していると考えてください。光は平面を通過せず、残りの部分を通過します。

Case 3−両方のケースのこれら2つの導電面を組み合わせて、光源の前に置きます。結果の組み合わせを観察するために画面が配置されていません。画面の効果は無効になります。

スロットアンテナの働き

この光学の原理は、電磁波が放射されるように電磁波に適用されます。確かに、導電面の狭いスロットにHF電界が存在すると、エネルギーが放射されます。

画像はスロットアンテナを示しており、その動作についてよく説明しています。

無限平面の導電性スクリーンが取られ、所望の形状とサイズの開口部が貫通されていると考えてください。これがスロットアンテナのスクリーンになります。別のスクリーンは、補完的なスクリーンである開口部とスクリーン領域の場所を交換すると見なされます。

これらの2つの画面は complementaryそれらは完全な無限の金属スクリーンをもたらすからです。これがスロットアンテナになります。端子インピーダンスは、放射にとって非常に望ましいものです。

放射線パターン

スロットアンテナの放射パターンは Omni-directional、ちょうど半波長ダイポールアンテナのように。次の図を見てください。水平面と垂直面にそれぞれ描かれたスロットアンテナの放射パターンを示しています

利点

スロットアンテナの利点は次のとおりです。

• 金属製の物体の中に製造して隠すことができます
• それは小さな送信機との秘密の通信を提供することができます

短所

スロットアンテナのデメリットは次のとおりです。

• より高い交差分極レベル
• 低い放射効率

アプリケーション

スロットアンテナの用途は以下のとおりです。

• 通常、レーダーナビゲーションの目的で
• 導波管によって供給されるアレイとして使用されます

マイクロストリップアンテナは薄型アンテナです。間に誘電体材料を挟んで地面に取り付けられた金属パッチは、Micro strip または Patch Antenna。これらは、放射が少ない非常に小さいサイズのアンテナです。

周波数範囲

パッチアンテナは、上記の周波数での薄型アプリケーションに人気があります 100MHz。

マイクロストリップアンテナの構築と動作

Micro strip antenna接地面に配置された非常に薄い金属ストリップで構成され、その間に誘電体があります。放射素子と給電線は、誘電体にフォトエッチングするプロセスによって配置されます。通常、パッチまたはマイクロストリップは、分析と製造を容易にするために、正方形、円形、または長方形の形状に選択されます。次の画像は、マイクロストリップアンテナまたはパッチアンテナを示しています。

金属パッチの長さはλ/ 2です。アンテナが励起されると、誘電体内で生成された波が反射し、エネルギーは非常に低い金属パッチのエッジから放射されます。

放射線パターン

マイクロストリップまたはパッチアンテナの放射パターンは broad。放射電力が低く、周波数帯域幅が狭い。

ザ・ radiation patternマイクロストリップまたはパッチアンテナの例を上に示します。指向性が低くなります。指向性を高めるために、これらのパッチアンテナを使用してアレイを形成することができます。

利点

マイクロストリップアンテナの利点は次のとおりです。

• Lighteweight
• 低価格
• インストールのしやすさ

短所

マイクロストリップアンテナのデメリットは次のとおりです。

• 非効率的な放射線
• 狭い周波数帯域幅

アプリケーション

以下はマイクロストリップアンテナの用途です-

• 宇宙船アプリケーションで使用
• 航空機用途で使用
• ロープロファイルアンテナアプリケーションで使用

これまで議論してきたアンテナは、平面を使用していました。レンズアンテナは、送信と受信の両方に曲面を使用しています。Lens antennasガラスでできており、レンズの収束特性と発散特性が守られています。レンズアンテナは、より高い周波数のアプリケーションに使用されます。

周波数範囲

レンズアンテナの使用周波数範囲は 1000 MHz しかし、その使用はでより大きいです 3000 MHz and above。

レンズアンテナをよりよく理解するには、レンズの動作原理を知る必要があります。通常のガラスレンズは屈折の原理で動作します。

レンズアンテナの構築と動作

光源がレンズから焦点距離にあるレンズの焦点に存在すると仮定すると、光線は平面波面上のコリメート光線または平行光線としてレンズを通過します。

レンズの中心を通過する光線は、レンズの端を通過する光線よりも屈折が少なくなります。すべての光線は平面波面と平行に送られます。このレンズの現象は、divergence。

同じレンズの右側から左側に光線を送ると、同じ手順が逆になります。次に、ビームは屈折し、レンズから焦点距離にある焦点と呼ばれる点で合流します。この現象はconvergence。

次の図を観察することで、同じことがよりよく理解できます。

光線図は、光源からレンズまでの焦点と焦点距離を表しています。得られた平行光線は、コリメート光線とも呼ばれます。

上の図では、レンズから焦点距離にある焦点の光源が平面波面にコリメートされています。この現象は逆転する可能性があります。つまり、左側から送られた光はレンズの右側に収束します。

同じ現象が送信と受信の両方に同じアンテナを利用するのに役立つので、この相互関係のために、レンズはアンテナとして使用することができます。

レンズアンテナのモデルの画像が表示されます。

より高い周波数で集束特性を実現するには、屈折率を1未満にする必要があります。屈折率がどうであれ、レンズの目的は波形をまっすぐにすることです。これに基づいて、波面を遅延または加速するE面およびH面レンズが開発されています。

レンズアンテナの種類

以下のタイプのレンズアンテナが利用可能です-

• 誘電体レンズまたはH面金属板レンズまたは遅延レンズ（進行波はレンズ媒体によって遅延されます）

• E面金属板レンズ

• 非金属誘電体タイプレンズ

• 金属または人工誘電体タイプのレンズ

利点

レンズアンテナのメリットは以下のとおりです。

• レンズアンテナ、フィードおよびフィードサポートでは、開口部を遮らないでください。

• 設計公差が大きくなります。

• 放物面反射鏡よりも大量の波を処理できます。

• ビームは軸に対して角度を付けて移動できます。

短所

レンズアンテナのデメリットは次のとおりです。

• レンズは、特に低周波数で重くてかさばります

• 設計の複雑さ

• 同じ仕様で、リフレクターに比べてコストがかかる

アプリケーション

レンズアンテナの用途は以下のとおりです。

• 広帯域アンテナとして使用

• 特にマイクロ波周波数アプリケーションに使用されます

レンズアンテナの収束特性は、衛星通信で広く使用されているパラボリックリフレクターアンテナと呼ばれる高レベルのアンテナの開発に使用できます。それらについては次の章で説明します。

Parabolic Reflectorsマイクロ波アンテナです。これらのアンテナをよりよく理解するには、パラボラリフレクターの概念について説明する必要があります。

周波数範囲

パラボラリフレクターアンテナのアプリケーションに使用される周波数範囲は above 1MHz。これらのアンテナは、無線および無線アプリケーションに広く使用されています。

動作原理

放物線の標準的な定義は次のとおりです。-点の軌跡。これは、固定点からの距離（ focus）プラス直線からの距離（ directrix）は一定です。

次の図は、放物面反射鏡の形状を示しています。ポイントF フォーカス（フィードが与えられます）であり、 Vは頂点です。FとVを結ぶ線が対称軸です。PQは反射光線です。L反射された点が存在する線の母線を表します（それらが同一線上にあると言います）。したがって、上記の定義によれば、FとLの間の距離は、集束される波に対して一定になります。

反射波は、放物線形状から、統合された波面を形成します。焦点距離と絞りサイズの比率（つまり、f / D）は、“f over D ratio”放物面反射鏡の重要なパラメータです。その値は0.25 to 0.50。

反射の法則は、入射角と反射角が等しいと述べています。この法則を放物線と一緒に使用すると、ビームの焦点を合わせるのに役立ちます。の形

放物線は、波の反射を目的として使用すると、反射された波を使用してアンテナを構築するのに役立つ放物線のいくつかの特性を示します。

放物線の特性

• 焦点から発生するすべての波は、放物線軸に反射して戻ります。したがって、開口部に到達するすべての波は同相です。

• 波は同相であるため、放物線軸に沿った放射ビームは強く集中します。

これらの点に続いて、放物面反射鏡は、より狭いビーム幅で高い指向性を生み出すのに役立ちます。

放物面反射鏡の構築と動作

パラボラリフレクターアンテナを使用して信号を送信する場合、フィードからの信号はダイポールアンテナまたはホーンアンテナから出て、波をパラボラに集中させます。これは、波が焦点から出て放物面反射板に当たることを意味します。この波は次のように反射されますcollimated wave front、前述のように、送信されます。

同じアンテナが受信機として使用されます。電磁波が放物線の形状に当たると、波は給電点に反射します。フィードで受信アンテナとして機能するダイポールまたはホーンアンテナは、この信号を受信して​​電気信号に変換し、受信回路に転送します。

次の画像は、パラボラリフレクターアンテナを示しています。

放物面のゲインは、開口率の関数です (D/λ)。実効放射電力(ERP) アンテナのは、アンテナに供給される入力電力とその電力利得の乗算です。

通常、導波管ホーンアンテナは放物面反射アンテナの給電放射器として使用されます。この手法に加えて、カセグレンフィードと呼ばれる、放物面反射アンテナに与えられる別のタイプのフィードがあります。

カセグレンフィード

キャスグレインは、リフレクターアンテナに与えられる別のタイプのフィードです。このタイプでは、放物面反射鏡とは異なり、フィードは放物面の頂点に配置されます。双曲面として機能する凸型の反射板は、アンテナの給電の反対側に配置されます。としても知られていますsecondary hyperboloid reflector または sub-reflector。焦点の1つが放物面の焦点と一致するように配置されます。したがって、波は2回反射されます。

上の図は、カセグレン飼料の作業モデルを示しています。

カセグレンアンテナの動作

アンテナが送信アンテナとして機能する場合、フィードからのエネルギーはホーンアンテナを介して双曲面凹面反射鏡に放射され、双曲面反射鏡は再びパラボラ反射鏡に反射します。信号はそこから空間に反射されます。したがって、電力の浪費が抑制され、指向性が向上します。

同じアンテナを受信に使用すると、電磁波は反射板に当たり、凹型双曲面に反射され、そこからフィードに到達します。導波管ホーンアンテナは、この信号を受信するためにそこに存在し、増幅のために受信回路に送信します。

次の画像を見てください。カセグレンフィードを備えた放物面反射鏡を示しています。

利点

パラボラリフレクターアンテナの利点は次のとおりです。

• マイナーローブの削減

• 電力の浪費が削減されます

• 同等の焦点距離が達成されます

• フィードは、私たちの都合に応じて、任意の場所に配置できます

• ビームの調整（狭小化または拡大）は、反射面を調整することによって行われます。

不利益

以下は、パラボラリフレクターアンテナの欠点です。

• 放物面反射鏡から反射される電力の一部が遮られます。これは、小さな寸法の放物面で問題になります。

アプリケーション

以下は、パラボラリフレクターアンテナの用途です。

• カセグレンフィード放物面反射鏡は、主に衛星通信で使用されます。

• 無線通信システムでも使用されます。

放物面反射鏡用のグレゴリオ暦フィードと呼ばれる他のタイプのフィードを見てみましょう。

グレゴリオ暦のフィード

これは、使用される別のタイプのフィードです。アンテナの寸法を固定したまま、フィードビーム幅を徐々に大きくする、特定の構成のペアがあります。このようなタイプの飼料は、グレゴリオ暦の飼料として知られています。ここでは、カセグレインの凸型双曲面が凹型放物面反射体に置き換えられています。これはもちろん、サイズが小さくなっています。

これら Gregorian feed タイプリフレクターは4つの方法で使用できます-

• 焦点F1で反射楕円体サブリフレクターを使用するグレゴリオ暦システム。

• 焦点F2で反射楕円体サブリフレクターを使用するグレゴリオ暦システム。

• 双曲面サブリフレクター（凸）を使用したカセグレンシステム。

• 双曲面サブリフレクターを使用したカセグレンシステム（凹面ですが、フィードはそれに非常に近いです）。

これらはすべて、人気がなく、広く使用されていないため、言及するだけです。彼らには限界があります。

この図は、すべてのタイプのリフレクターの動作パターンを明確に示しています。−などの他のタイプの放物面リフレクターがあります。

• カット放物面
• 放物線シリンダー
• ピルボックス放物面

ただし、労働条件に制限と不利な点があるため、これらすべてが使用されることはめったにありません。

したがって、すべてのタイプのリフレクターアンテナの中で、単純なパラボリックリフレクターとカセグレンフィードパラボリックリフレクターが最も一般的に使用されています。

アンテナは、個別に特定の方向に一定量のエネルギーを放射できる場合、より効率的な出力を生成するために、より多くの要素を追加した場合の伝送が向上します。の発明につながったのはまさにこのアイデアですAntenna arrays。

アンテナアレイは、以下の画像を観察することでよりよく理解できます。アンテナアレイがどのように接続されているかを観察します。

アン antenna arrayは、個々のラジエーターと要素で構成される放射システムです。このラジエーターはそれぞれ、機能している間、独自の誘導場を持っています。要素は非常に接近して配置されているため、各要素は隣接する誘導フィールドにあります。したがって、それらによって生成される放射パターンは、個々のもののベクトル和になります。次の画像は、アンテナアレイの別の例を示しています。

これらのアンテナを設計する際には、エレメント間の間隔と波長に応じたエレメントの長さにも留意する必要があります。

アンテナは個別に放射し、アレイ内にある間、すべての要素の放射が合計されて、最小の損失で高ゲイン、高指向性、およびより優れた性能を備えた放射ビームを形成します。

利点

アンテナアレイを使用する利点は次のとおりです。

• 信号強度が増加します
• 高い指向性が得られます
• マイナーローブが大幅に削減されます
• 高い信号対雑音比が達成されます
• 高いゲインが得られます
• 電力の浪費が削減されます
• より良いパフォーマンスが得られます

短所

アレイアンテナのデメリットは次のとおりです。

• 抵抗損失が増加します
• 取り付けやメンテナンスが難しい
• 巨大な外部スペースが必要です

アプリケーション

アレイアンテナの用途は次のとおりです。

• 衛星通信で使用
• 無線通信で使用
• 軍事レーダー通信で使用
• 天文学研究で使用されます

配列の種類

配列の基本的なタイプは次のとおりです。

• コリニアアレイ
• ブロードサイドアレイ
• エンドファイアアレイ
• 寄生アレイ
• 八木・宇田アレイ
• ログペロイド配列
• 回転式改札口配列
• 超回転式改札口アレイ

これらの配列については、次の章で説明します。

A Collinear array端から端まで配置された2つ以上の半波長ダイポールで構成されます。これらのアンテナは、平行または同一直線上にある共通の線または軸上に配置されます。

これらのアレイの最大放射は広い側であり、アレイの線に垂直です。これらの配列は、broad cast または Omni-directional arrays。

周波数範囲

コリニアアレイアンテナが動作する周波数範囲は、 30 MHz to 3GHz に属する VHF そして UHF バンド。

アレイの構築

これらのコリニアアレイは uni-directional antennasゲインが高い。このアレイの主な目的は、他の方向での電力損失を回避することにより、放射電力を増やし、高指向性ビームを提供することです。

上の画像は、コリニアアレイの写真を示しています。図1では、コリニアアレイは折りたたまれたダイポールを使用して形成されていますが、図2では、コリニアアレイは通常のダイポールによって形成されています。どちらのタイプも、一般的に使用される半波長ダイポールです。

放射線パターン

これらのコリニアアレイの放射パターンは単一のダイポールの放射パターンと似ていますが、ダイポールの数が増えるアレイパターンが違いを生みます。

上図に、それぞれ2エレメント、3エレメント、4エレメントを使用した場合のコリニアアレイの放射パターンを示します。

ザ・ broad side array 最大放射の方向がアンテナの線に垂直であるという同じパターンもあります。

利点

以下は、コリニアアレイアンテナの利点です。

• アレイを使用すると、ブロードエンドが減少し、指向性が向上します
• マイナーローブが最小化されます
• 電力の浪費が削減されます

短所

以下は、コリニアアレイアンテナの欠点です。

• これらのアンテナの変位は難しい作業です
• 屋外エリアでのみ使用

アプリケーション

以下は、コリニアアレイアンテナのアプリケーションです-

• VHFおよびUHF帯に使用
• 双方向通信で使用されます
• 放送目的にも使用されます

最も単純な形式のアンテナアレイは、同じサイズの多数の要素を持ち、直線または軸に沿って等間隔に配置され、同じソースからのすべてのダイポールが同じ位相にある同一線上の点を形成します。 broad side array。

周波数範囲

コリニアアレイアンテナが動作する周波数範囲は、 30 MHz to 3GHz に属する VHF そして UHF バンド。

ブロードサイドアレイの構築と動作

標準の定義によれば、「放射の主方向がアレイ軸に垂直であり、アレイ要素を含む平面にも垂直である配置」は、 broad side array。したがって、アンテナの放射パターンは、アレイが存在する軸に垂直です。

次の図は、それぞれ正面図と側面図のブロードサイドアレイを示しています。

ブロードサイドアレイは、アレイの平面に対して直角に強く指向性があります。ただし、中心を結ぶ方向でキャンセルされるため、平面内の放射は非常に少なくなります。

λ/ 4間隔のブロードサイドアレイの図を以下に示します。

ブロードサイドアレイの一般的なアンテナ長は、2〜10波長です。典型的な間隔はλ/ 2またはλです。ダイポールのフィードポイントは、図に示すように結合されます。

放射線パターン

このアンテナの放射パターンは、平面に対して双方向で直角です。ビームは非常に狭く、ゲインが高くなっています。

上の図は、ブロードサイドアレイの放射パターンを示しています。ビームは少し広く、マイナーローブはこれで大幅に削減されます。

の物理的な配置 end-fire arrayブロードサイドアレイと同じです。各要素の電流の大きさは同じですが、これらの電流の間には位相差があります。このエネルギーの誘導は要素ごとに異なります。これは次の図で理解できます。

上の図は、それぞれ上面図と側面図でエンドファイアアレイを示しています。

キャンセルのため、アレイの平面に対して直角の放射はありません。1番目と3番目の要素は位相がずれているため、互いの放射をキャンセルします。同様に、2番目と4番目は位相がずれて供給され、キャンセルされます。

通常のダイポール間隔はλ/ 4または3λ/ 4になります。この配置は、アンテナ面に垂直な放射を回避するのに役立つだけでなく、放射エネルギーがアレイ全体の放射方向に向けられるのにも役立ちます。したがって、マイナーローブが回避され、指向性が向上します。要素が増えると、ビームは狭くなります。

放射線パターン

エンドファイアアレイの放射パターンは uni-directional。主要なローブは、最大の放射線が存在する一方の端で発生しますが、マイナーなローブは損失を表します。

この図は、エンドファイアアレイの放射パターンを説明しています。図1は単一アレイの放射パターンであり、図2、3、および4は複数のアレイの放射パターンを表しています。

エンドファイアアレイとブロードサイドアレイ

両方のアレイを調査しました。エンドファイアアレイとブロードサイドアレイをそれらの特性とともに比較してみましょう。

この図は、エンドファイアアレイとブロードサイドアレイの放射パターンを示しています。

• エンドファイアアレイとブロードサイドアレイはどちらも線形であり、共振要素で構成されているため共振します。

• 共振により、両方のアレイはより狭いビームと高い指向性を示します。

• これらのアレイは両方とも送信目的で使用されます。

• あらゆる種類の受信には周波数範囲をカバーする必要があるため、どちらも受信には使用されません。

上に見られるようなアンテナアレイは、ゲインと指向性の改善のために使用されます。

A parasitic elementは要素であり、他のフィードに依存します。独自のフィードはありません。したがって、このタイプのアレイでは、間接的に放射線を増加させるのに役立つそのような要素を採用しています。

これらの寄生要素は、フィードに直接接続されていません。

上の画像は、寄生アレイの例を示しています。写真に見られるメッシュ構造は、反射板のセットに他なりません。これらの反射板は電気的に接続されていません。それらは、ビームの指向性を高めることによって信号強度を高めます。

寄生アレイの構築と動作

寄生アレイの重要な部分とそれらがどのように機能するかを見てみましょう。

主な部分は−

• 被駆動要素
• 寄生要素
  • Reflector
  • Director
• Boom

被駆動要素

アンテナは個別に放射し、アレイ内では、すべての要素の放射が合計されて放射ビームを形成します。配列のすべての要素をフィードに接続する必要はありません。フィードに接続されているダイポールは、driven element。

寄生要素

追加される要素は、被駆動要素またはフィードへの電気的接続を持っていません。それらは、被駆動要素の誘導場にあるように配置されます。したがって、それらはとして知られていますparasitic elements。

Reflector

被駆動要素より5％長い寄生要素の1つが被駆動要素の近くに配置されている場合、それは凹面鏡として機能し、エネルギーをそれ自体の方向ではなく放射パターンの方向に反射します。したがって、として知られています reflector。

Director

エネルギーを受け取る被駆動要素よりも5％短い寄生要素は、それ自体の方向に放射を増加させる傾向があるため、収束凸レンズのように動作します。この要素は、director。指向性を高めるために、多数の取締役が配置されています。

ブーム

これらすべてが配置されている要素は、 boom。これは非金属構造であり、絶縁を提供するため、アレイの他の要素間で短絡が発生することはありません。

これらはすべて、放射線に寄与する主要な要素です。これは、図の助けを借りてよりよく理解することができます

上に示した画像は寄生アレイの画像であり、被駆動要素、ダイレクタ、リフレクタなどの寄生アレイの部分を示しています。飼料はフィーダーを通して与えられます。

アレイは、 2MHz に several GHz。これらは特に高い指向性を得るのに使用され、uni-directional。このタイプの配列の最も一般的な例は、Yagi-Uda antenna。クワッドアンテナも別の例として引用できます。

Yagi-Uda antennaは、過去数十年にわたってテレビ受信に最も一般的に使用されているタイプのアンテナです。高いゲインと指向性で有名な、性能の優れた最も人気のある使いやすいタイプのアンテナです。

Frequency range

八木・宇田アンテナが動作する周波数範囲は 30 MHz to 3GHz に属する VHF そして UHF バンド。

八木宇田アンテナの建設

過去数十年の間、八木宇田アンテナはほとんどすべての家の上に見られました。寄生素子とダイポールが一緒になってこの八木・宇田アンテナを形成します。

図は Yagi-Uda antenna。アンテナの指向性を高めるために多くのダイレクタが配置されていることがわかります。フィーダーは折り返しダイポールです。リフレクターは、構造の端にある長い要素です。

この図は、八木・宇田アンテナの明確な形状を示しています。要素が取り付けられているセンターロッドのような構造は、boom。太い黒ずみが繋がっている要素はdriven elementその黒いスタッドを介して、伝送ラインが内部で接続されています。被駆動要素の後ろにある単一の要素はreflector、これは放射パターンの方向に向かってすべてのエネルギーを反射します。被駆動要素の前にある他の要素は、directors、ビームを目的の角度に向けます。

設計

このアンテナを設計するには、次の設計仕様に従う必要があります。

彼らは-

素子	仕様
被駆動要素の長さ	0.458λから0.5λ
リフレクターの長さ	0.55λから0.58λ
監督の長さ1	0.45λ
ディレクターの長さ2	0.40λ
監督の長さ3	0.35λ
取締役間の間隔	0.2λ
リフレクターとダイポールの間隔	0.35λ
ダイポールとディレクターの間隔	0.125λ

上記の仕様に従えば、八木・宇田アンテナを設計することができます。

放射線パターン

八木・宇田アンテナの指向性パターンは highly directive 下の図に示すように。

アンテナにダイレクタを追加することにより、マイナーローブが抑制され、メジャーローブの指向性が向上します。

利点

八木・宇田アンテナのメリットは以下のとおりです。

• 高ゲインを実現。
• 高い指向性を実現。
• 取り扱いとメンテナンスのしやすさ。
• 無駄になる電力量が少なくなります。
• 周波数のより広い範囲。

短所

八木・宇田アンテナのデメリットは以下のとおりです。

• ノイズが発生しやすい。
• 大気の影響を受けやすい。

アプリケーション

八木・宇田アンテナの用途は以下のとおりです。

• 主にテレビの受信に使用されます。
• 単一周波数アプリケーションが必要な場合に使用されます。

八木・宇田アンテナは主に家庭用に使用されています。ただし、商用目的で、ある範囲の周波数で調整するには、次のような別のアンテナが必要です。Log-periodic antenna。対数周期アンテナは、インピーダンスが周波数の対数周期関数であるアンテナです。

周波数範囲

対数周期アンテナが動作する周波数範囲は約 30 MHz to 3GHz に属する VHF そして UHF バンド。

対数周期アンテナの構築と動作

対数周期アンテナの構造と操作は、八木宇田アンテナと同様です。このアンテナの主な利点は、目的の動作周波数範囲にわたって一定の特性を示すことです。それは同じ耐放射線性を持ち、したがって同じSWRを持っています。ゲインと前後比も同じです。

画像は対数周期アンテナを示しています。

動作周波数の変化に伴い、アクティブ領域が要素間でシフトするため、すべての要素が単一の周波数でのみアクティブになるわけではありません。これはspecial characteristic。

対数周期アンテナには、平面、台形、ジグザグ、Vタイプ、スロット、ダイポールなど、いくつかのタイプがあります。最もよく使用されるのは対数周期ダイポールアレイ、つまりLPDAです。

対数周期配列の図は上に示されています。

物理的構造と電気的特性は、観察されると、本質的に反復的です。アレイは、長さと間隔が異なるダイポールで構成されており、2線式伝送ラインから給電されます。この線は、隣接するダイポールの各ペア間で転置されます。

双極子の長さと分離は、次の式で関連付けられます。

$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$

どこ

• тは設計比率であり、т<1
• Rはフィードとダイポール間の距離です
• lはダイポールの長さです。

得られた指令ゲインは低から中程度です。放射パターンはUnidirectional or Bi-directional。

放射線パターン

対数周期アンテナの放射パターンは、対数周期構造に応じて、単方向または双方向にすることができます。

にとって uni-directional Log-periodic antenna、より短い要素への放射はかなりの量ですが、順方向では、それは小さいかゼロです。

単方向対数周期アンテナの放射パターンは上記のとおりです。

にとって bi-directional Log-periodic antenna、最大放射は、アンテナの表面に垂直なブロードサイドにあります。

上図は、双方向の対数周期アンテナの放射パターンを示しています。

利点

対数周期アンテナの利点は次のとおりです。

• アンテナのデザインはコンパクトです。
• ゲインと放射パターンは、要件に応じて異なります。

短所

対数周期アンテナのデメリットは次のとおりです。

• 外部マウント。
• 設置費用が高い。

アプリケーション

以下は対数周期アンテナの用途です-

• HF通信に使用されます。
• 特定の種類のテレビ受信に使用されます。
• より高い周波数帯域でのすべてのラウンドモニタリングに使用されます。

ザ・ Turnstile antenna別のタイプのアレイアンテナです。この配列の形は、いくつかの場所の入り口で使用されている回転式改札口を象徴しています。このアンテナには、さまざまな軍事用途があります。

周波数範囲

回転式改札口アンテナが動作する周波数範囲は約 30 MHz to 3GHz に属する VHF そして UHF バンド。

回転式改札口アンテナの建設と作業

2つの同一の半波ダイポールが互いに直角に配置され、同相で給電されます。これらのダイポールは、互いに90°位相がずれて励起されます。回転式改札口の配列は、次のように呼ぶこともできますcrossed dipoles array。

上の画像は回転式改札口アンテナを示しています。

高い指向性を提供するために、いくつかの回転式改札口を垂直軸に沿って積み重ね、上図に示すように段階的に配置することができます。これらの回転式改札口アンテナの偏波は、それらの動作モードに依存します。

頻繁に積み重ねられるそのような双極子のペアは、 BAY。上に示した図では、2つのベイが半波長間隔で配置されています(λ/2)離れて、対応する要素は同相で供給されます。ベイの組み合わせによって生成される放射は、より良い指向性をもたらします。

動作モード

以下は、回転式改札口アンテナの動作モードです。

Normal mode

通常動作モードでは、アンテナは放射します horizontally polarized その軸に垂直な波。

Axial mode

アキシャルモードの動作では、アンテナは放射します circularly polarized その軸に沿って、すなわちその軸に平行な波。

円偏波の場合、右円偏波で放射する送信機には、同じ右円偏波の受信機が必要です。その逆も同様です。送信機とは異なり、左円偏波の場合、ゲインが大幅に低下します。

スーパーターンスタイルアンテナ

回転式改札口アンテナの場合、放射電力は、同じ電力を放射する半波ダイポールの最大放射より3dB低くなります。したがって、この欠点を克服するために、Super-turnstile antenna 構築されます。

回転式改札口の単純な双極子要素は、超回転式改札口の4枚の平らなシートに置き換えられています。スーパーターンスタイルアレイの設計は、1つのマストに1〜8個のベイを構築できるようになっています。スーパーターンスタイルアンテナの別名はBatwing Antenna。

上の画像は超回転式アンテナを示しています。図1は、赤い点がフィードポイントであるスーパーターンスタイルアレイの配置を示しています。図2は、衛星通信で使用される積み重ねられた回転式改札口アレイを示しています。

放射線パターン

放射パターンは、2つの重ねられたダイポールの放射パターンに似ています。全方位パターンに近いですが、クローブの葉の形をしています。

上の図は、回転式改札口アレイの放射パターンを示しています。典型的な8の字のパターンを組み合わせて、ほぼ円形のパターンを作成しました。

• 図Aは、組み合わされている個々のパターンを示しています。

• 図Bは、単一ベイの垂直パターンと4つのベイを組み合わせたパターンを示しています。

• 図Cは、より優れた指向性を示す4つのベイの結果の組み合わせパターンを示しています。

利点

回転式改札口アンテナの利点は次のとおりです-

• スタッキングにより高ゲインを実現

• スーパーターンスタイルは高ゲインの出力を生成します

• より良い指向性が達成されます

不利益

以下は回転式改札口アンテナの欠点です-

• 放射電力は、同じ電力を放射する半波ダイポールの最大放射より3dB低くなっています。

アプリケーション

以下はターンスタイルアンテナの用途です-

• VHF通信に使用

• FMおよびTV放送に使用されます

• 軍事通信で使用されます

• 衛星通信で使用

地球の大気では、波の伝播は波の性質だけでなく、環境の影響や地球の大気の層にも依存します。波が環境内でどのように伝播するかについてのアイデアを形成するために、これらすべてを研究する必要があります。

見てみましょう frequency spectrum信号の送信または受信が行われる場所。動作する周波数範囲に応じて、さまざまなタイプのアンテナが製造されます。

電磁スペクトル

無線通信は電磁波の放送と受信の原理に基づいています。これらの波は、周波数（f）と波長（λ）ラムダによって特徴付けることができます。

電磁スペクトルの図解を次の図に示します。

低周波数帯

低周波数帯域は、スペクトルのラジオ、マイクロ波、赤外線、および可視部分で構成されます。それらは、波の振幅、周波数、または位相を変調することにより、情報伝達に使用できます。

高周波帯域

高周波帯はX線とガンマ線で構成されています。理論的には、これらの波は情報の伝播に適しています。しかし、これらの波は変調が困難であり、生物に有害であるため、実際には使用されていません。また、高周波は建物内をうまく伝播しません。

周波数帯とその用途

次の表は、周波数帯域とその使用法を示しています。

バンド名	周波数	波長	アプリケーション
極低周波（ELF）	30 Hz〜300 Hz	10,000〜1,000 KM	電力線周波数
音声周波数（VF）	300 Hz〜3 KHz	1,000〜100 KM	電話通信
超低周波（VLF）	3 KHz〜30 KHz	100〜10 KM	マリンコミュニケーションズ
低周波（LF）	30 KHz〜300 KHz	10〜1 KM	マリンコミュニケーションズ
中波（MF）	300 KHz〜3 MHz	1000〜100 m	AM放送
高周波（HF）	3 MHz〜30 MHz	100〜10 m	長距離航空機/船舶通信
超短波（VHF）	30 MHz〜300 MHz	10〜1メートル	FM放送
極超短波（UHF）	300 MHz〜3 GHz	100〜10cm	携帯電話
超高周波（SHF）	3 GHz〜30 GHz	10〜1cm	衛星通信、マイクロ波リンク
ミリ波（EHF）	30 GHz〜300 GHz	10〜1 mm	ワイヤレスローカルループ
赤外線	300 GHz〜400 THz	1 mm〜770 nm	家電
可視光線	400 THz〜900 THz	770 nm〜330 nm	光通信

スペクトル割り当て

電磁スペクトルは誰でもアクセスできる共通のリソースであるため、スペクトル内のさまざまな周波数帯域の使用に関して、いくつかの国内および国際的な合意が結ばれています。各国政府は、AM / FMラジオ放送、テレビ放送、携帯電話、軍事通信、政府の使用などのアプリケーションにスペクトルを割り当てています。

世界的に、国際電気通信連合の無線通信の代理店 (ITU-R) 世界無線通信主管庁と呼ばれる局 (WARC) 複数の国で機能する通信デバイスを製造できるように、さまざまな国の政府によるスペクトル割り当てを調整しようとします。

送信制限

電磁波の伝送に影響を与える4種類の制限は次のとおりです。

減衰

標準の定義によると、「信号の品質と強度の低下は、 attenuation。」

信号の強度は、伝送媒体上の距離とともに低下します。減衰の程度は、距離、伝送媒体、および基礎となる伝送の周波数の関数です。自由空間でも、他の障害がなくても、信号がますます広い領域に拡散しているという理由だけで、送信信号は距離とともに減衰します。

ねじれ

標準の定義によれば、「信号の周波数成分または信号の振幅レベル間の基本的な関係を変更する変更は、次のように知られています。 distortion。」

信号の歪みは、信号の特性に乱れを引き起こし、信号の品質に影響を与えるいくつかの不要なコンポーネントを追加するプロセスです。これは通常FM受信機にあり、受信信号が完全に乱されて、出力としてブーンという音がすることがあります。

分散

標準画質によると、「Dispersion 電磁波の伝播速度が波長に依存する現象です。」

Dispersion伝搬中に電磁エネルギーのバーストが広がる現象です。これは、光ファイバーなどの有線伝送で特に一般的です。連続して送信されるデータのバーストは、分散のためにマージされる傾向があります。ワイヤの長さが長いほど、分散の影響は大きくなります。分散の効果は、RとLの積を制限することです。‘R’ それは data rate そして ‘L’ です distance。

ノイズ

標準の定義によれば、「必要な信号の適切で簡単な受信と再生を妨げる傾向のある不要な形式のエネルギーは、ノイズと呼ばれます。」

ノイズの最も普及している形式は thermal noise。多くの場合、加法性ガウスモデルを使用してモデル化されます。熱雑音は、電子の熱攪拌によるものであり、周波数スペクトル全体に均一に分布しています。

他の形式のノイズには次のものがあります-

• Inter modulation noise −キャリア周波数の合計または差である周波数で生成された信号によって引き起こされます。

• Crosstalk −2つの信号間の干渉。

• Impulse noise−外部電磁擾乱によって引き起こされる高エネルギーの不規則なパルス。インパルスノイズは、アナログデータに大きな影響を与えない場合があります。ただし、デジタルデータに顕著な影響を及ぼし、バーストエラーを引き起こします。

この章では、電波の特性、電波の伝搬とその種類など、さまざまな興味深いトピックについて説明します。

電波

電波は発生しやすく、建物を通過して長距離を移動できるため、屋内外の通信に広く利用されています。

主な機能は次のとおりです。

• 無線送信は Omni directional 本質的に、送信機と受信機を物理的に位置合わせする必要はありません。

• 電波の周波数は、送信の特性の多くを決定します。

• 低周波数では、波は障害物を簡単に通過できます。ただし、それらのパワーは、距離に関して逆二乗の関係で低下します。

• 高周波は雨滴に吸収されやすく、障害物に反射されます。

• 電波の送信範囲が長いため、送信間の干渉は対処する必要のある問題です。

VLFでは、LFおよびMFバンドは、波の伝搬とも呼ばれます。 ground waves地球の曲率に従ってください。これらの波の最大伝送範囲は数百キロメートルのオーダーです。これらは、振幅変調（AM）ラジオ放送などの低帯域幅の送信に使用されます。

HFおよびVHF帯の送信は、地球の表面近くの大気によって吸収されます。しかし、放射線の一部は、sky waveは、上層大気の電離層に向かって外向きおよび上向きに放射されます。電離層には、太陽の放射によって形成されたイオン化粒子が含まれています。これらのイオン化された粒子は、空の波を反射して地球に戻します。強力なスカイウェーブは、地球と電離層の間で数回反射される可能性があります。スカイウェーブは、アマチュア無線家や軍事通信に使用されます。

電波伝搬

に Radio communication systems、チャネルとして無線電磁波を使用しています。これらの目的には、さまざまな仕様のアンテナを使用できます。これらのアンテナのサイズは、送信される信号の帯域幅と周波数によって異なります。

大気中および自由空間内の電磁波の伝搬モードは、次の3つのカテゴリに分類できます。

• 見通し内（LOS）伝搬
• 地上波の伝搬
• スカイウェーブ伝搬

ELF（超低周波）およびVLF（超低周波）周波数帯では、地球と電離層が電磁波伝搬の導波管として機能します。

これらの周波数範囲では、通信信号は実際に世界中に伝播します。チャネルバンド幅は狭いです。したがって、これらのチャネルを介して送信される情報は速度が遅く、デジタル送信に限定されます。

見通し内（LOS）伝搬

伝搬モードの中で、この見通し内伝搬は、私たちが一般的に気付くものです。の中にline-of-sight communication、名前が示すように、波は最小の視距離を移動します。つまり、肉眼で見える距離まで移動します。さて、その後はどうなりますか？ここでは、信号を増幅して再送信するために、増幅器兼送信機を使用する必要があります。

これは、次の図の助けを借りてよりよく理解されます。

この図は、この伝搬モードを非常に明確に示しています。伝送経路に障害物が発生すると、見通し内伝搬がスムーズになりません。このモードでは、信号はより短い距離にしか移動できないため、この送信は次の目的で使用されます。infrared または microwave transmissions。

地上波の伝搬

波の地上波伝搬は、地球の等高線に従います。そのような波はdirect wave。波は地球の磁場によって時々曲がり、受信機に反射されます。そのような波は次のように呼ぶことができますreflected wave。

上の図は、地上波の伝搬を示しています。地球の大気中を伝播するときの波は、ground wave。直接波と反射波が一緒になって、受信局で信号に寄与します。波が最終的に受信機に到達すると、ラグはキャンセルされます。さらに、信号は歪みを避けるためにフィルタリングされ、クリアな出力のために増幅されます。

スカイウェーブ伝搬

波がより長い距離を移動する必要がある場合は、スカイウェーブの伝播が推奨されます。ここで波は空に投影され、再び地球に反射されます。

ザ・ sky wave propagation上の写真によく描かれています。ここでは、波が1つの場所から送信され、多くの受信機で受信されていることが示されています。したがって、それは放送の一例です。

送信アンテナから送信される波は、電離層で反射されます。それは、地球の表面から30〜250マイルの高度に及ぶ荷電粒子のいくつかの層で構成されています。送信機から電離層へ、そしてそこから地球上の受信機への波のそのような移動は、Sky Wave Propagation。電離層は、地球の大気の周りのイオン化された層であり、スカイウェーブの伝播に適しています。

地球の大気にはいくつかの層があります。これらの層は、無線通信において重要な役割を果たします。これらは主に3つの層に分類されます。

対流圏

これは、地面のすぐ上にある地球の層です。私たち、動植物はこの層に住んでいます。地上波の伝搬とLOSの伝搬はここで行われます。

成層圏

これは対流圏の上にある地球の層です。鳥はこの地域を飛ぶ。飛行機はこの地域を移動します。この地域にはオゾン層も存在します。地上波の伝搬とLOSの伝搬はここで行われます。

電離層

これは地球の大気の上層であり、イオン化が認められます。太陽から放射されるエネルギーは、この領域を加熱するだけでなく、正イオンと負イオンを生成します。太陽は常に紫外線を放射し、気圧が低いため、この層は粒子のイオン化を促進します。

電離層の重要性

電離層層は、次の理由により、波動伝搬のフェーズで非常に重要な考慮事項です。

• 電離層の下の層は、空気粒子の量が多く、UV放射が少ないです。このため、より多くの衝突が発生し、粒子のイオン化は最小限に抑えられ、一定ではありません。

• 電離層の上の層は空気粒子の量が非常に少なく、イオン化の密度も非常に低いです。したがって、イオン化は適切ではありません。

• 電離層は、紫外線の組成が良好で、平均空気密度がイオン化に影響を与えません。したがって、この層はスカイウェーブの伝播に最も影響を与えます。

電離層には、さまざまな圧力のさまざまなガスがあります。さまざまなイオン化剤がさまざまな高さでこれらをイオン化します。さまざまなレベルのイオン化が各レベルで行われ、ガスが異なるため、電離層にはさまざまな特性を持ついくつかの層が形成されます。

電離層の層は次の図から調べることができます。

層の数、高さ、曲げることができるスカイウェーブの量は、日ごと、月ごと、年ごとに異なります。そのような各層には周波数があり、それを超えると波が垂直に上向きに送られると、波は層を貫通します。

これらのレイヤーの機能は、1日の時間、つまり昼間と夜間に依存します。日中はE、F1、F2の3つの主要なレイヤーがあります。E層の下にあるD層と呼ばれる別の層があります。この層は対流圏から50〜90km上にあります。

次の図は、地球の大気中の昼間と夜間の両方に存在する層を示しています。

このD層は、HF波の日中の減衰を担っています。夜間には、このD層はほとんど消え、F1層とF2層が結合してF層を形成します。したがって、2つしかありませんlayers E and F に存在する night time。

波の伝播の過程で、私たちが頻繁に出くわす用語はほとんどありません。これらの用語について1つずつ説明しましょう。

仮想高さ

波が屈折すると、波は徐々に下に曲がりますが、急激には曲がりません。ただし、この層のより高い位置にある表面から反射された場合、入射波と反射波の経路は同じです。このような高い高さは、仮想高さと呼ばれます。

図は明確に区別します virtual height （波の高さ、反射されるはずです）と actual height（屈折した高さ）。仮想の高さがわかっている場合は、入射角を見つけることができます。

臨界周波数

層の臨界周波数は、送信機によってビームされた後、その層によって地球に戻され、真っ直ぐ上空に戻る最高周波数を決定します。

イオン化密度の速度は、層を通して都合よく変化すると、波は下向きに曲がります。曲がって最小の減衰で受信局に到達する最大周波数は、次のように呼ぶことができます。critical frequency。これはによって示されますf_c。

マルチパス

30 MHzを超える周波数では、スカイウェーブ伝搬が存在します。信号マルチパスは、スカイウェーブを通過する電磁波の伝搬に共通の問題です。電離層で反射する波は、hop または skip。信号は電離層と地表から何度も前後に移動する可能性があるため、信号には多数のホップが存在する可能性があります。このような信号の動きは、次のように呼ぶことができます。multipath。

上の図は、マルチパス伝搬の例を示しています。マルチパス伝搬は、信号が宛先に到達するために移動する複数のパスを表す用語です。これらのパスには、いくつかのホップが含まれています。パスは、反射、屈折、さらには回折の結果である可能性があります。最後に、このような異なるパスからの信号が受信機に到達すると、伝搬遅延、追加のノイズ、位相差などが発生し、受信出力の品質が低下します。

フェージング

信号の品質の低下は、次のように言うことができます。 fading。これは、マルチパスによる大気の影響または反射が原因で発生します。

フェージングとは、時間/距離に対する信号強度の変化を指します。ワイヤレス伝送で広く普及しています。ワイヤレス環境でのフェージングの最も一般的な原因は、マルチパス伝搬と（オブジェクトおよび通信デバイスの）モビリティです。

スキップ距離

電離層から反射された信号が最小のホップまたはスキップで受信機に到達できる、送信機から受信機までの地球の表面上の測定可能な距離は、次のように知られています。 skip distance。

最大使用可能周波数（MUF）

ザ・ Maximum Usable Frequency (MUF)は、送信機の電力に関係なく、送信機によって配信される最高周波数です。電離層から受信機に反射される最高周波数は、critical frequency, fc。

$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$

最適動作周波数（OWF）

主に特定の送信に使用されており、特定の期間、パス上で使用されると予測されている周波数は、次のように呼ばれます。 Optimum Working Frequency (OWF)。

符号間干渉

Inter symbol interference（ISI）は、通信システムでより一般的に発生します。これが信号マルチパスの主な理由でもあります。信号が異なる伝搬経路を介して受信ステーションに到着すると、信号は互いに打ち消し合います。これは、次の現象として知られています。signal fading。ここで、信号はベクトル的に相殺されることを覚えておく必要があります。

表皮深さ

電磁波は水中伝搬には適していません。ただし、伝播の頻度を非常に低くすれば、水中で伝播することができます。水中での電磁波の減衰は、表皮深さで表されます。Skin depth信号が1 / eだけ減衰する距離として定義されます。これは、EM波が浸透できる深さの尺度です。表皮深さは次のように表されます。δ （デルタ）。

ダクトの伝播

対流圏から約50メートルの高さで、現象が存在します。気温は高さとともに上昇します。対流圏のこの領域では、より高い周波数またはマイクロ波周波数は、電離層に発射するのではなく、反射して地球の大気に戻る傾向があります。これらの波は、1000kmの距離までさえ地球の曲率の周りを伝播します。

この屈折は、対流圏のこの領域で継続します。これは、Super refraction または Duct propagation。

上の画像はのプロセスを示しています Duct Propagation。ダクト形成の主な要件は、温度の逆転です。気温の低下ではなく、高さによる気温の上昇は、気温の逆転現象として知られています。

波動伝搬で遭遇する重要なパラメータについて説明しました。より高い周波数の波は、この波動伝搬技術を使用して送受信されます。