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定在波型アンテナについて。 ダイポールなどの定在波アンテナは、入射波と反射...

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ID非公開さん

2018/2/1122:13:55

定在波型アンテナについて。

ダイポールなどの定在波アンテナは、入射波と反射波で定在波をつくる(共振させる)んですよね。
ということは
共振してるとき、給電線(伝送線路)上にも定在波が

のっているのでしょうか?
下記と似たような疑問です。
https://m.chiebukuro.yahoo.co.jp/detail/q1233009477

伝送線路ではあれだけインピーダンス合わせて反射の無いように、定在波が立たないようにしているのに
アンテナ自体は先端で反射させちゃうんですね。。。
それって伝送線路側に戻っていかないんですか。。。
という疑問でモヤモヤしていまして
私なりに以下の解釈をしました。
とんでもない理解であれば
解説をお願いします!


⭐️定在波はのっていない。
定在波がおきる=反射がある=インピーダンス不整合があるということ。
例えば先端を開放した並行2線では
伝送線路(50Ω)と空間(120πΩ)でインピーダンス不整合がおき(=開放だから電流ゼロ)、反射し、定在波ができる。
アンテナ給電部で50Ωに合わせているのは空間インピーダンスこみの話で、アンテナは50Ω➡︎120πΩのインピーダンス変換器と見ることができる。
ダイポールを例にとると
ダイポールの先端で反射がおきて定在波が立っているわけではなく
素子を半波長にした結果、素子上の分布を見ると定在波がたっているような分布になるというだけ。

以上、よろしくお願いします。

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equ********さん

2018/2/1212:57:05

以下のように考えてはいかがでしょうか。

・定在波アンテナでは、電波を発射させるために、あえて共振状態で
定在波を発生させる。

・共振状態では、インピーダンスは抵抗分のみになる。

・給電線はそのインピーダンスに合わせることで、給電線には
定在波は発生しない。
→給電線に定在波が発生すると給電線から電波がでてしまう・・・

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tpt********さん

2018/2/1711:29:57

高周波信号の波長の1/4の長さの伝送線路はインピーダンスを変換する性質を持ちます。
Z1をZ2のインピーダンスに変換するには√(Z1×Z2)=Zcのインピーダンスで1/4波長の伝送線路を挿入します。
Z1とZcの界面、Z2とZcの界面で反射が発生するので定在波が発生します。
この定在波の振幅はZ1とZ2のインピーダンスに整合するように発生します。
アンテナも伝送線路としてのインピーダンスを持つのでインピーダンス変換をしていると考えられます。

こちらの資料も参考になるでしょう。
http://www.daiichi-koudai.ac.jp/images/material/52/files/2016/Resea...

sol********さん

2018/2/1701:07:00

ID非公開さん、こんばんは。

8383SupportCenterです。

(毎度の)長文なので飽きてしまったらごめんなさい


まず、理想的なダイポールアンテナを考えます。この理想ダイポールの給電点インピーダンスは73.13+j42.54Ωです。
この理想ダイポールに想像上の給電線と送信機を接続します。この想像給電線と送信機のインピーダンスは73.13+j42.54Ωとします。
短縮率97%として73Ωに整合しよう、は不要ですね。完全に整合がとれます。
(理想ダイポールと想像給電線・送信機セットだから)

さて、今度はダイポールの片側だけ考えることにします。想像給電線を伝わってきた高周波電流は給電点からエレメントになだれ込みます。
そしてエレメント末端にたどり着くと行き場を失った電流さんたちは引き返し、給電点から殺到する電流とすれ違います。
ここで「定在波」が作り出されます。
方眼紙に波の反射を書いていただければわかりますが、先端開放の1/4波長エレメントには正弦的な定在波電流が分布します。
その定在波の振幅を見ればエレメント端は常に振幅0ですし、"給電点は0~2倍の振幅"です。

・・・んー・・・給電点の振幅は0~2倍・・・なにっ!2倍だと!?
想像送信機から1の大きさの電流を入れて給電点で2倍になる。これはおかしい。
それはエレメントからの輻射を考えていないからです。輻射があるため2倍にはなれず、常に1倍です。

エレメントには給電点から末端に向かう進行波と引き返す反射波があり、これが定在波を作りますが進むときに輻射により減衰、引き返すときにも輻射で減衰し、給電点の電流はイコール供給電流となるのであります。

*****
続けて空間インピーダンスとダイポール(アンテナ)のインピーダンスについても考察しましょう。

障害物のない場所でアンテナインピーダンスを測ります。ダイポールなら73.13+j42.54です。
ではそのダイポールを発泡ウレタンフォームで覆いつくします。73Ωからずれることでしょう(具体的な数値は考えちゃダメ)。
つぎにドロドロに溶かしたゴムの中に入れて測りましょう。73Ωではありませんね、きっと。
では水の中に入れたらどうなるでしょうか。そしてドロドロに溶けた金属の中に入れて測ります。金属に入れたらショートしますから0Ωです。水中も0Ωかもしれません。

これらの(想像上の)測定から「周囲の影響でインピーダンスなどは変化自在」と考えることができます。

ということは
120πΩな空間で測った理想的なダイポール(しかも共振してGood状態)のインピーダンスは73.13+j42.54である
のであり、「そこで測ったから73なの」と考える方がよろしいかと。

アンテナのインピーダンスは空間インピーダンスとの「変換器」と考えるとメンドーなので
「120πで測ったら73Ω、xyzでモールドしてるからXXΩなの。金属に埋め込んだから0Ωなのよ」
とした方がすっきり感が+6dB。

例外ですか・・・。電磁ホーンアンテナ(アンテナの本には登場します)あたりは疑惑ですね。空間に向けて徐々に広げる・・・。

しかし電磁ホーンは「導波管」で給電します。導波管は同軸ケーブルとは違い、「管の中を電波が伝搬している」のであります。
四方を金属の壁に包まれた中を進む電波はホーンによって徐々に空間に広げられていきます。
特殊な空間から自由な空間にマッチングを取るためにホーンで広げます。

とても長くなりました。すんません。

cra********さん

2018/2/1212:06:42

伝送路と共振回路であるアンテナがごちゃまぜになってるんだよな。

nan********さん

2018/2/1210:13:50

私も実は同じ様な漠然とした疑問、モヤモヤがあります。 なので下記は漠然とした私の解釈です。

>共振してるとき、給電線(伝送線路)上にも定在波がのっているのでしょうか?

給電点インピーダンスと給電線の特性インピーダンスが一致していれば給電線上には定在波は乗りません。

アンテナエレメント上では、確かに先端で反射です。エレメント自体が無いんですからそれ以上電流が流れようが有りません。 で、エレメント上の定在波比はあまり論じられたのを聞いた事が無いですが、いわばSWR無限大と漠然と思っています。 でもその定在波の電流と電圧の関係からエレメント上の各ポイントのインピーダンスが計算はできます。 そしてλ/2のダイポールアンテナのセンターのポイントでのインピーダンスの計算値は73+jXです。(Xの値は忘れました)

ここで給電線が共役の73ーjXの特性インピーダンスを持っていれば、そこでは給電線から見て反射点にはなりません、そんな特性インピーダンスの、或は給電線端のインピーダンス値を得るのは一般的でないので、普通はエレメント長を調節してエレメントセンターの給電点インピーダンス値が73+j0となる様にします。 それが所謂、共振という事である、との解釈です。

>・・・に合わせているのは空間インピーダンスこみの話で、・・・インピーダンス変換器と・・。

空間インピーダンスと給電点インピーダンスとの関係ですが、ここはかなり難しい概念となりますが、「はい、アンテナは50(73)Ω➡︎120πΩのインピーダンス変換器と見ることができる」という解釈も出来る気がします(再度ですが漠然とですが)。

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2018/2/1123:22:49

■前置き
たとえば、先端部分Rl終端の長さlの特性Z0の平行線があるとします。
そのインピーダンスZinは、

Zin=(cos(kl)*Rl+Z0*j*sin(kl))/(j*sin(kl)*Rl/Z0+cos(kl))
k=2π/λ
l=λ/4とすれば、
Zin=(Z0*j)/(j*Rl/Z0)=Z0^2/Rl



https://ja.wikipedia.org/wiki/ダイポールアンテナ
から、
ーーーー
2本の導線の内角を180°にすると入力インピーダンスが約73Ωとなる。内角を120°にすると入力インピーダンスがほぼ50Ωとなり、50Ω系の同軸ケーブルで直接給電が可能となる。このとき、アンテナの形がアルファベットのVの字に見えることから、V型ダイポールアンテナと呼ばれる。アマチュア無線家の間で俗称バンザイアンテナと呼ばれることもある。これの天地を逆にしたものをインバーテッドVアンテナ(略してIVアンテナ)または逆Vアンテナと言う。
ーーーー

■前置き
たとえば、先端部分Rl終端の長さlの特性Z0の平行線があるとします。
そのインピーダンスZinは、...

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