□ H14年04月期 B-05  Code:[HI0603] : 短波帯で生じる干渉もしくは偏波面の回転を伴うフェージングの発生原理
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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
H1404B05 Counter
無線工学 > 1アマ > H14年04月期 > B-05
B-05 次の記述は、電離層伝搬におけるフェージングについて述べたものである。[ ]内に入れるべき字句を下の番号から選べ。
(1) 送信点から放射された電波が二つ以上の異なった伝搬通路を通って受信点に到来すると、電波は[ア]に応じた位相差を持って合成されるから、その位相差が時間の経過とともに変動すると、受信[イ]も変動する。このようなフェージングを[ウ]フェージングという。
(2) また、電離層から反射してくる電波は一般に[エ]になっており、時々刻々変化するが、受信アンテナは普通、水平又は垂直導体で構成されていることから、[オ]フェージングが生じる。
干渉性 周波数 通路差 だ円偏波 直線偏波
吸収性 伝搬損失 選択性 偏波性 10 電界

 フェージングの現象と発生原因の問題は良く出ます。ここでは、基本的な干渉性フェージングと、電離層伝搬に特徴的な(偏波面が回転する)偏波性フェージングについて考えます。

[1]磁界中のプラズマに電波を入射すると偏波面が回転する

 まずはじめに、偏波面の回転について、その現象を説明しておきます。
 電離層は(低密度)プラズマの一種です。地球には、太陽から紫外線やそれより波長の短い(=エネルギーの大きな)光が降り注いでいます。この光が、大気を構成する酸素や窒素に当たると、電子(大概は最外殻電子)をたたき出します。つまり、窒素や酸素の原子がイオンに変化(電離)し、自由電子とイオンからなる「プラズマ」状態となります。
 ここから先はプラズマ物理になってしまうので、私も原理からの説明はできませんので、現象だけ書きます。

Fig.HI0603_a 偏波面回転とフェージング
Fig.HI0603_a
偏波面回転とフェージング
 プラズマを磁界中に置き、直線偏波の電磁波を入射すると、その相互作用距離(プラズマの中を通っている距離)やプラズマの密度、磁界の強さ・向きといった要素によって、回転偏波(楕円偏波)となって出てきます
 電離層プラズマの場合は、磁界は地球の磁場によるものです。
 最初に入射した電波の振動方向をx軸とすると、それと直角なy成分も含まれて出てくる、ということです。x軸が水平方向ならy軸は垂直ですから、垂直成分の電界が含まれることになり、受信側が垂直系のアンテナでも受信できることになります。
 この回転の度合いが、時間的に変化すると、受信アンテナに発生する起電力も変化しますから、フェージングとなって観測されます

[2]干渉性・選択性フェージングの起こる理由

  • 干渉性フェージング
     干渉性フェージングは、送信点から受信点に至る伝搬経路が複数あり、その経路の間で、経路長の差が変動する時に起こります。
     経路が2本の例(Fig.HI0603_a上)で説明すると、両者の経路差が波長λの整数倍である場合、位相が合いますので、信号は強く受信されますが、λ/2の奇数倍の時は位相が逆になるので、弱く受信されることになります。移動体でどちらかor両方が動きながら通信する場合、あるいは固定局同士でも反射体等が動いている場合、経路長の差は常に変動するので、このフェージングを受けます。
  • 選択性フェージング
     伝搬経路に、周波数選択性を持った媒質がある場合、必要な周波数帯幅のうち減衰してしまう帯域や減衰量が時間と共に変動するために起こるフェージングです。
     例えば、AM(A3E)で通信している場合、上側波帯の一部が選択的に減衰を受けたとします(Fig.HI0603_b下)。こういう信号を受信すると、電界強度の変動はもちろんですが、音声なら歪が増加し、明瞭度が下がります。
Fig.HI0603_b フェージング 干渉性・選択性・偏波性
Fig.HI0603_b フェージング
干渉性・選択性・偏波性
  • 偏波性フェージング
     上記のように、楕円の長軸が時間と共に回転(Fig.HI0603_b中)するので、フェージングとなります。

それでは、解答に移ります。
 …電波は3通路差に応じた位相差を持って合成されます
 …位相差が時間とともに変動すると、受信10電界が変動します
 …経路差=位相差の変動で起こるのは1干渉性フェージングです
 …直線偏波が電離層に反射されると、4だ円偏波になっています
 …楕円の長軸が回転することで生じるのは9偏波性フェージングです
となります。