| □ H14年08月期 A-19 Code:[HH0901] : 半波長ダイポールの元々の長さを調整して、リアクタンス分をゼロにする原理 |
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半波長ダイポールアンテナの給電点のインピーダンスＺは、一般に次式で表される。 Ｚ≒ 73.1 + j42.5 [Ω] このアンテナの長さを半波長よりやや［Ａ］すると、アンテナエレメント自体のインピーダンスがやや［Ｂ］となり、42.5 [Ω]のリアクタンス分を打ち消して、給電点のインピーダンスは［Ｃ］とすることができる。このように、アンテナの長さを半波長から少しだけ調節する割合を、アンテナの［Ｄ］という。 | |||||||||||||||||||||||||||||||
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半波長ダイポールアンテナを作る時、エレメント長を正確な半波長よりも少し短く作ります。それはなぜなのかを教えてくれる問題です（以下、給電点は常に中央にあるものとします）。［１］アンテナのインピーダンスはエレメントの長さで変化する半波長ダイポールアンテナは、構造が簡単で、動作時の電流分布も理論的に出せるため、エレメント長を変化させた時にそのインピーダンスがどう変化するかも解析されています。一般に、アンテナのインピーダンスＺは、電波放射に関わる（＝電磁波として空間に放射される抵抗の）実数分Ｒ [Ω]と、関わらない虚数部分（＝反射波として送信機に戻る）リアクタンス分Ｘ [Ω]により、 Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ …(1) と表現できます。何か特別な意図がない限り、アンテナを調整する際にエレメント長を調整するか、アンテナに取りつけたスタブなどの整合回路でＸをゼロに打消して、抵抗分のみになるように整合を取ります。 ［２］半波長ダイポールアンテナのエレメント長とインピーダンス半波長ダイポールアンテナでは、エレメント長を調整して整合を取るのが普通です。では、エレメント長をどのようにしたら、整合が取れるのでしょうか？ | |
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Fig.HH0901_aがエレメント長ＬによるインピーダンスＺの変化を示しています。ここから、この図に沿って説明します。 (1) λ/2より長い L3＞λ/2 Ｘ＞０となります。このような状態を、Ｚが「誘導性(Inductive)」であるといいます。 (2) λ/2より(かなり)短い L1＜λ/2 Ｘ＜０となります。このような状態を、Ｚが「容量性(Capacitive)」であるといいます。 |
 Fig.HH0901_a エレメント長に対するＸ,Ｒの変化 |
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(3) λ/2に等しい L0=λ/2 この時もまだＸ＞０であり、誘導性です。この時のＺは、 Ｚ≒ 73.1 + j42.5 [Ω] …(2) と表されます。 (4) λ/2より少し短い L2=kλ/2 Fig.HH0901_aの右のグラフを見ると、Ｘ＝０となるようなｋはほぼ0.95程度で、このｋを短縮率といいます。 このグラフから読めるのは、エレメント長を変化させると、Ｒ分はあまり大きく変化しないのに対して、Ｘ分は大きく変化することです。もし、Ｒ分も大きく変化してしまったら、整合は取りづらいですが、このような性質があるために、実際のアンテナ調整では両側のエレメントを少しづつカットして行くだけで、Ｒ分はあまり変化させず、Ｘ成分だけを都合よく０にできるのです。 それでは、解答に移ります。問題文に上で解説した内容で用語を入れて行くと… アンテナの長さを半波長よりやや［Ａ短く］すると、アンテナエレメント自体のインピーダンスがやや［Ｂ容量性］となり、42.5 [Ω]のリアクタンス分を打ち消して、給電点のインピーダンスは［Ｃ純抵抗］とすることができる。このように、アンテナの長さを半波長から少しだけ調節する割合を、アンテナの［Ｄ短縮率］という。 となりますから、正解は５と分かります。 | |
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