1-1 電波とは何か

高周波電流を導体（アンテナ）に流すと，電界と磁界が互いに直角に交わりながら空間に広がります。これを電磁波といいます。

電磁波のうち，周波数 3×10⁶ MHz（3 THz）以下のものを電波と呼びます（電波法で規定）。

波長の公式

光速 c = 3×10⁸ m/s，周波数 f [Hz] とすると波長 λ [m] は：

偏波

電界面と大地の関係で電波の向きが決まります。

• 垂直偏波：電界面が大地に対して垂直（多くの携帯・FM放送）
• 水平偏波：電界面が大地に対して水平（テレビジョンなど）

1-2 電波の分類と伝搬

1-3 アンテナ

半波長アンテナ（ダイポールアンテナ）

全長が電波の波長 λ の 1/2 のアンテナ。中央から高周波電力を供給する。他のアンテナの特性比較の基準として使われる。

Rr：放射抵抗 [Ω]，Im：給電点電流の最大値 [A]。半波長アンテナの放射抵抗は約 73 Ω。

アンテナ利得

半波長アンテナを基準（P₀）として，任意のアンテナの入力電力 P との比をデシベルで表したもの。

※ 八木・宇田アンテナは 2〜6 dB 程度。利得 G 倍のアンテナを使うと，同距離での受信電力が G 倍になる。

給電線

アンテナと送受信装置をつなぐ線路。特性インピーダンスがアンテナのインピーダンスと異なると反射が起き，効率が落ちる（インピーダンス整合が必要）。

• 平行二線形給電線：Z₀ = 276 log₁₀(2d/D) [Ω]
• 同軸ケーブル：Z₀ = (138/√εr) log₁₀(D₂/D₁) [Ω]，テレビ受信は 75 Ω が標準
• 導波管：マイクロ波（パラボラアンテナなど）に使用，中空金属管

2-1 無線局の種類

電波を利用する無線通信設備の全体を無線局という。

2-2 移動通信（携帯電話）

携帯電話は移動局の一種。使用周波数は 2 GHz帯・3.5 GHz帯・28 GHz帯など。

多元接続（OFDMA）

一つの基地局が多数の端末と同時に通信するため，周波数と時間を分割して割り当てる技術。

2-3 マイクロ波通信

一般に 3 GHz 以上の短波長電波。光に似た伝搬特性（直進性が強い）。伝送帯域が広く多重化に適する。

• マグネトロン：強磁界中の電子運動を利用して大電力のマイクロ波を発生
• 進行波管（TWT）：電子ビームのエネルギーでマイクロ波を増幅
• 導波管：中空の金属管。マイクロ波を伝送する給電線

2-4 衛星通信・衛星放送・GPS

静止衛星

赤道上空 約 36000 km の円軌道を地球の自転と同じ周期で回る人工衛星。地上から静止して見える。3 基で地球上の大部分をカバーできる。

衛星放送の仕組み

• アップリンク：地球局→放送衛星 へ電波を送る
• ダウンリンク：放送衛星→受信アンテナ（パラボラ）へ電波を送る

GPS（全地球測位システム）

6 つの軌道を各 4 基（計 24 基以上）の GPS 衛星が周回。地球上のどこからでも 4 基以上と通信可能。複数衛星からの電波で距離を計算し，緯度・経度・高度を 数 m〜十数 m の精度で測位。

3-1 電波の型式

電波の型式は「変調・信号・情報」の順に記号で表す。

周波数の許容偏差（例）

例）FM 放送局 80 MHz の許容偏差：±80×10⁶ × 0.002×10⁻² = ±1.6 kHz

3-2 変調方式

AM（振幅変調）

搬送波の振幅を信号波に応じて変化させる。

Vsm：信号波振幅，Vcm：搬送波振幅。m=1 で 100% 変調，m>1 で過変調（ひずみ）。

FM（周波数変調）

搬送波の周波数を信号波の振幅に比例して変化させる。

Δf：最大周波数偏移，fs：信号波の周波数。FM は振幅一定のため雑音に強い。

3-3 AM 送信機の構成

3-4 FM 送信機の特有回路

• IDC（瞬時周波数偏移制御）回路：過大信号による周波数偏移を許容値内に抑える
• プレエンファシス回路：高周波成分の信号を強調し，SN 比を改善（受信側はデエンファシスで戻す）

4-1 スーパヘテロダイン受信機

現在の無線受信機の主流。受信周波数をいったん中間周波数（IF）に変換してから検波する方式。

fl：局部発振周波数，fr：受信周波数。放送波受信機では fl = fr + fi（局部発振は常に受信周波数より fi だけ高い）。

4-2 影像妨害（イメージ妨害）

スーパヘテロダイン受信機では，受信周波数 fr から見て局部発振周波数 fl の反対側にある周波数 fu からも同じ中間周波数が生成される（影像妨害）。

4-3 中間周波増幅回路と AGC

中間周波増幅回路では単同調増幅器を使う。

受信電波が強いときは利得を下げ，弱いときは上げて出力をほぼ一定に保つ回路を自動利得制御（AGC）回路という。

4-4 無線受信機の性能

① 感度

どの程度弱い電波を受信できるかを表す。SN 比 30 dB のとき，50 mW の出力を得るのに必要な入力電圧で表すことが多い。

S：信号電力 [W]，N：雑音電力 [W]

② 選択度

希望波と不要波を分離する能力。高周波・中間周波増幅回路の周波数共振特性で決まる。

③ 忠実度・安定度

• 忠実度（fidelity）：低周波信号をひずみ少なく再現できるか
• 安定度（stability）：電源変動・温度変化・振動に対する性能の安定さ

4-5 FM 受信機の特有回路

FM 受信機の中間周波数は 10.7 MHz（AM は 455 kHz）。

重要用語フラッシュカード

カードをクリックすると定義が表示されます。

重要公式まとめ

総合演習クイズ

学習のまとめ

1. 電波は電磁波のうち周波数 3×10⁶ MHz 以下のもの。波長 λ = c/f で求まる。
2. 電波の周波数帯によって伝搬特性が異なり，短波（HF）は電離層反射で遠距離通信に使われる。
3. 半波長アンテナは全長 λ/2，実効長 λ/π，放射抵抗約 73 Ω。
4. アンテナ利得は半波長アンテナを基準に dB で表す。G = 10 log₁₀(P₀/P)。
5. 携帯電話の多元接続方式は OFDMA（直交周波数分割多元接続）。
6. 静止衛星は赤道上空約 36000 km。3 基で地球上の大部分をカバー。GPS は 4 基以上で測位。
7. AM 変調度 m = Vsm/Vcm，FM 変調指数 mf = Δf/fs。
8. スーパヘテロダイン受信機の中間周波数：AM 放送 455 kHz，FM 放送 10.7 MHz。
9. 影像周波数 fu = 2fl − fr で求まる。同調回路の共振を鋭くして防ぐ。
10. SN 比 = 10 log₁₀(S/N) [dB]。感度・選択度・忠実度・安定度が受信機の主な性能指標。