2001年8月9日
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二陸技

平成12年1月

A-1 次の記述は、平面波の伝搬エネルギーについて述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、□内の同じ記号は、同じ字句を示す。
(1) 単位時間に単位面積を通過する電磁エネルギーを□Aといい、電界の実効値をE[V/m]、磁界の実効値をH[A/m]、自由空間の特性インピーダンスZ0[Ω]及び自由空間における□Aをpとすれば、pは次式で表される。
 p=EH=E2/Z0=□B
(2) 電界及び磁界のベクトルをそれぞれE[V/m]、H[A/m]とすれば、両ベクトルの外積は、電界及び磁界のベクトルに直角なベクトルPとなる。これを□Cベクトルといい、次式で表される。
 P=E×H[W/m2]
ABC
1電力密度E2/60πヘルツ
2電磁界強度H2/60πヘルツ
3電磁界強度E2/60πヘルツ
4電磁界強度H2/120πポインチング
5電力密度E2/120πポインチング

 この問題は知らないと解けません。

ポインチング電力(覚えているとうれしい)
ポインチング電力
 W[W/m2](ポインチング電力) E [V/m](電界)
 私は未だにボインチング電力ってのが何者か知りませんが、まあこの式だけはなんとなく覚えておいてください。

 まず無線の試験でベクトルと言ったら、ポイチングベクトルしかないです。よって□Cはポインチングです。
 また、強度と言ったら電界強度しかないです。したがって電磁界強度というのはないので□Aは電力密度です。
 ちなみに、上の式の120πという数字がどこから出てくるかを考えると大学の電気科程度の勉強が必要になるので深く考えずに、E2/120πを暗記するのがよいでしょう。
 答えは5です。解説になってませんね・・・

A-2 次の記述は、フリスの伝送公式について述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、□内の同じ記号は、同じ字句を示す。
A-2の問題 (1) 図に示すように、入力電力がPt[W]の無指向性で損失が無い送信アンテナから半径d[m]の球面上における電磁界の電力密度は、Pt/(4πd2)である。したがって、絶対利得がGtの送信アンテナに同じ電力を供給したとき、送信アンテナから半径d[m]の球面上でアンテナの最大指向方向の点における電力密度は次式となる。
 p=□A [W/m2]
(2) この送信アンテナの実効面積をAt[m2]とすれば、上式は次式となる。
 p=□B [W/m2]
(3) この電波を実効面積Ar[m2]のアンテナで受信したとき、アンテナから取り出すことのできる最大電力Prは、次式となる。
 Pr=□C×Pt [W]
ABC
1GtPt/4πdAtPt/λdAtAr/λd
2GtPt/4πdAtPt/λdAtAr2d2
3GtPt/4πd2AtPt/λdAtAr2d2
4GtPt/4πd2AtPt2d2AtAr2d2
5GtPt/4πd2AtPt2d2AtAr/λd

 何も知らなくても2択にまでは持ち込めます。
 □Bの答えの単位は[W/m2]、そしてこの電波を実効面積Ar[m2]のアンテナで受信したとき□Cとなると書いてあり、□Cの答えの単位は[W]です。故に□Bに[m2]をかけると□Cの答えになります。[m2]は面積です。この問題に出てくる面積と言ったら実効面積しかないです。したがって□Bに実効面積((3)の問題文に出てくる実効面積はArです)をかけたものが□Cの答えとなります。
 □Bと□Cを見ると、□BにArのみがかけてある選択肢は、1と4しかありません。あとは運です。
 しかし、利得Gの扱い方だけは知っておいた方がいいです。利得Gは、真数計算の時は電力にかけ算しますです。対数計算(dBに換算しているとき)は電力に足し算します。今回は真数計算なので電力にかけます。したがって、□AはPt/(4πd2)にかければいいので、答えはPtGt/(4πd2)です。
 以上のようにも解けるのですが、この手の問題はよく出ますので原理?を覚えるとうれしいです。まず下の公式は覚えてください。

マイクロアンテナの受信点の電力密度(重要)
マイクロアンテナの受信点の電力密度
 W0[W/m2](電力密度) Pt[W](送信電力) Gt[単位なし](送信アンテナの絶対利得) d[m](送信アンテナからの距離)

アンテナの実効面積などなど(重要)
アンテナの実効面積などなど
 e[m2](アンテナの実効面積) A [m2](アンテナの面積) λ [m](波長) G [単位なし](利得) η[単位なし](開口効率)

フリスの伝達公式の使い方(重要)
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像1
 まず上の図のような構成を考えます。アンテナ(利得なし)から送信電力Ptで電波を出すと距離dの位置での電力密度W[W/m2]はPt/4πd 2です。
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像2
 次に、アンテナに利得がGtあったとします。すると距離dの位置での電力密度W[W/m2]はPtGt/4πd 2です。
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像3
 利得がGtではなくて、実効面積Atが与えられた場合は、まずAe2G/4πを思い出します。これをG=の式になおすと、G=4πAe2。これをPtGt/4πd 2のGtに代入すると、電力密度W[W/m2]はAtPt2d 2です。
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像4
 今度は送信アンテナの利得がGt、受信アンテナの実効面積がArだったとします。Pr(受信電力)[W]=W(電力密度)[W/m2]×Ar(実効面積)[m2]です。W[W/m2]はPtGt/4πd 2なので、Pr(受信電力)[W]=PtGtAr/4πd 2です。
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像5
 それでは、送信アンテナの利得がGt、受信アンテナの利得がGrだったとすると、Pr(受信電力)[W]=PtGtAr/4πd 2のArλ2G/4πを代入するだけです。結果、Pr(受信電力)[W]=λ2PtGtGr/(4πd)2となります。この式はよく見ます。
フリスの伝達公式を使った問題の解説画像6
 ときどき、上の図のように受信アンテナと送信アンテナを共用して利得を計算したりする問題が出ます。この場合は、送信利得、受信利得が共にG、距離を2dとして上の式にいれればいいので、Pr(受信電力)[W]=λ2PtG2/(4π(2d))2=λ2PtG2/(8πd)2となります。利得が知りたかったら、この式をG=になおせばよいです。
 この程度のことは出来るようにしておくとよいでしょう。

A-3 次の記述は、アンテナの利得について述べたものである。このうち誤っているものを下の番号から選べ。
1 等方性アンテナの完全半波長アンテナに対する相対利得は、約1.64[dB]である。
2 完全半波長アンテナの絶対利得は、約2.15[dB]である。
3 損失のないアンテナの指向性利得は、そのアンテナの絶対利得に等しい。
4 完全半波長アンテナの指向性利得は、2.15[dB]である。
5 等方性アンテナの指向性利得は、0[dB]である。

 知らないと分からない問題です。
 絶対利得とは等方性アンテナを基準とした任意のアンテナの利得です。
 相対利得とは半波長ダイポールアンテナを基準とした任意のアンテナの利得です。
 半波長ダイポールアンテナの絶対利得は1.64(2.15[dB])です。当たり前ですけど、半波長ダイポールアンテナの相対利得は0[dB]です。
 指向性利得とはあるアンテナから電波が全方向へ均等に放射されたとしたときの放射強度に対する特定方向への放射強度の比です。
 指向性利得×アンテナ効率(<1)=絶対利得
利得の相互関係

利得の相互関係の例
相対利得絶対利得指向性利得
半波長ダイポールアンテナ0[dB]2.15[dB]2.15[dB]
等方性アンテナ-2.15[dB]0[dB]0[dB]
アンテナ効率が0.8で相対利得が10[dB]のアンテナ10[dB]12.15[dB]13.1[dB]

 完全半波長アンテナと半波長ダイポールアンテナは同じだと思います。
 まず、1ですが表から分かる通り等方性アンテナの相対利得は-2.15[dB]です。したがって答えは1です。次に2の完全半波長アンテナの絶対利得は表の通り2.15[dB]です。3は、指向性利得×アンテナ効率=絶対利得なので損失がないということは効率が100%なので、指向性利得×100%=絶対利得なので、指向性利得=絶対利得です。4は表の通りです。等方性アンテナの絶対利得は0[dB]、アンテナ効率は100%であるので指向性利得は0[dB]です。

A-4の問題 A-4 図に示す長さが半波長程度のダイポールアンテナの給電素子abからみたインピーダンスZabが次式で与えられるとき、Zabを純抵抗とするためのアンテナ素子の短縮率の値として、最も近いものを下の番号から選べ。ただし、素子を短縮する割合をδとし、ダイポールアンテナの特性インピーダンスZ0は純抵抗で420[Ω]とする。
 Zab≒73.1+j42.6-jZ0πδ
1 1.6[%] 2 2.3[%] 3 3.2[%] 4 4.8[%] 5 5.5[%]

 式が与えられている場合、式に問題で与えられた値を入れれば解けます。またこの問題は短縮率と言う言葉を知らなくても、純抵抗と意味を知っていれば解けます。
 Zabが純抵抗になるということは、リアクタンス成分(jがついている項)がないということです。ということで、j42.6-jZ0πδが0になれば良いということです。Z0は問題文に420と与えられているので、j42.6-j420πδ=0として、δを求めればよいです。答えは0.032で3.2%です。

短縮率
 半波長ダイポールアンテナはZ≒73.1+j42.6のように放射抵抗以外に放射リアクタンスを持ちます。このリアクタンス成分があると、給電する場合に整合回路が複雑になります(純抵抗だけだったら抵抗だけ考えて整合とればいいですけど、リアクタンスが入っていると抵抗とリアクタンスの両方を考えて整合を取らないとダメなのでめんどくさそうです)。
 アンテナを少し短くすると放射リアクタンスが零になる点が存在します。この短くする割合を短縮率といいます。
 なんで短くすると放射リアクタンスが零になるかは、難しい本を読んでください。

A-5 特性インピーダンスが50[Ω]、長さが1/4λの無損失給電線の出力端に25[Ω]の純抵抗負荷を接続したとき、入力端から見た給電線のインピーダンスの大きさの値として、正しいものを下の番号から選べ。ただし、特性インピーダンスがZ0[Ω]の給電線の出力端にインピーダンスZr[Ω]の負荷を接続したとき、出力端からl[m]の点において負荷側を見たインピーダンスZ[Ω]は、位相定数をβとすれば次式となる。
 Z=Z0(Zr+jZ0tanβl)/(Z0+jZrtanβl)
1 35[Ω] 2 100[Ω] 3 400[Ω] 4 1.25[kΩ] 5 2.5[kΩ]

 イメージはこんな感じです。
A-5の問題のイメージ図
 選択肢に400[Ω]、1.25[kΩ]、2.5[kΩ]なんてありますが、どう見てもそんな値になるとは思えません。常識で選んでいいのは35[Ω]か100[Ω]です。
 式が与えられているのでそれに代入するだけで解けますが、ちょっと式を操作しないと解けないのが一陸技な気がします。

位相定数β
 β=2π/λ

 これを使ってtanβlを計算すると、tan(π/2)=∞となってしまいます。そこで式を変形する必要があります。
A-5の解説
 このZ0に50[Ω]、Zrに25[Ω]をいれて、Zは100[Ω]です。
 ところで、

1/4波長整合回路
1/4波長整合回路のとき、1/4波長整合回路の公式
 Z0[Ω](特性インピーダンス) Zq[Ω](1/4波長整合回路の特性インピーダンス) R[Ω](負荷抵抗)

を見ると、この問題のZ0がZq、ZがZ0にあたります。陸技の試験で入力側から見たインピーダンスを求めろと言った場合この1/4λ整合回路しか出ないです。よって、この問題の難しい式は覚えないで上の1/4波長整合回路の式を覚えて、それにいろんな値をいれて計算してみれば答えは出ると思います。1/4λじゃない場合が出てきたら、しょうがないので上の難しい式を解きます。でも出ないでしょう。
 でも、位相定数β=2π/λは覚えて置いた方が良いです。何かで使った気がします。

A-6 次の記述は、小電力用同軸ケーブル及び導波管の特性について述べたものである。□内にいれるべき正しい字句の組合せを下の番号から選べ。
(1) 同軸ケーブルは、導波管のように□Aが無く、可とう性(自由に曲げることが出来る性質)に優れているが、内部導体と外部導体の間に充てんされている□Bによる損失がある。また、非常に高い周波数では外部への漏れを生じたり、あるいは外部からの妨害を受けることがある。
(2) 導波管は、同軸ケーブルに比べて伝送損失が少なく、金属壁によって外部と電磁的に遮蔽されているが、低い周波数では形状(寸法)を□Cしなければならないため、実用的でなくなる。
ABC
1遮断波長誘電体大きく
2芯線磁性体大きく
3遮断波長磁性体大きく
4芯線磁性体小さく
5遮断波長誘電体小さく

 出題者が苦労して問題考えたんだろうなあということが伺える問題です。
 まず□Aですが、芯線のない同軸ケーブルなんてあるはずないので「遮断波長」です。分からない方はテレビにささっている同軸ケーブルでも見てみてください。
 □Bですが、無線の試験に出てくるのは誘電体だけです。磁性体は出てきません。ちなみに磁性体というのは磁石です。同軸ケーブルに磁石入っていたら恐ろしいです。
 □Cですが、大きいのと小さいの、どちらが実用的じゃないかと言ったら常識的に考えて大きい方です。配線するときには線は小さい方がいいに決まってます。したがって答えは大きいです。
 結局答えは、1です。

 ちなみに遮断波長は導波管による伝搬可能の最大波長のことを言います。陸特ではこの遮断波長を求める計算が出るのですが陸技では出ないので公式は覚えなくてもいいと思います(2000年6月現在)。

A-7 次の記述は、給電線とアンテナの整合について述べたものである。このうち誤っているものを下の番号から選べ。
(1) 給電線の特性インピーダンスとアンテナの入力インピーダンスが異なるとき、両者の間にインピーダンス整合回路を挿入する。
(2) 給電線が不平衡形でアンテナが平衡型のとき、両者の間にバランを挿入し、モードの整合とインピーダンスの整合を行う。
(3) 集中定数整合回路は、コンデンサとコイルの値によって決まる周波数を中心とした狭帯域の特性である。
(4) 変成器による整合回路は、一般に、コンデンサとコイルを使用した集中定数回路に比べて狭帯域の特性である。
(5) 平行2線式給電線や導波管ではスタブによる整合が行われることがある。

 知らないと解けませんが、私ならば問題文中の赤い部分に注目します。どちらも狭帯域の特性であると書いてありますが、こういう場合はどちらかが誤りです。よって私ならば3か4を選びます。
 陸技を受けるつもりならば絶対に選んではいけないのは、1です。整合回路はインピーダンスが異なると定在波が生じてしまうため挿入します。
 バランとスタブはどちらも整合回路の一種です。バランは同軸線路(不平衡線路)と平行2線式線路(平衡線路)の接続に使われます。
 変成器は広帯域な特性をもつそうです。答えは4だそうです。

バラン
U形バラン
上の図は吉川忠久著『2陸技1・2総通受験教室○4』無線工学B 東京電気大学出版局 1992 の21ページより抜粋しています。

スタブ
定在波トラップ(スタブ)
上の図は吉川忠久著『2陸技1・2総通受験教室○4』無線工学B 東京電気大学出版局 1992 の19ページより抜粋しています。

A-8 特性インピーダンスが75[Ω]の給電線に50[Ω]の純抵抗負荷を接続した。このときの定在波比として、正しいものを下の番号から選べ。
1 0.67 2 1.25 3 1.5 4 3.0 5 5.0

 知らなきゃ分かりません。
 なんとか比と言った場合普通は「0〜1」の値をとるもの、「1〜∞」の値をとるものの2種類があります。この問題の場合、1の選択肢だけが0.64と1より小さいです。他の値は1を越えた値です。「1〜∞」までの候補が4つあります。したがって、定在波比は「1〜∞」までの値をとるんだろうと予測できます。したがって、1は選べません。

電圧定在波比と反射係数の定義(まあ重要)
電圧定在波比と反射係数の定義
 S[単位なし](電圧定在波比) Γ[単位なし](反射係数)

電圧定在波比と反射係数の相互変換(重要)
電圧定在波比と反射係数の相互変換
 S[単位なし](電圧定在波比) Γ[単位なし](反射係数)

 上の式からまずΓを求めます。
 Γ=(75-50)/(75+50)=0.2
 次にSを求めます。
 S=(1+0.2)/(1-0.2)=1.5
 答えは1.5です。

A-9 次の記述は、マイクロストリップ線路について述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
(1) 接地した導体基板の上に大きな比誘電率を持つ誘電体基板を密着させ、その上に幅が狭く厚さが極めて薄い□Aを密着させたものである。導波管及び同軸線路に比べて非常に小形、軽量であり、マイクロ波の伝送路としても使用される。
(2) 一種の□B線路であるから、外部雑音が混入する恐れがある。また、誘電体基板の比誘電率を十分□C選べば、電磁波の放射損失は非常に小さくなる。
ABC
1絶縁体開放小さく
2絶縁体密閉小さく
3導体開放小さく
4導体密閉大きく
5導体開放大きく

 まず、□Bは分かります。「外部雑音が混入する恐れ」がありそうなのは、開放です。したがって選んでいいのは1か3か5です。あとは運です。
 下にマイクロストリップ線路の構造を示します。
マイクロストリップ線路の構造
 誘電体基板の上にあるのは導体線路なので、□Aは導体です。そんなこと知らなくても「接地した導体」と「誘電体」だけじゃ電気が流れない(流れるけど、滅茶苦茶流れにくいでしょう)ので、導体が上にのっかってないと駄目だなというのはちょっと考えれば分かるでしょう。
 □Cは知らないと分からないです。「大きく」です。放射損失が小さいというのは線路のインピーダンスが小さいということです。マイクロストリップ線路は同軸線路を平たくして天井をとってしまったものと考えられるそうです。下の図を見てください。対称ストリップまでしか載ってませんけど、天井をとればマイクロストリップです。
同軸線路から対称ストリップ線路まで
上の図は内藤喜之著『マイクロ波・ミリ波工学』コロナ社 1986の38ページより抜粋しています。
 要するにだいたい同軸線路と性質は似ているだろうということです。同軸線路のインピーダンスは
同軸線路の特性インピーダンス 同軸線路の特性インピーダンス
です。εrが大きい方がZ0は小さくなるので、答えは「大きく」です。要するにεは分母にくるということを覚えておけばいいということだと思います。あとは難しい本読んでください。私は分かりませんでした。

A-10 次の記述は、スリーブ(モノポール)アンテナについて述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、□内の同じ記号は、同じ字句を示す。
(1) 同軸ケーブルの終端において、内部導体の先端に長さ□Aの直線状導体を接続してこれをアンテナの上半分とし、また、長さ□Aのスリーブと呼ばれる円筒管を同軸ケーブルにかぶせ、この上端を外部導体に接続してアンテナの下半分とし、上下一体としてダイポールアンテナを構成している。
(2) 同軸ケーブルとアンテナを直接接続しているが、スリーブの開放端のインピーダンスが非常に□Bなるため、同軸ケーブルの外部導体への漏れ電流が阻止される。
(3) 垂直半波長ダイポールアンテナとほぼ同じ動作をするため、指向性は水平面内では□Cであり、垂直面内ではほぼ8字形特性である。
ABC
11/4波長高く無指向性
21/4波長低く単一指向性
31/2波長高く単一指向性
41/2波長低く単一指向性
51/2波長高く無指向性

 まず、無線の試験においては長さとか波長とか言われたら1/4波長です。よって□Aは1/4波長です。
 □Bはその後の文章に「漏れ電流が阻止される」と書いてあります。インピーダンスが大きい方が電流が流れにくく漏れ電流が阻止されそうです。したがって、□Bは「高く」です。
 垂直半波長ダイポールアンテナの指向性は無指向性です。自明でしょう。どんな指向性か?と聞かれたら水平面の指向性の場合は無指向性と答えるのが無難です。単一指向性とか双方向性とかは今まで出たことがない気がします。
 一応下にスリーブアンテナの図を載せます。見れば分かりますけど、水平面内の指向性はどうみても無指向性にしかなりそうにないですよね。
スリーブアンテナ

A-11 反射鏡の直径が4[m]のパラボナアンテナを10[GHz]で使用したときの絶対利得が50[dB]であった。このパラボナアンテナの開口効率の値として、最も近いものを下の番号から選べ。
1 0.54 2 0.57 3 0.65 4 0.78 5 0.91

 知らなきゃわかりませんが、滅茶苦茶よく出るので陸技を受けるならば公式を覚えて使えるようにしておくべきでしょう。

アンテナの実効面積などなど(重要)
アンテナの実効面積などなど
 e[m2](アンテナの実効面積) A [m2](アンテナの面積) λ [m](波長) G [単位なし](利得) η[単位なし](開口効率)

 波長λ[m]=3.0×108/周波数=3.0×108/10×109[Hz]=0.03
 利得G=50[dB]=105
 実効面積Ae[m2]=λ2G/4π=(0.03)2×105/4π=7.166
 アンテナの面積A[m2]=2×2×3.14=12.56
 開口効率η=Ae/A=7.166/12.56=0.57
 よって答えは2です。

A-12 次の記述は、波長に比べて寸法の十分小さな受信用ループアンテナについて述べたものである。このうち誤っているものほ下の番号から選べ。ただし、ループの面は、水平大地に対して垂直とする。
1 水平面内の指向性は、8字形である。
2 実効高は、ループ面積と線の巻き数に比例する。
3 放射抵抗が非常に小さく、アンテナ効率が悪い。
4 最大感度の方向は、ループ面に直角な方向である。
5 方位測定機あるいは短波以下の電界強度測定に用いられる。

 私はなんとなく3かと思っていたのですが、答えは4だそうです。
 まず2は選んではいけないです。面積が大きければアンテナが大きくなるので実効高も大きくなりそうです。巻き数の方は実効高の式を見てください。

ループアンテナの実効高
ループアンテナの実効面積
 le[m](アンテナの実効長) λ[m](波長) A[m2](ループ面積) N[回](巻き数)

 1,4,5についてはまず下の図を見てください。
ループアンテナの指向性
 これは水平面の指向性です。というわけで、1はあっています。4は見ての通りループ面に直角な方向には指向性の線がないので電波を受信しないです。感度が最大になるのはループ面と水平?な時です。5ですが、電波の到来方向がループ面に対して直角だと受信電界強度が0になりますが、その性質が方向探知に利用されます。ループアンテナを動かして受信電界強度が0になったらその右90°か左90°から電波がきているってのが分かります(これは私が書いているときに考えながら書いたので嘘かもしんないです、でも方向探知に使われるのは事実です。)。3ですが、そういうものらしいです。とりあえず覚えておきましょう。

A-13 次の記述は、レードームについて述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、□内の同じ記号は、同じ字句を示す。
(1) 風雪、雨及びほこりなどからアンテナや□Aを保護する。また、電波がレードームを通過する時の損失を少なくするために誘電体で作られている。
(2) 性能は、電波の□Bが高く、機械的に強く、又気候に耐性があることが必要である。電波の□Bを高くするためには、□Cの少ない材料を使用するとともに反射が少ない構造にする。
ABC
1駆動機構透過率電気抵抗
2同軸ケーブル透過率誘電体損
3駆動機構透過率誘電体損
4同軸ケーブル吸収率誘電体損
5駆動機構吸収率電気抵抗

 レードームがなんだか知らなくても考えれば解けるでしょう。
 まず、□Bですが(1)の問題に「通過する時」と書いてあります。したがって透過率が良い方がいいに決まっています。したがって□2は透過率です。
 次に、□Cですが(1)の問題に「誘電体で作られている」と書いてあります。したがって生じる損失は誘電体損に決まってます。したがって、□3は誘電体損です。
 さいごに□Aですが、駆動機構みたいです。

A-14 送受信点間の距離が50[km]であるとき、波長2[m]の電波の自由空間基本伝送損失(真値)として、最も近いものを下の番号から選べ。
1 3.1×104 2 9.9×105 3 2.5×106 4 3.1×108 5 9.9×1010

 知らなきゃ出来ませんが、自由空間伝搬損失(自由空間基本伝送損失とも言うんですね)の式は覚えておくべきでしょう。
 少なくとも3は選んではいけません。なぜなら、1と4は「3.1」で、2と5は「9.9」になっているからです。仲間はずれは3の「2.5」です。

自由空間伝搬損失Γ
自由空間伝搬損失
 Γ[単位なし](自由空間伝搬損失) d[m](距離) λ[m](波長)
 ΓはdBになおして使用することが多いです。その時は、10log10Γです。
 この式を見て分かることは、伝搬損失は距離の2乗に比例して増えて(要するに距離が増えると損失は増える、当たり前だけど)、波長の2乗に反比例して損失は増える(要するに波長が長ければ長いほど損失が小さい)。

 上の式のdに50×103、λに2を入れて計算するだけです。ちゃんと計算しなくても、50×103を2乗すると108を越えるので答えは5かなあと分かります。

A-15 垂直接地アンテナから水平方向へ100[km]の地点における電界強度を3[mV/m]とすめるための送信電力の値として、最も近いものを下の番号から選べ。ただし、大地は平面で完全導体とする。
1 100[W] 2 200[W] 3 400[W] 4 1[kW] 5 2[kW]

 知らなきゃわからないですが、知らなくて当然です。この問題は解けなくていいと思います。送信電力の値を求める公式で覚えるべきものは、半波長ダイポールの場合、等方性アンテナの場合、よくて微小ダイポールアンテナの場合です。しかも送信電力を求める問題は陸特にはよく出るのですが、陸技には出ないです。したがって、あんまり覚えていなくてもいいと思います。一応解答を。

λ/4接地アンテナによる電界強度
λ/4接地アンテナによる電界強度
 E[V/m](受信電界強度) P[W](送信電力) d[m](送信アンテナからの距離)

 上の式に各値を代入して、答えは918[W]になり、値が近いのは4です。

A-16 次の記述は、短波帯の電波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の正しい組合せを下の番号を選べ。
(1) 一つのアンテナから放射された電波が、電離層内の二つ以上の通路を通ったとき、それぞれの電波の位相は、電離層の変動によって異なった変化をする。これらの電波を一つのアンテナで合成受信したとき、発生するフェージングを□Aフェージングという。
(2) 直線偏波で放射された電波は、電離層を通過すると□Bとなり、電離層の変動によって偏波面が変動する。この電波を一つの直線状アンテナで受信すると誘起電圧が変動する。このようにして発生するフェージングを□Cフェージングという。
ABC
1跳躍垂直偏波偏波性
2干渉性だ円偏波偏波性
3跳躍だ円偏波偏波性
4干渉性だ円偏波k型
5跳躍垂直偏波k型

 まず、「二つ以上の通路を通る」とあったら干渉性フェージングです。したがって、Aは干渉性です。
 電離層を通過すると、だ円偏波になります。直線偏波は垂直偏波の波と水平偏波を合成したもですが、これが電離層で反射すると垂直偏波になるとは考えられません。
 □Cは問題文中に「偏波面が変動する」とあるので、偏波性を選びます。
 したがって答えは2です。

 ちなみに跳躍性フェージングというのは、電離層状態が変化することによって電波の反射の具合がかわり電界強度が変動すること、と自分は思っています。
 偏波って何?という方は、適当な本を買ってください。ちなみに円偏波が空間が伝わっていく様子がTOSHIBA CORPORATION円偏波伝搬模式図にありますのでぜひご覧下さい。

A-17 次の記述は、大気の屈折率について述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
(1) 大気の屈折率は、1に非常に近い値であり、気圧、□A及び湿度の変動によりわずかに変化する。このわずかな変化がマイクロ波の伝搬に大きな影響を与える。
(2) 標準大気の屈折率は、高さ1キロメートル以下では高さとともに直線的に□Bするので、地表面に平行に放射された電波は、徐々に下方に曲げられて進む。
(3) 電波の伝搬状況を把握するため、大気の屈折率の高度分布を表す□Cが用いられる。
ABC
1気流減少等圧線図
2気温減少M曲線
3気流増加M曲線
4気温増加等圧線図
5気流増加等圧線図

 日本語を知っていればいけそうな気がする問題です。
 □Aは「□A及び湿度」となっています。湿度と対になっているのは、気温です。したがって、□Aは気温です。
 電波が何で屈折するかというと、空気があるからです。空気は上にあがるにつれて薄くなります。したがって、空気が薄くなれば屈折率は減少すると考えられます。したがって、Bは減少です。
 等圧線図というのは、いつも天気予報でみている天気図のことです。あの図を見ても屈折率なんてわかりません。したがって、CはM曲線です。
 答えは2です。

A-18 次の記述は、アンテナの特性を測定する方法について述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
(1) アンテナの放射特性は、アンテナから遠方の点における□A電磁界(遠方界)によって定義されるので、周囲に反射する建造物や樹木が無い開けた場所(オープンサイト)において、送受信アンテナ間の距離を数波長以上離して測定する。
(2) オープンサイトが無い場合、遠方界のアンテナの放射特性を、アンテナの近傍の電磁界(近傍界)を測定し、□Bによって求める方法がある。
(3) 測定設備が使用できない大型で可動式のアンテナの利得を測定する場合には、□Cを用いる方法がある。
ABC
1誘導計算飛行機
2誘導推定電波星
3放射推定流星
4放射推定飛行機
5放射計算電波星

 まず分かるのが□Bです。「推定によって求める」というのは明らかにおかしいです。「計算によってもとめる」ならわかります。よって□Bは計算です。
 知っていれば分かるのが□Aです。

微小ダイポールアンテナの距離rにおける電界(覚えているとうれしい) 微小ダイポールアンテナの電界
 E [V/m](電界) r [m](距離)
 この式自体は覚えないで、放射電磁界は距離rに反比例して誘導電磁界ってのは距離rの2乗に反比例するんだなってことと、距離rが大きいと誘導電磁界と静電界は距離の2乗とか3乗に比例するので無視していいことを覚えておけばおっけーです。

 遠方ですとrが十分に大きいときは1/rの放射電磁界しかのこらないです。したがって、□Aは放射です。
 電波星はそういうものがあって、測定に使えるということを頭の隅においておけばいいと思います。

A-19 次の記述は、図に示す回路構成により接地アンテナの実効抵抗を測定する方法について述べたものである。□内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。
A-19の問題の図
(1) 高周波発信機Oを測定□Aで動作させ、スイッチSを○1側に倒してアンテナ同調用コンデンサC0で同調をとり、そのときの高周波電流計○Aの指示値Iを読む。
(2) アンテナ同調用コンデンサC0をそのままにしてスイッチSを○2側へ倒し、可変コンデンサCSと可変インダクタンスLSを調整して高周波電流計○Aの指示値を□Bにし、標準可変抵抗Rsを加減して高周波電流計○Aの指示値がIと等しくなるように調整する。このときの□Cの値がアンテナの実効抵抗である。
ABC
1周波数最小標準可変抵抗
2強度最大可変インダクタンス
3周波数最大標準可変抵抗
4強度最小可変コンデンサ
5周波数最小可変インダクタンス

 □Aですが、無線の試験では「強度」という言葉は出てこないです。出てくるとしたら電界強度です。したがって□Aは周波数です。
 □Cは、「□Cの値がアンテナの実効抵抗である」とあるので、抵抗が知りたいわけです。したがって、標準可変抵抗の値を読みます。コンデンサとかインダクタンスを読んでもしょうがないです。
 □Bは、知らないとできないですが、おぼえておきましょう。回路が共振したとき、リアクタンスがなくなって電流が最大になります。電流が最大になったときリアクタンスがなくなって抵抗成分だけになるのでCは最大です・・・分かりますか? 共振したとき、電流が最大でリアクタンスは0になると覚えてください。  したがって答えは3です。

A-20 入力インピーダンスがZa[Ω]のアンテナに、特性インピーダンスがZ0[Ω]の給電線を用いて給電したとき、給電線上に生ずる定在波の電圧波腹及び電圧波節の実効値がそれぞれVmax[V]及びVmin[V]であった。このアンテナに給電されている電力Pを表す式として、正しいものを下の番号から選べ。ただし、Za及びZ0は、純抵抗Ra及びR0であり、Ra<R0とし、給電線は無損失で波長に比べて十分長いものとする。
1 P=VmaxVmin/R0[W] 2 P=(Vmax2-Vmin2)/R0[W] 3 P=(Vmax2-Vmin2)/Ra[W]  4 P=VmaxVmin/Ra[W] 5 P=(Vmax2-Vmin2)/(RaR0)[W]

 こういう問題を見たら、まず次元を調べます。P=EI=E2/Rですので、分母はE2、分子はRになっていないと駄目です。したがって、選択肢の5は絶対に選んではいけません。
 あとの式の展開は過去問をみてください。面倒です。答えは1だそうです。この問題は式の過程を記憶、理解するより式を丸暗記の方がいいと思います。

B-1 次の記述は、1/4波長垂直接地アンテナの受信有能電力(受信最大有効電力)について述べたものである。□内にいれるべき字句を下の番号から選べ。
(1) 実効高がhe[m]のアンテナの最大感度方向で、電界強度がE[V/m]の到来電波を受信したとき、アンテナ端子に誘起する電圧Vは、次式で表される。
 V=□ア[V]
(2) 放射抵抗をRrとすれば、アンテナから取り出すことができる最大電力Pは、次式で表される。
 P=□イ[W]
(3) 波長をλとすれば、1/4波長垂直接地アンテナの実効高は、□ウ[m]である。また、半波長ダイポールアンテナの放射抵抗をRh[Ω]とすれば、1/4波長垂直接地アンテナの放射抵抗は、□エ[Ω]である。したがって、1/4波長垂直接地アンテナの受信有能電力は、次式で表される。
 P=□オ[W]
1 λ/2π 2 E2he2/Rr 3 Rh/2 4 E/he 5 E2he2/4Rr

6 Rh/4 7 E2λ2/8π2Rh 8 λ/π 9 Ehe 10 4E2λ22Rh

 この問題は陸技の問題としては超基本的で、これくらいはすらすら出来るようにしてください。
 それはいいとして、B問題は正しいものを1、間違っているものを2とする問題以外は2択です。よって、A問題より楽です。得点配分は知りませんが。まず選択肢を見て5つに分けます。例えば選択肢の1をみると、分子にλがあって分母にπがあります。これに似ているのは、8のλ/πです。したがって、1と8は仲間です。これと同じように仲間を作ると、2と5、3と6、4と9、7と10となります。
 それでは問題に入ります。□アからいきます。こういう式を選ぶ問題は次元を調べます。選択肢の中で、単位が[V]になるのは、E[V/m]he[m]=[V]しかないです。したがって、□アは9です。

 □イは出来てください。
有効電力(アンテナが受信する最大の電力)
有効電力の公式
 P[W](有効電力) E[V/m](電界) le[m](アンテナの実効長) Rr[Ω](放射抵抗)
 最低でも「分母が4」ってのは覚えてください。よって答えは5です。

 次に□ウです。実効高は単位が[m]なんで、選べるのは1か8しかないです。
半波長ダイポールアンテナの実効長
半波長ダイポールアンテナの実効長
 le[m](アンテナの実効長) λ[m](波長)
1/4接地アンテナの実効長
1/4接地アンテナの実効長
 le[m](アンテナの実効長) λ[m](波長)  とりあえず、半波長ダイポールアンテナの実効長はλ/π、1/4になると波長が半分なんだから実効高だって半分と覚えてください。これは、4アマでも出ます。だから覚えてください。よって答えは1です。

 次に□エはおいといて□オです。選べるのは7か10です。なんでか分かりますね。3と6は単位が[Ω]だから選べないです。選択肢を見てみると、分子に8があるか分母に4があるかです。どちらを選ぶべきかというと、感覚的に分母に8です。なぜなら選択肢を見ると皆、分母にばっかり数字がついてます。これをかけ算したら、どう考えても分子に4はきそうにないです。したがって、7を選びます。こんないい加減じゃやだと思ったら計算してみます。
 □イ=P=E2he2/4Rr

  he(実効高)=λ/2π
 □イ=P=E2(λ/2π)2/4Rr
 □イ=P=E2λ2/16π2Rr
みると、分母に16とになってます。どーみても、分子が4になりそうにないです。したがって、7を選びます。
 そして□エですが、分母を8にするためには、3と6では3を選ぶ必要があります。したがって□エは3になります。

ア:9 イ:5 ウ:1 エ:3 オ:7

B-2 次の記述は、方形導波管の減衰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) 導波管内を電磁波が伝搬するとき、導波管の内壁表面に電流が流れ、□アによる熱が発生する。このため管内を伝搬する電磁波は、そのエネルギーの一部が失われて減衰少なくするため、導波管の内壁に□イの大きい銀又は金でメッキする。
(2) 導波管内の空気が水分を含むと□ウが増える。この損失を少なくするために、□エを強制的に注入するなどの方法が採られる。
(3) 各モードは、それぞれ特定の周波数範囲において減衰が少なくなる。これらの減衰のうち□オの減衰が最も少ないので、一般に、□オが用いられる。
1 導体損 2 回折損 3 高次モード 4 導電率 5 誘電体損 6 磁気抵抗 7 誘電率 8 乾燥空気 9 基本モード 10 圧縮空気

 まず選択肢をグループわけします。
 「導体損、回折損、誘電体損」「高次モード、基本モード」「導電率、誘電率」「磁気抵抗」「乾燥空気、圧縮空気」
 □アは「内壁表面に電流がながれ」とあります。内壁は金属で出来ているので発生するのは「導体損」です。
 □イは「減衰を少なくするため□イの大きい銀」とあります。銀に存在するパラメーターは導電率です。銀の誘電率なんて聞いたことないです。
 □ウのあとに「この損失」とあるので□ウには損失に関係あるものが来ます。損失で残っているものは回折損と誘電体損ですが、空気中に含まれている水分で回折がおこるとは考えられない(水滴くらい大きかったら考えられますが)ので誘電体損です。
 □エは水分を含んだらいけないので乾燥空気を注入すると考えるのが妥当でしょう。
 □オは基本モードです。導波管は高次モードは減衰が大きいので普通基本モードしか使いません。

ア:1 イ:4 ウ:5 エ:8 オ:9

B-3 次の記述は、ターンスタイルアンテナ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。ただし、図に示すように、半波長ダイポールアンテナからθ方向の一定距離の点Pにおける電界強度eは、アンテナに流れる電流の最大値Iを、角周波数をω及び定数をkとすれば、次式で表されるものとする。
 e=kIsinωtsinθ
B-3の問題の図
(1) 二つの半波長ダイポールアンテナを中心で直交して互いに□ア度の位相差をもつ振幅の等しい電流で砺振し、二つの半波長ダイポールアンテナを含む面を水平にして水平方向の□イ偏波の電波を放射する。
(2) 直交した二つの半波長ダイポールアンテナを含む平面上の点Pにおける合成電界の強度etは、それぞれのアンテナの電界強度をe1及びe2とすれば次式となる。
et=e1+e2
=kIsinωtsinθ+□ウ
=kI(sinωtsinθ+cosωtcosθ)
=kIcos(ωt-θ)
(3) 上式より、合成電界の最大値の方向は角速度ωで回転し、電界の最大振幅kIは、二つの半波長ダイポールアンテナを含む平面上で一定であるので、指向性は水平面でほぼ□エとなる。
(4) 利得を増加するには、このターンスタイルアンテナを垂直方向に必要な段数を重ねて配置し、格段を□オで砺振する。
1 90 2 単一指向性 3 水平 4 180 5 kIsin(ωt+π/4)sin(π/4-θ) 6 垂直 7 同相 8 無指向性 9 逆相 10 kIsin(ωt+π/2)sin(π/2-θ)

 まずグループわけです。
 「90、180」「単一指向性、無指向性」「水平、垂直」「kIsin(ωt+π/4)sin(π/4-θ)、kIsin(ωt+π/2)sin(π/2-θ)」「同相、逆相」
 □アですが、角度を聞かれたら90度です。よってアは90です。
 □イですが、水平にしたら水平偏波しかでるわけないです。よって、イは水平です。
 □ウですが、式の違いはπ/2かπ/4かです。□アで90度を選んでいます。したがってπ/2を選ぶのが妥当です。よって、ウはπ/2のほうです。
 □エですが、「最大振幅は平面上で一定」とあるので、無指向性に決まってます。よってエは無指向性です。
 □オですが、格段を逆相で砺振したら打ち消しあってしまうので同相に決まってます。逆相で砺振することはないです。したがって□オは同相です。

ア:1 イ:3 ウ:10 エ:8 オ:7

 ちなみに、ターンスタイルアンテナはこんなやつです。
ターンスタイルアンテナとスーパーターンスタイルアンテナ
ターンスタイルアンテナとスーパーターンスタイルアンテナ
上の図は吉川忠久著『2陸技1・2総通受験教室○4』無線工学B 東京電気大学出版局 1992 の117ページより抜粋しています。
 左がターンスタイルアンテナ、右がスーパーターンスタイルアンテナです。

B-4 次の記述は、VHF及びUHF帯の電波の見通し外伝搬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) 球面大地上のある高さから発射された電波の電界強度は、見通し距離外の伝搬においても急には零にはならない。これは、電波には□アする性質があるためである。
(2) 見通し距離外の伝搬において、伝搬路の途中に山がある場合は、無い場合より電界強度が増加することがある。これは□イ回折波によるものであり、その増加した割合を山岳□ウという。
(3) 大気の温度及び大気中の水蒸気は、場所や高さに対して□エであるため、大気の□オは不規則な分布をしている。このような大気中を伝搬すれば、散乱を起こして見通し外の遠方まで伝搬することがある。
1 散乱 2 誘電率 3 山岳 4 均一 5 導電率 6 回折 7 大地 8 損失 9 不均一 10 利得

 まずグループわけです。
 「散乱、回折」「誘電率、導電率」「山岳、大地」「均一、不均一」「損失、利得」
 □アは散乱と回折で迷うところです。しかし(3)の文章で「散乱を起こして見通し外の遠方まで伝搬することがある」とあります。「伝搬することがある」ということは伝搬しないこともあるということです。ということで、確実に電波が届くのは回折波とわかります。よって□アは回折です。
 □イは山の話をしているので「山岳」です。
 □ウは増加するというのですから「利得」です。
 □エは不均一に決まってます。均一だったら怖いです。
 □オは大気といったら誘電率です。導電率が関係あるのは導体の時だけです。

ア:6 イ:3 ウ:10 エ:9 オ:2

B-5 次の記述は、アンテナ特性の測定について述べたものである。このうち正しいものを1、誤っているものを2として解答せよ。
 動作利得は、通常、給電回路とアンテナとが整合していない状態で測定される。
 給電線及びアンテナの入力インピーダンスの測定では、ネットワークアナライザやケルビンブリッジが用いられる。
 前後比(F/B)は、最大放射方向の電界強度Efと最大のサイドローブの電界強度Erとを測定し、Ef/Erとして求める。
 直径の大きな円形の開口面アンテナ測定では、送信アンテナと受信アンテナとの距離をなるべく近くする。
 電界強度の指向性を表す電界パターンは、電界強度の最大値を零デシベルとして描くことがある。

まず答えを
ア:1 イ:2 ウ:2 エ:2 オ:1

 この問題は私にはよく分からないので分かるものだけ説明します。
 ウはどう考えても間違いです。最大放射方向とちょっとずれたところにサイドローブで大きいのがあったら前後じゃなくなってしまいます。前後なんですから、最大放射方向とその後ろ側の比と考えるのが適当でしょう。
 エは知っていれば間違いだと分かります。式も覚えてください。

開口面アンテナの測定距離の最小距離(誤差2%程度)
開口面アンテナの測定距離の最小距離(誤差2%程度)
 Rmin[m](最小距離) D[m](アンテナの直径) d[m](アンテナの直径) λ[m](波長)

 オは別に最大値を零デシベルとしても問題ない気がするのであっていると考えられます。
 以上、超いい加減ですが勘弁してください。
 イはケルビンブリッジではなくアドミタンスブリッジが使用されるそうです。


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