ポジティブになりたいネガティヴ日記

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電磁波について

電磁波について勉強したことを大まかにまとめたいと思う。

まず、電磁波とは空間を伝わる電界と磁界の振動のことである。

電磁波はその周波数の大きさによって特性が大きく変わる。

30kHz~300kHz帯は長波と呼ばれる。(波長10km~1km)

長波は船舶や航空機用ビーコンに用いられる。

300kHz~3MHzは中波と呼ばれる。(波長1km~100m)

中波は船舶、航空機通信に加え中波放送(AMラジオ)に用いられる。

3MHz~30MHzは短波と呼ばれる。(波長100m~10m)

短波は船舶航空機通信に加え、短波放送や国際放送に用いられる。

30MHz~300MHzは超短波と呼ばれる。(波長10m~1m)

超短波は消防無線、警察無線、FM放送、TV放送に用いられる。

300MHz~3GHzは極超短波と呼ばれる。(波長1m~10cm)

TV放送、警察無線に加え、携帯電話、自動車電話、また電子レンジにも用いられている。

3GHz~30GHzはセンチ波と呼ばれる。(波長10cm~1cm)

センチ波は衛星通信、衛星放送、無線LAN気象衛星、電波天文、宇宙研究に用いられる。

30GHz~300GHzはミリ波と呼ばれる。(波長1cm~1mm)

ミリ波は衛星通信、レーダ、電波天文に用いられる。

また、極超短波、センチ波、ミリ波のことをマイクロ波とも呼ぶ。

300GHz~3THzはサブミリ波と呼ばれる。(波長1mm~0.1mm)

サブミリ波はリモートセンシング、電波天文に用いられる。

3THz~は赤外光、可視光、紫外光などの光領域周波数帯となる。(波長100μm~)

 次に波長や周波数の違う電磁波の特徴について述べる

・周波数が小さい(波長が長い)場合

 長波、中波帯。地表に沿って伝わり、電離層(上空100~120km)でも反射。超長波は水中にも伝搬する。空中での減衰が少なく長距離通信に適しているが、雑音が多く、アンテナが巨大になるデメリットがある。

・中間の波長

 短波帯。地表沿いにも伝わるが、電離層(200~400km)の反射が主。反射波が数千km先に届くため、国際的な通信に用いられる。時間、季節、年によって伝搬状態が変化するデメリットがある。

・波長が短い

 超短波帯以上。

 光に近い性質を持つ。直進性が強く山や建物など、障害物に弱い。電離層を突き抜けてしまい、空中での減衰が大きいため限られた範囲に向けた通信に適している。

 

考察

 一般に周波数が高い電磁波ほど通信できるデータの量が多くなる。ラジオ放送などは音声のみの信号のため電波に乗せる信号が少なくて済むため、低い周波数帯でよく、かつそれによって長距離の通信が行える。しかし雑音に弱いというデメリットがある。

 携帯電話、スマートフォンなどでは音声だけでなく画像や動画などのデータのやりとりを行うため、周波数が高いことが好ましい。また、高い周波数による通信を行うことによりアンテナを小さくすることができる(アンテナには波長の1/2の長さのアンテナを用いる必要がある)。そのため携帯電話の進化により近年のスマートフォンにはアンテナが内蔵されているため、昔の携帯電話の外に取り付けられていたアンテナがなくなったように思える。しかし高周波の電波は減衰が大きいため、長距離の通信に適していなく、基地局を多数設けて電波の中継をしてやる必要がある。

 電波天文や衛星放送では一見長距離通信が可能な低周波数の電波を用いることが適しているように思えるが、電離層での反射があるため、高周波の電波を使うことが余儀なくされている。高周波は減衰が大きく、かつ衛星放送などでは長距離での通信を行わなければならないので、パラボラアンテナのようにアンテナに工夫がされ、高い利得で信号を増幅される必要があると考える。

 

最後に

 今回は参考文献として、三木哲也監修「プロが教える通信のすべてがわかる本」を用いさせて頂いた。このプロが教えるシリーズは幅広い知識を豊富な図や写真から学べることができる最高の書籍だと私は思っている。

 これからの課題としてはなぜ高周波は減衰が大きいのか、低周波は雑音に弱いのか調べていきたい。