電波とアンテナの良い関係

質問

その昔、中波の放送をゲルマ検波の鉱石ラジオで聴いたことがあります。室内アンテナでも放送局が遠くなかった（約３Ｋｍ）ので、良い音で、イヤーホンを外しても聴こえました。これってエネルギー不滅の法則からいってものすごい事だと今にして思います。
さて３６０００Ｋｍ彼方の放送衛星からの超微弱な電波が、たかだか３０Ｃｍくらいのパラボラアンテナで鮮明にハイヴィジョン番組が見れます。衛星の出力は１２０Ｗくらいだと聞きましたが、それを日本近辺に満遍なく輻射しているわけで、それをいわば針の穴のようなアンテナで受けているのですが、信じられないほど効率の悪いシステムでよくやっていると思います。
パラボラアンテナの場合も首記のような自己共振性というか、そのような現象があるのでしょうか。パラボラの設置時にレベルメータが振れるようなエネルギーを既に発生しているように思えます。これは何ワット相当なのでしょうか？
それとも、電磁波（の授受）というのはいわゆるエネルギーの次元とは異なった考え方をせねばならないのでしょうか？

回答No.2

noname#76137 · ベストアンサー

送信電力と受信アンテナの比較では、中波放送のほうが、BS衛星
放送より効率が悪くなっています。

どちらも距離の２乗に反比例して、受信電界強度は弱くなりますが、
その減衰は中波放送のほうがずっと大きなものになります。

例えばTBS放送956KHzは送信電力が100kWもありますが、私の受信地点
距離約100kmでカスカスで聞けるレベルにありません。

これに対し、BS放送衛星は出力が100W程度と、TBS中波放送の100kWと
相対的には相当小さな電力でも36000kmも離れた地上で十分な
電波の強さで受信できます。

宇宙からのBS放送電波は
・途中に障害物がない見通しが利くので電波の減衰が小さい。
・周波数が高いので光のような直進性が強く減衰が少ない。
・わずか30cm直径のパラボラアンテナでも受像に必要な十分な
　受信電界強度が得られる。
という特徴があり、効率は非常に良いと言えます。

パラボラアンテナはその断面は放物線（y=ax^2, a>0）になり
1点の焦点に電波を集中させて集めるので利得が非常に大きく
なり、直径が大きいほど受信利得が高く、弱い電波を
より強く受信できます。

パラボラアンテナの電波の集まる焦点には、目的周波数に
共振するアンテナ（例えばダイポール）を置きます。

パラボラアンテナはこのように放物線のおわんの焦点の
一点に電波を集めるので利得の高いアンテナになります。

電波はエネルギーを持っていると考えてよく、
そのエネルギーはパラボラアンテナでは放物線焦点に
電波を集中して集めるので、電波のエネルギーが強くなる
と考えて良いと思います。

太陽光の反射炉も放物線のおわんで太陽光が焦点の一点に
集まるので著しい高温状態になり、さまざまなものを
溶かすことができるのと同じ原理です。

お礼

丁寧なご回答ありがとうございました。電波は周波数によって減衰性が異なるということですね。では私が昔聞いた中波放送は例外的に近距離だったので増幅せずに実用的に聞けたということですね。とりあえずそれはおいといて、ＢＳは殆ど減衰しないほど周波数が高いということなのでしょう。パラボラアンテナも効率の良い利器だということは分かりましたが、それでもたかだかアンテナの面積の範囲で受けた分での出来事であり、衛星からのエネルギーの殆どが無駄に山野や海へ投げ捨てられているように思います。全国のパラボラで受けたエネルギー（私の試算では０．００１％以下）をアンテナの数で割ったまことに微小なエネルギーが果たして（実際に現象として起きている）レベルメーターを動かすほどのものなのかが疑問でした（私の試算では１兆分の１以下）。アマチュア無線がたかだか１０Ｗくらいの出力（この場合周波数はメガヘルツ級）で世界中と交信できることも気になります。こういった電波の世界が単なるエネルギーの計算でカヴァーできるのかどうかが私の年来の疑問なのです。

回答No.1

植松 一三（@jf2kgu）

アンテナには利得と言うものが有って、デシベルで表します
パラボラアンテナは、色々なアンテナの中で利得が一番良いアンテナの種類です
パラボラは、傘の部分で反射して、集合機で集めて受信するために他のアンテナより利得が高いのです、ダイポールアンテナはいｐｐん歯科アンテナが無い為それしか受信できません
八木アンテナは受信部のアンテナに対して、その前に電波を集めるアンテナが有るためにダイポールアンテナよりも利得が増えます
答えになったかな？

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
アンテナの利得とというものがあることはネットで薄々わかっていました。これは所謂相対的な効率に相当するものだと理解したのですが間違っているでしょうか。私は、それから絶対的なワット数（どれほどの入力があったのか、例えばそれで直接音を出せばどれほどの出力が期待できるのか？というようなことが知りたかったのですが、利得の数値をいじくっても無理なような気がしました。
もう少し調べてみます。