電波の指向性について

質問

リモコンにおいて、赤外線通信は指向性があって、ブルートゥースは指向性がないと聞きました。
その違いは、どこから来ているのですか？

電波の直進する性質か、受信する機械の性質によるものなのでしょうか？

回答No.7

mrkato

Cupper-2 さんの図解のフォローです。

LED素子本体が、汎用の形状をしています。
透明樹脂円筒半球モールド
これ自体が、光の方向を決めるパイプと
凸レンズの要素になっています。

更にモールドの中を覗くと、
（着色ないLEDを通電せず見て下さい）
おちょこ形状の電極と金配線の中に
ダイオードを置いた感じが、頂点の
凸レンズ側から判り易いです。

ですので、着色されたモールドの
LED素子では図解のような光の広がりを
感じますが、多くの光は頂点方向に
まとめられて放射されています。

窓側の仕上がりが細かく出来るために
LED素子を裸でケースの窓に固定した
リモコンが増えています。

回答No.6

tpg0

赤外線もブルートゥースのマイクロ波(2.4GHz)も電磁波ですが、赤外線リモコンは投光(送信)と受光(受信)に方向性を持たせてるので「指向性」が出てるのです。
赤外線リモコンの投光部は懐中電灯と同じ理屈です。
それに対し、ブルートゥースはマイクロ波を無指向性アンテナから発信しますので信号が裸電球のように放射状に出るので指向性を持たない事になります。

電磁波は周波数が高くなるほど直進性が出るので、赤外線リモコン信号を壁や天井等に反射させて受光(受信)させる事も出来ます。
鏡は赤外線も良く反射しますので、暇な時に実験してください。

お礼

ここでまとめてお礼を言わせていただきます。

皆さんの言葉で理解できました。
ありがとうございます。

皆さんのキーワードをヒントに自分で調べたことと、意見を纏めると、

指向性は電波を送信する機器によるもの。
ブルートゥースは2.4GHzで赤外線は数百THz
周波数が高いほど直進する性質が増し、回折しにくくなる。
そして、早く大容量の情報を送れるけど、伝播損失が大きくなる。

上のようになり、このような感じに理解しました。

回答No.5

Cupper-2

赤外線そのものに指向性はありません。
赤外線リモコンの構造から指向性が発生します。

回答No.4

mrkato

電波は直進ではなく、電線から円筒状に飛びます。
指向性は基本、アンテナ部分・光ではレンズ構成に拠るものです。

赤外線はLEDから発信して、光トランジスタ受光素子で受信します。
LEDも照明のように、レンズや拡散版構造を工夫すれば、
半球面あたりまで広げて飛ばすことが出来ますが、
ノイズとしての自然光の明るさがあることと、
そんなに電力をかけて飛ばしたらリモコンが重いし電池が大変です。

ただしリモコン専用ではありませんから、克服して常識化したのが
カラオケ赤外線マイクやサラウンド視聴ヘッドフォンですよね。

一方携帯電話組み込みの赤外線通信デバイスは角度も距離も出ませんが、
マイクロ波より波長が短いので、変調で載るデータ速度は意外と速いです。

ブルートゥースは１１ｇな無線ＬＡＮとほぼ近い２．４ＧＨｚ帯の
無線電波で、移動にまつわる強弱の要因となる、電波の波長が
０．１２ｍ、１／２インチあまりと短いものです。

ブルートゥースのプロファイルでもＷｉ－Ｆｉに近い機能が
定義されていますが、基本が「携帯機器を不便なく接続する」
ためのシステムなので、無指向性で通話が困らないくらいに
持続的に通信できる性能を進めたものです。

無指向性なら、机の面に向けて飛ぶ半分の電波が無駄では、
と思うでしょうが、波長が短いために、そちらも反射波として
優位に到達してしまう事があるので、心配しないでください。

無線ＬＡＮでは１つの端末でアンテナを複数用いて安定化を
図ったり、建物間伝送のために鋭い指向性の外付けアンテナを
用いる（各国の電波規制に則らないと犯罪です）事が
出来ますが、これは原則、施設内でネットワークを使うのに
無線を用いるという道具だから、用いられている訳です。

日本水晶デバイス工業会のハンドブックが、検索一発で
引けました。マイクロ波通信ツールの各方式が解ります。

参考URL：

http://www.qiaj.jp/pages/frame20/docs/handbook-shortradio-01.pdf

回答No.3

yama1718

光と電波ですから。
リモコンの赤外線は直接視認できませんが、ビデオカメラや携帯のカメラは赤外線領域の光でも撮影できるので、それを通して見るとリモコンがピカピカ光っているが確認できると思います。
受光センサーは、そのピカピカの光を見てリモコンからの信号を受け取っているんですね。
昔の赤外線リモコンは感度が低くてリモコンを受光部に向けないと反応しないものでしたが、今では受光センサーの感度や受信回路の性能が向上し、リモコンからの直接光でなくても壁や物での反射光でも反応します。

回答No.2

szk9998

赤外線もブルートゥースの電波（ＵＨＦ）も広義でいうところの電磁波です。
人間の目には見えないですけど、波の伝搬なんですね。

指向性云々は、この機器の設計上の違いだけです。

赤外線でいうと、だいたい赤外線ＬＥＤで発光させている場合が多いと思います。
赤や青のＬＥＤはご存知だと思いますが、それの「赤外線色」を発光するＬＥＤです。
一方向にしか光っていませんよね。（後ろからは見えません）
電球を思い浮かべてもらえばわかりますが、同じワット数でも傘をつけて手前だけに光を集めれば明るくなります。この原理ですね。無駄な方向への照射はカットしてあるわけです。

赤外線機器の使用は、近距離に限られますので、指向性を持たせても、狙いを外さないわけです。
もちろん、全方向に向けて照射する機器もありますが、無駄に電気を食いますね。

一方、ＢＴのＵＨＦ電波はアンテナから送信して、アンテナで受信しています。
波長が短く、あまり遠くに飛ばす必要がないので小さいだけです。

これも、指向性を持たせようとすれば、テレビの八木アンテナやパラボラアンテナのようなものを接続すれば指向性を持った電波が送受信できます。
その必要がないので、指向性のない無指向性アンテナで済ませているだけです。
（指向性が強いと不便ですしね。ちょっと動かしただけで電波が切れたり・・・・）

用途に違いがあるので、そのように設計されているだけです。
周波数の違いは、直進性であって、指向性ではありません。

回答No.1

Willyt

電波は周波数が大きいほど指向性が強くなります。ブルートゥースで使われている電波は最大でも２４メガで、赤外線は数百テラヘルツのオーダーです。ですから赤外性の方が指向性が強いのです。