定在波の伝送路からの放射

質問

伝送路からの放射について調べています。

l＞(λ/10)のとき　　（l：伝送路の長さ、λ：波長）

伝送路がアンテナとなって電磁波が放射されるときは、
伝送路の入力インピーダンスがゼロになって最大の電流が流れるとき
だということwebの資料や参考書で読みました。

負荷がオープンのとき
入力電流に対して、入力インピーダンスがゼロとなる条件
l=(nλ)/4 （n=1,3,5…）

負荷がショートのとき
入力電流に対して、入力インピーダンスがゼロとなる条件
l=(nλ)/4 （n=1,3,5…）

となっています。
このことから、放射される周波数は伝送路に接続される負荷のインピーダンス
がオープンかショートかによって異なることがわかります。

しかし、伝送路で定在波が発生する条件は
l=(nλ)/4　（n=1,2,3…）
という条件が記載されていまして、

負荷によって条件は変わるのに、
上記の2つの条件を合わせているような気がして
納得ができません。

入力電流に対して、入力インピーダンスがゼロとなる条件
と定在波の条件は、別ものなのでしょうか。

どなたか教えて下さい。
よろしくお願いします。

回答No.3

saecvlvm_avrevm

>どちらの場合でも定在波の立つ条件とは、どのような意味を持つのですか？

定在波については、図を描いてみれば一目瞭然です。定在波の電圧と電流は、
90度位相がずれます。給電線の先端がオープンであれば、インピーダンス
Z=電圧（最大）÷　電流（0に近い）　ですからZは非常に大きくなり、給電線の
インピーダンス（例えば10D-FBは50オーム）と不整合になりますので、
交流電流は解放端で反射されて定在波を形成します。
同様に先端を短絡するとインピーダンスZ=電圧（0）÷　電流（最大）　
ですからZは非常に小さくなり、給電線のインピーダンスと不整合になりますので、
交流電流は短絡端で反射されて定在波を形成します。
定在波がまったく立たない場合と言うのは給電線のインピーダンスと同じ値の
純抵抗を接続した場合で、給電線を通過した交流はすべて抵抗内で消費され熱に
なります。この場合は、給電線のインピーダンスと純抵抗が完全に整合して
いますので、反射はまったくありません。
ロンビックアンテナなどの進行波型アンテナはこの原理を応用しています。

お礼

返事が遅くなり申し訳ございません。
ご回答ありがとうございました。

回答No.2

saecvlvm_avrevm

アマチュアの回答としてお読みください。

給電線に定在波が立っても、電磁波が放射されるとは限りません、
例えばツェップアンテナに使われたハシゴフィーダーでは定在波を立てて
使いますが、平衡する2線には逆位相の電流を流すので、電波は出ません。
この位相がずれると、電波が放出され、受信アンテナとしてはノイズを
拾ってしまいます。

次にトンネル内のラジオ放送に使われる漏洩ケーブルですが、先端がオープン
の場合、先端は電圧最大、電流最小になります。この条件で、定在波の図を描いて
みますと、給電線の長さがnλ/4 （n=1,3,5…）のとき入力端子では電流
最大、電圧最小で入力端インピーダンスは0に近いことがわかります。
反対に、先端がショートの状態では、先端は電圧最小、電流最大になります。
この条件で、定在波の図を描いてみますと、給電線の長さが2nλ/4 （n=1,2,3…）
のとき入力端子では電流最大、電圧最小で入力端インピーダンスは0に近い
ことがわかります。どちらの場合でも定在波の立つ条件はnλ/4 （n=1,2,3…）
で変わりません。

お礼

ご回答ありがとうございます。

先端がオープンの場合で、給電線の長さがλ/4のとき

電流は、先端で自由端反射、入力端で固定端反射をするので
進行波と反射波が重なり続けるので定在波になるのでしょうか？

どちらの場合でも定在波の立つ条件とは、どのような意味を持つのですか？
2つの場合分けは両極端だから、その他の伝送路の状態を考慮すると
この2つの条件を合わせるということでしょうか？

回答No.1

tadys

伝送路に定在波が存在しているからと言って電磁波が放射されるとは限りません。
例えば、同軸線路の場合、線路の外側には電磁場が存在しないので電磁波の放射は起こりません。
（外側の導体が編組線の様に隙間がある場合には放射が起きます）

＞伝送路の入力インピーダンスがゼロになって最大の電流が流れるとき
これは間違いです。
電磁波が放射されるという事は入力された電力の一部が失われる、すなわち電力の消費が発生するという事です。
インピーダンスがゼロでは電力消費が発生しません。
つまり入力された電力は全て反射されてしまい、空間には出て行きません。

アンテナは空間のインピーダンス（376.7Ω）と伝送路の間のインピーダンス整合を行う役割を持っています。
http://homepage3.nifty.com/tsato/terms/characteristic-impedance.html
ダイポールアンテナのインピーダンスは約７３Ω、
フォールデッドダイポールアンテナのインピーダンスは約２９３Ωです。

通常の伝送路は出来るだけ空間にエネルギーを逃さないようにします。

お礼

＞インピーダンスがゼロでは電力消費が発生しません。
つまり入力された電力は全て反射されてしまい、空間には出て行きません。

ご回答ありがとうございます。
この意味がやっとわかりました！