給電線と伝搬を現象から選ぶ

STEP 1まず1問、見てみる

先生

最初に「HF の話か、VHF の話か」を決めて。それだけで肢の半分が消えるの。

ここで迷う人は、短波（HF）の感覚が混ざっています。短波は空へ向けて出した電波が電離層で反射して遠くへ届くので、「空へ向ければ遠くへ行く」という絵が頭に残りやすいのです。

ところが VHF は通常、電離層を突き抜けてしまいます。どの周波数帯の、どの伝わり方の話なのかを先に決めると、肢はすぐ切れます。

この回は前半で給電線、後半で伝搬を扱い、どちらも「その現象で何が起きるか」から肢を選びます。

STEP 2覚えること

先生

給電線は運ぶだけ、電波を出すのはアンテナ。給電線から電波が出たら、それは損失なの。

給電線の仕事は、送信機の電力をアンテナまで、なるべく減らさずに運ぶことです。電波を出すのはアンテナの仕事で、給電線から電波が出るのは損失であり、妨害の原因にもなります。

アマチュア無線でいちばん使う給電線は同軸ケーブルです。中心の内部導体を絶縁物が包み、その外側を網線の外部導体が覆い、いちばん外を外被が守ります。

外部導体を接地側として使う不平衡形で、外部導体がしゃへいになるので放射も誘導も少ないのが利点です。

同軸ケーブルの特性インピーダンスは、内部導体と外部導体の寸法比と、絶縁物の誘電率で決まります。アマチュア無線機では 50 Ω、テレビ受信では 75 Ω のものが多く使われます。

ケーブルを長くしても特性インピーダンスは変わりません。長さに比例して増えるのは損失（減衰量）のほうです。

給電線とアンテナのインピーダンスが合っていない（不整合）と、アンテナに届いた電力の一部が反射して送信機側へ戻ります。

行きの進行波と戻りの反射波が重なると、給電線の上に電圧の高い所と低い所が並んだ定在波ができます。その最大と最小の比が定在波比（SWR）です。

整合が悪いと、送った電力の一部が反射して戻ってくるぶん、アンテナから出る電力が減ります。戻ってきた電力は送信機や給電線の負担にもなります。

そこで送信機とアンテナの間に SWR メータを入れて、SWR が 1 に近いかを確かめながらアンテナの長さや整合回路を調整します。

SWR メータは測るだけの道具で、それ自体が整合をとるわけではない、という点は第9回の妨害の問題でも肢のダミーとして出てきました。

先生

ここから後半の伝搬。層の名前は「反射する」「吸収する」の働きと組で覚えてね。

後半は伝搬です。地上から高さ数十 km より上には、太陽の紫外線などで大気が電離した電離層があり、低いほうから D 層、E 層、F 層と呼びます。

短波（HF）の遠距離通信は主に F 層での反射によるものです。D 層は昼間に現れ、中波や短波を反射せずに吸収する側の層です。

短波を空へ向けて出すと、電離層で反射して遠くの地上に戻ってきます。送信所から、電離層反射波が初めて地上に戻る地点までの地上距離を跳躍距離といいます。

送信所の近くには地表波が届きますが、地表波が届かなくなる所から跳躍距離までの間はどちらの電波も届かず、不感地帯になります。

フェージングへの対策もセットで出ます。受信機の AGC（自動利得制御）は、入ってくる信号の強さが変わっても出力の大きさをそろえる回路で、フェージングによる音量の揺れを小さくします。

離れた場所に置いた複数のアンテナで受けて、強いほうを使うダイバーシティ受信も、同じ目的の方法です。

VHF の通常の伝わり方は、電離層で反射されない見通しの伝搬です。

だから通信距離を延ばすには、アンテナを高くして見通せる範囲を広げ、利得の高いアンテナや鋭い指向性のアンテナで電力を目的の方向へ集め、電波は空へではなく地平線へ向けて低い角度で出します。見通し距離の目安は次の式です。

STEP 3肢の切り方

先生

「放射角を高く」は HF の発想。VHF の問題でこの言葉が出たら、真っ先に疑ってね。

冒頭の例題No.3 工学 問28 を解きます。最初に周波数帯を確認します。VHF なので、通常は電離層で反射されず、見通しで届く伝搬です。

次は給電線の例題No.2 工学 問27。給電線に必要な電気的条件で誤っているものを選びます。

STEP 4ひっかけ

先生

SWR の最小は 0 じゃなくて 1。「反射ゼロなら SWR もゼロ」がいちばん多い落とし穴よ。

STEP 5自分で解く

先生

3問とも、まず「給電線かアンテナか」「HF か VHF か」を仕分けてから肢を読んでね。

STEP 6今日のまとめ

次回は電気の基礎です。オームの法則、コンデンサ、共振、デシベルを、比例関係と単位だけで解きます。