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ブラウンアンテナ・ホイップ・スリーブ(垂直偏波) ぶらうんあんてな

二陸特 三陸特 3アマ 4アマ

λ/4 の垂直な放射素子を使う垂直偏波のアンテナ。ブラウンは根元から数本のラジアル、ホイップは車体や大地、スリーブは λ/4 の円筒導体が接地側になる。水平面内は全方向性。

試験ではここ

穴埋めと図の名称当てが定番。「垂直偏波で、水平面内の指向性が全方向性」、放射素子は 1/4 波長(150〔MHz〕なら 0.5〔m〕、21〔MHz〕なら 3.6〔m〕)。図に円筒状導体があればスリーブ、ラジアルがあればブラウン、素子 1 本ならホイップ。

棒を 1 本、まっすぐ上に立てたアンテナの仲間です。半波長ダイポールの下半分を「大地の代わり」に置き換えたもので、放射素子は λ/4 の長さで済みます。大地の代わりが何かで名前が変わり、ラジアル(地線)ならブラウン、車体や大地そのものならホイップ、同軸の外側にかぶせた円筒ならスリーブです。

λ/4 垂直アンテナの 3 兄弟
3 種類とも放射素子は λ/4。接地側が「ラジアル」「車体」「円筒(スリーブ)」で名前が変わる

3 つの見分け方

  1. ブラウンアンテナ(グランドプレーンアンテナ) λ/4 の垂直素子の根元から、同じ λ/4 のラジアルを水平または斜め下に 3〜4 本出す。ラジアルが大地の代わりをするので地面から離して建てられる
  2. ホイップアンテナ λ/4 の素子 1 本だけ。車体や大地を接地側として使う。移動局・携帯機の定番
  3. スリーブアンテナ 同軸ケーブルの内導体を λ/4 伸ばして放射素子にし、外導体に λ/4 の円筒状導体(スリーブ)をかぶせる。上下合わせて半波長ダイポールと同じ動作で、接地面が要らない
放射素子の長さ
l = \dfrac{\lambda}{4} = \dfrac{300}{4f}\ [\mathrm{m}]

f は MHz。λ = 300 / f〔m〕の 4 分の 1。f が高いほど短くなる

電流分布と電圧分布
電流は根元(給電点)で最大、先端で零。半波長ダイポールの上半分と同じ分布

偏波と指向性

素子を垂直に立てるので垂直偏波です。素子を軸にして左右対称なので、水平面内の指向性は全方向性(無指向性)になり、指向性図は点 P を中心とする円です。垂直面内では真上と真下に放射がなく、水平方向が最大になります。

水平面内の指向性パターン
水平面内は P を中心とする円(全方向性)。8 の字は水平ダイポール、単一指向性は八木

典型問題の解き方(150〔MHz〕用ブラウンアンテナの放射素子の長さ)

手順

  1. 波長を出す λ = 300 / f = 300 / 150 = 2〔m〕
  2. 4 で割る l = λ / 4 = 2 / 4 = 0.5〔m〕
  3. 答え 0.5〔m〕。21〔MHz〕なら λ ≒ 14.3〔m〕で l ≒ 3.6〔m〕
ひっかけ

穴埋め「[A]偏波で使用し、[B]面内の指向特性は全方向性」は A=垂直、B=水平です。「垂直・垂直」が最もよく選ばれる誤りです。図の問題では、円筒状導体が見えたらスリーブで長さは λ/4。「スリーブ・λ/2」は上下を合わせた全長なので誤りです。

上部の看板「ブラウン・ホイップ・スリーブ=λ/4 の垂直素子、垂直偏波、水平面は全方向
1/4 波長の素子 1 本と、大地の代わりになる何か。偏波は垂直、水平面は全方向

この用語を押さえる問題

二陸特 ・ 日本無線協会 令和3年2月期 無線工学 問15

次の記述の [ ]内に入れるべき字句の組合せで、正しいのはどれか。 ブラウンアンテナやホイップアンテナは、一般に [A] 偏波で使用し、このときの [B] 面内の指向特性は、ほぼ全方向性(無指向性)である。

正答: A=垂直 B=水平

ブラウンアンテナやホイップアンテナは放射素子を垂直に立てて使うので垂直偏波です。素子を軸として対称な構造なので、水平面内の指向特性はほぼ全方向性(無指向性)になります。移動局の基地局用アンテナとしてよく使われる理由です。

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三陸特 ・ 日本無線協会 令和2年2月期 無線工学 問15

次の記述のA・B内に入れるべき字句の組合せで、正しいのはどれか。 図のアンテナは、Aアンテナと呼ばれる。電波の波長をλで表したとき、アンテナ素子の長さ l はBであり、水平面内の指向性は全方向性(無指向性)である。

正答: A=ブラウン B=1/4波長

正しい。図のように1/4波長の垂直素子と、その根元から放射状に伸びる1/4波長のラジアル(地線)で構成されるアンテナはブラウンアンテナ(グランドプレーンアンテナ)です。ラジアルが大地の代わりをするため、垂直偏波で水平面内の指向性は全方向性になります。

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三陸特 ・ 日本無線協会 令和4年2月期 無線工学 問15

図に示すアンテナの名称と l の長さの組合せで、正しいのはどれか。

正答: スリーブアンテナ 1/4波長

図は、同軸ケーブルの内導体を1/4波長延ばして放射素子とし、外導体に1/4波長の円筒状導体(スリーブ)を取り付けたスリーブアンテナです。放射素子とスリーブを合わせて半波長ダイポールと同じように動作し、接地面が不要なので移動局などに広く使われます。

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二陸特 ・ 日本無線協会 令和3年6月期 無線工学 問15

150〔MHz〕用ブラウンアンテナの放射素子の長さは、ほぼいくらか。

正答: 0.5〔m〕

正しい値です。波長 λ = c/f = 3×10⁸/(150×10⁶) = 2m。ブラウンアンテナ(グランドプレーンアンテナ)は 1/4 波長の垂直放射素子と数本の地線で構成されるので、放射素子の長さは λ/4 = 2/4 = 0.5m です。

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問われた問題 19

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