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用語集 › 無線工学 › 空中線・伝搬

マイクロ波の特徴 まいくろは

4アマ 3アマ 三陸特 二陸特 一陸技

周波数 3〜30〔GHz〕の SHF 帯を中心とする、波長 1〜10〔cm〕の電波。光に近い性質で直進し、電離層を突き抜けるので、見通し内の固定通信・レーダー・衛星通信に使われる。

試験ではここ

「マイクロ波(SHF)帯の伝わり方で正しいもの」は「電波の直進性が強い」が正解。「地表波が遠距離まで減衰しない」「電離層で反射する」「雨・雪・霧に影響されない」は誤り肢。レーダーに SHF を使う理由では「豪雨・豪雪でも小さな物標を見分けられる」が誤り。マイクロ波を発振できるダイオードはガンダイオード。

マイクロ波は波長が数 cm しかない電波です。波長が短いほど電波は光に近いふるまいをするので、まっすぐ進み、山や建物の陰には回り込みません。そのかわり小さなアンテナで鋭いビームが作れ、広い帯域が取れるので、見通しのきく 2 点間の大容量通信やレーダーにぴったりです。

長波・中波は地表波、短波は電離層反射、マイクロ波は直進して電離層を突き抜ける様子の比較図
周波数が高いほど地表波はすぐ減衰し、電離層でも反射せず、直進する

マイクロ波の 5 つの特徴（試験で問われる形）

  • 直進性が強い 光のようにまっすぐ進む。通信は見通し内に限られ、中継所をリレーして遠くへ運ぶ
  • 電離層を突き抜ける 電離層で反射しないので遠距離の短波通信のようには使えない。逆に衛星との通信に使える
  • 地表波はすぐ減衰する 波長が短いほど地表に沿う伝搬は弱い。地表波で遠くへ届くのは長波・中波
  • 小形アンテナで高利得 パラボラなど開口面アンテナで尖鋭なビームが容易に得られる。レーダーの方位分解能も上がる
  • 降雨・降雪で減衰する 波長が雨粒の大きさに近づく 10〔GHz〕以上では雨・雪・霧の影響を強く受ける
波長と周波数
\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3 \times 10^{8}}{f}\ \text{〔m〕}

c は光速 3×10^8〔m/s〕、f はヘルツ。10〔GHz〕なら λ = 3〔cm〕。周波数が高いほど波長は短い

周波数が高くなるほどアンテナが小さくなりビームが鋭くなる一方、降雨減衰が増えるグラフ
高い周波数ほどアンテナは小さく鋭く、しかし雨に弱い

レーダーにマイクロ波を使う理由

レーダーの電波に SHF を使う理由は、波長が短いので小さな物標からも反射があること、アンテナを小形にして尖鋭なビームが得られること、空電の妨害が少ないことです。「豪雨、豪雪でも小さな物標を見分けられる」は誤りです。マイクロ波は雨や雪で減衰し、雨の反射が画面に映って小さな物標が埋もれます。

レーダーに SHF を使う 3 つの正しい理由と、豪雨・豪雪でも見分けられるという誤りを並べた図
小さな物標から反射、小形で鋭いビーム、空電に強い。雨に強いは誤り

典型問題の解き方（令和2年10月期 問16）

「マイクロ波(SHF)帯の電波の伝わり方で、正しいのはどれか」

  1. 周波数を確かめる SHF は 3〜30〔GHz〕。波長は 1〜10〔cm〕で、光に近い性質を思い出す
  2. 肢を伝搬の種類で仕分ける 「地表波が遠距離まで減衰しない」は長波・中波の話。「電離層で反射」は短波の話
  3. 気象の肢を消す 「雨、雪、霧など気象に影響されない」は逆。10〔GHz〕以上では降雨減衰が大きい
  4. 残った肢が答え 「電波の直進性が強い」が正解。見通し内通信に使う理由そのもの
ひっかけ

「電離層で反射する」は短波（HF）、「地表波で遠くまで」は長波・中波、「回折して山の裏へ」は VHF の性質です。マイクロ波は直進するだけ、と割り切ってください。ダイオードの問題では、マイクロ波を発振できるのはガンダイオードで、ホトダイオード・ツェナーダイオード・発光ダイオードは発振しません。

先生がマイクロ波中継所の前で直進性と降雨減衰を説明する挿絵
マイクロ波はまっすぐ進む。だから見通し内、だから中継、だから雨に弱い

この用語を押さえる問題

二陸特 ・ 日本無線協会 令和2年10月期 無線工学 問16

マイクロ波(SHF)帯の電波の伝わり方で、正しいのは次のうちどれか。

正答: 電波の直進性が強い。

正しい記述です。マイクロ波は波長が短く光に近い性質をもつため直進性が強く、見通し距離内の通信に用いられます。

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二陸特 ・ 日本無線協会 CBT例題 無線工学 No.1 問16

マイクロ波(SHF)帯の電波の伝わり方として、正しいのはどれか。次のうちから選べ。

正答: 電波の直進性が強い。

マイクロ波（3〜30 GHz）は波長が短く光に近い性質をもつため直進性が強く、見通し内通信に使われます。地表波はすぐ減衰し、電離層は突き抜け、雨や霧による減衰も受けます。

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二陸特 ・ 日本無線協会 CBT例題 無線工学 No.3 問23

レーダーにマイクロ波(SHF)が用いられる理由で、誤っているのはどれか。次のうちから選べ。

正答: 豪雨、豪雪でも小さな物標を見分けられる。

マイクロ波は雨粒や雪にも反射・減衰されるため、豪雨・豪雪のときは雨雪のエコーに埋もれて小さな物標はむしろ見分けにくくなります。他の 3 つは SHF を使う利点として正しい記述です。

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二陸特 ・ 日本無線協会 令和元年6月期 無線工学 問14

次のダイオードのうち、マイクロ波の発振が可能なものはどれか。

正答: ガンダイオード

ガンダイオードは GaAs（ガリウムヒ素）などの化合物半導体に高い電界を加えると電流が振動するガン効果を利用した素子で、マイクロ波帯の発振に用いられます。簡易なマイクロ波発振器やドップラーセンサなどに使われます。

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問われた問題 25

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