開口面アンテナ（パラボラ・カセグレン・ホーン・誘電体レンズ） かいこうめんあんてな

開口面の縦及び横の長さがそれぞれ 14〔cm〕及び 24〔cm〕の角すいホーンアンテナを、周波数 6〔GHz〕で使用したときの絶対利得の値として、最も近いものを下の番号から選べ。ただし、電界(E)面及び磁界(H)面の開口効率を、それぞれ 0.75 及び 0.80 とする。

正答: 20〔dB〕

正しい値です。周波数 6〔GHz〕の波長は λ = 3×10⁸/(6×10⁹) = 0.05〔m〕、開口面積は A = 0.14×0.24 = 0.0336〔m²〕です。開口面アンテナの絶対利得 G = (4π/λ²)·η·A に開口効率 η = ηE×ηH = 0.75×0.80 = 0.6 を用いると、G = (4π/0.0025)×0.6×0.0336 = 5027×0.02016 ≒ 101 となり、10log₁₀101 ≒ 20〔dB〕です。

次の記述は、カセグレンアンテナについて述べたものである。［ ］内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。 (1) 副反射鏡の二つの焦点のうち、一方の焦点は、主反射鏡の焦点と一致し、他方の焦点は、［Ａ］の励振点と一致している。 (2) 一次放射器から放射された［Ｂ］...

正答: Ａ=一次放射器　Ｂ=球面波　Ｃ=平面波　Ｄ=小さい

正しい組合せです。カセグレンアンテナの副反射鏡は回転双曲面で、その一方の焦点を主反射鏡（回転放物面）の焦点に、他方の焦点を一次放射器の励振点（位相中心）に一致させます。一次放射器から出た球面波は副反射鏡で反射されて主反射鏡の焦点から出たのと等価な球面波となり、放物面の主反射鏡で反射されて平面波になります。オフセット形は副反射鏡や一次放射器が主反射鏡の開口面の前方に無いため、それらによるブロッキング（遮へい）がなく、放射特性の乱れが小さくなります。

次の記述は、図に示す誘電体レンズの波源 O から誘電体上の点 P までの距離を求める式の算出について述べたものである。［ ］内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、中心線 R'F の延長線上の O からレンズ面上の点 F 及び点 P までの距離を、それぞ...

正答: Ａ=(r cos θ − l)/Vd　Ｂ=V₀/Vd　Ｃ=(n−1)l/(n cos θ − 1)

正しい組合せです。点 P の軸方向の位置は r cos θ、点 F の位置は l なので、レンズ内を進む距離は P を通る経路の方が (r cos θ − l) だけ短く、その分の時間差 (r cos θ − l)/Vd を F 経路に加えると到達時間が等しくなります（等位相面の条件）。屈折率は n = V₀/Vd です。式①に代入して V₀ を掛けると l + n(r cos θ − l) = r、整理して r(n cos θ − 1) = (n−1)l、したがって r = (n−1)l/(n cos θ − 1) となります。これは双曲線の式で、θ = 0 のとき r = l です。

次の記述は、開口面アンテナの測定における放射電磁界の領域について述べたものである。［ ］内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。なお、同じ記号の［ ］内には、同じ字句が入るものとする。 (1) アンテナにごく接近した［Ａ］領域では、静電界や誘導電磁界が優勢である...

正答: Ａ=リアクティブ近傍界　Ｂ=近傍界　Ｃ=放射遠方界

正しい組合せです。アンテナにごく近い領域は、距離の 2 乗・3 乗に反比例する誘導電磁界や静電界（リアクティブ成分）が優勢なリアクティブ近傍界領域です。その外側の放射界領域のうち、放射近傍界（フレネル）領域では放射パターンが距離によって変化し、ここで近傍界測定（平面・円筒・球面走査）が行われます。アンテナの放射特性（利得・指向性）は放射遠方界（フラウンホーファー）領域で定義されているので、近傍界測定データからフーリエ変換などの計算により遠方界特性を間接的に求めます。