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導波管、特に高周波(マイクロ波)用に関する質問なのですが

1)なぜ有線である同軸より電波にすぎない導波管が強い出力が出るのか。
2)導波管の構造、どのようなメカニズムで通過させる電波の領域やVSWRが決定されるのか
3)通過帯域が広い導波管と狭いものとではどちらが作りやすいのか(安価にできるのか)。

専門家の方には笑止な質問と思いますがよろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

1) なぜ有線である同軸より電波にすぎない導波管が強い出力が出るのか。



 まあ、2)が答えに成っているけど

  そりゃこの周波数になると空気の中を移動する方が、減衰率が小さいからですね
 って事
 式は複雑・・・・・・

・銅線は、周波数が高くなるほど抵抗が増える
・周波数が高くなるほど、銅線の表面を伝わります
 ので周波数が高くなるほど減数量が増えます
 一方導波管は周波数には(殆ど)関係ない
 
 ってことです
 したがって高周波12Gとかね同じ太さでも導波管が強い出力でます


2) 導波管の構造、どのようなメカニズムで通過させる電波の領域やVSWRが決定されるのか

 書いても判るかな???????????????????

 単純に書くと
 伝送する周波数が高くなると、その自由空間内の波長が導体の断面積と同じ位になると、内部構造が無くてもその信号が伝達されるってことににより導波管の構造ができてます
 だから、VSWRは電波の波長と導波管の断面の形状大方決まります

 2)ことにより有線である同軸を使う周波数は低いです
   低くでも、その波長にあわせた導波管をつれば良い訳ですが

   所が導波管の断面が1mとかになると現実的にはそんなの作れませんよね
 だから、銅線をつかうしか無い

3) 通過帯域が広い導波管と狭いものとではどちらが作りやすいのか(安価にできるのか)。

 ・過帯域が広い導波管は材料が沢山いる
 ・構造が多少複雑

 なので当然答えはわかるよね



  
 
    • good
    • 1
この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時:2006/11/13 21:03

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Q導波管とは?

導波管とは中空の管状のもので、同軸ケーブルのように高周波成分であってもほとんど減衰なしに遠くまで電圧の信号を送ることが出来るものであると考えていたのですが、
http://www.ee.seikei.ac.jp/~seiichi/lecture/Wave/Column07/rectangle.html
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%8E%E6%B3%A2%E7%AE%A1
例えば、ここのページなどに導波管は光を含む電磁波を送るものである、というようなことが書かれてあるのですが、これってもしかして同軸ケーブルとは全く違うもので、ファラデーケージを形成した管で電磁波を送るものなのでしょうか?

そのほかストリップラインというものもありますが、これは誘電率を制御することで特性インピーダンスを制御した基板上での同軸ケーブルみたいなものであると考えて良いのでしょうか?

Aベストアンサー

まず、ハイパスフィルタ。
理論的には、波動方程式を解いていくと境界条件を満たすことの出来る臨界周波数(カットオフ)が存在するので、それ以下は伝搬し得ません。(厳密に言えば、急激に減衰します)
定性的に言えば、直流が通らないのはわかりますか? 周りの導体は接地しますのでGNDですが、中には空気しかないので通りませんよね。
電波ってのは波長に対して大きいかどうかで決まってきます。例えば車でラジオを聴きながらトンネルに入ったとき、AM放送を聴いている場合よりもFM放送を聴いている場合の方が奥まで聞こえます。
これも導波管と同じ事で、周波数が高い(波長が短い)ほど奥まで届きます。極端な話、導波管を覗くと向こうが見えますが、これは光(非常に波長が短い)が通るからです。

>・矩形ならTE10モード、というのはどういうことから分かるのでしょううか?TEnmでnは縦、mは横方向の節の数を表しているのだと思いますが、nしか節が存在しない理由を教えて下さい。

縦横で言うと混乱するので、伝送方向に垂直な断面(Transverse面)で長い方がn、短い方がmと覚えて下さい。
カットオフの計算に絡むのですが、寸法を決めた場合、モードの立ち方と対応する周波数が定まります。寸法に対して波長が短い(周波数が高い)場合は同時に複数のモード(例えばTE20が伝搬し得るならTE10も伝搬し得る)が存在します。
で、この周波数を計算していくと、一番低くなるのが矩形だとTE10になるのです。一番低いので、カットオフから次のモードが現れる周波数までの間はTE10しか存在せず、設計がやりやすくなります。なので、普通はTE10で使うことが多いのです。
もちろんTE01というモードもありますが、波長に比べての話なので、長い方にあって短い方に無い方が周波数が低くなるのは、イメージで理解してください。短い方にあるのなら長い方でも存在できますが、逆は無理です。この長短がポイントで、通常の矩形導波管は短い方が長い方の半分程度の寸法になっています。

この資料とか、参考URLの本がわかり易いと思います。
http://www.emclab.ice.uec.ac.jp/xiao/Jikken/MW_exp.pdf

参考URL:http://bookweb.kinokuniya.co.jp/htm/450110970X.html

まず、ハイパスフィルタ。
理論的には、波動方程式を解いていくと境界条件を満たすことの出来る臨界周波数(カットオフ)が存在するので、それ以下は伝搬し得ません。(厳密に言えば、急激に減衰します)
定性的に言えば、直流が通らないのはわかりますか? 周りの導体は接地しますのでGNDですが、中には空気しかないので通りませんよね。
電波ってのは波長に対して大きいかどうかで決まってきます。例えば車でラジオを聴きながらトンネルに入ったとき、AM放送を聴いている場合よりもFM放送を聴いている場合の...続きを読む

Q導波管の仕組み

電気工事会社で電波関係の機器を整備している新米技術者です。

最近、レーダの整備の仕事をしていてある疑問が浮かんだので聞いてください。

導波管にはさまざまな種類がありますが、フレキシブル導波管なるものがあることを知りました。このようにフレキシブルに導波管を曲げてしまうと、入力した電波と出力した電波の位相や振幅など?が異なってしまう気がするのですが実際のところどうなんでしょうか?

どなたかご教授お願いします。
また、このような疑問を解決するために必要だと思われる知識を得るために必要な情報が分かりやすく載っているHPや本があれば教えてください。

Aベストアンサー

>フレキシブルに導波管を曲げてしまうと、入力した電波と出力した電波の位相や振幅など?が異なってしまう気がするのですが

 フレキシブルに導波管は、曲げやすいように、周期的に細かい溝や螺旋が施されています。↓
http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/1998/00147/contents/159.htm
 ただし、極端に曲げることは出来ません。

 一般に波長より十分に短い周期での溝や不連続等は、その波では「認識」出来ません。
 これは、波長以下の寸法の物が「見えない」のと同じことです。
 その区間の線路定数は、その平均値で「認識」されます。フレキシブル導波管はこの原理を使っています。
 前後の部分と線路定数が「平均値」で等しいと、その波には「不連続ではないので」何も起こらずに伝搬していきます。

 よく分布定数線路をLCの等価回路で表示しますが、そのような意味合いで捉えられたら良いのではないでしょうか。↓
http://www.mwave-lab.jp/t_line.htm

 ちなみに、同軸ケーブルも良く見ると、外導体が網状の導体で出来ていたり、中心導体支持絶縁体が周期構造になっていたりしています。これらも同じ理由です。
 同様に、商用電源線が何十メートルおきかの電柱で支えられていますが、まったくご心配のようなことは起こりません。理由は、波長に比べて「十分短い範囲内の不連続」であるのがひとつの理由です。
 
 なおいかなる場合でも、入力した電波と出力した電波では、その線路の長さ相当分の位相遅れが生じます。
 

>フレキシブルに導波管を曲げてしまうと、入力した電波と出力した電波の位相や振幅など?が異なってしまう気がするのですが

 フレキシブルに導波管は、曲げやすいように、周期的に細かい溝や螺旋が施されています。↓
http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/1998/00147/contents/159.htm
 ただし、極端に曲げることは出来ません。

 一般に波長より十分に短い周期での溝や不連続等は、その波では「認識」出来ません。
 これは、波長以下の寸法の物が「見えない」のと同じことです。
 その区間の線路...続きを読む

Q導波管とモードについて

電磁波理論を勉強しています。

導波管は一般的に最低次のモード(TE01)のみを通過させるように設計されている、と参考書に載っていたのですが、複数のモードを通す導波管では何か不都合が起こるのでしょうか?

また、TE01のみを通過させる導波管に高次のモードの電磁波を入射させるとTE01モードに変化して伝搬することになるのでしょうか?

Aベストアンサー

>>複数のモードを通す導波管では何か不都合が起こるのでしょうか?

 複数のモードで伝播できると、設計が難しくなるためです。

 例えば、導波管のサイズを変えて、考えているモードで伝播しないようにしても、他のモードで伝播できると、結果として伝播を阻止出来なくなったりします。
 これを避けるためには、伝播可能なすべてのモードについて、その電磁波の振る舞いを検討し、どのように伝播するかを調べなければならない訳です。


>>TE01のみを通過させる導波管に高次のモードの電磁波を入射させるとTE01モードに変化して伝搬することになるのでしょうか?

 表現のニアンスが少し違います。
 「ある周波数の電磁波を、高次モードで伝播してきた導波管から、TE01のみを通過させる導波管に入射させ、TE01モードで伝播させた」のような表現になります。
 この場合、高次モードで伝播出来る「大きな導波管」を、TE01モードでしか伝播しない「小さな導波管」に伝播するように接続したことになります。

 例えて言えば、「2列とか3列で横に広がっていた人の列が、狭い道に来たので、一列になって(モードが限定されて)歩いていく」ようなイメージです。

 あくまでも、「高次のモードの電磁波」があるのではなく、「電磁波」があって、それがそれぞれの場所で伝播可能なモードで伝播する訳です。

>>複数のモードを通す導波管では何か不都合が起こるのでしょうか?

 複数のモードで伝播できると、設計が難しくなるためです。

 例えば、導波管のサイズを変えて、考えているモードで伝播しないようにしても、他のモードで伝播できると、結果として伝播を阻止出来なくなったりします。
 これを避けるためには、伝播可能なすべてのモードについて、その電磁波の振る舞いを検討し、どのように伝播するかを調べなければならない訳です。


>>TE01のみを通過させる導波管に高次のモードの電磁波を入射さ...続きを読む

Qアンテナ線の75Ωと300Ωの違い

アンテナ線の75Ωと300Ωの違いは、何なんでしょうか?
何が75Ωと300Ωなのでしょうか?アマチュア無線では、
50Ωいうのも聞きます。
周波数や配線の距離にも関係するのでしょうか?
大変初歩的な質問ですが、お教え下さい。

Aベストアンサー

補足ですが。

同軸ケーブル50Ω75Ω(3C.3D.5C.5D....)と平衡フィーダー(200Ω300Ω)は、m当たりの減衰量が違います。距離が長いと減衰が多くなります。
正確な数字は忘れましたが、減衰量の少ないのが200.300Ωの方です。
電界強度を優先するときは平衡フィーダーを用い、外部雑音等を優先するときは同軸ケーブルを用います。同軸は種類が沢山ありますが簡単に言うと最初の数字が多い方が減衰が少ないと思って下さい。

今は殆どの場合同軸を使用しますが、CTVのアンテナの大半は300Ωベースで設計され、内部にマッチングトランスを内蔵して、使用用途に合わせ変更が出来ます。


UHFアンテナの大半は200Ωで設計され200フィーダーと同軸が接続できます。
その名残が少し古いCTV、VTRに残って背面に300Ωの端子があります。
ケーブルが同軸で接続端子が300の場合はマッチャーを用いインピーダンス変換をします。

今は、アンテナからの信号は混合され、CTV、VTR内部にセパレーターが内蔵され殆どフィーダーは使用されていません。

参考
市販されているFMのアンテナで300Ωのフィーダーを使用している物があります。T字形したアンテナのエレメントとなる-の両端は短絡され折り返しダイポールアンテナで300にマッチングしています。
アンテナ関係はアマチュア無線の本を読まれると良いと思います。
テレビ関係であれば、家庭電子機器を参考にして下さい。

補足ですが。

同軸ケーブル50Ω75Ω(3C.3D.5C.5D....)と平衡フィーダー(200Ω300Ω)は、m当たりの減衰量が違います。距離が長いと減衰が多くなります。
正確な数字は忘れましたが、減衰量の少ないのが200.300Ωの方です。
電界強度を優先するときは平衡フィーダーを用い、外部雑音等を優先するときは同軸ケーブルを用います。同軸は種類が沢山ありますが簡単に言うと最初の数字が多い方が減衰が少ないと思って下さい。

今は殆どの場合同軸を使用しますが、CTVのアンテナの大半は30...続きを読む

Q方形導波管の寸法比について

マイクロ波関係の書籍を読んでいると”実用的な方形導波管の断面寸法比は
1:2のもが多い”と書かれており、調べてみると実際に存在している導波管
の規格も1:2がほとんどだったんですがそれ以上の事、何故1:2が実用的
なのかという事についてはほとんど触れられていません。

おそらく1:2にした時、各モードでの遮断周波数を最も低くする事ができる
のだからではと思うのですが実際はどうなのでしょうか?お力添えお願いします。

Aベストアンサー

 大電力のマイクロ波伝送になると導波管の内部に設けた調整用の突起などからの放電が始まることがあるため、電力密度をできるだけ低くするには導波管の断面積が大きいほど有利です。しかし、横幅は伝送周波数によって制限を受けますから、縦を大きくする方が望ましいとは考えられます。もちろん横よりも縦を大きくするわけにはいきませんし、縦横の長さを同程度にすると競合するモードが増えてモード変換を起こしてしまいまうため、縦横比は十分な差が必要です。さらに、方形導波管の縦(短辺)が小さいと特性インピーダンスが低くなります。特性インピーダンスが高すぎると同軸線路などに取り出すときに大きな変換が必要になり、周波数特性の劣化や損失の増大をまねきます。こうした観点から現在のきりの良い数字になっています。
 実際は2:1の場合は特性インピーダンスが300オーム程度になるので変換のためにはこの半分程度にするのが望ましいのです。そこで段階的に高さを下げていくステップ状の構造が用いられたり、中央部だけ盛り上がり部分を設けるコルゲート形状なども使われます。したがって、2:1にするという確たる根拠はなかったともいえます。

 大電力のマイクロ波伝送になると導波管の内部に設けた調整用の突起などからの放電が始まることがあるため、電力密度をできるだけ低くするには導波管の断面積が大きいほど有利です。しかし、横幅は伝送周波数によって制限を受けますから、縦を大きくする方が望ましいとは考えられます。もちろん横よりも縦を大きくするわけにはいきませんし、縦横の長さを同程度にすると競合するモードが増えてモード変換を起こしてしまいまうため、縦横比は十分な差が必要です。さらに、方形導波管の縦(短辺)が小さいと特性イ...続きを読む


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