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AM放送の受信機のアンテナは一般的にそれほど大きくないのに、送信所のアンテナはなぜあんなに大きいのでしょうか。周波数と波長の関係は理解したのですが・・・。その上で考えると、受信機のアンテナはもっと大きい方が良いのでしょうか。

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A 回答 (9件)

★ワオ!


皆さんの熱の入った回答、スゴイですね。
私ならこう説明します。
中波放送は電波の波長が長いので
電波を効率よく送信するためには
アンテナをなるべく長くした鉄塔アンテナで送信する必要がある。
受信するほうも本来は同じようなアンテナを使えばよいが
非実用的なので、電波の2面性である電界と磁界の
磁界の要素を受信して再生する磁界アンテナを使うのが一般的。
専門用語では「フェライトコアアンテナ(磁性粉固型アンテナ)」というものになります。
磁力線の変化を音声の変化にしますから小さくても高感度です。
ただしこれもある程度大きいほうが効率もよいのですが。
1970年代のBCLブームという時代には
大型フゥライトコアアンテナを使った
クーガという松下のラジオが大人気でした。
また当時の通信型受信機という専門の大型受信機には
長いワイヤーアンテナをつなぐためのアンテナ端子がついてました。
フェライトアンテナは使っていませんでした。
ラジオを聞くのにアンテナはいろいろあるものなのです。
受信環境に合ったものを各自で選べばいいので
何が良くて悪い、という絶対評価は存在しません。
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この回答へのお礼

わかりやすいご説明をいただきありがとうございます。
文系の人にも分かり易いのではないかと思いました。

お礼日時:2008/03/05 11:20

アンテナの基本となるダイポールアンテナは、使用する電波の波長の1/2の長さを基準にして設計されています。


例えば、テレビのアンテナは、魚の骨みたいな「八木アンテナ」が主流ですが、ケーブルがつながっている箇所の棒1本の長さが、約1/2波長の設計となっています。

電波の波長 λ=c/fで求められます。 
(c=光速≒299792458[m/s](約30万Km/s), f=周波数)

※実際のアンテナは導体中の電界の伝搬速度が光速より遅いため、1/2波長より短く設計されます。また、負荷コイルを途中に入れて、アンテナの長さが短くても同調させるように設計する場合もあります。

90MHz(90000000Hz)のFM放送の波長は、299792458/90000000≒3.33mとなり、ダイポールアンテナは理論上その半分の長さ(1.67m)となります。
一方、1000KHz(1000000Hz)のAM放送の波長は、約300mにもなり、上記と同様のアンテナの場合、150mもの長さが必要になります。

上記の2種類のアンテナは、大きさ、長さは違いますが、利得は同じです。

ところで、波長が極端に長いAM放送の場合は、ラジオ受信機に、100m以上のアンテナを接続するのは大変です。
そこで、AMラジオ受信機の場合は、バーアンテナという、電界ではなく、磁界を受信するアンテナを使います。コアに銅線をぐるぐる巻いたものですが、これはダイポールアンテナ等とは原理が全く違い、銅線の長さは波長に由来するものではありません。
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この回答へのお礼

追加的なご説明ありがとうございます。

お礼日時:2008/02/21 10:03

日本のAM放送は 中波 MFといって 300KHzから3000KHz(3MHz)を使っています。


電波は 
長波 LF 30KHz~300KHz
中波 MF 300KHz~ 3MHz
短波 HF 3MHz~30MHz
超短波 VHF 30MHz ~ 300MHz
極超短波 UHF 300MHz ~ 3GHz
SHF 3GHz ~30GHz
と分類されています

電波は波長の長さがあり たとえば TV放送などの超短波といわれるVHFといわれるTVでつかわれているのは 東京であれば150MHzあたりです

300÷150MHz=役2m となり 電波は2mの波長をもっています。 アンテナは いろいろな種類があるのですが 役 1/2の長さを取る八木アンテナは 1mとなり VHFのテレビアンテナはおおよそ 1Mの素子がならびます

この説明でおきがつきでしょうが 地デジは UHFを使うので 地デジのアンテナが 素子がちいさいのはこのためです

なぜ 波長にあわせて長さをきめるのかというと、 電波をとらえて 電気信号にかえるためには アンテナは 波長に同調させないと うまく受信して電気信号にならないのです。

よって VHFアンテナでUHFの電波が捉えられないように それぞれの波長にあわせるひつようがあります。

当然 コイルを使って アンテナを短縮して短くすることもできますが、電気的にはOKでも アンテナの感度が ものすごくわるくなります。 アンテナで dBとか利得とかかいてあるのはコレです

AMラジオ放送のMF放送は 非常に波長が長いので 1000Khzでも 300mもあります・・ アンテナも 巨大になります。

一番簡単な 1/2波長ダイポールでも 150Mの長さが必要です。

たいして 受信機は ループコイル式という アンテナをつかっています。あのAMアンテナのちいさな リングの中にじつは コイルが150mまでいかないまでも 長い線が グルグル巻きにされています。いわゆる 電気的に 同調させているのです。

同調していれば、その同調した電波をとらえることができますので、アンテナとして機能します。ただし利得は悪いです。

 中波の よいところは 地球の表面にたいして 地上を這うようにまわりこみます。 VHFなどは地球は丸いので 宇宙にむかっていってしまいます。 あと MFなど低い波長は非常に 高い電力で送信が可能なので ループコイルのような利得が悪いアンテナでも送信アンテナで強烈な電波をだして電界強度を上げることができるので十分受信ができます

戦前は 短波は 使い物にならず MFまでが 利用価値のある電波としてつかわれていましたが HFの電離層で反射して遠距離が通信可能とわかると こぞって使うようになり VHFなど 何につかうかわからない周波数も 広い周波数と小型アンテナ そして 八木アンテナの発明で ごく近距離100KMけんないの連絡には有効とわかり、電波の特性をいかした使われ方をしています

VHFなどは 東京タワーなど 高いところで電波をだすのは 見通し距離でしか 電波が届かないこと と MFにくらべ あまり 高い電力で送信ができないことです。

VHFなどは 電波はまわりこまず直進性が高いので 見通せない範囲には電波は届きません。
地球が平らなら 電波が減衰するまでいくらでも・・ですが丸いですので。ちょっと専門的ですけどご理解いただけましたでしょうか
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アンテナは原則として大きいほうが良いです。

同調は取らないといけませんが。
受信も送信も可逆的なものですから、ラジオ送信所で使われているのアンテナに、送信機のかわりにラジオを繋げば電波は非常に強く受信できるはずです。
現実には普通のラジオは極小さいアンテナで受信するように設計されているので、中波放送帯のように強力な電波が電波が出ているところでは強すぎて壊れるかもしれませんけど。
実際、遠くの中波放送を聞くために、数10mの線を張って、アースを取って、アンテナカプラをつないで、欧州やら中東やらの放送を混信の中から拾いあげて喜んでいるマニアの人もいました。昔は月曜日の未明に日本の放送はみんな止まったので遠距離受信のチャンスでした。
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送信所のアンテナはなぜあんなに大きいのかというと、送信出力が大きいからです。



関東圏の主要ラジオ局は100kWくらいの出力がありますが、アンテナは一種の抵抗器と考えられますので、これだけの高出力を受け止めるだけの大きさが必要になるのです。

アンテナを100W電球だとすると、100Wなら1個でいいですが、100kWだと1000個必要になりますよね?
このように出力に応じて大きくなるのです。

送信アンテナが大きくて高出力なので、受信機は小さくてすむのです。逆に送信アンテナが小さくて出力が弱いと、受信機のアンテナを送信所のアンテナくらい大きくしないといけないかもしれません。

アンテナにはゲイン(利得)というのがあって、一般的に大きさが大きいほどこの値が大きくなり、微弱な電波を増幅して多くの電力を受けることができます。遠くの星の微弱な電波を捉える電波望遠鏡がとても大きいのはこのためです。
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この回答へのお礼

アンテナは一種の抵抗器とは、もう少し勉強してみます。
ありがとうございました。

お礼日時:2008/02/06 17:03

周波数と波長の関係はご理解されている通り周波数によって電波を効率よく発射したり受信するには長さがおのずと決まってしまいます。


BSでも実際電波を送信したり受けてる部分はかなり小さいのですが
電波を反射させて指向性を高め効率よくするため大きなパラボラが必要になります。
ご質問はAM受信機についてですね、AM受信機の場合は小型化するため同調方式をとります。
バーアンテナと言ってコイルとコンデンサーの関係でラジオの周波数に共振させそれを特定の周波数に変換させて増幅することにより小型化が出来ます。ラジオでも向きによって感度が変わるのはそのためです。
それでも電波が強いところ向きです。
遠い放送局を受信するためには波長に合ったアンテナでないとうまく聞こえません。
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この回答へのお礼

やはり同調方式が重要ですね。ありがとうございます。

お礼日時:2008/02/06 17:01

#2の訂正



誤: 受信(ラジオ)側は530Hz~1600Hzまで
訂正:受信(ラジオ)側は530kHz~1600kHzまで
でした

単位が間違っていました 訂正します。
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AM放送の場合 送信所から送られるのは その放送局の電波1波だけですが


受信するラジオの方は 1波だけ受信できればよい訳ではありません、

送信は その周波数専用のアンテナを使えますが
受信(ラジオ)側は530Hz~1600Hzまで受信可能とする必要があります
波長で言えば566m~187mとなり TVアンテナやFMアンテナのような構造だと
全ての範囲をカバーすることは不可能で 構造も巨大なものになります
よってAMラジオに使われるアンテナは 同調回路を兼ねた物になっています
もちろん ラジオに内蔵された小型のアンテナより外部に大きなアンテナを取り付けた方が
より強く電波を捕えることが出来ます、

参考URL:http://www2.odn.ne.jp/~aag56520/www2.odn.ne.jp/m …
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この回答へのお礼

基本的な事が理解できました。同調回路なのですね。ありがとうございます。

お礼日時:2008/02/06 17:00

携帯電話のアンテナはさらに小さいですね。



携帯の送信所は大きいですが、PHSの送信アンテナは小さいですね。
遠くに電波を飛ばそうとすれば、それだけ強力なパワーが必要です。
セスナ機でアメリカへ行く事はできませんが、ジャンボジェット機ならできます。

ラジオや携帯電話で受信感度を高める目的で大きなアンテナをつけた商品を貴方は買いますか?例えばBSを受信するような大きなパラボラアンテナを背負いながら、ラジオ受信や携帯電話をしようと思いますか?
ラジオでもFMには長~いアンテナが付いていますね。
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この回答へのお礼

たしかに直感的にはよく理解できます。ありがとうございます。

お礼日時:2008/02/06 16:56

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Aベストアンサー

参考URLの(1/4)λの垂直接地アンテナはモノポールアンテナと同じものです。
モノポールのグランド面(接地面)は完全導体面の働きをします。つまり鏡のような働きをしており、参考URLの左側の半波長ダイポールアンテナと等価になります。アンテナ上の電流分布はダイポールの上半分の電流分布と(1/4)λの垂直接地アンテナの電流分布は同じになります。
したがってモノポールのアンテナを考える場合はダイポールで考えればいいということです。
アンテナは共振回路と等価です。
http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00136/contents/0026.htm

また、50m以上のAMラジオ放送大きなアンテナは設置が困難ですので、(1/2)λのダイポールの半分の長さの(1/4)λのモノポールアンテナを使っているのです。AMラジオ放送局の垂直にそびえる巨大な長さのアンテナはモノポールアンテナで作られています。実際は更に長さを節約するために、アンテナの頂上に傘のようなものがついていますが、それで多少の長さの節約をして(1/4)λより短くしています。
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ダイポールアンテナの電流分布(1/2)λの定在波)は中央部で電流が最大になり、両端で導体がなくなるため電流の行き先がなくなるのでゼロになります。電圧分布は中央で電圧がゼロ、両端で電圧最大になります。

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なお、λは電波の周波数の波長です。λf=v(vは電波の伝播速度、fは電波の周波数です。)の関係はあります。空気中ではvはほぼ光速になります。アンテナ上では速度が多少遅くなり、波長が短くなります(波長短縮率)。波長短縮率は1以下で太い断面のアンテナほど小さくなります。

参考URL:http://as76.net/dai/emv/dipole.htm

参考URLの(1/4)λの垂直接地アンテナはモノポールアンテナと同じものです。
モノポールのグランド面(接地面)は完全導体面の働きをします。つまり鏡のような働きをしており、参考URLの左側の半波長ダイポールアンテナと等価になります。アンテナ上の電流分布はダイポールの上半分の電流分布と(1/4)λの垂直接地アンテナの電流分布は同じになります。
したがってモノポールのアンテナを考える場合はダイポールで考えればいいということです。
アンテナは共振回路と等価です。
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また、『初歩のラジオ』『トランジスタ技術』などの入門書を読まれれば理解が深まると思います。

電気の資格を取ろう
http://www.eonet.ne.jp/~imagawa/denki_kiso/index.html


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