光、電波の広がり方とエネルギー

以前ＢＳ放送の電波の受信エネルギーと送信側とのつじつまは合っているのか？というような主旨の質問をして要領を得なかったことがありました。私の質問の仕方が悪かったのだろうと思います。
ＢＳ放送衛星の送信アンテナは指向性をつけているようですが、それにしても日本列島全域にくまなく電波をまくばるひつようがあります。しかも受け取る側はたかが小さなパラボラアンテナの面で受けるわけですから、ざるで受けるというようなレベルではなく、出力のほとんど１００％ちかくが無駄になっているように思います。これが事業として有効なのはどういう理屈でしょうか。やはりＴＶのチュナーのすさまじい増幅率の勝利ということだけに帰するのでしょうか？

最近これに関して思うことがあったのですが、何万光年もの遠くの星が地球で容易に観測されるというのは、光の性質によるところが大きいと思うのですが、たとえば光が有限な（はずの）光子という粒を撒き散らしているのなら、半径何万光年もの球体面での光子の分布量を考えるのはばかげているように思います。やはり何らかの場の伝播が面的に行われているのかと思いますが、そういった微小なエネルギーが人間の視神経を刺激するのは不思議です。こういったエネルギーは出す側と受け取る側の収支計算はなりたつものでしょうか。それともどこかで書かれていたように、光子(電波）はＡにいるかと思えばＢにもいるという、常識では捉えられない幽霊のような存在なのでしょうか。とりとめもない質問でもうしわけありません。

No.5 回答者： TXV12003 回答日時： 2013/10/07 21:24

No.3です。

本題とは関係なさそうな回答で申し訳ありません。

>ところでこの１２０Ｗというのは何の量なのでしょうか。これを１２Ｗにしたら地上には届かないのでしょうか。


空中線電力とは、送信機が空中線（アンテナ）へ供給する電力のことです。

実際には、ロスがありますので、終段アンプの消費電力は１２０Wより大きいです。

不安定にはなりますが、１２０Wを12Wにしても大丈夫だと思います。アマチュア無線では１０Wくらいの電力で人工衛星を経由した通信を行っています。家庭のアンテナをその分大きくしないといけませんね。

伝送距離を固定した場合、空中線電力がｎ倍になると、受信強度は√ｎ倍になります。
これから計算すると、１２０Wが、１０分の１になったところで、受信側での電界強度は、まだ３分の１弱を保っています。

この回答へのお礼

再度のご回答ありがとうございます。
＞本題とは関係なさそうな回答で申
いえいえ、貴重な情報で、おおいに参考になります。
確かにむかしはアマチュア無線も１０Ｗ級で世界中と交信していました。今は衛星を使っているのですか！進歩したものです。

＞空中線電力とは、送信機が空中線（アンテナ）へ供給する電力のことです。
＞伝送距離を固定した場合、空中線電力がｎ倍になると、受信強度は√ｎ倍になります。

こうしてみると、これ以上やたらに送信電力を大きくしても無駄が増えるような気もします。現状が一番バランスがいいのかもしれません。
電力というか、エネルギーそのものを移送しているわけではなく、情報が伝われば役目は貫徹ということで、効率が悪くてもいいのでしょう。そういえば世にある効率の悪い事業、たとえば広告など、このＢＳ通信以上にいいかげんな、割に合わない物なのかもしれないと思いました。

お礼日時：2013/10/08 08:04

No.4 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2013/10/07 20:50

>半径何万光年もの球体面での光子の分布量を考えるのはばかげているように思います。

全然バカげてないです。

100光年離れた太陽級の恒星1個でさえ地球に 100個/mm^2 程度の光子の雨を降らせます。
瞳には毎秒数千個程度入り込むことになるでしょう。

星が数千億個集まった銀河なら数万光年の遠さでも、その光は地球でかなりの
光子密度になります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
＞100光年離れた太陽級の恒星1個でさえ地球に 100個/mm^2 程度の光子の雨を降らせます。
瞳には毎秒数千個程度入り込むことになるでしょう。

おお、そうだったんですか。驚きました。光子はいはば想定上のものだと思っていました。それだけ多いのなら大型望遠鏡の焦点あたりでは光子はびっしりと大密度で動いているのでしょうね。想像もつきませんが確かに光子は質量がないということでしたから大きさもあまりなく、集中しても動きが取れないということはないのでしょう。
だからプラスチックの厚い壁、光ファイバーを光子は苦もなく光の速度で移動するのですね。

眼からうろこでした。

お礼日時：2013/10/07 21:16

No.3 回答者： TXV12003 回答日時： 2013/10/07 20:17

送信所のエネルギーは受信機を動作させるエネルギーとして使われるわけではないので、最低限情報伝達ができれば良いのです。

BS衛星の空中線電力はわずか１２０Wかそこらです。家庭でつかう照明くらいの電力で日本中をカバーできます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
＞最低限情報伝達ができれば良いのです。

ああ、そうなんですね。確かにトルク力とか電力の伝達とは異なっています。エネルギーそのものの伝送ではないということですね。１２０Ｗの電力で伝達する情報量を最大にしたのが今のシステムだということですね。ところでこの１２０Ｗというのは何の量なのでしょうか。これを１２Ｗにしたら地上には届かないのでしょうか。
おそらく数百光年も先の星のワット数はこの衛星放送の出力に見合うほどのものなのでしょう。
３万キロを飛んでくる間の減衰ロス、雨や塵などを想定した出力になっているかとは思いますが、電波、光の移動効率というか拡散をものともしない存在性の強さということが私の疑問になっています。

お礼日時：2013/10/07 20:56

No.2 回答者： nekonynan 回答日時： 2013/10/07 19:48

　ＢＳ放送の電波の受信エネルギーと送信側とのつじつまは合っているのか？

　合ってますよ・・・

　BSでもCSでも回線設計をして・・送信電力及び放射区域（送信アンテナの指向性）を決めます。仮に７５ｃｍのパラボラで９９．９％の受信確率を目指します。

　CS、BSの周波数が降雨減衰が無視できませんので下手すれば・・送信電力の９９％以上が雨で吸収されることもあります。


　送信電力
　送信アンテナの利得
　空間損失
　雨での減衰
　受信アンテナ利得
　コンバー（１G帯への）変換損失
　ケーブル損失

　これららは計算式で求まります

　Kuバンド（11.7GHz～12.2GHz）
搭載トランスポンダ
〔帯域幅・出力×本数〕34.5MHz・120W×8（予備6）
※BS-1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23chから8つを選択可能

　
　だいたいTVに入力される電力値は
　
　50～81dBμV　ｄｂｍに変換すると　仮に５０ｄｂμV

　50ー１１３＝－６３ｄｂｍ

　送信電力１２０Wをｄｂｍにすると　20.8ｄｂｍ


　20.8ｄｂｍが家に届いだ段階で－６３ｄｂｍになるので・・何分の1になるかを計算すると


　８３．８ｄBの差になるので約１／239883291に成って到着しる


　これを無駄を％で表せば99。9999994が無駄（損失）に成って到着していることになります。

　99.999999パーセンが空間損失なのですね



　出力のほとんど１００％ちかくが無駄になっているように思いますでのは無く、９９．９９９損失がないと地球の表面に着かないってことです


　




　
　

この回答へのお礼

詳しい数値データをご表示いただきありがとうございます。
よくわかりました。

約１／239883291　のエネルギーが各戸に受け取られて、ハイビジョンの情報が再現されるということですね。案外少なくない配分だと思いました。地上で２千４００万のパラボラがあったら１０％の効率でシステムが達成されているということでしょうか。この１０分の一の家庭が利用しているとしても１％です。地上の空間の１００分の一がパラボラで占有されているというようなことは感覚上ない筈なので、やはりパラボラは見かけの面積だけではない効率増大のなにかがあるのでしょうね。

＞出力のほとんど１００％ちかくが無駄になっているように思いますでのは無く、９９．９９９損失がないと地球の表面に着かないってことです

私の質問の主旨は、それだけの損失というか効率の無駄をあえてしてもこのシステムが実用化され、有利な意味を考えているのです。やはり有線を張り巡らすほうがコスト比は悪いのですね。

お礼日時：2013/10/07 20:42

No.1 回答者： Nebusoku3 回答日時： 2013/10/07 19:06

＞ＢＳ放送の電波の受信エネルギーと送信側とのつじつまは合っているのか？

合っているはずはありません。　
つじつまが合っているのは　
送信エネルギー　＝　受信エネルギー　＋　ロス（地球上の建物や地面などに消えていったエネルギー）　の関係ではないでしょうか。　事業として成り立っている為に実施されてると思います。

＞ＴＶのチュナーのすさまじい増幅率の勝利ということだけに帰するのでしょうか？
その通りと思います。

＞こういったエネルギーは出す側と受け取る側の収支計算はなりたつものでしょうか。。。
エネルギー不滅の法則から言えば、それは成り立つと思います。　
放出されたエネルギーとそれを受けた全ての場所でのエネルギーの総和は一致するはずです。
まれにあるエネルギーを受けると別の想定外のエネルギーを放射する物質を含んだ星があった場合は予測と違った結果が出るかも知れませんが、その原因を追究するのが科学の面白さですね。（これは仮定での話です）
そこから新しい事実が発見されるかもしれません。　原則としてはエネルギー不滅ですので突き詰めれば説明が付くかもしれません。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
＞放出されたエネルギーとそれを受けた全ての場所でのエネルギーの総和は一致するはずです。
私の予定調和にぴったりのご回答で、うれしいです。
日本全国、そして韓国や台湾なども見られる日本のＢＳ衛星の発信エネルギーのほとんどが回収されずに費消されているのに、この事業が成り立っているのは、いかにこのシステム自体のコストが安く出来るか、少なくとも電波送信自体のエネルギー回収が何億分の１でもやっていけるということの意味を考えています。家電品であるＴＶチュナーの増幅率のすごさを考えても、人間の科学の達成度の高さに感銘を受けます。

お礼日時：2013/10/07 20:19