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物理学は素人でよくわからないのですが、電波の受信感度が「受信電力」と「電界強度」のどちらと関係しているのかを教えてもらえませんか。「受信電力」は距離の2乗に反比例し、「電界強度」は距離そのものに反比例するそうですが、受信感度はどちらと関係しているのでしょうか。つまり、受信感度は距離の2乗に反比例するのか、距離そのものに反比例するのか、どちらでしょうか。

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A 回答 (6件)

ご質問の趣旨は電波の受信について、距離との関係がどうかということだと思います。



電界強度との関係で、このことを理解しようとすると、アンテナの利得とかインピーダンスのことも考慮しなければならないので、説明が複雑にならざるを得ません。
もっと、直観的には、送信電力と受信電力の関係だけで理解するとよいと思います。

例えば、送信電力1kW(1000W)の電波を受信したとき、受信電力が1mW(0.001W)だったとします。 送信電力、アンテナなどの条件はそのままにして、距離を2倍すると、受信電力は距離の二乗に反比例し、1/4の0.25mWになるというのが理論です。

テレビなどで放送が受信できる範囲をサービスエリアといいますが、もし、周囲に障害物などが無く、無指向性の送信アンテナを用いると、サービスエリアは円形となります。 その半径を2倍にしたいのであれば、送信電力は4倍にしなければなりません。サービスエリアの面積は送信電力に比例することになります。

ちなみに「受信感度」という用語は本来、受信機の性能を示すもので、受信した電波の強さを示すものではありません。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
>「受信感度」という用語は本来、受信機の性能を示すもので、受信した電波の強さを示すものではありません。
そうですか。それなら、私が問題にしているのは「受信した電波の強さ」なので、「受信感度」と言うべきではなかったかもしれません。
それにしても、やはり、No.1のお礼の中で引用した「テレビ放送を享受できる理由は、受信点の電界強度が、距離の二乗じゃあなくって、距離そのものに、単に逆比例するっていうこと。」という記述をどう理解すればよいのかが、まだよくわかりません。

お礼日時:2014/07/26 17:04

受信感度と受信電力、電界強度は相互に関連がありますが、単純な比例関係のような関係が有るわけではありません。



電界強度の単位は V/m 、受信電力は W(ワット)です。
W(ワット)がV(ボルト)の2乗に比例するのは他の回答者が指摘するとおりです。

電界強度の単位が V/m から分かるように、電界強度の2乗が受信電力になるわけではありません。
電界強度にm(メートル)を掛けてVに変換する必要が有ります。
このmがどこから来るかというと、それは受信アンテナの実効長です。
電界強度とアンテナの実効長が分かれば受信電圧が分かりますが、これだけでは電力を求めるには足りません。
アンテナのインピーダンスがわかる必要が有ります。
電界強度が同じであってもアンテナが異なれば受信電力が違ってきます。
こちらを参考に
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H12/html/H1208 …

受信感度の単位としてはdBm、uV が良く使われます。
dBmは1mW(ミリワット)を0dBとする電力の単位です。
W と V が同じものの単位として使用されているのは変な感じがするでしょうが、uVでは受信機の入力インピーダンスを電力計算の基準としているので電力に換算できます。
受信電力が受信感度の単位として使われますが、それは実効的な通信が可能となる最小の電力としてあらわされます。
受信感度が低下する(必要な電力が大きくなる)原因はノイズです。
ノイズは、アンテナ、アンテナケーブル、受信機の回路、から発生します。
これら以外に外部からのノイズがあります。
信号の電力がノイズの電力より少ないのであれば有効な通信は行えません。
信号の電力がどれだけノイズより大きければ通信が可能なのかは変調/復調の方式によって異なります。
こちらを参考に
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H18/html/H1808 …
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
難しいですが、要するに、やはり受信感度は受信電力と関係しているということですか。
私の場合、アンテナやノイズなどの要素は一定として、つまり、度外視して、受信感度と「距離」の関係が知りたいのですが、No.1のお礼の中で引用した「テレビ放送を享受できる理由は、受信点の電界強度が、距離の二乗じゃあなくって、距離そのものに、単に逆比例するっていうこと。」という記述はどう理解すればよいのでしょうか。この記述は間違いなのか、それとも、この記述を「受信感度が距離そのものに反比例する」という意味に解釈することが間違いなのでしょうか。

お礼日時:2014/07/26 11:55

端的すぎてわからない場合には、中学生でもわかる「エネルギー保存の法則」を思い出してください。



信号源から放射されたエネルギーは、どの方向にも同じように放出されているということです。

信号源を中心にした半径Rの球面(面積4πR^2)を通過するエネルギーの総和は常に同じというエネルギー保存の法則ということを言っています。
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記号の使い方を間違えましたので、



>電力Pを電界Eに直す場合



電力密度Pを電界Eに直す場合

と解釈してください。
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全ての信号や電源の受信(受電)に基準は電力(エネルギー)です。


物理学的にはエネルギーの方が本質的なものになります。

電波の場合は、等方的に広がる時には信号源を中心にした球体(半径Rの球面=4πR^2)上の電力密度を考える必要があります。
電力Pの電波を信号源から放射した場合、球面の電力密度はPを面積で割ったP/4πR^2となり、距離の2乗に反比例します。

電力Pを電界Eに直す場合、難しい議論を省くと、磁界をH、空間のインピーダンスをZとすると
P=EH=(E^2)/Zとなります。

電界が距離に反比例すれば電力は距離の2乗に反比例しますので、辻褄が合います。
(信号源が供給したエネルギーの一部を受信側で感知するのが通常の考え方です)
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
>全ての信号や電源の受信(受電)に基準は電力(エネルギー)です。
>(信号源が供給したエネルギーの一部を受信側で感知するのが通常の考え方です)
ということは、やはり受信感度は受信電力と関係しているということですか。

お礼日時:2014/07/26 11:38

>。

「受信電力」は距離の2乗に反比例し、「電界強度」は距離そのものに反比例するそうですが、受信感度はどちらと関係しているのでしょうか。

両者は実質的に同じものです。

電圧[V]=電流[I]×抵抗[R]
電力[P]=電圧[V]×電流[I]ですから

電力[P]=電圧[V]^2/抵抗[R]となります。

電界強度は電圧と同等ですので、

受信電力は、電界強度の2乗つまり、距離の2乗に反比例となります。 


受信感度は、通常ある要求仕様を実現するのに必用な受信電力をdBm表示します。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
>受信感度は、通常ある要求仕様を実現するのに必用な受信電力をdBm表示します。
ということは、受信感度は受信電力と関係しているのでしょうか。
しかし、ある記事では、
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question …
「われわれがテレビ放送を享受できる理由は、受信点の電界強度が、距離の二乗じゃあなくって、距離そのものに、単に逆比例するっていうこと。もし、距離の二乗に逆比例だと、大変ですよね。」
と書いてあったので、受信感度は距離そのものに反比例するのかと思っていました。
電界強度と受信電力は「実質的に同じ」とのことですが、距離そのものに反比例するのと、距離の2乗に反比例するのとでは大きな違いですから、受信感度が直接的にはどちらと関係しているのかと思ってしまうんですが?

お礼日時:2014/07/25 20:27

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>その数値はアンテナが捉えた空中線の電圧です。

これは定義として間違っています。

たしかに、受信機はアンテナがないと、信号を捕らえられませんが、アンテナから受信機へ
届くまでに信号レベルは変わります。

「受信感度」は、受信機入力端で測定するしかありません。
信号発生器(SG:Small Signal Generator)からの信号を、直接受信機へ入れて測定します。
これが「受信感度」です。

一例ですが、VX-7のカタログを見つけてきました。
http://www.qtc-japan.net/2001/02_products/vx-7/spec.htm

これで見ると、AM/SSB/CWはすべて「10dB S/N」、NFM/WFMはいずれも「12dB SINAD」と
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 鮮明に聞こえてきて、ノイズとの差が開いてきます。
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 ですから、この数値が小さいほど・・・小さい信号レベルでもノイズとの開きが
 大きくなるので・・・「感度が良い」ことになるわけです。

2. 20dB SINADの測定法
 これは、前記のS,Nの他に歪:Distortionを測定数値に加えます。
 詳細は下記を参照ください。
http://www.cqpub.co.jp/term/signaltonoiseanddistortionsensitivity.htm

3.dBμについて
 これも電圧レベルの単位です。範囲が広いので対数で表します。
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IC -R5 は検索したのですが、見つかりませんでした。

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総合的に判定すべきと思います。

参考URL:http://www.cqpub.co.jp/term/signaltonoiseanddistortionsensitivity.htm

>その数値はアンテナが捉えた空中線の電圧です。

これは定義として間違っています。

たしかに、受信機はアンテナがないと、信号を捕らえられませんが、アンテナから受信機へ
届くまでに信号レベルは変わります。

「受信感度」は、受信機入力端で測定するしかありません。
信号発生器(SG:Small Signal Generator)からの信号を、直接受信機へ入れて測定します。
これが「受信感度」です。

一例ですが、VX-7のカタログを見つけてきました。
http://www.qtc-japan.net/2001/02_products/vx-7/spec.h...続きを読む

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>そうすると、なぜ1×10^-5 mWと呼ばずに、「-50dBm」と呼ぶのでしょうか?
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====
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テレビは30MHzから700MHzくらい、50kWから200kWくらいで四方八方に出しています。見とおし距離で100kmくらい。

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Q電界強度の表現(処理)方法

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Aベストアンサー

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Qキャリアセンス

無線通信でのキャリアセンスについて質問です。
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しきい値以下であれば通信を行うというところまでは勉強しました。

そこで質問です。

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例・キャリアセンスを行うことで、自端末の周囲では、
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また、インターネットや本を探してみたのですがいい解説がありませんでした。
本などいい解説があるものなどありましたら教えていただきたいです。

長々と失礼いたしました。
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Aベストアンサー

一応無線LANのCSMA/CA方式のことだとして回答します。
一部は推測であることをお断りしておきます。

> キャリアセンスを行うことで、周囲で使われている周波数まで
> 分かってしまうのでしょうか?
これは考え方が逆です。
まず、「先に周波数がありき」です。
802.11bを例に取りますと13チャネル指定されています。
親局も子局もこの13チャネル全部を知っています。
まず、親局がチャネルをスキャンしながらキャリヤーセンスし、
空きチャンネルを探して居座ります。
子局は全部のチャンネルをスキャンしてキャリアセンスと同時に
親局の情報を読み取り、親局のリストを作ります。
全チャンネルスキャン完了したらリストをユーザーに示して選択させます。
ここからが、本当の意味でのCSMA/CAの始まりです。
CSMA/CAの原理を参考URLに示します。
バックオフ時間というのはジャンケンみたいな物ですね。

ついでですが、親局(というよりはネットワーク)を識別するのにSSIDを使います。
また、情報秘匿、ただ乗り防止のために、暗号化やMACアドレス指定などが使われます。

参考URL:http://sun.qee.jp/mtech/archives/2005/04/20_2339.php

一応無線LANのCSMA/CA方式のことだとして回答します。
一部は推測であることをお断りしておきます。

> キャリアセンスを行うことで、周囲で使われている周波数まで
> 分かってしまうのでしょうか?
これは考え方が逆です。
まず、「先に周波数がありき」です。
802.11bを例に取りますと13チャネル指定されています。
親局も子局もこの13チャネル全部を知っています。
まず、親局がチャネルをスキャンしながらキャリヤーセンスし、
空きチャンネルを探して居座ります。
子局は全部のチ...続きを読む

Qダイポールアンテナとモノポールアンテナの違い

ネットで調べたところ、ダイポールアンテナとモノポールアンテナの違いはグランド面(接地)があるかないかのようですが、グランド面はどんな役割をするのですか?グランドなので、そこの電圧は常に0なんでしょうか?

アンテナの動作もよくわからないため、とんちんかんな質問してたらすみません。

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。
基本はダイポールアンテナで考え、モノポールがダイポールの(1/2)の長さの半分だけで考えればいいことになります。
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。

アンテナは(1/2)λ、λ、2λの定在波で共振させられますが、アンテナの経済性から(1/2)λの長さのものが使われ、また巨大な長さのアンテナは(1/4)λの長さのモノポールのアンテナが使われます。
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。
http://nippon.zaidan.info/seikabuts...続きを読む

Q三相電力のUVWとRSTの違いについて

三相電力にはU相V相W相がありますよね?これはR相S相T相とどこが
違うのですか?
また、各相は発電したときから決まっているのですか?
素人の考えですが相というのは単に波形の順番に過ぎないと思いますのでどのケーブルが何相であってもかまわないような気がするのですが。
どなたか教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

もともとは、RST、UVWに意味は無かったはずです。

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単にアルファベット順から、Qが無効電力、 Rは抵抗なので飛ばして
Sが皮相電力を表すようになったと記憶してます。
・・・P、Q、(R)、S、T、U、V、W、X、Y、Z

相の呼称に関しても、アルファベットの終わりより3つ1組として
 XYZ、UVW、RST が利用されるようになったと記憶してます。
XYZは何かと登場するため、利用は避けられているようですが
既にご回答されているUVWやRSTに対する意味づけは、後付けルールみたいなものだと思います。
1次側は大文字、2次側は小文字と区別しているケースも見かけます。


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