受信感度と「受信電力」「電界強度」の関係

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。

No.6 ベストアンサー 回答者： ytrewq 回答日時： 2014/07/26 16:02

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。

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

No.5 回答者： tadys 回答日時： 2014/07/26 08:26

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 …

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

No.4 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2014/07/26 00:35

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。

No.3 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2014/07/26 00:29

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

は

電力密度Pを電界Eに直す場合

と解釈してください。

No.2 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2014/07/26 00:27

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)

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

No.1 回答者： shintaro-2 回答日時： 2014/07/25 17:06

>。

「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。

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