アンテナ偏波：アンテナ偏波とは何か、なぜ重要なのか

図5: 垂直偏波を必要とするアプリケーションでは、ダイポールアンテナはアンテナがキャッチする場所に応じて設置できます。

垂直偏波は、救急隊員などが使用する携帯型無線機によく使用されます。これは、垂直偏波無線アンテナの設計の多くが全方向性放射パターンを提供するためです。そのため、無線機とアンテナの方向が変わっても、アンテナの向きを変える必要はありません。

3～30MHzの高周波（HF）アンテナは、通常、ブラケット間に水平に張られたシンプルな長いワイヤーで構成されます。その長さは波長（10～100m）によって決まります。このタイプのアンテナは、当然のことながら水平偏波となります。

この帯域を「高周波」と呼ぶようになったのは数十年前、30MHzが実際に高周波だった時代からであることは注目に値します。この表現は今では時代遅れのように見えますが、国際電気通信連合（ITU）の公式名称であり、現在でも広く使用されています。

優先偏波は2つの方法で決定されます。1つは、300kHz～3MHzの中波（MW）帯を使用する放送機器による強力な短距離信号伝送のために地上波を使用する方法、もう1つは電離層リンクを介した長距離伝送のために空中波を使用する方法です。一般的に、垂直偏波アンテナは地上波の伝搬特性が優れており、水平偏波アンテナは空中波の性能が優れています。

円偏波は、地上局や他の衛星に対する衛星の向きが常に変化するため、衛星通信では広く使用されています。送信アンテナと受信アンテナの両方が円偏波の場合、効率は最大になりますが、直線偏波アンテナをCPアンテナと併用することも可能です。ただし、偏波損失係数があります。

5Gシステムでは偏波も重要です。一部の5G MIMO（Multiple Input/Multiple Output）アンテナアレイは、偏波を利用して利用可能なスペクトルをより効率的に利用することで、スループットの向上を実現します。これは、異なる信号偏波とアンテナの空間多重化（空間ダイバーシティ）の組み合わせによって実現されます。

このシステムは、独立した直交偏波アンテナによって接続され、独立して復調できるため、2つのデータストリームを送信できます。パスやチャネルの歪み、反射、マルチパス、その他の不完全性によって多少の交差偏波が発生しても、受信機は高度なアルゴリズムを用いてそれぞれの元の信号を復調するため、ビットエラー率（BER）が低くなり、最終的にはスペクトル利用率が向上します。

結論は
偏波はアンテナの重要な特性ですが、見落とされがちです。直線偏波（水平偏波と垂直偏波を含む）、斜偏波、円偏波、楕円偏波は、それぞれ異なる用途で使用されます。アンテナが実現できるエンドツーエンドのRF性能の範囲は、アンテナの相対的な向きと配置に依存します。標準的なアンテナはそれぞれ異なる偏波を持ち、スペクトルの異なる領域に適しており、対象アプリケーションに最適な偏波を提供します。