1. アンテナの紹介
アンテナは、図1に示すように、自由空間と伝送線路との間の遷移構造です。伝送線路は同軸線路または中空管（導波管）の形をとり、電磁エネルギーを発信源からアンテナへ、またはアンテナから受信機へ伝送するために使用されます。前者は送信アンテナ、後者は受信アンテナです。
図1 電磁エネルギー伝送経路（発生源-伝送線路-アンテナ-自由空間）
図 1 の伝送モードにおけるアンテナ システムの伝送は、図 2 に示すようにテブナン等価回路で表されます。ここで、信号源は理想的な信号発生器、伝送線路は特性インピーダンス Zc を持つ線路、アンテナは負荷 ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] で表されます。負荷抵抗 RL はアンテナ構造に関連する伝導損失と誘電損失を表し、Rr はアンテナの放射抵抗を表し、リアクタンス XA はアンテナ放射に関連するインピーダンスの虚数部を表すために使用されます。理想的な条件下では、信号源によって生成されたすべてのエネルギーは放射抵抗 Rr に伝達され、放射抵抗 Rr はアンテナの放射能力を表すために使用されます。ただし、実際のアプリケーションでは、伝送線路とアンテナの特性による導体 - 誘電体損失、および伝送線路とアンテナ間の反射 (不整合) によって発生する損失があります。ソースの内部インピーダンスを考慮し、伝送ラインと反射（不整合）損失を無視すると、共役整合の状態でアンテナに最大電力が供給されます。
図2
伝送線路とアンテナの不整合により、界面からの反射波が信号源からアンテナへの入射波と重なり合って定在波を形成します。これはエネルギーの集中と蓄積を表し、典型的な共振デバイスです。典型的な定在波パターンは、図2の点線で示されています。アンテナシステムが適切に設計されていない場合、伝送線路は導波管やエネルギー伝送デバイスとしてではなく、エネルギー蓄積要素として大きく作用する可能性があります。
伝送線路、アンテナ、そして定在波によって生じる損失は望ましくありません。伝送線路の損失は低損失伝送線路を選択することで最小限に抑えることができ、アンテナの損失は図2のRLで表される損失抵抗を低減することで低減できます。定在波は、アンテナ（負荷）のインピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスと整合させることで低減し、伝送線路におけるエネルギー蓄積を最小限に抑えることができます。
無線システムでは、アンテナはエネルギーの受信または送信に加えて、通常、特定の方向への放射エネルギーを増強し、他の方向への放射エネルギーを抑制することが求められます。そのため、アンテナは検出装置としてだけでなく、指向性装置としても利用する必要があります。アンテナは、特定のニーズに合わせて様々な形状にすることができます。ワイヤ、開口部、パッチ、素子アセンブリ（アレイ）、反射鏡、レンズなどがあります。
無線通信システムにおいて、アンテナは最も重要なコンポーネントの一つです。優れたアンテナ設計は、システム要件を軽減し、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。典型的な例としてテレビが挙げられます。高性能アンテナを使用することで、放送受信状態を改善できます。通信システムにおけるアンテナは、人間の目のような役割を果たします。
2. アンテナの分類
1. ワイヤーアンテナ
ワイヤーアンテナは、車、建物、船舶、飛行機、宇宙船など、ほぼあらゆる場所で見られるため、最も一般的なアンテナの一つです。ワイヤーアンテナには、図3に示すように、直線（ダイポール）、ループ、スパイラルなど、さまざまな形状があります。ループアンテナは円形である必要はありません。長方形、正方形、楕円形など、あらゆる形状が可能です。円形アンテナは構造がシンプルなため、最も一般的です。
図3
2. 開口アンテナ
より複雑な形状のアンテナへの需要の高まりと、より高い周波数の利用により、開口アンテナの役割はますます重要になっています。図4に、開口アンテナのいくつかの形状（ピラミッド型、円錐型、長方形のホーンアンテナ）を示します。このタイプのアンテナは、航空機や宇宙船の外殻に容易に取り付けることができるため、航空機や宇宙船への応用に非常に有用です。さらに、過酷な環境から保護するために、誘電体層で覆うこともできます。
図4
3. マイクロストリップアンテナ
マイクロストリップアンテナは1970年代に、主に衛星用途で非常に普及しました。このアンテナは誘電体基板と金属パッチで構成されています。金属パッチは様々な形状が可能ですが、図5に示す長方形パッチアンテナが最も一般的です。マイクロストリップアンテナは薄型で、平面および非平面の表面に適しており、製造が簡単で安価です。また、剛性のある表面に取り付けた場合の堅牢性も高く、MMIC設計との互換性があります。航空機、宇宙船、衛星、ミサイル、自動車、さらにはモバイル機器の表面に取り付けることができ、コンフォーマル設計も可能です。
図5
4. アレイアンテナ
多くのアプリケーションで求められる放射特性は、単一のアンテナ素子だけでは実現できない場合があります。アンテナアレイは、素子からの放射を合成することで、1つまたは複数の特定の方向に最大の放射を生成することができます。典型的な例を図6に示します。
図6
5. 反射鏡アンテナ
宇宙探査の成功は、アンテナ理論の急速な発展にもつながりました。超長距離通信の必要性から、数百万マイル離れた場所で信号を送受信するには、極めて高利得のアンテナを使用する必要があります。この用途では、図7に示すパラボラアンテナが一般的なアンテナ形式です。このタイプのアンテナは直径が305メートル以上あり、数百万マイル離れた場所で信号を送受信するために必要な高利得を達成するには、このような大きなサイズが必要です。反射器の別の形態として、図7(c)に示すコーナーリフレクタがあります。
図7
6. レンズアンテナ
レンズは主に、入射散乱エネルギーをコリメートし、不要な放射方向への拡散を防ぐために使用されます。レンズの形状を適切に変更し、適切な材料を選択することにより、様々な形態の発散エネルギーを平面波に変換できます。レンズは、パラボラ反射鏡アンテナなど、ほとんどの用途で使用でき、特に高周波領域で使用できます。一方、低周波領域ではサイズと重量が非常に大きくなります。レンズアンテナは、構成材料や幾何学的形状によって分類されます。図8にその一部を示します。
図8
アンテナの詳細については、以下をご覧ください。
投稿日時: 2024年7月19日
