一陸技|無線工学B|過去問
令和元年7月期 A-2
要点(wavelane の要約): 2つの同じ素子を軸上に並べたときの行路差による位相因子をどの三角関数で書くか、2波を足した合成の括弧の中身、配列側の指向性を担う仮想の素子の呼び名を組合せで答えさせる穴埋め問題。
原文(公式問題文)
A-2 次の記述は、指向性の積の原理(指向性相乗の理)について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、位相定数を β〔rad/m〕、電界強度の単位表示のための係数を A〔V〕とし、図に示すように原点 O に置かれたアンテナ a により電波が z 軸と角度 θ〔rad〕をなす方向へ放射されたとき、a から距離 d〔m〕の十分遠方の点における電界強度 E1 は、a の指向性係数を D とすれば、次式で表されるものとする。なお、同じ記号の[ ]内には、同じ字句が入るものとする。 E1 ≒ A(e^(-jβd)/d)D〔V/m〕 (1) a と同一のアンテナ b を z 軸上の原点から l〔m〕離れた点 Q に置き、a の電流の M 倍の電流を同位相で流したとき、十分遠方の点における電界強度 E2 は、次式で表される。 E2 ≒ A(e^(-jβd)/d)DKM〔V/m〕 ここで、K は定数で、K = [ A ] で表される。 (2) a、b、二つのアンテナによる十分遠方の点における合成電界強度 E は、次式で表される。 E = E1 + E2 ≒ A(e^(-jβd)/d)D × ([ B ])〔V/m〕 ここで、[ B ] は点 O に [ C ] を置き、電流がその M 倍の [ C ] を点 Q に置いたときの合成指向性を表す。 (3) 上式より、指向性が相似な複数のアンテナを配列したときの合成指向性は、アンテナ素子の指向性と [ C ] の配列の指向性との積で表されることが分かる。
〔図省略〕の位置 — wavelane による再現図(公式図版ではありません)。図の説明は引用の下にあります。
A B C 1 e^(jβl sinθ) 1 + K√M 無指向性点放射源 2 e^(jβl sinθ) 1 + KM 半波長ダイポールアンテナ 3 e^(jβl tanθ) 1 + KM 半波長ダイポールアンテナ 4 e^(jβl cosθ) 1 + K√M 無指向性点放射源 5 e^(jβl cosθ) 1 + KM 無指向性点放射源
〔図省略〕は Wavelane による編集注で、公式図版があった位置を示します。その位置には Wavelane が描いた再現図を差し込んでいます(公式図版ではありません)。図の説明は下の図カードにあります。
Wavelane が原図をもとに描いた模式図(公式図版ではありません)
出典: 令和元年7月期 第一級陸上無線技術士「無線工学B」(FB107)A-2(本試験問題)。公益財団法人日本無線協会
解かずに正答と解説を見る
正答: 5
要確認: この正答と解説は、公式解答表との機械的な照合は済んでいますが、人による照合はまだです。 公式と食い違って見えるときは、出典の解答PDFを優先し、サポートからお知らせください。
wavelane の解説(公式の解説ではありません)
2素子を並べたときの合成指向性が、素子の指向性と配列の指向性の積になることを追う。行路差をどの三角関数で書くかと、配列側に何を置くかが問われる。
- 空欄 A: e^(jβl cosθ)
- 2本目は z 軸上で原点より l だけ先にある。観測する向きが z 軸となす角が θ なので、2本目から観測点までの距離は1本目より l cosθ だけ短い。短いぶん位相は進むので指数の符号は正になる。角度を z 軸から測っているため、ここに入るのは正弦ではなく余弦である。
- 空欄 B: 1 + KM
- 2つの波を足して共通の因子をくくり出すと、残るのは 1 と KM の和になる。2本目は電流が M 倍で位相の因子が K なので、1本目を 1 としたときの寄与がちょうどその積である。電流の比は M そのもので、平方根ではない。
- 空欄 C: 無指向性点放射源
- 括弧の中は、素子そのものの指向性を外へ出したあとに残る量である。つまり並べ方だけで決まる部分なので、そこに置くのは指向性を持たない点の放射源と考える。実在のアンテナを置くと、その指向性を二重に掛けることになってしまう。
この組合せになっているのは選択肢 5 である。
つまずきやすい点
- 角度を z 軸から測っているので行路差は l cosθ である。配列軸と直角から測る流儀と混ぜると正弦になってしまうので、図でどこから角度を測っているかを先に確かめる。
- 配列側に置くのは無指向性の点放射源である。素子の指向性はすでに別の因子として外に出ているので、ここへ半波長ダイポールを置くと同じ指向性を2回掛けることになる。
理由から確かめる
- アンテナの指向性パターン配列指向係数(アレーファクタ)・指向性関数・電界強度・等方性アンテナ
- アンテナ方式図鑑配列指向係数(アレーファクタ)・指向性関数・電界強度・等方性アンテナ
- アンテナ・電波測定の基礎指向性関数・電界強度