一陸技|無線工学B|過去問
令和2年11月臨時 第1回 A-19
要点(wavelane の要約): 整合した受信系で電界の強さから取り出せる信号電力をどう書くか、雑音指数と熱雑音から必要な信号電力をどう表すか、両者を等しく置いて電界の強さについて解いた式を組合せで答えさせる問題。
原文(公式問題文)
A-19 次の記述は、実効長が既知のアンテナを接続した受信機において、所要の信号対雑音比 S/N(真数)を確保して受信することができる最小受信電界強度を受信機の雑音指数から求める過程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、受信機の等価雑音帯域幅を B〔Hz〕とし、アンテナの放射抵抗を Rr〔Ω〕、実効長を le〔m〕、最小受信電界強度を Emin〔V/m〕及び受信機の入力インピーダンスを Ri〔Ω〕とすれば、等価回路は図のように示されるものとする。また、アンテナの損失はなく、アンテナ、給電線及び受信機はそれぞれ整合しているものとし、外来雑音は無視するものとする。 (1) 受信機の入力端の有能雑音電力 Ni は、ボルツマン定数を k〔J/K〕、絶対温度を T〔K〕とすれば、次式で表される。 Ni = kTB〔W〕 ・・・・・・① アンテナからの有能信号電力 Si は、次式で表される。 Si = [ A ]〔W〕 ・・・・・・② (2) 受信機の出力端における S/N は、受信機の雑音指数 F(真数)と式①を用いて表すことができるので、Si は、次式のようになる。 Si = [ B ]〔W〕 ・・・・・・③ (3) 式②と③から、Emin は次式で表されるので、F を測定することにより、受信可能な最小受信電界強度が求められる。 Emin = [ C ]〔V/m〕
〔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 (Emin le)² × 1/(4Rr) (kTB/F)(S/N) le√(4kTBRr(S/N)/F) 2 (Emin le)² × 1/(4Rr) FkTB(S/N) (1/le)√(4FkTBRr(S/N)) 3 (Emin le)² × 1/(4Rr) kTB/(F(S/N)) le√(4kTBRr/(F(S/N))) 4 (Emin le)² × 1/Rr kTB/(F(S/N)) le√(4kTBRr/(F(S/N))) 5 (Emin le)² × 1/Rr FkTB(S/N) (1/le)√(4FkTBRr(S/N))
〔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2年11月臨時 第1回 第一級陸上無線技術士「無線工学B」(FB211)A-19(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: 2
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)
受信できる最小の電界強度を雑音指数から求める道すじ。整合した電源から取り出せる電力の形と、雑音指数を掛ける向きで決まる。
- 空欄 A: (Emin le)² × 1/(4Rr)
- アンテナは、電界強度と実効長の積を起電力とし、放射抵抗を内部抵抗とする電源とみなせる。整合した負荷にかかる電圧は起電力の半分なので、取り出せる電力は起電力の2乗を 4Rr で割った値になる。
- 空欄 B: FkTB(S/N)
- 雑音指数は、受信機を通ることで信号対雑音比が何倍悪くなるかを表す。出力側で所要の比を得るには、入力の雑音電力に所要の比と雑音指数の両方を掛けた信号電力が要る。
- 空欄 C: (1/le)√(4FkTBRr(S/N))
- 式②と③を等しく置き、両辺に 4Rr を掛けて平方根を取り、実効長で割る。実効長が分子に来る形では、長いアンテナほど強い電界が要ることになり向きが逆になる。
この組合せになっているのは選択肢 2 である。
つまずきやすい点
- 整合時の取り出し電力の4を落とすと、A も C も4の無い組を選んでしまう。
- 雑音指数は割るのではなく掛ける。雑音の多い受信機ほど大きな信号が要る。
理由から確かめる
- アンテナの基礎実効長・電界強度・雑音指数(NF)・放射抵抗・熱雑音電力kTB
- 受信系の雑音(NF・雑音温度)実効長・電界強度・雑音指数(NF)・放射抵抗・熱雑音電力kTB
- アンテナ方式図鑑実効長・電界強度・放射抵抗