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wavelane

一陸技|無線工学B|過去問

令和3年7月期 第2回 A-19

要点(wavelane の要約): 標準アンテナの利得を、1本なら反射板に映した影像を相手に、2本なら向かい合わせて、3本なら3通りの組で測る方法について、利得の式の係数(1本のときと2本以上のとき)と、3本の連立方程式を解いた式の中の電力比を組合せで答えさせる問題。

FB308 A-195点(1問1採点)

原文(公式問題文)

A-19 次の記述は、利得の基準として用いられるマイクロ波標準アンテナの利得の校正法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、送信電力を Pt〔W〕、受信電力を Pr〔W〕及び波長を λ〔m〕とし、アンテナ及び給電回路の損失はないものとする。なお、同じ記号の[ ]内には、同じ字句が入るものとする。 (1) 標準アンテナが 1 個のみのときは、図に示すように、アンテナから距離 d〔m〕離して正対させた反射板を用いて利得を測定することができる。利得 G0 は、反射板のアンテナのある側と反対側に影像アンテナを考えれば、次式により求められる。  G0 = [ A ] × √(Pr/Pt) (2) 同じ標準アンテナが 2 個あるときは、一方を送信アンテナ、他方を受信アンテナとし、それぞれの偏波面を合わせ、最大指向方向を互いに対向させて利得を測定する。利得 G1 は、測定距離を d〔m〕とすれば、次式により求められる。  G1 = [ B ] × √(Pr/Pt) (3) 標準アンテナが 3 個あるときは、アンテナ 2 個ずつの三通りの組合せで、(2)と同様に利得を測定する。測定距離を一定値 d〔m〕とし、アンテナ X、Y 及び Z の利得をそれぞれ GX、GY 及び GZ とすれば、以下の連立方程式が得られる。この連立方程式を解くことにより、各アンテナの利得が求められる。ただし、アンテナ X、Y 及び Z の送信電力を PtX〔W〕、PtY〔W〕及び PtZ〔W〕、受信電力を PrX〔W〕、PrY〔W〕及び PrZ〔W〕とする。  アンテナ X で送信、アンテナ Y で受信:GXGY = ([ B ])² × PrY/PtX ・・・①  アンテナ Y で送信、アンテナ Z で受信:GYGZ = ([ B ])² × PrZ/PtY ・・・②  アンテナ Z で送信、アンテナ X で受信:GZGX = ([ B ])² × PrX/PtZ ・・・③  GX を式①、②、③より解くと、次式が得られる。  GX = [ B ] × √((PrY/PtX) × ([ C ]) × (PrX/PtZ))

〔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 8πd/λ  8πd/λ  PrZ/PtY 2 8πd/λ  4πd/λ  PtY/PrZ 3 4πd/λ  4πd/λ  PrZ/PtY 4 4πd/λ  4πd/λ  PtY/PrZ 5 4πd/λ  8πd/λ  PrZ/PtY

〔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)

図の説明(Wavelane 独自・原文には含まれません): 反射板を使う利得測定の構成。発振器と受信機がサーキュレータを介して1本の被測定アンテナにつながり、被測定アンテナは正面の反射板と向かい合っている。アンテナの開口から反射板までの距離が d である。

出典: 令和3年7月期 第2回 第一級陸上無線技術士「無線工学B」(FB308)A-19(本試験問題)。公益財団法人日本無線協会

正しい組合せの番号を1つ選ぶ(番号は上の原文の選択肢に対応します)
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)

2本のアンテナを距離 d で向かい合わせると、利得の積は (4πd/λ)² に受信と送信の電力比を掛けたものになる。反射板を使うと鏡像までの距離が 2d になり、係数は 8πd/λ になる。

空欄 A: 8πd/λ
反射板の向こう側に同じアンテナの鏡像があると考えると、送受の距離は 2d、2本の利得はどちらも G0 になる。フリスの式で G0² = (4π×2d/λ)² × Pr/Pt なので、平方根をとると係数は 8πd/λ である。
空欄 B: 4πd/λ
同じアンテナ2本を距離 d で向かい合わせれば、G1² = (4πd/λ)² × Pr/Pt になる。平方根をとって係数は 4πd/λ である。
空欄 C: PtY/PrZ
①と③を掛けて②で割ると、GY と GZ が消えて GX² が残る。②で割るので、②の電力比は分母と分子が入れ替わって入る。

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

  • 反射板を使うときは鏡像までの距離が 2 倍になる。d のままにすると 4πd/λ を選んでしまう。
  • 3本のときは1本ぶんの利得を出すために1つの式で割る。割る式の電力比は逆数になる。