一陸技｜無線工学B｜過去問
令和4年1月期 第1回 B－5
要点（wavelane の要約）: 導波管の端を角錐状に広げたアンテナについて、広げる目的、開口面上でそろっていなければならない量、そのときの正面方向の利得の式、大きくし過ぎると利得が伸びない寸法と、そのとき周辺部の位相が中心に対してどうなるかを語群から選ばせる問題。
原文（公式問題文）
B－5 次の記述は、角錐ホーンアンテナについて述べたものである。［ ］内に入れるべき字句を下の番号から選べ。 (1) 方形導波管の終端を角錐状に広げて、導波管と自由空間の固有インピーダンスの整合をとり、［ ア ］を少なくして、導波管で伝送されてきた電磁波を自由空間に効率よく放射する。 (2) 導波管の電磁界分布がそのまま拡大されて開口面上に現れるためには、ホーンの長さが十分長く開口面上で電磁界の［ イ ］が一様であることが必要である。この条件がほぼ満たされたときの正面方向の利得 G(真数)は、波長を λ〔m〕、開口面積を A〔m²〕とすると、次式で与えられる。 G ＝ ［ ウ ］ (3) ホーンの［ エ ］を大きくし過ぎると利得が上がらない理由は、開口面の周辺部の位相が、中心部より［ オ ］ためである。位相を揃えて利得を上げるために、パラボラ形反射鏡と組み合わせて用いる。 1 屈折 2 反射 3 32λ²/(πA) 4 開き角 5 進む 6 長さ 7 位相 8 32A/(πλ²) 9 振幅 10 遅れる
出典: 令和4年1月期 第1回 第一級陸上無線技術士「無線工学B」（FB401）B－5（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: ア 2／イ 7／ウ 8／エ 4／オ 10
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）
方形導波管の端を角錐状に広げたホーンについて、広げる目的、開口でそろえるべき量、正面方向の利得の式、大きくし過ぎると利得が伸びない寸法と、そのときの周辺部の位相を語群から選ぶ。
- ア: 解答 2（反射）
- 導波管の口をいきなり開くと、管内と自由空間のインピーダンスの差で電波の一部が戻ってしまう。徐々に広げて整合をとるのは、開口での反射を減らすためである。
- イ: 解答 7（位相）
- 導波管の電磁界がそのまま拡大されて開口に現れるには、開口面上で波の位相がそろっていなければならない。そのためにはホーンを十分長くして、中心と縁までの通路の差を小さくする。
- ウ: 解答 8（32A/(πλ²)）
- 開口面アンテナの利得 4πA/λ² に、TE10 モードの分布で決まる開口効率 8/π² を掛けると 32A/(πλ²) になる。面積が分子、波長の2乗が分母という並びで向きを判断できる。
- エ: 解答 4（開き角）
- 長さを変えずに開き角を大きくすると、開口は広がるが縁までの通路が中心より長くなり、位相のずれが大きくなる。面積を増やした分の利得が出なくなる。
- オ: 解答 10（遅れる）
- 頂点から開口の縁までの距離は、中心までの距離より長い。そのぶん縁に届く波は中心より遅れて着くので、周辺部の位相が遅れる。パラボラと組み合わせると、この遅れを鏡面で補える。
ア〜オの解答は 2・7・8・4・10 である。
つまずきやすい点
- そろえるべきなのは振幅ではなく位相である。振幅は TE10 の分布のとおり縁で小さくてよい。
- 利得の式の分子と分母を逆にした 32λ²/(πA) は、面積が増えると利得が下がることになり不合理である。