一陸技|無線工学B|過去問
令和4年1月期 第2回 A-19
要点(wavelane の要約): 受信機の雑音指数から、所要の信号対雑音比を確保できる最も弱い電界を求める手順で、整合時にアンテナから取り出せる信号電力の式、雑音指数を使って書いた必要な入力電力の式、両者を等しく置いて解いた電界の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/Rr) (kTB/F)(S/N) le√(4kTBRr(S/N)/F) 2 (Emin le)²(1/Rr) FkTB(S/N) (1/le)√(4FkTBRr(S/N)) 3 (Emin le)²(1/Rr) kTB/(F(S/N)) le√(4kTBRr/(F(S/N))) 4 (Emin le)²(1/(4Rr)) kTB/(F(S/N)) le√(4kTBRr/(F(S/N))) 5 (Emin le)²(1/(4Rr)) 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4年1月期 第2回 第一級陸上無線技術士「無線工学B」(FB402)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: 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)
整合した電源から取り出せる有能電力は起電力の2乗を内部抵抗の4倍で割った値。雑音指数の定義から入力に要る信号電力は FkTB(S/N) で、両者を等しく置くと最小受信電界強度が出る。
- 空欄 A: (Emin le)²(1/(4Rr))
- 起電力 Emin·le、内部抵抗 Rr の電源に整合した負荷をつなぐと、負荷の電圧は起電力の半分になる。電力は (Emin le)²/(4Rr) である。
- 空欄 B: FkTB(S/N)
- 雑音指数は入力の S/N を出力の S/N で割った値である。出力で所要の S/N を得るには、入力の信号電力が F·kTB·(S/N) 要る。
- 空欄 C: (1/le)√(4FkTBRr(S/N))
- 式②と式③を等しく置いて Emin について解く。4Rr を掛けて平方根を取り、実効長で割る。
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
- 有能電力の分母の 4 を落とすと、選択肢1〜3の形になる。整合時は負荷電圧が起電力の半分になることを思い出す。
- 雑音指数は信号に掛かる側である。F で割ると、受信機が雑音を減らすことになってしまう。
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