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wavelane

一陸技|無線工学B|過去問

令和4年7月期 第1回 B-5

要点(wavelane の要約): 線路上の電圧と電流の式から任意の点のインピーダンスを書き、定在波の電圧の谷と電流の山を入射波と反射係数で表して、谷の位置のインピーダンスが定在波比で決まることから給電点の値を逆算する手順を語群から選ばせる問題。

FB407 B-55点(ア〜オ 各1点)

原文(公式問題文)

B-5 次の記述は、無損失給電線上の定在波の測定により、アンテナの給電点インピーダンスを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を下の番号から選べ。ただし、給電線の特性インピーダンスを Z0〔Ω〕とする。 (1) 給電点から l〔m〕だけ離れた給電線上の点の電圧 V 及び電流 I は、給電点の電圧を VL〔V〕、電流を IL〔A〕、位相定数を β〔rad/m〕とすれば、次式で表される。  V = VLcosβl+jZ0ILsinβl〔V〕 ・・・・・・①  I = ILcosβl+j(VL/Z0)sinβl〔A〕 ・・・・・・②  したがって、給電点インピーダンスを ZL〔Ω〕とすると、給電点から l〔m〕だけ離れた給電線上の点のインピーダンス Z は、式①と②から次式で表される。  Z = V/I = [ ア ]〔Ω〕 ・・・・・・③ (2) 電圧定在波の最小値を Vmin、電流定在波の最大値を Imax、入射波電圧を Vf〔V〕、反射波電圧を Vr〔V〕及び反射係数を Γ とすれば、Vmin と Imax は、次式で表される。  Vmin = [ イ ]〔V〕 ・・・・・・④  Imax = [ ウ ]〔A〕 ・・・・・・⑤ (3) 給電点からの電圧定在波の最小点までの距離 lmin の点は、電流定在波の最大になる点でもあるから、この点のインピーダンス Zmin〔Ω〕は、Z0 と|Γ |を用いて、次式で表される。  Zmin =([ エ ])× Z0 = Z0/S ・・・・・・⑥  ここで、S は電圧定在波比である。 (4) 式③の l に lmin を代入した式と式⑥が等しくなるので、ZL は、次式で表される。  ZL = [ オ ]〔Ω〕  上式から、S と lmin が分かれば、ZL を求めることができる。 1 Z0((Z0 + jZL tanβl)/(ZL + jZ0 tanβl))  2 |Vf|(1 + |Γ|)  3 |Vf|(1+|Γ|)/Z0  4 (1−|Γ|)/(1+|Γ|)  5 Z0((1 − jS tanβlmin)/(S − j tanβlmin)) 6 Z0((ZL + jZ0 tanβl)/(Z0 + jZL tanβl))  7 |Vf|(1 − |Γ|)  8 |Vf|(1−|Γ|)/Z0  9 (1+|Γ|)/(1−|Γ|)  10 Z0((S − j tanβlmin)/(1 − jS tanβlmin))

出典: 令和4年7月期 第1回 第一級陸上無線技術士「無線工学B」(FB407)B-5(本試験問題)。公益財団法人日本無線協会

ア〜オそれぞれに入る語を、上の原文の語群番号から選ぶ
ア
イ
ウ
エ
オ
解かずに正答と解説を見る

正答: ア 6/イ 7/ウ 3/エ 4/オ 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)

線路上のインピーダンスの式を書き、定在波の谷では電圧が最小・電流が最大になることを使う。谷の位置の値 Z0/S と式を等しく置けば、S と谷の位置から給電点インピーダンスが逆算できる。

ア: 解答 6(Z0((ZL + jZ0 tanβl)/(Z0 + jZL tanβl)))
式①を式②で割り、分子分母を IL cosβl で割って VL/IL=ZL と置く。l=0 で ZL に戻る形が正しく、分子分母を入れ替えた語は l=0 で Z0²/ZL になってしまう。
イ: 解答 7(|Vf|(1 − |Γ|))
電圧の谷では、入射波と反射波が逆位相で重なる。大きさは入射波から反射波を引いた値で、反射波は入射波の |Γ| 倍である。
ウ: 解答 3(|Vf|(1+|Γ|)/Z0)
電流の反射波は電圧と逆の符号を持つので、電圧の谷の位置で電流は山になる。進行波の電流は電圧を Z0 で割った値なので、大きさは足し算を Z0 で割った形になる。
エ: 解答 4((1−|Γ|)/(1+|Γ|))
谷の位置のインピーダンスは、式④を式⑤で割った純抵抗である。比 (1−|Γ|)/(1+|Γ|) は定在波比の逆数 1/S に等しい。
オ: 解答 5(Z0((1 − jS tanβlmin)/(S − j tanβlmin)))
式③を ZL について解いた形へ l=lmin と Z=Z0/S を入れる。分子分母を S で整理すると、1−jS tan を S−j tan で割った形が残る。

ア〜オの解答は 6・7・3・4・5 である。

つまずきやすい点

  • 式③の分子分母を入れ替えた語を選ばない。l=0 を入れて ZL に戻るかどうかで確かめられる。
  • 谷のインピーダンスは Z0 に S を掛けた値ではなく、S で割った値である。電圧が最小、電流が最大の点なので Z0 より小さくなる。
  • VSWR・反射係数特性インピーダンス・入力インピーダンス・反射係数・定在波・電圧定在波比(VSWR)
  • アンテナ・電波測定の基礎特性インピーダンス・入力インピーダンス・反射係数・定在波・電圧定在波比(VSWR)
  • 給電線と整合回路特性インピーダンス・入力インピーダンス・反射係数・電圧定在波比(VSWR)