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電波伝搬シミュレータ【RapLab】:RapLabは、見えない電波をレイトレース法により可視化。アンテナ伝搬研究者に愛され続け、国内でユーザー数は100を超えました。

コラム

第4回:電波はなぜ届くのか

身近にある電波の利用

電波は私たちの身近な所で多くの機器(携帯電話、テレビ、ラジオ、カーナビなど)に利用されています。
例えば、携帯電話は電波のおかげで会話やメール、インターネットの閲覧などが可能となります。
現在の私たちの生活に必要不可欠な電波はなぜ伝わるのでしょうか、どのように伝わるのでしょうか。

そもそも電波とは

電波は電磁波の一種であり、光よりも周波数が低いものを指します。
(※正確には3,000GHz以下の電磁波)
その波は下図(青線)のように表され、点Aから点Bまでの長さを波長λ[m]、この波が1秒間に繰り返される数を周波数f[Hz]と言います。
ここで、光の速度をc=3×108[m/s]とすると、c=fλという関係式で示すことができます。
参考までに波長と周波数に関して、使用用途と種類を示したものを表にまとめました。


周波数と波長の使用用途と種類

電波はどのように届くのか~電波の性質~

電波は送信機のアンテナから発せられ、空間を伝搬して受信機のアンテナで受信されます。 その際に電波は光と同じような性質を持ち、一直線に進んでいきます(直接波)。 しかし、実際には建物など障害物の影響を受けて、直接届かない場合もあります。 図のように、建物に跳ね返って届く電波を反射波、建物のエッジの後ろに回り込むようにして届く電波を回折波と呼びます。 さらに、直接波のように障害物のない電波伝搬を見通し内伝搬、反射波、回折波のように障害物が存在するものを見通し外伝搬と呼ばれ区別されます。

電波の性質

送信電力と受信電力の関係

電波の送受信の際は障害物の有無で計算が異なってきます。

①見通し内伝搬の場合

途中に障害物がない場合は、電波は送受信間の距離の2乗に反比例して減衰するということが知られており、これを自由空間伝搬損失L[dB]と言います。 ここで、送信電力をPt[dBm]、送信アンテナ利得をGt[dB]、受信アンテナ利得をGr[dB]とすると、受信電力Pr[dBm]は
Pr=Pt+Gr+Gt-L と表すことできます。 (※電力[W]を[dB]に変換する変換式:[dB] = 10log10[W])

②見通し外伝搬の場合

一方で、障害物がある場合は反射、回折によって新たな損失Γ[dB]が生まれ
Pr=Pt+Gr+Gt-L-Γ と表すことができます。

※アンテナ利得とは...アンテナの送・受信効率の良し悪しを判断するための基準

以上、"電波はなぜ届くのか"について簡単にご説明してきました。 ご理解頂けたでしょうか。

to be continued...

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