4．無線信号の伝播

4．無線信号の伝播
学習内容
電波伝搬の基礎、自由空間
デシベル表記、計算法
4.1 自由空間の電波伝搬
4.1.1 自由空間の電波伝搬
絶対利得GTの等方性波源から
距離dの地点での電力密度WRは
PT GT
2]
WR 
[W
/
m
4 d 2
受信点
波源
d
PT : 放射電力
受信アンテナの絶対利得をGRとすると、
実効面積SR[m2]は
2
SR 
GR
4
 : 波長
受信電力PRは、
2
GT GR PT
  
PR  WR S R  
 GT GR PT 
0
 4 d 
送受信アンテナの利得を1とすると
PT
PR 
0
4.1.2 自由空間伝播損失
PT
0 
PR
送信電力と受信電力の比
 4 d 
0  

  
2
：自由空間伝播損失（パスロス）
・周波数が高いほど、減衰量が大きい
・距離が遠いほど、減衰量が大きい
伝播損失の計算等の基準として用いられる
4.1.3 デシベルと真値について
dB（デシベル） : ある基準となる値に対して
どの程度大きい/小さいかを表すパラメータ（割合）
非常に大きな割合や小さな割合を表示するときに便利
デシベルに対して、元の割合（～倍）を真値と呼ぶ
X倍は、 10 log10 X dB
X dBは、 10( X /10) 倍
なお、dBmは1mWを基準とした電力単位
1[mW] = 0[dBm]
（1[W] = 0[dBW]）
4.1.4 デシベルと真値の対応表
真値（倍率）
デシベル（電力）
1
0dB
2
3dB
3
5dB
10
10dB
100
20dB
0.1
-10dB
0
-∞dB
大きな比率を
表現するときに
便利
4.1.5 【例題・解説】伝播損失の計算
波長1mの信号が自由空間で1m伝播したときの
損失をdBで計算せよ。
2
2
 4 d 
0  
   4 
  
10 log10  0  10 log10  4   20 log10 4
2
 20(2 log10 2  log10  ) ≒
 22 [dB]
≒0.6
≒0.5
概算であれば、暗算できる。
4.1.6 【演習】受信電力の計算
利得10dBの送信アンテナから周波数300MHzの
信号が100mWで放射されている。
受信に必要な電力を1mW以上と規定した場合、
利得が6dBの受信アンテナを用いると何mの距離まで
受信可能か。
自由空間伝送として計算し、  2 ≒
 10 と近似してよい。
 4 d 
0  

  
2
4.1.7 【解説】受信電力の計算
距離d[m]伝送した時の伝播損失は
 0   4 d 
2
また、送信アンテナの利得は10dB = 10倍、
受信アンテナの利得は6dB = 4倍であるから
距離d[m]の地点での受信電力は
100 10  4
[mW]
2
(4 d )
最低受信感度が1mWなので、受信できる条件は
100 10  4
1
2
(4 d )
を満足するdであればよい。
 2≒
 10 とすると
4000
1
2
10  (4d )
400  (4d ) 2
20  4d
より
d 5
従って 5[m]
4.2 陸上無線通信の電波伝搬
4.2.1 電波伝搬の分類
80km
～400km
電離層反射波（HF）
電離層
対流圏散乱波
空間波
（VHF以上）
直接波
地表波
地球
大地反射波
（MF以下）
4.2.2 空間波の伝播
テレビ放送・携帯電話・無線LANなど
現在主流の無線通信システムはマイクロ波帯
（500MHz ～ 5GHzに集中）
直接波
空間波
大地反射波
（マイクロ波が伝播）
回折波
対流圏波
4.2.3 直接波と大地反射波の干渉
直接波
h1
h2
反射波
d
合成電界強度：
電界強度
2 h1h2
E  2 E0 sin
d
位相が打ち消しあって 距離
強度が0になる地点がある
（マルチパス干渉）
4.2.4 電波の回折
干渉域（フレネルゾーン）
回折域
ナイフエッジ障害物
（山岳）
山岳等ナイフエッジ状の障害物で電波が回折
上部では直進する電波と干渉
下部では回り込み