アンテナゲイン、偏光、帯域幅：アンテナ性能の3つの重要な指標の包括的なガイド
ビュー： 0 著者：サイトエディターの公開時間：2025-08-06 Origin： サイト
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ワイヤレス通信の広範な領域では、アンテナは不可欠な重要なコンポーネントとして、情報の世界を結ぶ橋として機能します。そのパフォーマンスは、コミュニケーションの質を直接決定します。アンテナゲイン、偏光、帯域幅の3つの主要な指標は、アンテナの機能を支える橋の礎石に類似しています。これらの3つの指標を理解することは、ワイヤレス通信システムを最適化し、信号伝達と受信の品質を向上させるために極めて重要です。以下では、これらの重要なインジケーターのそれぞれを順番に掘り下げます。
I.アンテナゲイン：信号濃度のための「フォーカシングメカニズム」
（1）ゲインの定義と意味合い
アンテナゲインは、アンテナが入力能力を濃縮および放射する程度を定量的に特徴付けるために使用される重要なメトリックです。通信の観点から、特定の方向内で信号を生成する際のアンテナの有効性を反映しています。理想的なシナリオでは、均一な電力分布を備えた等方性ラジエーターは、空間内でエネルギーを全指向に放射します。このようなラジエーターの場合、ゲインはデシベルで発現した場合、0dBに相当する1として定義されます。ただし、実用的なアンテナは、細心の注意を払って設計された構造を通じて、この均一な放射パターンから逸脱し、特定の方向に放射線のエネルギーを戦略的に集中させ、それにより理想的なポイントソースアンテナの利益よりも優れた利益を達成します。
数学的には、アンテナゲインは、実際のアンテナによって生成されるフィールド強度の平方の比率と、同じ空間点で理想的な放射要素によって生成されるもの、つまり電力比を与えられます。たとえば、空間点で特定の強度の信号を生成するには、理想的な放射源が126Wの入力能力を必要とする場合があります。 18dBDのゲインでアンテナを利用する場合、計算では、同じ結果を達成するのに十分な入力能力が十分であることがわかります。これは、信号に対するアンテナゲインの「増幅のような」効果を鮮明に示しています。重要なことに、この '増幅'は、アクティブな回路のように、信号力の実際の増加ではなく、エネルギーのより効率的な方向割り当てを伴うことです。
（2）ゲインの計算方法
実際のアンテナゲインの計算は、簡単な算術プロセスではありません。これは、指向性係数とアンテナ効率の積です。指向性係数は、最大放射方向におけるアンテナの放射強度の比を理想的なポイントソースアンテナの平均放射強度との比率を定量化し、特定の方向にエネルギーを集中させるアンテナの能力を直感的に実証します。アンテナ効率は、アンテナ材料の抵抗特性から生じる熱損失など、入力電力から放射電力への変換中の避けられないエネルギー損失を占めています。
多様なアンテナタイプは、明確なゲイン計算方法論を採用しています。一般的な放物線アンテナの場合、式g（dbi）= 10lg {4.5×（d/λ0）²}を使用してゲインを近似できます。ここで、dは放物線反射式の直径を示し、λ0は中心動作波長であり、4.5は広範な実用的な観察から派生した経験的データです。垂直の垂直アンテナのゲインは、g（dbi）= 10lg {2l/λ0}を介して推定でき、Lはアンテナの長さを表します。さらに、式G（DBI）= 10LG {32000/（2θ3DB、E×2θ3DB、h）}、2θ3DB、e2θ3db、h and hはh bemwids frent ben frent bend bed frent bend bed frent ben bed frent bend bed frent frent bend bed、hを使用して、2つの主要平面（eplaneおよびh-plane）のハーフパワー（3db）ビーム幅に基づいてゲインを計算できます。 32000は経験的データでもあります。
（3）ゲインの実用的な応用
長距離通信シナリオでは、精密な楽器に似た高ゲインアンテナが重要な役割を果たします。衛星通信を取ります：衛星と地上ステーションの間のかなりの距離は、伝送中に有意な信号減衰をもたらします。ここでは、高ゲインのアンテナは信号エネルギーを集中させることができ、広大な空間距離を通過し、ターゲットレシーバーに正確に到達できるようにします。マイクロ波リレー通信では、高ゲインのアンテナは、信号が長い伝送経路に沿って十分な強度を維持し、安定した信頼性の高い通信リンクを促進することを保証します。
逆に、屋内ワイヤレスカバレッジなどの短距離通信環境では、状況は異なります。複雑な屋内設定では、さまざまな場所のユーザーに対応するために、複数の方向に均一な信号分布が必要です。したがって、低ゲイン、全方向アンテナが主に利用されます。これらのアンテナは、信号拡散器のように機能します。任意の単一方向の信号強度は比較的控えめですが、定義された範囲内でシグナルを全面的に放射することができ、屋内ユーザーに比較的均一な信号カバレッジを提供します。
ii。アンテナ偏光：電磁波の「空間方向」
（1）偏光の定義と本質
偏光とは、電磁波の電界ベクトルの空間配向を正確に説明する物理量であり、アンテナによって放射される波の電界方向の時間変動則を深く明らかにします。微視的な観点から、偏光は、アンテナの信号伝達と受信能力に深い影響を与える特性である空間内の電界ベクトルの回転モードと方向性特性を反映しています。
（2）分極タイプの分析
アンテナ偏光には、線形偏光、円偏光、楕円分極の3つの基本的なカテゴリが含まれます。線形偏光は、さらに水平および垂直偏光に細分化されます。垂直偏光波は、地面に垂直な電界方向を持ち、水平に偏光した波には地面に平行な電界方向があります。さらに、 +45°または-45°などの地面に45°の偏光は、線形偏光カテゴリに該当します。円形偏光は、空間軌道が円形の電界ベクトルの回転方向に基づいて、左側の円偏光と右側の円偏光に分類されます。楕円形の偏光は、より一般的な形式であり、線形と円偏光の特徴と、電界ベクトルが空間内の楕円形の経路を追跡します。円形と線形の両方の偏光は、特定の条件下での楕円分極の特別な場合と見なすことができます。
（3）さまざまな分野での偏光の適用例
ラジオとテレビの放送では、垂直偏光が頻繁に採用され、安定した広いエリア信号のカバレッジが確保されます。これは、垂直に分極した波が、伝播中に地面の反射と多量の効果の影響を受けやすく、安定した信号伝達を可能にするためです。
モバイル通信ベースステーションアンテナは、主に水平偏光または±45°の交差分極を利用します。水平偏光は、共チャネル干渉の緩和において利点をもたらしますが、±45°の交差分極は複雑で動的なモバイル通信環境によりよく適応し、多様な方向から信号を受け取り、コミュニケーションシステムの信頼性と能力を向上させる能力を高めます。
衛星通信では、円形偏光アンテナが好まれます。空間内の衛星の連続的な態度の変動と、信号伝播中のさまざまな複雑な因子からの干渉により、円形偏光アンテナは、偏光の不一致によって引き起こされる信号損失を効果的に減らし、衛星と地上局間の妨げられない通信を確保することができます。
RFIDシステムでは、円形偏光アンテナも重要です。さまざまな方向でタグを効果的に識別し、システムの認識効率と精度を大幅に向上させ、物流管理やアクセス制御システムなどの多数のアプリケーションシナリオに堅牢なサポートを提供します。
iii。アンテナ帯域幅：効果的な動作のための '頻度範囲'
（1）帯域幅の定義
アンテナ帯域幅とは、アンテナが効果的に動作できる周波数範囲を指します。この範囲内で、アンテナは、ゲイン、スタンディング波の比率、偏光特性など、事前に定義されたパフォーマンス基準を満たしています。さまざまな周波数の信号を送信および受信できる周波数帯域として機能し、アンテナがこれらのプロセスに適した環境を確保します。
（2）帯域幅タイプの区別
アンテナ帯域幅の一般的な定義には、絶対帯域幅と相対帯域幅が含まれます。絶対帯域幅は、アンテナの動作周波数範囲の上限と下限の違いであり、Hertz（Hz）、Kilohertz（KHz）、Megahertz（MHz）などのユニットがあります。たとえば、1GHzから2GHzまで動作するアンテナの絶対帯域幅は1GHzです。相対帯域幅は、絶対帯域幅と中心周波数の比率であり、通常はパーセンテージとして表されます。中心周波数は、算術平均、fcenter =（fmax + fmin）/2、または対数スケールでより一般的な幾何平均を使用して計算できます。相対帯域幅は、BWREL = 2*（FMAX -FMIN）/（FMAX + FMIN）×100％として計算することもできます。一般に、狭帯域アンテナの相対帯域幅は5％未満で、広帯域アンテナは5％から25％の範囲であり、超幅の帯域アンテナは25％を超えています。
（3）さまざまなシナリオでの帯域幅のアプリケーション要件
狭帯域アンテナは、その強い周波数選択性により、高い周波数精度を必要とする通信システムで採用されています。たとえば、動作周波数が比較的固定されている無線およびテレビの伝送では、狭帯域アンテナは特定の周波数で安定した信号伝送を提供し、他の周波数信号からの干渉を回避します。周波数の安定性と干渉免疫の厳しい要件を持つ特定の産業制御ドメインのような特殊なワイヤレス通信システムも、狭帯域アンテナの恩恵を受けます。
ワイドバンドアンテナは、複数の周波数帯域のカバレッジを必要とする複雑な通信シナリオに適しています。モバイル通信ベースステーションでは、進化する通信技術は、多様なユーザーとサービスの需要を満たすために、マルチバンド信号伝送のサポートを必要とします。ワイドバンドアンテナは、幅広い周波数範囲にわたって満足のいくパフォーマンスを維持し、ベースステーションとさまざまなターミナルデバイス間の効率的な通信を確保します。同様に、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（WLAN）は、さまざまな標準と周波数帯域のワイヤレスデバイスに対応するために広帯域アンテナに依存しており、ユーザーに便利で高速ネットワーク接続を提供します。
超ワイドバンドアンテナは、レーダー検出においてユニークな役割を果たします。それらの非常に広い帯域幅は、高解像度のターゲット検出機能を提供し、ターゲット位置、形状、および動きの状態を正確に識別できるようにします。屋内高速データ送信などの短距離高速通信では、超ワイドバンドアンテナが大きな帯域幅を活用して、高速で大容量のデータ送信の需要を満たすために、数ギガビットのデータレートを達成します。
IV。 3つの指標の相互関係と包括的な検討
アンテナゲイン、偏光、帯域幅の3つの重要な指標は分離されていません。それらは相互に関連しており、相互に影響力があります。アンテナの設計には、これらの指標の中で慎重なトレードオフと最適化が必要になることがよくあります。
アンテナゲインの増加には、通常、放射線幅の狭窄が含まれます。これにより、特定の方向に信号強度が向上しますが、帯域幅を同時に減らします。これは、ビーム幅を狭めると、異なる周波数の信号に対するアンテナの応答が変化し、有効な動作周波数範囲を縮小するためです。
偏光特性は、アンテナの帯域幅にも影響し、パフォーマンスを獲得します。異なる偏光モードを持つアンテナは、信号の放射と受容中に電界ベクトルの明確な空間分布と変動パターンを示し、さまざまな周波数の信号を持つ結合能力の違いをもたらします。たとえば、循環偏光アンテナは、特定の周波数範囲内で優れたゲインパフォーマンスを示す可能性がありますが、偏光の不一致などの要因により、他の人の劣化を経験し、それにより帯域幅のパフォーマンスに影響を与えます。
実際のアプリケーションでは、適切なアンテナを選択または設計する際の特定の通信要件とシナリオに基づいて、これら3つの指標を包括的に検討することが不可欠です。たとえば、信号カバレッジの範囲、方向性、および厳密な周波数帯域制約に高い要求を伴う山岳コミュニケーションプロジェクトでは、山岳地帯に適した偏光モードを備えた高ゲインの狭帯域アンテナは、信号を通過し、ターゲットエリアを正確にカバーするために必要になる場合があります。大規模なショッピングモールの屋内通信環境では、複数のワイヤレスデバイスをサポートする必要があり、信号帯域幅とカバレッジの均一性の高い要件、複雑な屋内反射に適応可能な偏光モードを備えた広帯域、低ゲインアンテナがより適切であり、顧客とスタッフに安定した高速ワイヤレスネットワークサービスを提供します。
要約すると、アンテナのゲイン、偏光、帯域幅の3つの重要な指標を完全に理解することと、その相互関係は、効率的で信頼性の高いワイヤレス通信を達成するための基盤を形成します。実用的なアプリケーションの特定のニーズに基づいたこれらのインジケーターの合理的な最適化と構成を通じてのみ、アンテナは最適なパフォーマンスを提供し、ワイヤレス通信の進歩のための強固な基盤を提供します。
