WCETテキストWEBOKまとめ

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  2. 2013/09/19 【IEEE WCET】WEBOK 4.4.2 Free Space Loss
  3. 2013/09/12 【IEEE WCET】WEBOK 4.3.11 Diversity
  4. 2013/05/13 【IEEE WCET】WEBOK 4.3.7 Phased Arrays
  5. 2013/05/11 【IEEE WCET】WEBOK 4.3.6 Antenna Types
  6. 2013/02/21 【IEEE WCET】WEBOK 4.3.5 Polarization
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【IEEE WCET】WEBOK 4.4.2 Free Space Loss

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


A Guide to the Wireless Engineering Body of Knowledge (WEBOK)A Guide to the Wireless Engineering Body of Knowledge (WEBOK)
(2009/04/13)
IEEE Communications Society

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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.4 Propagation
4.4.2 Free Space Loss


自由空間モデルは、送受信機の間に障害物が無く見通しである場合に適用される。
仰角の大きい衛星通信やマイクロ波鉄塔間の通信などがその例である。
自由空間での通信は、受信電力が送受信機間の距離の2乗で減衰をしていく。
これを表すのが次のフリス(Friis)の伝搬公式である。

 フリス

これは
距離が二倍になると受信レベルは6dB下がり、
距離が10倍になると受信電力は20dB下がる
ということを意味している。

PtGtはEIRP(Effective Isotropic Radiated Power)を示す。
また、次の式は自由空間伝搬損失を示す。

 自由空間伝搬ロス
 
フリスの伝搬公式は遠方界のみに適用できる。
遠方界の距離はFraunhofer distance dfで与えられ、
送信アンテナの開口面積D^2と波長で決定される。

 Fraunhofer distance

つまりd>dfの距離で適用できる。
ただし、見通し距離は送受信アンテナの高さにより制限されるため、
それ以上の距離では適用できない。


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【IEEE WCET】WEBOK 4.3.11 Diversity

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


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(2009/04/13)
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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.3 Antennas
4.3.11 Diversity


無線通信においては、送信信号は建物などにより散乱(scattering)、回折(diffraction)をお越し、様々な経路で受信機へ届けられる。これをマルチパス伝搬(multi-path propagation)と呼ぶ。マルチパスにより受信機に届く各信号はお互いに干渉をし強め合ったり、弱め合ったりする。特に干渉信号の位相差が180度の場合、受信レベルはひどく落ち込み、この現象をフェージング(fading)と呼ぶ。

フェージング対策としては、ダイバーシチ(diversity)がある。

ダイバーシチには大きく4つある。
・周波数ダイバーシチ
・時間ダイバーシチ
・空間ダイバーシチ
・偏波ダイバーシチ:ネットワーク容量を2倍にできる。

ダイバーシチの合成方法には大きく3つある。
・選択ダイバーシチ(selection diversity):レベルの高いブランチに切り替える
・等利得合成(equal-gain combining):位相のみ同相にして合成する
・最大比合成(maximum-ratio combining):合成後のSN比が最大になるように重みづけして合成する

アンテナダイバーシチには大きく3つある。
・空間ダイバーシチ
・指向性(角度)ダイバーシチ
・偏波ダイバーシチ


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【IEEE WCET】WEBOK 4.3.7 Phased Arrays

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


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(2009/04/13)
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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.3 Antennas
4.3.7 Phased Arrays


アンテナのビームを走査する方法には機械的な方法と電気的な方法がある。

機械的に走査する方法では、アジマス(方位角)方向に回転する台座上の開口面アンテナを用いる。多くの場合はエレベーション(仰角)方向にも可動するようになっている。
電気的に走査するアンテナはフェーズドアレーアンテナまたは単にフェーズドアレーと呼ばれる。

一般的なフェーズドアレーは、規則的に配置された複数の同一のアンテナ素子から構成される。
リニアフェーズドアレーでは、アンテナ素子はλ/4からλ/2の等間隔で直線上に配置され、アンテナ素子が配列された方向のみ走査が可能である。
フラットパネル(2D)フェーズドアレーでは、各アンテナ素子が同一平面上において格子状に配列され、2次元的に走査が可能である。

フェーズドアレーにおいて、それぞれのアンテナ素子には異なった振幅と異なった位相の信号が給電される。
振幅でサイドローブの大きさを制御し、位相差でメインローブの方向を制御する。

各アンテナ素子の配置間隔の距離は重要なパラメータの1つである。
配置間隔が1波長を超えると、グレーディングローブ(メインローブとほぼ同レベルの不要なサイドローブ)を発生させてしまう。

アレイファクタは、フェーズドアレー全体の指向性において、振幅と位相差を選択することで決定される部分である。
各アンテナ素子が同一の場合は、全体の指向性は各アンテナの指向性のアレーファクタを掛け合わせることで得られる。
各アンテナ素子が異なる場合は、全体の指向性は各アンテナの遠方界の電界の重ね合わせで得られる。


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【IEEE WCET】WEBOK 4.3.6 Antenna Types

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


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(2009/04/13)
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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.3 Antennas
4.3.6 Antenna Types


アンテナの分類方法
・周波数帯域幅:狭帯域、広帯域、超広帯域
・物理的形状:線状、リフレクタ、プリント基板、開口面
・指向性パターン:無指向性、高利得
・電気的サイズ:小型、大型
・動作モード:traveling wave, surface wave, guided wave
・scanning:non、機械的、電気的


線状アンテナ
線状アンテナの分類
・ループアンテナ
・ダイポールアンテナ
・折り返しダイポールアンテナ
・rhomboids(ひし形)アンテナ
・ロングワイヤアンテナ
・ツインラインアンテナ
・ヘリカルアンテナ
・これらのフェイズドアレーアンテナ

線状アンテナがよく使われる条件
・比較的低利得(2−3dBi)
・直線偏波
・無指向性
・モバイル通信

一般的な線状アンテナの特徴
・狭帯域(帯域幅:10ー20%)

広帯域の線状アンテナ
・八木宇多アンテナ
・ログペリアンテナ
・コニカルスパイラルアンテナ


開口面アンテナ
開口面アンテナの分類
・リフレクタアンテナ
・パラボラアンテナ
・レンズアンテナ
・スパイラルアンテナ
・flat panels
・frequency-selective surfaces(FSS)
・ホーンアンテナ

開口面アンテナがよく使われる条件
・中利得(3−20dBi)、高利得(>20dBi)
・衛星通信、レーダー、アンテナ測定、リレー


超広帯域アンテナ
なだらかに変化する構造や、自己相似構造、自己補対構造のアンテナとすることで周波数から独立した超広帯域アンテナを実現できる。
・バイコニカルアンテナ
・面状ログスパイラルアンテナ
・コニカルログスパイラルアンテナ


広帯域な開口面アンテナ
なだらかに変化する構造を組み込むことで広帯域化が可能
・クワッドリッジドホーンアンテナ
・インパルスラジオアンテナ


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【IEEE WCET】WEBOK 4.3.5 Polarization

IEEE WCETのテキストWEBOKをまとめていきます。

まずは得意分野であるアンテナ・電波伝搬の分野から。


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4 Radio Frequency Engineering, Propagation and Antennas
4.3 Antennas
4.3.5 Polarization 偏波


偏波とは、電磁波における電界の向きを表す。
偏波は、直線偏波(Linear Polarization: LP)、楕円偏波(Elliptical Polarization: EP)、円偏波(Circular Polarization: CP)に大別される。

直線偏波とは、電界の振動の向きが直線になるものをいう。
直線偏波には、垂直偏波、水平偏波、あるいは45°傾いた偏波などがある。
ダイポールアンテナやモノポールアンテナが直線偏波アンテナの代表である。
垂直偏波アンテナは水平偏波の信号を送受信できない。このときの水平偏波は交差偏波(Cross-polarization)と呼ばれる。

円偏波とは、電界の向きが回転しており、その軌跡が円になるものをいう。
円偏波には、電界の向きの回転方向により、右旋円偏波(Right-Hand Circular Polarization: RHCP)、左旋円偏波(Left-Hand Circular Polarization: LHCP)がある。
ヘリカルアンテナが円偏波アンテナの代表である。
右旋円偏波アンテナは左旋円偏波の信号を受信できない。このとき左旋円偏波は交差偏波である。

楕円偏波とは、電界の向きが回転しており、その軌跡が楕円になるものをいう。
楕円偏波には、右旋楕円偏波、左旋楕円偏波がある。
直線偏波と円偏波は楕円偏波の特殊な例といえる。
軸比(Axial Ratio: AR)が∞のものが直線偏波であり、ARが1のものが円偏波である。

無線システムにおいては偏波のミスマッチが問題になる。
直線偏波アンテナは円偏波の信号を受信することができるが、偏波のミスマッチにより3dBのロスが発生する。
同様に、円偏波アンテナは直線偏波の信号を受信することができるが、3dBのロスが発生する。
それゆえ、送信アンテナと受信アンテナの偏波は一致させる必要がある。


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