Antenna-theory-spectrum-transmission
アンテナ理論-スペクトルと伝送
地球の大気では、波の伝播は波の特性だけでなく、環境の影響と地球の大気の層にも依存します。 環境内で波がどのように伝播するかを理解するために、これらすべてを研究する必要があります。
信号の送信または受信が行われる*周波数スペクトル*を見てみましょう。 動作する周波数範囲に応じて、さまざまなタイプのアンテナが製造されます。
電磁スペクトル
無線通信は、電磁波のブロードキャストと受信の原理に基づいています。 これらの波は、周波数（f）と波長（λ）ラムダによって特徴付けられます。
次の図に、電磁スペクトルの図を示します。
低周波帯域
低周波数帯域は、スペクトルの無線、マイクロ波、赤外線、および可視部分で構成されます。 それらは、波の振幅、周波数、または位相を変調することにより、情報伝送に使用できます。
高周波帯域
高周波帯域は、X線とガンマ線で構成されます。 理論的には、これらの波は情報の伝播に適しています。 しかし、これらの波は変調が困難であるため実際には使用されず、波は生物に有害です。 さらに、高周波は建物内をうまく伝搬しません。
周波数帯域とその用途
次の表は、周波数帯域とその用途を示しています-
| Band Name | Frequency | Wavelength | Applications |
|---|---|---|---|
| Extremely Low Frequency (ELF) | 30 Hz to 300 Hz | 10,000 to 1,000 KM | Power line frequencies |
| Voice Frequency (VF) | 300 Hz to 3 KHz | 1,000 to 100 KM | Telephone Communications |
| Very Low Frequency (VLF) | 3 KHz to 30 KHz | 100 to 10 KM | Marine Communications |
| Low Frequency (LF) | 30 KHz to 300 KHz | 10 to 1 KM | Marine Communications |
| Medium Frequency (MF) | 300 KHz to 3 MHz | 1000 to 100 m | AM Broadcasting |
| High Frequency (HF) | 3 MHz to 30 MHz | 100 to 10 m | Long distance aircraft/ship Communications |
| Very High Frequency(VHF) | 30 MHz to 300 MHz | 10 to 1 m | FM Broadcasting |
| Ultra High Frequency (UHF) | 300 MHz to 3 GHz | 100 to 10 cm | Cellular Telephone |
| Super High Frequency (SHF) | 3 GHz to 30 GHz | 10 to 1 cm | Satellite Communications, Microwave links |
| Extremely High Frequency (EHF) | 30 GHz to 300 GHz | 10 to 1 mm | Wireless local loop |
| Infrared | 300 GHz to 400 THz | 1 mm to 770 nm | Consumer Electronics |
| Visible Light | 400 THz to 900 THz | 770 nm to 330 nm | Optical Communications |
スペクトル割り当て
電磁スペクトルは誰でもアクセスできる一般的なリソースであるため、スペクトル内のさまざまな周波数帯域の使用に関していくつかの国内および国際的な合意がなされています。 各国政府は、AM/FMラジオ放送、テレビ放送、携帯電話、軍事通信、政府の使用などのアプリケーションにスペクトルを割り当てています。
世界的には、International Telecommunications Union Radio Communication （ITU-R） *Bureau of World Administrative Radio Conference （WARC）*の機関は、さまざまな国家政府によるスペクトル割り当てを調整し、複数のデバイスで動作できる通信デバイス国を製造することができます。
伝送の制限
電磁波伝送に影響を与える4つのタイプの制限は-
減衰
標準的な定義によると、「信号の品質と強度の低下は*減衰*として知られています。」
信号の強度は、伝送媒体上の距離とともに低下します。 減衰の程度は、距離、伝送媒体、および基礎となる伝送の周波数の関数です。 他の障害のない自由空間でも、送信される信号は、信号がますます大きな領域に広がっているという理由だけで、距離にわたって減衰します。
ねじれ
標準的な定義によれば、「信号の周波数成分または信号の振幅レベル間の基本的な関係を変更する変更は、*歪み*として知られています。」
信号の歪みとは、信号の特性に乱れを引き起こし、信号の品質に影響する不要な成分を追加するプロセスです。 これは通常、FMレシーバーで発生し、受信信号は時々完全に乱れ、出力としてブザー音がします。
分散
標準的な定義によれば、「*分散*は、電磁波の伝播速度が波長に依存する現象です。」
分散*は、伝播中に電磁エネルギーのバーストが広がる現象です。 これは、光ファイバーなどの有線伝送で特に普及しています。 急速に送信されるデータのバーストは、分散のためにマージされる傾向があります。 ワイヤの長さが長いほど、分散の影響は深刻になります。 分散の効果は、RとLの積を制限することです。 *'R' は*データレート*で、 'L' は*距離*です。
ノイズ
標準的な定義によると、「必要な信号の適切で簡単な受信と再生を妨げる傾向があるエネルギーの不要な形式は、ノイズと呼ばれます。」
ノイズの最も一般的な形態は、*熱ノイズ*です。 多くの場合、加法ガウスモデルを使用してモデル化されます。 熱雑音は、電子の熱攪拌によるものであり、周波数スペクトル全体に均一に分布しています。
ノイズの他の形態には、次のものがあります-
- 相互変調ノイズ-搬送周波数の和または差である周波数で生成される信号によって引き起こされます。
- クロストーク-2つの信号間の干渉。
- インパルスノイズ-外部の電磁妨害によって引き起こされる高エネルギーの不規則なパルス。 インパルスノイズは、アナログデータに大きな影響を与えません。 ただし、デジタルデータには顕著な影響があり、バーストエラーが発生します。
