無線通信は信じられないほど速いペースで成長しています。Statista によると、過去10年間でスマートフォンユーザーの数はほぼ4倍に増加しました。現在、ほぼすべての業界でワイヤレス デバイスが導入されています。スマート インフラストラクチャ、モノのインターネット、スマート ビークル、エンターテイメント業界などは、高度なアンテナ システムが不可欠な分野です。この記事では、アンテナ システムの基本原理、さまざまな種類の アンテナ、および高度なアンテナの将来について説明します。
現代のアンテナの4つの特徴
今日の高度なアンテナ システムにより、効率、信号品質が向上し、カバレッジが拡大された電磁波の送受信が可能になります。最適なパフォーマンスが得られるようにこれらのシステムを設計するために、エンジニアは特定のアプリケーションごとにアンテナの4つの基本特性を考慮します。
電磁周波数
電磁放射周波数を調整できます。この測定可能なレベルは RF（無線周波数）と呼ばれ、電磁スペクトルの特定の周波数帯域を占めます。アンテナは、電気信号を電磁波に変換して送受信することによって動作します。アプリケーションはこれらの波の周波数を決定します。
たとえば、長距離の地平線越えレーダーアンテナは、3～30MHzの低周波電磁波を送受信できますが、 5Gアンテナは、450MHz～7GHzおよび25GHz～52GHzのはるかに高い周波数を送受信できます。
アンテナ帯域幅
単純なアンテナは単一の周波数を処理しますが、ほとんどの高度なアンテナ システムはさまざまな電磁周波数を処理します。この範囲がアンテナの「帯域幅」です。アンテナの帯域幅は、サポートされる最低周波数帯域と最高周波数帯域の間のスペクトル幅を定義します。
低帯域幅アンテナは効率が高く、シンプルで、干渉を受けにくくなります。しかし、変化する通信規格に適応する能力は非常に限られています。基本的には限られた周波数範囲で動作します。
高帯域幅アンテナは、多くの同時バンドにわたって非常に高い柔軟性を提供し、一般的にコンパクトです。ただし、これらのアンテナは干渉を受けやすくなります。また、綿密な設計と信号解釈システムも必要となり、コストがかかり複雑になります。
アンテナの利得
アンテナの「ゲイン」を調整して、放射エネルギーを特定の方向に向け、集中させることができます。アンテナのゲインはデシベル (dB) で測定され、送信または受信する信号の有効性を決定します。放送アンテナは、さまざまな距離にあるさまざまな受信機に同時に無線信号を送信し、数十から数百デシベルの範囲の非常に高いゲイン値をもたらします。一方、家庭用Wi-Fiアンテナは限られた範囲をカバーするように設計されており、ゲインが10デシベルを超えることはほとんどありません。直感的に言えば、アンテナゲイン値が高いほど、信号を生成するために必要な電力も高くなります。
信号偏波
アンテナの偏波とは、アンテナによって生成または受信される電磁波の電界成分の方向を指します。アンテナ偏波を利用すると、ポイントツーポイント アンテナのパフォーマンスを向上させることができます。偏波には、垂直（線形）、水平（線形）、円形の3つの主なタイプがあります。
- 多くの受信アンテナ（自動車用アンテナなど）は垂直方向に配置されているため、放送システムでは垂直偏波アンテナが一般的に使用されています。
- 水平方向は、信号を散乱させて整合性を低下させる可能性のある雨などの大気条件の影響を受けにくいため、長距離のポイントツーポイント通信でよく使用されます。
- 円偏波アンテナは衛星通信システムでよく使用されます。受信アンテナの向きや回転に関係なく使用できます。アンテナの動きによって向きや回転が変わることがよくあります。
アンテナの基本的な種類
一般的なアンテナの種類はいくつかありますが、それぞれが独自の特性を備えているため、特定の用途には適していても、他の用途には適していません。
ダイポールアンテナ
ダイポールアンテナ、例えば パルスエレクトロニクスW5017は最もよく知られているタイプのアンテナであり、ラジオやテレビ放送のほか、Wi-Fiルーターなどの無線通信システムでよく使用されます。ダイポール アンテナは通常、特定の周波数に最適化された狭い帯域幅を備えています。ゲインは2dBから6dBの範囲で中程度です。線形特性を備えているため、垂直偏波と水平偏波の両方で動作できます。
パラボラ反射アンテナ
パラボラ反射アンテナ、例えば 2867885は、衛星通信システムで日常的に使用されていることから、一般的に「衛星アンテナ」と呼ばれていますが、長距離のポイントツーポイント通信リンクにも使用できます。パラボラ反射アンテナは中程度から広い帯域幅を持つことができるため、ダイポールアンテナよりも多くの周波数をサポートできます。これらは20dBから100dBの範囲の高ゲインで知られており、直線偏波と円偏波の両方をサポートできます。
アレイアンテナ
アレイアンテナは、パターンに配置された複数の個別のアンテナ要素で構成されます。アレイ アンテナは、各アンテナ要素の位相と振幅を意図的に制御することにより、ビームフォーミングを提供し、信号ビームを受信機に誘導して信号品質を向上させることができます。これらのアンテナ システムはアプリケーションによって異なり、中程度から広い帯域幅を実現できます。これらは10dBから30dBの範囲の中程度のゲインを提供でき、直線偏波 (水平または垂直) と円偏波に対応できます。ただし、アレイ アンテナの偏波は、個々のアンテナ要素の偏波の関数です。アレイアンテナは、通信塔の上や人口密集した都市部でよく見られます。これらのアレイ アンテナ システムにより、5Gアンテナ、MIMO (マルチ入力マルチ出力) インフラストラクチャなどの複雑な通信インフラストラクチャが可能になります。
パッチアンテナ
非常に薄型のアンテナであるパッチアンテナは、 アブラコンAPAGM2704A-C2G ポータブルデバイスやその他の無線通信デバイスに使用されます。これらのアンテナは、直線偏波と円偏波をサポートするように設計できる誘電体基板上に取り付けられた平らな金属パッチで構成されています。パッチ アンテナは通常、2dB ～ 9dBの範囲の中程度のゲイン値を持ち、構成に応じて中程度から広い帯域幅を実現できます。
未来の先進アンテナシステム
ワイヤレス アンテナ タイプを可能にする基本的な物理特性は決して変わりませんが、アンテナ通信の有効性を制御、最適化、増幅するシステムの機能は今後も向上し続けるでしょう。異なるアンテナ タイプの使用は、アンテナ機能の周波数、帯域幅、ゲイン、および偏波によって決まります。現代のワイヤレス システムは、この記事に記載されているアンテナ タイプと、同じ基本的なアンテナ タイプを利用した専用アンテナで構成されています。あらゆるワイヤレス システムの全体的な機能は、使用するアンテナによって大幅に影響を受ける可能性がありますが、信号制御システムによって操作することもできます。
アンテナ技術 の多くの高度なアプリケーションでは、MIMO、ビームフォーミング、分散アンテナ、多重化、空間ダイバーシティ システムなどの複雑な制御システムが活用されています。これらのアプリケーションは、この記事で特定されたのと同じコア属性を使用しますが、現在および将来の無線通信システムの通信パフォーマンスを大幅に向上させることができます。このトピックの詳細については、弊社の他の記事「アンテナ技術の高度な応用」をご覧ください。
関連製品リンク
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
