偏波とモード

1

1st 2015/05/02Lst 2018/05/11

v2.0 May.2018

y

xz

y

xz

y

xz

偏波の種類2

偏波

垂直

水平

右旋円偏波

左旋円偏波

楕円偏波

直線偏波

円偏波

y

xz

y

xz

y

xz

y

xz

z+は電波の進行方向

y

xz

Vertical Horizontal Oblique

RHCP LHCP

Elliptic Polarization

Circular Polarization

Linear Polarization

Right Handed

Left Handed

直線偏波

E（電界）

B（磁場） z偏波面（電界面）が地面に対して垂直か水平か？

垂直アンテナから出た電波（垂直偏波）は水平アンテナではほとんど受信できない。

水平アンテナ

垂直アンテナ E（電界）

B（磁場）

MFアンテナVHFアンテナ

UHFアンテナ

y

z

xy

z

3

x

交差偏波識別度：直交偏波の分離度合 （XPD：Cross Polarization Discrimination）

t2

円偏波y

z

y

z位相差-π/2のE（電界）

垂直アンテナと水平アンテナから出る電界の位相差が±π/2で、振幅が等しいとき、偏波が回転する。これを円偏波と呼び、左旋円偏波と右旋円偏波がある。

z0

x

y

t0

t1

t3

t=t0

z0

x x

※ 観測点 z0 で電波の進行方向 z+ を見ると時間とともに右回り（ ）

t=t0

x

y

z=z0

t0

t1

t2

t3

※ 観測点 z0 で電波の進行方向 z+ を見ると時間とともに左回り（ ）

z=z0

E（電界） E（電界）

位相差+π/2のE（電界）

4

z z

円偏波のシミュレーション例5

http://demonstrations.wolfram.com/SpheroidalProtrusionInAUniformElectricField/

偏波利用の具体例6

携帯電話基地局

地上波

船舶レーダ

UHF

VHF

衛星

GPSコンパス

アマチュア無線

PHS基地局

円偏波／直線偏波の変換板１7

変換板あり 変換板なし

同軸-導波管変換器のピン先端（直線偏波）

同軸-導波管変換器のピンに対して斜め45度に挿入された誘電体板

Low Noise Block down converter (LNB) フィードホーンアンテナ内部

円偏波／直線偏波の変換板２8

【実験】 LNBフィードホーン内に誘電体板を挿入（右45°傾斜と左45°傾斜の2ケース）し、IF周波数スペクトルを撮影して比較せよ。スペクトルが異なる理由を考察せよ。

http://www.kontec.com/teq/qanda.htm#23 より引用

円偏波の送受信9

給電部のヘリカル

センターフィードパラボラ

LNB接続部の同軸-導波管変換器

伝搬モード10

横波

TEM

TE

球面波

平面波

円筒波

TM

TEM なし

TE

TM

TEM なし

TE

TM

縦波

球面波

平面波

円筒波

※伝搬モードとして存在せず

Longitudinal wave Transversal wave

TEM, TE, TMの呼び方１11

1. TEM波 (Transverse Electromagnetic Wave)：電磁的横波2. TE波 (Transverse Electric Wave)：電気的横波, または H波3. TM波 (Transverse Magnetic Wave)：磁気的横波, または E波4. ハイブリッド波 (Hybrid Wave)：TE波とTM波の混成・混合波

岡田, “マイクロ波工学,” pp. 127-128, 学献社, 1999

E

H

y

z

xE

H

y

z

xS

S H

y

z

xE

TEM TE (H波) TM (E波)0zE 0zH 0z zE H

本郷, “マイクロ波工学,” pp. 79-84, 信山社サイテック, 1993 平田, “マイクロ波工学,” p. 64, 日本理工出版会, 2004

伝搬方向z軸に電界が存在しない（磁界は存在）

伝搬方向z軸に磁界が存在しない（電界は存在）

伝搬方向z軸に電磁界が存在しない

西原, “光・電磁波工学,” pp. 70-71, オーム社, 2000

S

電界ベクトルを軸回転

磁界ベクトルを軸回転

zx面

yz面

Hz発生 Ez発生

Hzは存在 Ezは存在

TEM, TE, TMの呼び方２12

1. TEM波 (Transverse Electromagnetic Wave)：電磁的横波2. TE波 (Transverse Electric Wave)：電気的横波, または H波3. TM波 (Transverse Magnetic Wave)：磁気的横波, または E波4. ハイブリッド波 (Hybrid Wave)：TE波とTM波の混成・混合波

岡田, “マイクロ波工学,” pp. 127-128, 学献社, 1999

tE

tH

y

z

xtEy

z

x

S

S

tH

y

z

x

S

TEM TE (H波) TM (E波)0zE 0zH 0z zE H

本郷, “マイクロ波工学,” pp. 79-84, 信山社サイテック, 1993 平田, “マイクロ波工学,” p. 64, 日本理工出版会, 2004

伝搬方向z軸に電界が存在しない（磁界は存在）

伝搬方向z軸に磁界が存在しない（電界は存在）

伝搬方向z軸に電磁界が存在しない

西原, “光・電磁波工学,” pp. 70-71, オーム社, 2000

電界ベクトルを軸回転

磁界ベクトルを軸回転

tEtH

S

Hz発生 Ez発生

Hzは存在 Ezは存在