01.対策ノート
多重通信システム(3問)
・アナログは多段中継を行うとひずみが累積
・アナログ→デジタルの標本化定理
標本化パルスの下限＝アナログ信号の最高周波数×2
・PCM(パルス符号変調)
回線を分岐または挿入するために多くのフィルタを必要としない
標本化→圧縮器→量子化→符号化～復号化→伸張器
PCMでは、回線の分岐、あるいは挿入に多数のフィルタを必要としない。
量子化：連続するアナログ信号を離散的な信号で表す
・ワード多重化：ch1の1・mbitめ、ch2の1・mbitめ、、、でフレームを形成
・ビット多重化：ch1・chnの1bitめ、ch1・chnの2bitめ、、、でフレームを形成
・マイクロ波
地形や建物の影響を受けやすい
・マイクロ波用真空管
進行波管（TWT）：電磁波と電子流との速度が等しくなると電磁波が増幅される、ら旋回路と磁石が用いられる
反射形クライストロン：マイクロ波の発振に使用される電子管
・再生中継器：信号波形を整形して元と同じ信号パルスを作り出す
・ビデオ中継器：一定以上の信号パルスであれば元と同じ信号パルスを作り出す
・FDMA
干渉を避けるためにガードバンドを設けて各地球局に割り当てる
・SCPC(single・channel per carrier)
１音声チャネル当たり１搬送波を割り当てる伝送方式
・静止衛星
地球の中心から42,000km、春分・秋分に太陽光があたらない、全世界で3個必要
衛星通信Cバンド＝6/4[GHz]帯
衛星中継の伝送遅延時間：0.24秒
・VSAT(Very Small Aperture Terminal)システム
通信衛星を介する双方向通信システムのひとつ
Up/Down:14GHz/12GHz
構成：宇宙局/制御地球局(HUB局)/地球局
回線：PtoP、PtoMP、双方向
アンテナ：固定のパラボラアンテナ
基礎理論(4問)
・コンデンサリアクタンス
Xc=1/2πfC(μF)
・インピーダンスZ
アドミタンス=1/Z=G+jB
B：サセプタンス
・T形抵抗減衰器
→まず入力抵抗を除いた合成抵抗を求める
→次に負荷抵抗電圧を入力抵抗電圧で求める
→減衰量=20log(入力抵抗電圧/負荷抵抗電圧)
・平行二線式線路Z=227log2D/d(Ω)
・同軸ケーブルZ=138logD/d(Ω)
※大文字Dが分子にのる
・方形導波管TE10
→遮断波長(cm)=2a(cm)
→波長=電波速度*周期=電波速度/周波数
→遮断周波数=電波速度/波長=3*10^8/2a(cm)=3*10^10/2a(m)
※a:長辺cm
・サイリスタ
PNPN接合で構成、アソード・カノード・ゲートの3つの電極を持つ、スイッチング素子
・マイクロ波の発振素子
→トンネルダイオード(=エサキダイオード)
不純物濃度が高い
順方向の電圧電流特性の負性抵抗領域
→インパットダイオード
逆方向電圧を加えると電子なだれを起こし電流が増加
マイクロ波の発振に利用
→ガンダイオード
※バラクタダイオードは使わない
・FET(電界効果トランジスタ)：ユニポーラ型トランジスタ
→接合型FET：ゲート電極にP型orN型半導体を直接接合、安定し雑音及び静電気影響少、太線が１本
→MOS型FET：ゲート電極と半導体間を絶縁(絶縁ゲート)、入力抵抗/インピーダンスが高く消費電力少、製法が容易、破線、エンハンスメント形
→N形：矢印が内側
→P形：矢印が外側
・マグネトロン
→外側：空洞共振器
→黒：陽極
→中心：陰極
・負帰還増幅回路：増幅度は下がる
・PLL(Phase Locked Loop)：入力信号や基準周波数と、出力信号との周波数を一致させる電子回路
・雑音指数=Fin/Fout
変調(2問)
・繰り返し周期=パルス幅t+パルス間隔T
・繰り返し周波数=1/繰り返し周期=1/(t+T)
・衝撃係数D=パルス幅/繰り返し周期=t/(t+T)
・ワード多重化：ch1・nの1・mビットをチャネル順に配置してフレームを形成
・ビット多重化：ch1・nの1ビット、2ビット、、mビットを配置してフレームを形成
・パルススタッフ同期方式(非同期多重方式)
同期したい信号のパルス周波数より高い周波数を選び、余った周波数分のスタッフパルスを挿入する方式。
回線網内の全多重化装置のクロック周波数をあらかじめ同期させる必要がない。
・符号誤り率は相数が多い多相PSKが一番大きくなる
・パスレングス形変調器
→(S1,S2)=(0,0)→0
→(S1,S2)=(0,1)→π/2
→(S1,S2)=(1,0)→π
→(S1,S2)=(1,1)→3π/2
送受信機(3問)
・テレビ：NTSC方式、9・10MHzで量子化、72・80Mbps
・FM送信機
水晶発振器→位相変調器→周波数逓倍器→逓倍増幅器→電力増幅器→アンテナ
↑
音声増幅器→IDC回路
※IDC回路:大きな音声信号が加わっても、周波数偏移が大きくなりすぎないように制御
※エンファシス：入力信号の高域部分の振幅をあらかじめ強めて出力する回路
→変調指数m=最大周波数偏移Δf/最大周波数fm
→占有周波数幅B=2(Δf+fm)
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H16/html/H1612A12_.html
→等価雑音電力N=kTBF
k:ボルツマン定数1.38*10^・23
T:絶対温度摂氏温度+273
B:等価帯域幅
F:雑音指数(真数)
→等価雑音温度Te=T0(F・1)
T0:周辺温度
F:雑音指数(真数)
・FM受信機(スーパーヘテロダイン受信機)
高周波→周波数→中間周波→振幅 →周波数→低周波
増幅器 混合器 増幅器 制限器 弁別器 増幅器
↑ ↓
局部発振器 スケルチ回路
※局部発振周波数=受信周波数±中間周波数
※妨害周波数=局部発振周波数±中間周波数=受信周波数±2*中間周波数
中継方式(2問)
・直接中継方式
受信波⇒低雑音増幅器⇒高利得増幅器（周波数偏移器）⇒電力増幅器⇒送信波
上記の構成となり、特性は下記のとおり。
・ひずみが少ない。
・広い帯域に使える。
・大きな利得をもつ、低雑音の増幅器が必要。
・ヘテロダイン中継方式
受信波⇒周波数変換器⇒中間周波増幅器⇒周波数変換器⇒マイクロ波増幅器⇒送信波
上記の構成となり、特性は下記のとおり。
・スプリアス発射を伴いやすい。
・中継途中での通話群分岐、挿入が不可。
・変調、復調ひずみの累積がない。
・再生中継方式（検波中継方式）
受信波⇒受信機⇒復調器⇒ビデオ増幅器⇒変調器⇒送信機⇒送信波
上記の構成となり、特性は下記のとおり。
・通信路の分岐、挿入が可能。
・変調、復調ひずみが中継ごとに累積される。
・デジタル通信に適してる。
・クライストロン
大電力の地球局の増幅管で使用
・GaAsFET(Gallium Arsenide Field・Effect Transistor)
ガリウムヒ素電界効果トランジスタ
小型の地球局の送信装置に用いる
・パラメトリック増幅装置
低雑音増幅装置の一種。外部から高周波電力を可変リアクタンス素子に与えてこれを励振し、
リアクタンスを変化させることで信号を増幅する。
可変リアクタンス素子としてバラクタダイオードを用いたものが広く使われている。
しかし近年はGaAs FET増幅器に取って代わられている。
レーダー(2問)
・レーダー
電磁波を対象物に向けて発信し、その反射波を測定することにより、対象物までの距離や方向を明らかにする装置
・パルスレーダー
方位分解能：同位置のものを見分ける能力。
→波長は短く周波数は高く
→アンテナは高く
→ビーム幅が狭く
したほうが良い
→最小探知距離を向上させるにはパルス幅は狭く
→最大探知距離を向上させるにはパルス幅は広く
◎尖（せん）頭電力＝平均電力×パルス繰返し回数/パルス幅
レーダーの距離＝電波速度×受信時間/2(往復)
※電波速度＝300,000km/s＝3×10^8m/s
・ドップラーレーダー
ドップラー周波数=2vf0/c
v(m/s)：速度
f0(Hz)：周波数
c(m/s)：電波速度
・FTC(Fast Time Constant)：雨雪反射除去装置
・STC(Sensitivity Time Control)：感度時調整回路、海面反射除去装置
・IAGC(instantaneous automatic gain control)：瞬間自動利得調節
・PPI(Plan Position Indicator)：平面図位置装置、360度表示。画面の中心から距離を、円周で方位を表示
・RHI(Range Height Indicator)：距離高度装置、気象観測用レーダー、山や建物の反射波は変動しない
・CW(Continuous Wave)レーダー：ドプラ偏移により近距離での物標の接近速度がわかる。
移動速度＝(電波速度×ドプラ周波数)/(2×送信周波数)
アンテナ(2問)
・EIRP(等価等方ふく射電力)=送信アンテナの実効利得+送信機出力
・スリーブアンテナ：放射抵抗75Ω
l=λ/4
波長λ=光速c*周期T=光速c/周波数f
・ブラウンアンテナ：放射抵抗21Ω
l=λ/4
波長λ=光速c*周期T=光速c/周波数f
・対数周期アンテナ
八木アンテナに比べて利得が低い
・ホーンアンテナ
開口端の開口面積が徐々に広くなるよう、底面が開放された角錐台の形状のホーンを取り付けたもの
パラボラアンテナの1次放射器としても用いられる
インピーダンス特性は広帯域にわたって良好
角錐ホーンは指向性を鋭くするための最適値であり、利得の標準アンテナとしても用いられる
・ホーンレフレクタアンテナ：電波通路が遮蔽板で覆われている
http://www.hct.ecl.ntt.co.jp/library/C2/076-1.html
http://www8.plala.or.jp/ap2/mark/1rikugi.html#2310
球面波は放物面反射鏡により平面波へ変換される
・コーナレフレクタアンテナ
http://www8.plala.or.jp/ap2/mark/1rikugi.html#239
ダイナポールアンテナの長さは半波長
放射器のすぐ横に反射板があるので利得が高く指向性がある
・八木アンテナ
輻射器として半波長ダイポールアンテナまたは折返しダイポールアンテナが用いられる。
八木アンテナの放射電力=半波長ダイポールアンテナの放射電力/八木アンテナの相対利得(真数)
※同距離にて同電界強度
・パラボラアンテナ
反射鏡アンテナ（鏡面精度を向上）
→オフセットパラボラアンテナ
衛星放送用受信アンテナでよくみられる楕円形のアンテナ
ブロッキング要素が少ない
サイドローブ特性（目的の方向とは別な方向に微弱な電磁波が漏洩）が改善
→絶対利得(真数)G=η*(πD/λ)^2
η：開口効率
D：直径(m)
λ：波長(m)=光速c*周期T=光速c/周波数f
→電力半値幅θ=70λ/D
D：直径(m)
λ：波長(m)=光速c*周期T=光速c/周波数f
・カセグレンアンテナ
反射鏡：回転双曲面
鏡面精度を向上
・グレゴリアンアンテナ
反射鏡：回転だ円面
・スロットアレーアンテナ
http://www2.nict.go.jp/r/r312/tokkyo/koukai/detail/122.htm
スロット間隔D=1/2×λg(管内波長)
スロット数：数10～数100
垂直方向成分は逆位相、全体としては水平偏波
・ループアンテナ
・逆L型アンテナ
・ヘリカルアンテナ
・スタックドアンテナ
・ターンスタイルアンテナ
→電界強度E(V/m)=7√GaP/d
Ga(真数)：アンテナの相対利得
P(W)：放射電力
d(m)：送受信点間の距離
電波伝搬(3問)
電波伝播
http://www.ne.jp/asahi/yokohama/cwl/dempa.html
・ラジオダクト：大気中に不連続面が存在するためVHF帯以上の電波が通常と異なる経路で伝播。遠くまで伝播。温度の逆転層、ダクト型フェージング。
・スポラディックE層：春夏頃昼間に突発的に発生する特殊な電離層、VHF帯の電波をも反射。
・山岳回折：VHF帯電波が山岳などで電波が回折することにより見通し距離よりも遠くに伝播。
・等価地球半径：地球の半径を大きめにとってやることで電波経路を直線的に扱う。
・デリンジャー現象：電離層に何らかの理由で異常が発生することにより起こる通信障害。短波（HF)で起きる。
・対流圏散乱伝播
→通信に利用できる距離は400km程度
→選択性フェージングを改善する為に、ダイバーシティ受信方式が用いられる。
・自然雑音
→空電雑音
→太陽雑音
→宇宙雑音：影響がある周波数：20MHz・1GHz
・人口雑音
→衝撃性雑音：車の点火装置
→連続性雑音：高周波利用設備
MF・UHF帯で強度が強い
・フェージング
無線局の移動や時間経過により、無線局での電波の受信レベルが変動する現象
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H13/html/H1312A23_.html
→選択性フェージング：伝播経路が異なることで生ずる。これを改善する為に、ダイバーシティ受信方式が用いられる。
http://www2.jan.ne.jp/~jr7cwk/audiovisual/diversity/diversity1.html
→K形フェージング：大気屈折率の分布状態が変化して地球の等価半径係数が変化するため、
直接波と大地反射波との干渉状態や大地による回折状態が変化して生じるフェージング
・シンチレーション(揺らぎ)フェージング
受信電波の強さが、平均値の前後で不規則に変動することで散乱された電波が複数の経路で受信アンテナに到達するときに起こる
・ダクト形フェージング
ラジオダクトによりら反射したり漏れ出てくる電波の強度や角度が揺らぐこと
・電離層反射波
球の上空にある電離層に反射して見通し距離外の遠方に伝搬する。
周波数が低いほど電離層で反射しやすくなり、電離層で反射するのはHF帯（30MHz）以下の低い周波数でおきる。
・修正屈折率
http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H18/html/H1812B04_.html
前提：通常、大気の屈折率は高さが高くなるほど小さくなる。
→直線：地表面より大きな半径でなめらかな曲線を描く。対流圏伝播。
→くの字：上空に行くほど高温、あるいは低湿の空気の層が出現。この部分を逆転層といいます
→S字：地表から少し上までは標準的な分布ながら、途中で逆転層が出現
・スネルの法則
→屈折率大→小：入射角＜屈折角
→屈折率小→大：入射角＞屈折角
・見通し距離d=4.12*(√送信アンテナ地上高+√受信アンテナ地上高)
・見通し距離d=3.57*(√送信アンテナ地上高+√受信アンテナ地上高)
※等価地球半径係数K=1のとき
電源(1問)
・鉛蓄電池
二次電池。＋は二酸化鉛、－は鉛、電解液に希硫酸(比重は徐々に高くなる)。2.0V。自動車のバッテリー。
無停電電源装置。大容量化が簡単。標準より短時間に多くの電流を取り出すと容量は減少する。極板を露出してはならない。
・ニッケルカドミウム蓄電池
二次電池。＋は水酸化ニッケル、－はカドミウム、電解液にアルカリ性溶液。浮動充電(※)に適する。1.2V。過充電に強い。腐食しにくい。大電流。超寿命。
(※)蓄電池の浮動充電方式：常時充電状態を保ち、通常は直流で、非常時は蓄電池で電源供給
・リチウムイオン電池
小型軽量。3.7V。メモリー効果(完全放電せず充電しても100%充電不可)がなく継ぎ足し尾充電可能。自己放電量が少ない。
・サイリスタ：pnpn半導体を交互に重ねたスイッチング素子、アノード・カソード・ゲートからなる。
・CVCF：インバータ＝AC/DCコンバータ、トランジスタ・サイリスタ
AC入力→整流器→(*)→インバータ→切り替えスイッチ→AC出力
(*)蓄電池
・UPS：浮動充電しながらインバータから負荷へ交流電流を供給。発動発電機を別に設ける。
・発動発電機：DE(内燃機関)とAG(交流発電機)とが直結に接続、平常は停止していて停電時に稼動。燃科油を補給して長時間稼動可能。
測定(2問)
・指示計器
http://denkinyumon.web.fc2.com/denkisetsubikiki/sijikeiki.html
→可動コイル型：直流専用だが、整流器と組み合わせて交流の測定も可能。目盛は平等目盛。脈流電流を測定すると平均値が指示される。
→熱電型：交流・直流兼用、ヒータに電流を流して熱電対を加熱し、
発生する起電力を可動コイル型計器で測定。実効値を指示。
・分流器の測定倍率＝(電流計内部抵抗/分流器抵抗)+1
・分流器の測定倍率＝(分流器抵抗/電圧計内部抵抗)+1
・電力計
→ホール効果形
→CM
→ボロメータ形：サーミスタ(温度変化により抵抗変化大、電源に使われることはない)を使用。マイクロ波を吸収することにより温度が上昇し抵抗値が減少。
※サーミスタのサーとボロメータのメーが、棒引き（ー）であることに着目して「サーミスタボロメータ」と一区切りで覚える
→電流力計形
→カロリメータ形(熱量計)：誘電体の障壁、水を循環し高周波電力を吸収させる。水の温度差と循環量で数W以上の大電力測定。
・周波数カウンタ
→直接計測可能な周波数上限：ゲート及び計測器の応答速度により決まり、数百MHz程度。
→プリスケール方式：1/Mに分周してゲート回路に加え、ゲートの開き時間をM倍する。
→ヘテロダイン変換方式：2つの振動波形(被測定周波数と既知の発振周波数(基準時間発振器))を合成または掛け合わせて差周波数を生成する
→非同期誤差：トリガパルスとゲートの開閉信号の位相関係が一定でないために生じる誤差
・テスタ
→デジタル式テスタ：アナログよりも入力抵抗は高く電圧感度も高い
→アナログ式テスタ：交流電流は測定できない
・ブラウン管オシロスコープ
→水平軸：時間、垂直軸：振幅
→リサージュ図形：周波数が整数比になると現れる図形
→周波数比較や位相差の観測
→アイパターン：雑音及び波形ひずみが観測可能、雑音が大きいほどアイは小さく丸くなる
・スペクトルアナライザ
→水平軸：周波数、垂直軸：振幅
→単独で使用、スプリアス発射の周波数やレベルを計測可能
→周波数特性が広く平坦でスプリアス(意図されない周波数成分)が少なくダイナミックレンジが十分大きい、2つ以上の信号を十分な分解能で分離できること
→周波数変換器→狭帯域中間周波数増幅器→検波器→垂直増幅器→水平増幅器→掃引発振器→局部発振器
・方向性結合器
http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/kairo/k4/k4_3b.htm
→伝送線路上に挿入すると特定方向に伝搬する電力を別ポートに取り出すことができる。
→1/4波長離れた位置に２つの孔（同じ大きさ）をあける。
→反射係数Γ=M1/M2(M1:反射波、M2:進行波)
→SWR(定在波比)=(1+Γ)/(1・Γ)