電波




1.概要

電波とは、一般的には1THz以下、日本の電波法では3THz以下の周波数を持つ電磁波のことを指しています。そして、この電磁波は電界磁界という2種類の要素でのみ構成されています。

 In general, it refers to an electromagnetic wave having a frequency of 1 THz or less, Japan Radio Law 3 THz or less. Therefore radio waves refer to electromagnetic waves, and electromagnetic wave is composed only of two kinds of elements, electric field and magnetic field.

・電界[V/m]: 電圧が掛かっている空間のようなイメージで、「+の電荷を帯びたもの」と「-の電荷を帯びたもの」の間に発生します。どちらの電荷を帯びやすいかは材料によって異なります。冬のドアノブに触れたときは、+に帯電しやすい人の手から-に帯電しやすい金属に対して電荷が移動し、電荷の移動とは逆方向に電流が流れます。電界強度は正負電荷の距離が近いほど高くなります。

· The electric field [V / m] is an image like a space where voltage is applied, and it occurs between “+ charge” and “- charge”. Depending on the material, it depends on which type of charge it is likely to take. When you touch the doorknob in winter, the charge moves to the metal which is easily charged to – from the person ‘s charge easily +, and current flows in the direction opposite to the movement of the electric charge. The electric field strength becomes higher as the distance between the positive and negative charge becomes shorter.

・磁界[A/m]: 電流が流れているものの周囲に発生しています。ネジを締める際に、ネジの進行方向=電流の向き、ネジが回る方向=磁界の向きとする、アンペールの右ねじの法則は有名ですよね。これは逆も然りで、磁界が発生している空間には電流が流れます。磁界を可視化したのが、磁石の周りに存在している磁力線です。磁界強度は電流源に近いほど高くなります。

· Magnetic field [A / m] is generated around the current flowing around it. When tightening the screw, Ampere’s right-handed screw’s law is famous, with the direction of screw travel = direction of current, direction of screw turn = direction of magnetic field. This is the other way around, and current flows in the space where the magnetic field is generated. The lines of magnetic force that exist around the magnets are visualized magnetic field. The magnetic field strength becomes higher as closer to the current source.

ここまでが電界と磁界の簡単な説明になります。電磁界分布の振る舞いは、マクスウェルの方程式によって表現することができますが、長くなるのでここでは詳細を割愛します。ここで、発生メカニズムを整理すると、ある物質に電圧が印加されると周囲に電界が発生し、電流が流れると周囲に磁界が発生する。そして、これらが相互作用している空間のことを電磁界と呼び、電磁界を伝搬する波のことを電磁波と呼びます。電界発生→磁界発生→電界発生→…という流れで伝搬しているイメージです。波だけあって、振幅や周波数、波長といったパラメータで表され、周波数によってマイクロ波・ミリ波などと呼称が分けられており、300THz以上にもなると可視光領域に突入します。

 When the generation mechanism is organized, when a voltage is applied to a certain substance, an electric field is generated around the electric field, and when a current flows, a magnetic field is generated around the electric field. The space in which they are interacting is called an electromagnetic field, and the wave propagating through the electromagnetic field is called an electromagnetic wave. It is an image propagating in the flow of electric field generation → magnetic field generation → electric field generation → … . There are only waves, which are represented by parameters such as amplitude, frequency, and wavelength, are classified as microwave, millimeter wave, etc. according to frequency, and when it reaches 300 THz or more, it enters the visible light region.

 

 

2.特徴

特徴を簡単に説明すると、周波数と波長は反比例の関係にあり、波長と通信にかかわる部品のサイズが比例関係にあるため、周波数を高くすることで部品・デバイスの小型化に繋がりますが、当然微細加工などの技術が発達しない限りは小型化も不可能です。また、周波数を高くすることで、電波が回折性を失い、遠くまで伝搬するのが難しくなったり、デバイス内でのエネルギーロスも大きくなるといったデメリットもあります。

 Briefly describing the features, the frequency and wavelength are inversely proportional, the wavelength and the size of the parts involved in communication are in a proportional relationship, so increasing the frequency leads to downsizing of parts and devices, but naturally Miniaturization is also impossible unless technology such as fine processing develops. In addition, raising the frequency also has the disadvantage that radio waves lose diffraction, it becomes difficult to propagate far, and the energy loss in the device also increases.

まとめると、周波数が高くなると、電波の扱いが難しくなるんですね。しかし、通信業界における課題の一つとして、各通信に使用する帯域のリソース不足があります。すべての通信にはそれぞれ固有の通信帯域が割り当てられており、通信の種類が多くなりすぎてパンク寸前というのが現状です。「渋滞解消のために、一刻も早く高速道路の整備を」というイメージですかね。話は逸れましたが、お宝が眠る未踏の高周波数域への挑戦をウォッチしていきたいと思います。

 In summary, when the frequency becomes high, it becomes difficult to handle radio waves. However, as one of the challenges in the telecommunications industry, there is a shortage of bandwidth resources used for each communication. Each communication is assigned a unique communication band, so the type of communication is too much and it is the current situation that it is on the verge of puncture. Is it an image that “to improve the expressway as soon as possible to eliminate congestion?” Although I talked away I would like to watch the challenge to the unexplored high frequency range where treasure falls asleep.