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用途
送信アンテナは、ラジオ局、テレビ信号タワー、移動体通信基地局などで使用されます。FMラジオ局の送信アンテナは88〜108 MHzの帯域で動作し、送信電力は5,000ワット以上に達することもあります。この電力は約80キロメートルの半径をカバーでき、その範囲内のユーザーが信号をクリアに受信できることを保証します。移動体通信基地局の送信アンテナ電力は、カバーするエリアの必要性に応じて20ワットから100ワットの間で変動します。基地局の電力は、郊外や農村部では大きく、都市部では基地局が密集しているため小さくなります。
家庭用テレビの受信アンテナは、数キロメートルから数十キロメートル離れたテレビタワーからの信号を受信できます。デジタルテレビの場合、ユーザーは25〜35 dBiの感度を持つ受信アンテナを使用し、このようなアンテナは1μV〜50μVの信号強度の範囲の電磁波を受信できます。家庭用受信アンテナの価格は一般的に200元から600元です。
電力処理能力
中波放送に使用される送信アンテナは最大50キロワットの電力を持ちますが、家庭用の小型送信アンテナの電力はわずか数十ワットで、例えばWi-Fiルーターに使用される送信アンテナは0.1ワットから1ワットの間です。ルーターのアンテナ設計も、異なる周波数帯域に対して最適化されています。例えば2.4 GHz帯はより広い範囲のカバーに適しており、5 GHz帯はより高いデータ転送レートを実現します。
衛星テレビ受信アンテナの信号電力は-50 dBmから-20 dBmの間で処理でき、直径1.8メートルの衛星アンテナの感度は45 dBi以上に達することがあります。
一般的に使用される送信アンテナの材料には銅やアルミニウム合金が含まれます。銅線の導電率は5.96 × 10^7 S/mで、他の一般的な材料よりもはるかに高いです。ラジオ局用の高出力送信アンテナは数十万元の費用がかかる場合があり、その寿命は10〜15年です。
標準的な屋外受信アンテナは8〜12年持続し、価格はアンテナの仕様や材質に応じて300元から1,000元の範囲です。屋内受信アンテナの寿命は一般的に5〜8年で、価格は100元から300元の間で比較的安価です。
ラジオ局の送信アンテナの設置コストは数十万、あるいは数百万元に達することもあります。また、地形の障害を克服するために、送信アンテナの電力は平坦な地域よりも30%以上高くする必要がある場合があります。維持費としては、定期的な点検、機器の校正、損傷部品の交換のために年間数万ドルの費用が必要です。
衛星テレビ受信アンテナの設置費用は、設置場所や信号受信の難易度に応じて500元から2,000元の範囲です。維持費はより安く、家庭ユーザーは通常、数年ごとにアンテナの方向を調整するだけで済み、その費用は約100ドルから200ドルです。
設計上の考慮事項
典型的なAM放送送信アンテナは垂直偏波の無指向性アンテナを使用し、10 kW以上の電力を持つAMラジオ局の場合、アンテナの高さは100〜200メートルの間になります。効率的な送信を確保するために、アンテナの高さは信号の波長の4分の1である必要があります。1000 kHz帯で動作する場合、アンテナの高さは約75メートルです。
極超短波（UHF）テレビ信号送信アンテナは通常、アレイアンテナとして設計されます。これにより、送信電力を特定の方向に集中させて信号強度を高め、他の方向へのエネルギー損失を減らすことができます。UHFテレビアンテナの送信電力は5 kWから20 kWの間で、アンテナアレイのサイズは特定のカバー範囲のニーズに応じて異なり、一部の大都市のテレビタワーのアンテナアレイの長さは50メートルを超えることもあります。
高周波信号（FMラジオやテレビ信号など）は、比較的短いアンテナを必要とします。例えば、周波数範囲が88〜108 MHzで波長が約3〜4メートルのFMラジオの場合、アンテナの典型的な長さは4分の1波長または2分の1波長、すなわち0.75メートルから2メートルの間です。長波放送アンテナのような低周波信号送信アンテナは、30〜300 kHzの周波数範囲で動作し、波長は1 kmから10 kmの間になります。
家庭用テレビ受信アンテナを例に挙げると、UHF帯（470〜862 MHz）のテレビ信号は30〜60 cmのアンテナ波長を使用するため、受信アンテナのサイズは10 cmから30 cmの間になります。衛星テレビ受信アンテナは10 GHz以上の周波数帯域で動作し、受信ディッシュの直径は衛星信号の出力や受信地点の地理的条件に応じて60 cmから1.8 mの範囲になります。
送信アンテナは主な材料として銅またはアルミニウムを使用します。銅の電気導電率は約5.96 × 10^7 S/mで、一般的な金属の中で最も高い部類に入ります。アルミニウムの導電率は2.38 × 10^7 S/mに過ぎませんが、軽量で耐食性に優れているため、高周波送信アンテナの一般的な材料となっています。高出力の50 kW短波送信局では、アンテナ材料の放熱性能が非常に重要であり、空冷または液冷システムによって制御する必要があります。
タワーとアンテナは時速200キロメートル以上の風に耐えられるように設計されなければなりません。業界標準によると、効率的な送信アンテナは20〜30年間安定した性能を維持できる必要があり、メンテナンス費用は設備コストの10%〜15%を占めます。一般的なアンテナには無線干渉防止および電磁シールド機能があり、価格は100元から300元の範囲です。
アンテナ利得（ゲイン）
アンテナ利得は、放射を指向させたり電磁波を受信したりするアンテナの能力の重要な指標であり、dBi（等方性アンテナに対する利得）またはdBd（ダイポールアンテナに対する利得）で表されます。典型的な無指向性送信アンテナの利得は3 dBiです。これは、等方性アンテナと比較して信号を水平方向に集中させ、信号の強度を高めることができることを意味します。高利得の指向性アンテナはエネルギーを特定の方向に集中させることができ、10 dBiから20 dBiの利得が可能です。Wi-Fi用の一部の高利得送信アンテナは最大12 dBiの利得を持ち、数百メートルの距離をカバーできます。
放送分野では、典型的なFM放送送信アンテナは通常10 dBiの利得を持ち、送信電力にもよりますが、半径50 kmから100 kmの信号カバー範囲を確保します。5,000ワットを送信するラジオ局の場合、10 dBiの利得を持つアンテナは長距離にわたって信号品質を維持できます。移動体通信基地局では、送信アンテナの利得は通常14 dBiから18 dBiの間です。このような高利得アンテナは都市部で正確なカバーを実現し、通信の安定性と効率を向上させることができます。典型的な都市部の基地局を例にとると、送信電力が50ワットの基地局は16 dBiのアンテナ利得を持ち、数キロメートルの半径をカバーできます。
典型的な衛星受信アンテナの利得は30 dBiから45 dBiであり、利得が高いほど受信信号は強くなり、信号の鮮明度は高くなります。ヨーロッパでは、直径1.2メートルの衛星受信アンテナの利得は38 dBiから40 dBiの間であり、悪天候下でも信号の減衰を許容範囲内に抑えることができます。受信アンテナの利得が30 dBi未満の場合、嵐の時にクリアなテレビ信号を受信できない可能性があります。
家庭用デジタルテレビ受信アンテナの場合、利得は15 dBiから25 dBiの間です。市場価格200元のデジタルテレビ受信アンテナ（利得20 dBi）は、数十キロメートル離れたテレビ信号を受信できます。利得25 dBiのアンテナは価格が約500元で、遠隔地に住むユーザーに適しています。
広いエリアをカバーする無指向性アンテナは通常、利得が低く、典型的な無指向性アンテナの利得は2 dBiから5 dBiです。これは家庭用Wi-Fiルーターのように、複数の方向の信号を同時にカバーする必要があるシナリオに適しています。2 dBiの利得を持つWi-Fiアンテナは約30メートルの半径をカバーでき、5 dBiの利得を持つアンテナは50メートル以上に拡張できます。多くの高性能ルーターは、家全体や庭を確実にカバーするために、5 dBiから9 dBiの利得を持つアンテナを使用しています。
指向性アンテナは、信号を一方向に集中させることでカバー範囲を広げます。一般的なパラボラ指向性アンテナを例にとると、その利得は通常20 dBi以上であり、数キロメートル以上の距離をカバーすることができます。長距離Wi-Fi送信に使用される一部の指向性アンテナは最大24 dBiの利得を持ち、障害物のないエリアで数キロメートルの信号送信を可能にします。通信や無線通信では、高利得の指向性アンテナが特に一般的です。例えば、軍事や宇宙通信で使用される一部のアンテナは30 dBiから40 dBiの利得を達成でき、数百キロメートルにわたって効果的に信号を送信し、過酷な環境でも強力な信号フィードバックを受信できることを保証します。
