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第1級陸上無線技術士、第1種伝送交換主任技術者、第1種アナログ工事担任のTOITAが航空無線を目指す、皆様のお手伝いをします。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章半導体・電子管・電子回路 (8)MOS型FET
今回は、MOS型FETについての構造と原理についてお話
をいたします。
構造については、本やネットで調べる事が出来るのですが
動作原理となると簡単に理解出来る様な説明を見かけま
せんので、是非、この記事を読んで理解して下さい。
MOS型FET(以下、単にMOSと呼びます。)は、構造も、簡
単ですので、動作原理も簡単なのです。
よって、今回の記事は、短くなりますが、この記事、やっと
分かったと言う方も多くなる事と思います。

1.MOS型FETとは?
  MOS型FET(トランジスター)とは、Metal Oxide
  Semiconductor の頭文字をとって 通常 MOS と言い
  ます。
  名前が示します様に 電界効果トランジスター(FETトラン
  ジスター)です。
  トランジスターと言う名前がついていますが、前回お話し
  ました 接合型FETトランジスターと同じくゲートに掛る電
  圧 により ドレイン電流を 制御します。

  いきなり、ドレイン電流と言う言葉が出てきましたが、接
  合型FETに3つの端子がありそれぞれの端子の名前が
  ソースゲートドレインと言いました様に MOS でも同じ
  名前が端子についています。

  MOS と 接合型FET とは、どこが違うのか構造から見
  て行きましょう

2.MOS の構造と動作原理
 (1)MOSの構造
fig-280.jpg

  P形半導体にソースとドレインになる所に
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期 第2章半導体・電子管・電子回路 (7)接合型FET
今回と次回の2回に分けて FET (電界効果トランジスター)
のお話をします。
前回迄お話をしましたトランジスターは、バイ・ポーラ・トラ
ンジスターと言います。
何故バイ(2つのと言う意味)が付くかと言いますと、電流の
元が”正孔”と“電子”(実際は、どちらも電子に関係します)
”2”つ有るからです。
今回から2回に分けてお話します FET は、ユニ・ポーラ・ト
ランジスターと呼ばれます。
何故ユニ(1つのと言う意味)が付くかといいますと電流の元
が”正孔”か”電子”のどちらかだからです。
FET には、大きく分けて 接合型 と MOS 形が有ります。
今回は、接合型FET についてその仕組みと動作原理をお話
いたします。
多分ユニ・ポーラ・トランジスターより理解し易いと思います。

fig-77.jpg



  
図-1は、NチャンネルFETと呼ばれる物です。N 形半導体の左
端には、金属板があり、ソースと呼ばれます。右端にも金属板があ
り、ドレインと呼ばれます。そしてN 形半導体の中央部の上下2
箇所が P 形半導体に成っています。それらの P 形半導体部分に
も金属板がつけられていてこれらの電極をゲートと言います。
トランジスターの場合の各部の名称は、エミッター、ベース、コレク
タターでした。名前の違いを覚えておいて下さい。

ドレインがプラス、ソースがマイナスになる様に電池が繋がれてい
ます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章半導体・電子管・電子回路 (6)エミッター接地回路の特性図
今回は、前回までにお話したトランジスターの電流増幅率
のお話を元に計算問題をお出しします。
実際の試験にも、類似問題が出題されていますので是非、
解いてみて下さい。
そしてその後に特性図のお話をします。

1.演習問題
下の図は、エミッター接地回路です。電流幅率:β=200と
します。コレクター、エミッー間の電圧Vceは、何[V]になる
fig-81.jpg
 
でしょうか?
今までの説明の図の様にベースとエミッター間に電池が入
っていませんが、Vcc(電源を一般的に Vcc と書きます。)
から左側の抵抗、ベースのP形半導体、エミッター
のN形半導体へと電流が流れます。これがベース電流にな
りますのでコレクター電流が流れます。

実際に計算問題をする事で理解が深まります。もし、解け
ない方は、前回までの記事を読み返してください。

2.特性図
fig-242.jpg

            図-6

平成21年2月期に出題された問題を使用して特性図の
お話をします。
図-6 のVBEは、ベースとエミッター間に繋がれた電池で
す。Vccは、コレクターとエミッター間に繋がれた電池です。


図-7をご覧ください。

fig-243.jpg

               図-7

図-7は、図-6の回路で

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章半導体・電子管・電子回路 (5)エミッター接地回路
今回は、前回お話をしましたベース接地回路の知識を活かし
てエミッター接地のお話をします。

fig-80.jpg
  
          
 図-4をご覧ください。電池Ebeで Ib が流れます。結果とし
 て Ic が流れます。
 Ebeに直列に微小な信号源 Vi が繋げれています。
 Vi の変化により Ib が ⊿Ib だけ変化します。結果とし
 て Ic が ⊿Icだけ変化します。
 Ie は、 Ib + Ic ですので、Ie も ⊿Ie だけ変化します。
 それでは、エミッター増幅率についてお話をします。エミッ
 ター接地では、Ib が入力でIc が出力となりますのでエミッ
 ター接地の電流増幅率は、

     β = ΔIc/ΔIb            (2)

 となります。
 (1)式のαと(2)式のβの関係を調べてみます。

     β = ⊿Ic/⊿Ib = ⊿Ic/(⊿Ie - ⊿Ic)
       = (⊿Ic/⊿Ie)/{ (⊿Ie - ⊿Ic)/⊿Ie }

 ここで

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章半導体・電子管・電子回路 (4)ベース接地回路
今回は、トランジスターを用いた増幅回路の基本回路であるベ
ース接地回路のお話をします。
トランジスターの動作を理解して頂いたところで、実際にはどの
様にして小さな信号を増幅(大きくする)するか実感して頂きま
す。
また、「ベース接地回路」は、「エミッター接地回路」のお話為の
準備となります。

(1)ベース接地の電流増幅率:α
fig-79.jpg

 図-3は、トランジスターのエミッターとベースの間の電池Ebe
 と直列に小さな信号源のVi を繋いだものです。
 Ebcは、ベースとコレクターの間に繋がれています。そして、
 Ebeは、ベースとエミッターの間に繋がれています。どちらも、
 ベースを中心に電圧を掛けています。
 ベースを電源の基準としていますので、ベース接地と言いま
 す。
 [補足]
 電気の基準は、アース(地球)です。
 アース又は、グランドと言いますが、グランドへ回路の一部を
 繋ぐ事を接地といいます。
     
   
  EbeによりIbが流れる事でEbcからIcが流れと言うのは、ト
 ランジスターの原理でした。
 そこえ小さな信号源 Vi が繋がれることでベース電流が⊿Ib
 だけ変化したとします。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章 半導体・電子管・電子回路 (3)トランジスター
前回は、n形半導体とp形半導体を接合させたダイオードの
動作原理のお話をしました。今回は、今迄の準備を活かして
トランジスターの動作原理のお話をします。



1.トランジスターの種類
トランジスターには、n形半導体とp形半導体の組合せの仕方
により2種類あります。
PNPトランジスターとNPNトランジスターです。それぞれの型名
は、それぞれの構造から来ています。
それでは、PNPトランジスターから見てみます。


2.pnpトランジスター
pnp.jpg
  

 pnpトランジスターは、名前の通り、n形半導体の両側にp形半
 導体を配しています。
 p形半導体の中の白い丸は、電子が不足した正孔です。
 n形半導体の中の赤い丸は、自由電子です。
 左側のp形半導体を エミッター(E)。真ん中のn形半導体は、
 ベース(B)。
 そして、右側のp形半導体は、コレクター(C)と言います。
 これらの名称をしっかり覚えておいて下さい。

 pnpの順に半導体を接合してその両端に電池Eceを繋ぎます。
 これだけでは、Ic(コレクター電流)が流れません。
 しかし、エミッターに電池Ebcの”+”、ベースに”-”が繋がれま
すと電池Ebcの”+”がエミッターの 正孔をベース方向へ
 追いやります。
 ベースへ近付にいた正孔は、 Ebcの”-”に引き付けられます。
 ベースの自由電子は、電池の”-”が繋がれている為にエミッ
 ター方向へ進みます。
 エミッターの中を左方向へ進む自由電子は、Ebcの”+”に引
 き付けられます。
 この結果、エミッターからベース方向へ電流が流れます。(

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期 第2章半導体・電子管・電子回路 (2)ダイオード
今回は、前回お話をしました N形半導体と P形半導体を使っ
て作られているダイオードのお話です。
ダイオードの働きを理解する事でトランジスターやFET、MOS
の理解へと繋がる大事な部品です。


 ダイオードとは、電流を一方向にしか通さない性質がありま
す。
fig-316.jpg

 上の図では、交流の電源(丸にSIN波のマーク)に抵抗:R が
 繋がれています。
 抵抗:R には、I = V/R の電流が流れます。
 抵抗:R の両端電圧は V = I・R で電源の電圧と同じ電圧が
 掛ります。
 電流の向きは、赤の矢印の方向で有ったり、水色の方向で
あったりします。
 次に下の図の様に途中にダイオードを入れます。
fig-317.jpg
 
 すると上の図の様に電流の向きは、赤の矢印の方向だけにな
 ります。
 この時の抵抗:R の両端電圧は、上の時間と電圧のグラフの
 様になります。
 これを利用して時間的にSIN状に変化する 交流 を 直流 [時
間的に電圧の”+”、”-”(極性)が変化しない] に変換する時
に電流の向きを一方向にだけ通す目的で使用します。これか
ら、電流の流れる方向を制限する働きを整流といいます。
 この働きを利用して、変調された電波から信号を取りだす事
もダイオードの仕事です。
 変調波から信号を取り出す事を検波と言います。
 ダイオードがなければ、航空無線も成り立ちません。
 その他、電圧を下げる時に電流を減らさずに電圧を下げる目
的でもダイオードが使われます。
 通常、一定の電源電圧から希望の電圧を作る時に抵抗を使
います。例えば、1.5Vの電池に同じ値の抵抗を2個直列に繋
ぎますと、1つの抵抗の両端電圧は、電池の半分の電圧にな
ります。しかし、抵抗は、電流を通しにくくするものですので電
流も減ってしまいます。
 ダイオードと使いますと、電流を減らさずに電圧を下げる事が
 できます。 

 (※以下、図に合わせてn形半導体とp形半導体と書きます)
 それでは、n形半導体とp形半導体を繋ぎ合わせたダイオード
 がどうして”電流を一方向へのみ流せるのか”について考えて
 てみます。

  ア.逆バイアス
diode4.jpg

  
 上の図では、電池にn形半導体とp形半導体が藤色の導体(
 自由電子が出来やすい物質)で繋がれています。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第2章半導体・電子管・電子回路 (1)半導体とは?
         第2章半導体・電子管・電子回路
             (1)半導体とは?

今回から半導体のお話をいたします。
半導体は、皆さまがこれから使われる様になる航空無線の送信
機や受信機、その他航法支援装置、そして身近な携帯電話やTV
等様々な電子機器を構成する電子回路の中で使われる重要部品
です。

先日、TVで「学べる何とか」と言う番組を見ていましたら太陽電
池の話の中で半導体とは、何かと言う事を説明していました。
電気の事をまったく知らない人に半導体を説明するのは、大変
だと思いながらどの様に説明するか見ていましたが、チョット違う
様です。
当講座では、そこの所を簡単に正しく理解して頂くためのお話を
して参りますのでご期待下さい。

それでは、半導体のお話をする前に下準備です。
電子回路は、受動素子と能動素子から出来ています。
今回は、そこからお話をします。

1.”受動素子”と”能動素子”
(1)受動素子

  代表的な物には、抵抗、コンデンサー、コイルがあります。
  抵抗は、電流(電子の流れ)を制限します。また、コンデンサーや
  コイルは、交流に対して電流を制限する抵抗の様な働きをし
  ます。

  例えて言いますと、
  電流を水道管の中の水としますと受動素子は、蛇口の働き
  をします。
  蛇口の開き具合により蛇口から出る水の量が変わります。
  (正確に言いますと、蛇口から時間当たりに出る水の量)

(2)能動素子

  能動素子には、トランジスター、FET、MOS-FET、電子管等
  があります。
  能動素子は、信号を増幅する(正しくいいますと、プロジェクタ
  ーの様な働きと言った方が正しいかもしれません。プロジェク
  ターは、元の絵を大きくする訳ではなく、スクリーンに大きく写
  し出しているだけです。)働きがあります。
  また、増幅の機能を用いて発振(電気の振動:交流の信号を
  作り出す事)をさせる事が出来ます。

2.トランジスター

  最近、学生と話をしますと電子管を知らない事を通り越してト
  ランジスターを知らない。それどころかFETやMOSですら知ら
  ないと言う人がいて驚いています。
  現在の電子機器には、LSIが多く使用されていますが、LSIは、
  トランジスターやMOSを集積したものです。  また、高出力の
  電波を輻射するレーダや電子レンジには、電子管が欠かせま
  せん。
  航空無線通信士の試験には、電子管が出題されませんので
  お話をしたくても時間の関係で出来ませんが、無線従事者試
  験の最高峰である第1級陸上無線技術士の試験には、必修
  ですので大学の講義でも話をしています。
  
(1)トランジスターのお話の準備の1(半導体とは)

  電気の世界には、電気を通す“導体”、電気を通りにくくする“
  抵抗”(電気を全然通さない絶縁体)と今回お話をします”半導
  体”があります。
  電気が流れる事を電流が流れると言いますが、電流とは、どん
  なものなのでしょうか?
  電流とは、原子の中で一番外側を廻っている電子が原子核の
  中にある陽子の力を振り切って自由になった自由電子が移動
  する状態を言います。
fig-258.jpg

  上の図の真ん中の赤い丸は、原子核で陽子と中性子から出来
  ています。(もっと他にもありますが、電気において原子核で重要
  なのは、陽子だけです。)陽子は、”+”の電気を持っています。
  そして水色の球は、電子です。
  電子は、幾つかの軌道を廻っています。電子は、”-”の電気を
  持っています。電子は、飛び飛びの軌道のどれかしか回れな
  いと言う事が重要になります。

  金属原子の一番外側を廻る電子は、少しの外力で自由電子に
  なり自由に金属分子の間を移動する様になりますので電気が
  流れ易いと言う事になります。

  一方抵抗の頂点である絶縁物は、一番外側を廻る電子に少し
  位の外力を加えても、自由電子を放出する事がありませんので
  電気を流す事が出来ません。

  導体の例としては、銅やアルミ、金、銀等があります。
  絶縁物の例としては、ゴムやセラミック、空気等があります。
  絶縁物へ加える外力が小さい場合は、電気を流さないと言いま
  したが、雷の様な莫大な力が掛りますと空気の中を電気が流れ
  る稲妻と言う現象が見られます。

  それでは、半導体とは、どの様な物かといいますと、参考書で
  良く書かれているのが導体と絶縁体の間と言う様な言い方を良
  く目にします。
  また、英語の訳からもその様に思えるのですが、導体と絶縁体
  の間と言いますと抵抗になってしまいます。
  半導体とは、絶縁物から電子をはがし取る程のエネルギーを
  必要としない導体と絶縁物の間の物と言えます。

(2)トランジスターのお話の準備の2(P形半導体とN形半導体)

  半導体には、大きく分けて”真性半導体”と”不純物半導体”
  があります。これから電気のお話での主役は、不純物半導体
  です。
  そして不純物半導体には、これからお話をする”2種類”の半
  導体があります。
  
  N 形半導体
N_type_semi




 上の図をご覧ください。
 緑の大きな丸は、シリコン(Si)です。青い丸は、ヒ素(As)です。
 そして赤い丸は、電子です。
 高校か中学の化学で習ったと思いますが、シリコンは、原子価(
 原子価とは、他の原子と結合する為の手の様な物と習われた方
 もいらっしゃると思います。原子価とは、電子が回る軌道には、そ
 れぞれ2個の電子が廻っているのですがその軌道に電子が1つし
 か無い場合があります。、これを不対電子と言うのですが、この不
 対電子の数の事を原子価と言います)が4です。
 一方、ヒ素は、5価ですのでシリコンの中に少し入れたヒ素とシリ
 コンとが結びついて安定した状態になりますが電子が1つ余りま
 す。これが自由電子になります。


 図では、ヒ素の右下に余った自由電子がいます。

 P形半導体
P_type_semi
   

 次の図は、P形半導体の構造を示しています。
 こちらは、シリコンに不純物として少量のインジウム(In)と言う3
 価の原子を入れています。
 赤い大きな丸がインジウムです。シリコンと結合した場合、電子
 が一つ足りません。この足りない部分を正孔と言います。この図
 では、インジウムの右側で電子が1つ足らない部分(正孔)が出
 来ています。
 正孔も自由電子と同じく電子関係を勉強する時は、欠かせない
 物ですので、是非理解しておいて下さい。
 陽子と電子が持つ電気の量(電気量)は、同じです。
 と言う事は、原子の中の電子の数と陽子の数は、同じと言う事
 です。
 よって、正孔とは、電子が足らない状態なので電気的には、”+”
 になります。(安定状態にある原子は、原子を外から見るとプラス
 マイナス、”0”で電気の性質をしめしません。)
 そして、どこかの電子がこの穴に収まると安定するのですが、そ
 の電子がいた部分は、正孔になります。
 正孔の移動とは、あたかも、空席が移動している様に見えます
 が、実は、電子が正孔と言う穴を埋め、埋めた電子によりその電
 子の有った処が正孔になると言う事で、実は、これも電子の移動
 なのです。

 N形半導体では、電子が動くので電流が流れたと言う事になりま
 すがP形半導体では、正孔が動くので電流が流れたと言います。
 (実際は、電子が動いた跡です。)
 チョットややこしいですが、この様に考えるとこれからお話をし
ますトランジスターやダイオード等の半導体が理解しやすくなり
 ます。

 自由電子は、広く動けますが、正孔は、近くの電子が移動して正
 孔を埋め、その電子が元居た所が電子が無くなる為に正孔にな
 ると言う様に正孔の動きは、小さいと言えます。
 例えて言いますと正孔は、水の中を移動上昇する泡の様なもの
 です。水が電子で泡が水のない部分が正孔に例える事ができま
 す。

 <補足>
 N形半導体を作る為にシリコンにヒ素の様にシリコンより原子価
 が 1 つ多い原子を入れるのですが、シリコンに入れるこの様な
原子をドナー(doner)と言います。
 P形半導体を作る為にシリコンにインジュームの様にシリコンより
原子価が 1 つ足らない原子を入れるのですが、シリコンに入れる
この様な原子をアクセプター(acceptor)と言います。
 
 それぞれの言葉の意味を辞書で調べてみて下さい。きっと、今の
説明が納得出来る様になると思います。




此処までのお話は、次回からのダイオードやトランジスターのお話
に必要ですので、何度か読んで理解しておいて下さい。
ここを理解して頂きませんと先へ進めません。

次回は、電子部品の一つであるダイオードのお話です。




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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (7)航空移動業務局における通信の優先順位他
今回は、航空移動業務局における通信の優先順位他のお話で
す。

1.航空移動業務局における通信の優先順位
航空移動業務及び航空移動衛星業務における通信の優先順位
のお話ですが、航空移動業務とは、航空移動衛星業務とは、何
かいつもの通り当ブログの「法規の用語解説」のページで確認し
ておいて下さい。
意味が分かりませんとこれからの記事を読む意味が無くなります。

(1)遭難通信                 ※1
(2)緊急通信                 ※2
(3)無線方向探知に関する通信     ※3
(4)航空機の安全運航に関する通信 ※4
(5)気象に関する通信            ※5
(6)航空機の正常運航に関する通信   ※6

※1 遭難通信については、後で詳しくお話をしますが、まさに
  エンジンが停止してどうする事も出来ないと言う様な時が、
  遭難通信にあたります。
※2 緊急通信は、まだ、遭難通信を行う一歩手前の状態の時
   に行います。
   例えば、燃料が漏れて目的の空港迄着けそうにないと言う
   場合、今、現在は、通常の飛行をしている訳ですが近い内
   に※1の状態になるかも知れないと言う場合がこれに当た
   ります。
※3 遭難通信や緊急通信が何よりも優先される事は、お分かり
    頂けたと思います。
    航空機は、無線航空標識を頼りに目的の空港迄飛行しま
    す。
    空は、広いので何処を飛行してもよさそうに思われますが、
   航空路が設定されています。その航空路内を飛行する為に
   は、現在どの方向へ飛行すれば良いかと言う事は、航空機
   にとって大変重要な事になります。
※4 航空機の移動および航空交通管制に関する通報や航行中
    の航空機に関して急を要する通報等がこれに含まれます。
※5 安全運航における航行中又は、出発直前の航空機に関し
    急を要する気象情報以外の気象情報に関する通信です。
    例えば、洋上を飛行している航空機が後から飛行してくる
    航空機に積乱雲があるから多少揺れる恐れが有るなど、急
    を要さない気象に関する通信と言えます。
※6 こちらは、正常運航に関する通信ですので安全運航とは、
    違います。

(1)から(6)迄を観て頂きますと、優先順位をご理解頂けると思い
ます。
これらの順番を覚える必要は、有りません。それぞれの意味を知っ
ていれば、順番は、おのずと分かります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (6)航空移動局の呼出
今回は、前回のお話をしました「義務航空機局の聴
守電波」の続きで「聴取を要しない場合」のお話をし
た後、今回のテーマである「航空移動局の呼出」に
ついてお話をいたします。

1.聴守を要しない場合
 (1)航空局の場合
   現在、通信を行っていて聴守出来ない場合。
 (2)義務航空機局の場合
   責任航空局又は、交通情報航空局が指示し
   た周波数の電波の聴守を聴守の中止を認め
   た場合。
   また、長距離洋上飛行中でやむを得ない事情
   で121.5 [MHz] の電波を聴守出来ない場合。
 (3)航空地球局の場合
    安全運航または、正常運航に関する通信を
    取り合うかっていない場合。
 (3)航空機地球局の場合
   ・航空機の安全運航または、正常運航に関す
    る通信を取り扱っている場合で現在、通信を
    行っていて聴守できない場合。
   ・航空機が安全運航または、正常運航に関す
    る通信を取り扱っていない場合。


  注:正常運航や安全運航に関する通信を行って
    いる場合は
現に通信を行っている場合です。
    また、それらの通信を取り扱っていない

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (5)義務航空機局の聴守電波
1.義務航空機局 の聴守電波(聴守義務)

 この項目は、出題される度に内容が深く問われる様になって
 いる様です。

  義務航空機局 は、その運用義務時間中に、電波型式
  { 搬送波 [高周波でアンテナ に接続すれば電波として飛
  んで行く信号 ] の振幅を音声信号で変化させたA3E ( 搬送
 波 の周波数:Fo、 音声信号の周波数:Fs とした 時、

   Fo + Fs   と Fo そして Fo - Fs の

   3つの周波数成分を持つ 。 )

   とJ3E と呼ばれる

   Fo + Fs   または、  Fo - Fs のどちらか

  だけの周波数成分を送信する型式(A3E の電波型式から
  搬送波と片側の側波帯を除いたもの)で次の周波数を聴守
  しなければなりません。

  A3E は、超短波帯(VHF) での陸上及び近海上空との航
  空機と航空局との通信で使われる電波型式です。
  一方 J3E は、航空機が洋上にいる時、航空局と短波帯(
  HF) で通信する時の電波型式です。
  
  ・航行中は、現在飛行中の空域の

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (4)義務航空機局の無線設備の機能試験
今回は、義務航空機局の無線設備の機能の維持と試験電波
の発射についてのお話です。
航空機局と書かずになぜ、義務航空機局と書いてあるのでしょ
うか?
是非、当ブログの「法規の用語解説」のページで調べておいて
下さい。

それでは、本日のテーマである無線設備の機能維持のお話で
す。
1.義務航空機局の無線設備の機能維持
1-1.飛行前の確認
 言われなくても当たり前ですが、飛行の前には、無線設備が
 完全に動作する事を確認しておかなければなりません。
 もし、無線が使えないとしたらどんなに怖いフライトになるでしょ
 か?
1-2.定期的な機能試験
 1,000時間の使用毎に1回以上以下の項目の試験をしなけ
 ればなりません。
 ・送信装置の出力


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (3)無線局免許記載事項の厳守
今回は、「無線局免許記載事項の厳守」と「一般通信方法」
についてお話をします。
 第1章で「目的外通信の禁止」のお話をしましたが、法規
を理解する為には、「用語の意味」とその条文の出来た背
景を知る必要があります。
また、電波法および関係規則は、無線について述べたもの
ですので無線工学の知識も必要になります。
 さて「目的外通信の禁止」について少し、補足をしておきま
す。
皆さんが使われる事になる航空無線は、無線局の出す電波
の幅が6[KHz] あります。これは、人の声を送る時、会話
の内容が分かる為に必要な幅なのです。人間は、低い音か
ら高い音迄を使って言葉としています。その幅の最低が3
[KHz] なのですが、航空無線では、その変調方式から倍
の幅が必要になります。


電波に人の声や映像・データー等を載せる事を変調といい
ますが、載せる信号によりどの位の電波の幅が必要になる
かが決まってきます。
ちなみに地デジTV の場合は、6[MHz] です。これは、航空
無線の1000局分になります。1つのTV局が常時電波を出
していますので、その他の無線局は、その周波数を使用す
ることが出来ません。
その為、その他の無線局は、他の周波数を使用する訳です
が、無線局の数が沢山あり、放送局の様に常時、電波を出
しっぱなしには、出来ません。それも、極短い時間で通信を
行わなければなりません。
もし、航空機同士が、無駄話をしていたら、多くの航空機局
航空局が通信を出来なくなります。
よって、「目的外の通信」が禁止される訳です。

それでは、今回のテーマの1つ目からです。

1.「無線局免許記載事項の厳守」

1-1.無線設備の設置場所、識別信号、電波の型式および周
   波数

 航空無線通信士に無線従事者免許が必要な様に、無線局
 にも免許が必要です。
 無線局の免許については、後の章でくわしくお話をしますが、
 無線局の免許には、次の様な事が書いてあります。
 (1)無線設備の設置場所
 (2)識別信号(呼出名称等)・・・例えば、「東京アプローチ」、
   Japan Air 475便、All Nippon 963便など、無線
   局を識別する為、無線通信上の名称やコールサイン(識
   別信号)と呼ばれるものでNHKの東京は、JOAKです

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (2)秘密の保護
今回は、秘密の保護についてお話をします。

 秘密の保護
   前回、法規を無理なく勉強するには、用語の意味を知り、
   その条文の背景を知る事であると言うお話をしました。
   今回の「秘密の保護」と言う事では、皆さんが、日々の
   生活で感じられている事ですので背景が良くわかる良い
   例だと思います。それでは、条文を見てみましょう。条
   文は、短いのですが、非常に重要な為、殆どの無線従事
   者の試験に出題されます。また、上級の無線従事者(航
   空無線通信士を含む)では、後で勉強します、罰則につ
   いても理解しておかなければなりません。

   電波法第五十九条(秘密の保護)

   何人も法律に別段の定めがある場合を除くほか、特定の
   相手方に対して行われる無線通信(電気通信事業法第四
   条第一項又は第百六十四条第二項 の通信であるものを除
   く。第百九条並びに第百九条の二第二項及び第三項につ
   いて同じ。)を傍受してその存在若しくは内容を漏らし又はこ
   れを窃用してはならない。

   「何人も法律に別段の定めがある場合を除く」とあります。

   法は、誰にたいしても平等に行使されると言う事です。
   又、別段の定めがある場合を除くとありますが、これは、
   法律で良く使う手で、必ず、例外事項を入れる余地を残し
   てあります。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章無線局の運用 (1)目的外通信
今回から平成24年2月期向けの「法規」のお話をいたし
ます。
これまでにも、何度か申しておりますが、「法規」は、暗記
力の試験では、有りません。理解力の試験です。
どれだけ関係法令が何を言っているか知っているかの
試験です。
私は、理系の人間で暗記が苦手です。でも、「法規」が面
白いと思っています。
それは、条文のキー・ワードが分かると目からんウロコが
取れた様に分かり、その内容が実に理にかなったものだ
からです。
これからの半年間で「法規」が好きになってもらえたら嬉
しいです。

今回から「無線局の運用」のお話をします。
なぜ、いきなり「無線局の運用」のお話かと思う方もいら
っしゃると思います。
それは、当講座独特の勉強法なのですが、試験に良く
出る事から理解し、試験での得点力を付ける為なので
す。
なぜ、良く出題されるかと言いますと「通信士」の仕事は
通信です。よって、「無線局の運用」が一番多く出題され
ます。
これが「無線技術士」の試験ですと変わってきます。

「無線局の運用」は、法規の試験の中で55%を占めて
います。
つまり後、15%を別の「無線設備」とか「監督と罰則」な
どで得点すれば、「法規」は、合格と言う事になります。
ただし不注意等で間違った答えをしてしまう事が

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期(平成24年2月期向け)「法規シラバス」
        第9期「法規のシラバス」

皆様。今日は。当講座でお話をさせて頂いております
TOITA です。
今年の8月から来年の2月期に向けて「無線工学」
のお話をして参りましたが「法規」のお話もこれから
始まります。

どの様なお話をするかは、最後にシラバスを揚げてお
きますので、「無線工学のシラバス」と合わせて時々、
ご覧になって下さい。

いつも、言っておりますが、航空無線通信士の資格を
必要とされている方は、私の様な理系の人間では、な
く文系の方が多い様です。
「無線工学」は、難しくても「法規」は、そうでもないと
最初は、お思いでも法律の難解な文書に手を焼き、
暗記に走る方が多い様です。

しかし、「法規」もチャンと攻略方が有ります。
「法規」は、暗記力を観る試験では、ありません。
法律文書の理解力を観る試験です。
それでは、何を書いているか理解すれば良いのです
が、これでは、お話が元に戻ってしまいます。
「法規」を理解する方法は、以下の通りです。

 1.用語を理解する。
 2.法律文書の言い回しを理解する。
 3.法律文書の中から呼び出される関係法令を理解
   する。

何やら大変な事ばかりです。
いやいやそうでもありません。
1番は、当講座の「法規の用語の解説」を必要に応じ
て見て下さい。当講座では、用語の解説がある用語
は、斜体文字で表してあります。
2番は、私が翻訳して日常用語で毎回、お話をしてい
ます。
完全に法律文書を理解・利用するには、原文のままが
良いのですが、日常用語で書いても8割、9割は、内容
が分かります。
この内容が分かると言う事が一番大切なのです。
そして、3番ですが、これには、膨大な時間がかかりま
す。
その部分は、私が行っています。
よって皆様がする事は、”2つ”。

 1.用語を理解する。
 2.当講座の解説を読む。

これだけです。
これだけで、目からウロコが取れる様に法律文書が分
かり楽しくなります。
理解が出来れば暗記する事なく、理解した瞬間から頭
に残ります。

次に問題なのが「無線工学」も「法規」も量が多い事で
す。
全てを理解しどの様な問題が出ても合格出来る様に
なるには、1年以上掛るのでは、ないでしょうか?

そこで、当講座は、毎回、次の試験に合わせて大切な
所だけをお話しています。
言い方が汚いですが、「合格」すれば良いのです。
どの様な勉強法をしても合格出来ない人もいます。
「合格」出来るか、出来ないかは、大きな違いです。
合格する事は、始めの一歩ですから、その後、勉強し
ていなかった事を勉強する事が大切なのです。

それでは、第9期(平成24年8月期)向けの「法規のシ
ラバス」を発表します。

第1章 無線局の運用
 1-1.目的外通信
 1-2.秘密の保護
 1-3.無線局記載事項の厳守
 1-4.義務航空機局の聴守義務
 1-5.無線電話通信の運用方法
 1-6.試験電波の発射
 1-7.遭難通信
 1-8.緊急通報に応答した局の取るべき措置
第2章 無線局の免許
 2-1.予備免許の指定事項
 2-2.無線局免許内容の変更
 2-3.再免許の申請期間
第3章 業務書類
 3-1.免許の掲示
 3-2.無線局業務日誌の記載事項
 3-3.無線局検査簿の保管期間
第4章 無線設備
 4-1.安全施設の規定
 4-2.義務航空機局の有効通達距離
 4-3.航空機用救命無線機の一般的条件
第5章 無線従事者
 5-1.操作範囲
 5-2.免許の再交付申請、免許の訂正
第6章 国際電気通信連合憲章
 6-1.違反局の通告
 6-2.局の検査
 6-3.一般的な通信の手順

以上
※「無線局の運用」は、内容が多い為、一部省略して
  います。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (11)バラン
        第9期空中線と電波伝搬
           (11)バラン

今回は、前回のお話の中でバランのお話が出てきましたの
で”バラン”のお話を追加する事としました。
バランとは前回お話をしましたが”平衡”と”不平衡”の変換
をする物でした。
それでは、その形や原理を見て行きましょう。

[バラン]
バランには、色々の種類がありますが、図-4は、同軸
    ケーブルを使用して作っ た物です。
fig-170.jpg


図では、同軸ケーブルの外側の導体と内側の導線迄を
   描いています。よって一番外側の絶縁物は、描いていま
   せん。
   それでは、説明です。
   図の左上の同軸ケーブルの左側から流れて来た電流:I
   は、a点で、平衡形ケーブ ルとバランへ I/2 づつ流れま
   す。
   V と書いてある下の赤い矢印は、GND(外側の導体)か
   ら見た中心の導体の電圧方 向を示します。
   そして、バラン(下のUの字型をした同軸)に入った電流は
   、バランの長さが λ/2 ですので、b 点での位相は、逆転
   し、電圧は、バラン上の入り口と逆になります。
   よって平衡形ケーブルの下側からb 点へ電流が流れ込み
   ます。
   これで、不平衡から平衡形へ変換が出来る訳です。
   直接、不平衡形に平衡形を繋ぎますと、平衡形ケーブル
   の2本の導線に流れる電流が違ってしまい、不平衡となっ
   てしまいます。
   ちなみに平衡形のケーブルの特性インピーダンスは、不
   平衡形のインピーダンス:Zo の4倍なのですが、a-b 間
   のインピーダンスZab は、a-b間の線間電圧が a 点と b
   点で逆ですので 2倍の2V となります。
   
             Zab = 2V/(I/2)
                 =4Zo

   となり、インピーダンスのマッチング(整合)が取れます。
   同軸ケーブルは、 75[Ω] 、平衡ケーブルのリボン・フィー
   ダ-は、300[Ω] です。
※リボン・フィーダーとは、第1章の”(10)給電線と空中線の整
 合の2”の一番上の図です。

今回で来季の試験に必要と思われる所のお話は、終了いたし
ます。
さて、次回からは、「半導体・電子管・電子回路」のお話をしま
す。

今回は、記事が短いので全文公開しています。通常は、有償
事となります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (10)給電線と空中線の整合の4
前置きが長くなりましたがいよいよ本題の整合についての
お話です。
それでは、整合とは、どう言う事でしょうか?

(1)整合とは?
左側に太いパイプ。右側に細いパイプが有ったとします。
左側のパイプの中が水で満たされ、右に向かって流れい
るとします。
左と右のパイプの太さが違いますので、左のパイプを流れ
て来た水は、右側のパイプへ全て流れ込む事なく、一部が
外へ漏れてしまいます。

次に太いパイプと細いパイプを結ぶ徐々に太さが変わる部
品を間に入れたら左側のパイプからの水は、全て右側のパ
イプへ流れ込むでしょう。

これが整合です。

(2)不整合により起こる事
第1章のはじめの方で津波の実験のお話をしました。
その時の水路の端が海に繋がっていたとしたら水路の水を
板で押し出す事により全ての水は、海へ流れ込みます。
しかし、津波の実験のお話では、水路の端が閉じている為
水路の端で津波が反射して後から押し寄せる津波と合成さ
れて定在波が出来ました。

お話を給電線と空中線を繋ぎ、給電線を流れる高周波電流
に戻しますと、空中線と給電線の整合が取れていない場合、
空中線の入り口で反射が起こり、給電線には、定在波が生じ
ます



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (10)給電線と空中線の整合の3
今回は、空中線と給電線の整合についてのお話をする
つもりでしたが、その前にもう1つお話をしておく事があ
ります。
それは、”平衡”と”不平衡”についてです。
何の事だか分かりませんよネ。
給電線と空中線の整合の中で”平衡”と“不平衡”の事
についても問われる事がありますので、先にお話してお
く事といたしました。

[不平衡]
fig-171.jpg

    図-1の上側の図をご覧ください。緑は、大地(アース:
    地球)です。
    左側に電源(丸にSIN波のマーク)が有ります。
    電源の上側に繋がれた導線は、負荷(負荷とは、電
    力を消費するものです。)の上側へ繋がれています。
    負荷の下側と電源の下側は、それぞれ大地へ繋がれ
    ています。
    電源の上側から流れ出た電流は、負荷を通して大地
    を通り、電源に戻ります。
    この様な電気の繋ぎ方をするものに電車があります。
    変電所から架線に繋がり負荷となる電車のパンタグラ
    フ→モーター(実際の負荷)→線路(先ほどの説明の
    大地に当たります。)→変電所。

   
     この、逆向きにも電流が流れます。
     ここでは、電流の通路の一つが大地です。通信装置
     の中では、大地の代わりとなるアースとかグランドと呼
     ばれる電流の通路を作ります。また、装置の筐体(装置
     のケース)も装置の中のグランドと繋がれいます。
     最終的には、このグランドは、大地に接続されています
     。
     電気の全ての基準は、大地(地球)です。
     アース(earth)とは、大地の事です。

     「不平衡」(Unbalance)とは、大地(アース又は、グラ
     ンド)にも電流が流れる信号の伝送方式です。
     別の言い方をしますと、電
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (10)給電線と空中線の整合の2
今回は、給電線と空中線の整合のお話に先だって給電
線て、いったいどうの様な物なのかを見ておきましょう。
cable.jpg


[A]リボンフィーダー(フィーダーとは、給電線の事です。)

茶色の部分は、銅線です。2本の導線の間隔を灰色の軟
質ポロエチレンで保持しています。
かつては、TVのアンテン線に使用されていました。
見た事が無い方は、ご両親にお聞きになって見て下さい。

[B]同軸ケーブル

真ん中の茶色の線が同線です。
その周りの白い部分は、ポリエチレンです。
その周りの茶色の部分は、細い銅線で作られ網状になっ
ています。
その周りを更に黒のビニールが覆っています。
同軸ケーブルは、リボンフィーダに比べ高周波がケーブル
の外へ漏れる事が少なく、逆に外部の電波の影響が少な
くなっています。
用途としては、高周波の伝送や映像信号・デジタル信号
等の伝送に使用されます。
つまり、そこそこ高い周波数の電流の伝送に向いている
事になります。
同軸ケーブルは、皆さまのご家庭のTVとアンテナを繋ぐ
ケーブルとしても使用されていますので、ご覧になる事が
出来ます。
是非、一度、TVの裏をご覧になって下さい。

[C][D]導波管

導波管は、中空の金属で出来ています。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (10)給電線と空中線の整合の1
今回から空中線と送信機又は、受信機を繋ぐ”給電線”のお
話をします。給電線は、ただの電気を流す線では、有りませ
ん。送信機から空中線又は、空中線から受信機へロス無く
高周波を運ぶ役割があります。あたかも空中線と送信機ま
たは、受信機が直結している感じになれば理想です。
給電線は、水道管の様に水を漏らしてもいけませんし、外部
から水がしみ込んでもいけません。高周波で言えば、給電線
から電波を輻射してもいけませんし、給電線が電波を受けて
もいけません。
それでは、給電線の種類から見て行きましょう。

[同調形給電]
fig-232.jpg


図-Bの左端に送信機が繋がれています。黒い太い線
は、給電線です。そして赤い線は、空中線です。
水色の細い線は、定在波を示します。

定在波とは、ギターの弦をはじいた時の弦の振動の様
な物です。弦の両端は、固定されれていますので、弾く
と弦の中央が大きく振幅します。
定在波が出来る理由は、第1章(2)の「空中線に流れ
る電流」の所で津波を例にお話しましたので、読み直し
て下さい。

給電線の長さは

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (9)磁気嵐
今回は、皆さまが航空機を操縦して洋上へ出た時に
使用される短波の伝搬に関係します磁気嵐について
のお話をします。
磁気嵐が有りますと短波での受信感度が悪くなり陸
上の航空局との通信が思う様に行かなくなる大事な
事ですので良く読んでおいて下さい。

1.下準備
 (1)地球は、大きな電磁石
    皆様は、地球に磁力が有る事をご存じたど思
    います。
    地球の磁力を地磁気と言います。
    地磁気の存在は、方位を知る磁石で知る事が
    出来ます。
    コックピットにも方位磁石があります。
    何故、地球に磁力があるのでしょうか?
地磁気の仕組み


     上の図をご覧ください。地球の内部構造を大雑
     把に描いてあります。
     真ん中の赤い部分は、コアと呼ばれ高温でドロ
     ドロに解けた鉄とニッケルが対流しています。
     金属は、原子の一番外側を廻っている電子は、
     極わずかなエネルギーを得る事で原子核からの
     束縛を逃れて自由になる事が出来ます。
     この自由電子が対流となって地球の内部を廻っ
     ています。
     カンの良い方は、気が付かれたと思いますが、
     電流とは、電子が移動する事をいいます。
     つまり、(電子が移動している)=(電流が流れい
     る)と言う事なのです。
     電流が流れれば、磁界が発生します。
     だから、地球には、磁力が有るのです。(他の惑
     星も内部は、高温の対流がありますので磁力が
     有ります。)
     


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (8)ドップラー効果
           (8)ドップラー効果

今回は、ドップラー効果についてのお話をいたします。大抵の
方は、救急車が目の前を通り過ぎる時、近づいて来る時は、
音が高くなり、遠ざかる時には、音が低くなるのを体験されて
いると思います。
しかし、音の高さがどの位変化するか中学か高校の時に習っ
たので忘れられていると思います。
この問題は、殆ど出題されてきませんでしたが、そろそろ、出
題される頃と思いますのでお話をしておきます。
また、式も立てられなくてはは、なりませんので良く理解して
おいて下さい。
また、ドップラー効果は、VOR の原理でもあります。
fig-315.jpg

    ※イラストは、kansai様の承諾を得て利用させて頂いております。
電波の速度 :c
航空機の速度:v
周波数 :f
とします。
波長:λ は、
       λ = c/f [m] (1)
となります。
航空機が t[秒] 間に飛行する距離を L2 とします。
       L2 = v・t [m] (2)
そして、電波が t[秒] 間に飛ぶ距離:L1 は、
       L1 = c・t (3)


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (7)パラボラ・アンテナの2
前回は、回転放物面の反射面の前の焦点に、反射面の方へ向けた
ホーン・アンテナを置きますと、ホーン・アンテナから出た電波は、

        球面波  ⇒  平面波
になる仕組みをお話しました。
前回、ホーン・アンテンの形状を文章だけでお伝えしましたが、分かり
にくいと思いましたので図を描いておきました。
右側がホーンアンテナです。導波管の先を開いた物です。
fig-149.jpg

それでは、パラボラアンテナの各部の寸法と波長の間にどの様な関係
があるか見てみます。
 
前回お見せした図をもう一度出しておます。
fig-148.jpg

D は、バラボラの開口面の直径です。波長:λとします。

             10・λ ≤ D

の時

             θ = 70・λ/D       (1)

θ:電力半値幅(電波の進行方向に対する広がり)

(1)式より、波長が短く、開口面の直径が大きいほど指向性が鋭くなる事が
分かります。実用のパラボラアンテナでは、1 ~ 2 度です。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期第1章空中線と電波伝搬 (7)パラボラ・アンテナ
今回は、パラボラ・アンテナのお話です。
パラボラ・アンテンと聞いて思い浮かべるのは、円形で大型のくぼんだ
アンテナが宇宙に向いている姿だと思いますが、実は、身近で沢山見
ることが出来ます。
一番多いのが衛星放送受信用のアンテナです。先程の、宇宙へ向い
ているアンテナと違うと思われるかも知れませんが、アンテナのくぼみ
の形は、宇宙へ向いているパラボラのくぼみの一部の形なのです。そ
の他ビルの屋上(放送局・県庁・電力会社、最近は、衛星予備校)など
に円形でその前に円錐のカーバを付けたアンテナを見る事が出来ます
。あれは、パラボラ・アンテナその物なのですが、円錐のカバーを前に
付けていますので、パラボラ・アンテナと気が付かないかも知れませ
ん。
又、皆様にこれから関係してくる、空港に設置されているレーダーのア
ンテナは、パラボラアンテナであったり、パラボラアンテナの曲面の一
部であったりします。
当ブログのフロント・ページからBook mark の東海総合通信局のホー
ム・ページで中部国際空港の航法支援設備として見て頂く事が出来
ます。

それでは、今回と次回の2回に分けてパラバラ・アンテナのお話をしま
す。


理解して頂く為に、少し、航空無線通信士の試験範囲を越脱したお話
もしますが、このお話の中から真に試験に出題される内容をご理解頂
ければと思います。



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