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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期受験直前講座 (21)パルス・レーダーとILSの解答
                       受験直前講座
          (21)パルス・レーダーと
             ILS の解答

いよいよ、今回で平成24年度2月期向け第9期受験講座も
最終回となりました。
今回は、前回出題いたしましたパルス・レーダーとILS の演
習問題の解答方針及び解答のお話をいたします。
その前に余談ですが、google をお使いの方は、お気づきで
しょうが、今日は、電波の存在を実験で証明した Heinrich
Rudolf Hertz が1857年2月22日に生まれた日だそうで
す。
Hertz と言えば周波数の単位ですので、私ども無線関係者
には、馴染みの有る所で有ります。

さて、それでは、本題に入ります。
[演習問題26]
次の記述は、パルス・レーダーにおける MTI について述べ
たものです。(    ) 内に入れるべき字句の正しい組み合
わせを下の番号から選んで下さい。但し、同じ記号の(
) 内には、同じ字句が入るものとします。

(1) 固定目標及び移動目標のうち、( A ) 目標からの
    反射波を抑制し、( B  ) 目標からの反射波のみを
    (  C ) 効果を利用して検知し表示する装置であ
    る。
(2) 受信した反射波を位相検波し、送信パルスの繰り返し
    周波数の 1周期だけ遅延を与え、次の検波出力を (
    D ) 極性にして加えあわせると ( B ) 目標 からの
反射波だけが残る。

     A      B    C      D
1   移動   固定   ミラー    同
2   移動   固定   ドプラ    逆
3   固定   移動   ドプラ    逆
4   固定   移動   ミラー    同
5   固定   移動   ドプラ    同

[解答方針]
今回の演習問題は、パルス・レーダーの MTI (Moving
Target Indicator) の事です。この様に航空関係では、
 アルファベットの頭文字を取って呼ぶ事が多いので英語で
 覚えておく事が必要です。
英語で覚えていれば、おおよその働きは、検討が付きます。
 さて、MTI とは、動いているものを表示する機能と言う事で
 すが、どうして、この様な機能が必要かと言いますと、例え
 ば、空港に設置されて離着陸の誘導に使用される ASR の
 場合で考えてみますと
 レーダーは、電波を輻射し、目標物に反しして戻ってくる時
 間で目標物迄の距離を知る事が出来ます。
 管制塔で必要なのは、時々刻々と動いている航空機を捉
 える事です。近くの地形は、分かっていますので、航空機
 の動きを捉えるには、邪魔になります。
 レーダーで捉えた電波の内、動かない物からの反射波を
 除去するとい言うのが MTI の働きです。
 これを実現するのに利用されていますのが、今期の受験
 直前講座でもお話をしましたドップラー効果です。 
 パルス・レーダーは、その名の通り、電波をパルス的に輻
 射し、次に輻射するまでの間は、反射波の受信にあててい
 ます。
 つまり、固定物からの反射波、同じ周期で戻ってきます。
 しかし、移動物からの反射波はその都度、戻って来る周期
 (時間)が違います。周期の逆数は、周波数です。
 移動物からの反射波のパルス周波数は変化すると言う事
 です。


下の図をご覧下さい。
fig-325.jpg

 一番上の図は、レーダー受信機の検波出力で左から順に
 検波された出力としますので、一番右のパルスが最新と言
 う事になります。以下、下の3つのパルスの図も左から順番
 と言う事にします。
 青のパルスは、固定目標物からの反射波です。そして、緑
 のパルスは、移動目標物からの反射波です。
 検波器には、位相検波器を使用していますので、青のパル
 すは、極性も振幅も変わりませんが、緑のパルスは、極性
 と振幅が変わります。
 
 検波後、遅延回路を通しますので、青のパルスは、毎回同
 じですので、遅延してもしなくても結果は、同じですが、緑
 のパルスは、検波出力をそれぞれ右へ1つ移動した形にな
 ります。
 減算回路のおいて
(検波器出力)-(遅延回路出力)
 を行いますと
 +から-を引きますと-と-で+ですので結果は、+にな
 ります。また、-から+を引きますと+は、-になりますので
 結果は、-になります。
 減算結果を2乗して平方根で開きますと結果は、+になりま
 す。それが、2乗和出力です。

 [解答]
  (A) は、”固定目標”。
 (B) は、”移動目標”。
 (C) は、”ドプラー”。
 (D) は、”逆”。
以上より、答えは、”3”となります。
 
[演習問題27]
次の記述は、図に示す ILS の地上施設について述べたもの
です。(   ) に入れるべき字句を下の番号から選んで下さい

fig-350.jpg

(1) (  A ) は、航空機に対して、滑走路の中心線の延
   長上からの ( B ) のずれの情報を与え、アンテナ
   の位置は、( C ) に設置される。
(2) ( D ) は、航空機に対して、設定された進入角から
   ( E ) のずれの情報を与え、アンテナの位置は、(
F ) に設置される。
(3)( G ) は、その上空を通過する航空機に対して、着
   陸地点からの ( H ) の情報を与え、アンテナの位
   置は、a1、a2 及びa3 の位置に設置される。

1  距離    2 方位   3 時間    4 左右
5  上下    6 ARSR    7 ASR   8 ローカライザー
9  TACAN 10 DME      11 T-DME    12 グライド・パス
13 マーカー・ビーコン   14 b             15 c

[解答方針]
ILS は、”ローカライザー”、”グライド・パス”そして”マ
ー カー・ビーコン”の3種類の設備で構成されています。
ローカライザーは、滑走路の中心線に対して左右のずれを
着陸しようとしている航空機へ伝えます。
グライド・パスは、着陸しようとしている航空機へ適正な降
下角度からのずれを伝えます。
また、グライド・パスは、滑走路へ航空機が初めて接地す
る所の横に設置されます。
マーカ・ビーコンは、航空機がマーカー・ビーコンの上を通
過した時に、滑走路端迄の距離を伝えます。
ILSの原理について正確にかつ詳しい内容は、残念なが
らインターネットや一般の書籍では、知る事が出来ません。
正確で詳しい内容をお知りになりたい方は、一部の専門家
しか購入できない書籍を購入して頂くか第9期の10月の
記事を読んで頂くか、CQ 出版社刊 RF WORLD のNo.
7 で私が、ご説明していますので、そちらをお読みください。

[解答]
(A) は、ローカライザーですので”8”。
(B) は、左右ですので、”4”。
(C) は、c になりますので、”15”。
(D) は、グライド・パスですので、”12”。
(E) は、上下ですので”5”。
(F) は、b になりますので”14”。
(G) は、マーカー・ビーコンですので、”13”。
(H) は、距離ですので、”1”。

グライドパスと同じ場所へT-DMEを設置し、連続的に滑走
路端から着陸しようとしている航空機迄の距離を伝える場
合が有りますが、問題文や図からしますと (G) は、マーカ・
ビーコンになります。

それでは、これを持ちまして平成24年2月期向け受験講座
を終了させて頂きます。

半年間のご愛読及び、ご意見・ご質問をお寄せ頂きまして
誠に有難うございました。

良い結果が出ます様、心からお祈りしています。

               GOOD LUCK!

TOITA

☆☆☆ 講座からのお知らせ ☆☆☆

第9期講座終了のお知らせ
平成24年2月期向けの講座は、2月22日で終了いた
します。半年間のご利用有難う御座いました。

第10期(平成24年8月期向け)の講座は、3月中旬
より開講いたします。
2月23日から3月中旬迄は、第10期講座準備の為の
休講とさせて頂きます。
なお、休講中も色々とお知らせがありますので、時々、
当ブログを覗いてみて下さい。


当講座では、独自の分かり易い説明で確実に受講生の方
を「合格」へと導いて参りました。
当講座では、講座維持の為、必要な記事毎のご購読をお
願いしております。
また、月単位のお得なご購読プランも御座います。

事務室からのお願い!
未成年の方の記事のご購入は、ご両親とご相談の上、ご
購読をお願いします。

[平成24年2月期向け模擬試験配布のお知らせ]
模擬試験の配布は、2月22日の受け付けを持って終了
させて頂きます。ご希望の方は、お早目に以下のメール
・アドレスへ「模擬試験希望」と書いてお申込み下さい。
ご希望者全員の方へお送りいたします。

toita2217@mail.goo.ne.jp  

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (21)パルス・レーダーとILS
いよいよ、今回の演習問題が最後となりました。
今回は、「空中線と電波伝搬」に続いて出題数の多い「航法
支援施設」の中から2問出題いたします。

[演習問題26]
次の記述は、パルス・レーダーにおける MTI について述べ
たものです。(    ) 内に入れるべき字句の正しい組み合
わせを下の番号から選んで下さい。但し、同じ記号の(
) 内には、同じ字句が入るものとします。

(1) 固定目標及び移動目標のうち、(   A    ) 目標からの
    反射波を抑制し、(    B ) 目標からの反射波のみを
    ( C    ) 効果を利用して検知し表示する装置である。
(2) 受信した反射波を位相検波し、送信パルスの繰り返し
    周波数の 1周期だけ遅延を与え、次の検波出力を (
    D  ) 極性にして加えあわせると ( B  ) 目標からの反
        射波だけが残る。

     A           B         C          D
1     移動   固定     ミラー    同
2   移動   固定   ドプラ    逆
3   固定   移動   ドプラ    逆
4   固定   移動   ミラー     同
5   固定   移動   ドプラ    同

[演習問題27]
次の記述は、図に示す ILS の地上施設について述べたもの
です。(   ) に入れるべき字句を下の番号から選んで下さい

fig-350.jpg

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (20)空中線と給電線の整合の解答
今回は、前回出題いたしました”空中線と給電線の整合”の
演習問題の解答方針と解答のお話を致します。

[解答方針]
この問題には、2つの要素が有ります。
1つは、”整合”について。もう1つは、”平衡”と“不平衡”につ
いてです。

(a)整合とは?
fig-168.jpg


   注:図の番号は、以前のお話で使用したものですの
     で以下順不同です。

  例を挙げてお話するのが一番良いのですが、整合につ
  いては、例が思いつきませんので、電気的にお話を致し
  ます。
  図-4は、信号源(送信機)が a-b 端に接続されていま
  す。そして a-b 端の右側には、空中線が接続されてい
  ます。それぞれインピーダンスを持っています。
  送信機を a-b 端から見た時のインピーダンスは、Zp
  です。そして 送信機の出力電圧を 10[V] とします。
  空中線のインピーダンスは、ZL で 5[Ω] とします。
  ZL が消費する電力を WL として Zp を 3[Ω] から
  6[Ω] まで 1[Ω] づつ変えて、ZL の消費電力を計算
  して Zp に対する WL の折れ線グラフを描いて見て下
  さい。
  実際に計算してグラフを描いて見る事が記憶に深く残る
  のですが強調文、時間の無い方の為に結果だけをお話
  致します。Zp = ZL = 5[Ω] の時、WL = 5[W] で最大に
  なります。ここでは、送信機のインピーダンスと空中線
  のインピーダンスを繋ぐお話でしたが電気では、出力側
  とその信号を受ける入力側のインピーダンスを合わせた
  時に一番電力を伝えられるのです。
  両方のインピーダンスを合わせる事をインピーダンス・
  マッチング
とか整合と言います。
  
(b)整合しないとどうなるか?
fig-235.jpg
  
 上の図の左に送信機、その上の太い横の線は、空中線
 とします。
 送信機から空中線の端に向かって高周波電流が流れて
 行きます。
 これを進行波又は入射波と言います。
 進行波は、空中線の端より先へは、進めませんので反射
 します。これを反射波と言います。
 反射波と進行波の合成波は、以下の図の様になります。
fig-349.jpg
 
 b点では、常に振幅が”0”で、b点どうしの真ん中は、a と
 a' の幅で変化します。
 振幅が変化するものの、波は、止まって見えます。
 これを定在波と言います。
 そして、a を。b をと言います。

 整合しませんと上の図の様に定在波が生じます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (20)空中線と給電線の整合
             受験直前講座
         (20)空中線と給電線の整合

今回は、頻繁に出題されています、空中線と給電線の整合
についての演習問題を出題いたします。

[演習問題25]
次の記述は、アンテナと給電線の整合について述べたもの
です。(    ) 内に入るべき字句を下の番号から選んで下
さい。
(1)アンテナの (  ア  ) と給電線の特性インピーダンス
   は、整合させて使用する必要がある。
(2)整合がとれないと、給電線に 定在波 が (  イ  )。
(3)一般的に、半波長ダイポール・アンテナは、(  ウ  )
   形であり、同軸給電線は、(  エ  ) 形であるので、
   両者を整合する為に (  オ   ) を用いる。

1 損失抵抗       2 バラン          3 平衡 
4 同調給電線      5 入力インピーダンス  6 生じない
7 不平衡         8 生じる           9 方向性結合器
10 サーキュレータ   

解答方針及び解答は、次回お話いたします。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (19)垂直アンテナの解答
今回は、前回出題いたしました垂直アンテナに関する演習
問題の解答方針と解答のお話をします。
特に演習問題23の解答方針は、垂直アンテナの基礎につい
てのお話となると共に、次の演習問題24のヒントにもなります
ので、読んでおいて下さい。

[演習問題23]
次の記述は、垂直アンテナについて述べたものです。正し
い文章の場合には、”1”、誤った文章の場合には、”2”と
答えて下さい。

(1) 輻射される電波は、水平偏波である。
(2) 垂直アンテナは、主に特定の2局の固定局ど
  うしの通信の場合に使用される。
(3) 垂直アンテナの長さが図の様に1/4λ の場
  合、電流分布は、給電点で最大値の約 1/2に
    なる。
(4) 垂直アンテナの最大輻射方向は、上空(アン
      テナの接線方向) を向いているので航空機と
      地上局との間の通信に使用される。
(5) 図の垂直アンテナの場合は、1/2λ のアンテ
     ナとして働く。

fig-346.jpg

[解答方針]
(1) λ/4 の導線に高周波電流が流れますと導線
   の周りに導線と直角に磁界が出来ます。

電波の輻射原理の1

   注:図の番号は、以前に使用したものですので
     順不同になっています。

   導線に流れる電流は、高周波の交流ですから
   電流の量と向きが時間と共に変化します。
   するとその変化により電界の変化が生まれま
   す。その電界は、磁界と直角で地面に対して
        垂直になります。

     電界  ⇒地面に垂直・・・・・垂直偏波 
     電界  ⇒地面に水平・・・・・水平偏波 

   垂直偏波と水平偏波の違いを覚えておいて下
   さい。

 (2)半波長ダイポール・アンテナの指向性を考えて
   見ましょう。 
fig-166.jpg
    図-2 は、半波長ダイポールアンテンを地面に
    対して垂直に接地した時の垂直面の指向性で
    す。立体的に考えますと、真ん中の灰色の半
    波長ダイポールを360度回した時の赤の線
    の軌跡が作る穴のないドーナツの様になります。
    つまり、水平方向へは、どの方向にも同じ強さ
    で電波を輻射(受信の場合は、どの方向からの
    電波も同じ感度で受信)しますので、どの方向
    の局とも通信が出来ると言う事で基地局と移
     動局又は、移動局同士の通信に使用されます。
          λ/4 の垂直アンテナは、(3)でお話します
    様に 半波長ダイポール・アンテナと等価です。

(3) λ/4 の垂直アンテナの電流分布は、図-1 の赤

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2月の試験迄 あと1週間あまりとなりました。

航空大学校入学を控えた方など2月に合格しておく事は、
何かと有利になります。

どうしても2月期に合格したい方!
慌てる必要は、ありませんが、少しづつ今から始める事
が合格への近道です。

どおせ受験するなら合格の準備をして受験しませんか?
長く勉強する必要は、ありません。
1日、1時間程度ご一緒に勉強いたしましょう。

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当講座では、9月に遡って必要な記事をご購読頂く事が
できます。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (19)垂直アンテナ
今回は、垂直アンテナに関する問題を2問出題いたします。
その内、1問は、私が分かっている範囲で過去に1度しか
出題されていませんので何時、2度目が出題されるか分か
らない問題です。
また、実際に出題された問題を入手する事が出来ませんの
で私が作りました。
そして、もう1問は、実際に出題された問題を出題いたしま
す。

[演習問題23]
次の記述は、垂直アンテナについて述べたものです。正し
い文章の場合には、”1”、誤った文章の場合には、”2”と
答えて下さい。

(1) 輻射される電波は、水平偏波である。
(2) 垂直アンテナは、主に特定の2局の固定局どうしの通信
    の場合に使用される。
(3) 垂直アンテナの長さが図の様に1/4λ の場合、電流分
    布は、給電点で最大値の約 1/2 になる。
(4) 垂直アンテナの最大輻射方向は、上空(アンテナの接線
   方向) を向いているので航空機と地上局との間の通信に
    使用される。
(5) 図の垂直アンテナの場合は、1/2λ のアンテナとして働く
   。

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2月の試験迄 あと1週間あまりとなりました。

航空大学校入学を控えた方など2月に合格しておく事は、
何かと有利になります。

どうしても2月期に合格したい方!
慌てる必要は、ありませんが、少しづつ今から始める事
が合格への近道です。

どおせ受験するなら合格の準備をして受験しませんか?
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (18)ドップラ効果の解答
             受験直前講座
         (18)ドップラ効果の解答

前回、ドップラ効果の演習問題を出題いたしましたが、出来ま
したでしょうか?
中には、「サッパリ分からないし、1問位出来なくても良いや
。」と思われている方もいらっしゃると思いますが、今回のお
話で皆さまに納得して頂けると思います。
それでは、前回の演習問題をもう一度記載しておきます。

[演習問題22]
次の記述は、ドプラ効果について述べったものです。(    )
内に入れるべき字句を下の番号から選んで下さい。
但し、(    ) 内の同じ記号は、同じ字句とします。また、図
に示します様に、航空機の速度は、 v[m/s] で受信アンテナ
に向かって直進しながら周波数 f[Hz] の電波を放射するもの
とし、電波の速度を c[m/s] とします。
fig-315.jpg

 注:図左側のアンテナは、受信アンテナを示します。
注:航空機の絵は、kansai様が制作したものを許可を得て
   使用させて頂いております。

(1)航空機が放射する電波の波長は、(  ア  )[m] である。
(2)航空機が放射する電波が受信アンテナに到着するまでの
   時間 t[s] に航空機は、 (   イ   )[m] 受信アンテナ
   に近付いているので、受信アンテナが受信する電波の波長
   は、(  ウ  )[m] になる。
(3)受信アンテナが受信する波長(  ウ  )[m] の電波の周
   波数 f' は、(  エ  )[hz] になる。
(4)f と f' の差は、(  オ  )[hz] である。

1 c/f         2 cf/(c-v)         3 f/(c-v)
4 vt          5 vf/(c-v)         6 (c-v)f/v
7 v/t           8 (c-v)/f 9 (c-v)f/c  
10 f/c

[解答方針]
この手の問題は、有る意味、その問題のテーマとなっている事
柄を説明してくれている様なものですので、問題の流れに沿っ
てお話を進めます。
(1)電波の波長の求め方を問うている問題です。
   お分かりになる方は、式を覚えていられるので

                    λ = c/f                   [a] 

       と呪文の様に出てくる事と思います。
       [a] 式の意味を考えてみましょう。

電波のモデリング

   図-2は、何度かご覧頂いています電波のイメージ図です。
   赤が電界でペパーミントグリーンが磁界です。どちらもSIN
        状に大きさと+/- の向きを変えて進んでいます。
   λ と書いてあるのは、1波長です。この1波長と言う概念
   を下の図で確認しておきましょう。
fig-345.jpg

   この図では、”0”から始まり、+の最大値を超え、”0”になり、
   -の最大値を迎え、やがて”0”になると言う一連の大きさと
   +/- の変化をしています。この一連の変化を”1サイ
     クル”と言います。
   例えば、東日本にお住まいの方のご自宅に来ている電気の
   周波数は、50[hz] です。
   [hz] とは、人の名前から来た単位ですので、何を表す単位
   か分からない方には、分からないのですが、昔は、[c/s] (サ
   イクル/秒)と言う単位を使っていましたのでその単位が何
   を表すのか分かりました。速度の単位が [m/s] と言うのと
   同じですね。
   お話を戻しまして 50[hz] とは、1秒間に上の図を 50回繰
   り返すと言う事です。
   電気の進む速度も光の進む速度と同じで1秒間に30万km 
        (3x10^8[m/s]) です。
   1秒間に50サイクルですと、1サイクル当たりの距離は、
   
            3 x 10^8/50 = 0.06 x 10^8 
                                        = 6 x 10^6 
                                        =6000[km]

         となります。
    電波の場合ですと、仮に 50[hz] の電波が有ったとしますと
    1λ当たりの長さと言う事になりますので1λは、6000 [km] に
    なります。
    ちなみに 100[Mhz] ですと 1λ は、3[m] になります。 

(2)の(イ)は、航空機が t 秒間でどれだけ進むかと言う問題です
   ので

              v・t = L2             [b]

     t 秒間で航空機が進む距離を [b] 式右辺の様に L2 としました。
  一方、航空機が電波を発射した瞬間の航空機と受信アンテナと
  の距離は、光の速度(電波の速度)で t[秒] 間掛る距離ですので
  その距離を L1 としますと

              c・t = L1                                        [c]

     となります。よって、t[秒] 後の航空機と受信アンテナの距
     離 L3 は、

              L3 = L1 - L2 
                                             = (c - v)・t                       [d]

      となります。航空機から輻射さる電波の周波数は、f ですの
     で、t [秒]間に輻射されるサイクル総数(波数)S は、

               S = f・t              [e] 

     です。つまり、L3 の距離の中に S が存在する事になりますので、
     この時の波長を λ’ としますと

               λ’ = L3/(f・t) 
                                           = {(c-v)・t}/(f・t) 
                                           = (c-v)/f                [f]

      となります。

(3) 飛行中の航空機から受ける電波の波長は、λ’ で元の λ と違います。
   飛行中の航空機から送られて来る電波を受信アンテナで受信した時の
   周波数を f’ としますと

                f’= c/λ’
                  = c/[{(c-v)}/f] 
                                               = c・f/(c-v)         [g]

     となります。

(4)f と f’ の差は、

             f’-f = c・f/(c-v) - f
                  = c・f/(c-v) - (c-v)・f/(c-v) 
                                  = v・f/(c-v)       [h]

      となります。

[解答]
   ア    1   イ     4       ウ     8
 エ    2   オ     5

次回は、垂直アンテナに関する演習問題を出題いたします。     


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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第9期受験直前講座 (18)ドップラ効果
            受験直前講座
           (18)ドップラ効果

今回は、ドップラ効果に関する演習問題を出題いたします。
今回出題します問題は実際に過去に出題された問題です。
この手の問題は、暗記が全く効かない問題です。
なぜならば、「航空無線通信士」の試験にしては、珍しく、考
え方を見る問題だからです。
この手の問題を解くには、考え方を理解するしかありませ
ん。

それでは、出題いたします。

[演習問題22]
次の記述は、ドプラ効果について述べったものです。(    )
内に入れるべき字句を下の番号から選んで下さい。
但し、(    ) 内の同じ記号は、同じ字句とします。また、図
に示します様に、航空機の速度は、 v[m/s] で受信アンテナ
に向かって直進しながら周波数 f[Hz] の電波を放射するもの
とし、電波の速度を c[m/s] とします。
fig-315.jpg

 注:図左側のアンテナは、受信アンテナを示します。
 航空機の絵は、kansai様制作のものを許可を得て使用させ
 て頂いております。

(1)航空機が放射する電波の波長は、(  ア  )[m] である。
(2)航空機が放射する電波が受信アンテナに到着するまでの
   時間 t[s] に航空機は、 (   イ   )[m] 受信アンテナ
   に近付いているので、受信アンテナが受信する電波の波長
   は、(  ウ  )[m] になる。
(3)受信アンテナが受信する波長(  ウ  )[m] の電波の周
   波数 f' は、(  エ  )[hz] になる。
(4)f と f' の差は、(  オ  )[hz] である。

1 c/f         2 cf/(c-v)       3 f/(c-v)
4 vt         5 vf/(c-v)       6 (c-v)f/v
7 v/t         8 (c-v)/f               9 (c-v)f/c
10 f/c

解答方針と解答は、次回行います。
まずは、挑戦してみて下さい。



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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (17)太陽活動と電離層伝搬の解答
今回は、前回出題いたしました太陽活動と電離層伝搬に関する
演習問題の解答方針と解答をお話致します。

[解答方針]
問題の選択子には、太陽活動に関係するものと関係しないもの
が有ります。
ここで、迷うのが「デリンジャ現象」と「電離層(磁気)あらし」です。
これらをうる覚えですと、せっかくこの2つが太陽活動に関係する
事が分かっていても50%の確率で間違った解答をしてしまいま
すので2つの違いを整理しておきます。
(その他は、受験参考書で確認しておいて下さい。)

「デリンジャ現象」
 (発生原因)
   太陽での爆発に伴う紫外線の増加

 (電波伝搬との関係)
   短波の低い周波数においてD層、E層の電子密度が増大す
   る事によりにこれらの層に侵入した電波の減衰が増大する
   為に、その上のF層での反射が減少する。

 (影響)
   ・太陽での爆発と同時に起こる。
   ・短波帯の低い周波数では、通信不能になる。 
   ・10分から1時間程度、影響を受ける。
   ・昼間

「磁気嵐」
 (発生原因)
   太陽から放出される荷電粒子
太陽風



   上の図をご覧下さい。太陽から太陽風が出ています。
   図では、赤い線で表しています。
   そして、地球からの磁力線をウグイス色で表していま
   す。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (17)太陽活動と電離層伝搬
今回は、電波伝搬の内の1つの伝わり方である電離層伝搬
と太陽活動との関係についての演習問題を出題いたします。
この問題は、過去に2度出題されただけの問題です。
比較的に繰り返し出題される問題は、何時、出題されるか見
当がつくのですが、出題される事が少ない問題は、何時出題
されてもおかしく有りません。
例は、悪いのですが、巨大地震の様なものです。
受験勉強では、全てを勉強する訳には、いきませんが、良く
出題される問題と”たまに”出題される問題の両方を勉強して
おく必要があると思います。

さて、今回出題します、問題は、答えの選択子に似た様な現象
が揚げられています。
今回の解答となる現象については、今期の第1章で取り上げ
ていますので、そちらで理解してから演習問題に取り組んで下
さい。

[演習問題21]
次の記述は、短波通信において生ずることがる現象について
述べたものです。この現象の名称を下の番号から選んで下さ
い。

 太陽表面から放出されるプラズマ流の大きな変化は

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (16)ループ・アンテナの解答
今回は、前回出題いたしましたループ・アンテナの要点をお
話してから演習問題の要点をお話いたします。
ループ・アンテンについては、「航空無線通信士」の受験
参考書に記載されていません
ので是非、ご購読下さい。


[原理]
電波のモデリング

図-2は、以前にも見て頂きましたが電波のイメージです。
左端に示す茶色の棒は、空中線です。
空中線に流れる高周波電流は、y方向へ流れたり、-y方向へ
流れたりします。
結果として空中線の周りに x-t 平面に平行な磁界が出来ます

ペパーミント・グリーンの SIN波は、進行方向(t)に向けて+/
-の向きと大きさが変わる磁界です。
そして赤の SIN波は、電界です。赤で示す電界が地面(x-t平
面)に垂直ですので垂直偏波と言います。

さて、お話をループ・アンテナに戻します。
電磁気の所でお話をする内容なのですが、フレミングの右手の
法則と言うものが有ります。親指と人指し指を直角に広げ、中
指を親指と人指し指の両方に対して直角方向に曲げます。
人指し指の方に磁界が向いている時、中指方向に張られた導
線を親指方向へ動かすと中指方向へ電流が流れると言うもの
です。
fig-313.jpg


               図-3
図-3は、左にあります垂直アンテナの送信アンテナから送信さ
れた電波をループ・アンテナで捉える様子を示しています。
磁界の偏波面は、図-2のペパーミント・グリーンの様に地面に
対し平行です。
その磁界がループ・アンテナの垂直の部分に交叉し、

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (16)ループ・アンテナ
         受験直前講座
       (16)ループ・アンテナ

今回出題いたしますのは、ループ・アンテナです。この問題
は、平成18年の8月期に1度だけ出題された問題です。
比較的に近い時期に出題されていますが、その後、出題さ
れていません。
と言う事は、何時、2度目として出題されるか予想が付かな
いと言う事になります。
と言う事で今回は、この問題を取り上げてみました。
ループ・アンテナは、今期(第9期)第1章で取り上げていま
すので演習問題をする前に目を通しておいて下さい。

[演習問題20]
次に記述は、図に示します受信用ループ・アンテナについて
述べたものです。このうち誤っているものを下の番号から選
んで下さい。
ただし、入射波は、垂直偏波とし、ループ面は、大地に対し
て垂直に置くものとします。また、ループの各辺の長さは、波
長に比べて極めて短いものとします。
fig-312.jpg

1 水平面内指向性は、8字形特性である。
2 ループ面に垂直な方向から電波が入射するとループ面と
  磁界は、直交し、最大の誘起電圧を生じる。
3 ループ面の面積 S [m^2] が広くなるほど、また、巻き数
  N が多くなるほど、実効長が長くなる。
4 使用する波長が短くなるほど実効長は、長くなる。
5 長波 (LF) 帯、中波 (MF) 帯及び短波 (HF) 帯の受信用
  のほか、方位測定機などのアンテナとして用いられている。

考え方と解答は、次回お話をします。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (15)パラボラ・アンテナの解答
今回は、前回出題いたしましたパラボラ・アンテナの演習問題
の解答方針と解答についてお話をいたします。

[解答方針]
(1)パラボラとは?
パラボラ・アンテナを理解する上で一番重要な事は、パラボラ
の意味です。
parabolaとは、放物線の事です。
NHKの科学大実験と言う番組で面白い実験をしていました。
この番組は、私たちが学んだ科学の法則は、本当なのか実験
してみようと言うものです。
その番組の中で、パラボラ・アンテナは、”本当に電波を集める
のか?”と言うものでした。
要点を下の図にまとめましたのでご覧下さい。
fig-344.jpg

図は、ブログの関係で横になっていますが、縦にして考えてみ
て下さい。
図の左の灰色の曲線は、放物線です。”F” と書いてある点は、
焦点です。
それでは、放物線を下にして図を縦にしてみて下さい。
赤い4つのボールを放物線上に落とします。
するとそれぞれのボールは、真っすぐに落下して放物線に当た
り焦点に向かって跳ね返ると言うものです。
番組の中でも見事に全てのボールが焦点に向かって跳ね返っ
ていました。

(2)本当のアンテナは、どこに?
パラボラとは、反射器(演習問題の中では、反射鏡)なのです。
それでは、アンテナは、”何処に”、”どの様な物”が有るのかと
言う事になります。
前回この演習問題を出題しました時に何気なくヒントを出しまし
たが、アンテナは、どんな種類のアンテナでも良いのです。
普通、マイクロ波で

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (15)パラボラ・アンテナ
            受験直前講座
         (15)パラボラ・アンテナ

今回は、パラボラ・アンテナについての演習問題を出題いたし
ます。
パラボラ・アンテナのパラボラとは、反射器の形状を言ったもの
で輻射器(以下の演習問題では、放射器と言っています。)とし
ては、色々のアンテンを使用する事が出来ます。

それでは、演習問題を出題いたしますが、パラボラ・アンテナに
ついては、今期第1章で詳しくお話をしていますので、まず、そ
ちらをご覧になってから演習問題に取り組んで下さい。
これは、本番の試験では、有りませんので本番の試験に答え
られる様になるのが目的ですので、これからも、復習を先に行っ
てから演習問題に取り組んで下さい。

[演習問題19]
次の記述は、円形パラボラ・アンテナについて述べたものです。
(    ) 内に入れるべき字句を下の番号から選んで下さい。

(1)  反射鏡の形は、(  ア  ) である。
(2)  一次放射器は、反射鏡の (  イ  ) におかれる。
(3)  反射鏡で反射された電波は、ほぼ (  ウ  ) となって
     空間に放射される。
(4)  波長に比べて開口面の直径が大きくなるほど、利得は
    (  エ  ) なる。
(5)  一般に、( オ  ) の周波数で多く用いられる。

1  回転方物面     2  開口面中央   3  回転楕円面
4  超短波(VHF)帯   5  球面波      6  焦点
7  平面波        8  大きく       9  小さく
10 マイクロ波(SHF)帯

今回の演習問題の解答は、次回行います。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (14)半波長ダイポール・アンテナの電流分布解答
今回は、前回出題いたしました半波長ダイポール・アンテナに関
する演習問題の考え方と解答を行います。

[演習問題18]
次の記述は、半波長ダイポール・アンテナについて述べたもので
す。
このうち正しいものを”1”、誤っているものを”2”と答えて下さい。

ア 使用周波数で共振しているとき、給電点の電流分布の大きさ
   は、最小である。
イ 使用周波数で共振しているとき、その両端の電流分布の大き
  さは、最小である。
ウ 使用周波数で共振しているとき、その両端の電圧分布の大き
   さは、最小である。
エ 水平に置かれた半波長ダイポール・アンテナの垂直面の指向
   性は、8の字である。
オ 放射抵抗は、約73[Ω] である。

[解答方針]
問題の中身を大きく分けますと以下の4つです。
(1)電流分布
(2)電圧分布
(3)半波長ダイポールアンテナの指向性
(5)      〃          の放射抵抗

それでは、(1)から考えてみる事にしますが、その前に半波長ダイ
ポールとは、そもそも何と言う方の為にどの様な空中線か見ておき
ましょう。
fig-309.jpg

図の灰色の部分が導線で左右に λ/4 長の長さが有りますので
全体の長さが λ/2 となりますので半波長となります。
ここで λ は、御承知の通り波長です。

(1)電流分布
 空中線の電流分布と聞いてもピンとこない方は、今回のお話
   で勉強して下さい。
   空中線(アンテナ)には、2つの働きがあります。
   1つは、高周波を電波として空中へ輻射する事です。
   そしてもう1つは、空中を伝わって来る電波を捉える事です。
   2つ目の電波を捉える事のお話の方が簡単ですので、こちら
   からお話をします。
   電磁気でお話をしました電磁誘導と言うものが有ります。
fig-214.jpg

   1つ目のコイルに交流を繋ぎます。するとコイルから磁力線が
   発生するのですが、コイルに流れる電流が時間と共に大きさ
   と向きが変わります。
   そのコイルの近くに2つ目のコイルを置いてそのコイルに抵抗
   を繋ぎます。すると2つ目のコイルに電流が流れます。
   これが電磁誘導です。
   御承知の通り電波は、磁界の変化が電界の変化を生み、電界
   の変化が磁界の変化を生むと言う事を交互に繰り返して伝わ
   って行くものです。
   空中線に電波の磁界が交叉しますと、電磁誘導で空中線に電
   流が流れます。これで電波を捉えた事になります。
 
   次に電波の輻射について考えます。空中線に電流を流します
   とその周りに磁界が出来ます。空中線に流れる電流が交流で
   すと空中線の周りに出来る磁界の大きさと向きが変化します。
電波の輻射原理の1

   すると磁界が変化する事により電界の変化が生みだされます。
   その変化が今度は、磁界の変化を生み出します。この事が交
   互に起きますので、空中線に高周波(周波数の高い交流)を繋
       ぎますと電波を輻射すると言う訳です。

      空中線に高周波電流を流すと電波を輻射すると言う事をご理
   解頂きました所で、今回の本題の電流分布についてお話を致
   します。
fig-234.jpg


   図-A をご覧下さい。
   下の図の左に送信機があるとします。
   左から進んで来たSIN波(高周波電流)は、半波長ダイポー
   ルアンテンの左右に向かって流れます。
   しかし、電流の一番端迄、流れて来ますとその先が有りませ
   んので高周波電流は、反射されて送信機の方へ戻ります。
   送信機から空中線へ進む高周波電流を進行波(入射波)と
   言い、空中線の端で戻ってくる高周波電流を反射波と言い
   ます。
   この反射波と進行波が重なりますと、空中線の所により、高
   周波の大きさが常に”0”の所と電流の大きさが常に変わる
   所が出来ます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (14)半波長ダイポール・アンテナの電流分布
今回から工学の中で一番出題数の多い「空中線と電波伝搬」
についての演習問題の出題と解答の仕方についてお話を致し
ます。

今回は、空中線の基本であり、これが理解出来ていませんと
空中線の理解が出来ないと言う大変大切な空中線である、半
波長ダイポール・アンテナについての出題をいたします。

「空中線と電波伝搬」については、今期(第9期)では、第1章で
お話をしています。
「空中線て何だっけ?」とか「空中線とアンテナは、違うの?」、
「半波長ダイポール・アンテナの電流分布ってどう言う事?」と
思っている方がいらっしゃいましたら第1章を読み直して下さい。
先ほども申しましたが一番出題数の多いこの分野を理解出来て
いませんと試験問題をヤマカンで答えなければならなくなります。
どうしても分からない問題は、答えないより適当にでも答えた方
がましですが、ヤマカンで当たる確率は、低いと言う事を肝に銘
じて今の内に取り返しておきましょう。
出題数が多い分野の問題に解答出来ないと言う事は、合格が
遠ざかる事にほかなりません。

それでは、演習問題を出題いたします。

[演習問題18]
次の記述は、半波長ダイポール・アンテナについて述べたもので
す。
このうち正しいものを”1”、誤っているものを”2”と答えて下さい。

ア 使用周波数で共振しているとき、給電点の電流分布の大きさ
   は、最小である。
イ 使用周波数で共振しているとき、その両端の電流分布の大き
さは、最小である。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (13)負帰還増幅回路の解答
今回は、前回出題いたしました負帰還増幅回路の解答を行い
ます。
当講座は、暗記でなく、理解する事により無理なく記憶に残す
事を主眼としていますので、今回は、説明が少し永くなります。
出来るだけ分かり易くお話をしますので、最後迄お読み下さい。

それでは、演習問題の16からです。

[演習問題16]
次の記述は、負帰還増幅回路の増幅度を求める過程を示して
います。(    ) の中に式を入れて下さい。
fig-1.jpg

(1)増幅回路の電圧増幅度を A(A>0) とします。その入力電圧
   を V' [V] とし、出力を Vo [V] としますと以下の式が成立し
   ます。

      A = (    )          (A)

(2)帰還率 β(β>0)で出力を逆位相にして入力に戻します。
   増幅器の入力に加わる電圧を V' としますと

      V' = Vi - β・Vo     [V] (B)

  となります。

(3)(A)式及び(B)式より負帰還増幅回路の電圧増幅どAf は、

     Af = Vo/Vi = ( ) (C)

   となります。

 [解答]
  この問題は、実際に国家試験に出題された問題で、試験では
   字句の選択になっています。今回は、演習ですので、実際に
  鉛筆を動かして解答を出して頂くために、選択子は、用意しま
  せんでした。

  さて、(A)式ですが、増幅器の入力端での電圧と出力端での
  電圧の比が増幅度:A になりますので、

      A = Vo/Vi'                 (A)

  次に (C) 式を求めます。




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TOITAの「航空無線通信士受験食クラブ」第9期受験直前講座 (13)負帰還増幅回路
今回は、半導体・電子管・電子回路の分野の演習問題の
最後として負帰還増幅回路の演習問題を出題いたします。

その前に前回出題いたしました演習問題の解答をしてお
来ます。

[演習問題15]
次の記述は、電界効果トランジスタ (FET) について述べた
ものです。(   ) 内に入れるべき字句の正しい組合わせを
下の番号から選んで下さい。

(1) ソース及びドレインと呼ばれる電極間に設けられた半導
    体層(チャンネル)中を流れる多数キャリアの量(ドレイン
    電流)を ( A ) と呼ばれる電極に加えられる電圧で制
御する半導体である。
(2) チャンネル中の多数キャリアが ( B ) のとき、これを
    Nチャンネル形FET と言う。
(3) FET は、バイポーラトランジスタに比べて入力インピーダ
    ンスが極めて ( C ) 。
A B C
1  ベース  正孔  低い
2  ゲート   電子  低い
3  ベース  正孔  高い
4  ゲート   電子  高い
5   ベース   電子   低い

[解答]
( A ) は、電界効果トランジスターの残りの端子名より、ゲート
 です。ゲートは、人や車流入・流出を制御します。
 電界効果トランジスターにおいては、ドレイン電流の流量を
 制御します。なのでゲートです。

( B ) は、Nチャンネル形FETについて言っていますので電子
 です。Nチャンネル形FETは、N形半導体にゲートとしてP形
 半導体を挟んだものですので主体である電流の通路(チャン
 ネル)は、N形半導体ですのでキャリアは、電子となります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第9期受験直前講座 (12)FETの基本的性質
今回は、FETの一般的性質に関する演習問題を出題いたし
ます。

その前に少しFETの復習をしておきましょう。

 FETとは、電界効果トランジスターの事です。
 下の図は、接合形FETの動作の説明の為に描いた図です。
fig-77.jpg

 図の水色の部分は、N形半導体です。
 3本の直列の電池が N形半導体の右側に(+)、左側に(-)
 が繋がれいます。
 この状態でドレイン電流(Id)が一番多く流れます。 
 そこで、G(ゲート)とS(ソース)の間に図の様に電池を繋ぎ
 ますとピンクのP形半導体と水色のN形半導体の間に灰色
 の空乏層が出来てId の通り道が狭くなり、Id が流れにく
 くなります。
 Id は、ゲート電圧が高くなるほど流れにくくなります。
 横軸にゲート電圧(縦軸より左は、マイナスです。)
 そして縦軸を、ドレイン電流とします。
 ゲート電圧vsドレイン電流の特性図を描いてみて下さい。
 この特性を何と言うか考えてみて下さい。(ヒント:空乏層
 の事をディプレッションと言います。)

[FETの特徴]
 ・ゲート電流は、殆ど流れませんので入力インピーダンス
  が 大変高いと言う事になります。
 ・トランジスターは、ベース電流の量でコレクターの電流の
  量がが変わります。
  FETでは、

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