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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12期受験直前講座 (10)導波管


今回は、導波管についての演習問題を出題いたします。
その後、前回出題致しました”アンテナと給電線の整合”つ
いての演習問題の解答を行います。

[演習問題13]
次の記述は、マイクロ波の伝送路として用いられる 導波管
の特徴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”として答えて下さい。

ア  方形波導波管及び円形導波管に大別される。
イ   導波管の内部は、 通常、 ポリエチレンなどの
    誘電体が充填されている為、 高い周波数での
    伝送損失が少ない。
ウ  基本モードの 遮断周波数以下 の周波数のみ
    を伝送する。
エ  一般に、電波が管内から 外部へ漏えいする事
    は、ない。
オ  基本モードで 伝送する時は、 高い周波数に用
    いる程外形が大きくなる。

[演習問題12]
次の記述は、 アンテナと給電線の接続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) アンテナの ( ア  ) と給電線の特性インピーダンス
   を整合させて接続する必要がある。
(2) 整合が取れていないと、給電線に( イ ) が生じる

(3) 一般に、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 ) 形であり、 両者を接続
   するには、 ( オ ) を用いる。

1  損失抵抗   2  平衡    3  方向性結合器
4  入力インピーダンス
5  雑音      6  バラン   7  不平衡
8  定在波

[演習問題12の解答]
(1) アンテナには、抵抗成分:R や コイル成分:L 、そして、
   コンデンサー成分:C が ありますので、 インピーダンス
   があります。
   アンテナ端子からアンテナ側を見た時のインピーダンス
   を入力インピーダンスと言います。
   一方、アンテナへ送信電力を伝えたり、アンテナに誘起
   する電波からの電力を受信機へ送る為の給電線も、抵
   抗成分、コイル成分、コンデンサー成分がありますので
   インピーダンスがあります。

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高校や大学の受験の時の事を思い出してみて下さい。
入学を希望する受験先は、試験を受けてみなければ、合格
するかどうか 全然分からない状態で受験しているでしょうか

有る程度、 合格が見込めるので頑張ってこられたのでは、
ないでしょうか?
合格が見込めるのは、受験指導のプロがいるからです。
それでは、 「航空無線通信士」の試験は、 どうでしょうか?
どんな勉強をどれだけすれば合格出来るかお分かりでしょ
うか?
分からずに暗記に頼るのは、無謀です。
目隠しをして車を運転する様なものです。
実際に60%以上の方が、この方法で失敗しています。
その数は、近年、上昇傾向にあります。

合格する為には、合格する為の方法があります。
当塾の受講生の方が、合格の手ごたえを感じながら、受験
勉強が出来るのは、勉強方法がわかり、理解出来るからで
す。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (9)アンテナと給電線の整合

             第12期受験直前講座
          (9)アンテナと給電線の整合

今回は、アンテナと給電線の整合に関する演習問題を出題
いたします。
その後、前回出題致しましたSHF帯の電波伝搬に関する演
習問題の解答を行います。

[演習問題12]
次の記述は、 アンテナと給電線の接続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) アンテナの ( ア  ) と給電線の特性インピーダンス
   を整合させて接続する必要がある。
(2) 整合が取れていないと、給電線に( イ ) が生じる。
(3) 一般に、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 ) 形であり、両者を接
   続するには、 ( オ ) を用いる。

1  損失抵抗   2  平衡    3  方向性結合器
4  入力インピーダンス
5  雑音      6  バラン   7  不平衡
8  定在波

[演習問題11]
次の記述は、衛星通信におけるマイクロ波(SHF)帯の電波
伝搬について述べたもです。 (   ) 内に入れるべき字句
を下の番号から選んで下さい。

(1) 人工衛星局と地球局との伝搬距離が 非常に長いので
    、伝送損失が非常に ( ア )。
(2) 降雨による影響は、周波数によって異なり、( イ ) ほ
    ど影響を受けやすい。
(3) 大気圏と電離層とでは、 ( ウ ) の方が 電波伝搬へ
    の 影響が大きい。
(4) 地球局から見た人工衛星局の迎角が ( エ ) なると、
    大気 ガスや 降雨による 電波の減衰の影響を受け易
    く なる。
(5) 10 [GHz] 以上の周波数になると、水蒸気や( オ )
    の分子の吸収による減衰が著しい。

1  大きい   2  大気圏   3  高い周波数
4  低く     5  酸素     6  小さい
7  電離層    8 高い        9 低い周波数
10  窒素

[演習問題11の解答]
(1) 例えば、航空機に搭載される 118[MHz] ~ 144 {MHz]
   A3Eの送信機送信機の場合、 電波法で その有効通達
   距離は、電波法で 370 [Km] と定められています。
   これに比べて、 航空機等が イ ンマルサット衛星を介し
   て通信を行う場合、 衛星迄の高度は、35,800 [Km] で
   先程の有効通達距離の 約100 倍と 距離が格段に遠
   くなります。
       その為、 衛星並びに航空機等の 移動体のある場所で
   の電波の電力密度が極めて小さくなります。   


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (8)SHF帯の電波伝搬


今回は、 衛星通信におけるSHF帯の伝搬伝搬についての演
習問題を出題します。
前回は、VHF帯の電波伝搬についての演習問題を出題しまし
たが、今回のSHF帯では、何故、「衛星通信における・・・・」 と
言う枕詞がつくのでしょうか?無線従事者試験は、 各資格に
応じて その資格毎に必要な知識を試す問題が出題されます

航空無線通信士の試験に VHF 帯の電波伝搬が出題される
のは、洋上を除き、 VHF 帯で交信する為、VHF 帯での電波
の伝わり方を知ぅている必要があるからです。
以前、現役のパイロットの方で「実務で無線工学は、 必要な
い。」と言われた方がいらっしゃいました。
「通信が出来なくなったら無線機を交換すれば良い。」と付け
加えられていましたが、 例えば、スポラディツクE層の発生で
東京上空を飛行中の航空機に 那覇の航空管制の無線が受
信される様になったらどうでしょうか?
スポラディツクE層の特性を 知っているか、 いないかで対応
方法が違ってきます。
また、 太陽活動が活発になりますと 航空無線や GPSに 影
響が出て来ます。
この事についても デリンジャー現象を知っているか、いない
かで対応が違ってきます。
ただ、 無線機を代替え機に代えても解決せず、 パニックに
なるかも知れません。
ハドソン川の英雄の様に知識が合った方が的確な阪大が出
来ます。
無線従事者の資格を大きく二つに分けると、「通信士」と「無
線技術士」に分かれます。
航空無線通信士は、「通信士」資格の一つです。
「通信士」は、 無線機の中身をいじっては、 いけない資格で
す。
(第1級総合無線通信士は、 第2級 陸上無線技術士の行う
技術的な操作を行えます。)
いじっては、 いけなくても、 通信に必要な技術的な知識は、
必要なのです。
ゆえに、航空無線通信士の試験科目に「無線工学」がありま
す。
電波伝播のお話に戻りますが、SHF 帯は、「無線技術士」の
場合ですと、衛星との通信だけでなく、 地上で沢山使用され
ていますので、出題範囲は、衛星通信に限られた事では、あ
りません。
しかし、 航空無線通信士が SHF 帯の電波伝搬を 知る必要
があるのは、衛星通信だけです。

それでは、演習問題の出題を行いますが、 前回迄のVHF 帯
と違う事は、 波長が 極めて短いと言う事を頭において置く必
要が有ります。
VHF帯での波長は、10 [m] ~ 1 [m] ですが、SHF帯では
10 [cm] ~ 1 [cm] です。

[演習問題11]


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有る程度、 合格が見込めるので頑張ってこられたのでは、
ないでしょうか?
合格が見込めるのは、受験指導のプロがいるからです。
それでは、 「航空無線通信士」の試験は、 どうでしょうか?
どんな勉強をどれだけすれば合格出来るかお分かりでしょ
うか?
分からずに暗記に頼るのは、無謀です。
目隠しをして車を運転する様なものです。
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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (7)VHF帯の電波伝搬の解答


今回は、 VHF帯の 伝搬伝搬についての演習問題の
解答を行います。
なお、 前回の予告で SHF帯の電波伝搬に関する演
習問題を出題すると申しましたが、解答の説明が長
くなりますので、 SHF帯の電波伝搬に関する演習問
題の出題は、次回とさせて頂きます。

[演習問題10]
次の記述は、超短波(VHF) 帯以上の電波伝搬につ
いて述べたもです。 ( ) 内に入れるべき字句を下の
番号から選んで下さい。

(1)地表波伝搬では、中波(MF) 帯に比べて、 減衰
   が著しく ( ア ) 。
(2)電離層 (スポラディツクE層を除く) ( イ ) 。
(3)送受信点の中間に高い山があり、 相互の場所を
  見渡す事が出来ないが、山頂が、受信点及び送
  信点から見渡せるとき、電波は、伝搬 ( ウ ) 。
(4)一般に、直接波と ( エ ) との合成波が受信される
  。
(5)大気中に 温度の逆転層が生じて ラジオダクトが
  形成されろと、( オ ) 事がある。

1  電離層反射波    2  より遠方迄伝搬する
3  小さい         4  で反射する
5  大きい         6  しない
7  大地反射波      8  を突き抜ける
9  する事がある    10 が阻止される

この問題は、過去問を元に作り直した問題です。
オリジナルの過去問は、VHF帯の電波伝播の知識
がなくても、 文書の流れから答えが分かってしまう
問題です。
そこで、VHF帯の電波伝播を理解して答えて頂く為
に、 文書の流れからだけでは、 解答出来ない様に
致しました。

[演習問題10の解答]
(1)中波(MF)帯 とは、波長が 1.000 [m] ~ 100 [m]
  で主に、ラジオ放送に使用されています。
  一方、 VHF帯 は、波長が、 10 [m] ~ 1 [m] で
  FM 放送や、航空無線を始めとした、 移動体通
  信に使用されています。
  中波帯の電波伝播は、 図-1の様に地表波と呼
  ばれ、地球の丸みに沿って電波しますので、比
  較的に遠方迄、 届きます。 (電離層反射による
  伝搬もあります。)

  これに対して、VHF帯では、

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (7)VHF帯の電波伝搬
          
今回は、VHF帯の電波伝搬についての演習問題を出
題致します。
その後、前回出題いたしましたディスコーン・アンテナ
の演習問題の解答を行います。

[演習問題10]
次の記述は、超短波(VHF) 帯以上の電波伝搬につい
て述べたもです。 ( ) 内に入れるべき字句を下の番
号から選んで下さい。

(1)地表波伝搬では、中波(MF) 帯に比べて、 減衰が
   著しく ( ア ) 。
(2)電離層 (スポラディツクE層を除く) ( イ ) 。
(3)送受信点の中間に高い山があり、相互の場所を見
  渡す事が出来ないが、山頂が、受信点及び送信点
  から見渡せるとき、電波は、伝搬 ( ウ ) 。
(4)一般に、直接波と ( エ ) との合成波が受信される
  。
(5)大気中に 温度の逆転層が生じて ラジオダクトが形
  成されろと、( オ ) 事がある。

1  電離層反射波    2  より遠方迄伝搬する
3  小さい         4  で反射する
5  大きい         6  しない
7  大地反射波 8  を突き抜ける
9  する事がある    10 伝搬が阻止される


[演習問題9]
次の記述は、 図に示す超短波(VHF) 及び極超短波
(UHF) 帯 で用いられる ディスコーン・アンテナについ
て述べたものです。 (  ) 内に入れるべき字句の正し
い組合わせを選んで下さい。


               図-2
注・・・・・図の説明。図-2は、試験に出題される構造を
      示す図(実際の問題では、白黒で描かれてい
      ます。)で、外観は、 図-3 の様に複数の導線
      で構成されています。

(1)一般に円盤状の導体面を大地に平行して用いる垂
   直偏波の ( A ) 帯域アンテナである。
(2)水平面の指向性は、 ( B ) であり、 垂直面の指向
   性は、( C ) である。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (6)実用アンテナその2


今回は、前回出題いたしましたスリーブ・アンテナと同
様に良く出題されますディスコーン・アンテナに関する
演習問題を出題いたします。
その後、前回出題致しましたスリーブ・アンテナの演習
問題の解答を行います。

[演習問題9]
次の記述は、 図に示す超短波(VHF) 及び極超短波(
UHF) 帯 で用いられる ディスコーン・アンテナについて
述べたものです。 (  ) 内に入れるべき字句の正しい
組合わせを選んで下さい。

注・・・・・図の説明。図-2は、試験に出題される構造を
      示す図(実際の問題では、白黒で描かれてい
      ます。)で、外観は、 図-3 の様に複数の導線
      で構成されています。

(1)一般に円盤状の導体面を大地に平行して用いる垂
   直偏波の ( A ) 帯域アンテナである。
(2)水平面の指向性は、( B ) であり、 垂直面の指向
   性は、( C ) である。
   A       B         C
1   狭   全方向性   8の字特性
2  狭   全方向性   無指向性
3  狭   8の字特性  無指向性
4  広   8の字特性  無指向性
5  広   全方向性   8の字特性     

[演習問題8]

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (6)実用アンテナその1


今回から“空中線(アンテナ)及び電波伝搬”に関する
演習問題を出題いたします。
そして、今回の最後に前回出題いたしました、共振回
路の演習問題の解答を行います。

[演習問題8]
次の記述は、図に示す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ら
んで下さい。なお、同じ記号の( ) 内には、同じ字句
が入るものとします。

[図の説明]
同軸の中心導線には、茶色で示す導体が接続されてい
 ます。同軸の外側の導線には、灰色で示す、導体のパ
 イプが接続されています。
 このアンテナの内部構造は、以下の図の通りです。


(1)このアンテナの名称は、( A ) である。
(2)同軸線路の内部導体に ( B ) の長さの導体を
   接続し、 外部導体に ( B ) の長さの円筒導体
   を接続したものである。
(3)主に ( C ) 偏波のアンテナとして用いられ、水
   平面内の指向性は、( C ) である。
(4)指向性などの特性は、( D ) アンテナとほぼ同
   じである。

1  半波長ダイポール   2  ホイップアンテナ
3  スリーブアンテナ    4  ブラウンアンテナ
5 1/4 λ       6 5/8 λ
7 垂直        8 水平
9 全方向性      10 8字形特性



[演習問題 7]
次の記述は、 図に示す RLC 並列共振回路 について述べ
ものです。 (   ) の中に入れるべき字句の正しい組合
せを
答えて下さい。
共振回路は、共振状態にあり、コイルや、導線の抵抗分は、
無視できるものとします。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (5)共振回路


今回は、 この回路が無ければ無線が成り立たないと言
う大変重要な回路についての演習問題を出題します。

  (大変重要な回路) = (試験によく出題される)

と言う事です。
演習問題を解く事で少しでも試験で得点出来る様にしま
しょう。

「あと1問正解すれば合格であったのに」とならない為に
1問でも多く 得点出来る様にする事が 受験直前に取る
べき行動です。

[演習の前の予備知識]
 すでに第12期第9章の電気回路の章で共振とは、何か
 と言うお話をしていますが、改めて、共振について考え
 てみます。

 (共振とは?)
  最近大きな地震が頻発しています。 地震により超高
  層ビルが大きく揺れたり、 2011年3月11日 の大地震
  でスカイツリーのトップの方で数[m] の揺れ幅が有っ
  たと言う報道がありました。
  
  共振とは、振動を起こしているものからその振動数と
  同じ振動数をもつ物が 影響を受けて振動を始めてし
  まうと言う現象です。

  同じ振動数でないものも影響を受けて振動しますが、
  振動数が同じ物は、、他の振動数を持つ物に比較し
  て極めて大きな振動が誘発されます。

  先ほどの超高層ビルや スカイツリーが 大きく揺れる
  のは、 地震の振動数と ビルやスカイツリーの高さが
  地震の波長と近いからです。 (波長=波の伝わる速
  度/周波数)

 (振動とは?) 
 
 振動とは、図-2の様に天井からぶら下げた赤い玉 (
  振り子) を図の 右の位置へ持ち上げて、手を離した
  時、 玉は、天井から真下の位置を過ぎてピンクの位
  置迄行き、また、赤の位置迄戻ってくると言う動作を
  繰り返す事です。


振動




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どんな勉強をどれだけすれば合格出来るかお分かりでしょ
うか?
分からずに暗記に頼るのは、無謀です。
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その数は、近年、上昇傾向にあります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (4)リアクタンスその3

今回は、前回出題いたしましたRC直列回路におけるリアク
タンスに関する演習問題の解答とその考え方をお話し、 そ
の後、 R と L または、 C の直列回路におけるリアクタスの
まとめを行います。

それでは、前回出題いたしました演習問題の解答とその考
え方をお話いたします。

[演習問題の6]
   電源の角周波数を 1000 [rad/s] とした時、コンデンサ
   ーの容量が 1.25 [μF] の場合の 容量性リアクタンス
   を求めて下さい。
   次に、回路のインピーダンス:Z と 回路に流れる電流
   :I を求めて下さい。

    1.25[μF] = 1.25 x 10^-6[F] です。


[解答]
  まず、容量性リアクタンス:XC を求めます。

     XC = 1/(ωC)
        = 1/(1000 x 1.25 x 10^-6)
        = 1/(1 x10^3 x 1.25 x 10^-6)
        = 1/(1.25 x 10^-3)
        = 0.8 x 10^3
        = 800 [Ω]

  となります。
  次にインピーダンス:Z を求めます。

     Z = sqrt( R^2 + Xc ^2)
       = sqrt( 600^2 + 800^2)
       = 1 x 10^3
       = 1 [kΩ]

  そして、最後に回路全体を流れる電流:I を求めます。

      I = V/Z
       = 20/1000
       = 20 [mA]

[リアクタンスのまとめ]
(RL直列回路)



 抵抗:R は、実数ですので、図-9では、横軸上にその値
 があります。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (4)リアクタンスその2


今回は、コンデンサーによるリアクタンスを考えてみます。
その前に前回出題しましたコイルのインダクタンスに関す
る演習問題の解答とその導き方をお話いたします。

[演習問題5]

[1] 3 [mH] のインダクタンスに1000[rad/s] の交流を加え
  た時の、誘導性リアクタンス:XL を単位を含めて答え
  て下さい。
[2] 図-2 の回路の合成インピーダンス:Z を求めて下さい
  。
[3] 抵抗:R の値を求めて下さい。

[解答]
[1] 誘導性リアクタンス:XL を求めてみます。 

     XL = ωL                  (1)

    ですからそのまま与えられている ω と L を 
    (1)式に代入します。 

     XL = 1000 [rad/s] x 3 x 10^-3
       = 3 [Ω]

    となります。

[2] 図-2 の合成インピーダンス:Z を求めて見ます。

    Z = sqrt( R^2 + XL^2)          (2)

   となりますが、この段階で抵抗値:R が不明です。
   しかし、この問題では、電源電圧:V と回路に流れ
   る電流:I が与えれらていますので、Z を求める事
   が出来ます。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (4)リアクタンスその1


前回は、抵抗の回路における枝路の電流と電圧の求め
方のお話をいたしました。
今回から3回に分けて電気回路で重要なリアクタンスに
ついての要点をお話し演習問題の出題を行い解き方に
ついてご説明します。


<コイルのリアクタンス:XL
回路において電流の妨げとなるのは、インピーダンス:Z
です。
皆様は、 電流を妨げると聞いて抵抗:R を思い浮かべる
方が多いと思いますが、 それだけでは、 電気回路の問
題を解く事は、出来ません。

抵抗は、直流回路においても交流回路においても同じく
電流を妨げます。
今回出題します RL 回路においてコイルは、導線で出来
ていますので、直流回路におては、ただの導線です。
しかし、交流回路においては、周波数によりその値が変
わる
リアクタンスになります。
リアクタンスは、 コイルまたは、コンデンサーによる交流
に対する抵抗成分になります。
コイルによるリアクタンスは、XL と表記します。
また、 その値は、 抵抗:R が実数であるのにたいして リ
アクタンスは、 虚数になります。 その実数部分と虚数部
分のベクトルを合成したものがインピーダンスです。
交流回路において 抵抗だけの回路があったとしますと、
その場合は、虚数部分がありませんので R = Z となりま
す。

それでは、今回の演習問題のヒントです。


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (3)枝路に流れる電流の解答

今回は、前回出題しました抵抗の直列回路と並列
回路の演習問題の解答と 解答の仕方について お
話をしました後、 枝路の電流の求め方を お話致し
ます。

演習問題(1)の解答と解答方針

 問題
   40 [Ω] (オームと読みます)と 60 [Ω] の 抵
   抗を直列に接続した場合の合成抵抗値を求め
   て下さい。

 [解答]

   直列回路ですので合成抵抗を R としますと。

   R = 40 [Ω] + 60 [Ω] = 100 [Ω]

   となります。

演習問題(2)の解答と解答方針

 問題
   100 [Ω] 1つと 50 [Ω] 2つを並列接続 (3つ
   の抵抗を並列接続) した場合の合成抵抗値を
   求めて下さい。

[解答]
   同じく求める合成抵抗を R としますと。
   前回の赤枠の式にそれぞれを R1、 R2、 R3 と
   して式に入れて見て下さい。

  R = 1/( 1/50 + 1/50 + 1/100)
    = 1/( 2/100
+ 2/100 + 1/100 )
     = 1/(5/100)
    = 100/5
    = 20 [Ω]

   となります。


演習問題[3]の解答と解答方針

 問題


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TOITAの「航空無線通信士受験塾」第12期受験直前講座 (3)枝路に流れる電流

今回と次回の2回に分けて、電気回路の計算の基礎である、
抵抗の直並列回路の計算の仕方の復習をいたします。
今回は、直列回路と並列回路のお話をいたします。
最後に直並列回路の枝路に流れる電流の演習問題を出題
いたしますので、 まずは、 ご自分で今回のお話の内容を元
に考えてみて下さい。
次回、回答及び枝路に流れる電流の求め方をお話いたしま
す。


(1)直列接続時の合成抵抗値
   
  電池の電圧:Vに抵抗R1、R2、R3が直列に接続されていま
  す。
  そこに流れる電流:I は、 合成抵抗を R とした時の R によ
  り決まります。

  回路の左から流入する電流と、 3つの抵抗を通って
出てき
  た電流
の値は、 同じです。 (回路上の何処でも同じ電流
  流れる と言う事は、大変重要 ですので忘れないで下さい
  )

  例えば、中が詰まっているパイプに息を吹き込んだとします
  。
  しかし、中が詰まっていますので息を吹き込む事は、出来ま
  せん。よってパイプの反対側から息が出て来る事は、ありま
  せん。
  
  そこで、 パイプの詰まりを少し取り除いてやり、 息を吹き込
  みますと
反対側から、吹き込んだ息と 同量の息が出てきま
  


  それでは、以上の事を頭に入れて合成抵抗:R を求めてみま
  す。
  まず、 どの抵抗に流れる電流も同じです。 これは、パイプの
  中が所によりつまり具合が違っても息の流れる量は、何処で
  も同じである事と等価です。各抵抗の両端の電圧は、

      V1 = I・R1 、 V2 = I・R2 、 V3 = I・R3

  となります。
  パイプの中の所によるつまりを抵抗と考えますと、同じ息の量
  が流れているパイプの所によるつまり具合に応じて 圧力が発
  生します。 正に、これが、 それぞれの抵抗に両端に発生する
  電圧です。
  電池の電圧は、 V です。 各抵抗の両端電圧を足すと電池の
  電圧
と同じ
にならなければおかしいですね。
  よって

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (2)電気力線と電波の性質他の解答


今回は、 前回出題いたしました演習問題の解答を行い
ます。

[演習問題3]
図-4 の様に正の電荷と負の電荷が存在します。
この時、A、B、C、D と書いていある矢印の根元の茶色
の丸の点での電界の方向は、A でしょうか?B でしょう
か? C でしょうか? D  でしょうか?


[解答]
電気力線は、 ”+”の電荷から出て”-”の電荷に入りま
す。
そして、電気力線の接線方向は、その場の電界の向き
と一致します。
以上の事から答えは、”A”

[演習問題4]
次の記述は、電磁力に関するフレミングの左手の法則
について述べたものです。
(   ) 内に入れるべき字句の組合せの内 正しい番号
を選んで下さい。

(1)左手の親指、人差し指及び中指を互いに直角に曲
   げた時、親指が ( A ) の向きを表す。
(2)(1)の人差し指は、( B ) の向きを表す。
(3)(1)の中指は、( C ) の向きを表す。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (2)電気力線と電波の性質他

           第12期受験直前講座
        (2)電気力線と電波の性質他

今回は、電磁気に関する演習問題の最後としまして、「
電気力線」、「フレミングの法則」そして、「電波の性質」
についての演習問題を出題いたします。

[演習問題3]
図-4 の様に正の電荷と負の電荷が存在します。
この時、A、B、C、D と書いていある矢印の根元の茶色
の丸の点での電界の方向は、A でしょうか?B でしょう
か? C でしょうか? D  でしょうか?



[演習問題4]
次の記述は、電磁力に関するフレミングの左手の法則
について述べたものです。
(   ) 内に入れるべき字句の組合せの内 正しい番号
を選んで下さい。

(1)左手の親指、人差し指及び中指を互いに直角に曲
   げた時、親指が ( A ) の向きを表す。
(2)(1)の人差し指は、( B ) の向きを表す。
(3)(1)の中指は、( C ) の向きを表す。

    A        B      C
1  電磁力    電流    磁界
2  電磁力    磁界    電流
3  磁界      電磁力   電流
4  磁界      電流     電磁力
5  電流      磁界     電磁力

[演習問題5]
電波の基本的性質 について述べた 以下の文書の内、
正しいものを ”1”、あやまっているものを ”2” と答えて
下さい。
但し、 電波の速度を c [m/s] 、周波数を f [Hz] 、及び
波長を λ [m] とします。

ア c は、約 3x10^8 [m/s] で、λ = cf [m/s] で表され
  る。
イ 電波の電界の振動方向が 常に大地と垂直な場合
   を円 偏波という。
ウ 電波は、 放射源から広がって伝わり、徐々に減衰
   する。
エ 電波は、 進行方向に対し 電界と磁界の 振動面が
   横方 向である横波である。
オ 電波を構成する電界と磁界は、同一平面で振動す
   る。

解答は、次回行います。 演習問題は、過去問とは、少
し変えてありますので、 ご自分で考えて答えてみて 下
さい。







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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界の解答


今回は、前回出題致しました演習問題の解答を行います。

[演習問題の1]
 次の記述は、クーロンの法則について述べたものです
(   )の内に入れるべき字句を下の語群から選んで答えて下
さい。

 (1)二つの点電荷の間に働く力の大きさは、それぞれの点電
   荷の大きさの( ア )に比例し、それらの間の距離の(
   イ )に反比例し、その方向は、両点電荷を結ぶ直線上に
   ある。
 (2)この法則において、 二つが異種の場合は、( ウ )方向
    に力が働き、同種の場合は、( エ )方向に働く。

 (積)   (和)   (商)   (差)
 (3乗)  (2乗)  (1乗)
 (反発する)     (吸引する) 



[解答]
(ア) クーロンの法則の式を見て頂きますと、分子でそれぞれ
    の電荷の電気量を掛けていますので、答えは、”積”。
(イ) 式の中には、分母の距離の2乗が出てきますので、答え
    は、”2乗”。
    この問題文は、球の表面積の求め方を知らない中学生
    向けですので、 皆様は、球の表面積に反比例すると覚
    えて下さい。
(ウ) 異種の電荷ですので答えは、”吸引する”。
(エ)  同種の電荷ですので答えは、”反発する”。

[演習問題の2]

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期受験直前講座 (1)クーロンの法則と電界



受験迄、残り1ヶ月を切りました。
今回から受験直前講座として、より実践的なお話を致し
ます。
今回は、クーロンの法則電界に関する演習問題を出
題いたします。 普通にクーロンの法則と言いますと「静
電気に関するクーロンの法則」を指しますが、もう一つ「
磁気に関するクーロンの法則」があります。
電荷と、 磁極、 誘電率と透磁率をそれぞれ入れ替えま
すと「磁気に関するクーロンの法則」になります。
考え方は、 どちらも同じですので、 受験直前講座では、
「静電気に関するクーロンの法則」を扱います。
もし、8月期の試験で「磁気に関するクーロンの法則」や
「磁界」 についての問題が出題されても、考え方が同じ
である事を知っていれば慌てずに済む事と思います。

それでは、 「静電気に関するクーロンの法則」と「電界」
について少し、復習をした後、演習問題を出題いたしま
す。

1.「静電気に関するクーロンの法則」の復習

 上の図をご覧下さい。 誘電率が エプシロンの媒質の中
 に Q1 と Q2 の電荷が有ったとします。

 電荷が単独である時は、 何も起こりませんが、 電荷が
 複数個ありますとお互いの間に力:F [N] が働きます。

 力の方向     電荷が”+”と”-”の様に異なる時は、
              引き合う方向
          
電荷が”+”と”+”または、”-”と”-”
            の時
              反発する方向

 力の大きさ:F[N]

        F [N] = Q1・Q2/(4
πεr^2)     (1)

 (1)式は、全ての電気現象の基礎となる重要な法則です
 電気について知れば知るほど有難味を感じます。
 式には、意味が有ります。
 (式をただ、暗記するのは、大変ですが、式が意味すると
  こを知れば、暗記せずに何時でも活用できます。)


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (7)共振回路その2


今回は、 LCRの並列共振回路のお話ですが、 お話を簡単にす
る為に抵抗を除いた LC の並列共振回路といたします。
前回は、お話致しましたLCR の直列共振回路では、 LC の値で
決まる共振周波数の所で電流が最大になりました。 並列共振
回路では、共振周波数で電流がどうなるかを考えてみます。
 

1.共振回路に流れる電流

図-7の回路に流れる電流 I は、

        I = IL + IC                          
         = V/(j・ω・L) + V/{1/(j・ω・C)}    (1)

となります。
(1)式を V でくくって整理してみます。
第1項には、分子と分母に j を掛けています。

         = [ j/(j j・ω・L) +   j・ω・C ]・
V

j j = -1 となりますので、 以下の様に式を書き換えられます


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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (7)共振回路その1


今回と次回の2回に分けて共振回路のお話をします。
共振回路は、無線には無くてはならない回路です。
共振回路がなくては、航空無線や携帯電話等の無線通信 そ
のものが成立しません。
それだけ重要な回路ですから無線従事者の資格試験に出題
されるのは、当然です。
それでは、共振回路とは、一体どの様な物なのかから見て行
きましょう。

1.共振とは?

共振回路のお話をする前に“共振”とは、何かについて考えて
みます。
皆様は、小学校か中学校の頃、 U 字型の音叉を叩かれた事
があると思います。
その時、 今叩いた音叉のそばに同じ音叉を置きますと。 叩か
ない方の音叉が鳴りだしたと言う事を経験した事と思います。
これを共鳴と言います。
共鳴と共振は、同じ事です。

共振の例をもう少し挙げてみます。
日本中の何箇所かにあるお寺の天井に描かれている竜の下
で手を叩きますと竜が鳴いた様な音がします。
更に身近な例でいいますと、ビンの下を持って、ビンの口の手
前へ ご自分の口を当てビンの口の 遠い方の淵へ息を吹きま
す。
息は、 ビンの口の遠い方の淵で息がビンの中へ入っり、 ビン
の外へ行ったりと言うな繰返しを1秒間に数十回から数百回(
ビンの長さによります)繰り返します。
この時の息の進行方向の変化が 1秒間に繰り返される数 (
振動数)とビンの長さで決まる振動数が 同じ時又は、その倍
の周波数の時に音がでます。 このビンの固有の周波数が共
振周波数です。
その他、超高層のビルが地震の周期と合って大きく揺れる等
共振の例は、沢山あります。

2.電気回路での共振とは?

電気回路では、L と C の組合せが共振回路になります。共振
回路には、 今回お話をします直列共振回路と次回お話しをま
並列共振回路があります。

ビンを吹いた時の息に
当たるのは、LC 回路に加わる電源です

ビンの中では、 空気が 固有振動数で振動するのですが、 LC
回路では、 電気が振動するのです。 電気が振動するとは、 ど
う言う事でしょうか?

コンデンサー:”C" へ電池を繋ぎ、コンデンサーの両端電圧が
電池の電圧と同じになったところで、 電池を外し、 コイル: ”L"
を繋ぎます。
”C”に蓄えられた電荷が、 ”L” に電流として流れます。 ”L” は
、磁力と言う形でエネルギーを蓄えます。
”L” にエネルギーが全て移りますと、今度は、 ”L” のエネルギ
ーが 逆起電力と言う形で ”C” へ向かって電荷の移動を起こし
ます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (6)力率その2


今回は、力率の改善についてのお話をします。その前に抵
抗:R とコイル:L の直列回路及び、 R とコンデンサー:C の
直列回路でそれぞれの、力率は、 どうなるのかを見ておき
ましょう。


1.LRの直列回路の力率

 

回路に流れる電流 :I を中心に考えてみます。
抵抗:R に流れる電流:I による電圧降下 R・I は、電流と
同位相です。
そして、 誘導性リアクタンスによる電圧降下は、XI で電
流:I より90度(π/2「rad])進んでいます。
それらを合成した電圧を V = Z I とします。
V と R・I との関係を図-10から見てみます。


      R・I = V・cosφ
       
= ZI・ cosφ
  
∴ cosφ = R/Z               (1)

ここで電力について考えてみます。
電力の意味は、物理的な意味から学ぶのが良いのですが
電力:Pは、 電圧と電流と力率のと覚えておいて下さ
い。
(1)式を使って電力を求めてみます。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (6)力率その1


今回は、電力の計算に必要力率のお話をいたします。
最近、大学の工学部の電気関連の学部においても、力率
を扱わないケースが有る様です。
扱わない理由は、色々有ると思いますが、力率は、難しい
ものでなく、簡単なものですので、航空無線通信士の試験
を受験される方は、 試験に出ると言う事もありますが、 簡
単ですので、今回のお話を通じて理解して下さい。
そして、超簡単に 三角関数が理解出来る方法をお話いた
します。


1.電力とは?

   電力とは? と質問しますと皆様は、以下の様に答えら
   れると思います。

    P(:電力)= V(:電圧) x 電流(:I)        (1)

   直流の場合は、 (1) 式で良いのですが、 前回迄のお
   話 の様に、コイルやコンデンサーが回路内にあります
   と、 電流と電圧の間に位相差が生じてしまいます。
   その位相差を考慮しますと (1) 式は、 (2) 式の様にな
   ります。

    P = VIcosθ                  (2)

   ここで、θは、電圧と電流の位相差です。そして cosθ
  
力率と言います。

   何故、cosθを 電流と電圧の積に掛けるのでしょうか?
   下の図をご覧下さい。

   荷物を右側へ引っ張る様子を描いています。
   荷物を水平移動する事を物理の世界では、「仕事」と言
   います。
   仕事を W とし、水平に動かした距離を L としますと

        W = F・L                  (3)

   となります。
   F は、力です。
   上の図で θ が ”0°” つまり、地面と水平に力を加え
   れば良いのですが、図の場合、θ が ”0°” では、あり
   ません。
   それでは、 θ が ”0°" でない時の 仕事は、 どの様に
   考えれば良いでしょうか?

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (5)LCRのまとめ


今回は、今迄にお話をしてきました電気回路の基本的な素子(部品)
であるコイル(:L)、コンデンサー(:C)と抵抗(:R) のまとめとそれぞれ
を直列に繋いだらどうなるかと言うお話をします。

1.誘導性リアクタンス:XL容量性リアクタンス:XC

     XL = ωL (=2πfL)           
(1)

    XC = 1/(ωC) (=1/(2πfC))      
(2)

2.XL 及び XC と周波数の関係
   
  XL
  周波数が 0[Hz](直流)では、0[Ω]
  周波数が高くなる程大きくなる

  XC
  周波数が 0[Hz] では、無限大の抵抗値
  周波数が高くなる程小さくなる

  
  
R

  周波数によらず、一定

3.XL、XC、R における電圧と電流の位相関係

  XL

  図-1の通り、電流に対して(電流を基準とした場合)電圧は、90°(
  π/2 [rad])進みます

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (4)コンデンサーの働きその3

前回迄に2枚の金属板で絶縁物 (誘電体) を挟んだコンデンサ
ーに電流が流れる仕組み、 電荷を蓄える仕組み そして交流電
圧を加えた時の電圧と電流の位相関係についてお話をしました

今回は、 式を交えて電圧と電流の関係をお話し、その後、演習
問題を出題いたします。


1.コンデンサーに電流が流れるメカニズム

元々、 コンデンサーは、 誘電体の両側に金属の2枚の板を向い
合わせた構造ですので、コンデンサーの内部 ( 2枚の金属板の
間 )には、電流は、直流でも交流でも流れません。
よって、電流が流れるとしているのは、コンデンサーの両端の導
線のみです。
コンデンサーそのものを貫通して 電流が流れる訳では、 ないの
ですが、コンデンサーの両端の導線に電流が流れていますので
コンデンサーを貫いて電流が流れている様に見えます。

( この項の タイトルのコンデンサーに流れる電流のメカニズムは
、 正確には、 コンデンサーの両端の導線に電流が流れるメカニ
ズムと言う事になります。)

皆さんは、QC・V と言う大変重要な式を覚えられるいる事と思
います。 Q は、電荷。 C は、コンデンサーの静電容量、 そして
V は、コンデンサーの両端電圧です。
静電容量:C のコンデンサーに 電荷:Qが貯まるとコンデンサー
の両端電圧は、V になると言う事を表しています。



上の図の様に コンデンサー と抵抗を直列につなぎ 時間 t1 に
SW(スイッチ)を入れます。
その時のコンデンサー に流れる電流(正確には、 コンデンサー
の両端の導線に流れる電流)と コンデンサーの両端電圧をグラ
フにしたものが下の図です。



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前回は、コンデンサーが電荷を蓄える物だと言うお話をしま
した。
それでは、コンデンサーとは、充電池の様な物なのかと言う
事になってしまいます。
しかし、充電池として使うのには、蓄えられる量が不十分で
す。
コンデンサーには、もっと重要な働きがあります。
今回は、そのお話を含めて電磁気の見方としてのコンデン
サーについてお話をします。

( コイルが自己誘導を起こすと言う事が電気回路の章で重
要な意味を持つのと同様にコンデンサーも電気回路におい
て重要な意味を持ってきます。)

前置きが長くなりました。 それでは、コンデンサーの続きで
す。
コイルのお話の時に自己誘導のし易さを 自己インダクタン
スと言いました。 これを "L" で表し単位を [H] (ヘンリー)
と言いました。

コンデンサーの場合は、静電容量と言います。 単位につい
ては、前回お話をしました。単位は、重要ですので、忘れた
方は、前回の記事を見直しておいて下さい。

静電容量は、”C" で表されます。
静電容量:C とコンデンサーに蓄えられる電荷:Q と コンデ
ンサーに蓄えられた電荷によるコンデンサーの 両端電圧:
V との間には、以下の関係があります。
Q と C と V の関係は、 オームの法則と同様に 大変重要
ですので覚えておいて下さい。

       Q  C・V

コンデンサーの両端電圧は、 電荷が一定量蓄えられる間
コンデンサーの両端の導線に電流が流れますので、 その
間は、 上昇し、電流の流れが止まったところで、 上昇も停
止します。
式で言いますと、 C は、 定数で変化しませんが、 左辺の
Q が増えると右辺の V も上昇すると言う事になります。




前回以下の様な図をお見せしました。

器A は、電池に相当します。水の深さ h は、電圧:、V に相
します。そして器B は、コンデンサーです。 器の容量(大
きさ)は、静電容
量です。
そして蓄えられる水の量は、電荷の量:Q です。



上の図(a) における器Aの水が図(b)になりやがて器A の水
全て器B に移り、水の移動は、停止します


今度は、 器Aを器Bと同じもの(コンデンサー)に変え、器B
の置い
てある高さと器A の置いてある高さを逆にします。

すると水は、勢い良く器B から器A へ流れて行きます。
再び水の移動が始まりました。
ここで重要な事は、赤の⇒の様に図(a) とは、 向きが逆
なった
と言う事です。

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TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第12期工学第9章電気回路 (4)コンデンサーの働き

今回から、 前回のコイルに続いて電子回路の 重要部品であ
るコンデンサーについて3回に分けてお話をします。
また、最後には、前回出題いたしました演習問題の解答を行
います。
コンデンサーとは、原理的には、誘電体(絶縁物)を両側から
2枚の金属板で挟んだものです。
よって、コンデンサーには、電流が流れません。
電流が流れない部品が重要なのでしょうか?
実は、電流が流れないのは、直流の電圧を加えて、ある程度
の時間が経った時の話なのです。
と言う事は、極短い時間ならば、絶縁部の両側を金属板で挟
んだコンデンサーに電流が流れると言うのでしょうか?
なにやら面白そうですね。
この記事の見出しでもお話をしましたが、コンデンサーも コイ
ル同様に無ければ 無線機やアンテンそして電子機器や電気
機器 (洗濯機等主たる部品が 電子部品でなく主に交流電源
を使う機器)存在しません。
この様に重要な部品ですが、極めて高い周波数を扱う電子機
器や無線機の中では、 意図しないコイルやコンデンサーが形
成されてしまい、 設計通りの性能や 機能を果たさない場合が
生じてしまう厄介な物となる事もあります。
携帯電話やスマフォの開発には、必ず、ついて廻る問題です。
何故、その様に事になるかを含めてお話をします。

それでは、コンデンサーとは、何か?を具体的に見て行きましょ
う。
(1)コンデンサーとは?
  コンデンサーとは、 電気(電荷を蓄える物だと思って下さ
  い。
  電荷については、特にコンデンサーで重要ですので、 第 8
  章の電磁気の記事を見直しておいて下さい。

(2)構造は?
  下の図をご覧下さい。 A と B は、金属板で、εと書いてあ
  るのは、誘電体(絶縁物)です。
  原理的な構造は、これだけです。
  
(3)コンデンサーの性能?

続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。

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