質問: アマチュア無線、アンテナの電圧分布・電流分布が起きる理由を教えてください。条件によっては分布に節ができることも説明できる理由が知りたいです。 *** 質問の背景ですが、λ/2DPアンテナを例にエレメント上の電荷密度、電荷の流れからエレメントの先端で電圧分布は最大になり給電点で電流分布は最大になると教わりその通りだと思って納得していました。つまり、給電点の電位差がゼロから最大値に向かっていく過程で電荷は給電点からエレメントの先端に向かって流れていくので、先端ほど電荷密度が高くなる結果電圧分布は高くなり、逆に先端から電荷が流れなくなっていくので電流分布は小さくなると理解していたのです。その時、その理屈ならエレメント長や周波数に関係なく常にエレメントの先で電圧分布が最大になるのでは?とも思っていました。 その疑問が顕在化したのはλ/2ツェップアンテナの電圧電流分布図を見たときです。DPとは逆に給電部で電流分布が最小となっており、先に教わった電荷説が通用しなかったからです。さらに、144/430のデュアルバンドの電圧分布を見ると430に2か所節があり、これも先に教わった電荷説では説明がつかず混乱しているのが現状です。
回答: まず、金属中の電子は気体分子と同じような性質を持っています。 (1) 非常に軽く、移動する範囲(?)に比べて十分小さいので、大きさを無視することができる。 (2) 電子同士(気体同士)はたがいに反発し合って、できるだけはなれようとする。 (3) 従って、金属中の電子の集団は容器の中の気体と同じように圧縮することができる。 そこで、両端を閉じた管の中の気体(気柱)の共鳴と、一定の長さの金属線の中の電子の共振は同じような現象であると考えてください。 気柱の共鳴については、図(A)の様な図を見たことがあるでしょう。これは「3倍音」に共鳴している気柱の様子を描いています。 しかし、よく考えると、この図は何を表しているんでしょうか。音は縦波(疎密波)なのに、この図は横波で描いてあります。 実は、図(A)は、気体分子の動く速度を表したグラフです。両端(e)は閉じていて気体分子は動けないので、速度が0です。(1)の部分は気体分子が左右に高速で動いています。注目すべきは、(e)のほかに、(2)のように気体分子が動かないところがあることです。この部分を「節」といいます。 「気体分子の動く速度」は「電子の動く速度(=電流)」に相当します。つまり、図(A)はアンテナでいうと3倍の周波数に共振しているときの電流分布を表しています。 図(B)は管の中の圧力分布のグラフです。両端(e)は閉じているところに分子が押し寄せてくるので、気体の密度(圧力)が最大になります。(1)の部分は高速で分子が左右に移動しているので、分子が集中することはなく、気体の密度(圧力)が最低になります。 「気体の密度(圧力)」は「電子の密度」従って「電界の強さ」を表します。つまり、図(B)はアンテナでいうと3倍の周波数に共振しているときの電圧分布を表しています。 以上、共振しているアンテナの中で電圧分布や電流分布ができる理由を、気柱の共鳴を用いて説明しました。 ツェップアンテナの問題も、これでお分かりになったかとは思いますが、また別便でしつこく説明します。