長波アンテナの原理と最適な長さの計算

 

長波アンテナの原理と最適な長さの計算

短波（SW: Shortwave）や長波（LW: Longwave）ラジオ、アマチュア無線通信において、アンテナの長さは電波の受信/送信性能において重要な要素となります。一般的に、周波数が低いほど（波長が長いほど）より長いアンテナが必要となり、これは電波物理学の基本原理に基づいています。

今回は、5.5MHzの短波ラジオを受信する際の最適なアンテナの長さを、科学的に計算し、その理由を理論的に説明していきます。

1. 電波の基本原理: アンテナの長さと波長の関係

アンテナの最適な長さを計算するためには、**電波の波長（λ、wavelength）**を求める必要があります。
電波の波長は次の公式で求めることができます。

λ = c / f

• c : 光速（真空中で約299,792,458 m/s、通常は300,000,000 m/sで近似）
• f : 周波数（Hz）

2. 5.5MHzラジオ受信のための最適アンテナ長さの計算

λ = 300,000,000 / 5,500,000 = 54.54m

つまり、5.5MHzの周波数の電波は、約54.54mの波長を持っています。

アンテナの最適長さは、波長の特定の分数倍に従います。一般的には、1/2波長（λ/2）または1/4波長（λ/4）が最も効率的なアンテナの長さです。

(1) 1/2波長アンテナ（Half-Wave Antenna）

L = λ / 2 = 54.54m / 2 = 27.27m

• 送受信効率が非常に高い
• 設置スペースが広く必要
• 一般的なダイポール（Dipole）アンテナ形態

(2) 1/4波長アンテナ（Quarter-Wave Antenna）

L = λ / 4 = 54.54m / 4 = 13.64m

• サイズが半分に減少
• 効率は1/2波長に比べて少し低い
• グラウンド（接地）が必要な場合がある

(3) 5/8波長アンテナ（Five-Eighths Wave Antenna）

L = 5λ / 8 = (5 × 54.54m) / 8 = 34.09m

• 特定の方向により強い信号を送信可能
• 受信感度が向上

3. アンテナ長さが重要な理由: 共振（Resonance）とインピーダンス整合

(1) 共振（Resonance）の原理

アンテナは、特定の周波数で共振状態になることで効率的に電波を送受信できます。
アンテナの長さが**電波の整数倍（1/2λ、1/4λなど）**であれば、電波が効率的に反射されて送信されます。
アンテナが不適切な長さである場合、信号が反射して損失が発生し、受信感度が低下します。

(2) インピーダンス整合（Impedance Matching）

送受信機とアンテナは、正確なインピーダンス（通常は50Ωまたは75Ω）のマッチングが必要です。
1/2波長アンテナは通常73Ωのインピーダンスを持っているため、50Ωの無線機器と比較的よく合います。
1/4波長アンテナは、接地やチューナーを追加することで最適な性能を発揮します。

4. デジタル無線機と強制調整方法

デジタル無線機（例: DMR、C4FM、D-STARなど）の場合、周波数や変調方式が異なるため、アンテナを強制的に調整する必要がある場合があります。

チューナーの使用

自動アンテナチューナー（ATU）を使用すれば、アンテナ長さを変更せずに周波数のマッチングが可能です。
ただし、チューナーを使用すると一部の信号損失が発生することがあります。

ローディングコイル（Loading Coil）の追加

物理的に長いアンテナを使用できない場合、ローディングコイル（誘導性素子）を追加することで電気的に長さを調整できます。
ただし、効率が若干低下する可能性があります。

マルチバンドアンテナの活用

特定の周波数（5.5MHzなど）に合わせたマルチバンドアンテナ（例: G5RV、End-Fedなど）を使用することで、柔軟な運用が可能です。

5. アンテナの種類と特徴の比較

アンテナ種類	長さ（5.5MHz基準）	特徴
1/2波長ダイポールアンテナ	27.27m	送受信性能が優れており、設置スペースが必要
1/4波長バーティカルアンテナ	13.64m	スペースを節約できるが、接地が必要
5/8波長アンテナ	34.09m	特定方向に信号を強化できる
ロードアンテナ（コイル付き）	5〜10m（コイル含む）	小型化可能だが、性能が低下
チューナー組み合わせアンテナ	可変	様々な周波数に対応可能だが、効率が低下

結論: 5.5MHz短波ラジオ受信のための最適なアンテナ

✅ 設置スペースが十分にある場合: ➡ 1/2波長ダイポールアンテナ（27.27m）を使用するのが最も効率的です。

✅ スペースが不足している場合: ➡ 1/4波長バーティカルアンテナ（13.64m）+接地追加または
➡ ロードアンテナ（コイル付き、約5〜10m）を使用

✅ デジタル無線機と混合使用する場合: ➡ 自動チューナー（ATU）またはローディングコイルを使用して強制調整が可能です。

追加考慮事項: 電離層反射と受信性能

5.5MHzは電離層反射（Ionospheric Reflection）を利用して、長距離（数千km）の受信が可能です。
アンテナの設置位置（高さ）、方向、ノイズシールドが重要です。
屋外環境では、エンド・フェッド（End-Fed）アンテナも効果的な場合があります。

✅ 結論として、5.5MHzで最適な性能を求めるなら、27.27mのダイポールアンテナを使用するのが最良であり、スペースが不足している場合は1/4波長アンテナやチューナーの組み合わせを検討すべきです。