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2007年7月17日 (火)

インターンシップ打合せ→開口面アンテナ

みなとみらいのメディアタワー。N社でインターンシップの打合せ

インターンシップの初日にオリエンテーションを組んでいただいているので、生徒の事前引率は不要。しかし、書類の交換などの打合せのために訪問した。

半日刻みで様々な事業所での実習をプログラムしていただいた。横須賀での次世代携帯電話の研究部門など私が見学したいくらいだ。もう25年も前の話だが、理工学部の電子通信科という学科で、電波・通信を専攻していた。この業界の話になると今でもワクワクする。

■話はそれるが、というより、こちらを書きたくて気が焦るのだが。。

T摩高校で数学を教えていた頃は、数3の受講生を2次曲線の補習だと言って集め、開口面アンテナの理論をトクトクと教えたものだ。開口面アンテナとは、パラボラ・カセグレン・グレゴリアンアンテナで代表される反射鏡を利用したもの。それぞれ、放物面・放物面+双曲面・放物面+楕円面でできている。共通した特徴は、並行に入る波が、反射によって、全て一点(焦点)に、しかも同時に到着すること。これを微分法を利用して証明していくのが補習のネライ。工学系出身なので、心がけて、使うための数学を教えていた。

■これはWikipediaにも書かれていないようです。

開口面アンテナの理論を簡単な例で示す

  1. 楕円形の部屋をつくって、一つの焦点から四方八方に同時にボールを蹴りだす。すると、異なるタイミングで壁で跳ね返ったボールが、もう一方の焦点に同時に集まる。
  2. 放物線を軸中心に回転してできる曲面に、軸に平行にボールが何個も同時に飛んできた。すると、異なるタイミングで面で跳ね返ったボールが、同時に焦点で衝突する。
  3. 1の楕円面の一部と2の放物面の軸と焦点を合わせておく。軸に平行に飛んできた光は、放物面で異なるタイミングで反射し、同時に放物面の焦点(ここに楕円面の一方の焦点を置く)でクロスし、そのまま楕円面の一部で異なるタイミングで反射し、楕円面の他方の焦点に同時に集まる。これがグレゴリアンアンテナの理論。最終的に光が集まる焦点に、導波管を置けば、アンテナになる。
文章だけでは分かりにくいので、近々に図を描いて提示します。

2の代わりに、双曲面を置いたものをカセグレンアンテナといい、この理論はカセグレン望遠鏡と同一。
つまり、1点(双曲面の焦点)に同時に収束すべき光が、その前に置かれた双曲面で異なるタイミングで反射すると、その双曲面の他方の焦点の位置に同時に収束する。

■h○hh○hさんならば、ドリトルで視覚的に確認するプログラムを組んでくれるかも。当該校の授業に使えるはず。夏休みに相談。

よくN○○のビルの上の鉄塔についているアンテナ群は、これらの開口面アンテナにカバーがついていたり、パラボラアンテナの一部だけ切り出したホーンアンテナ。指向性が高く、遠方のアンテナと1対1で通信する。

パラボラアンテナよりもカセグレンアンテナ・グレゴリアンアンテナの優れた点がある。サブディッシュ(副反射鏡)は小さく軽いので3本程度のフレームで支えることができる。焦点の位置を調整することで、メインディッシュ(主反射鏡)の中心(頂点)あたりに導波管を設置することができ、機械的な構造に安定感がある。
しかし、導波管から発する電波は中心部の密度が高く、この部分にサブディッシュがあるので電波の損失は否めない。

■ここまで書くと、話はさらにエスカレートする。続きは、次の記事に記述する。

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コメント

メインディッシュ上でミートするわけね。

投稿: aromatic Kam | 2007年7月17日 (火) 23時19分

そうです。放物面の頂点あたりに楕円面(双曲面)の焦点を設計して、そこに送受信装置をすれば、構造的に安定したアンテナになる訳です。

単純に放物面だけのパラボラアンテナでは、その焦点に送受信機をフレームで固定しなければならないので、構造的にきつくなります。衛星テレビ用のアンテナはこの変形タイプが多いですね。

投稿: VX | 2007年7月17日 (火) 23時32分

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