製品・技術情報
初歩の電波（無線と電波について）
- 2010.03.02
第2章 電磁波とは
「電磁波とは、電界(電場)と磁界(磁場)が相互に作用して組み合わさり、空間を伝達する波のこと。」と定義されます。
- アンテナとは
電気信号を電磁波に変換し、空中に発射するものです。 - 電磁波
ガンマ線、エックス線、紫外線、可視光線、赤外線、電波等が含まれます。 - 電界
電圧がかかっている空間の状態を言います。例えばプラスチックの下敷きをこすって頭に近づけると髪が立つ現象は、静電気が引き起こす電界によるもので、また冬場に発生する静電気により火花が発生する現象(セーター、車のドア、ドアノブ等)は、電界が発生して放電するためです。雷も同様に考えられます。これらは、電荷(物質や原子・電子などが帯びている電気やその量のこと)がプラス側とマイナス側に集まることで電界が発生し、これらが流れると電流と呼ばれます。導体に電圧がかかるとその間に電界が発生します。
- 磁界
ばらまいた砂鉄の上に棒磁石(NとS極を持つ)を近づけるとNからSに向かって砂鉄が一定方向に揃いますが、これは磁界が発生していることを示します。またかつて学校等で実験を行った内容として、コイルと方位磁石を用意し、コイルに電流を流すと方位磁石の針が振れる現象があります。これはコイルで発生する磁界の影響で方位磁石が振れることを意味します。
上記の二つの例は、電磁界が静止している場合の現象ですが、電磁波の場合は交流(交番電流と言います)を流すことで、電界と磁界の大きさと方向が変わります。電磁波は、通常この繰り返しが非常に速い場合です。
基本的に、電界と磁界は直角に交わり一周期の長さは、電磁波の波長と言います。また電磁波は、一秒間に30万km進みますので波長と周波数の関係は、
波長(m) = 300,000,000 / 周波数(Hz)となります。
ここで周波数(Hz)は、一秒間に振動する回数を示します。
2-1) 電磁波と電波の位置づけ
以下は、周波数帯による電磁波の分類です。
繰り返しになりますが、電磁波は、「ガンマ線、エックス線、紫外線、可視光線、赤外線、電波等」を言います。電波は、電磁波の一部で電波法では「3,000GHz(3THz)以下の周波数の電磁波」と規定されています。
単位に関しては、この後「補助単位」の表で示しますので参照して下さい。
| 種類 | 周波数 | 波長 | 主な利用例 | |
|---|---|---|---|---|
| 放射線 | ガンマ線(γ腺) | 3EHz ～ | 0.1nm ～ | 医療 |
| エックス線(x線) | 30PHz ～ 3EHz | 10nm ～ 0.1nm | レントゲン、材料検査 | |
| 光 太陽光 |
紫外線 | 3PHz ～ 30PHz | 100nm ～ 10nm | 偽造防止、殺菌灯 |
| 可視光線 | 300THz ～ 3PHz | 1μm ～ 100nm | LED通信、光学機器 | |
| 赤外線 | 3THz ～ 300THz | 100μm ～ 1μm | カメラ | |
電波 |
マイクロ波 サブミリ波 |
300GHz ～ 3THz | 1mm ～ 100μm | 光通信 |
| マイクロ波 ミリ波(EHF) |
30GHz ～ 300GHz | 1cm ～ 1mm | レーダー | |
| マイクロ波 センチ波(SHF) |
3GHz ～ 30GHz | 10cm ～ 1cm | Wi-Fi(無線LAN)、BS・CS放送 | |
| マイクロ波 極超短波(UHF) |
300MHz ～ 3GHz | 1m ～ 10cm | 電子レンジ、Wi-Fi、MRI | |
| 超短波(VHF) | 30MHz ～ 300MHz | 10m ～ 1m | FM放送、テレビ放送 | |
| 短波(HF) | 3MHz ～ 30MHz | 100m ～ 10m | アマチュア無線、船舶 | |
| 中波(MF) | 300kHz ～ 3MHz | 1km ～ 100m | AM放送 | |
| 長波(LF) | 30kHz ～ 300kHz | 10km ～ 1km | 標準電波 | |
| 超長波(VLF) | 3kHz ～ 30kHz | 100km ～ 10km | 海底探査、IH調理器 | |
| 電磁界 | 極超長周波(ULF) | 300Hz ～ 3kHz | 1,000km ～ 100km | 鉱山通信 |
| 極極超長波(SLF) | 30Hz ～ 300Hz | 10,000km ～ 1,000km | 送電線、潜水艦 |
2-2) 電波の用途
以下は、電波の周波数帯による分類です。
| 種類 | 周波数 | 主な利用例 | |
|---|---|---|---|
| 電波 | マイクロ波 サブミリ波 |
300GHz ～ 3T | 光通信、非破壊検査 |
| マイクロ波 ミリ波(EHF) |
30GHz ～ 300GHz | レーダー、プラズマ診断、衛星通信 | |
| マイクロ波 センチ波(SHF) |
3GHz ～ 30GHz | BS・CS放送、Wi-Fi、気象レーダー、ETC | |
| マイクロ波 極超短波(UHF) |
300MHz ～ 3GHz | 携帯電話、電子レンジ、Wi-Fi、ZigBee、Bluetooth、GPS、RFID、PHS、地上デジタルTV、コードレス電話 | |
| 超短波(VHF) | 30MHz ～ 300MHz | FM放送、テレビ放送、警察、消防、防災無線 | |
| 短波(HF) | 3MHz ～ 30MHz | アマチュア無線、船舶、RFID、航空、短波ラジオ | |
| 中波(MF) | 300kHz ～ 3MHz | AM放送 | |
| 長波(LF) | 30kHz ～ 300kHz | 標準電波、RFID | |
| 超長波(VLF) | 3kHz ～ 30kHz | 海底探査、潜水艦、IH調理器 |
2-3) 補助単位，国際単位系の接頭語
周波数とか波長は、非常に大きな値から非常に小さな値まで幅広く存在し、利用されます。以下の補助単位の利用により、どのような値も一目で分かり易くなります。
| 記号 | 名称 | 倍数 | コンピューター関係 | |
|---|---|---|---|---|
| k | kilo | キロ | 103、千 | 210 = 1,024 |
| M | Mega | メガ | 106、100万 | 220 = 1,048,576 |
| G | Giga | ギガ | 109、10億 | 230 = 1,073,741,824 |
| T | tera | テラ | 1012、1兆 | |
| P | peta | ペタ | 1015 | |
| E | exa | エクサ | 1018 | |
| Z | zetta | ゼタ | 1021 | |
| Y | yotta | ヨタ | 1024 | |
| d | deci | デシ | 10-1、分 | |
| c | centi | センチ | 10-2、厘 | |
| m | milli | ミリ | 10-3、毛 | |
| μ | micro | マイクロ | 10-6、微 | |
| n | nano | ナノ | 10-9、塵 | |
| p | pico | ピコ | 10-12、漠 | |
| f | femto | フェムト | 10-15、須臾 | |
| a | atto | アト | 10-18、刹那 | |
| z | zepto | ゼプト | 10-21、清浄 | |
| y | yocto | ヨクト | 10-24 |
キロビットとは一般的に考えれば1kbit = 1000bitとなりますが、1Kbit = 1024bitのことで、キロバイト KiloByte とは 1024byteのことが多く、この場合は特に Kbit, Kbyteと大文字で書き、『ケイ』と読むことがあります。