ニュース - アンテナ利得の原理、アンテナ利得の計算方法

アンテナ利得とは、理想的な点源アンテナを基準とした、特定方向におけるアンテナの放射電力利得を指します。これは、特定方向におけるアンテナの放射能力、つまりその方向におけるアンテナの信号受信効率または放射効率を表します。アンテナ利得が高いほど、アンテナは特定方向において優れた性能を発揮し、より効率的に信号を受信または送信できます。アンテナ利得は通常、デシベル（dB）で表され、アンテナの性能を評価する重要な指標の一つです。

次に、アンテナ利得の基本原理やアンテナ利得の計算方法などについて説明します。

1. アンテナ利得の原理

理論的に言えば、アンテナ利得とは、実際のアンテナと、空間内の特定の位置にある理想的な点源アンテナが同じ入力電力で生成する信号電力密度の比です。ここで点源アンテナの概念について言及します。それは何ですか？実際には、均一に信号を放射すると想像されるアンテナであり、その信号放射パターンは均一に拡散した球面です。実際、アンテナには放射利得の方向（以下、放射面と呼びます）があります。放射面上の信号は理論上の点源アンテナの放射値よりも強くなり、他の方向への信号放射は弱まります。ここでの実際の値と理論値の比較がアンテナの利得です。

写真はRM-SGHA42-10製品モデルゲインデータ

注目すべきは、一般の人がよく目にするパッシブアンテナは送信電力を高めるどころか、送信電力を消費してしまうことです。それでも利得があると見なされるのは、他の方向を犠牲にして放射方向を集中させ、信号利用率を向上させるためです。

2. アンテナ利得の計算

アンテナ利得は、実際には無線電力の放射の集中度合いを表すため、アンテナの放射パターンと密接に関連しています。一般的には、アンテナの放射パターンにおいてメインローブが狭く、サイドローブが小さいほど利得は高くなります。では、アンテナ利得はどのように計算すればよいのでしょうか？一般的なアンテナの場合、G (dBi) = 10Lg {32000/(2θ3dB, E × 2θ3dB, H)}という式で利得を推定できます。
2θ3dB, E と 2θ3dB, H は、それぞれ 2 つの主平面上のアンテナのビーム幅です。32000 は統計的な経験データです。

では、100mWの無線送信機に+3dBiの利得を持つアンテナが搭載されているとしたら、それは何を意味するのでしょうか？まず、送信電力を信号利得（dBm）に変換します。計算方法は次のとおりです。

100mw = 10lg100 = 20dbm

次に、送信電力とアンテナ利得の合計である総送信電力を計算します。計算方法は次のとおりです。

20dbm+3dbm=23dbm

最後に、等価送信電力は次のように再計算されます。

10^（23/10）≈200mw

言い換えれば、+3dbi ゲインのアンテナは、同等の送信電力を 2 倍にすることができます。

3. 共通利得アンテナ

一般的な無線ルーターのアンテナは全方向性アンテナです。放射面はアンテナに垂直な水平面上にあり、この部分で放射利得は最大になります。一方、アンテナの上下方向の放射は大幅に弱まります。まるで信号バットを少し平らにしたような感じです。

アンテナゲインは信号の「整形」に過ぎず、ゲインの大きさは信号の利用率を示します。

一般的なプレートアンテナもあります。これは通常、指向性アンテナです。放射面はプレートの正面にある扇形の領域にあり、他の領域の信号は完全に弱まります。まるで電球にスポットライトカバーを取り付けたようなものです。

つまり、高利得アンテナは到達距離が長く信号品質も優れているという利点がありますが、個々の方向（通常は無駄な方向）への放射を犠牲にしなければなりません。低利得アンテナは一般的に指向性範囲は広いものの、到達距離は短いという利点があります。無線製品は工場出荷時に、メーカーが使用シナリオに合わせて設定するのが一般的です。

皆様に、ゲインの良いアンテナ製品をいくつかお勧めしたいと思います。