アンテナの仕組みは？どうしてテレビが映るようになるの？

アンテナにはいろいろな種類があるのをご存知ですか？私たちが日常的に使っているテレビや携帯電話、ラジオなど、これらの無線機器にとってアンテナはとても重要な存在です。アンテナがなければ、私たちは今の生活を送ることはできないでしょう。
そこで今回はアンテナの仕組みや種類についてご紹介していきます。

アンテナとは？

アンテナの仕組みを知るためには、まずアンテナとはどんな装置なのかを理解しましょう。

アンテナとは、給電線によって送られてきた高周波電力を空間に効率よく放射し、空間を進んでくる高周波電力を受けとめて効率よく給電線に送り込む装置のことです。
送信機のアンテナは高周波エネルギーを空間に放射し、受信機のアンテナはそれをキャッチし電気に変換します。アンテナは使用する周波数に応じた長さでなければ、電波を効率良く放射したり受信することができません。

優れた送信アンテナは優れた受信アンテナにもなり、一般的な使い道ではアンテナは1つで両方の役目をしています。

アンテナの種類

アンテナの仕組みは、アンテナの種類によって異なります。アンテナの種類と用途を簡単にみていきましょう。

ホイップ／ロッドアンテナ

uxcell 43mm 伸縮アンテナ ホイップアマチュアラジオ RC玩具ラジコン

ラジオや携帯電話などに使われているアンテナです。無指向性アンテナで、どの方向でも電波の送受信をすることができます。

ダイポール／タブレットアンテナ

ダイヤモンド HFV5 7/14/21/28/50MHz帯短縮V型ダイポールアンテナ HFV-5

アマチュア無線などで使用されています。ケーブルの先に2本の直線状の導線が左右対称に付いた形状をしており、構造が最も簡単なアンテナといわれています。

八木／宇田アンテナ

SODIAL(R)2.4GHz 16DBI-18DBI八木無線LANオムニ無線アンテナ1.5m 無線LAN用アンテナ

テレビアンテナなどに使用されているアンテナです。指向性が強いため、送信局に方向を合わせる必要があります。
このアンテナはダイポールアンテナの前後に電波を導く導波器と、電波を反射させる反射器をつけた構造になっており、広範囲に電波発信できるレーダー性能と遠距離からの電波受信が可能です。

パラボラアンテナ

Premiertek 2.4GHz★屋外用 24dBi 無線LAN グリッド パラボラ アンテナ NJ

衛星放送の受信に使用されているアンテナです。放物曲面をした反射器を持つ凹型の形状が特徴で、とても指向性が強く電波の電力を効率良く扱うことができます。

ループアンテナ

MW(中波)用ループアンテナ TECSUN AN-200

AMラジオの受信などに使用されているアンテナです。磁界の変化をキャッチし、用途に合わせて方形または円形に導線を巻いた形状をしているのが特徴です。

誘電体アンテナ

高周波用誘電体セラミックスを使用したことによって小型化、高機能化が実現できるアンテナです。

アンテナの指向特性

アンテナには「指向性アンテナ」と「無指向性アンテナ」があります。
指向性のあるアンテナは通信相手の方向が決まっている場合などに使用します。周囲に余計な電波を放射せず、他方向からのノイズも拾いません。そのため小電力でも効率良く伝送できます。

一方、無指向性のアンテナは周囲に無駄な電波を放射したり、あらゆる方向からノイズを拾ってしまいます。しかし、それによって通信相手がどこにいても通信することが可能です。広範囲で使うことの多いモバイル機器などに適しています。

この大まかなアンテナの仕組みの違いは、用途に合わせてた使い道が異なるため非常に重要なのです。

アンテナの仕組み

アンテナの種類や用途についてはご理解いただけましたか？。少し複雑ですが、アンテナの仕組みについて簡単に説明していきます。

放送局から電波送信の仕方

放送局のテレビカメラで撮影された映像は、プリズムを通して光の三原色(赤・緑・青)に分解され、電気信号に置き換えられます。置き換えられた電気信号は、高周波の搬送波にのせて発信されます。
そして、テレビ塔や東京タワーなど高い所に設置された送信アンテナから電波として空中に発射されるのです。

アンテナに受信する仕組み

高周波電流によって磁界が生じ、磁界が生じると電界が生じます。この現象を「電磁誘導」といい、この電磁誘導を繰り返しながら空間を伝わっていきます。
そして空間を伝わった電波を、金属でできたアンテナが捕えて受信する仕組みです。

選局・映像出力の仕方

テレビ放送局では、映像を走査線として描くことができるように分解して電気信号に変えます。
さらにそれを送信アンテナから電波として空中に発信し、受信アンテナからキャッチした電波は、テレビにつながり電気信号から再び走査線に変換されてテレビに映る仕組みです。

走査とは

テレビでは光の三原色を1組として画面に向かって左上から右へ順番に点滅させます。この点が集まってできた行を走査線といいます。
この走査線を約1/30秒で画面の下まで上から順番に走らせ、画面の一番右下まで走査し終わると1枚の絵が完成します。つまり1秒間に30枚の絵がパラパラ漫画のように映し出されているようなもので、この仕組みによって動く映像として見ることができるのです。

この走査線の数は、アナログテレビなど今までのテレビでは525本でしたが、ハイビジョンでは約2倍の1125本になっています。それによって地デジなどのハイビジョンはきれいに見えるというわけです。

まとめ

アンテナの仕組みについてはご理解いただけましたか。アンテナにも電波にも様々な種類があります。それぞれの仕組みと特徴を理解して、用途に合わせたアンテナを選ぶといいでしょう。また電波法の規定によって、無線モジュールなどのアンテナが付いている特定小電力機器は違うものに取り替えることはできないので注意しましょう。