直接的に間接的に電波は様々な経路を通る。マルチパス・回折・フェージングについて

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「きれいに重なると大きくなって、真逆に重なると消えてしまうものってなーんだ」 このナゾナゾをだしたら、皆んなはなんて答えるんだろう。例えば「恋愛感情」とかって答えるのかもね。お互いの思いが重なったら気持ちが大きくなって、真逆にすれ違ったら消えてしまう。出題者の考えた答えは…

目次

電波は様々な経路を通る。マルチパスと回折について

流々星 奏

自由空間(理想の空間)での電波の飛び方は学びましたけど、現実の世界には色々な障害物がありますよね。どうなるんですか?

ルウェルナ

障害物の材質によって、吸収されたり反射したりします。コンクリートのように電波を反射しやすい材質もありますので、様々な経路を通って伝わります。これをマルチパス:Multi Passと呼びます。
マルチは英語で複数、パスは経路や通過という意味です。

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ルウェルナ

もう一つ、電波は障害物を回り込む性質があります。
これを回折 : Diffractionと呼びます。波長が長いほど、電波は障害物を回り込みやすく、短いほど回り込みにくくなります。

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流々星 奏

混同しちゃいそう…

ルウェルナ

整理すると、回折は一つの波が障害物の背後に回り込む物理的な現象で、マルチパスは電波が回折・反射等にて複数の経路で相手に届く状態を示します。

回折 : 一つの波が障害物の背後に回り込む物理的な現象

マルチパス : 電波が回折・反射等にて複数の経路で相手に届く状態

電波は重なって大きくなったり小さくなったり。フェージングについて

流々星 奏

電波ってスマートフォンやそのほかにも色々な用途で使われていると思うけど、ぶつかったりしないんですか?

ルウェルナ

電磁波の性質として、異なる周波数(波長)の電磁波は互いに影響しないという特徴があります。ぶつかってもすり抜けていくというイメージです。例えば、光も電磁波、スマホの電波も電磁波ですが、周波数が異なるためお互いに影響しません。
家の照明がついている中でもスマホは問題なく使えますよね。

流々星 奏

周波数(波長)が同じだったら…自分が出した電波同士がぶつかったりしないんですか?

ルウェルナ

ぶつかっていますよ。

ルウェルナ

周波数(波長)が同じ場合には次のようになります。
波が同じ向きで綺麗に重なったら波が増幅して、波が逆方向にずれて重なったら減衰する。完全に真逆に重なったら波が消えてしまいます。

ルウェルナ

この現象を干渉フェージング : fadingと呼びます。英語の fade(弱まる、衰える、消えていく)が語源であり、音楽がゆっくり消えていく「フェードアウト」のフェードと同じです。
マルチパスが途中の状態なら、フェージングはその結果として起こる信号が増減する現象を指します。

フェージング : 電波の干渉などによって、受信信号がゆらゆらと変動(増減)する現象

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流々星 奏

同相とか逆相って、波形を見るとなんとなくわかるんですけど”相”って言葉を使うんですね。

ルウェルナ

そうですね。位相という表現をしますがそれは次の機会に説明します。まずは電波の振る舞いを覚えてもらえるといいかな。

アクティブノイズキャンセリングも同じ原理

ルウェルナ

ノイズキャンセリングヘッドホンは使ったことがありますか?

流々星 奏

使ってますよ。

ルウェルナ

逆相の波形を合成して打ち消すという技術が利用されています。まず周囲の音(雑音)をマイクで拾います。拾った音を位相を逆にして重ね合わせると、きれいに周囲の雑音が消えます。

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ルウェルナ

ノイズが消えるのですが、完全に無音になるわけではありません。完全な無音環境は人にとってイレギュラーな状況(人体に悪影響)になります。著者はこの類のヘッドホンを使うとちょっと不自然(耳が詰まったような違和感、圧迫感)な感じがします。人によって合う合わないがあるかもしれないですね。

流々星 奏

原理まで気にしたことがなかったけど、フェージングと共通点があるんだね。

ルウェルナ

共通項を探すプロセス自体も面白いと思います。電波に限定せずに「逆に重ね合わせると消えるもの」って他にも色々ありそうですよね。

マルチパスの体験談 : 25G無線LAN

マルチパスについて著者の体験談 : 25G無線LANを現場で設置した時のことです。対向で受信したレベルを見ながらアンテナの方向調整をしていたのですが、受信レベルがピークの場所にあわせたら、あれ? アンテナが相手の方向を向かずに結構下の方を向いているぞ、ということがありました。お互いのアンテナの方向がぴったりマッチした点が必ずしも受信レベルのピークになるとも限りません。(最終的には、アンテナを相手の方向に正確に向けた点でのピークに合わせました)

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ルウェルナ

電波って目に見えないから困るよね。単に受信レベルが高ければ良いっていう分けでもないので注意が必要です。本来の電波に反射した波が重なっているとレベル的には高くても邪魔が入っている状態(データ伝送エラーの要因)になります。

illust-looking-smartphone-girl

スマホに飛んでくるメッセージは気にしても、電波を気にしている人なんてこの世の中に極々わずかしかいないよね。目には見えないけれどいつも身近にいる存在。ナゾナゾの答えはもちろん「電波」なんだけど、スマホを持っている女の子がいま抱いているであろう「恋愛感情」のほうを正解にしたいかな…

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