電波・アンテナ設計の
実践テクニックと基礎理論

金属板・GNDへの密着を避ける

アンテナやLINBLEを大きな金属板（筐体GND・基板GND）に密着させると、アンテナ特性が極端に低下します。

アンテナはできるだけ高い位置に設置する

送受信アンテナの高さが同条件の場合、アンテナを高い位置に設置するほど電波の到達性が向上します。またアンテナの高さを合わせることも重要です。

金属筐体内部にアンテナを入れない

全体が金属に囲まれた筐体の内部にアンテナを設置すると、電波性能が大幅に低下します。対策としては：

• 筐体に開口部（穴）を設ける
• アンテナを外部に突き出す構造にする（MW-A-D85､MW-A-D123､MW-A-BP01がおすすめです）
• 誘電体（樹脂など）の筐体に変更する

アンテナ周囲の金属に注意、磁石は電波に無影響

アンテナの周囲に金属があると特性が変化します。設置前に周辺金属部品・配線の位置を確認してください。

送受信アンテナの向き（偏波）を揃える

通信を行う際は、送信側と受信側のアンテナの向き（偏波）を揃えないと、効率よく通信できません。

• 垂直偏波（V）：電界が地面に対して垂直に振動
• 水平偏波（H）：電界が地面に対して水平に振動
• 送受信双方の偏波を一致させることで通信品質が向上

逆Fアンテナ（例：MW-A-P1934 / モノスティック内蔵）

逆Fアンテナは λ/4 系アンテナです。GND面をアンテナの一部として利用するため、GNDの大きさ・形状によって共振周波数が大きく変化します。

逆Lアンテナ（例：LINBLE-Z2 内蔵）

逆Lアンテナも λ/4 系 です。GND面が「もう半分」として機能するため、GNDのサイズ・形状が共振周波数に強く影響します。

モノポールアンテナ（ラジコン用・マッチ棒・ワイヤー）

ラジエータ長は 約 32 mm が基本。GND面がアンテナの一部として働き、全体として λ/2 相当の動作をします。GNDの大きさ・形状・接地の取り方が性能に大きく影響します。

チップアンテナもGNDの大きさに依存する

チップアンテナは小型で扱いやすい反面、その特性は一般的にGND面の大きさに依存します。基板設計時はデータシートが推奨するGNDサイズを厳守することが重要です。

GND依存アンテナへのハーネス接続に注意

逆F・逆L・モノポールアンテナ（GND面利用 λ/4 系）に電源・データ通信用ハーネスを接続すると、それらがGNDや導体として作用し電波特性に大きな影響を与えます。

プリント基板・誘電体上のアンテナで小型化

プリント基板などの誘電体上にアンテナを構成するとアンテナを小型化できます。ABS等の誘電体に密着させた場合も同様の効果があります。

あえて指向性を絞って特定方向に電波を集中させる

八木アンテナのように特定の方向へ強く電波を放射するアンテナを使うことで、通信距離の延伸や混信防止が可能です。

• 電波方向に制限をかけることで混信を防ぐ
• 反射板を追加することで前面方向の利得を上げられる
• 指向性が高いほど利得は上がるが、向きの調整が重要になる

出力が 6 dB 向上すると距離が約 2 倍になる

アンテナ利得や送信出力を 6 dB 改善すると、通信距離がおよそ 2 倍に伸びます。アンテナの選択・設置改善は出力アップと同等の効果をもたらします。※電波法への影響について気になる方は別途モノワイヤレスまでご相談ください。

使用環境・目的別の選択指針

通信距離に合わせたアンテナ・設置の選び方

電荷・電界・磁界の基本

電荷とは、電子や陽子といったミクロな粒子が持つ電気的な性質です。同符号の電荷は反発し、異符号の電荷は引き合います。

• 電荷が存在するだけで、まわりに電界という影響圏が発生する（電界のガウスの法則）
• 電荷が移動（＝電流）すると、電界に加えて磁界という影響圏も発生する
• 磁界は必ずループを形成し、単独の磁極（モノポール）は存在しない（磁界のガウスの法則）

電界と磁界は「観測者」によって見え方が変わる

電界・磁界は観測者と電荷の相対的な関係によって異なって見えます。これは相対性理論の帰結の一つです。

なぜ電磁波（電波）が空間を伝わるのか

電荷の移動が時間的に変化する（交流電流）場合、周囲の電界・磁界も時間とともに変化します。もし電界・磁界が「単独で」変化して終わってしまうと、エネルギー保存則や相対論（電界と磁界の相互関係）という自然界のルールに矛盾が生じます。その結果、次のプロセスが連鎖して空間を伝わっていきます：

電波はなぜ発生するのか？

電荷が加速度運動（振動）すると電界と磁界が時間的に変化し、空間を伝わる電波となります。

• 交流電流：電界・磁界が時間変化 → 電波が発生
• 直流電流：変化なし → 電波は発生しない（過渡状態を除く）
• 磁石：磁界は時間変化しない → 電波を発生させない
• 高温の物体：原子内電荷が激しく振動 → 光・電波を放射

電磁気学の基本4法則

電波の発生を説明する4つの法則をまとめたものがマックスウェルの方程式です。

電波の主な特性

• 周波数による性質の違い：低周波は遠くまで届きやすく、高周波は直進性が強い
• 反射・屈折・回折：金属・建物・地形で曲がったり反射する
• 減衰：距離・障害物・吸収物質によって弱くなる
• 偏波：垂直・水平・円偏波など、電波の向きが通信品質に影響する
• マルチパス伝搬：直接波・反射波・回折波が混ざりフェージングが発生
• 媒体不要：真空中でも伝わる

アンテナの種類と特徴

• ダイポールアンテナ（例：MW-A-P4208）
  最も基本的なアンテナ。他のアンテナ性能評価の基準。2.4 GHz 時の物理長は約 62 mm（λ/2）。
• ループアンテナ（例：MW-A-P2525）
  周長が波長相当 → 約 125 mm が必要（2.4 GHz 時）。小型ループは動作原理が異なり、GNDの影響が比較的少ない。

サイズ・反射板・指向性の関係

• 大きくなると：利得が上がる
• 反射板があると：前面から強い電波が出る（逆側は弱くなる）
• 指向性：利得が高いほど指向性は細くなる
• 小さくなると：利得が下がる（基本的に何かしらの性能が低下）

偏波とは — 電界の振動する方向

偏波とは、電波の電界（E）が振動する方向を指します。地上に設置されたアンテナでは、電界の向きによって以下のように分類します。