電磁波

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このページの最終更新日: 2020/03/19

  1. 概要: 電磁波とは
  2. 電磁波の波長と種類
  3. モバイル通信方式

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概要: 電磁波とは

ここは本来、電磁波 electromagnetic wave についての基礎的なページにする予定であるが、通信技術関係の情報を整理する必要があったので、そちらをまとめることにした。

理化学辞典 (Amazon) では、「真空または物質中を電磁場の振動が電波する現象をいう」と定義されている。つまり、電磁波とは、電場と磁場の変化を伝播する波動のことである。

電場と磁場は互いに垂直であるため、電磁波は図 (3) のようにこれらを x 軸および y 軸に、波の進行方向を z 軸にして表されることが多い。



電磁波の波長と種類

波動である電磁波によって、波長 wavelength および周波数 frequency は重要なパラメーターである。これらのパラメーターによって次のように分類されている。

なお、それぞれの波長の境界に統一的な基準はなく、分野や国によって異なる可能性があるので注意すること。



波長 (nm) 名前と特徴

< 0.01

ガンマ線

0.01 - 10

X 線

10 - 380

紫外線 Ultraviolet, UV。

380 - 760

可視光線。

760 - 1 x 106

赤外線。

105 - 109

マイクロ波。一般に、これよりも長い波長の電磁波が「電波」と呼ばれる。この表に見るように、以下の分類よりも範囲が広く、さらに細分化されている。

  • dm 波: デシメートル波、波長 108 nm - 109 nm (10 cm - 1 m), ultra high frequency (UHF)
  • cm 波: センチメートル波、波長 107 nm - 108 nm (1 cm - 10 cm), super high frequency (SHF)
  • mm 波: ミリメートル波、波長 106 nm - 107 nm (1 mm - 10 mm), extremely high frequency (EHF)
  • サブミリ波: 波長 105 nm - 106 nm (0.1 mm - 1 mm)

109 - 1010

超短波

1010 - 1011

短波

1011 - 1012

長波

1013 - 1014

超長波

1014 - 1017

極超長波


それぞれの波には、全体として以下のような特徴がある。

  • 波長が短いほど、光子のもつエネルギーは大きい。γ 線や X 線は電子に直接作用する。
  • それらよりも波長が長い可視光線や赤外線は、分子に吸収されて熱振動に変わったり、化学反応を引き起こしたりする。
  • 波長が長いほど、電磁波の透過性および直進性が大きくなる。

TEM 波: Transverse electromagnetic wave の略で、電磁波のうち、電場も磁場も進行方向に垂直で、完全な横波になっているものをいう (2)。自由空間の平面波は TEM 波である。


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モバイル通信方式

G は generation のことで、科学的な定義ではなさそうである (4)。

1 G

アナログ方式

2 G

デジタル方式

3 G

約 14 Mbps の通信速度。

3.9 G = LTE

~ 100 Mbps の通信速度。LTE は Long Term Evolution であり、4 G へ向けて長期間の発展を目指す技術であるとして名付けられた。4 G と呼ばれることもあるが、4 G へ繋がる技術として 3.9 G と称されることもある。

4 G

100 Mbps 以上の通信速度。

5 G

LTE の約 10 倍の速度になると見込まれている (4)。早さだけではなく、大容量、低コスト、多数の端末接続対応などの利点も盛り込んだ次世代のネットワークシステムとして使われる言葉である。


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References

  1. By Philip Ronan, Gringer - File:EM spectrum.svg and File:Linear visible spectrum.svg, CC BY-SA 3.0, Link
  2. Amazon link: 岩波 理化学辞典 第5版: 使っているのは 4 版ですが 5 版を紹介しています。
  3. By SuperManu - Self, based on Image:Onde electromagnetique.png, CC BY-SA 3.0, Link
  4. 「3G」「LTE」「4G」、次世代「5G」への歴史を見れば違いがわかる. Link: Last access 2020/03/19.

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