電磁波: 波長と種類

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このページの最終更新日: 2024/12/15

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。

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。

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。

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。

By Philip Ronan, Gringer - File:EM spectrum.svg and File:Linear visible spectrum.svg, CC BY-SA 3.0, Link
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。
By SuperManu - Self, based on Image:Onde electromagnetique.png, CC BY-SA 3.0, Link
「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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