Antenna Polarization（アンテナの偏波）

アンテナの偏波（Antenna Polarization）とは、アンテナが放射または受信する電界ベクトルの空間的な向きを表す概念です。偏波の整合性は、信号伝送の効率と通信品質に大きく影響します。送受信側の偏波が一致していない場合、信号損失が発生します。

定義と概要

偏波は、電磁波が空間を伝播する際の電界ベクトルの軌跡を示します。偏波の種類は以下の3つに大別されます：

• 直線偏波（Linear）：電界が一定の軸に沿って振動

• 円偏波（Circular）：電界ベクトルがらせん状に回転

• 楕円偏波（Elliptical）：直線と円の中間的な回転特性

送信機と受信機の偏波が一致することで、信号強度の最大化と干渉の最小化が実現されます。

偏波の種類

直線偏波（Linear Polarization）

電界が一定方向に沿って振動します。

• 垂直偏波：地表に対して垂直な振動方向。携帯通信や地上波通信で一般的

• 水平偏波：地表と平行な振動方向。テレビ放送やFMラジオで利用

円偏波（Circular Polarization）

電界ベクトルが進行方向に対してらせん状に回転します。

• 右旋円偏波（RHCP）：アンテナ背面から見て時計回り

• 左旋円偏波（LHCP）：反時計回り。衛星通信で多用され、機器の向きによるロスを抑制

楕円偏波（Elliptical Polarization）

直線と円偏波の中間形。マルチパス環境や偏波が不安定な通信路において有効。

偏波損失係数（PLF）

送受信アンテナの偏波が一致しないと、偏波ミスマッチ損失が発生します。これは偏波損失係数（PLF）として定義されます：

PLF = |cos(θ)|²

ここで：

• θ = 送受信アンテナの偏波ベクトル間の角度

例：

• θ = 0°（完全整合）：PLF = 1（損失なし）

• θ = 90°（直交）：PLF = 0（理論上の全損）

現実には反射や散乱により、損失は約20～30 dB程度に収まるのが一般的です。

例：偏波ミスマッチ

垂直偏波の携帯電話が、同じく垂直偏波の基地局と通信する場合、最適な受信が可能です。端末を90°回転（水平偏波）させると理論上は受信できなくなりますが、実際には環境反射により一定の信号は届きます。

ワイヤレスシステムにおける重要性

偏波は以下の要素に大きく関与します：

• リンク品質とカバレッジ

• 干渉除去と帯域再利用

• 空間的な信号分離（MIMO等）

活用分野：

• 携帯通信・地上波通信

• 衛星通信（GNSS含む）

• レーダーおよび航法システム

• 都市環境におけるマルチパス無線通信

偏波ダイバーシティにより、複数の偏波を用いてフェージングを抑制可能です。
交差偏波分離（XPD）は、高密度ネットワークでの周波数再利用を助けます。

偏波別の代表的用途

• 垂直偏波：携帯電話、ハンディ無線

• 水平偏波：テレビ・FMラジオ放送

• 円偏波：衛星・GNSS（GPS、Galileo、Beidou）