情報工学
I
今日のテーマ
• 今日は、テレメータについて学びます。
• 内容は
– 電波の性質。
– 周波数と波長。
– 医用テレメータシステム。
• などです。
電波の性質
• 「電磁波」は、
– 低周波電磁
場
から
–
γ（ガンマ）線まで、
– 波長によって
• 「呼び名」 • 「性質」 • 「使用方法」– などが大きく異なる。
電磁波の波長と呼び名
周波数 波長 呼び名 用途など 30kHz以下 10km以上 超長波（VLF） 電波時計 30kHz～300kHz 1km～10km 長波（LF） 長波放送、潜水艦との通信 300kHz～ 3MHz 100m～1km 中波（MF） ラジオ放送 3MHz～ 30MHz 10m～100m 短波（HF） 海外向けラジオ放送 30MHz～300MHz 1m～10m 超短波（VHF） テレビ 300MHz～ 3GHz 0.1m～1m 極超短波（UHF） テレビ、携帯電話、無線LAN 3GHz～ 30GHz 0.01m～0.1m センチ波（SHF） 衛星放送、レーダー 30GHz～300GHz 0.001m～0.01m ミリ波（EHF） 車載レーダー 300GHz～3THz 0.0001m～0.001m サブミリ波/遠赤外線 － 3THz～370THz 810nm～0.0001m 赤外線 加熱 370THz～790THz 380nm～810nm 可視光 － 790THz～30PHz 10nm～380nm 紫外線 殺菌 30PHz～300EHz 0.001nm～10nm X線 レントゲンなど 3EHz以上 0.1nm以下 γ線 放射線 h%p://www16.plala.or.jp/PC-‐MURA/Dennjiha.htm「場」
/電磁界
•
Field （場）
– スカラー「場」とベクトル「場」 – 目には見えなくても、空間にエネルギーが 存在していて、その量や「方向」などが空間内で 変化している。 • 身の回りの「空気」の「密度」のように、変化していてもなかなか気 づかない。 • 流れや力は「ベクトル場」（重力など） • 磁場や電場も「ベクトル場」で、温度などは「スカラー場」• 磁場
– 磁石の力の働いている場所 – 金属を近づけると、力が働く。• 電場
– 磁場と同じように存在している。東京スカイツリー
• なぜ、東京スカイツリーは必要になっ
たか？
– 東京に、観光新名所が必要になった？
– 東京タワーがあったのに・・・
• 衛星通信でも良かったのに、公共事業が 必要だったから？という説もありますが・・・ラジオ波とマイクロ波
•
AM放送のラジオ波
–
NHK: 594kHz→ 波長: 約500m
• 建物の影などにも回り込める。「空間全体」に伝わる ので、建物の中でも受信できる。 – 波長よりも長い幅も高さも600m以上の建物では難しい!•
FM放送やテレビ電波
–
NHK: 映像91.25MHz, 音声95.75MHz 波長:3m
• 波長よりも長い構造物で遮蔽されるため、ビルなどの 影には届かない。 → 電波障害• 地上波ディジタル放送： マイクロ波領域
–
NHK: 中心周波数 557MHz, 波長 約 54cm
• 50cmより大きいものの影には、回り込めない。→「直進性」障害物を避ける送信
– （どう考えても、障害物を避けるなら、衛星通信が
効果的だとは思いますが・・・）
メンテナンスは地上の方がしやすいから？
• 高い方が遠くに届く
障害物を回避できる
• というのが
よく言われる理由
h%p://amor1029.exblog.jp/12751035/波長と性質
• 「低周波電磁場」は、
周囲の「空気」と同じよ
うに、そこにある
（「場」：
Field）という感
じの性質を持つ。
• マイクロ波・光になると、
「
直進性
」が重要に
なってくる。
– 「波長によって性質が
変わる」の？
人間の大きさや、人間の作っ た建造物、原子や分子の大 きさと、電磁波の波長との相 対的な関係によるので、「波 動」としての性質や振る舞い は、実は変わっていない。 身長10kmの人の 世界では、中波も 「直進性」が強い ことになる。 でも、私達は人間の今の大 きさなので、「性質が変わる」 と覚えていいと思う。 ホイヘンス=フレネルの原理： Wikipedia
短波長の電磁波（再掲）
• マイクロ波など、波長の短い電磁波：
–
減衰が激しい
。（遠距離に届かない）
– 直線性が強い（ビルなどの影に回り込まない）
– 建造物や、周囲の「モノ」の大きさとの関係による。 • だから、高い送信アンテナが必要– 波長ごとの電磁波の特徴は、理解しておくと良い。
電磁波の波長と呼び名
周波数 波長 呼び名 用途など 30kHz以下 10km以上 超長波（VLF） 電波時計 30kHz～300kHz 1km～10km 長波（LF） 長波放送、潜水艦との通信 300kHz～ 3MHz 100m～1km 中波（MF） ラジオ放送 3MHz～ 30MHz 10m～100m 短波（HF） 海外向けラジオ放送 30MHz～300MHz 1m～10m 超短波（VHF） テレビ 300MHz～ 3GHz 0.1m～1m 極超短波（UHF） テレビ、携帯電話、無線LAN 3GHz～ 30GHz 0.01m～0.1m センチ波（SHF） 衛星放送、レーダー 30GHz～300GHz 0.001m～0.01m ミリ波（EHF） 車載レーダー 300GHz～3THz 0.0001m～0.001m サブミリ波/遠赤外線 － 3THz～370THz 810nm～0.0001m 赤外線 加熱 370THz～790THz 380nm～810nm 可視光 － 790THz～30PHz 10nm～380nm 紫外線 殺菌 30PHz～300EHz 0.001nm～10nm X線 レントゲンなど 3EHz以上 0.1nm以下 γ線 放射線 h%p://www16.plala.or.jp/PC-‐MURA/Dennjiha.htmウルトラとスーパー：どちらがすごい？
• HF: High Frequency 短波（高周波）
• VHF: Very High Frequency 超短波 {大変高周波?} • UHF: Ultra High Frequency 極超短波 {超高周波?}
• 300MHz〜3GHz, 波長10cm〜1m [ごくちょうたんぱ、と読む]
• SHF: Super High Frequency センチ波 {極高周波?}
• EHF: Extremely High Frequency ミリ波 {絶高周波?}
• つまり、Very < Ultra < Super < Extremely 大変 < 超 < 極 < 絶 ・・・という感じか？ センチ波、ミリ波などは「正式」な呼び名ですが、 {}内は、決して暗記しないで下さい。 「大変すごい」<「超すごい」<「極すごい」<「絶すごい」 は私が言ってるだけです。 でも、Ultra vs. Superは、Superの名前勝ち! 画像は、無料壁紙、広告サイトのDVDジャケットから。
第
18回国家試験問題
【
18P22】情報工学
医療用テレメータに割り当てられている周波数
の帯域はどれか。
1. ＨＦ
2. ＶＨＦ
3. ＵＨＦ
4. ＳＨＦ
5. ＥＨＦ
答(3)Ultra vs. Super (VGAの場合）
VGA (Video Graphics Array) 640 × 480 SVGA (Super-VGA) 800 × 600 XGA (eXtended Graphics Array) 1024 × 768 SXGA (Super-XGA) 1280 × 1024 UXGA (Ultra-XGA) 1600 × 1200 WUXGA (Wide-Ultra-XGA) 1920 × 1200 QXGA (Quad-XGA) 2048 × 1536 QUXGA (Quad-Ultra-XGA) 3200 × 2400 コンピュータ画面の画素数の話題です。 こちらは、Ultraの圧勝
ここで改めて・・・
• 医療用テレメータなどに使われている
周波数
300MHz〜3GHz
波長
0.1m(10cm)〜1mの
電波の呼び名は
• 日本語では何で、
英語の略称は何でしょうか？
• もう一つ、 周波数
3GHz〜30GHz
波長 0.01m(1cm)〜0.1m(10cm)
• の電波の呼び名は？
特定小電力無線
73.6MHz 74.8MHz ワイヤレスマイクロフォン 75.2MHz 76.0MHz ワイヤレスマイクロフォン補聴援助用 142.93MHz 142.99MHz 動物検知通報システム 169.39MHz 169.81MHz ワイヤレスマイクロフォン補聴援助用 312MHz 315.25MHz テレメータ/テレコントロールなど 322MHz 323MHz ワイヤレスマイクロフォン 402MHz 405MHz 体内埋め込み型医療用データ伝送用/体外無線制御装置 410MHz 430MHz テレメータ/医療用テレメータ 433.67MHz 432.17MHz 433MHz帯国際輸送用データ伝送用無線設備(ARIB) 440MHz 470MHz テレメータ/医療用テレメータ 806MHz 810MHz ワイヤレスマイクロフォン 950MHz 958MHz 950MHz帯移動体識別用無線設備（ARIB) 1215MHz 1260MHz ミリ波レーダ／ミリ波データ伝送 10.5GHz 10.55GHz （屋内専用）ミリ波データ伝送 24.05GHz 24.25GHz ミリ波レーダ／ミリ波データ伝送 59GHz 66GHz ミリ波レーダ／ミリ波データ伝送 76GHz 77GHz ミリ波レーダ特定小電力医用テレメータ
• この周波数だけしかダメという訳ではないが・・・
第
18回国家試験問題
【
18A54】生体計測装置学
医療用テレメータについて誤っているのはどれか。
1. ゾーン配置は建物の構造によって異なる。
2. 近接する周波数にはアマチュア無線帯域がある。
3. 送信周波数は420〜450MHzの範囲にある。
4. 受信アンテナの長さは波長の1/4倍に設定する。
5. ４０バンドが割り当てられている。
答（5）第
24回国家試験
【
24P44】生体計測装置学
430MHzの小電力医用テレメータで使用するアンテ
ナの長さ
[cm]に最も近いのはどれか。
1. 1
2. 7
3. 35
4. 70
5. 100
答(3) 波長は、 3×108[m/s] ÷ 430×106[Hz] = 0.70[m] ですが・・・医療用ダイポールアンテナ の場合、1/2波長が最適。医療用テレメータ（例）
第
20回国家試験問題
【20P21】情報工学 答(2) 通信について誤っているのはどれか。 a. より合わせ銅線ケーブルによる有線通信は、固結ケーブルに比べ 電磁妨害に強い。 b. 光ファイバによる有線通信は、より合わせ銅線ケーブルに比べ電 磁妨害に強い。 c. 建物内での電波による無線通信では、マルチパスフェージングが 生じる。 d. 周波数変調(FM)は直流を含んだ信号を送信できる。 e. 医用テレメータは中波帯の電波を使用している。マルチパスフェージング
• マルチパス（
mulkple path）とは、電波が建物
などに反射し、いろいろな通り道を通って受信
アンテナに届くこと
• フェージング（
fading）は、電波の強さが時間
的に変動する現象
– 建物内で、送出波と半波長
ずれた反射波が重なると
信号が打ち消されてしまう。
h%p://www.nhk.or.jp/strl/publica/dayori-‐new/jp/qa-‐0401.html第
23回国家試験
【
23P27】生体計測装置学
小電力医用テレメータについて誤っているのはど
れか。
1. 送信周波数は420〜450 MHz である。
2. ディジタル変調にFSK変調方式を用いる。
3. A〜Eの５バンドが割り当てられている。
4. 同一ゾーン内では同一色ラベルの送信機を用
いる。
5. 送信アンテナは誘導コードと兼用できる。
答(3)ディジタル変調方式（再掲）
• 教科書
P143
–
ASK: Amplitude Shil Keying
• 振幅偏移変調方式
–
FSK: Frequency Shil Keying
• 周波数偏移変調方式
–
PSK: Phase Shil Keying
• 位相偏移変調方式
–
QAM: Quadrature Amplitude Modulakon
ASK, FSK
•
ASK (Amplitude Shil Keying)
•
FSK (Frequency Shil Keying )
バンドの分割
• 分割の方式で、
A型〜E型に分かれる。
テレメータ／テレメトリとは
• 今さら・・という話題ですが、
•
Telemetering, Telemetry とは「遠隔計測法」
Telemeterは、
Telemetry
の計測装置
• 観測対象から離れた地点から様々な観測を行
い、そのデータを取得する技術
• 医療以外では、原子力、宇宙開発、野生動物研
究などによく用いられている。
動物の行動追跡
• 無線送信機をつけて、行動の様子を受信す
るのがテレメトリ。
h%p://www.seidensha-‐ltd.co.jp/~seiden/koudouiki.html
