＜コラム＞電波とその周波数

電波は、運動や熱と同じくエネルギー形態のひとつで、電磁波とも呼ばれます（実は、光は電磁波の一種です）。日本の電波法およびITU*3によって管理・改訂されている国際電気通信条約附属無線通信規則では、電波とは周波数3000GHz以下の電磁波と定義されています（周波数の求め方については後述します）。

無線機器類から放射されるこの電波ですが、実際に可視化するのは容易ではありません。そこで、電波の発生と伝搬については、イメージしやすいよう金属などの導体棒に正弦波の交流電流を流したときの現象から説明されています。

*3 ITU：International Telecommunication Unionの略で、国際電気通信連合のこと。政府間協力などを通じて電気通信と情報通信技術についてのグローバルな標準化活動（標準規格の策定）をおこなっている。

図4 電波の伝搬イメージ

図4に、そのときの電波の進行のようすを示します。実際には立体的に電波は広がりますが、ここでは導体を垂直方向としたときに進行する電波に注目して、伝搬のようすをあらわしています。電界*4と磁界*4が互いに直角（直交）を保ち、磁界の変化が電界を作る、そして 電界の変化が磁界を作るという作用を繰り返し、正弦波振動として伝わります。電波の主な性質をあげると次のようになります。

• ［1］進行方向に対して、電界と磁界の振幅（強さ）が垂直に変化し、かつ電界と磁界も互いに垂直に伝搬する横波である。
• ［2］伝搬する速さは光と同じである。
• ［3］電波には媒質がない（空気が振動して波として伝わり、それが耳に入ることで音を感じます。このときの空気を媒質といいます）。

［3］の性質は日常感覚から離れていますが、宇宙空間のような真空中でも伝搬する電波は、現在、電界と磁界という空間そのものが振動していると考えられています。

*4 電界と磁界
電界とは電気的な力が働く空間、磁界とは磁気的な力が働く空間のことをいう。図5は、電圧印加により発生する電界の範囲、および磁石の周辺に生じている磁界の範囲を、それぞれ矢印線で示したイメージである。なお、工学分野では電界・磁界、物理分野では電場・磁場と呼ばれることが多い。

図5 電界と磁界がおよぶ範囲のイメージ

ところで、当コラムの冒頭にて、電波は周波数3000GHz以下の電磁波であると記載しました。その周波数f（Hz）の求め方は、図4の電波の波長λ（m）と光の速さc（3×108m/s）とすると、f＝c/λにより計算できます。電磁波は、表1にて触れたとおり、その周波数の範囲（周波数帯域）で分類されています（図6）。

図6 周波数の区分による電磁波の分類

電磁波の周波数の分類規則は、いくつか存在します。図6ではITU指定の分類をもとに、IEEE*5指定の周波数帯の名称―Lバンド、Sバンドほかを加えています（表4）。また、定義は定まっていないが慣例的に使われている用語―マイクロ波、ミリ波なども記載しています。

*5 IEEE（アイトリプルイー）：Institute of Electrical and Electronics Engineersの略で、米国電気電子学会のこと。電気電子情報関連分野の研究を目的とする世界最大の学術団体である。IEEEでは業界主導で技術専門家が規格を作成するが、特定のプロジェクトなどにおいては、ITUとともに標準化に取り組むこともある。

表4 マイクロ波帯の名称（IEEE指定）

図7 直感的な電波の伝搬イメージ

*6 電界ベクトルと磁界ベクトル
両ベクトルとも、右回り回転かつ回転の速さを表現しているベクトルである（この意味で“回転ベクトル”とも呼ばれる）。ともに、速度ベクトルのように物体など何かが動く方向を示しているわけではない。

*7 マクスウェル方程式
電気と磁気の関係をすべて表現している電磁界に関する基本方程式。電気磁気の初学者が習うクーロンの法則も、この方程式から導くことができる。