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定在波
(standing wave)

周期、速さ、振幅が同一で逆方向に進行する波が重なると、 波がその場で振動するように見える現象が生じる。 これは、定在波、あるいは定常波と呼ばれる。

高周波においては、このような現象は、 伝送線路を伝搬する信号が反射される際に良く見られる。

次の例では、右端が短絡された伝送線路を右方向に進む入射波 (青) が 右端の短絡箇所で逆相で反射されて伝送線路を逆方向に進行する反射波 (青) を生じている。 それらを合成した波 (紫) は全く進行せずにその場で振動しており、 右端 (短絡箇所) では入射波と反射波が打ち消し合って常にゼロ、 それから λ/4 離れた位置では元の波の振幅の倍となっている。 それよりも左側では、振幅がゼロとなる箇所が右端から λ/2 毎に、 また振幅が最大となる箇所がそれから λ/4 離れた位置に繰り返して現れる。

一方、右端を開放とした場合、反射が同相で生じ、 合成波の振幅が最小となる位置と最大となる位置が先ほどと逆となる。

上記のいずれの場合も、合成波の最小の振幅はゼロ、最大の振幅は入射波の振幅の2倍であり、 従って定在波比は ∞ となる。

線路が短絡された箇所から λ/4 の位置での振幅は入射波の振幅の倍となっているが、 これは線路が開放された箇所での振幅と同一であり、 従ってその位置から線路が短絡されている方向 (この図で右側) を見ると 線路がその場で開放しているように見えることがわかる。 一方、線路が開放された箇所から λ/4 の位置での振幅はゼロで、 これは線路が短絡された箇所での振幅と同一であり、 従ってその位置から線路が開放されている方向を見ると 線路がその場で短絡しているように見えることがわかる。

入射波の一部のみが反射する場合、すなわち反射波の振幅が入射波の振幅よりも小さくなる場合には、 先ほどの2つの例とは異なり合成波はその場に留まるようには見えないが、 この場合も合成波の振幅は場所によって異なったものとなる。 反射が逆相で生じている場合を示す次の例では、合成波の振幅は、 右端で最小、そこから λ/4 の位置で最大となっている。

反射が同相で生じている場合、先ほどと逆となり、 合成波の振幅は右端で最大、そこから λ/4 の位置で最小となっている。

これらの2つの例では、最小の振幅はゼロではなく、 従ってその定在波比は1よりも大きい有限の値となる。

右端で反射が生じない場合には、合成波は入射波と同一となり、 その振幅は一定で、従ってその定在波比は1となる。

このような現象は伝送線路上に限られたものではなく、波が空間を伝搬する場合にも生じる。


by Tom Sato, 2016-02-13