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カーテンアレイは、短波無線帯域で使用される、大型の多素子指向性無線送信ワイヤーアンテナの一種です。 [ 1 ]これらは、垂直面に吊り下げられた複数のワイヤーダイポールアンテナで構成される反射アレイアンテナの一種で、多くの場合、多数の長い平行ワイヤーでできた平らな垂直スクリーンでできた「カーテン」反射板の前に配置されます。[ 1 ]これらは、高さが最大90メートル（300フィート）に達する一対の高い鉄塔の間に張られた支持ワイヤーによって吊り下げられています。[ 1 ]主に長距離の電離層反射波（またはスキップ）送信に使用され、地平線のすぐ上の空に浅い角度で電波ビームを放射し、それが電離層によって反射されて地平線の向こう側の地球に戻ります。カーテンアレイは、大陸をまたぐ広範囲に放送するために、国際短波ラジオ局によって広く使用されています。[ 1 ]
カーテンアレイは強力な指向性を持つため、政府のプロパガンダ放送局が国境を越えて他国へプロパガンダ放送を送信する際に頻繁に利用される。例えば、ラジオ・フリー・ヨーロッパやラジオ・リバティは、東ヨーロッパへの放送にカーテンアレイを使用していた。
カーテンアレイは、長距離短波放送に関する多くの実験が行われていた1920年代から1930年代にかけて開発されました。その基本的な概念は、単純なダイポールアンテナに比べて利得や指向性を向上させることであり、具体的には、1つまたは複数のダイポールをより小さな物理的空間に折り畳むか、複数のダイポールを配置して放射パターンが互いに強め合うようにすることで、特定のターゲットエリアにより多くの信号を集中させることを目指していました。
1920年代初頭、ラジオのパイオニアであるグリエルモ・マルコーニは、助手であるチャールズ・サミュエル・フランクリンに、短波長電波の伝送特性に関する大規模な調査を実施し、長距離伝送への適合性を判断するよう依頼した。フランクリンは1924年に最初のカーテンアレイアンテナシステムを発明し、これは「フランクリンシステム」または「イングリッシュシステム」として知られている。[ 2 ] [ 3 ]
その他の初期のカーテンアレイには、1927年にエドモンド・ブルースが特許を取得したブルースアレイ[ 4 ]と、1929年にアーネスト・J・スターバが特許を取得したスターバカーテン[ 5 ]がある。ブルースアレイは垂直偏波信号を生成するが、スターバアレイ（および後のHRSアンテナ）は水平偏波信号を生成する。
スターバカーテンアンテナは、広く普及した最初のカーテンアンテナであり、 1930年代から1940年代にかけてベル電話会社をはじめとする多くの電話会社が、大西洋横断電話回線に使用しました。しかし、狭帯域設計であり、機械的な手段でしか方向制御ができません。
カーテンアレイは、イギリスのチェーンホームネットワークなど、初期のレーダーシステムの一部で使用されました。冷戦時代には、ボイス・オブ・アメリカ、ラジオ・フリー・ヨーロッパ、ラジオ・リバティ、および同様の西ヨーロッパの組織が、西側メディアを検閲していた共産主義国に向けてプロパガンダ放送を送信するために、大型のカーテンアレイを使用しました。
駆動素子は通常、半波長ダイポールで、同位相で給電され、反射面の前面の 1/4 波長の平面上に設置されます。反射線はダイポールと平行に配置されます。ダイポールは垂直に立てて垂直偏波で放射することもできますが、水平 偏波 の方が地表反射による吸収が少ないため、ほとんどの場合水平に設置されます。最下段のダイポールは、地表反射が放射パターンに干渉しないように、地上から 1/2 波長以上高い位置に設置されます。これにより、放射の大部分が地平線から数度上の狭い主ローブに集中し、電離層反射 波 の伝送に理想的になります。カーテンアレイは、単純なダイポールアンテナよりも20 dB高い利得を持つ場合があります。 [ 1 ]位相の厳密な要件のため、初期のカーテンアレイは帯域幅が狭かったのですが、現代のカーテンアレイは最大 2:1 の周波数比をカバーするように構築でき、複数の短波帯をカバーできます。[ 1 ] [ 6 ]
各ダイポールの中心に給電する場合、複雑なインピーダンス整合を必要とする「ツリー」状の伝送線路構造が必要となるが、複数のダイポールを直列に接続して複雑な折り畳み型ダイポール構造を形成し、一点から給電することが多い。
ビームの方向を制御できるようにするために、アレイ全体を回転可能な単一の大きなタワーからカンチレバーアームで吊り下げることがあります。ALLISSアンテナを参照してください。あるいは、アンテナを動かさずにビームを電子的に旋回できるフェーズドアレイとして構築された最新のバージョンもあります。各ダイポールまたはダイポール群は、電子的に調整可能な位相シフターを介して給電されます。位相シフターは、オン/オフ切り替え可能なコンデンサとインダクタの受動ネットワーク、または個別の出力RFアンプによって実現されます。隣接する水平ダイポール間に一定の位相シフトを加えることで、放射パターンを失うことなく、ビームの方向を方位角方向に最大±30°まで旋回させることができます。 [ 7 ]
伝送システムは地政学的な理由から最適化されている。地政学的な必要性から、一部の国際放送局は、高帯域、中帯域、低帯域HRSカーテンの3つの独立したアンテナアレイを時折使用する。
HF放送スペクトルをカバーするために3つのカーテンアレイを使用することで、高度に最適化されたHF伝送システムが構築できますが、3つ以上のカーテンアレイは建設と維持にコストがかかるため、1990年代半ば以降、新たなHF中継局は建設されていません。しかし、最新のHRSアンテナ設計は長寿命であるため、1992年以前に構築された既存のHRS短波伝送システムは、今後もしばらくの間は利用可能であると考えられます。
1984年以来、CCIRはカーテンアンテナを記述するための標準化された命名法であるCCIR HF送信アンテナを作成しており、これは1～4 文字のアルファベットとそれに続く3桁の数字で構成されています。
例えば、「HRS 4/5/0.5」カーテンアンテナは、20個のダイポールが長方形に配列されており、幅4個、高さ5個のダイポールで構成されています。最下段は地面から半波長の高さにあり、その背後には平面反射板が配置され、ビームの方向を旋回させることができます。16個のダイポールを備えたHRS 4/4/0.5旋回式アンテナは、世界中の短波放送局で見られる標準的なアレイアンテナの一つです。
HRS型アンテナは、最も一般的なカーテンアレイアンテナの一つです。その名称は、上記のCCIR命名法に由来しており、水平ダイポールアンテナのアレイと、その背後に配置された反射鏡から構成され、ビームは方向制御可能です。これらのアンテナは「HRRS」（可逆反射鏡）とも呼ばれますが、付加されたRはほとんど使用されません。
しかし、1930年代半ばにはすでに、オランダ放送局は世界規模の放送網構築のために回転式のHRSアンテナを使用していた。1950年代以降、HRS設計は長距離（ 1000km以上 ）高出力短波放送のほぼ標準となっている。
HRS型アンテナは基本的に、支持塔間に張られた従来のダイポールアンテナの長方形配列です。[ 8 ]最も単純なケースでは、各ダイポールは垂直方向に1 / 2λずつ離れており、各ダイポールの中心は水平方向に1λずつ離れています。また、最も単純なケース（正面ビームの場合）では、すべてのダイポールは互いに同位相で同じ電力で駆動されます。放射はカーテンの正面に集中します。
双極子アレイの後方、通常は波長の約1/3の位置に、双極子と同じ向きに配置された多数の平行線からなる「反射板」が設けられます。これがなければ、カーテンは前方と後方に均等に放射されることになります。
アンテナの名称に「S」が付いている場合は、ステアラブル設計です。ITU勧告に従って、「スルーアブル設計」と呼ばれることもあります。[ 7 ]これは、ダイポールアンテナ素子の列に供給される信号の電気波位相を電子的に調整することによって、またはアンテナアレイを大型の回転機構に物理的に取り付けることによって実現できます。この例はNRK Kvitsøyで見ることができます。そこでは、円形の鉄道が一対の車輪付きプラットフォームを運び、それぞれのプラットフォームが直径アームの両端にタワーを支えています。カーテンアンテナアレイはタワー間に吊り下げられ、タワーが円形の鉄道を一周するにつれて一緒に回転します。別の物理的な回転技術はALLISSシステムで採用されており、アレイ全体が非常に頑丈な中央の回転可能なタワーの周りに構築されています。
電気的に方向転換するアンテナアレイは通常、アンテナの物理的な方向から±30°の範囲で方向を調整できますが、機械的に回転するアレイは360°全方向に対応できます。電気的方向転換は通常、水平面内で行われ、垂直面でも多少の調整が可能です。
ダイポールアンテナの列数と地上からの最下段の高さによって仰角が決まり、結果としてサービスエリアまでの距離が決まります。
アンテナ設置場所の詳細によっては、設計者の計画を狂わせ、打ち上げ角度や整合に悪影響を及ぼす可能性があることに注意してください。
これは、理論的なHRS設計の短波中継局の一例です。これにより、HRSアンテナの指向性をより深く理解できるでしょう。
これは、HRSアンテナのみを使用している放送局の不完全なリストであり、国名順に並べられています。
ブラジル
イギリス
ドイツ
スペイン
アメリカ合衆国
一部の携帯型戦術アンテナシステムでは、依然としてHRタイプのアンテナが使用されているが、アンテナが回転可能なため、HRSタイプはほとんど使用されていない。
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