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A「T」アンテナ、「T」アンテナ、またはフラットトップアンテナは、2 つの支持無線マストまたは建物の間に吊り下げられ、両端が絶縁された1 つ以上の水平線で構成されるモノポール無線アンテナです。 [ 1 ] [ 2 ]垂直線は水平線の中央に接続され、地面近くに垂れ下がり、送信機または受信機に接続されます。アンテナの形状は文字「T」に似ているため、この名前が付けられました。 送信電力は、垂直線の下部と接地接続の間に印加されるか、受信機が接続されます。[ 1 ]
密接に関連するアンテナとして、逆L型アンテナがあります。これはT型アンテナと似ていますが、垂直給電線が水平トップロード線の中央ではなく、片方の端に取り付けられている点が異なります。その名前は、逆さまにした「L」字（Γ）に似ていることに由来します。T型アンテナは全方位アンテナで、あらゆる方位角方向に均等な電波を放射しますが、逆L型アンテナは指向性が弱く、給電線が取り付けられている端からトップロード線の方向に最大の電波を放射します。
T 型アンテナと逆 L 型アンテナは、通常VLF、LF、MF、短波帯で使用され、[ 3 ] [ 4 ] : 578–579 [ 2 ]アマチュア無線局の送信アンテナとして広く使用され、[ 5 ]長波 および中波AM放送局でも使用されています。短波受信用の受信アンテナとしても使用できます。これらは容量性トップローディングを備えたモノポールアンテナとして機能します。このカテゴリの他のアンテナには、アンブレラアンテナとトライアティックアンテナがあります。これらは、無線電信時代のラジオの最初の数十年、1920 年以前に発明されました。
「T」型アンテナは、3つの機能部分から構成されていると考えると最も分かりやすいでしょう。
トップロードのワイヤは対称的に配置されることが多く、トップハットの反対方向の対称ワイヤを流れる電流は互いの電界を打ち消し合い、正味の放射は発生しません。同様の打ち消しは、接地システムでも同じように発生します。原理的には、静電容量ハット（トップハット）とその対応する接地システム（カウンターポイズ）は互いに鏡像となるように構築できます。しかし、垂直セクションの頂点でトップハットの水平ワイヤを高く支えるという実際的な課題とは対照的に、ワイヤを地面に敷いたり、土壌から数フィート上に持ち上げたりする方が簡単なため、通常、トップハットはカウンターポイズほど大きくは作られません。さらに、カウンターポイズによって遮断される前に地面に到達した電界は、土壌を温めることでエネルギーを浪費しますが、空中の高い位置にある迷走電界は、損失のない開けた空間に少し広がるだけで、最終的にトップハットのワイヤに到達します。
上部と下部は、余剰または不足した電子を蓄積するための、互いに反対の電荷を持つ貯蔵庫として効果的に機能し、同じ高さの裸の垂直ワイヤーの上端に蓄積できる量よりも多くの電子を蓄積できます。蓄積された電荷が増えると、上部と下部の間の垂直部分を流れる電流も大きくなり、その電流によってTアンテナから放射される放射線が生成されます。
「T」字型の上部を横切る左右の水平線には、等しい大きさで逆方向の電流が流れています。そのため、アンテナから遠く離れた場所では、それぞれの線から放射される電波は、もう一方の線からの電波と180°位相がずれており、互いに打ち消し合う傾向があります。地面から反射された電波も同様に打ち消し合います。したがって、水平線は（ほぼ）電波を放射しません。[ 4 ]： 554
水平ワイヤは放射する代わりに、アンテナ上部の静電容量を増加させます。RF発振サイクル中にこの追加された静電容量を充電および放電するために、垂直ワイヤにはより多くの電流が必要です。 [ 6 ] [ 4 ]： 554 垂直ワイヤの電流の増加（右の図を参照）は、アンテナの放射抵抗を効果的に増加させ、したがって放射されるRF電力を増加させます。[ 6 ]
上部負荷容量はワイヤを追加するほど増加するため、垂直ワイヤが接続されている中央で接続された複数の平行な水平ワイヤがよく使用されます。[ 5 ]各ワイヤの電界は隣接するワイヤの電界に影響を与えるため、追加されるワイヤごとに容量が増加します。[ 5 ]
水平トップロードワイヤは、一定のベース電流に対して放射電力を2～4 倍（3～6 dB ）増加させることができます。 [ 6 ]その結果、「T」アンテナは同じ高さの単純な垂直モノポールよりも多くの電力を放射できます。同様に、受信用のTアンテナは、同じ高さの垂直アンテナよりも、同じ入射電波信号強度からより多くの電力を受信できます。
600 kHz付近またはそれ以下の周波数用に構築されたアンテナ[ b ]では、アンテナのワイヤセグメントの長さは通常、1/4波長 [ c ] [ 1/4 λ ≈ 125 m ( 410フィート) [ c ] ( 600 kHz [ b ]の場合)よりも短く、これは 共振を実現する無負荷の直線ワイヤの最短長です。[ 5 ] このような状況では、「T」アンテナは、容量的に上部に負荷された、電気的に短い垂直モノポールです。[ 4 ] : 578–579
短い垂直アンテナに比べて改善されているにもかかわらず、一般的な「T」アンテナは、フルハイトの1/4 λ [ c ]垂直モノポールほど効率的ではなく、[ 5 ] Qが高く、帯域幅が狭くなっています。「T」アンテナは、フルサイズの 1/4 波長の高さの垂直アンテナを構築することが現実的ではない低周波数で一般的に使用され、[ 2 ] [ 7 ] 垂直放射ワイヤは電気的に非常に短いことが多く、波長のほんの一部、1 / 10 λ以下です。電気的に短いアンテナは、容量性のベースリアクタンスを持ち、上部の容量性負荷によってベースの容量性リアクタンスは減少しますが、通常はいくらかの残留容量性リアクタンスが残ります。送信アンテナの場合、アンテナに効率的に電力を供給できるように、負荷コイルからの追加誘導性リアクタンスによってこれを調整する必要があります。
垂直ワイヤが実際の放射素子であるため、アンテナは垂直偏波の電波を全方向放射パターンで放射し、すべての方位角方向で等しい電力を放射します。[ 8 ] 水平ワイヤの軸はほとんど影響しません。電力は水平方向または浅い仰角で最大となり、天頂ではゼロに減少します。このため、垂直偏波の地表波として伝搬するLFまたはMF周波数では優れたアンテナとなりますが、より高い仰角でも十分な電力を放射するため、スカイウェーブ（「スキップ」）通信にも役立ちます。地表の導電率が低い場合、一般的にパターンが上向きに傾き、信号強度がより高い仰角で最大になります。
T型アンテナが一般的に使用される長波長域では、アンテナの電気的特性は現代の無線受信機にとって一般的に重要ではなく、受信は受信アンテナによって収集される信号電力ではなく、自然雑音によって制限されます。[ 5 ]
送信アンテナは異なり、給電点インピーダンス[ d ] が非常に重要です。アンテナ給電点におけるリアクタンスと抵抗の組み合わせは、給電線路、そしてその先の送信機の出力段のインピーダンスに整合していなければなりません。整合が取れていない場合、送信機からアンテナに送られた電流はアンテナから給電線路を反射して戻り、線路上に定在波と呼ばれる状態を作り出します。これにより、アンテナから放射される電力が減少し、最悪の場合、送信機が損傷する可能性があります。
1/4波長より短いモノポールアンテナには容量性リアクタンスが存在します。アンテナ が 短いほどリアクタンスは大きくなり、給電電流のうち送信機側に反射される割合が大きくなります。短い送信アンテナに効率的に電流を流すには、上部が既に共振（リアクタンスなし）になっていない限り、アンテナを共振（リアクタンスなし）にする必要があります。容量は通常、追加のローディングコイルまたはそれに相当するものによって打ち消されます。ローディングコイルは、アクセスしやすいように、アンテナと給電線の間に接続され、慣例としてアンテナの基部に配置されます。
T アンテナの水平上部セクションは、長さの約 2/3 の高さの垂直セクションの代わりに、給電点での容量性リアクタンスを低減することもできます。[ 9 ] 十分に長ければ、リアクタンスを完全に排除し、給電点にローディングコイル を必要としなくなります。
中低周波数帯では、短いアンテナの低い放射抵抗に比べて、ローディングコイルの高いアンテナ容量と高いインダクタンスにより、ローディングアンテナは高Q同調回路のように動作し、1/ 4λ モノ ポールアンテナと比較して、伝送線路に良好に整合する帯域幅が狭くなります。[ c ]
広い周波数範囲で動作させるには、ローディングコイルを調整可能にし、周波数変更時に調整して送信機への反射電力を制限する必要がある場合が多い。高いQ値はアンテナに高電圧を発生させ、水平ワイヤの両端の電流ノードで最大となり、駆動点電圧のQ倍程度になる。端部の絶縁体はこれらの電圧に耐えられるように設計する必要がある。高出力送信機では、出力電力はワイヤからのコロナ放電の発生によって制限されることが多い。 [ 10 ]
放射抵抗は、アンテナが電波を放射することによって生じる等価抵抗です。全長1/4波長モノポールアンテナの場合、放射抵抗は約25オームです。動作波長に比べて短いアンテナは、長いアンテナよりも放射抵抗が低くなります。場合によっては、Tアンテナによる最大性能向上をはるかに超えるほど、壊滅的なほど低くなります。そのため、低周波数では、Tアンテナでも放射抵抗が非常に低くなり、多くの場合1オーム未満になります[ 5 ] [ 11 ]。 したがって、効率はアンテナと接地システムの他の抵抗によって制限されます。入力電力は、放射抵抗とアンテナ+接地回路の「オーム」抵抗（主にコイルと接地）に分配されます。コイル、特に接地システムの抵抗は、そこで消費される電力を最小限に抑えるために、非常に低く保つ必要があります。
低周波数では、負荷コイルの設計が困難になる場合があることがわかります。[ 5 ]送信周波数で高いインダクタンスを持ちながら損失が非常に低く（高Q）、大電流を流し、非接地端で高電圧に耐え、調整可能である必要があります。[ 7 ]多くの場合、リッツ線で作られています。[ 7 ]
低周波数帯では、アンテナが効率的に機能するためには、良好な低抵抗の接地が必要です。RF接地は通常、垂直ワイヤの基部から約30cm （1フィート）の深さに埋設された多数の放射状銅ケーブルを星形に配置し、中央で接続して構成されます。放射状ケーブルは、アンテナ近傍の変位電流領域を超えて伸びるのに十分な長さが理想的です。VLF周波数帯では土壌抵抗が問題となるため、放射状接地システムは通常、地上から数フィートの高さに設置され、地中から絶縁されてカウンターポイズを形成します。
T アンテナのような電気的に短い垂直アンテナが放射（または受信）する電力は、アンテナの実効高さの 2 乗に比例します[ 5 ]。したがって、アンテナはできるだけ高くする必要があります。水平線がない場合、垂直線内の RF 電流分布は、上部でほぼ直線的にゼロまで減少します (上の図「a」を参照)。これにより、アンテナの実効高さは物理的な高さの半分になります。理想的な「無限容量」のトップロード線を使用すると、垂直線内の電流はその長さに沿って一定になり、実効高さは物理的な高さと等しくなります。したがって、同じ給電電圧で放射電力は 4 倍になります。つまり、T アンテナが放射（または受信）する電力は、同じ高さの垂直モノポールからその 4 倍までの範囲にあります。
非常に大きなトップロード容量を持つ理想的なTアンテナの放射抵抗は[ 6 ]である。
放射電力は
どこ
この式は、放射電力がベース電流と実効高さの積に依存することを示しており、所定の放射電力を得るために必要なメートルアンペア数を決定するために使用されます。
アンテナの等価回路（負荷コイルを含む）は、アンテナの容量性リアクタンス、負荷コイルの誘導性リアクタンス、放射抵抗、およびアンテナ接地回路のその他の抵抗の直列接続です。したがって、入力インピーダンスは
どこ
共振時には、アンテナの容量性リアクタンスは負荷コイルによって相殺されるため、共振時の入力インピーダンスZ 0はアンテナ回路の抵抗の合計になります[ 12 ]。
共振時のアンテナ効率ηは、給電線からの入力電力に対する放射電力の比である。放射または熱として消費される電力は抵抗に比例するため、効率は次式で与えられる。
放射抵抗は通常非常に低いため、最大の設計上の問題は、最高の効率を得るためにアンテナ接地システムの他の抵抗を低く保つことであることがわかる。[ 12 ]
多重同調フラットトップアンテナは、高出力低周波送信機で地上電力損失を低減するために使用される「T」アンテナの変種です。[ 7 ]これは、数マイルにも及ぶこともある送信塔の列によって支えられた、複数の平行線からなる長い容量性トップロードで構成されています。トップロードからは複数の垂直放射線が垂れ下がり、それぞれがローディングコイルを介して独自の接地に接続されています。アンテナは、放射線のいずれか、または多くの場合、トップロードの一方の端で駆動され、トップロードの線を送信機に斜めに引き下ろします。[ 7 ]
垂直線は分離されているが、それらの間の距離はLF波の長さに比べて小さいため、それらの電流は同相であり、1つの放射器とみなすことができる。アンテナ電流は1つではなくN個の並列負荷コイルと接地を介して地面に流れるため、等価負荷コイルと接地抵抗、したがって負荷コイルと接地で消費される電力は、単純な「T」アンテナの1/Nに減少する。[ 7 ]このアンテナは無線電信時代の強力な無線局で使用されていたが、複数の負荷コイルのコストのため、人気がなくなった。
