アンテナ（ラジオ）

無線周波数工学において、アンテナ（アメリカ英語）または空中線（イギリス英語）は、交流電流を送信のために電波に変換し、受信のために電波を再び電流に変換する構造物です。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}これは、空間を伝搬する電波と金属導体を流れる電流との間のインターフェースであり、送信機または受信機で使用されます。^{[ 1 ]}送信では、無線送信機がアンテナの端子に電流を供給し、アンテナはその電流から電磁波（電波）としてエネルギーを放射します。受信では、アンテナは電波の電力の一部を遮断して端子に電流を生成し、それが受信機に供給されて増幅されます。アンテナは、すべての無線機器に不可欠な構成要素です。^{[ 3 ]}

アンテナは、受信機または送信機に電気的に接続された導体セグメント（素子）の配列です。 ^{[ 4 ]}アンテナは、水平方向のすべての方向に均等に電波を送受信するように設計することも（無指向性アンテナ）、特定の方向に優先的に送受信するように設計することもできます（指向性アンテナ、高利得アンテナ、または「ビーム」アンテナ）。アンテナには、送信機に接続されていないコンポーネント、放物面反射器、ホーン、または寄生素子が含まれる場合があり、これらは電波をビームまたはその他の目的の放射パターンに導く役割を果たします。半波長よりもはるかに小さい寸法のアンテナでは、送信時に強い指向性と良好な送信効率を実現することは困難です。

最初のアンテナは、1886年にドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツが、1867年のジェームズ・クラーク・マクスウェルの電磁気理論で予測された電磁波の存在を証明する先駆的な実験で製作した。ヘルツは、送信と受信の両方のために、放物面反射鏡の焦点にダイポールアンテナを配置した。^{[ 5 ]} 1895年から、グリエルモ・マルコーニは長距離無線電信に実用的なアンテナの開発を始め、1898年にイギリスのチェルムズフォードに工場を開設して発明品を製造した。^{[ 6 ]}

電波を受信する半波長ダイポールアンテナ：電波の電界（E）は受信機内で振動電流（黒い矢印）を励起します。

電波を放射するアンテナ：送信機はロッドに交流電流（赤い矢印）を流し、ロッドを交互に正負に帯電させ、電界のループを発生させます。電流の極性が変化するたびに、ループの矢印の向きが反転します。

アンテナと空中線は互換的に使用されます。時折、同等の用語「空中線」は、特に高い位置にある水平ワイヤーアンテナを意味するために使用されます。無線機器に関連するアンテナという言葉の起源は、イタリアのラジオのパイオニアであるグリエルモ・マルコーニに帰せられます。1895年の夏、マルコーニはボローニャ近郊にある父親の土地で屋外での無線システムのテストを開始し、すぐにポールから吊り下げられた長いワイヤー「空中線」の実験を開始しました。^{[ 7 ]}イタリア語ではテントのポールはl'antenna centraleと呼ばれ、ワイヤー付きのポールは単にl'antennaと呼ばれていました。それまでは、無線放射の送受信要素は単に「端末」として知られていました。マルコーニの著名さから、アンテナという言葉の使用は無線研究者や愛好家の間で広まり、後に一般の人々にも広まりました。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

アンテナとは、実際のRF電流を流す部品に加え、支持構造、筐体（存在する場合）などを含むアセンブリ全体を広く指す場合がある。受信アンテナは、受動的な金属製受信素子だけでなく、特にマイクロ波周波数帯以上では、プリアンプやミキサーを内蔵している場合もある。

アンテナは、電気接続を電磁場に結合させるために、あらゆる無線受信機または送信機に必要です。^{[ 12 ]}電波は、光速で空間を伝搬する電磁波です。自由空間では、幾何学的拡散損失を除いて、物質による吸収なしに伝搬します。

アンテナは、エネルギーをほぼ均等に水平方向に放射する無指向性アンテナ^{[ 13 ]}と、電波が特定の方向に集中する指向性アンテナに分類できます。いわゆるビームアンテナは単指向性で、接続されている遠隔局の方向で最大の応答が得られるように設計されていますが、他の多くのアンテナは複数の方向の局に応答するように設計されていますが、真の意味での無指向性ではありません。アンテナは相反性に従うため、電波の送信と受信の両方に同じ放射パターンが適用されます。すべての方向（垂直方向と水平方向の両方）に均等に放射する仮想的なアンテナは等方性放射器と呼ばれますが、実際のアンテナでは完全な均一性を実現することはできず、そのようなアンテナが求められることはまれです（例：宇宙船の緊急用アンテナ）。むしろ、ほとんどの地上通信では、水平方向への放射を優先して、空や地面への放射を減らす方が有利です。水平方向に配置されたダイポールアンテナは、導体の中心線方向にはエネルギーを送信しません（この無放射方向はアンテナのヌルと呼ばれます）が、障害物がなければ他のほとんどの方向に使用できます。最初の共振周波数以下では、最も強い放射は、対向する一対のワイヤに垂直な、障害物のないすべての方向で発生します。長さがわずかに異なる複数のダイポール素子を並列に積み重ねて、八木・宇田アンテナのようなアンテナアレイを形成し、放射をスタックに垂直な単一の水平方向に集中させることができます。これをビームアンテナと呼びます。

半波長ダイポールアンテナは、両端の電圧と電流が等しく逆向きになる平衡素子であり、他の多くのアンテナ設計を解析するための簡単な基準として機能します。垂直アンテナはモノポールアンテナであり、接地に対して平衡していません。接地（または任意の大きな導電性表面）は、モノポールの2番目の導体の役割を果たします。モノポールアンテナは導電性表面に依存するため、接地平面とともに設置することで、地球表面に設置した場合の効果を近似することができます。^{[ 14 ]}

アンテナの構造が複雑になるほど、アンテナの指向性は向上します。受信機や送信機に直接接続する必要のないアンテナ構造内の追加要素も、指向性を高めます。アンテナの「利得」とは、放射される電力が空間の特定の立体角に集中する度合いを表します。一般的に信号電力の正味増加を意味するアンプの利得とは異なり、アンテナの利得は、放射される総電力を増加させることなく、ある方向にはより多くの電力が放射され、別の方向にはより少ない電力が放射されるように電力が再分配されることを反映しています。アンプとは異なり、アンテナは総電力を保存する電気的に「受動」デバイスであり、電源（送信機）から供給される総電力を超える総電力の増加はなく、その固定された総電力の分布が改善されるだけです。

フェーズドアレイは、電気回路を介して接続された2つ以上の単純なアンテナで構成されます。これは多くの場合、一定の間隔で配置された複数の平行ダイポールアンテナで構成されます。回路によって導入される相対位相に応じて、同じダイポールアンテナの組み合わせでも、「ブロードサイドアレイ」（素子を結ぶ線に垂直な方向）または「エンドファイアアレイ」（素子を結ぶ線に沿った方向）として動作させることができます。アンテナアレイには、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、スロットアンテナなど、あらゆる基本的な（無指向性または弱指向性の）アンテナタイプを使用できます。これらの素子は多くの場合、同一です。

対数周期アンテナやその他の周波数に依存しないアンテナは、広い周波数範囲（つまり、広い帯域幅）で効果的に動作するために自己相似構造を採用しています。最もよく知られている例は対数周期ダイポールアレイで、これはエンドファイアアレイで長さが段階的に変化する接続されたダイポール素子（通常10～20個）で構成されており、指向性が高いです。特にテレビ受信用の屋上アンテナとして利用されています。一方、やや似た外観を持つ八木・宇田アンテナ（または単に「八木」）は、電気的に接続されたダイポール素子が1つしかありません。他の寄生素子は電磁場と相互作用して、指向性は高いものの帯域幅が狭いアンテナを実現します。

放物面反射鏡やホーンアンテナなどの開口アンテナを使用すれば、さらに高い指向性を得ることができます。アンテナの指向性は波長に比べてアンテナが大きいほど高くなるため、高指向性アンテナ（つまり、アンテナ利得の高いアンテナ）は、より高い周波数（UHF以上）でより実用的になります。

低周波数帯（ AM放送など）では、指向性を得るために垂直タワーのアレイが使用され^{[ 15 ]}、広い土地を占有します。受信には、長いビバレッジアンテナがかなりの指向性を持つことができます。無指向性のポータブル用途では、短い垂直アンテナまたは小型ループアンテナがうまく機能し、主な設計上の課題はインピーダンス整合です。垂直アンテナでは、インピーダンスのリアクタンス成分を打ち消すために、アンテナの基部にローディングコイルが使用されることがあります。小型ループアンテナは、この目的のために並列コンデンサで同調されます。

アンテナのリードインとは、アンテナを送信機または受信機に接続する伝送線路、または給電線のことです。「アンテナ給電」とは、伝送線路に加えてインピーダンス整合回路など、アンテナを送信機または受信機に接続するすべての構成要素を指す場合があります。ホーンアンテナやパラボラアンテナなどのいわゆる「開口アンテナ」では、「給電」とは、反射素子のシステム全体に組み込まれた基本的な放射アンテナ（通常はパラボラアンテナの焦点またはホーンアンテナの喉部）を指す場合もあり、これはそのアンテナシステムにおける唯一のアクティブ素子とみなすことができます。マイクロ波アンテナは、 （導電性の）伝送線路の代わりに導波管から直接給電される場合もあります。

アンテナのカウンターポイズ、またはグランドプレーンとは、導電性材料でできた構造体で、接地を補強または代替する役割を果たします。これは、自然接地と接続することも、絶縁することも可能です。モノポールアンテナの場合、これは自然接地の機能を補助する役割を果たします。特に、自然接地の特性の変動（または制限）によってその機能が阻害される場合に有効です。このような構造体は通常、同軸ケーブルのシールドなど、不平衡伝送線の帰還接続部に接続されます。

一部の開口アンテナに用いられる電磁波屈折器は、その形状と位置によって、通過する電磁波面の一部を選択的に遅延または前進させる機能を持つ部品です。屈折器は、波の空間特性を片側と反対側で変化させます。例えば、波を焦点に集めたり、その他の方法で波面を変化させたりすることで、一般的にはアンテナシステムの指向性を最大化します。これは、光学レンズに相当する無線機器です。

アンテナ結合ネットワークは、アンテナと送信機または受信機間のインピーダンス整合に使用される受動ネットワーク（一般的には誘導性および容量性回路素子の組み合わせ）です。これは、伝送線の定在波比を低減することで給電線上の損失を最小限に抑え、送信機または受信機が最適に動作するために必要な標準抵抗インピーダンスを提供するために使用されます。給電点の位置が選択され、整合を改善するために、チューナー部品と電気的に類似したアンテナ素子がアンテナ構造自体に組み込まれる場合があります。

アンテナの基本的な特性として、次節で説明するようなアンテナの電気的特性（ゲイン、放射パターン、インピーダンス、帯域幅、共振周波数、偏波など）のほとんどは、アンテナが送信している場合でも受信している場合でも同じです。^{[ 16 ] [ 17 ]}受信に使用されるアンテナの「受信パターン」（方向の関数としての入射信号に対する感度）は、アンテナ自体の電流と電圧の分布が受信時と送信時で異なっていても、アンテナが駆動されて放射器として機能しているときの放射パターンと同一です。 ^{[ 18 ]}この等価性は、電磁気学の相反定理に従います。 ^{[ 17 ]}したがって、アンテナの特性に関する議論では、通常、受信と送信の用語を区別せず、アンテナは、より都合の良い方であれば、送信または受信のどちらとしても見ることができます。

前述の相反性特性の必要条件は、アンテナと伝送媒体の材料が線形かつ相反性を持つことです。相反性（または双方向性）とは、材料が一方の方向の電流または磁場に対して、反対方向の磁場または電流に対して同じ応答を示すことを意味します。アンテナに使用されるほとんどの材料はこれらの条件を満たしますが、マイクロ波アンテナの中には、フェライトなどの非相反性材料で作られたアイソレータやサーキュレータなどのハイテク部品を使用するものもあります。^{[ 16 ] [ 17 ]}これらは、受信時と送信時でアンテナの挙動が異なるようにするために使用でき、^{[ 16 ]}これはレーダーなどの用途で役立ちます。

アンテナ設計の大部分は共振原理に基づいています。これは、光が光学特性の変化によって反射するのと同様に、誘電率が変化する表面で反射する移動する電子の挙動に依存しています。これらの設計では、反射面は導体の端によって形成され、通常は細い金属線または棒で、最も単純なケースでは、片端に給電点があり、伝送線路に接続されています。導体、または素子は、目的の信号の電界と整列しており、通常はアンテナから送信元（または放送アンテナの場合は受信機）への線路に垂直であることを意味します。^{[ 19 ]}

無線信号の電気成分は導体に電圧を誘導します。これにより、信号の瞬時電界の方向に電流が流れ始めます。結果として生じた電流が導体の端に達すると、反射します。これは位相が180度変化することと同等です。 導体の長さが波長の1/4である場合 、 給電点からの電流は 導体の端に達するまでに90度の位相変化を受け、180 度反射し、戻る際にさらに90 度位相が変わります。つまり、合計360度の位相変化を受け 、元の信号に戻ります。したがって、素子内の電流は、その瞬間に電源から生成される電流に加算されます。このプロセスにより、導体内に定常波が生成され、給電点で最大電流が発生します。 ^{[ 20 ]}

通常の半波長ダイポールは、おそらく最も広く使用されているアンテナ設計です。これは、端と端を合わせて配置され、ほぼ同じ軸（または共線）上に位置する 1/4 波長の 2 つの素子で構成され、 それぞれ が2芯伝送線の片側に給電します。2 つの素子の物理的な配置により、それらは 180度位相がずれているため、任意の瞬間に一方の素子が伝送線に電流を流し込み、もう一方の素子がそれを引き出すことになります。モノポールアンテナは、基本的に半波長ダイポールの半分であり、もう一方の側が接地または同等の接地平面（またはカウンターポイズ）に接続された 1/4 波長の単一の 素子 です。ダイポールの半分のサイズであるモノポールは、ダイポールが大きすぎて実用的ではない長波長無線信号でよく使用されます。もう 1 つの一般的な設計は折り返しダイポールで、これは 2 つ（またはそれ以上）の半波長ダイポールを並べて配置し、端で接続しますが、そのうちの 1 つだけが給電されます。   

定在波は設計動作周波数 f o でこの望ましいパターンを形成し、アンテナは通常このサイズに設計されます。しかし、その素子に 3 f o (波長は f o の 1/3 )_を 給電 すると、定在波_パターンが得_られます。したがって、アンテナ素子の長さが波長の 3/4 の場合にも共振します。これは、波長の 1/4 のすべての奇数倍について当てはまります。これにより 、 アンテナの長さと給電点に関して設計の柔軟性が高まります。このように使用されるアンテナは、調和的に動作することが知られています。 [ 21 ^]共振^{アンテナは通常} 、 線状導体 (または素子)、またはそのような素子のペアを使用し、それぞれの長さ^は約 4分の 波長です (4分の 波長の奇数倍も共振します)。波長に比べて小さくする必要があるアンテナは効率を犠牲にし、指向性もあまり高くできません。高周波数帯（ UHF、マイクロ波）では波長が非常に短いため、性能を犠牲にして物理的なサイズを小さくする必要は通常ありません。  

電流と電圧の分布

1/4波長素子は、導体に沿って存在する定在波により、直列共振電気素子を模倣します。共振周波数では、定在波は給電点で電流のピークと電圧の節（最小値）を持ちます。電気的に言えば、これはその位置で素子のインピーダンスの大きさが最小となり、最小電圧で最大電流を生成することを意味します。これは、最小入力で最大出力を生成し、可能な限り最高の効率を実現するため、理想的な状況です。理想的な（損失のない）直列共振回路とは異なり、アンテナの放射抵抗や、発熱による通常の電気損失のために、有限の抵抗（給電点での比較的小さな電圧に対応）が残ります。

電流は、物質の電気的特性が変化すると反射することを思い出してください。受信信号を伝送線路に効率的に伝送するためには、伝送線路のインピーダンスがアンテナの接続点のインピーダンスと同じであることが重要です。そうでないと、信号の一部がアンテナ本体に反射されてしまいます。同様に、給電線がアンテナに接続される箇所で電気インピーダンスが変化すると、送信機の信号電力の一部が送信機に反射されてしまいます。これがインピーダンス整合の概念につながります。インピーダンス整合とは、アンテナと伝送線路のシステム全体のインピーダンスをできるだけ近づけるように設計することで、これらの損失を低減することです。インピーダンス整合は、送信機とアンテナの間にアンテナチューナーまたはインピーダンス整合ネットワークと呼ばれる回路を設けることで実現されます。給電線とアンテナ間のインピーダンス整合は、給電線上の定在波比（SWR）と呼ばれるパラメータで測定されます。

 波長 1 mの信号に対応するように設計された半波長ダイポールアンテナを考えてみましょう。つまり、アンテナ の先端から先端までの長さは約 50 cm になります。素子の長さ対直径比が 1000 の場合、固有インピーダンスは約 63 オームの抵抗になります。適切な伝送線またはバランを使用して、この抵抗に整合させることで、信号の反射を最小限に抑えます。このアンテナに 1 アンペアの電流を供給するには 63 ボルトが必要となり、アンテナは 63 ワット (損失を無視) の無線周波数電力を放射します。次に、アンテナに波長 1.25  m の信号が供給される場合を考えてみましょう。この場合、信号によって誘起される電流は、信号と位相がずれた状態でアンテナの給電点に到達するため、電圧は同じままで正味の電流が低下します。電気的には、これは非常に高いインピーダンスのように見えます。アンテナと伝送線のインピーダンスはもはや同じではなく、信号はアンテナに反射されて出力が低下します。これはアンテナと伝送線路間の整合システムを変更することで解決できるが、その解決策は新しい設計周波数でのみ有効である。

その結果、共振アンテナは、送信信号の周波数がアンテナの設計周波数、または共振周波数のいずれかに近い場合にのみ、効率的に信号を伝送線路に供給します。このため、共振アンテナの設計は本質的に狭帯域となり、共振周波数を中心とした狭い周波数範囲でのみ有効です。

電気的に短いアンテナ

単純なインピーダンス整合技術を用いることで 、 モノ ポール アンテナやダイポールアンテナを、それぞれ共振波長である 1/4波長または 1/2 波長よりも大幅に短い長さで使用することが可能になります。これらのアンテナを短くすると（特定の周波数において） 、インピーダンスは直列容量性（負）リアクタンスによって支配されるようになります。適切なサイズの「負荷コイル」（等しく逆向きの（正）リアクタンスを持つ直列インダクタンス）を追加することで、アンテナの容量性リアクタンスを打ち消し、純粋な抵抗のみを残すことができます。 

このようなシステム（アンテナと整合回路）の結果として生じる（より低い）電気的共振周波数は、電気的長さの概念を用いて記述されることがある。自己共振周波数よりも低い周波数で動作するアンテナは、 電気的に短いアンテナと呼ばれる。^{[ 22 ]}

例えば、30 MHz (波長 10 m) では、真の共振 1/4 波長モノポールアンテナは長さがほぼ 2.5メートルになりますが、高さが 1.5 メートルしかないアンテナを使用する場合は、ローディングコイルを追加する必要があります。この場合、コイルによってアンテナが延長され、電気的長さが 2.5 メートルになったと言えます。しかし、結果として得られる抵抗インピーダンスは、真 の 1/4 波長(共振)モノポールアンテナのインピーダンスよりもかなり低くなり、多くの場合、目的の伝送線路とのインピーダンス整合 (変圧器)が必要になります。アンテナがさらに短くなる (より大きな「電気的延長」が必要になる) と、放射抵抗は (アンテナ長の 2 乗にほぼ比例して) 急激に低下するため、電気的共振から離れた正味リアクタンスによる不整合が悪化します。あるいは、アンテナシステムの等価共振回路のQ値が高くなり、帯域幅が狭くなるとも言える^{[ 22 ]。}これは送信信号のスペクトルに対して不十分になる可能性さえある。ローディングコイルによる抵抗損失は、放射抵抗の低下に比べて電気効率の低下を招き、送信アンテナにとっては大きな懸念事項となる可能性があるが、 1MHz以下の周波数では帯域幅がアンテナのサイズを決定する主要因である。       

アレイと反射鏡

送信アンテナからの電界の電力束密度は、距離の二乗に反比例して減少し、これは波の幾何学的広がりを反映している。入射する電力束が一定の場合、受信アンテナが捕捉する電力は、その実効面積に比例する。例えば、半波長ダイポールアンテナは、正面から見た場合、実効面積が約0.13λ²となる。^既に効率的なアンテナ設計の場合、特定の方向における実効面積（したがって利得）を増加させるには、他の方向における利得を減少させるしかない。 

半波長ダイポールアンテナを外部回路に接続せず、給電点で短絡させると、入射する電波に応答して効率的に定在波を生成する共振半波長素子となります。この電力を吸収する負荷がないため、その電力はすべて再送信され、その際に位相シフトが生じる可能性があります。位相シフトは素子の正確な長さに大きく依存します。このようにして、送信機の信号の2つ目のコピーを送信し、送信機に電気的に接続された素子の放射パターン（および給電点インピーダンス）に影響を与えるように、導体を配置することができます。このように使用されるアンテナ素子は、受動放射器として知られています。

八木・宇田アンテナは、受動素子を用いて一方向の利得を大幅に向上させる（ただし、他の方向の利得は低下する）。多数のほぼ半波長の素子（非常に特定の長さ）が、ブームに沿って特定の位置に平行に配置されている。ブームは支持のためだけのもので、電気的には関与しない。素子のうち1つだけが送信機または受信機に電気的に接続され、残りの素子は受動素子である。八木アンテナは（受動素子の数に応じて）かなり大きな利得を生み出し、アンテナローターでビームの方向を制御する指向性アンテナとして広く用いられている。しかし、帯域幅がかなり限られているため、用途が限定されるという欠点がある。

受動放射器とともに駆動アンテナ素子を1つ使用する代わりに、送信機によって電力分配器と伝送線路のシステムを介して複数の素子が相対位相で駆動され、RF電力を1つの方向に集中させるアレイアンテナを構築できます。さらに、フェーズドアレイは「ステアリング可能」にすることができ、各素子に適用される位相を変更することで、アンテナ素子を物理的に移動することなく放射パターンをシフトできます。もう1つの一般的なアレイアンテナは、対数周期ダイポールアレイです。これは、八木アンテナ（ブームに沿って多数の平行な素子を持つ）に似た外観をしていますが、すべての素子が位相反転で隣接する素子と電気的に接続されているため、動作は全く異なります。対数周期の原理を使用することで、非常に広い帯域幅にわたって性能特性（利得とインピーダンス）を維持するという独自の特性が得られます。

電波が大きな導体板に当たると、鏡が光を反射するのと同様に、電波は（電界の位相を反転させて）反射されます。このような反射板を無指向性アンテナの後ろに配置することで、本来その方向に向かうはずだった電力を目的の方向に向けることができ、アンテナの利得を少なくとも2倍に高めることができます。同様に、コーナー反射板を使用すれば、アンテナの電力を空間の1象限（またはそれ以下）に集中させることができ、結果として利得を高めることができます。実際には、反射板は固体の金属板である必要はなく、アンテナの偏波方向に沿って配置されたロッドのカーテンで構成することもできます。これにより、反射板の重量と風圧負荷を大幅に軽減できます。電波の鏡面反射は、放物面反射アンテナでも利用されています。このアンテナでは、湾曲した反射面が入射波をいわゆる給電アンテナに向けて集束させ、反射板自体のサイズに匹敵する有効面積を持つアンテナシステムを実現します。幾何光学の他の概念も、レンズアンテナなど、アンテナ技術に応用されている。

アンテナの電力利得（または単に「利得」）は、アンテナの効率も考慮に入れており、多くの場合、主要な性能指標となります。アンテナは、特定の用途向けにアンテナを選択または設計する際にユーザーが関心を持つであろう、多くの性能指標によって特徴付けられます。アンテナ周辺の空間における指向性特性のプロットは、放射パターンと呼ばれます。^{[ 23 ]}

放射線パターン

アンテナの放射パターンは、遠方界のさまざまな角度でアンテナから放射される電波の相対的な電界強度をプロットしたものです。[ 29 ^]これは通常、3 次元グラフ、または水平および垂直断面の極座標プロットで表されます。すべての方向に均等に放射する理想的な等方性アンテナのパターンは、球のように見えます。モノポールやダイポールなどの多くの無指向性アンテナは、すべての水平方向に均等な電力を放射し、電力はより高い角度と低い角度で減少します。これは全方向性パターンと呼ばれ、プロットするとトーラスまたはドーナツのように見えます。

多くのアンテナの放射は、さまざまな角度に最大値または「ローブ」のパターンを示し、放射がゼロになる角度である「ヌル」によって区切られています。これは、アンテナの異なる部分から放射される電波が通常干渉し、電波が遠くの地点に同位相で到達する角度で最大値が生じ、電波が逆位相で到達する他の角度では放射がゼロになるためです。特定の方向に電波を放射するように設計された指向性アンテナでは、その方向のローブが他のローブよりも大きく設計されており、「メインローブ」と呼ばれます。他のローブは通常、不要な放射を表し、「サイドローブ」と呼ばれます。メインローブを通る軸は、「主軸」または「ボアサイト軸」と呼ばれます。

八木アンテナの偏波放射パターンは、広帯域設計と比較して、比較的狭い周波数範囲用に設計すると狭くなり、指向性（したがって利得）が増加します。^{[ 30 ] [ 31 ]}

地面反射はマルチパスの一般的なタイプの1つです。^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}

アンテナの放射パターン、さらには駆動点インピーダンスは、近傍の物体の誘電率、特に導電率によって影響を受ける可能性があります。地上アンテナの場合、地面は通常、そのような重要な物体の1つです。そのため、地面からのアンテナの高さ、および地面の電気的特性（誘電率と導電率）が重要になります。また、モノポールアンテナの場合、地面（または人工的な接地平面）はアンテナ電流の帰還接続として機能するため、特に給電線から見たインピーダンスにさらなる影響を与えます。

電磁波が地面などの平面に当たると、フレネル係数に従って、波の一部は地面に透過し、一部は反射されます。地面が非常に優れた導体である場合、波のほぼすべてが反射されます（位相が180°ずれます）。一方、損失のある誘電体としてモデル化された地面は、波の電力の大部分を吸収することができます。反射波に残る電力と反射時の位相シフトは、波の入射角と偏光に大きく依存します。誘電率と導電率（または単に複素誘電率）は土壌の種類に依存し、周波数の関数です。

非常に低い周波数から高い周波数(<  30 MHz)では 、地面は損失のある誘電体として振る舞います。^{[ 45 ]}そのため、地面は導電率^{[ 46 ]}と誘電率(誘電定数) の両方によって特徴付けられ、特定の土壌について測定できます (ただし、変動する水分レベルの影響を受けます) か、特定のマップから推定できます。より低い中波周波数では、地面は主に良導体として機能し、AM 放送(0.5～1.7  MHz) アンテナはこの特性に依存します。

3～30MHzの周波数帯では 、水平偏波アンテナからのエネルギーの大部分が地面で反射され、地表波伝搬に重要な入射角ではほぼ全反射となります。位相が反転した反射波は、アンテナの波長単位の高さと仰角（スカイウェーブの場合）に応じて、直接波を打ち消したり強めたりします。

一方、垂直偏波放射は、かすめ入射の場合や海水などの非常に導電性の高い表面を除いて、地面によって十分に反射されません。^{[ 47 ]}しかし、垂直偏波を使用した地表波伝搬にとって重要なかすめ角反射は、直接波と同位相であり、以下に詳述するように最大6  dBの増幅をもたらします。

VHF帯以上（ 30MHz以上 ）では、地面の反射率は低下します。しかし、短波帯、特に15MHz以下の周波数帯では 、地面は良好な反射体であり、特に水平偏波や入射角が浅い場合にはその傾向が顕著です。これは、これらの高周波帯は通常、水平方向の見通し線伝搬に依存するため（衛星通信を除く）、地面がほぼ鏡のように機能する上で重要な点です。

地表反射の最終的な品質は、地表面の地形に依存します。地表面の凹凸が波長よりもはるかに小さい場合、鏡面反射が支配的となり、受信機は実際のアンテナと、反射によって地中に映し出されたアンテナの像の両方を観測します。しかし、地表面の凹凸が波長に比べて小さくない場合、反射波はコヒーレントではなく、ランダムな位相ずれが生じます。波長が短い（周波数が高い）ほど、一般的にこのような現象が起こります。

受信アンテナと送信アンテナの両方が（波長に比べて）地面からかなり高い位置に設置されている場合、地面で鏡面反射された波は直接波よりも長い距離を伝搬するため、位相シフトが生じ、場合によっては大きな位相シフトとなることがあります。このようなアンテナから電離層反射波が発信される場合、アンテナが（波長に比べて）地面に非常に近い場合を除き、位相シフトは常に大きくなります。

第一近似では、細いアンテナ内の電流は伝送線路内の電流と全く同じように分布する。— Schelkunoff & Friis (1952) ^{[ 48 ] (p 217 (§8.4))}

ワイヤアンテナにおける電流の流れは、単一導体伝送線路における逆伝搬波の解と同一であり、電信方程式を用いて解くことができる。アンテナ素子に沿った電流の解は、数値的手法によってより簡便かつ正確に得られるため、伝送線路技術は精密モデリングにおいてはほぼ放棄されているが、アンテナのインピーダンスプロファイルを適切に記述する有用で単純な近似の広く利用されているソースであり続けている。^{[ 49 ]（7～10ページ）[ 48 ]（232ページ）}

送電線とは異なり、アンテナ内の電流は放射部分の電磁界に電力を供給し、これは放射抵抗を用いてモデル化することができる。^{[ a ]}

アンテナ素子の端は、単一導体伝送線の未終端（開放）端に相当し、入射波と同一の反射波が生じ、その電圧は入射波と同相、電流は逆相となる（したがって、そこには導体がないため、正味の電流はゼロとなる）。入射波と反射波の組み合わせは、伝送線路と同様に、導体の端に電流ノード、端から波長の4分の1の位置に電圧ノードを持つ定在波を形成する（素子の長さが少なくともその長さである場合）。 ^{[ 49 ] [ 48 ]}

共振アンテナでは、アンテナの給電点は電圧ノードのいずれかに位置します。 伝送線路モデルの簡略版との差異により、電流ノードから波長の4分の1の位置にある電圧は厳密にはゼロではなく、最小値に近い値となり、導体端の電圧に比べてはるかに小さくなります。したがって、その位置でアンテナと整合する給電点には、比較的低い電圧と大きな電流（2つの波からの電流が同位相で加算されるため）が必要となり、結果として給電点インピーダンスは比較的低くなります。

アンテナを他の地点で給電する場合、大きな電圧、つまり大きなインピーダンスが必要となり、通常はリア​​クタンス成分が大部分を占める（力率が低い）ため、利用可能な伝送線路とのインピーダンス整合が非常に悪くなります。したがって、アンテナは共振素子として動作し、各導体の長さが波長の4分の1（または4分の1波長の奇数倍）となるように設計するのが一般的です。

例えば、半波長ダイポールアンテナは、このような素子を2つ（平衡伝送線の各導体に1つずつ接続）備えており、長さは約4分の1波長です。導体の直径に応じて、アンテナ電流と（小さな）給電点電圧が完全に同相になるように、この長さからわずかにずれた長さが採用されます。こうすることで、アンテナは純粋な抵抗インピーダンスを示し、理想的には使用可能な伝送線の特性インピーダンスに近い値となります。

これらの有用な特性にもかかわらず、共振アンテナには、基本周波数、場合によってはその高調波の一部でのみ共振（純粋な抵抗性給電点インピーダンス）を達成するという欠点があり、高次の共振では給電点抵抗が大きくなります。したがって、共振アンテナは、共振時のQ値に応じて、限られた帯域幅内でのみ良好な性能を発揮できます。

駆動アンテナ素子から発生する電界と磁界は、一般的に、近傍のアンテナ、アンテナ素子、またはその他の導体の電圧と電流に影響を与えます。これは、影響を受ける導体がほぼ同じ周波数で共振する素子（長さが半波長の整数倍）である場合に特に顕著であり、導体がすべて同じアクティブまたはパッシブアンテナアレイの一部である場合などがこれに該当します。

影響を受ける導体は近接場にあるため、例えばフリース伝送式に従って2つのアンテナが信号を送受信していると考えるだけでは不十分であり、電圧と電流の両方（電界と磁界の両方を介した相互作用）を考慮した相互インピーダンス行列を計算する必要があります。このようにして、特定の形状に対して計算された相互インピーダンスを用いることで、八木・宇田アンテナの放射パターンや、フェーズドアレイの各素子の電流と電圧を求めることができます。このような解析によって、グランドプレーンやコーナーリフレクタによる電波の反射、およびそれらが近傍のアンテナのインピーダンス（および放射パターン）に及ぼす影響を詳細に記述することも可能です。

多くの場合、このような近接場相互作用は望ましくなく、有害です。送信アンテナの近くにあるランダムな金属物体に流れる電流は、多くの場合、導電率の低い物体に流れ、RF電力の損失を引き起こすだけでなく、アンテナの特性を予測不能に変化させます。慎重な設計により、近接する導体間の電気的相互作用を低減することが可能です。例えば、ターンスタイルアンテナを構成する2つのダイポール間の90度の角度は、これらの相互作用をなくし、それぞれを独立して駆動することを可能にします（ただし、ターンスタイルアンテナの設計では、実際には直交位相の同じ信号で駆動されます）。

アンテナは、動作原理または用途によって分類できます。さまざまな機関がアンテナをより狭いまたは広いカテゴリに分類しています。一般的に、これらには以下が含まれます。

これらのアンテナの種類やその他の種類については、概要記事「アンテナの種類」、上記のリストにある各リンク先の記事、そしてそれらの記事がさらに詳しく解説している記事でより詳細に説明されています。

Wiktionaryにおける「アンテナ」の辞書定義