２０２４年.０２-１ 工学問題及び解説
４級の１０W以下より５０W機、モールス信号も使える３級試験！ 一発合格を目指して頑張ってみてください。
試験問題は、4級同様過去数年間の問題のほぼ繰り返し出題となっています。言い回しや解答の仕方に若干の違いがあるくらいで設問の内容はあまり変っていません。繰り返し問題を読めば、スムーズに回答が導き出せるでしょう。
気分転換で打鍵（モールス）しながら楽しくやりたい。
問題の回答集は、後半にまとめて記載してありますので、参考にしてください。なお、工学問題については、解説を付けてありますのでより理解しやすい内容となっています。
早速、問題です。
〔問 1〕図に示すように、真空中を直進する電子に対して、その進行方向に平行で強い電界が加えられると電子はどのようになるか。
１． 電子は回転運動をする。
２． 電子の進行方向が変わる。
３． 電子の進行速度が変わる。
４． 電子の数が増加する。
〔問 ２〕SSB(J3E)電波の周波数成分を表した図は、次のうちどれか。ただし、点線は搬送波成分がないことを示す。
〔問 ３〕次の記述の 内に入れるべき字句の組合せで、正しいのはどれか。
(１) 加える電圧により、静電容量が変化することを利用するものは、（ A ）である。
(２) 逆方向電圧を加えると、ある電圧で電流が急激に流れ、電圧がほぼ一定となることを利用するものは、（ B ）ダイオードであり、図記号は（ C ）で表される。
（A） （B） （C）
１．バラクタダイオード ツェナー 図2
２．バラクタダイオード トンネル 図1
３．バリスタ ツェナー 図1
４．バリスタ トンネル 図2
〔問４〕送信機の回路において、緩衝増幅器の配置で、最も適切なのは次のうちどれか。
１． 周波数逓倍器と励振増幅器の間
２． 励振増幅器と電力増幅器の間
３． 音声増幅器の次段
４． 発振器の次段
〔問５〕電信用受信機のBFO（ビート周波数発振器）の説明で、正しいのは次のうちどれか。
１． 受信信号を可聴周波信号に変換するための回路である。
２． 水晶発振器を用いた周波数安定回路である。
３． ダブルスーパヘテロダイン方式の第二局部発振器の回路である。
４． 出力側から出る雑音を少なくする回路である。
〔問 ６〕AM受信機において、受信入力レベルが変動すると、出力レベルが不安定となる。この出力を一定に保つた めの働きをする回路は、次のうちどれか。
１． クラリファイヤ(又はRIT)回路
２． スケルチ回路
３． AFC回路
４． AGC回路
〔問 ７〕図に示すエミッタ接地増幅回路において、コレクタ電圧Vcを一定にして、ベース電圧Vbを大きくしていくと、コレクタ電流Icの大きさはどのように変わるか。以下から選べ。
１ ．急激に減少していく。
２． 次第に減少していく。
３． ほとんど変わらない。
４． 急激に増加していく。
〔問 ８〕アマチュア局から発射された435〔MHz〕帯の基本波が、地デジ（地上デジタルテレビ放送 470～710MHz〕）のアンテナ直下型受信用ブースタに混入し電波障害を与えた。この防止対策として、地デジアンテナと受信用ブースタとの間に挿入すればよいのは、次のうちどれか。
１． 低域フィルタ（LPF）
２． トラップフィルタ（BEF）
３． SWRメータ
４． ラインフィルタ
〔問 ９〕無線局から発射された電波が、他の無線局の受信設備に妨害を与えるおそれがあるのは、次のうちどれか。
１． 電源に蓄電池が使用されたとき
２． 電源フィルタが使用されたとき
３． 送信電力が低下したとき
４． 高調波が発射されたとき
〔問 1０〕半波長ダイポールアンテナの特性で、誤っているのは次のうちどれか。
１． 放射抵抗は50〔Ω〕である。
２． 電圧分布は両端で最大となる。
３． アンテナを大地と垂直に設置すると、水平面内では全方向性（無指向性）となる。
４． アンテナを大地と水平に設置すると、水平面内の指向性は８字形となる。
〔問 1１〕長さが8〔m〕の１/４ 波長垂直接地アンテナを用いて、周波数が7,050〔kHz〕の電波を放射する場合、この周波数でアンテナを共振させるために一般的に用いられる方法で、正しいのは次のうちどれか。
１． アンテナの接地抵抗を大きくする。
２． アンテナに抵抗を直列に接続する。
３． アンテナにコンデンサを直列に接続する。
４． アンテナにコイルを直列に接続する。
〔問 1２〕次の記述の 内に入れるべき字句の組合せで、正しいものはどれか。
送信所から発射された短波（HF）帯の電波が、（ A ）で反射されて、初めて地上に達する地点と送信所との地上距離を
（ B ）という。
（A） （ B）
１． 電離層 焦点距離
２． 電離層 跳躍距離
３． 大地 焦点距離
４． 大地 跳躍距離
〔問 1 ３〕測定器を利用して行う操作のうち、定在波比測定器(SWRメータ)が使用されるのは、次のうちどれか。
１． 共振回路の共振周波数を測定するとき
２． アンテナと給電線との整合状態を調べるとき
３． 送信周波数を測定するとき
４． 寄生発射の有無を調べるとき
〔問 1 ４〕図に示す整流回路において、その名称と出力側a点の電圧の極性との組合せで、正しいのは次のうちどれか。
（名称 ） （a点の極性）
１． 半波整流回路 負
２． 半波整流回路 正
３． 全波整流回路 負
４． 全波整流回路 正
解答及び解説は、こちらから…
〔問 1〕 ３． 電子の進行速度が変わる。
電界中の電子（荷電粒子）の運動
電界中の電子は、負の電荷を持っているため、電界の向きとは逆向きに静電気力を受けます。この力により、電子は電界に沿って等加速度直線運動や放物運動を行い、運動エネルギーを獲得します。
電界（電場）の強さをＥ、電子の電気量を e 、電子の質量をⅿとすると、電子の運動に関する基本的な法則は以下のようになります。 （電子の質量を m［kg］、電子の加速度を a［m/s2］）
力の大きさ :Ｆ＝ e・E ＝m・a（N:ニュートン）
電界の方向と「逆向き」（負の電荷を持つため）の力が加わります。
電界、磁界、電子（電子の動きが電流）相互の関係と力は、物理の基礎を思い出して復習してみましょう。
フレミングの法則
フレミングの法則には、磁界（磁場）の中で電流が受ける力の向きを表す法則【フレミング左手の法則】と、磁界の中で導線を動かすときに誘導起電力または誘導電流の向きを表す法則【フレミング右手の法則】の２種類の法則があります。
１ フレミングの左手の法則について
磁界の中にある導体（電線）に電流を流すと導体（電線）に動こうとする力が発生します。左手の 【親指】【人差し指】【中指】を各々直角になるように各指を立てます。この時各指が指す方向は・・・
・中指：電流 I の方向
・人差し指：磁場Bの方向
・親指：導体（電線）が動く（電磁力）Ｆの方向
上図になるような相互の関係性を表すことができます。この時に導体が受ける力を「ローレンツ力」といいます。
（ローレンツ力： 電磁磁場内で運動する電荷粒子が受ける力のことを言います。）
モーターの回転力は、このローレンツ力を利用しています。
２ フレミング右手の法則について
磁界内で導体（電線）を動かすとその導体（電線）に誘導起電力が発生します。【親指】【人差し指】【中指】を 各々直角になるように各指を立てます。この時各指が指す方向は・・・
・人差し指：磁場Bの方向
・親指：導体（電線）が動くⅴ方向
・中指：誘起起電力 e の方向
上図になるような相互の関係性を表すことができます。この時の中指の方向が「誘起起電力」の向きになります。
モータにはフレミングの左手の法則で回転しますが、実は、フレミングの右手の法則も同時に作用するのです。
フレミングの右手の法則は 「磁界内で導体（電線）を動かすとその導体（電線）に誘導起電力が発生する」ですので、このモーターの軸に何らかの回転力を与えることで逆向きの起電力が発生します。これを応用したのが発電機です。
〔問 ２〕 ３. 搬送波無し、右側波帯のみ
上の図で、搬送波を挟んで周波数の高い方（右側）の側波帯をUSB（上側波帯）、周波数の低い方（左側）の側波帯をLSB（下側波帯）といいます。
ＳＳＢ(J3E)電波は単側波帯ですので、ＵＳＢ又はＬＳＢのどちらか一方を（切り替えて）使うもので、周波数スペクトルで見ると３番になります。
〔問 ３〕 （A） （B） （C）
１．バラクタダイオード ツェナー 図2
バラクタダイオード（設問中の図１）は、バリキャップ、可変容量ダイオードなどともいい、端子間に加える逆方向電圧の大きさによって静電容量（キャパシタンス）が変化する半導体ダイオードです。 電圧で容量をコントロールできる「電子的な可変コンデンサ」で、高周波回路（同調回路、発振回路など）でよく使用されます。
ツェナーダイオード（設問中の図２：定電圧ダイオード）は、一定の基準電圧を作り出すための半導体素子で、般的なダイオードとは異なり、あえて「逆方向」に電圧をかけ規定の電圧（ツェナー電圧）を超えると急激に電流が流れだすことで回路の電圧を一定に保ちます。この現象を、ツェナー効果といいます。
バリスタは、順方向・逆方向ともにある一定電圧で急に電流が流れ出す電圧－電流特性（電流非直線性）を持つ素子です。
保護したい回路又は半導体素子に並列に挿入すると、回路にサージが印加されたときにサージ電圧 とサージインピーダンス によって決定されるサージ電流 を流すことにより回路を保護します。 サージとは、落雷や何らかの原因により意図せず急激に発生する高電圧・過電流などを指します。
因みに、文中のトンネルとはトンネル効果（量子トンネル効果）のことで、電子などの極めて小さな量子が、本来は越えることのできないはずの「エネルギーの壁」を、ある確率ですり抜けてしまう量子力学的な現象です。
その現象を利用したのが「トンネルダイオード」です。トンネルダイオードは、量子力学的な「トンネル効果」を利用した半導体素子です。物理学者の江崎玲於奈博士（1973年ノーベル物理学賞受賞）によって1957年に発明され、別名「エサキダイオード」とも呼ばれています。
〔問 ４〕 ４． 発振器の次段
緩衝増幅器（バッファアンプ）は、異なる電気回路や機器の間に入る増幅回路の一種で、前の回路（発振器など）で生成された信号を後ろの回路の負荷変動から守るため、信号の電圧はそのままに電流だけを補ってインピーダンス（電気抵抗）を変換することで、後段のパワーアンプによる急激な電流変化が発振器に逆流し、周波数がズレるのを防ぎ安定した信号伝達を維持します。
言葉として読んでいると、なんかややこしいな…と感じるかもしれませんが、要は発振器を安定して動作させるための緩衝部と考えると判りやすいかもしれません。
〔問 ５〕 １． 受信信号を可聴周波信号に変換するための回路である。
ＢＦＯ（Beat Frequency Oscillator：うなり発生器）：CW（モールス発信）は搬送波（キャリア）のみを断続的に送信（オン・オフ）する方式で、変調はされていません。
これは、CW信号をAMモードで受信すると、断続的な音だけが聴こえてくることからも確認できます。
搬送波だけの信号を可聴音にするため、CWの受信機ではBFOで内部に信号を発生させ、この信号と受信周波数の差をビート音として発生させています。このビート音が「ピー」という可聴音になるわけです。
〔問 ６〕 ４． AGC回路
AGC回路：（自動利得制御：Automatic Gain Control）は、入力される信号の大きさが変動しても、増幅器（後段のアンプ）の出力レベルが常に一定になるようアンプの増幅度（ゲイン）を自動調整する電子回路です。
〔問 ７〕 ４． 急激に増加していく。
設問中の図のような、エミッタ接地（エミッタフォロワー）回路で、コレクタにVcが印可された状態でVｂを変化させると、電圧は一定のままVbの変化の伴ってコレクターエミッタ間の電流 Ic が変化（増加）します。 しかし、この回路図は、トランジスタの特性を説明するための簡易的な書き方をしているため、実際の回路ではこのような接続はなく若干誤解を招くかもしれませんので少し補足します。まあ、あまり意識しないで流し読みしてください。
一般的な使い方としては、
ベース-エミッタ間の入力（左図のVin）が”０”の時（赤の点線）は、コレクタ抵抗Rcで生じる電圧降下をVccから引いた電圧（VccーIcRc）が、電圧Voutの基準（中心）電圧（紫の点線）が出力（Vout）となります。 Vin（赤の曲線）の入力の増減に伴いトランジスタのON状態が変化すると、逆の極性でVout（紫の曲線）が出力されます。
これは、Vinが増加しエミッタ電流 Ieが増加すると Voutは、減少方向へと変化していきます。
〔問 ８〕 ２． トラップフィルタ（BEF）
BEF:トラップフィルターは、ある一定の周波数成分だけを減衰させるフィルターです。 430ＭＨｚ帯の電波がＵＨＦ帯テレビの受信ブースターで増幅される等で発生する電波障害を対策する場合に使用されます。
LPF:ローパスフィルターは、「低い周波数成分を通過させ、高い周波数成分は通過させない」といった特性のフィルターです。
テレビの電波障害の対策では、ＨＦ帯や50ＭＨｚ帯トランシーバーのアンテナ端子とアンテナの間に挿入するフィルターです。このため、トランシーバーの送信電力に見合ったものを選ぶ必要があります。
HPF:ハイパスフィルターは、ローパスフィルターとは逆に「高い周波数成分を通過させ、低い周波数成分を阻止する」フィルターです。
ＨＦ帯や50ＭＨｚ帯の電波障害対策では、テレビのアンテナとテレビのアンテナ入力端子との間に挿入します。なお、テレビ用の受信ブースターが接続されている場合は、テレビアンテナと受信ブースタのアンテナ入力端子との間に挿入するのが障害除去に効果があります。
BPF:バンドパスフィルター（ノッチフィルター）は、必要な周波数帯域だけを通過させ、他の周波数成分はカットするフィルターです。一般的には144ＭＨｚ帯での電波障害対策に使用され、トランシーバーのアンテナ端子とアンテナの間に挿入します。
ＡＣラインフィルターは無線機側からＡＣ電源ラインへの電波の混入を防ぐ場合と、すでに電源ラインに混入した電波により、家庭電器製品が障害を受けている場合の対策に使用します。
ＡＣラインフィルターは、市販されているものもありますが、フェライト・トロイダルコアを使って自分で製作することもできます。
ＳＷＲメーター：（Standing Wave Ratio：定在波比）は、アンテナと伝送線路（送信ケーブル）の整合状態を示す数値です。 SWR比 1.5 以上になると、反射波によって無線機の故障や電波障害の原因になることがあり送信電力の損失も大きくなります。 理想的な状態は、SWR 1.0です。電力がロスなくアンテナから放射されている状態を指します。
〔問９〕 ４． 高調波が発射されたとき
スプリアス発射とは、無線機器が通信のために必要とする周波数帯（必要周波数帯）以外の、本来は送信されるべきではない不要な電波のことです。高調波やノイズなどが含まれ、他の通信や電子機器への混信・妨害の原因となります。
高調波（こうちょうは）とは、本来の基本波に対し、その整数倍の周波数を持つ波形のことです。基本波が歪む（ひずむ）ことで発生し、基本波の2倍、3倍…の周波数成分が含まれており、これらが「第2高調波」「第3高調波」などと呼ばれ機器の誤作動や故障の原因になることがあります。
これに対し、 基本波の整数分の１倍の周波数を持つ波形を低調波といいます。基本波の１/2倍、１/3倍…の周波数成分が含まれています。
〔問 1０〕 １． 放射抵抗は50〔Ω〕である。
半波長ダイポールアンテナの入力インピーダンスは、理論上で約７３（Ω）で、より正確には
７３＋j0（Ω） です。この状態は、アンテナが共振しておりリアクタンス分（j0）がゼロになっている理想的な状態を指します。 現実的な実測値: 約７０～７５（Ω）前後で素子の太さや環境、地面からの影響などで変化するため市販されている一般的な同軸ケーブル（７５Ω）を使用し、更にSWRの調整をします。
〔問 1１〕 ４． アンテナにコイルを直列に接続する。
１／４波長で８メートルですから、１波長が３２メートルの場合の周波数は 約９.４MHzです。これを７MHz帯の電波で使用するには、ローディングコイルを使用します。
ローディングコイルは、アンテナの物理的な長さを本来必要な長さよりも短くした際に、電気的な長さを補って共振させるために挿入するコイルのことです。アンテナをコンパクトにできます。 電波の波長に対してアンテナが短いとアンテナに電流が乗りにくくなり定在波が発生します。 アンテナに対し直列にコイル（インダクタンス）を入れることで、波長に合わせて物理的な短さを電気的に打ち消します。
マニアックなアマチュア無線家の間では手持ちのアンテナを有効活用するため、ローディングコイルを自作することが多々あります。（それなりの計測器が必要ですが…。）
〔問 1 ２〕 ２． 電離層 跳躍距離
跳躍距離（スキップディスタンス）とは、ら発射された波などが上空の電離層で反射して再び地上に届くまでの、電波が届かない領域（不感地帯）を越えた最初の到達地点までの距離をいいます。 （ 短波（HF）帯の電波は直進性が高く見通し距離しか届きませんが、電離層に反射させることで長い距離を飛ばすことができます。）
電離層とは、地球の上空およそ60kmから1,000kmの高さにある大気圏の一部です。太陽からの強い紫外線やX線によって大気の分子や原子が「電離（イオンと電子に分かれる）」し、プラズマ状態になっている領域のことで、電気を帯びているため、特定の周波数の電波を鏡のように反射する性質があります。これを利用して、地上から発射した短波などの電波を電離層と地表の間で何度も跳ね返すことで、地球の裏側へ遠距離通信を行うことができます。
電離層は、高さによって３つの領域に分けられます。
- D層（高度約60〜90km）：最も低い層。昼間だけ現れ、電波を吸収する性質があるため、夜間は消滅します。
- E 層（高度約100〜130km）：主に中波（AMラジオ）などを反射します。
- F 層（高度約150〜1000km）：最も電子密度が高く、短波（国際放送やアマチュア無線など）を遠くまで飛ばすために最も重要な層です。
〔問 1 ３〕 ２． アンテナと給電線との整合状態を調べるとき
ＳＷＲメーター：問８解説をご覧ください。
〔問 1 ４〕 ４． 全波整流回路 正
整流回路は、極性が反転する交流から、プラス極性のみの直流を作り出す回路です。
左上の図は、入力される交流波形です。赤がプラスで青がマイナスで表されます。
左下の図は、全波整流した時の波形で青が反転してプラス側のみの波形です。これはまだきれいな直流ではなく流れる方向は一定でありながら、電流や電圧の大きさが周期的に変動する脈流です。脈動電流とも呼ばれます。
一般的には、左図のようなダイオードを４個組み合わせたダイオードブリッジが使われます。
〇の中に正弦波形が描かれているのが交流電源記号です。抵抗の記号は負荷を表しています。
これに対し、半波整流回路及びその波形下の図の通りとなります。
回路図からわかるように、片方の極性のみ取り出すもので青線側の電気エネルギーは損失となってしまいます。
これら整流回路から得られた直流の脈流は、平滑回路や定電圧回路へと送られきれいな直線状の波形へと整形されてから電子回路の電源として使われます。
３級問題はCW（トーン発振）の問題が１問程度増えますが、あとは４級問題と似たり寄ったりなので、ある程度理解ができたなぁ..と感じるようでしたら、４級を飛ばしていきなり３級を目指しても大丈夫だと思いますよ。 さあ、思い切って頑張ってみてください。 過去問を繰り返し説けば必ずや合格は手にできるでしょう。
