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システムデザイン学部 电気电子工学科
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私たちの生活に欠かせない「周波数」
周波数のできること
音波、电磁波、光など、波の特性を持つものには、すべて特有の周波数というものがあります。周波数とは、一定时间に波の振动が起こる数のことで、この周波数というのは、「世界でもっとも精度よく作り出せる物理量」であると言われています。つまり、さまざまな周波数を基準として、时间や温度や距离など、いろいろなものの正确な测定ができるということです。大きな例で言うと、宇宙が膨张しているということも、「远ざかるものから発する电磁波は周波数が低くなる」（ドップラー効果）という周波数の特徴を利用した観测で明らかになったことなのです。
私たちのまわりの周波数源
私たちの身近なところでは、多くの电子机器で、复数の回路を同期（作动を时间的に一致）させるなどするために、安定した周波数が必要になります。それには、水晶に电気を流すと振动するという特性を利用して开発された、「水晶振动子」と呼ばれる部品が使用されています。安定した周波数源となっている水晶振动子は、デジタルカメラやパソコン、携帯电话、自动车の电子制御、クォーツ时计や多くの家电製品などにも使われており、今や私たちの生活には欠かせないものとなっています。
周波数で时间を计る
また、日本の时间の基準となる日本标準时は、「原子発振器」という装置で计られる时间をもとにしています。原子発振器というのは、ある原子のまわりを回る电子にマイクロ波やレーザー光を当てたときに、电子に変化が生じるときの周波数を取り出す装置のことで、水晶振动子よりも高い精度の周波数を得ることができます。现在では、16桁の精度で周波数を作り出すことのできる原子発振器もあり、これを使った时计では、误差が数亿年に1秒となります。日本标準时は、世界の标準时间と同期していますが、例えば証券取引では、1秒以下のタイミングで取引の优先顺位が决まることもあるので、国际间においても正确な时间测定は不可欠なのです。
「原子発振器」で広がる电子社会の未来
携帯电话に必要な周波数
携帯电话やインターネットを利用するには、正确な周波数を発生させる装置が必要です。电波によって通信する电子机器は、割り当てられた特定の周波数を利用して情报をやりとりしているため、周波数が正确でないと、电波を送受信することができなくなってしまいます。テレビやラジオが、チャンネルごとに电波の周波数が违うのと同じで、携帯电话も、それぞれの机器が异なる电波を使い分けることで、混线することなく通话ができるのです。そのために携帯电话の部品として欠かせないのが、「水晶振动子」というものです。
水晶振动子とは何か
水晶振动子とは、电圧を加えたときに水晶が振动する原理を応用して、精密で安定した周波数を発生させる装置です。电波を利用するものだけでなく、多くの电子机器では、回路间の同期（作动を时间的に一致させること）などのために安定した周波数が必要とされます。ですから、今では、この水晶振动子が、さまざまな家电製品やパソコン、时计や自动车など、あらゆるところに部品として使用されています。一般家庭の家の中にも、数十个はあると思っていいでしょう。
原子発振器で携帯电话が进化する
水晶振动子が作ることができる周波数の安定度は、5～6桁です。しかし、さらに精度を高めることができれば、携帯电话はより使いやすくできます。そのために开発されているのが、10～11桁の精度で周波数を得ることができる超小型「原子発振器」です。原子発振器は、现在は正确な时を计る原子时计などに応用されていますが、まだ携帯电话に内蔵できるほどには小型化されていません。超小型化が実现し、原子発振器が内蔵されれば、携帯电话が电源を入れるとすぐに立ち上がるほか、高速通信と、より安定した通话が可能になると言われています。携帯电话に限らず、情报通信や医疗の分野への応用も大いに期待されています。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
どの分野に进むか、判断がつきかねているなら、いろいろなことに兴味を持ち、自然现象でも电化製品でもいいので、それがどういう原理で动いているかを、一歩踏みこんで调べてみてください。例えば、电化製品は、电気电子の知识だけではなく、幅広い分野から得られた知识と技术が融合してできています。踏みこんで见ていくと、家电ひとつからもいろいろな分野が见えてきて、自分の兴味の持てる分野が见つかると思います。それは洞察力を养うことにもつながり、きっとあなたの梦を実现する足がかりになるでしょう。
梦ナビ编集部监修
