スマホの光るアンテナ自作!ガラケーの懐かしいストラップアクセサリー

スマホの光るアンテナを自作する 電気電子・情報工学
ガラケーの懐かしい着信時に光るストラップアクセサリーを自作する

ガラケーの時代に懐かしい光るアンテナがありました。

この着信すると光るアンテナを現代のスマホ:iPhoneでも光るように自作する方法を元電気電子工学科の筆者が解説します。

自作のものはガラケーのストラップのように小さくするのは難しいですが、今回の記事を見ながら実際に作ってみる事で電波の受信の大まかな仕組みを学ぶことが出来ます。

部品もLED・ダイオード・コンデンサー・コイルの4つだけで制作出来、電源もいりませんのでお子さんの夏休みの自由研究のテーマとしても最適です。

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スマホの光るアンテナ自作!ガラケーの懐かしいストラップアクセサリーのポイント

  • スマホの光るアンテナに必要な部品はたったの4点で構成されている。(ダイオード・コンデンサ・LED・コイル)
  • ガラケーよりも電波出力の弱いiPhoneでも自作なら光らせる事が出来る!
  • 基本的な仕組みはコイル内に電波が通過する事により発生した誘導電流をダイオードで整流後、コンデンサーに貯めてLEDを光らせている。
  • 最低限必要な工具はニッパー・半田ごて・ハンダのみでOK。
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自作したスマホのアンテナが光るのはなぜ?仕組みを解説

冒頭のポイントでも少し触れた通り、このiPhoneでも光るアンテナの仕組みは空中に飛んでいる電磁界を利用してLEDを光らせています。

空中に飛んでいる電波は電界と磁界がセットになって波状に進んでいます。この電磁界をコイルで捉え、コイルで発生した誘導電流をダイオードで半波整流したのち、コンデンサーに貯めてLEDに流します。

LED(ライトエミッティングダイオード)

ダイオードの部品と仕組みは似ています。これは光を放つデバイスです。

LEDにはプラスとマイナスの端子があり、接続時に間違えないように+端子が長く、−端子が短く作られています。(間違えて逆電圧をかけるとLEDが破損する原因になる。また、LEDは電流制御で流せる電流や電圧が決められている)

通常の豆電球との違いを簡単に述べると、LEDは半導体の一種です。

豆電球は単に電線の抵抗を利用してその熱が光に変わります。電線が早く燃焼しないように、通常中は真空に保たれています。

LEDは豆電球と違い、低損失で商品電力が少なく低電圧駆動出来、デバイス自体も小型化出来ますのでこのような回路に最適です。

ダイオード(電流を一方方向にしか流さないデバイス)

先ほどのLEDの部品と少々にた動作です。

水道のバルブに例えるとまさにチャッキバルブ(チェックバルブ)と一緒です。

水と一緒で電流を一方方向にしか流さない役割をします。水もチャッキ弁を持ち上げるのにある程度水圧が必要ですが、電気の世界のダイオードではダイオードが電流を一方方向に流し始める順方向電圧というものがあります。

ダイオードの順方向電圧は約0.6Vから動作します。(水の流れの例えが電圧に変わっただけですので簡単です)

ダイオードにもLEDと同じように流す方向が決まっていますので当然向きがあります。

ダイオードの場合は端子の長さで+と-を判別しているのではなく、ダイオードに刻印されている帯で判別します。(帯の白い部分がある方が−端子でカソードと呼びます。反対にプラスの部分はアノードと呼びます)

LEDも+端子・−端子という他にアノード端子・カソード端子と言った呼び方をされる場合もあります。

上記迄は部品についての詳細でしたが、何故光るアンテナにはダイオードが必要なのかをもう少し詳しく解説します。

LEDには+端子と-端子があり、電圧をかける方向に向きがあると述べましたし、その向きを逆にすると故障する可能性がある事も解説しました。

LEDには極性がありますので、きちんと向きに合せて電流を流してやらないと光りません。

コイルを想像してみてください。

コイルからエネルギーを取り出すにはコイルに電磁界を通過させる必要があります。

この電磁界は波ですので、プラスとマイナスの極性が一定周期ごとに変化します。

すると、コイルから取り出す電流もプラスマイナスが一定周期で変化する交流電源になるという事です。

LEDに交流は印加できませんし、コイルには常に安定した電磁界が供給されているわけではありません。

例えば、車のCB無線や雷などで発生した強いサージよってLEDの定格よりも高い電圧が印加されると簡単に故障します。

この回路におけるダイオードの重要性を纏めると、ダイオードはLEDに常に同じ向きで電流を流すために重要な部品という事です。

更に、もう少し詳細をお話しするとダイオードにも種類が色々ありますがここで使用するダイオードは電源周りに使用される耐圧の高いものではなく、小信号用の順方向電圧降下の低いダイオードを使用します。(取り出せるエネルギーが小さいため)

コイル(発生した電磁界のエネルギーをコイルで取り出す)

コイルにiPhoneやアンドロイドのスマホで発生した磁界を通すと電流が流れます。

コイルは直流は良く流す部品ですが、交流では抵抗のようなふるまいをします。

ここではコイルも自分で様々な大きさや形にして実験してみるとLEDの光り具合も変化して面白いです。

コイルは少ないよりも多くまいた方が取り出せるエネルギーも大きくなります。

実験では、モンスターエナジーのようなエナジードリンクの空き缶や塩ビ管に銅線を50回巻きつけてコイルを制作しました。

コンデンサー

コンデンサーが無くても一応点灯はしますが、あった方が良いです。

コンデンサーは、コイルで発生した交流をダイオードで半波整流した後にコンデンサーに貯める事によって光る時間を延長してくれます。

LEDにかかる電圧は半波整流されていますので、おおざっぱに説明すると一定時間点灯して一定時間消灯する周期を繰り返すわけです。

これをコンデンサーに一旦蓄電する事で、バッファのような働きをしLEDの視認性を良くします。

水のタンクと一緒で、断続的に蛇口を開閉してそのまま水を流すよりも、一旦何かタンクに貯めて水を流した方が流れはある程度平均化できますよね?

その現象とコンデンサーの役割は似ています。

スマートフォン(iPhone)のアンテナは内臓されている

ガラケー時代の携帯電話はアンテナが露出していましたが、スマートフォン(iPhoneやアンドロイド)等のスマホは何処にアンテナはどこにあるのでしょうか?

iPhoneやアンドロイドはアンテナがなくなったわけではなく、本体の基盤に小さなものが内蔵されています。

アンテナの送受信の出力は、ガラゲー時代より下がっていますがアンテナの制度は向上し、ガラケー時代よりも低消費電力で動作できる仕組みになっています。

アンテナが内蔵されているので、当然ガラケー時代に流行ったアンテナをiPhoneやアンドロイドのスマートフォンで使用する事は出来ません。

余談ですが、こうしたアンテナを光らせる行為は電波の出力の一部を無駄に使用してる事になるので、場合によっては通信に余計な時間がかかったりすることもあります。