
CAEソフト【 Femtet 】-ムラタソフトウェア株式会社
ダイポールアンテナの対称性を利用した解析モデル(全体、1/2、1/4)を示します。
無限グランド面を持つモノポールアンテナの解析方法を示します。
表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。
ダイポールアンテナの解析については「電磁波解析例題7 ダイポールアンテナ」もご覧ください。
項目 |
条件 |
解析空間 |
3次元 |
モデル単位 |
mm |
項目 |
条件 |
ソルバ |
電磁波解析[Hertz] |
解析の種類 |
調和解析 |
解析オプション:特性インピーダンス補正係数 |
1.0 (ダイポールアンテナ(全体、1/4モデル)、モノポールアンテナ) |
2.0 (ダイポールアンテナ(1/2モデル)) |
|
解析オプション |
面(辺)電極の厚みの影響を無視するをチェック※ |
※本オプションは初期設定条件ですでにチェックが入っています。本例題では面電極は
ありませんので、チェックがなくても結果には影響しません。
調和解析および開放境界の設定を以下のように行っています。
タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
調和解析 |
周波数 |
最小 3×109[Hz] 最大 6×109[Hz] |
間隔 |
等間隔をチェック 分割数: 100 |
|
スイープの設定 |
高速スイープを選択 Sパラ変化量: 1×10-3 |
|
入力 |
1.0[W] |
|
開放境界 |
種類 |
吸収境界 |
吸収境界の次元 |
1次 |
ダイポールアンテナの全体モデル、1/2モデル、1/4モデルを示しています。
モノポールアンテナのモデルは、ダイポールアンテナの1/2モデルと同じです。
全てのモデルは、銅から成るANTENNAボディ、空気のAIRボディとポートから構成されます。
ダイポールアンテナの全体モデルは、ANTENNAとポートを空気の球が囲んでいます。
ダイポールアンテナの1/2モデルとモノポールアンテナは、ANTENNAとポートを空気の半球が囲んでいます。
半球の平面はXY面上にあり、電気壁の境界条件(EWall)を設定しています。
1/2モデルにおいては、この電気壁が対称性を意味する境界条件になります。
1/4モデルは、1/2モデルをさらに、ANTENNAを含むYZ面で切り取った形をしています。
この切り取ったYZ面には磁気壁の境界条件(MWall)を設定しています。
この磁気壁も対称性を意味する境界条件になります。
境界条件の電気壁、磁気壁については、「電気タブ」をご覧ください。
ボディ No./ボディタイプ |
ボディ名 |
材料名 |
0/Solid |
ANTENNA |
008_銅Cu※ |
3/Solid |
AIR |
000_空気※ |
6/Sheet |
転写ボディ |
|
※材料データベースを利用
境界条件名/トポロジー |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
EWall/Face |
電気 |
電気壁 |
|
MWall/Face |
電気 |
磁気壁 |
|
PORT/Face |
電気 |
入出力ポート |
基準インピーダンス: 指定するをチェックし、 モード数: |
外部境界条件 |
電気 |
開放境界 |
解析条件の開放境界タブにて設定 |
設定項目 |
条件 |
周波数依存メッシュの設定 |
参照周波数:5×1010[Hz] |
参照周波数には、アンテナの長さから予測していた共振周波数の値を入れました。
まずダイポールアンテナの特性が、全体モデル、1/2モデル、1/4モデルで一致する事を確認します。
アンテナの反射特性を、Sパラメータとインピーダンスのスミスチャートで確認します。
[解析結果]タブの[チャート] から[SYZ行列]を実行し、
[SYZ行列]ダイアログの[XY_Graph]や[SmithChart]を実行すると、
それぞれに応じた形でグラフが出力されます。
[SYZ行列]ダイアログについて、詳しくは「SYZ行列」をご覧ください。
全体モデル、1/2モデル、1/4モデルの反射特性を、図1に示します。
反射特性はよく一致していることが分かります。
|
図1 ダイポールアンテナの全体モデル、1/2モデル、1/4モデルの反射特性 |
次に、アンテナの放射特性を表す指向性を確認します。
[解析結果]タブの[チャート] から[指向性]を実行し、
[指向性計算]ダイアログの[電磁波指向性計算]タブを表1のように設定します。
ただし、対称面と無限グランド面の設定は、モデルに応じて表2のように設定します。
[Polarグラフ]を実行すると、指向性が図2のようにPolarグラフで図示されます。
[電磁波指向性計算]タブについて、詳しくは「電磁波指向性計算について」をご覧ください。
全体モデル、1/2モデル、1/4モデルの指向性を、図2に示します。
ただし、反射の少ない4.5GHzで比較を行いました。
放射特性もよく一致していることが分かります。
表1 [電磁波指向性計算]タブの設定
タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
電磁波指向性計算 |
周波数 |
4.500000 GHz |
観測点の位置 |
φ |
|
θ |
||
表示の種類 |
POWER |
|
単位 |
dBi |
|
対称面と無限グランド面の設定 |
表2を参照 |
|
設定 |
グラフの横軸: θ |
|
その他の設定 |
表2 対称面と無限グランド面の設定
モデル |
XY面 |
YZ面 |
ZX面 |
ダイポールアンテナ 全体モデル |
対称性なし |
対称性なし |
対称性なし |
ダイポールアンテナ 1/2モデル |
電気壁 |
対称性なし |
対称性なし |
ダイポールアンテナ 1/4モデル |
電気壁 |
対称性なし |
磁気壁 |
モノポールアンテナ |
無限グランド面 |
対称性なし |
対称性なし |
|
図2 ダイポールアンテナの全体モデル、1/2モデル、1/4モデルの放射特性 |
無限グランド面を持つモノポールアンテナの特性を調べます。
同一モデルのダイポールアンテナの1/2モデルの特性をと比較します。
まず、2つのアンテナの反射特性を比較します。
Sパラメータのグラフとスミスチャートは、図3のように得られます。
図3のスミスチャートから、インピーダンスの虚部が0に近い周波数は4.59GHzと分かり、
この周波数での各アンテナのインピーダンスZは、次のように読み取れます。
ダイポールアンテナ: Z = 64.019 + j 0.159 [Ω]
モノポールアンテナ: Z = 31.334 – j 1.883 [Ω]
モノポールアンテナのインピーダンスが、ダイポールアンテナの半分になっている事が確認できます。
これは、ダイポールアンテナとモノポールアンテナで同じ電流が流れた場合に、
モノポールアンテナに加わる電圧はダイポールアンテナに加わる電圧の半分になる事を意味しています。
これは妥当な結果と考えられます。
|
図3 ダイポールアンテナ(1/2モデル)とモノポールアンテナの反射特性 |
次に、放射特性の比較を行います。
[指向性計算]ダイアログの[電磁波指向性計算]タブを表3・4のように設定すると、
図4のような指向性グラフが得られます。
図4から、モノポールアンテナの方が、利得が約3dBよくなっていることが確認できます。
表3 [電磁波指向性計算]タブの設定
タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
電磁波指向性計算 |
周波数 |
4.590000 GHz |
観測点の位置 |
φ |
|
θ |
||
表示の種類 |
POWER |
|
単位 |
dBi |
|
対称面と無限グランド面の設定 |
表2を参照 |
|
設定 |
グラフの横軸: θ |
|
その他の設定 |
表4 対称面と無限グランド面の設定
モデル |
XY面 |
YZ面 |
ZX面 |
ダイポールアンテナ 1/2モデル |
電気壁 |
対称性なし |
対称性なし |
モノポールアンテナ |
無限グランド面 |
対称性なし |
対称性なし |
|
図4 ダイポールアンテナ(1/2モデル)とモノポールアンテナの放射特性 |
まずはFemtetを試してみたい
試用版・無償版はこちらもっとFemtetについて詳しく知りたい
イベント・セミナー情報はこちら