COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY UWB プリント円形ダイポールアンテナ 円形アームのある UWB ダイポールアンテナに関する発表（ICU 2005：チューリッヒ）をもとに、CST MW STUDIO（CST MWS）でモデリングとシミュレーションを行った事例をご紹介します。ダイポールアンテナ が選好されたのはその無指向性の放射分布のためですが、これに円形アームを使用すると広帯域特性が得ら れることが知られています。この特殊な給電法により、放射分布における擾乱を回避することができます。 図 1：UWB ダイポールアンテナモデル ダイポールアームとストリップライン給電を図 1 に示します。寸法の値は論文[1]を参照しました。SMA から ストリップラインへの正確なトランジションについては寸法の記載が無かったため、推定値を用いています （図 2） 。なお、給電とトランジションはアンテナ性能に直結する重要な領域です。 図 2：トランジションとストリップライン終端部分の詳細 アンテナモデルはパラメータを使用して作成します。open 境界条件を設定することにより開放空間を定義し ます。すべての金属部分を PEC に定義します。損失のある FR4 導体には周波数 5GHz の tanδ=0.025 を適用 することにより Debye 特性を表現します。仰角面の方向に磁気対称条件を付加します。メッシュ設定はすべ てデフォルトのままで初期メッシュを作成しました。六面体メッシュに PBA 機能を使用することにより、詳 細部分を表現しつつ粗めの初期メッシュで計算を行うことができます。 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 図 3：計算時間（秒）vs. パス（左）と S パラメータ誤差 vs. パス（右） CST MWS の時間領域ソルバーはこの事例のような広帯域計算を極めて効率良く行います。2GHz のラップト ップコンピューターを使用した計算は 63 秒で終わりました。 次に、同じ計算を、メッシュ適応機能を適用して行います。この機能の適用により、重要な意味を持つ領域 のメッシュが密になります。数回の適応パスの結果、広帯域 S パラメータ誤差が 2%以内となりました。適応 パスの回数に対応する計算時間を図 3 左に、S パラメータ収束を図 3 右に示します。 図 4：S パラメータ vs. メッシュ適応パス 各適応パスの S11 を図 4 に示します。この結果は、[1]に記載されているシミュレーション結果とよく一致し ています。 図 5：放射分布のシミュレーション結果。方位角面の co 成分と cross 成分 計算された放射分布の polar プロットを図 5 に示します。指向性の co 成分と cross 成分を dB で示しています。 方位角面（左）では、6GHz までは全方位的な放射分布を示し、それより高い周波数では最小／最大レベルの 差が 3dB を上回っています。 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 仰角面（右）にはコネクタ効果が見られます。このプロットでは、すべてのカーブは各々の最大値で正規化 しています。周波数 8GHz では放射分布が SMA コネクタとは反対の方向に傾斜しています。同じ傾向が図 6 （左）にも見られます。 図 6：仰角面の放射分布のシミュレーション結果（左）。4GHz の 3D 遠方界分布（右） 図 6（右）は放射分布を、方位角面と仰角面の定義とともに 3D プロットで示します。計算された最大利得 3dB は、[1]に記載された 2.63dBi に近い値です。3D プロットはアンテナ放射分布が視覚的に捕らえ易い表示 形式です。8GHz の遠方界 3D プロットを図 7 に示します。分布が傾斜していることがよく分かります。 図 7：8GHz の遠方界放射分布。仰角面の最大値 3.5dBi まとめ： [1]に記載された複雑な構造のアンテナを、CST MW STUDIO の時間領域ソルバーに PBA を使用して計算し ました。SMA、トランジション、材質プロパティについては詳細の記載が無かったことを考慮すると、[1]に 記載の結果と相当に良好に一致した計算結果が得られました。測定結果とシミュレーション結果の比較につ いては[1]を参照してください。 参考文献： [1] E. Gueguen, IETR-INSA, F. Thudor, P. Chambelin, THOMSON R&D France : "A low cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances", Conference Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Ultra-Wideband, Sept. 5-8,2005 Zurich. 禁無断転載 株式会社エーイーティー 〒215-0033 神奈川県川崎市麻生区栗木 2-7-6 TEL (044) 980 – 0505 （代) 不許複製 ©2013 AET,Inc
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