COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 広帯域ホーンアンテナ - 先進のモデリングと設計 デュアルリッジホーンは広帯域利得の測定基準として広く使用されているアンテナです。 図 1 は、SATIMO の設計によるデュアルリッジホーンアンテナです。ホーンはコネクタ化されており、末広がりのリッジと側 面のバーは、利得と周波数カーブが調和するように設計されています。低周波帯ではバーは閉じた表面のよ うに見え、照準利得が増大します。対照的に、高周波帯ではバーは電気的に透明となり、実効利得は減少し ます。注意深く設計されたデュアルリッジホーンアンテナは、1GHz∼1.5GHz の帯域で優れた反射損失と cross polar および平面利得応答（通常 7dBi∼15dBi）を示します。 図 1：SATIMO のデュアルリッジホーンアンテナ CST MW STUDIO（CST MWS）で上記アンテナのモデルを作成し、シミュレーションを行いました。シミュ レーションではアンテナの E 面に磁気対称条件を設定し、メッシュ間隔をλ/10 とやや粗めにしています。 コネクタの誘電体は無視し、シンプルな構造で近似してあります。また金属部分は PEC とみなし、さらに PML (Perfect Matching Layer) 境界条件を使用して計算しています。全解析に要した CPU 時間は Pentium4.3GHz でお よそ 4 時間でした。 同じデュアルリッジホーンの測定が SATIMO の球体近傍界設備 Stargate64（米アトランタ）で行われました。 その様子を図 2 に示します。測定は周波数範囲 800MHz∼6GHz で実施されました。 図 2：SATIMO の近傍界アンテナテストレンジにおける広帯域ホーンアンテナの測定 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY アンテナの基準ポートにおける反射損失の振幅と位相について、各々シミュレーション結果と測定結果を同 じグラフ上にプロットしたものを図 3 に示します。 図 3: 横軸：周波数 縦軸：反射損失。シミュレーション結果（赤）と測定結果（緑）。 照準指向性のシミュレーション結果と測定結果を図 4 に示します。2 つのカーブに大変良好な相関があるこ とが確認できます。カーブ間の差異は、測定機器の測定精度誤差の範囲内にとどまっています。 図 4：横軸：周波数 縦軸：照準指向性。シミュレーション結果（赤）と測定結果（緑）。 3.6GHz における放射分布について、シミュレーション結果と測定結果を図 5 に示します。左が電界面、右が 磁界面です。偏波定義は LudwigIII によります。2 つのカーブは非常に接近しています。これらの結果は CST MWS の広帯域フィールドモニター機能によって得られたものです。CST MWS は離散した周波数において個 別にシミュレーションを行うのではなく、1 回のシミュレーションで遠方界結果を導出します。内蔵のマク ロを使用して、何十という数のモニターを容易に定義することもできます。 図 5 ：3.6 GHz における放射分布。シミュレーション結果（赤）と測定結果（緑）。 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY アンテナの背面放射は被験体のアンテナと固定装置の結合に影響されて正確に測定するのが困難です。 SATIMO の Stargate システムには、被験体アンテナへの干渉を最小限に抑制するように特別に設計された Styrofoam 固定装置が使用されています。シミュレーションによって予想されたバックローブと測定結果には 良好な相関が見られ（図 5）、測定の正確さが裏付けられる結果となっています。 まとめ： シミュレーション結果と測定結果の間に良好な相関が示されたことにより、CST MW STUDIO モデルの有効 性が確認されました。高分解能の広帯域利得データは、遠方界モニターの多数定義と時間領域ソルバーによ って導き出されたものです。同様な広帯域利得を非時間領域メソッドで抽出しようとすると、周波数の一つ 一つについてシミュレーションを行わなくてはならないため、全体として何回も計算を繰り返す必要があり ます。一回のシミュレーションで広帯域の結果が得られる時間領域の手法は、解析効率の点で際立った優位 性があります。 参考文献： Lars Foged, A. Giacomini, L. Duchesne, E. Leroux, L. Sassi, J. Mollet; Advanced Modelling And Measurement Of Wideband Horn Antenna; Proceedings of the "11th Internationnal Symposium on Antenna Technology and Apply Electromagnetics (ANTEM 2005)". 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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