アンテナ

アンテナは最も電磁界シミュレーションが活用されている分野と言えるかもしれません。
  • アンテナ素子単体から給電回路込みのシステム設計
  • 筐体や他のアンテナとの干渉
  • 人体に対する影響
  • MIMO、アンテナアレイ設計
  • アンテナ設置性能評価
  • 電波伝搬解析
など、あらゆるアンテナシミュレーションに最良のソリューションを提供します。

フェイズドアレイアンテナの設計

移動体衛星通信用Lバンド平面アンテナの設計事例を通して、Antenna Magusのアレイ合成機能とCST MW STUDIO(CST MWS)のフルウェイブシミュレーションを使用してアンテナ設計を効果的に進める方法を具体的に説明します。

超広帯域高出力進行波アンテナ

高出力マイクロ波(HPM)進行波アンテナの設計と実装の事例です。アンテナの駆動は高出力の単発信号発生器により 出力-3dB、パルス幅1ns、ピーク電圧100kV以下で行います。信号発生器には出力用の中空同軸導波管が搭載されているため、同軸導波管と平行板の間のトランジションについても設計と製作を行いました。まずシステムの物理的な寸法、電気的パラメータの理論値および特性をMATLABで計算した後、CST STUDIO SUITEでアンテナの構成要素をモデル化し、計算と最適化を実行します。さらにCADエクスポート機能を使用してシミュレーションモデルから製作モデルと回路図を作成します。製作したアンテナの測定を行い、シミュレーションの結果と比較します。

開口効率を高めた誘電体レンズアンテナ

距離を計測するレーダーの仕組みは、産業用タンクの貯蔵レベルの計測に用いられます。タンクのフランジに収まるほど小型でしかも鋭い指向性を有するという要求仕様を満たすレーダーとして、誘電体レンズアンテナを考慮します。シミュレーションと最適化を行い、測定結果とよく一致する解析結果が得られました。

3D EM シミュレーションツールによるRFIDシステムデザイン

さまざまな形状が許容されるタグの自由度の高さ、電磁界と回路のハイブリッドシミュレーションによるシステム解析、タグ形状とセンサー位置の最適化によるデザインゴールの達成などを内容としたRFID Europe 2008 カンファレンスにおけるプレゼンテーションです。(英語)

アンテナ整合回路の最適化

アンテナ設計にはインピーダンス整合が欠かせません。アンテナの入力インピーダンスとアンプのインピーダンス(たとえば50 Ohm)の整合が取れていないと、アンテナから放射するはずの信号がアンプに反射します。通常はディスクリートインダクタやキャパシタと伝送線路からなる整合回路でアンテナのインピーダンスを整合します。このホワイトペーパーではアンテナ整合回路の最適化について解説します。整合回路の設計は一見難しくなさそうですが、実際にはさまざまな配慮を必要とします。

高インピーダンス表面とウィルキンソン分配器を用いた方形ループアンテナ

高インピーダンス表面(HIS)を使用した平面状方形ループアンテナの解析例をご紹介します。AMCに類似した特性のHISにアンテナを近接配置することができるため、構造をより薄く、コンパクトにする可能性が開けます。4方向ウィルキンソン分配器を用いて同相信号を入力し、ドーナツ状の放射分布が得られました。より現実に即した解析を行うために、分配器とケーブルを含めたアンテナシステムのシミュレーションを行いました。

通信用アレイアンテナの設置後の性能

電波塔に通信用アンテナをいくつも設置するとき、設置場所の選択が重要な問題となります。電磁界シミュレーションはアンテナの設計だけでなく、電波塔での配置の最適化にも使用できます。この資料ではCST STUDIO SUITEのソルバーを何種類か組み合わせて使用して、バイコーンをスタックした全方位アレイアンテナの最適設置場所を導出する方法を詳しく説明します。

UWB プリント円形ダイポールアンテナ

独特な給電システムと円形アームのある UWB ダイポールアンテナについて、CST MW STUDIO でモデリングとシミュレーションを行った事例です。IETR-INSA / Thomson R&D France の設計によるアンテナは、3–10 GHzの広帯域で良好なマッチングを示し、6 GHz 以下の帯域で全方位放射分布を示します。

周期性のある導波管フェーズドアレイアンテナ

周期構造の解析例として、誘電体レドームのあるオープンエンド導波管フェーズドアレイアンテナのシミュレーションをご紹介します。ユニットセル機能により周期構造を模擬したシミュレーションを行い、平面波の重畳により合成した結果との比較を行っています。

RFID リーダコイル 13.56 MHz

RF認証システム(RFID)は、認証、発券、アクセスコントロール、サプライマネジメントなどの分野で広く使用されています。ここではLegic Ident SystemsのRFIDリーダコイルP81をCST MW STUDIOで解析した事例をご紹介します。基板の公差に対する入力インピーダンスの感度を解析し、測定結果との比較を行っています。

コンパクトなアンテナのシミュレーション

電気的サイズの大きいアンテナの解析事例をご紹介します(この事例の設計データと解析結果は仏・Chelton Antennas のご協力とご好意により掲載します)。CST MW STUDIO 時間領域ソルバーの優れたメモリ効率により、直径20波長におよぶ大型アンテナのシミュレーションが実行可能となります。

AMC基板を使用したRFIDタグアンテナ

反射位相の調整が可能なAMC基板の導入により、RFIDの機能改善を試みた例です。シミュレーションの結果、高誘電性材質や金属に取り付けた場合の動作の改善と、読み取り可能範囲の拡張という2つの課題について、目的が達成されたことを確認しています。(セジョン大学発表資料)

メタマテリアルのアンテナ - Kymeta

Kymetaはメタマテリアルベースの衛星通信用ビーム形成アンテナの開発に携わる米国企業です。会社設立の当初からCSTソフトウェアを使用しています。CST STUDIO SUITEを使用して、コストと消費電力を抑制しながら、小型で軽量なアンテナを開発しています。

マイクロストリップパッチアレイの設計

単一素子のアンテナに比べ、アレイアンテナは高い指向性を示します。この指向性の高さはアレイ素子間の干渉効果によるものであるため、各素子の位相と振幅、さらに素子間の間隔の最適化が必要となります。CST STUDIO SUITEの回路ソルバーと3Dフルウェーブソルバー、および最適化ツールによるWLAN周波数プレーナマイクロストリップパッチアレイの設計プロセスをご紹介します。

広帯域ホーンアンテナ

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ます。 SatimoのデュアルリッジホーンアンテナをCST MW STUDIO 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。電気的サイズが大きいアンテナの解析ではCST MW STUDIO 時間領域ソルバーの効率の良さが活きます。1回のシミュレーションから高分解能の広帯域結果が得られます。この事例はSATIMO(伊)のご厚意と許諾により掲載します。

Xバンド円偏波スプラッシュプレートアンテナの設計におけるCST MWSの活用

円偏波スプラッシュプレートアンテナの設計において、CST MWSとTICRA POS & GRASPを共同活用した事例。まずCST MWSを使ってスプラッシュプレートを設計し、GRASPフィードファイル抽出マクロから遠方界パターン情報を出力した後、この情報をTICRA POSに取り込んで、フィードの位置とリフレクタの形状を最適化します。最終的にCST MWSとGRASPそれぞれでアンテナのパフォーマンスを計算し、実測データと比較した結果、CST MWSでは360度にわたってローレベルまでの一致が確認できました。最終的なアンテナパターンは、CST MWSで精度の良い計算を実現できます。(英語)

環境非依存型小型アンテナ

Holst Centre – IMEC-NLのHubregt J. Visser博士(PhD)による、周辺環境に依存しない装着式小型アンテナの設計に関するプレゼンテーションです。シールドや樹脂封入によりアンテナに環境非依存性を持たせます。(英語)

被災者を探知するアンテナの設計

IETRのFloc'h Jean Marie氏によるプレゼンテーション。生き埋めとなった被災者を探し出すために、UWBドップラーレーダー技術を用いたアンテナが使用されますが、生存者の動作や呼吸などの微弱な反射信号を、周囲の雑音の中から探知するのは非常に困難です。そこで、軽量で持ち運びが便利な2つのフレア付きアンテナが設計され、解析と実測が実施されました。(英語)

近傍電磁界測定用プローブの校正とEMCスキャンシステム

University Erlangen-NurembergのMatthias Spang氏によるプレゼンテーション。CST MW STUDIOを用いて電磁界プローブ校正用のフィールド分布を計算した事例です。計算とあわせて、平面波理論を使ったプローブ補正技術について述べています。2種類の電磁界プローブを装置へ取り付け走査測定を行い、近傍電界と近傍磁界の強度分布図を取得して電磁界解析結果と比較しています。(英語)

マルチバンド・モノポール UWB アンテナ

マルチバンド無線システム用のバンドノッチ・平面モノポールアンテナの解析例をご紹介します。 U字型のノッチフィルタを入れた広帯域平面モノポールは、マルチバンドアンテナや狭帯域ノッチを有するウルトラワイドバンド(UWB)アンテナの作出に適します。事例ではノッチフィルタの入れ方を変えて3通りのシミュレーションを行い、ノッチ特性を調べています。

高効率のリニア偏向全方位小型アンテナ

半径0.0415λの球の中にすっぽり収まる小型ダイポールのシミュレーションです。

バランのあるプリントダイポール

バランのあるプリントダイポールのシミュレーション事例をご紹介します。アンテナレイアウトは論文"3-D FDTD Design Analysis of a 2.4-GHz Polarization-Diversity Printed Dipole Antenna With Integrated Balun and Polarization-Switching Circuit for WLAN and Wireless Communication Applications" (Huey-Ru Chuang, and Liang-Chen Kuo, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 51, NO. 2, FEBRUARY 2003)に基づきます。

気象観測ロケット用デュアルバンドアンテナ

気象観測ロケットは主に高高度実験のために開発され、教育機関や低コストの研究に多用される比較的小型のロケットです。搭載するアンテナは、軽量、コンパクトで全方位性であることが求められます。また、どこかに引っかかったりしないようにロケットと一体化させる必要があり、この点が設計を難しくしています。本資料ではENSEIRB-MATMECA(Bordeaux Institute of Technology)のグループが手がけたCST STUDIO SUITEによるアンテナの開発をご紹介します。

携帯端末のアンテナ性能

電気通信分野の開発設計は、消費者の要求に応えようと努力を重ねる間に長足の進歩を遂げました。シミュレーションはその設計フローで重要性を増し、アンテナレベルに留まらず環境レベルにおいても不可欠なツールとなっています。本事例では携帯端末設計の各段階においてシミュレーションと測定を行い、結果を比較しました。

円偏波パッチアンテナの設計

RFIDリーダー用アンテナの最適化事例です。3種類のアンテナについてそれぞれシミュレーションを行うと共に実機を製作して測定を行い、結果を比較しました。

高効率なリフレクターフィードアレイの解析

19素子の大型アレイアンテナのCST MW STUDIO(CST MWS)解析例です。CST MWSではメッシュセル数とメモリ必要量がほぼ線形の関係にあるため、100素子以上のアレイも計算可能です。同時励起機能により、1回のシミュレーションで遠方界分布が得られます。また、パラメータスイープを実行し、給電位置がSパラメータに与える影響を観測しました。

リフレクトアレーアンテナの小型化

リフレクトアレーアンテナの一次放射器として、従来の指向性アンテナに代えて全方位性アンテナを採用した例です。ソースとリフレクトアレーの距離を小さくすることによりアンテナ全体の小型化をはかります。さらにAMC基板をテーパリングしたモデルも作成し、シミュレーションの結果を比較します。(セジョン大学発表資料)

BepiColomboアンテナの設計 - Airbus Defence and Space

BepiColomboは水星探査を目的とするESA(欧州宇宙機関)とJAXA(宇宙航空研究開発機構)のジョイントミッションの名称です。Airbus Defence and Space(Airbus DS)はESA側の主契約者としてこのミッションに参加しています。水星オービタに搭載される複数のアンテナシステムの性能が太陽光パネルや計器類によって損なわれることのないように、綿密なシミュレーションが行われました。

CST MWSとMode Frontierを使用したアンテナ設計と最適化

RafaelのYael Kaldor氏によるプレゼンテーション。大型のプラットフォームに設置した小型アンテナのシミュレーションと最適化の事例です。要求仕様は広帯域、過酷な環境に耐えること、反射損失は30%超の帯域幅で最大 -8 dB(VSWR 2.2:1)でした。CST MW STUDIOでモデリングとシミュレーションを行いました。(英語)

人体頭部と手と携帯端末のシミュレーション

SAMファントムのような人体頭部モデルを使用する携帯端末のシミュレーションは現在では日常的に行われ、端末の性能を確認すると同時に、SAR基準コンプライアンスのチェックのために使用されています。とはいえ電磁界に大きな影響を及ぼすのは頭部だけではありません。Sony Ericsson製の携帯端末について、CADインポートモデルにSAMファントムの頭部と手を組み合わせて、現実的な使用状況を模擬した事例です。