アンテナ・アレイのビーム・パターンを可視化

電磁界シミュレータ入門CST Stduio編

アンテナ・アレイの位相とビーム形成

アンテナ・アレイのビーム・パターンは，各アンテナ素子の位相と振幅によって決まります．10×10アレイアンテナでは，個々の素子に設定した位相が全体の電界分布に影響します．CST Studio Suiteなどの電磁界シミュレータを用いると，素子ごとの位相変化を反映した3D遠方界のパターンを可視化できます．

アレイ全体の位相情報を計算後，特定方向にビームが形成されるようすを確認できます．単純な直感的表示では方向性の把握は可能ですが，正確なビーム幅やサイド・ローブの強度は確認できません．設計段階ではこれらの定量的評価が不可欠です．

遠方界のプロットによる評価

遠方界（ファー・フィールド）の表示では，アレイのメイン・ビーム方向とサイド・ローブの分布を確認できます．計算結果を2Dまたは3Dプロットすることで，ビーム指向性や指向角度の偏りを評価します．特に，θ方向およびφ方向に対して30°程度までの傾斜が生じる場合があります．

1. 各アンテナ素子の位相を設定
2. シミュレータで近傍電界および遠方界を計算
3. 3D遠方界でメイン・ビーム方向を確認
4. 2D遠方界（Phi=90）でサイド・ローブを評価
5. ビーム幅や指向角の偏りを解析

可視化の意義と設計上の留意点

アレイ・アンテナのパターン可視化は，設計意図とおりにビームが形成されているか確認するために重要です．上から見た2D表示では，アレイ中心のずれや指向性の偏りが直感的に把握できます．これにより，アンテナ素子間の位相調整や配置の最適化に役立ちます．

シミュレーションを通じて得られる情報は，設計段階での誤差修正やビーム指向性の最適化に直結します．単に絵としての理解にとどまらず，サイド・ローブの強度やビーム幅を数値的に把握することが設計の精度向上に貢献します．

〈著：ZEPマガジン〉

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参考文献

1. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］高精度アナログ計測回路＆基板設計ノウハウ，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室 [Vol.8 初めての28GHzミリ波伝搬実験]，ZEPエンジニアリング株式会社．