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MMANAによるアンテナの設計へ - Hi-HO

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MMANAによる アンテナ設計
1. ダイポールアンテナの計算
1.1 座標データの入力
分割数の決定
1.2 電源の条件の設定
1.3 アンテナ形状の確認
1.4 アンテナ特性の計算
インピーダンスの周波数特性
VSWR、利得
指向特性
1.5 データの保存
2. 長方形ループアンテナの設計
3. 集中インピーダンス装荷アンテナの設計
電流分布
1. ダイポールアンテナの計算
●
●
L
L
14MHz用、ダイポールアンテナ
スケッチを描く
L=5m
z
R=1mm 導線の半径
5m
全長で、10mの導線の
真中に1vの電源を接続
x
1v
導線に流れる電流?
導線の場所・電源の接続点
I
信号源、電源
指定
y
アンテナ定義画面
MMANAの画面
アンテナ導線の
座標データの設定
電源の条件の設定
分割数の決定
装荷インピーダンス装荷の設定
1.1 座標データの入力
2素子アンテナ
(x2, y2, z2) z
(0.0, 0.0, 0.0)
5m 終点
始点
始点
No.1
(x1, y1, z1)
No.2 終点
y
(0.0, 5.0, 0.0)
(0.0, -5.0, 0.0)
x
(x1, y1, z1)
1v
(x2, y2, z2)
アンテナ定義画面
周波数
アンテナの名前
dipole14
終点
始点
14.00
素子番号
1
2
データの入力
0.0
0.0
-5.0
0.0
0.0
0.0
記入欄をクリック
0.0
0.0
0.0
0.0
5.0
0.0
数値入力
Enter キー
MMANAの画面
電源の条件の設定
1.2 電源の条件の設定
電源の位置
始点
終点
No.1
始点
No.2 終点
電源
1v
電源
素子No.1の終点と
素子No.2の始点の間
素子No.1の終点 = 素子No.2の始点
電源の位置
素子No.1の終点
or
素子No.2の始点
ダイポールアンテナ
始点
w1 e
w2b
1素子アンテナ
終点
中央に給電
w1c
同じ座標
b : 始点 begin
e : 終点 end
c : 中央 center
電源の条件の決定の画面
画面左下
電源
w1e
電源の位置
0.0
又は
w2b
1.0
電源の位相
画面右端
素子半径と分割数
分割数
1本の素子を細かく
分割して計算
素子半径
1
電源電圧
素子の長さ:1波長
100
分割数が多い
時間が長い
50
分割数
50~ 100
1.3 アンテナ形状
確認
選択
アンテナ形状画面
アンテナの形を確認する
z
z
y
No.1
No.2
y
目的のアンテナ
電源
適当に調整する
x
1.4 アンテナ特性の計算
このタグを選択
計算画面
周波数を
確認
14.000
アンテナ本体の特性
設置場所、地面の影響
は考慮しない
まず、最初は、「計算」
単一周波数の特性
数秒以内に表示
アンテナデータ、電源条件、アンテナの形状に問題がない
14.000
計算結果
14.000
ここをクリックする。
インピーダンスの周波数特性
周波数範囲の設定
2000
幅を入力後、詳細をクリック
単位に注意
周波数幅 =最高周波数 -最低周波数
例 2MHz= 15.0MHz-13.0MHz
2000KHz
最高周波数
最低周波数
13.00
中心周波数
14.00 (MHz)
15.00
インピーダンスの周波数特性の計算結果 グラフ表示
抵抗
約14.56MHz
共振周波数
抵抗、R
X=0
リアクタンス、x
共振周波数のずれ
周波数、MHz
リアクタンス
共振周波数
14.56MHz
14.00MHz
1.1 座標データの入力画面
座標データを変更
dipole14
1
2
0.0
0.0
14.00
5.2
-5.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
-5.2
5.0
共振周波数が高い
アンテナの長さを変える
アンテナを長くする
5.0m
5.2m
設計変更
カット & トライ
0.0
0.0
アンテナが短い
ここを-5.2と5.2に変える。
1.4 アンテナ特性の計算
計算
周波数特性
詳細
を繰り返す。
共振周波数 14.0MHz ダイポールアンテナの完成
リアクタンス
X=0
抵抗
アンテナは、14.0MHzに共振
抵抗は、73Ω
共振周波数
このタグを選択
VSWR特性
VSWRの基準インピーダンス
利得(GAIN)とFB比特性
このタグを選択
GAIN
GAIN
FB比
FB比
パターンを選択
指向特性
垂直面内パターン
x-z、またはy-z平面
x
z
φ
θ
x
y
z
y
水平面内パターン
x-y平面内
φ
水平面内
垂直面内
θ
x
フアイルを選択
1.5 データの保存
アンテナの座標データの保存
拡張子「.maa」
アンテナ特性データの保存
計算 周波数特性
拡張子「.mab」
CVS形式の保存
周波数特性
インピーダンス、VSWR、利得
拡張子「.csv」
表計算ソフト「エクセル」で読み込んで
アンテナ特性データの印刷
グラフにできる
計算画面
周波数特性
A4用紙に印刷
インピーダンス、VSWR、利得
2. 長方形ループアンテナの設計
共振周波数 28.5MHz
波長
10.526m
長方形ループアンテナ
W
導線半径:1mm
分割数 100
1:2
L
L=2W
10.526×1.05=11.05
W=11.05/6=1.84m /2=0.92
座標データ
No.3 z
(x1, y1, z1)
(x2, y2, z2)
No.4 1.84m
No.1 (0.0, -0.92, 0.0) (0.0, 0.92, 0.0)
No.2 (0.0, 0.92, 0.0) (0.0, 0.92, 3.68)
3.68
No.2
No.3 (0.0, 0.92, 3.68) (0.0, -0.92, 3.68)
y
No.1
No.4 (0.0, -0.92, 3.68) (0.0, -0.92, 0.0)
x
電源の位置
1v
w1c
アンテナ定義画面
アンテナデータの入力
z
z
アンテナ形状の画面
アンテナ形状の
確認
y
x
ループアンテナ
になっていない
y
x
インピーダンス特性
1.4 アンテナ特性の計算
周波数特性
計算画面 計算
幅を決定
アンテナの座標データの
訂正後の特性
R
X
51Ω
最初の
共振周波数
共振周波数
28.40MHz
詳細
長方形ループアンテナ
利得特性
VSWR
利得
SWR:Z0=50Ω
正方形ループ
長方形ループアンテナの指向性図
水平面内
垂直面内
φ
θ
z
θ
x
y
φ
3. 集中インピーダンス装荷アンテナの設計
トラップ装荷、2バンドダイポールアンテナ
第1共振周波数 14.2MHz
半波長: 10.56m
半波長: 7.075m
第2共振周波数 21.2MHz
約5m
終点
No.1
終点
No.2
4素子アンテナ
終点
No.4
No.3
A
/2=5.28m
/2=3.54m
B
21MHzのトラップ 1v 約3.54m
座標データ
(x2, y2, z2)
(x1, y1, z1)
No.1 (0.0, -5.0, 0.0) (0.0, -3.54, 0.0)
No.2 (0.0, -3.54, 0.0) (0.0, 0.0, 0.0)
No.3 (0.0, 0.0, 0.0)
(0.0, 3.54, 0.0)
No.4 (0.0, 3.54,0.0)
(0.0, 5.0, 0.0)
導線半径:1mm
分割数 50
電源の位置 w2e
負荷の位置
A : w1e
B : w3e
アンテナ定義画面
アンテナデータの入力
自動的に計算される
集中定数(トラップ)の位置
トラップの周波数と、静電容量を入力
例
21.2MHz
50pF
1.127μH
適当な静電容量
トラップの
周波数
インダクタンス
自動計算
1.4 アンテナ特性の計算を参照
ステップ1
計算画面
インピーダンスより
freq 14.2MHz
計算
周波数特性
幅 4000KHz
詳細 共振周波数は?
ステップ2
アンテナ定義画面
素子No.1のy1、No.4のy2
書き換える
(0.0, -5.0, 0.0)
(0.0, -4.9, 0.0)
共振周波数が 14.2MHz になるまで ステップ1 と ステップ2
を繰り返す。
インダクタンス装荷アンテナ
アンテナはかなり短くなる
ステップ3
計算画面
周波数特性
freq 21.2MHz
幅
4000KHz
計算
詳細
共振周波数は?
ステップ4
アンテナ定義
素子No.1のy2、No.2のy1
素子No.3のy1、No.4のy1
(0.0, -3.54, 0.0)
書き換える
(0.0, -3.5, 0.0)
共振周波数が 21.2MHz になるまで ステップ3
を繰り返す。
ステップ4
再度、 共振周波数が 14.2MHz になるまで ステップ1 ステップ2
を繰り返す。
以上の操作を繰り返して、14.2MHz、および21.2MHzの2バンド
で共振することを確かめる。
トラップ装荷、2バンドダイポールアンテナ
VSWR特性
14MHz帯のVSWR
21MHz帯のVSWR
Z0=50Ω
Z0=50Ω
電流分布
これを選択
計算画面
freq 14.2MHz
計算
アンテナ形状
14MHzの電流分布
計算画面
freq 21.2MHz
計算
アンテナ形状
21MHzの電流分布
I
トラップより
先端では
電流は0
21MHz
21MHzアンテナ
電流分布
14MHz
トラップ
トラップ装荷、2バンドダイポールアンテナ
第1共振周波数
第2共振周波数
No.1
C
14.2MHz
21.2MHz
No.2
4.85m
No.3
No.4
L
C=50pF
L=1.127μH
1v
3.45m
アンテナ定義画面
コイルの作り方
マウスのカーソルを合わせ
右ボタンをクリック
クリック
選択
インダクタンスを入力
コイルの直径を入力
巻き線の直径を入力
自動計算
まとめ
MMANAを使ってアンテナを設計する方法を説明
作りたいアンテナ
MMANAに入力
所望の特性
座標データを作成
スケッチを描く
アンテナ形状 確認
アンテナは70%完成
アンテナの座標を調整
カット & トライ
MMANAに使う 手間、時間
再計算
十分過ぎるほど掛ける
実際のアンテナ
設計したアンテナ
インピーダンス: 調整が必要
指向性、利得: ほぼ100%一致
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