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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