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セルサイズと計算精度の関係(ダイポールアンテナ)

ダイポールアンテナを例にとって、セルサイズと計算精度の関係について調べます。

計算条件は以下の通りです。
  • 計算方法:時間領域(パルス)
  • ダイポール長=50mm(3GHzで半波長)
  • 周波数=2-3GHz
  • 横方向のセルサイズ=1mm一定
図1は長さ方向のセルサイズを4mm,2mm,1mmと変えて計算したときの 入力アドミッタンスの周波数特性です。 図の縦線は共振周波数(=実部が極大になる周波数)を示します。 計算誤差はほぼセルサイズに比例することが確認できます。

以上から、計算時間が少なくてすむ大きいセルサイズで2度計算して外挿することによって、 セルサイズが十分小さいときの解(=厳密解、図の赤線)を予想することができます。

参考までに、図2にEEM-MOM(モーメント法=厳密解に近い)の計算結果を示します。 共振周波数の図1との誤算は約1%です。

なお、差分法においては、導線の実効的な半径はセルサイズの0.135倍です(図1のケースでは0.135mm)。 図2の導線半径にはこの値を使用しています。

◆入力データ: 4mm2mm1mm (右クリック+保存)

図1 EEM-FDMの計算結果(入力アドミッタンスの周波数特性)

図2 EEM-MOMの計算結果(入力アドミッタンスの周波数特性)