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電磁結合ダイポールアレー

図1に電磁結合ダイポールアレーの計算モデルを示します。[1]
マイクロストリップ線路と同じ面に線路に平行に複数のダイポールを配置します。
ダイポール長が半波長、アレー間隔が一波長のときにアンテナとなり、 ビーム中心は紙面に垂直方向となります。
ここで、アレーの素子数=3とします。 また、線路の終端に線路の特性インピーダンス(50Ω)に等しい抵抗を置きます。
ダイポール長=10mm、基板厚=0.8mm、基板の比誘電率=2.2、線路の幅=ダイポールの幅=2mm、 線路とダイポールの間隔=0.5mmとします。
このとき、共振周波数(利得が最大になる周波数)は9.52GHzとなります。
図2、図3が共振周波数でのY面、X面での放射パターンです。利得=9.2dBiです。
図4が共振周波数での線路面(Z=0.8mm)の電流分布です。 ダイポールに線路より大きい電流が流れることがわかります。
図5が反射損失(S11)の周波数特性です。 共振周波数では、線路からダイポールに電流が移る所で反射も発生しますので、反射損失が大きくなります。
なお、終端抵抗を置かないときも、共振周波数では終端に到達する電流が小さいのでほぼ同じ特性が得られますが、 周波数特性が大きくなり調整は難しくなります。
入力データ

図1 電磁結合ダイポールアレー

図2 放射パターン(Y面、9.52GHz)

図3 放射パターン(X面、9.52GHz)

図4 電流分布(線路面、9.52GHz)

図5 反射損失周波数特性(9-10GHz)

[1] アンテナ工学ハンドブック(第2版)、オーム社、2008、p.259