大規模アレーアンテナ解析の計算負荷削減機能

鋭いビームと走査の自由度からレーダーや5G通信の分野でも注目されているアレーアンテナですが、多数のアンテナ素子から構成される大規模なアレーアンテナ特性を解析する場合、そのままアレー全体をモデル化して計算すると計算負荷（時間、メモリ使用量）が膨大となり、解析検討に時間を要します。CEM Oneのモーメント法ソルバーではMBF（Macro Basis Function）機能を採用する事により、大規模周期構造アレーアンテナの計算負荷を数倍～数十倍削減する事が可能です。

尚、本機能は2018年5月のSwedish Microwave daysにて講演されています。「 Fast Analysis of Large Finite Electrically Interconnected Antenna Arrays using CEM One」

本記事ではMBF機能の概要を紹介します。

MBFによるアレーアンテナ解析手順

1. 単位アンテナ素子の解析
   
   
   
   
2. 3x3アレーモデルを使った行列分解（特異値分解）によるMBF算出
   
   
   
   
3. 大規模アレー構成の設定（MBFの配置）
   3x3で計算されたMBFを大規模アレーモデルへ配置します。
   （コーナー、端部、内部素子など）
   
   
   
   
4. 全体計算
   素子間の位相と振幅変化の設定（複数設定可）
   - 位相変化：Const、Linear（kd or kd+2.94/N<Hansen-Woodyard phase variation>）
   - 振幅変化：Const、Taylor（サイドローブピークレベル設定:dB）
   
   
   
   
5. 結果出力
   S行列、遠方界、近傍界、表面電流など
   
   

3D指向性とその時の表面電流分布
（このサンプルではビーム角度が大きくなるとグレーティングローブが発生しています）

MBFによる計算負荷削減効果例

下記に通常のモーメント法とMBF機能を使用した場合で計算負荷を比較した例を示します。

AESA（アクティブ電子走査アレー）レーダーへの適用事例

 スウェーデンのSaaB Group様の軍需用レーダー解析事例です。
ブロードサイドからエンドファイアまで対応可能です。