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2006年8月 2日 (水)

MMANAとNEC2による電力線アンテナのシミュレーション(1)

さて、電力線アンテナコンテストの続きです。シミュレーションのやり方を詳しく書きませんでしたので、少しハードルが高くてまだ試していないという方がおられるかもしれません。

備忘録程度のアップデートしかできなくて申し訳ありませんが、書かないと本当に忘れてしまいそうなので、シミュレーションのヒントを書いておきます。

◆MMANA 対  NEC2 for MMANA
電力線からの輻射を、職場のツールを使わずに、個人的にシミュレートするために急遽探して来たので、実は私もこれらのソフトを使うのは今回が初めてです。なので、勘違いしていることがあるかもしれないので、お気づきの方は是非ご指摘・ご指導をお願いします。

MMANAはminiNECベース、NEC2 for MMANAは文字通りNEC2ベースです。違いとしては、MMANAではインピーダンスの計算にリアルグランドが反映されず完全導体上の計算になります。どちらも輻射パターンにはリアルグランドが反映されますが、導線がグランドに近いところにある場合は、NEC2の方が正確に出るようです。また、NEC2の方は、被覆の誘電率を考慮することもできます。論文に掲載されているデータなどはNEC2で計算したものが多いので、最終結果は可能ならNEC2を使うと良いでしょう。

一方、MMANAには最適化(単純スキャンも可能)など便利な機能があるので、広い周波数範囲のデータを調べるのは、こちらの方が簡単です。GUIも良いので、時間が無ければ、こちらをメインに使う方が効率的です。

◆VVF線の伝送線路としての特性
屋内配線の線材は、研究会に合わせてVVF 1.6mmφ 2芯としました。(他に2mm, 2.6mmなどもよく使われます。) 注意点は、導線の太さは半径で入力するので、0.8mmとなることです。)導線の中心の間隔は3.2mmです。NEC2 for MMANAでは、さらに被覆の半径を1.6mm、誘電率を3とすれば、実際のVVF線に近づきます。(さらに外側の外皮は入ってませんが。)

実際のVVF線には被覆と外皮があるので、その特性インピーダンスを、私は知りません。
職場ではネットアナで計れるのですが、適当なVVF線の在庫がありませんでしたし、職場のリソースは使わないのが方針です。今回は、特にMMANAでは被覆の無い裸導線としてシミュレートすることになるので、その場合のインピーダンスを知っておく方が良いです。シミュレーションでは456Ω程度と出ました。どうやってやるかって?それは、同じ長さLの伝送線路の受端をショートした場合とオープンにした場合の送端から見たインピーダンス(複素数)をかけて、平方根を取ります。
∵ Zshort=Zo tanh(γL),  Zopen=Zo coth(γL), γ:伝搬定数, Zo:特性インピーダンス

NEC2 for MMANAで被覆を先ほどの条件にした場合は333Ω程度になると思います。

いずれにしても、数百Ωであることを覚えておいて下さい。VSWRなども50Ωではなくて、このZoでの値に意味があります。

◆入力ファイル
MMANAの「アンテナ定義」で入力して、「アンテナ形状」で確認します。テキストファイルなので、後でエディターで編集することもできます。実際には、アンテナ確認画面で細部をチェックするのは難しいので、ちょっとノウハウが必要です。それは、実際にシミュレーションして、電流分布を表示させて、不自然なところがないかどうかを複数の周波数でチェックすることです。そうすれば、つながっているべきところがつながっていなかったり、その逆だったりというところが見つかります。(それには、ある程度、電流分布がどうなるかという直感が必要ですが、高周波や無線関係者なら、たぶん大丈夫でしょう。)画面で、導線をクリックすれば、その導線が太く表示されます。ダブルクリックすれば、編集もできます。

◆NEC2 for MMANAでの注意点
リアルグランドでは、地面に接触している導線があると計算できないので、片線アースなどは外します。片線アースの影響は軽いとPLC-Jの皆さんが必死でアピールしてますし、我々はLCLやコモンモード電流でなく、ディファレンシャル電流からの輻射に興味があるので、アース線は無くても良いと思います。むしろ、アース線は、コモンモード電流を強調して、他の効果をカモフラージュするために付けたんじゃないかと疑いたくなるくらいです。

◆高さ
前回見せたモデルでは、研究会に合わせて高さ0mとしてますが、2階なら2.5mとか3mでも良いはずです。輻射パターンやゲインはかなり良く(悪くというべきか)なるので、要チェックです。木造2階建ては我が国では非常に多いですから。

◆スイッチ
私は、スイッチは、R+jXの集中定数としておいて、R=0ΩでON, R=10MΩでOFFを表してます。そうしておくと、MMANAでもNEC2でも、簡単な数字の変更だけでON/OFFできます。

眠いので、つづきは、また明日書きます。

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