アンテナ利得 — CAE用語解説
アンテナ利得
アンテナ利得って「アンテナの性能を表す指標」ですよね。dBiとかdBdという単位で表されますが、何と比べているんですか？
定義
等方性アンテナ（isotropic）との比較でdBiが決まると聞きました。実際のアンテナで利得が高いとどういう意味ですか？
利得が高い＝「特定の方向に電力を集中して放射している」ということだ。等方性アンテナは全方向に均等に放射するが（利得0dBi）、実用アンテナはある方向を指向して放射できる。例えばパラボラアンテナ（衛星通信）は30〜40dBiという高利得で、特定の衛星方向に電波を集中させる。スマホの内蔵アンテナは全方向に感度が必要なので意図的に低利得・広指向性設計になっている。
電磁気解析における役割
HFSSやCST StudioでアンテナのCAE解析をすると、利得はどうやって計算されるんですか？
アンテナ周辺の電磁場をFEM（HFSS）またはFDTD（CST）で計算し、遠方場変換（Far-Field Transformation）を行って3D放射パターンを求める。利得は最大放射方向の強度を等方性アンテナが同じ入力電力を放射したときの強度で割ったもので、シミュレーションでは入力インピーダンス（反射係数S11）と放射効率も同時に評価する。S11が-10dB以下（90%以上が放射に使われる）を設計の合否基準にすることが多い。
アレイアンテナでは利得が素子数に比例して上がると聞きましたが、そんな単純なんですか？
理論的には素子数N倍でN²倍の指向性利得（素子が理想的に等振幅同位相の場合）だが、素子間の相互結合・給電ネットワークの損失・位相誤差があるので実際はそれより低くなる。5G基地局の大規模MIMOアンテナ（64〜256素子）はビームフォーミングで特定ユーザー方向の利得を最大化するが、その最適化にシミュレーションが必須だ。
関連用語
アンテナ利得に関連する概念を整理してください。
「電力を特定の方向に集中する能力」がアンテナ利得——設計目標に応じて高利得（衛星・基地局）か広指向性（スマホ・IoT）かを選ぶのがアンテナ設計の第一歩ですね！
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