遠方場 — CAE用語解説

電磁波の放射をアンテナから距離rで見ると、振る舞いが大きく変わる。近接場（Near-field）はアンテナから波長の数倍程度以内の領域で、電場Eと磁場Hが独立して急激に変動し、エネルギーが「往復する」（反応的な近接場）か局所的に強い。遠方場（Far-field）は十分に離れた領域（r >> lambda、通常r > 2D^2/lambda のFraunhofer距離）で、電場と磁場が互いに垂直でかつ伝搬方向に垂直な平面波になり、1/rで減衰する放射場になる。アンテナの放射パターン（指向性ゲイン）はこの遠方場で定義されるものだよ。

計算領域を遠方場（波長の数百倍の空間）まで広げるのは計算コストが大きすぎるから、「近-遠変換（Near-to-Far Field Transformation）」を使う。FDTDやFEM計算で閉曲面（ヒューゲンスの面）上の近接場データを取得して、Stratton-Chu積分公式または等価電流法で遠方場放射パターンを計算する。Ansys HFSSでは遠方場の放射パターン計算が自動的に行われ、3Dの指向性グラフやゲイン（dBi）が直接出力される。スマートフォンのMIMOアンテナ設計ではこの遠方場パターンと近接場のSAR（比吸収率）評価を組み合わせて設計する。