高周波電磁場解析 — CAE用語解説

電磁波の波動効果（伝搬・反射・回折・干渉）が無視できない周波数域での電磁場シミュレーションだ。目安としてGHz帯以上で、波長が構造物サイズと同程度以下になる領域だよ。低周波だと回路近似やインダクタンス計算で済むけど、高周波では波動として解かないと正しい結果が出ない。

FDTD法は時間領域で解くから、パルス1発で広帯域の応答が取れるのが強み。アンテナの広帯域特性評価にはうってつけだ。FEM（周波数領域）は複雑な形状や材料の扱いが得意で、フィルターや共振器の解析に向いている。MoM（モーメント法）は主にアンテナの放射パターン計算に使われるね。

波長の1/10～1/20くらいの要素サイズが目安だ。5GHz（波長60mm）なら3～6mm。28GHzのミリ波だと波長が10.7mmだから要素サイズは0.5～1mm。周波数が上がるほどメッシュが爆発的に増えるのが高周波解析の大きな課題なんだ。

アダプティブメッシュリファインメントや、対称境界・周期境界を使って計算領域を減らす方法が定番だ。あとは大規模な散乱問題なら射線追跡（レイトレーシング）で近似計算する手法もある。用途に応じてフルウェーブ解析と近似手法を使い分けるのが実務のコツだよ。

この4つは一通り知っておこう。

• FDTD法 ― 広帯域解析の代表手法
• FEM ― 複雑形状に強い周波数領域の手法
• Sパラメータ ― 反射・透過特性の評価に使う散乱行列
• アンテナ ― 高周波解析の代表的な適用先

パッチアンテナは高周波解析の入門に最適だ。S11の共振周波数を実測と比較してみるといい練習になるよ。