アンテナ種別
アレーパラメータ
テーパー（窓関数）
表示オプション
プリセット
メインローブ / サイドローブ / ヌルを注釈。電磁波面がパターン形状で放射。
角度 vs 利得（dB）。-3dB線=HPBW、谷=ヌル。
理論・主要公式
N素子均一アレーのアレーファクタ（位相差 $\psi$）：
$$AF(\theta)=\left|\frac{\sin(N\psi/2)}{N\sin(\psi/2)}\right|,\quad \psi=\tfrac{2\pi d}{\lambda}\cos\theta+\beta$$
ブロードサイドは $\beta=0$、エンドファイアは $\beta=-2\pi d/\lambda$。HPBWはパターンが最大から $-3\,\mathrm{dB}$（電力半分）になる角度幅、第一サイドローブレベルはメインローブ外の最大値、前後比はメイン方向と真後ろ（$180°$）の比。アレーモードは等方性素子のアレーファクタを表示します。
アンテナ指向性パターンとは
🙋
アンテナの「指向性」って何ですか？電波は四方八方に飛ぶのではないんですか？
🎓
大まかに言うと、電波を「特定の方向に集中して飛ばす」アンテナの性質だよ。例えば懐中電灯の光が広がるか、レーザーポインターのように絞られるかの違い。このシミュレーターで「エレメント数N」を1（単一の半波長ダイポール）にすると、ドーナツ状のパターンになる。でもNを増やしてみると…
🙋
え、Nを増やすとパターンが変わるんですか？上のスライダーで「素子間隔d/λ」も変えられますね。これは何を意味してるんですか？
🎓
その通り！Nはアンテナを構成する素子の数で、d/λはその間隔だ。実務では、素子を等間隔に並べた「アレーアンテナ」として設計されることが多い。d/λを0.5（半波長間隔）にすると、メインローブが一番シャープになるよ。逆に1.0以上にすると、グラフに「グレーローブ」という余計なピークが現れる。操作して確かめてみて！
🙋
「半値角（HPBW）」や「サイドローブレベル」って、シミュレーターに表示されてますけど、何が重要なの？
🎓
非常に重要な指標だよ。HPBWが小さいほどビームが鋭く、遠くの相手と通信できる。でも狭すぎるとアンテナを正確に向けるのが大変。サイドローブはメイン方向以外に漏れる電波で、これが大きいと他の通信を妨害する原因に。現場では、メインローブを鋭くしつつサイドローブを抑える設計が求められるんだ。パラメータを動かして、このトレードオフを体感してみよう。
よくある質問
素子数Nを増やすとメインローブが鋭くなり利得が向上しますが、サイドローブも増えます。間隔dを大きくするとビーム幅は狭まりますが、dが波長λを超えるとグレーティングローブ（不要な強いローブ）が発生するため、通常はd≦λ/2が推奨されます。
アレーアンテナは同一素子を等間隔に並べて位相差でビーム制御します。本ツールの八木アンテナは固定した簡易カーディオイド形状で、素子数Nや間隔d/λはエンドファイアまたはブロードサイドのアレーモードに反映されます。
本ツールは理想的な自由空間モデルに基づくため、地面反射や周囲の障害物、給電回路の損失は考慮されていません。そのため、相対的なパターン比較や設計の初期検討には有効ですが、実際の設置環境では測定による調整が必要です。
アレーモードでは素子数Nを増やしてメインローブを鋭くし、次に素子間隔dをλ/2付近で微調整します。八木アンテナモードは固定形状のため、Nとd/λの調整はエンドファイアまたはブロードサイドのアレーモードで確認してください。
実世界での応用
5G/6G Massive MIMO基地局：数百個のアンテナ素子を敷き詰めた平面アレー（ブロードサイドアレー）を使用。シミュレーターのNを大きくしたようにビームが非常に鋭くなり、複数のユーザーに同時に異なるビームを向ける「ビームフォーミング」を実現し、大容量通信を支えています。
衛星通信・電波天文：パラボラアンテナの給電部にアレーアンテナが使われます。半値角（HPBW）が1度以下という極めて鋭いビームで、数万km離れた静止衛星と通信したり、宇宙のかすかな電波を捉えたりします。
レーダーシステム：飛行機や船のレーダーでは、機械的に回転するアンテナの内部がアレー構造になっています。エンドファイア配置（ビームがアレー軸方向）にすることで細いビームを高速に走査し、目標の方向と距離を精密に測定します。
Wi-Fiルーター/スマートフォン：内部に小さなアレーアンテナを複数備えています。シミュレーターで「素子間隔d/λ」を変えるとパターンが大きく変わるように、アンテナの配置を最適化することで、家中の隅々まで電波を届かせたり、データ速度を向上させています。
よくある誤解と注意点
このシミュレーターを使い始めるとき、いくつかつまずきやすいポイントがあるから気をつけてね。まず、「利得が高い＝通信性能が良い」とは限らないということ。確かにメインローブが鋭い（HPBWが小さい）と遠くに電波が届きやすくなるけど、その分、アンテナの向きをよく合わせないと通信できないんだ。例えば、人工衛星との通信では必須だけど、市街地の移動体通信では、ユーザーが動くからビームが追従できず逆に不利になることも。用途に合わせたトレードオフが大事だよ。
次に、パラメータ設定の落とし穴。素子間隔「d/λ」を1.0以上にすると必ずグレーローブ（空間エイリアシング）が発生するけど、これは「計算上のエラー」じゃなくて、現実にも起こる物理現象だ。例えば、d/λ=1.5で設計すると、メインローブとは別の方向に同じ強度のビームが生まれ、全く意図しない方向と通信してしまう。実務では、通常、d/λは0.5前後に設定して、この問題を回避するんだ。
最後に、シミュレーターは「理想環境」を計算していることを忘れないで。表示されている綺麗なパターンは、地面や周囲の建物の影響を一切考慮していない。実際の設置では、金属製の支柱や近くの構造物による反射でパターンが歪むのは当たり前。机上の計算で満足せず、必ず実機での実測（フィールドテスト）と照らし合わせる癖をつけよう。