アンテナ設定
リアルタイム放射アニメーション
水色の波面が放射パターンの形で外側へ広がります。主ローブ方向（黄矢印）が最強、赤点がヌル（放射ゼロ）。L/λやアレイ素子数を変えるとビーム幅・ローブ数・指向性が変化します。半波長ダイポールは θ=90°（ブロードサイド）最大、HPBW≈78°、指向性≈2.15 dBi。
理論・主要公式
$$F(\theta) = \frac{\cos\!\left(\frac{\pi}{2}\cos\theta\right)}{\sin\theta}$$
半波長ダイポールの放射パターン。θ=0°（アンテナ軸）で0、θ=90°（赤道面）で最大
$$D = \frac{4\pi U_{\max}}{P_{\text{rad}}} \quad [\text{dBi}]$$
指向性 D：最大放射強度 U_max と全放射電力 P_rad の比。半波長ダイポール ≈ 2.15 dBi
$$P_{\text{EIRP}} = P_{\text{in}} \cdot G$$
等方放射換算電力 EIRP。G：アンテナ利得（線形）、P_in：入力電力 [W]
アンテナ放射パターンとは
🙋
このシミュレーターで表示される放射パターンって、何を表しているんですか？
🎓
大まかに言うと、アンテナが「どの方向に、どれだけ強く」電波を飛ばす（または受ける）かを示した地図みたいなものだよ。例えば、上の「アンテナタイプ」を「半波長ダイポール」にしてみて。真ん中から外側に向かって伸びる線の長さが、その方向への放射の強さを表しているんだ。
🙋
なるほど！「表示プレーン」を「E面」から「H面」に変えると形が変わりますね。これはどういう意味ですか？
🎓
いいところに気づいたね。E面は電界の振動する面、H面は磁界の振動する面での切り口なんだ。ダイポールアンテナだと、E面は「∞」の字型（8の字）、H面は真円になる。この違いを理解するのが、アンテナ設計の第一歩だよ。実際のアンテナ選定では、この2つのパターンを両方見て判断するんだ。
🙋
「八木宇田アンテナ」に変えると、パターンがすごく細長くなりました！これが「指向性が高い」ということですか？
🎓
その通り！細長いほど電波が一方向に集中している証拠だ。画面に表示される「HPBW（半値ビーム幅）」の値を確認してみよう。八木宇田はダイポールよりずっと小さい値になるはずだよ。この狭い角度内にエネルギーを集中させるから、遠くのテレビ局からの弱い電波もキャッチできるんだ。パラメータの「グランドプレーン」をON/OFFしてみると、モノポールアンテナのパターンがどう変わるかも確認してみて。
物理モデルと主要な数式
基本的な半波長ダイポールアンテナの放射パターンは、以下の遠方界における電界強度の角度依存性で近似されます。
$$ F(\theta) = \frac{\cos\left(\frac{\pi}{2}\cos\theta\right)}{\sin\theta}$$
ここで、$ \theta $ はアンテナ軸からの角度（極座標）です。この関数はアンテナ軸方向（$ \theta = 0, \pi $）でゼロ、赤道面（$ \theta = \pi/2 $）で最大値を取ります。これが「8の字」パターンの元になります。
指向性利得 $ G_{dBi}$ は、等方性アンテナを基準とした相対的な電力密度の対数表現です。半波長ダイポールの理論値は以下のように求められます。
$$ G_{dBi}= 10 \log_{10}\left( \frac{4\pi}{\iint_{\Omega} |F(\theta, \phi)|^2 d\Omega}\right) \approx 2.15 \, \text{dBi} $$
$ d\Omega $ は立体角の微小要素です。分母の積分は全方向への放射電力を表し、これに対する最大放射方向の電力密度の比が指向性となります。シミュレーターはこの計算を数値的に行い、利得やHPBWを表示しています。
よくある質問
アンテナ上の電流分布が正弦波状になるためです。アンテナ軸方向（θ=0,π）では各微小電流からの電波が打ち消し合い強度がゼロに、赤道面（θ=π/2）では同位相で強め合い最大値となります。数式F(θ)=cos(π/2 cosθ)/sinθがこの形状を表します。
画面のHPBW欄には、アンテナ種別ごとに設定された代表値を表示しています。半波長ダイポールは78°、5素子八木宇田は40°など、現在の簡易モデルの比較用の目安です。
パッチアンテナは平板状で天頂方向に単一の主ビームを持ち、HPBWは約60〜90°です。八木宇田アンテナは導波器・反射器を備え、高い指向性（HPBW 30〜50°）と前後比（10dB以上）が特徴です。用途に応じて選択してください。
結果は画面上の極座標グラフと数値欄で確認できます。指向性・HPBW・前後比は選択中のアンテナタイプと平面に合わせて表示されるため、レポートに使う場合は画面表示を参照してください。
実世界での応用
無線通信・基地局アンテナ：セルラー基地局では、水平面（H面）で広く、垂直面（E面）で狭い指向性を持つセクターアンテナが多用されます。これにより、特定のエリア（セル）を効率的にカバーしつつ、上下方向への不要な放射（干渉）を抑えています。
テレビ受信・八木宇田アンテナ：複数の素子（導波器、反射器）を組み合わせて高い指向性（10 dBi以上）を実現します。特定方向の放送局からの電波を強く受信し、他の方向からの反射波（ゴースト）を抑制するために、HPBWが非常に狭く設計されています。
衛星通信・パラボラアンテナ：パラボラ反射鏡と給電器（ホーンアンテナなど）の組み合わせにより、極めて鋭い指向性（30 dBi以上）を実現します。静止衛星からの微弱な信号を確実に受信するため、HPBWは1度以下になることも珍しくありません。
車載アンテナ・モノポールアンテナ：車のルーフに立つ棒状のアンテナは、金属製の車体をグランドプレーンとして利用したモノポールです。シミュレーターで「グランドプレーン」をONにすると、下半球の放射が抑えられ、水平方向に広がるパターン（無指向性）になることが確認できます。これはFMラジオやVHF帯通信に適しています。
よくある誤解と注意点
このツールを使い始めるときに、特に気をつけてほしいポイントがいくつかあるよ。まず一つ目は、「放射パターンは受信特性も表している」ということ。可視化されているのは「飛ばす強さ」だけど、アンテナの特性は送信と受信で互換性がある（相互定理）。だから、細長いパターンは「遠くへ飛ばせる」だけでなく、「遠くからの弱い電波をよく拾える」ことも意味しているんだ。二つ目は「dBi」と「dBd」の混同。ツールが表示する「指向性(dBi)」は、仮想的な全方向アンテナ（等方性アンテナ）を0dBとした基準だ。一方、実務では半波長ダイポールを0dBとする「dBd」もよく使われる。例えば、このツールで半波長ダイポールの利得は約2.15dBiと表示されるけど、dBdで言えば約0dBdだ。カタログ値を読むときはこの違いに要注意だね。三つ目はシミュレーションと実機のギャップ。このツールは理想的な環境（自由空間）での「アンテナ単体」の特性を示している。実際には、アンテナ近くの金属体（支柱や屋根）や地面の影響でパターンは歪む。例えば、モノポールの「グランドプレーン」をOFFにすると、現実には存在しない下半分のパターンまで表示されるけど、実際の車載アンテナでは車体がグランドの役割をしてパターンが大きく変わるんだ。