プリントパターンアンテナの設計法を学べる講義ビデオ付きパーツセット
本製品は、IoT向けパターンアンテナを両面銅張FR-4基板上に設計する方法を、講義ビデオにより体験的に学べるパーツセットです。パーツセットに加え、5時間を超えるプロの技術者による丁寧な解説ビデオと、90頁を超える講義テキストが同梱されています。工具やはんだごては不要で、すぐに学習を始めることができます。
例とするのは、2.4GHz帯パッチアンテナ(指向性アンテナ)と逆Fアンテナ(IFA)で、無償の電磁界シミュレータSonnet LiteとベクトルネットワークアナライザNanoVNAV2(SAAV2)を使用して設計します。アンテナを設計するにはSパラメータの知識が不可欠なので、Sパラメータについての基礎理論(基本方程式やタッチストーン記述様式など)を学習します。
例題としたアンテナ給電線路は、50Ωマイクロストリップラインです。Sonnet Lite上でFR-4基板の誘電体や金属などの材料情報と銅金属のセルサイズ、FR-4基板外形を入力してアンテナパターンを描画すると、Sパラメータと2D電流密度分布を確認できます。
アンテナのSパラメータ周波数特性を測定するには、4.4GHzで校正を行ったNanoVNAV2を使用します。アプリケーションソフトNanovna Saverをパソコンにインストールし、環境設定やSOLT校正を行います。その後、Sonnet Liteにより設計したアンテナパターンに基づいて製作された2.4GHz帯パッチアンテナとIFAのS11の周波数特性を測定します。シミュレーション結果と実測結果を比較することで、アンテナ設計法とSパラメータ測定法の理解が深まります。
なお本製品は、2022年10月1日にZEPエンジニアリングが開催した全国オンラインセミナの受講者に送付したNanoVNAV2やアンテナ基板、講義ビデオ＆テキストをセットにしたものです。
【著者・講師】
知念 幸勇【企画・制作】
ZEPエンジニアリング【ご注意】※本製品は、1人当たり1ライセンスです。
※同梱の説明書には、講義ビデオや講義テキストの視聴を可能にするパスワードが記載されています。
■特徴1．すぐに実験を始められる測定器＆パーツセット
1. 50kHz～3GHzのベクトル・ネットーク・アナライザNanoVNAV2(アンテナ測定データ付き)
2. 広帯域校正用SOLT端子(4個)
3. 広帯域同軸ケーブル(2本)
4. 2.4GHz帯パッチ・アンテナ
5. 2.4GHz帯逆Fアンテナ(IFA)
※本セットの詳細は antenna.pdf をご参照ください．
■特徴2．充実の講義ビデオ(311分)＆講義テキスト(全95頁)
(1)Sパラメータの基礎
・Sパラメータの基本方程式
・SパラメータとAC解析
・スミス・チャート
・Sパラメータ・ファイル(タッチストーン形式)
(2)電磁界シミュレータSonnet Liteによるパッチ・アンテナ設計
・Sonnet Liteのインストール確認やProjectのシミュレーション環境設定
・アンテナ基板や銅箔などの電気定数・寸法設定
・パッチ・アンテナ・パターン・給電点(Port)の作成
・アンテナ金属パターンとFR-4基板の3D表示
・シミュレーションの実行
・S11，VSWR，スミス・チャート表示，Sパラメータ・ファイルの保存
(3)逆Fアンテナの設計
・シミュレーション条件の設定
・IFAレイアウト・パターン作成・給電点の作成
・シミュレーション実行，測定値読み込み，グラフ比較
・パラメータ・スイープ(アンテナ長と幅)
(4)NanoVNAV2で学ぶSパラメータ測定入門
・NanoVNAV2測定セットの確認と校正
・Nanovna Saverのインストールと設定
・アンテナの測定，Sパラメータ・ファイルの確認
・Sonnet LiteとNanovna Saverを使ってシミュレーションと測定値の比較
・Sonnet Linteによる電流密度分布表示
※上記(1)と(4)には，「3GHzベクトル・ネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門」講義ビデオ付きパーツセットと重なる講習内容が含まれています．
■特徴3．講師作成の教材ファイル
パッチ・アンテナと逆FアンテナのSonnet Lite用レイアウト・ファイルやSパラメータ・ファイルを提供します．
■講演の目標
・べクトル・ネットワーク・アナライザ（VNA）の測定に関する基礎知識の理解
・Sパラメータの基礎知識の習得
・3GHz帯NanoVNAV2(SAAV2)の扱い方の習得
・Nanovna Saver の使用法の習得
・2.4GHz帯パッチ・アンテナと逆Fアンテナ(IFA)のレイアウト作成
・電磁界シミュミレータSonnet Liteの使用法
■受講対象
・ベクトル・ネットワーク・アナライザ(VNA)の測定を体験したい方
・Sパラメータの基礎知識を理解したい方
・2.4GHz帯パッチ・アンテナと逆Fアンテナ(IFA)のレイアウト作成とシミュレーションを体験したい方
・電磁界シミュミレータSonnet Liteを体験してみたい方
※Sonnet Liteの機能制限のため，アンテナの3D放射電界分布，ゲインなどを扱うことはできません．また解析メモリ・サイズは64MB以下なので，高精細なレイアウトは作成できません．アンテナ設計はレイアウト作成・シミュレーションまでで，基板作製法は含まれていません．
■実習に必要なパソコン＆ソフトウェア
・パソコン(Windows10またはWindows11)
本セミナは，2.5GHz，4コア，8GB程度の演算環境をベースに進めますが，それ以下の環境でもシミュレーション時間を気にしなければ問題ありません．
・電磁界シミュレータSonnet Liteとアプリケーション・ソフトウェアNanovna Saver
■本製品を購入された方へ 「講義ビデオと講義テキストの視聴方法」
下記リンク先(青字)をクリックし，本製品同梱の説明書に書かれたパスワードを入力してください．
●講義ビデオ(著作権保護のためパスワードがかけられています)
・0:00:10 自己紹介
・0:02:00 セミナの概要
・0:06:17 (1)Sパラメータの基礎
・0:07:10 Sパラメータの基本方程式
・0:16:16 AC解析特性をSパラメータで表す
・0:25:15 スミス・チャート
・0:36:40 イミタンス・チャート
・0:43:32 Sパラメータ・ファイル
・0:47:57 (2)電磁界シミュレータSonnet Liteによるパッチ・アンテナ設計
・0:49:02 Sonnet Liteのダウンロードとインストール
・0:51:15 電磁界シミュレータとは
・0:57:28 Sonnet LiteのProject作成
・0:59:05 Projectの登録と単位設定
・1:02:25 アンテナ基板の金属材料/シミュレーション空間/メッシュ・サイズ/誘電体情報/金属パターンの設定
・1:17:55 アンテナのPort(給電点)接続
・1:19:11 アンテナ・パターンの3D表示
・1:20:23 シミュレーション・レイアウトのメッシュ表示
・1:22:40 Sonnet Liteによるシミュレーションの実演①
・1:39:47 周波数範囲の設定とシミュレーションの実行
・1:46:20 シミュレーション結果の表示とSパラメータ・ファイルの保存
・1:53:17 VSWRのグラフ表示
・1:56:17 スミス・チャート表示
・2:02:50 Sonnet Liteによるシミュレーションの実演②
・2:28:02 マイクロストリップ・ラインの設計
・2:35:05 (3)逆Fアンテナの設計
・2:35:37 シミュレーション条件の設定
・2:38:18 レイアウト・パターン作成
・2:47:28 レイアウトの3D表示
・2:48:40 シミュレーション実行とS11グラフ作成，電流密度分布表示
・2:52:10 レイアウト・パターン寸法のスイープ
・2:55:19 パラメータ・スイープのシミュレーションと結果
・2:57:29 アンテナ幅のスイープ
・2:59:36 Sonnet Liteによるシミュレーションの実演③
・3:20:40 (4)NanoVNAV2で学ぶSパラメータ測定入門
・3:24:22 NanoVNAV2の主な機能
・3:27:38 測定セットの確認
・3:31:23 校正用SMA端子(SOLT)の確認
・3:32:12 ベクトル・ネットワーク・アナライザとは
・3:37:17 Nanovna Saverのダウンロード
・3:39:20 校正時の同軸ケーブルの取り扱い
・3:40:43 Nanovna Saverの起動とNanoVNAV2の測定条件設定
・3:44:09 NanoNVAV2の校正とファイルの保存
・3:47:42 表示グラフの設定
・3:49:10 測定データの保存
・3:50:36 Load端子(50Ωの測定)
・3:51:39 50Ω端子のS11測定のスミス・チャート表示
・3:52:16 マーカによる解析
・3:53:34 NanoVNAV2と2.4GHz帯パッチ・アンテナの測定
・4:36:06 スミス・チャートによるインピーダンス計算例
・4:38:28 NanoVNAV2による測定値グラフの表示
・4:46:54 IFAの測定値とSonnet Liteのシミュレーション値
・5:00:10 IFAの測定値とシミュレーション値の差異の考察
・5:03:16 Sonnet Liteによる2D電流密度分布シミュレーション
・5:06:05 パッチアンテナの電流密度・放射電界強度分布ほか
・5:07:45 まとめ
●講義テキスト(著作権保護のためパスワードがかけられています)
・antenna_seminar.zip
※実習を行う場合，事前準備/pdfを参照して電磁界シミュレータSonnet Liteとアプリケーション・ソフトウェアNanovna Saverのダウンロードとセットアップを済ませてください．
●教材ファイル
・sem_data.zip
■紹介動画
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| Sonnet Liteで逆Fアンテナのパラメータ・スイープを実行する |
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| NanoVNAV2とアプリケーション・ソフトウェアNanoVNA-SaverによるSパラメータ測定 |
■講師紹介
●略歴
沖縄高専名誉教授，GLEX代表 (教育・研究コンサルタント)
(株)東芝にて光通信用半導体・送受信器の開発，高周波デバイスの応用技術などに25年間従事．国立沖縄高専にて，アナログ・ディジタル電子回路，高周波回路の講義などに12年間従事．専門領域：光通信，無線工学，半導体工学, バイオ・エレクトロニクス(工学博士，第一級陸上無線技術士，電気通信主任技術者）
●主な著書
1. 7大電子回路シミュレータRF解析性能の見極め方，トランジスタ技術2020年1月号，CQ出版社．
2.測定周波数50k～900MHz 5千円のネットワーク・アナライザ NanoVNA，トランジスタ技術2020年7月号，CQ出版社．
3. FR-4基板でつくる2.5GHz帯アンテナの設計・製作，トランジスタ技術2021年2～3月号，CQ出版社．
4. QAM-OFDM変調ディジタル無線通信における多層・複合材料の電磁波遮蔽の評価，電子情報通信学会論文誌 招待論文2021年6月号，電子情報通信学会論文誌
5. 高電子移動度トランジスタでつくる1G～3GHz帯低雑音アンプの設計・制作，トランジスタ技術2021年6～12月号連載，CQ出版社．
■百聞は一見に如かず！パーツキットと講義動画でプロの技術を1日習得
スピードマスタ・シリーズ
電子回路・基板設計からプログラミングまで，エンジニアがマスタすべき技術は多岐にわたり，開発期間も短くなっています．多くの書物を読み漁ったり，玉石混交のネット情報に振り回されたりしている暇はありません．
本シリーズには，各分野の一線で活躍する技術者が厳選したパーツセット，設計の要点を効率よく解説するセミナ動画，講義テキスト，お手本ソースコードなどが同梱されています．百戦錬磨の技を一見することで，未経験の技術が驚くほど短時間で身につくだけでなく，信頼性の高いシステム開発に必要なプロの眼が養われます
