テストサイトなどのハイトパターン
電子機器は、通信装置もそうなんですが、無線装置に影響与えたり、強い電磁波で影響を受けないように、EMC（Electromagnetic Compatibility：電磁環境適合性)などのテストをしてます。
テストサイトに、物とアンテナを置いて測定します。
一般に、OATS（Open Air Test Site）とか電波暗室（半無響室）を使うのですがグランド面があります。
グランド面があると、自由空間と比較すると、グランド面からの反射によって電波の伝搬が違ってきます。
TXが送信アンテナ・RXが受信アンテナ RXの高さを変えると、高さ方向に直接波と反射波が干渉して干渉縞がでます。これをハイトパターンって呼んでます。
こういうのを、NEC２なんかで計算してみよう。。ってすると。。 チュートリアルとかがあまりないので、作ってみました（笑） ということです。
Example1 電界強度だけのグラフを作ってみる。
まずは、1/2λ（半波長）ダイポールが、グランドプレーン（大地面）から2mの高さで、水平偏波に置かれている場合に、３ｍ離れたところで高さ1mから4mの電界強度を測ってみることをしてみましょう。
高さ２ｍのところにダイポールを置くとこんな感じです。
これで、X軸方向に3m離れたところを、高さ１ｍから４ｍまでのポイントを測定してみます。
Near Field Patternを計算する方法ですが。。 これで電界・磁界が計算できるのと、直交座標系ででてくるので便利といえば便利です。ちょっとみるだけなら。。
で。。計算結果は、こんな感じです。 Z軸が横に寝ているので、ハイトパターンぽくないですが。。
.NEC ファイル
プログラムといっても、下記のような感じです。
CM VHA 9103 300MHz 0.5m CM CE SY len=0.5 'Symbol: Length for WL/2 半波長入れてます GW 1 9 0 -len/2 2 0 len/2 2 .0001 'Wire 1, 9 segments, halve wavelength long. GE 1 'Perfect Ground LD 5 1 0 0 58000000 'Wire conductivity ワイヤーの導電率入れてます GN 1 EK 'Thin wire Expansion EX 0 1 5 0 1 0 0 'Voltage source (1+j0) at wire 1 segment 5. FR 0 0 0 0 300 0 NE 0 1 1 31 3 0 1 1 1 0.1 'Near field を x軸3m離れたところを1m～4mまで EN
プログラムはたったこれだけ。 計算方法まで指定しているので実は、4NEC2だと、
オリジナルファイルを使え！って命令するだけでいいです。
で。。。これを、コマンドラインでも使えてfiles.txtの中身に入出力のファイル名を書いて
VHA9103-300MHz-0.50m.nec VHA9103-300MHz-0.50m.out
コマンドラインでこんな感じで打てばいい。
>nec2dXS500.exe <files.txt
Pythonとかから使うと、このlenと周波数を変数にしておいてファイル名も別々にすると。。ずらーっと計算ができますね。 昔はShell scriptで書いたもんです（笑）
ちなみに。。 Far field でRadiation Patternを計算すると、こんな風にも見えます。
こんなのがもう２０年くらい前からできているんですよね。。みんな使ってないけど（笑）
あれ？っと思った方。。それは正しい（笑）
アンテナを電磁界に入れたら、また電界は変わるんですよね（笑） なので、本当に測っているようにしようと思うと、受信電圧を計算した方がよいですね。
それもできます。 同じように送信アンテナ（TX）を２ｍにおいて、３ｍ離れたところにまた受信アンテナ（RX）を置けばいいんです。そして真ん中に50Ω（特性インピーダンス）を置いてそこに流れる電流がNEC2の中で計算されているので、50Ω×電流値をすれば、電圧がでます。ちなみに、TXの起電圧も計算されているので、その間の伝搬ロス（電圧・電力）も計算できます。
カードはこんな感じです。今回はGMというカードで、X軸に3ｍ動かして、Z軸を-1ｍにして下げています。また、LDっていうのが、タグ11のセグメント5のところに50Ωを入れるというようにしています。
CM Half Wave Dipole Comment CE SY freq=300 'It should work at the frequency f = 300MHz SY dipolarm=300/freq/4 'Each dipole arm has the length "quarter wavelength" at SY dr=0.002/2 'The radius of the antenna wire is 1mm SY x = 0.907 GW 1 9 0 -dipolarm*x 2 0 dipolarm*x 2 dr 'Now we have to use the dipole as wire define. It works like this: GM 10 1 0 0 0 3 0 -1 1 GE 1 LD 0 11 5 5 50 GN 1 EK EX 0 1 5 0 1 0 0 'Excitation or supply drive. FR 0 0 0 0 freq 0 EN
これだと。。RPも指定してませんが。。モーメント法は最初に電流値を求めるので、これで計算できちゃいます。
OUTファイルの中に以下のような結果が打ち出されています。９個のセグメントに分けているので、５のところに起電圧が、14のところに受信電圧（この場合電流ですが。。）が計算されています。
- - - CURRENTS AND LOCATION - - - DISTANCES IN WAVELENGTHS SEG. TAG COORD. OF SEG. CENTER SEG. - - - CURRENT (AMPS) - - - NO. NO. X Y Z LENGTH REAL IMAG. MAG. PHASE 1 1 0.0000 -0.2017 2.0013 0.05042 2.3168E-03 1.3295E-03 2.6711E-03 29.849 2 1 0.0000 -0.1513 2.0013 0.05042 5.8599E-03 3.4965E-03 6.8238E-03 30.824 3 1 0.0000 -0.1008 2.0013 0.05042 8.4896E-03 5.3027E-03 1.0010E-02 31.989 4 1 0.0000 -0.0504 2.0013 0.05042 1.0149E-02 6.7203E-03 1.2172E-02 33.511 5 1 0.0000 0.0000 2.0013 0.05042 1.0717E-02 7.5357E-03 1.3101E-02 35.113 6 1 0.0000 0.0504 2.0013 0.05042 1.0149E-02 6.7203E-03 1.2172E-02 33.511 7 1 0.0000 0.1008 2.0013 0.05042 8.4896E-03 5.3027E-03 1.0010E-02 31.989 8 1 0.0000 0.1513 2.0013 0.05042 5.8599E-03 3.4965E-03 6.8238E-03 30.824 9 1 0.0000 0.2017 2.0013 0.05042 2.3168E-03 1.3295E-03 2.6711E-03 29.849 10 11 3.0020 -0.2017 1.0007 0.05042 3.8047E-05 -4.4603E-05 5.8626E-05 -49.536 11 11 3.0020 -0.1513 1.0007 0.05042 9.4259E-05 -1.1389E-04 1.4783E-04 -50.387 12 11 3.0020 -0.1008 1.0007 0.05042 1.3347E-04 -1.6688E-04 2.1369E-04 -51.349 13 11 3.0020 -0.0504 1.0007 0.05042 1.5506E-04 -2.0254E-04 2.5508E-04 -52.563 14 11 3.0020 0.0000 1.0007 0.05042 1.5884E-04 -2.1736E-04 2.6922E-04 -53.842 15 11 3.0020 0.0504 1.0007 0.05042 1.5506E-04 -2.0254E-04 2.5508E-04 -52.563 16 11 3.0020 0.1008 1.0007 0.05042 1.3347E-04 -1.6688E-04 2.1369E-04 -51.349 17 11 3.0020 0.1513 1.0007 0.05042 9.4259E-05 -1.1389E-04 1.4783E-04 -50.387 18 11 3.0020 0.2017 1.0007 0.05042 3.8047E-05 -4.4603E-05 5.8626E-05 -49.536
４NEC２だと、３Dviewの画面から、Identというボタンを押して、14セグメントを選ぶと
電流 I が、上のファイルの中身と同じものが出て、電圧 E・電力 Pが計算されます。
抵抗をRとするとオームの法則だけです。 E=R・I P=E・I＝R・I・I ですね。
これで、例えば、GEをPerfect Groundから、適当な導電率のものを選んで計算したり、高さを変えてみれば、TX、RX間の損失が計算できるってことになります。
最近NECを使い始めたものです。
詳細の説明、とても助かっています。
ひとつ引っかかっていることが、あるので相談です。
EXカードで、電圧源の数値を変えても、計算結果が変わらないことです。
1Vを、10Vにしても、0Vにしても変わりません。
何か、設定があるのか、元々そうゆうものか、教えていただけると嬉しいです。