Pythonでマイクロストリップパッチアンテナの設計ツールを作る(4) アンテナ効率(efficiency)を計算する。放射Q(Qr)、誘電体Q(Qd)、導体Q(Qc)から計算できるが今回は”小型・平面アンテナ(電気情報通信学会)"の式を基にした。

前回まででパッチアンテナのサイズ決定、入力インピーダンス、指向性の計算ができるようになった。

Pythonでマイクロストリップパッチアンテナの設計ツールを作る(3) 指向性(Directivity)をSciPyの二重積分(dblquad)を使って計算する。

Pythonでマイクロストリップパッチアンテナの設計ツールを作る(2) アンテナの入力インピーダンスをSciPyの特殊関数(Si)と積分(quad)を使って計算する。オフセットも入力できて50Ωになる位置も計算できる。

Pythonでマイクロストリップパッチアンテナの設計ツールを作る(1)　まずはC.A.BalanisのAntenna Theory: Analysis and Designを基に、基板の比誘電率、厚み、共振周波数を与えてパッチ幅とパッチ長さを計算

今回は効率（efficiency)。効率と指向性を掛けたものがアンテナ利得（ゲイン）なので、これでだいたい簡易的な計算ツールはそろうことになる。

今まで参考にしていた本は

”C.A.BalanisのAntenna Theory: Analysis and Design ”

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なのだが、これが何故か効率計算するとおかしな値が出る…

なので今回利用するのは

”小型・平面アンテナ（電気情報通信学会）”

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に掲載されていた式を使う。

import numpy as np

def efficiency(W, L, er, h, f0, tanD, sigma):

    """

    矩形マイクロストリップパッチアンテナの効率(efficiency)を計算する。

    W:パッチ幅[mm]、L:パッチ長さ[mm]、er:基板比誘電率、h:基板厚み[mm]、f0:共振周波数[GHz]

    tanD:基板のtanδ、sigma:パッチ導体の導電率[S/m]

    戻り値:アンテナ効率[%]

    """

    u0=4.0 * np.pi * 1.0E-7

    e0=8.85418782E-12

    f0 *= 1.0E9

    W *= 1.0E-3

    L *= 1.0E-3

    h *= 1.0E-3

    lambda0 = 1 /(f0 * np.sqrt(e0 * u0))

    #放射Qの近似式

    if er > 2:

        Qr = 3 * er * lambda0 / (8 * h)

    else:

        Qr = (np.pi * np.pi * np.sqrt(er) / (4 * np.pi * np.pi - 16 * np.sqrt(er))) * (lambda0 / h)

    #導体Q

    ds=np.sqrt(2 / (2 * np.pi*f0 * u0 * sigma))

    Qc = h / ds

    #誘電体Q

    Qd = 1 / tanD

    #無負荷Q

    Qt = 1 / (1 / Qc + 1 / Qd + 1 / Qr)

    eta =(Qt / Qr) * 100

    return eta

これを

efficiency(11.8503, 9.05433, 2.2, 1.588, 10, 0.01, 5.8E7)

のように実行すると、

86.04147704360673

というように結果がでる。

いろいろ作ったが別々の関数に分かれているのが無駄なのでパッチアンテナ設計クラスを次に作る。