JP2003332814A - アンテナを設計する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取り得る形態の多数の組合せの中から、必要
な特性を示す最適なアンテナ形態を適切に見つけ出すこ
とができ、設計者の熟練が不要となるアンテナ設計を提
供する。 【解決手段】 ２次元または３次元の解析領域を複数の
要素に区画するステップＳＴ１と、解析領域内に含まれ
るアンテナの形態を記述する変数を定義するステップＳ
Ｔ２と、変数を設定することにより、変数によって記述
されるアンテナの形態を設定する行うステップＳＴ４
と、ステップＳＴ４で決定されたアンテナの形態によっ
て生じる解析領域の電磁界パターンを求めるステップＳ
Ｔ６と、ステップＳＴ６において求められた電磁界パタ
ーンに基づいて、アンテナの特性評価を行うステップＳ
Ｔ７とを含み、異なる複数の変数について、ステップＳ
Ｔ４からステップＳＴ７までを順次または並列的に実行
することにより、複数の変数の各々によって記述される
形態を有する個々のアンテナの特性評価の結果を得て、
この特性評価の結果に基づいてアンテナの形態を決定す
るアンテナ設計方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波などの電磁波の送受信に用いられるアンテナの設計に
関しており、特に、無線を利用した携帯情報端末や、パ
ーソナルコンピュータのネットワーク（いわゆる無線Ｌ
ＡＮ）用機器に最適なアンテナの設計に関するものであ
る。また、本発明は、設計されたアンテナを備えた各種
の装置にも関している。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＴＶ、ラジオなどの分野で
は、映像、画像信号の電磁波を受けるため、あるいは送
るために、各種のアンテナが開発されている。このよう
なアンテナには、例えば、パラボラアンテナ、反射鏡ア
ンテナなどの開口面アンテナや、ダイポールアンテナ、
パッチアンテナなどの線状アンテナや、平面アンテナ、
スロットアンテナなどのアレーアンテナが知られてい
る。

【０００３】これらのアンテナについては、指向性、利
得、およびインピーダンスなどのファクタを如何に改善
するかということを主眼とした多くの改良が積み重ねら
れている。アンテナの形態や設置位置は、送受信する電
波の周波数や電波を受ける方向に応じて、上記の指向
性、利得、およびインピーダンスを最適化するように設
計され、定められている。

【０００４】このようなアンテナを設計する方法として
は、所定の用途に適合した形態を有すると考えられるア
ンテナを選択した後、そのアンテナの各部のサイズ
（幅、長さ、厚さなどのパラメータ）を少しずつ変更し
ては、アンテナ特性を評価することにより、アンテナ形
態を最適化する手法が採用されている。

【０００５】この場合のアンテナ特性の評価には、シュ
ミレーションによって求めた電磁界パターンに基づいて
行われる場合と、形態の異なるアンテナを試作して実際
にアンテナ特性を測定して行う場合がある。このような
アンテナの設計方法は、例えば、特許文献１に記載され
ている。

【０００６】

【特許文献１】特開９−５１２２４号公報

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ設計方
法によれば、設計パラメータの初期値は、最初に設定す
るアンテナの形態に依存しており、その形態は設計者の
経験に基づいて選択されるため、設計者の熟練度によっ
て設計に必要な時間が長大化したり、あるいは、最適な
形態に到達しない場合があり得る。

【０００８】また、従来の設計方法において、シュミレ
ーションや計算によってではなく、現実にアンテナを試
作して特性を評価する場合は、形態の異なるアンテナを
多数施策する必要があるため、設計に要するコストや時
間の負担が大きいという問題もある。

【０００９】本発明の主たる目的は、設計者に経験によ
らず、必要なアンテナ特性を発揮するアンテナ形態を決
定することが可能なアンテナの設計方法および設計装置
を提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、上記のアンテ
ナの設計方法を実施しながら、アンテナの形態を動的に
変更し得る装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるアンテナの
方法は、２次元または３次元の解析領域内に含まれるア
ンテナの形態を記述する変数を定義するステップ（ａ）
と、前記変数を設定することにより、前記変数によって
記述されるアンテナの形態を設定する行うステップ
（ｂ）と、前記ステップ（ｂ）で決定されたアンテナの
形態によって生じる前記解析領域の電磁界パターンを求
めるステップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）において求
められた電磁界パターンに基づいて、前記アンテナの特
性評価を行うステップ（ｄ）とを含み、異なる複数の変
数について、前記ステップ（ｂ）から前記ステップ
（ｄ）までを順次または並列的に実行することにより、
前記複数の変数の各々によって記述される形態を有する
個々のアンテナの特性評価の結果を得て、この特性評価
の結果に基づいてアンテナの形態を決定する。

【００１２】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ａ）では、前記解析領域内においてアンテナを形成し
ようとする領域をアレイ状に配置された複数のセルに区
画し、前記複数のセルに割り当てた符号の組を変数とし
て、個々のアンテナの形態を記述する。

【００１３】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ａ）では、アンテナを形成しようとする領域をアレイ
状に配置された複数のセルに区画して、各セルにおける
導体の有無をマトリクスで表した変数によりアンテナの
形態を記述する。

【００１４】好ましい実施形態において、遺伝子アルゴ
リズムを用いてアンテナの特性が所望範囲に収束するよ
うに前記ステップ（ｂ）から前記ステップ（ｄ）を繰り
返す。

【００１５】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ｂ）では、アンテナを形成しようとする領域をアレイ
状に配置された複数のセルに区画して、各セルにおける
導体占有率をマトリクスで表した変数によりアンテナの
形態を記述する。

【００１６】好ましい実施形態において、ニューラルネ
ットワークを用いてアンテナの特性が所望範囲に収束す
るように前記ステップ（ｂ）から前記ステップ（ｄ）を
繰り返す。

【００１７】好ましい実施形態において、前記複数の要
素を有限要素法における有限要素として区画するステッ
プを更に含み、前記ステップ（ｃ）では、有限要素法を
用いて解析領域における電磁界パターンを求める。

【００１８】好ましい実施形態において、アンテナ設計
対象領域及びアンテナ設計対象領域を囲む領域全体を前
記有限要素に区画すねステップを更に含み、前記ステッ
プ（ａ）では、前記アンテナ設計対象領域における有限
要素を前記セルとして変数を定義する。

【００１９】本発明による他のアンテナの設計方法は、
アンテナの形態を可変に形成する形態形成手段を定義す
るステップ（ａ）と、前記形態形成手段を用いてアンテ
ナの形態を規定するための変数を定義するステップ
（ｂ）と、前記ステップ（ｂ）で定義された変数を用い
て前記形態形成手段によりアンテナの形態を形成するス
テップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で形成されたアン
テナの特性を測定するステップ（ｄ）と、前記ステップ
（ｄ）において検出されたアンテナの特性が所望範囲に
あるか否かを判別するステップ（ｅ）とを含み、前記ア
ンテナの特性が所望範囲になるまで前記ステップ（ｃ）
から前記ステップ（ｅ）を繰り返す。

【００２０】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ａ）では、前記形態形成手段を、アンテナ形成領域に
配置され、互いに分離された複数の導体要素と、各導体
要素間を導通・非導通に切り換えるための接続要素と、
この接続要素を移動させるための移動機構とによって定
義しておき、前記ステップ（ｃ）では、前記移動機構を
制御することにより、前記アンテナの形態を形成する。

【００２１】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ｄ）では、アンテナの利得、指向性及びインピーダン
スのうち少なくともいずれか１つの特性を測定し、前記
ステップ（ｅ）では、アンテナの利得、指向性及びイン
ピーダンスのうち少なくともいずれか１つの特性のレベ
ルが所望範囲にあるか否かを判別する。

【００２２】好ましい実施形態において、前記ステップ
（ｄ）では、外部機器からの信号をも利用してアンテナ
の特性を求める。

【００２３】本発明のアンテナの設計方法は、遺伝子ア
ルゴリズムを用いたアンテナの設計方法であって、アン
テナが形成され得る２次元または３次元の空間を複数の
セルに区画し、前記複数のセルにそれぞれ割りあてられ
た数値からなる符合によって個々のアンテナの形態を記
述し、それによってアンテナの形態を符号化するステッ
プ（ａ）と、前記符号の母集団を設定し、前記母集団を
構成する個々の符号によって記述される形態を有する個
々のアンテナの特性を評価するステップ（ｂ）とを含
み、前記評価の結果に基づいて、前記母集団に対する選
択、交又、および／または突然変異の遺伝的操作を行
い、前記母集団を更新するステップ（ｃ）と、前記ステ
ップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）を繰り返すことに
より、前記評価の所定基準を超える特性を持つアンテナ
の形態を決定する。

【００２４】本発明のアンテナの設計装置は、２次元ま
たは３次元の解析領域を複数の要素に区画する手段
（ａ）と、前記解析領域内に含まれるアンテナの形態を
記述する変数を定義する手段（ｂ）と、前記変数を設定
することにより、前記変数によって記述されるアンテナ
の形態を設定する行う手段（ｃ）と、前記手段（ｃ）で
決定されたアンテナの形態によって生じる前記解析領域
の電磁界パターンを求める手段（ｄ）と、前記手段
（ｄ）において求められた電磁界パターンに基づいて、
前記アンテナの特性評価を行う手段（ｅ）とを備え、異
なる複数の変数について、前記変数の設定から前記アン
テナの特性までの処理を順次または並列的に実行するこ
とにより、前記複数の変数の各々によって記述される形
態を有する個々のアンテナの特性評価の結果を得て、こ
の特性評価の結果に基づいてアンテナの形態を決定す
る。

【００２５】本発明の他のアンテナ設計装置は、アンテ
ナが形成され得る２次元または３次元の空間を複数のセ
ルに区画し、前記複数のセルにそれぞれ割りあてられた
数値からなる符合によって個々のアンテナの形態を記述
し、それによってアンテナの形態を符号化する手段
（ａ）と、前記符号の母集団を設定し、前記母集団を構
成する個々の符号によって記述される形態を有するアン
テナの特性を評価する手段（ｂ）と、前記評価の結果に
基づいて、前記母集団に対する選択、交又、および／ま
たは突然変異の遺伝的操作を行い、前記母集団を更新す
る手段（ｃ）とを備え、前記アンテナの特性の評価と前
記母集団の更新とをを繰り返すことにより、前記評価の
所定基準を超える特性を持つアンテナの形態を決定す
る。

【００２６】本発明のコンピュータ・プログラムは、コ
ンピュータに対して、２次元または３次元の解析領域を
複数の要素に区画するステップ（ａ）と、 前記解析領
域内に含まれるアンテナの形態を記述する変数を定義す
るステップ（ｂ）と、前記変数を設定することにより、
前記変数によって記述されるアンテナの形態を設定する
行うステップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で決定され
たアンテナの形態によって生じる前記解析領域の電磁界
パターンを求めるステップ（ｄ）と、前記ステップ
（ｄ）において求められた電磁界パターンに基づいて、
前記アンテナの特性の評価を行うステップ（ｅ）とを実
行させ、更に、異なる複数の変数について、前記ステッ
プ（ｃ）から前記ステップ（ｅ）までを順次または並列
的に実行させることにより、前記複数の変数の各々によ
って記述される形態を有する個々のアンテナの特性の評
価結果を算出させる。

【００２７】本発明の他のコンピュータ・プログラム
は、コンピュータに対して、アンテナが形成され得る２
次元または３次元の空間を複数のセルに区画し、前記複
数のセルにそれぞれ割りあてられた数値からなる符合に
よって個々のアンテナの形態を記述し、それによってア
ンテナの形態を符号化するステップ（ａ）と、前記符号
の母集団を用意し、前記母集団を構成する個々の符号に
よって記述される形態を有するアンテナの特性を評価す
るステップ（ｂ）と、前記評価の結果に基づいて、前記
母集団に対する選択、交又、および／または突然変異の
遺伝的操作を行い、前記母集団を更新するステップ
（ｃ）とを実行させ、更に、前記ステップ（ｂ）および
前記ステップ（ｃ）を繰り返して実行させる。

【００２８】本発明の装置は、互いに分離され、各々が
単独ではアンテナとして機能しない複数の導電体要素の
アレイと、前記複数の導電体要素から選択された少なく
とも２つの導電体要素を電磁気的に結合し、結合した複
数の導電体要素を１つのアンテナ要素として機能させる
結合手段と、前記複数の導電体要素を支持する誘電体層
とを備え、前記結合手段は、前記選択された複数の導電
体要素を電気的に接続し得るスイッチング素子を有して
いるアンテナと、前記複数のスイッチング素子を駆動す
る信号を生成する駆動回路と、演算器と、前記演算器に
対して、２次元または３次元の解析領域を複数の要素に
区画するステップ（ａ）と、 前記解析領域内に含まれ
るアンテナの形態を記述する変数を定義するステップ
（ｂ）と、前記変数を設定することにより、前記変数に
よって記述されるアンテナの形態を設定する行うステッ
プ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で決定されたアンテナ
の形態によって生じる前記解析領域の電磁界パターンを
求めるステップ（ｄ）と、前記ステップ（ｄ）において
求められた電磁界パターンに基づいて、前記アンテナの
特性の評価を行うステップ（ｅ）とを実行させ、更に、
異なる複数の変数について、前記ステップ（ｃ）から前
記ステップ（ｅ）までを順次または並列的に実行させる
ことにより、前記複数の変数の各々によって記述される
形態を有する個々のアンテナの特性の評価結果を算出さ
せる、コンピュータ・プログラムを格納したメモリとを
備えている。

【００２９】

【発明の実施の形態】まず、本発明による設計方法の実
施形態を説明する。

【００３０】図４１は、本発明によるアンテナの設計方
法の手順の一例を示すフローチャート図である。ここで
は、有限要素法などによる解析を用いたアンテナの設計
方法について説明する。

【００３１】まず、ステップＳＴ１で、解析領域の全体
を有限要素法による解析を行なうための細かい要素（有
限要素）に分割する。この解析領域は、２次元または３
次元の空間であり、その内部にアンテナが形成される領
域（アンテナ形成領域）を含んでいる。すなわち、本明
細書における「解析領域」とは、アンテナの設計対象領
域のみならず、その周囲の空間領域（又は絶縁体）など
を含む領域である。

【００３２】次に、ステップＳＴ２で、解析領域のう
ち、アンテナを構成する導体部分が配置され得る領域
を、アンテナ形態の設計対象領域として定義する。この
ステップＳＴ１、ＳＴ２の処理の具体例を以下に説明す
る。

【００３３】まず、図４２を参照しながら、第1の具体
例を説明する。

【００３４】図４２（ａ）は、平面型アンテナを設計す
る場合の２次元的な「解析領域」の一部を模式的に示し
ている。図４２（ａ）には、４つの導電性部材３０２ａ
〜３０２ｄを構成要素として含むアンテナ３０１が示さ
れている。図示されている４つの導電性部材３０２ａ〜
３０２ｄの各々は、長方形の平面パターンを有している
が、これらの導電性部材３０２ａ〜３０２ｄの各々の形
状を変化させることにより、アンテナ３０１に所望の特
性を付与することになる。

【００３５】図４２（ｂ）に示すように、各導電性部材
３０２ａ〜３０２ｄが位置する領域をアンテナの形態設
計の対象領域として選択し、この領域を複数のセル３０
３に区画する。アンテナの形態設計の対象領域が２次元
であるため、セル３０３も行および列からなるマトリク
ス状に配列することが好ましい。アンテナの３次元的な
形態を設計する場合は、セル３０３を３次元的に配列す
ることが好ましい。

【００３６】次に、各セル３０３における導体の有無
を"０"および"１"によってコード化する（コーディン
グ）。図４２（ｂ）においてハッチングされたセル３０
３には導体が存在し、ハッチングされていないブランク
のセル３０３には導体が存在しないとすると、図４２
（ｃ）に示す数値の組が得られる。この数値の組は、図
４２（ｂ）に示す導体の形態に対応する要素ｘij（ｘij
は１又は０で、ｉ＝Ｍ、ｊ＝Ｎ（Ｍ、Ｎは正の整数））
からなるマトリクスを形成する。本発明による設計方法
では、アンテナの形態を記述する変数として、このよう
なマトリクスを用いる。なお、セル３０３が３次元的に
配列される場合、マトリクスも３次元化される。

【００３７】アンテナの特性は、マトリクス変数に依存
し、この変数を用いた目的関数として表現される。故
に、アンテナ特性を評価し、最適化するための操作にマ
トリクス変数を用いることができる。

【００３８】図４２（ｂ）および図４２（ｃ）には、簡
単化のため、９個の完全なセルが記載されているが、各
形態設計の対象領域は、Ｍ×Ｎ個のセルに区画されてい
る（Ｍ、Ｎは正の整数）。このため、Ｍ行Ｎ列のマトリ
クスが変数として用意される。マトリクスの要素に
は、"１"または"０"の数値が与えられるため、マトリク
ス変数の数は、２の（Ｍ×Ｎ）乗となる。マトリクス変
数に対応するアンテナの形態を考えると、その形態の数
も２の（Ｍ×Ｎ）乗だけ存在することになるが、その中
には、導体部分に対応するセルが１つも無いパターン
や、対象領域の全てが導体部分に埋め尽くされているパ
ターンも含まれており、アンテナとして正常に動作しな
い形態も存在する。

【００３９】以上の説明から明らかなように、図４２
（ｃ）に示す数値の組（マトリクス変数）は、図４２
（ｂ）に示す導体要素（各々がセルに対応する）の配列
に対応しており、アンテナの形態を符号化（コーディン
グ）したものに相当する。言い換えると、図４２（ｃ）
に示す数値の組は、アンテナの形態を表現する符号であ
る。本発明では、この符号を用いてアンテナの形態を記
述するため、多様なアンテナの形態を適切に取り扱うこ
とが可能となる。従来の設計方法では、予め設定された
形態をもつアンテナの特定部分の寸法を変数として目的
関数を作成していたため、記述できるアンテナ形態が極
めて狭い範囲に限定され、数値的な処理のみによって多
様な形態をもつアンテナを取り扱うことができなかっ
た。これに対し、本発明では、２次元または３次元の空
間内で多様なアンテナ形態を記述する変数が用意される
ため、設計者の経験に拘束されない任意の形態を設計プ
ロセスの初期値として選択することが可能になる。

【００４０】このように本発明では、アンテナの形態を
記述するために予め大枠が与えられた導体パターンの幅
や長さなどの形態パラメータを変数としてアンテナ特性
を最適化を図る代わりに、上記の符号化によって得られ
る数値の列を用いてアンテナ特性の最適化を図るため、
例えば"００１…００１…０１１…"という数値の配列を
用いることにより、遺伝子アルゴリズム（Ｇｅｎｅｔｉ
ｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）や、極小値を求める急速降
下法などを用いた最適設計が可能になる。

【００４１】以下、遺伝子アルゴリズムを用いて本発明
のアンテナ設計を行う場合を説明する。

【００４２】遺伝子アルゴリズムとは、「遺伝的アルゴ
リズム」または「遺伝型アルゴリズム」とも呼ばれる学
習的アルゴリズムであり、生物が環境に適応して進化し
てゆく過程を工学的に模倣したアルゴリズムである。

【００４３】遺伝子アルゴリズムでは、設計対象のパラ
メータが染色体（Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ）と呼ばれる符
合（文字列または数値の組）で表現される。個々の設計
パラメータで規定される形態を備えたアンテナの各々が
「個体（Ｉｎｄｉｖｉｓｕａｌ）」であり、個体の集団
が母集団（Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）である。初期化され
た母集団に対して、選択（Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）、交又
（Ｃｒｏｓｏｖｅｒ）、突然変異（Ｍｕｔａｉｏｎ）な
どの遺伝的操作を繰り返して行う。そして、個々の個体
について目的関数に基づく評価を行っては、次の母集団
の構成を更新する。母集団の中に条件を満たす個体
（解）が存在するなど、所定の条件が満たされたとき、
遺伝子アルゴリズムは終了する。

【００４４】遺伝子アルゴリズムにおいて、例えば個体
｛１１１１｝および個体｛００００｝に対して交又の処
理を行うと、個体｛１１００｝および個体｛００１１｝
などが生成される。また、個体｛１１１１｝に対して突
然変異の処理を行うと、例えば｛１１０１｝が生成され
る。前述した方式でアンテナの形態を数値の列に符号化
すれば、上記のような遺伝型処理を実行することが可能
になる。

【００４５】なお、「評価」は、アンテナ特性を公知の
方法で計算した電磁界パターンに基づいて行うこともで
きるし、また、実際にアンテナを作成してアンテナ特性
を測定することよって行うこともできる。遺伝子アルゴ
リズムをアンテナ設計に適用する場合に重要な特注点
は、所望の特性を発揮するアンテナ形態が見つからなか
ったときに行うアンテナ形態の変更（形態記述のための
変数の変更：解の探索）を、上述の選択、交又、突然変
異などの処理によって行うことにある。

【００４６】次に、図４６を参照しながら、上述した遺
伝子アルゴリズムを説明すると、以下のようになる。

【００４７】まず、図４６（ａ）に示すように、多数の
アンテナ形態を含む初期の母集団を選択する。図４６
（ａ）では、４つのアンテナ形態が例示されているが、
実際には、この数よりも多くの形態が初期化された母集
団の要素として選択される。選択の基準は、アンテナの
用途やアンテナが置かれる状況に応じて変化してもよい
し、特に選択の基準を設けず、全くのランダムに形態を
選んでも良い。図では、１６行×１７列のマトリクスが
示されており、黒い部分が導体部分である。１６×１７
＝２７２であるため、各アンテナ形態は、「０」または
「１」の数値の２７２個のシー検すあるいはマトリクス
によって表現される。従って、母集団は、２²¹⁷個の形
態から適宜に選択された複数の形態を含んでいる。

【００４８】次に、母集団に対して交又や突然変異など
の処理を行う。図４６（ａ）に示される個々の形態は、
前述したようにして符号化されているため、交又や突然
変異も数値的な処理によって実行される。図４６（ｂ）
に示す例では、交又や突然変異によって、図４６（ａ）
には図示されていなかった形態が形成されている。

【００４９】次に、図４６（ｂ）に示す形態のアンテナ
の電磁界パターンを求め、アンテナの特性を評価する。
ここでは、指向性が或る規準を超えたアンテナ形態を選
択するものとする。この結果、図４６（ｃ）に示す形態
が選択され、新たな母集団を構成する。この後、交又な
どの処理を行い、図４６（ｄ）に示すように、新しい形
態を形成し、これらの形態を有するアンテナの評価を行
う。評価の結果、例えば、図４６（ｄ）の右側に示す形
態をもつアンテナが最も指向性の高いアンテナの形態と
して選択され得る。

【００５０】このような方法によれは、多様な形態の中
から求める形態（解）を見いだすことが可能であり、初
期化された母集団の構成は、設計者の熟練度によらずに
選択され得る。

【００５１】以上説明してきた例では、形態設計の対象
領域内においてアンテナの導体部分が存在する領域（黒
いセル）には、論理値“１”を割り当て、導体部分が存
在しない領域（白いセル）には論理値“０”を割り当て
ているが、符号化の方法はこれに限定されない。

【００５２】次に、図４３を参照しながら、他の符号化
を説明する。

【００５３】図４３（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ、図４
２（ａ）〜（ｂ）に対応する図面である。図４３（ｂ）
と図４２（ｂ）とを比較してわかるように、この例で
は、セル単位で導体部分が存在するか否かが区画され
ず、各セル３１３における導体部分の占める割合（導体
占有率）がＮビットの数値によって符号化される。図４
３（ｃ）は、図４３（ｂ）の導体パターンに対応する要
素ｘij（ｘijはＫビットの変数で、ｉ＝Ｍ、ｊ＝Ｎ
（Ｍ、Ｎは正の整数））からなるマトリクスを示してい
る。アンテナの形態を記述するマトリクスを変数とし、
この変数の関数である最適化の目標となる目的関数を定
義することができる。

【００５４】図４３（ａ）〜（ｃ）に示される符号化に
よってアンテナの形態を記述する場合、例えば各セルの
導体占有率を重み付けとするニューラルネットワークな
どを用いた最適設計が可能である。この導体占有率は、
具体的には各セルに形成される開口の大きさなどによっ
て実現される。

【００５５】なお、導体専有率以外のパラメータを各セ
ルに割り当てることにより、アンテナの形態を記述して
もよい。例えば、各セル内における導体部分の厚さ、導
体部分の向き、導体部分の形状などを可変にし、それの
パラメータを規定する数値を対応するセルに割り当てて
も符号化が可能である。

【００５６】以上に例示した方法により、ステップＳＴ
１およびステップＳＴ２を実行した後、図６に示すステ
ップＳＴ３において、必要なアンテナの特性及びそのレ
ベルを定める。この特性とは、アンテナの利得、指向
性、インピーダンスなどである。なお、ステップＳＴ３
は、ステップＳＴ１よりも前に実行してもよい。

【００５７】次に、ステップＳＴ４で、形態記述のため
の変数の初期値を、例えば、図４２（ｃ）や図４３
（ｃ）に示すマトリクスのように決定する。このステッ
プは、遺伝子アルゴリズムでは、「初期化された母集
団」を用意（設定）するステップに相当する。

【００５８】ステップＳＴ５では、形態記述のための変
数（例えばマトリクス）を参照しながら、対応する要素
（有限要素）の物理特性を規定しているデータベースを
必要に応じて更新する。この物理特性とは、各要素の透
磁率、導体率、誘電率などである。

【００５９】ステップＳＴ６では、有限要素法を利用し
た電磁界解析を解析領域全体で行なう。基本的には、こ
の電磁界解析は、公知の方法で実行することが可能であ
る。その手順の一例を以下に説明する。

【００６０】まず、電磁界の解析の基礎となる方程式
は、マクスウェルの電磁界方程式から導かれ、下記式
（１）により表される。

【００６１】 rot[μ]^-1・rotＥ＋[σ](δＥ/δt)＋[ε](δ²Ｅ/δt²) （１）

【００６２】ここで、式（１）において、μは透磁率、
σは導電率、εは誘電率、Ｅは電界、δは偏微分の演算
子である。また、Ｅはベクトルであり、μ、σ、εはテ
ンソルである。

【００６３】なお、式（１）は、電界Ｅを変数とする場
合の方程式であるが、磁界Ｈを変数とする方程式や、電
界Ｅ及び磁界Ｈを変数とする方程式もマクスウェルの電
磁界方程式から導かれる。

【００６４】そして、上記式（１）を解析領域の細かい
要素（有限要素）に分割し、各要素において離散的な近
似法でＥを近似して（１）をマトリクス式にする。そし
て、これを全要素について重畳することにより、全体マ
トリクス式と呼ばれる下記式（２）を導き出す。

【００６５】 [Ｋ][Ｅ]＋[Ｃ](δ[Ｅ]/δt)＋[Ｌ](δ²[Ｅ]/δt²)＋[Ｆ(t)]＝０ （２）

【００６６】そして、式（２）に境界条件を与えること
により、解を算出することができる。ここで、[Ｅ]は、
解析領域全体で電界Ｅを近似するために離散的に仮定し
た未知数を表すベクトルで、［Ｋ］は透磁率μのテンソ
ル値やアンテナの形態によって定まる係数ベクトルであ
り、［Ｃ］はアンテナのセルの導体率パターンや形態に
よって定まる係数ベクトルであり、［Ｌ］は、誘電率ε
のテンソル値やアンテナの形態によって定まる係数ベク
トルである。また、Ｆ（ｔ）は、アンテナが受ける電界
（受信用アンテナの場合）や電流（送信用アンテナの場
合）を表す関数である。

【００６７】既に説明したように、本発明のアンテナの
形態設計によれば、アンテナの設計対象領域及びその周
囲の空間領域（又は絶縁体）を含む領域を解析領域とす
る。図４４は、第１の実施形態の設計方法に用いられる
解析領域を区画した有限要素の一単位における電界Ｅの
成分を示す図である。図４４に示すように、局所座標
（ξ、η、ζ）において各有限要素の各辺における電界
Ｅの成分は、Ｅ１ 〜Ｅ８ と表すことができる。そし
て、各辺を共有する複数の有限要素間は、同じ電界成分
Ｅ１〜Ｅ８を有している。したがって、多数の有限要素
について、式（２）から有限要素の個数だけの連立方程
式を作成し、この連立方程式の境界条件を定めて数値解
析により解いていくと、各有限要素の電界成分Ｅ１ 〜
Ｅ８ が求められる。

【００６８】なお、式（１）における［μ］、［σ］、
［ε］は、いずれも局所座標（ξ、η、ζ）における９
つの成分をもったテンソルとして表される。

【００６９】ここで、アンテナの各セルの導体パターン
や、その周囲の条件が定まると、式（２）における係数
マトリクス［Ｋ］、［Ｃ］、［Ｌ］は定まる。例えば、
図４２（ｂ）、（ｃ）に示す例では、導体が形成されて
いるセルの導電率σを１とし、導体が形成されていない
セルや、周囲の空間の導体率を０とすることができる。
また、図４３（ｂ）、（ｃ）に示す例では、各セルの導
電率σは、その導体占有率に応じた０から１の間の値を
することができ、周囲の空間における導電率σは０とす
ることができる。このように、初期条件として、解析領
域における導電率σの分布が決定されると、それに応じ
て式（２）における［Ｃ］が定まる。同様に、アンテナ
を構成する各セルの材料や、周囲の物質によって各有限
要素の透磁率μや誘電率εが定まるので、式（２）にお
ける係数マトリクス［Ｋ］や［Ｌ］が定まる。さらに、
アンテナに入力される電波Ｆ（ｔ）をある値に仮定す
る。この条件で式（２）を解くと、各有限要素における
電界Ｅの分布などが求まる。ここでは、電界Ｅを求める
場合について説明したが、各有限要素の磁界Ｈを求める
場合にも同様の手順を採ることができる。

【００７０】そして、各有限要素の電磁界を総合するこ
とにより、解析領域全体の電磁界パターンが求まる。こ
の電磁界パターンから、アンテナの利得、指向性、イン
ピーダンスなどの、ステップＳＴ３で定められた特性の
レベルがわかる。

【００７１】なお、アンテナの形態を動的に変化させる
ことができる場合、個々の形態に対するアンテナ特性の
評価を、実測によって行うことも可能である。

【００７２】次に、図４１に示すステップＳＴ７で、解
析の結果得られた特性のレベルが、目標とする特性の所
望のレベルに達するか否かを判定する。この判定結果が
ＮＯのとき、つまり、設計されたアンテナの特性のレベ
ルが所望の範囲に入っていないときには、ステップＳＴ
８に進んで、アンテナの形態を記述するための変数（マ
トリクス）を修正する。例えば、図４２（ｂ）に示す各
セル３０３のうち導体を有するセル数を増やしたり、図
４３（ｂ）に示す各セル３１３の導体占有率を変更する
などである。遺伝子アルゴリズムによる場合、選択、交
又、突然変異などの処理を行うことにより、変数の変更
（母集団の更新）を行うことができる。

【００７３】そして、アンテナの設計によって得られた
アンテナ特性のレベルが所望の範囲に収束するまでステ
ップＳＴ５〜ＳＴ７の処理を繰り返し、ステップＳＴ７
における判定結果がＹＥＳになると、つまり、アンテナ
の特性のレベルが所望の範囲に収束すると、ステップＳ
Ｔ９に進んで、適正なアンテナの構造を表す変数（マト
リクス）を出力する。このアンテナの形態を記述するた
めの変数はデータベースに取り込まれて、アンテナを生
産するときの基本的な設計資料となる。

【００７４】以上の方法によれば、実際にアンテナの構
造を作り上げなくても、解析のみにより、アンテナの形
態を多種多様に設計することができる。特に、有限要素
法を用いた場合には、アンテナの微細な構造を精度よく
設計することができる。

【００７５】また、アルゴリズムとして遺伝子アルゴリ
ズムを用いた場合には、急速降下法のような局所的な最
適解に陥る自体を回避して、迅速に最適解に収束しうる
利点がある。ただし、遺伝子アルゴリズムのみでは、迅
速に最適解に近づくことができても、最適解に確実に収
束するという保証はない。そこで、解析の初期において
は遺伝子アルゴリズムを用いて最適解の見当をつけてか
ら、急速降下法を組み込んだニューラルネットワークを
用いてもよい。本実施形態においては、当初は図４２
（ｂ）、（ｃ）に示す０、１パターンのマトリクスを変
数として遺伝子アルゴリズムを用い、大まかなアンテナ
パターンが定まってから、図４３（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、各セルの導体占有率（重み付け係数）を変化さ
せた、ニューラルネットワークを用いる方法に移行して
もよい。

【００７６】なお、本実施形態では、図４２（ｂ）に示
すセル１０３や、図４３（ｂ）に示すセル３０３を、図
４３に示す有限要素としている。しかし、有限要素をア
ンテナの構造を定めるためのセルよりも細かく区画して
もよいし、あるいはセルよりも大きく区画してもよい。
ただし、本実施形態のように、有限要素法の解析のため
の有限要素を、アンテナの設計対象領域及びその周囲を
囲む領域に亘って共通に区画することにより、アンテナ
の各部において有限要素法による電磁界の解析が直接行
なわれるので、解析が迅速かつ簡単になる。

【００７７】次に、図４５を参照しながら、本発明によ
るアンテナの設計方法の他の手順を示す。図４５は、こ
の手順を示すフローチャート図である。ここでは、形態
が動的に変化し得るアンテナの設計方法を説明する。

【００７８】まず、ステップＳＴ１１で、アンテナ（デ
バイス）の基本的な構成を定める。ここでいう構成と
は、平面アンテナ、スロットアンテナ、線状アンテナな
どのアンテナの種類と、アンテナを構成する部材の形状
や材料などである。

【００７９】次に、ステップＳＴ１２で、アンテナの形
態を変化させるための具体的な手段を定める。形態を動
的な変化させることが可能なアンテナの具体的な構成に
ついては、後で詳細に説明する。

【００８０】ステップＳＴ１３で、動的に形態が変化す
るアンテナの目標とする特性及びそのレベルを定める。
この特性とは、アンテナの利得，指向性，インピーダン
スなどである。

【００８１】そして、ステップＳＴ１４で、アンテナの
形態を記述するための変数の初期値を決定する。この変
数とは、第１の実施形態と同様に、アレイ状に配置され
たセルの接続関係を記述するマトリックスなどである。
例えば図１１（ｂ）に示すようなアンテナの初期の形態
を、要素ｘijが０か１であるマトリクスを変数として記
述することができる。

【００８２】ステップＳＴ１５で、ステップＳＴ１４で
記述された形態をもつアンテナを形成する。

【００８３】ステップＳＴ１６で、目標とするアンテナ
の特性，例えばアンテナの利得，指向性，インピーダン
スなどを、各種のセンサを利用して測定する。

【００８４】ステップＳＴ１７で、測定の結果検出され
た特性のレベルが、目標とする特性の所望のレベルに達
するか否かを判定する。この判定結果がＮＯのとき、つ
まり、設計されたアンテナの特性のレベルが所望の範囲
に入っていないときには、ステップＳＴ１８に進んで、
アンテナの形態を記述するための変数を修正する。例え
ば、導体パターンを変更するように、形態記述のための
変数であるマトリクスなどを変更する。

【００８５】そして、アンテナの設計によって得られた
アンテナの特性のレベルが所望の範囲に収束するまでス
テップＳＴ１５〜ＳＴ１７の処理を繰り返して、ステッ
プＳＴ１７における判定結果がＹＥＳになると、つま
り、アンテナの特性のレベルが所望の範囲に収束する
と、ステップＳＴ１９に進んで、適正なアンテナの構造
を表す変数（マトリクスなど）を出力する。このアンテ
ナの形態を記述するための変数はデータベースに取り込
まれて、アンテナを製造するときの基本的な設計資料と
なる。

【００８６】上記のアンテナ設計方法に基づいて設計さ
れるアンテナの形態は、図４２（ｂ）または図４３
（ｂ）に示されようなパターンを有している。このた
め、アンテナの各部の寸法は、セルの１辺の長さを単位
として規定される。従って、例えば図４２（ｂ）に示す
ようなセル単位で導体部分が配列され、必要に応じて選
択された導体部分を電磁的に接続することのできる形態
可変アンテナがあれば、マトリクス変数で記述される形
態をもつアンテナを作製し、そのようなアンテナの特性
を実際に測定することが容易に行われる。

【００８７】以上説明してきたことからわかるように、
本発明の設計方法では、アンテナの形態をマトリクス状
に配列された要素の組によって規定している。このた
め、設計されるアンテナの形態は、導体セルを結合した
形態を有している。

【００８８】以下、本発明によるアンテナの設計方法に
従って好適に設計されるアンテナを説明する。前述した
ように、本発明のアンテナ設計方法は、アンテナ形成領
域を多数のセルに区画し、複数のセルの組合せによって
アンテナの形態を規定する。このため、アンテナの形態
をセル単位で変更できれば、本発明の設計方法で設計さ
れる形態を有するアンテナを速やかに実現することがで
きる。そこで、本発明の設計方法に適合したアンテナの
構造および動作を以下に詳述する。

【００８９】［電流制御型アンテナ］まず、図１（ａ）
および図１（ｂ）を参照しながら、本発明の設計方法に
好適に設計されるアンテナの基本的な特徴を説明する。
ここでは、「電流制御型」のアンテナについて説明す
る。図１（ａ）は、形態が固定された電流制御型の平面
アンテナの構造例を示し、図１（ｂ）は、形態の変更が
可能な電流制御型の平面アンテナの構造例を示してい
る。

【００９０】なお、本明細書において「電流制御型アン
テナ」とは、電流（電界）分布に着目して、その形態が
設計されるアンテナをいう。電流制御型とは別に、アン
テナには磁流制御型がある。「磁流制御型アンテナ」と
は、磁流（磁界）分布に着目してその形態が設計される
アンテナをいう。

【００９１】従来の電流制御型の平面アンテナは、図１
（ａ）に示すように、誘電体基板２０１と、誘電体基板
２０１の上に形成された特定パターンを有する導電体２
０２、２０３とを備えている。この導電体２０２、２０
３は、例えば金属層を誘電体基板１上に堆積した後、そ
の金属層の不要部分を取り除くことによって形成され
る。

【００９２】図示されている例では、導電体２０２の端
部１０２ａが、受信時においては機器への入力信号の入
力ポートとして機能し、送信時においては機器から外部
への出力信号の出力ポートとして機能する。

【００９３】上記の従来例では、所望のアンテナ特性が
得られるように導電体パターンが予め設計されており、
導電体２０２、２０３の形態は誘電体基板２０１上で固
定されている。このため、導電体２０２、２０３の形態
を変化させることは極めて困難である。

【００９４】一方、図１（ｂ）に示す電流制御型の平面
アンテナは、多数の単位セル１０を例えば行列状に配列
したセルアレイ構造を有している。各単位セル１０は分
離されているが、図１（ｂ）に示していない導通手段に
より、セルアレイ中から選択した単位セルの群を互いに
導通させることにより、アンテナとして機能する形態を
もつ導電体２、３を形成している。

【００９５】図１（ｂ）の例では、導通領域Ｒcoに位置
している単位セルを相互に接続している。一方、セルア
レイから選択しなかった単位セル１０の群（非導通領域
Ｒncにある単位セル群）は、相互に全く導通しないか、
または、ほとんど導通しない状態にある。選択されなか
った単位セル１０の群（非導通領域Ｒncにある単位セル
群）は、誘電体基板上に存在したまま、除去される必要
は無い。これは、孤立した各単位セル１０の大きさが、
電磁波の波長に比べて小さいため、アンテナの一部とし
ては実質的に機能しないためです。

【００９６】なお、図１（ａ）に示す例では、導電体２
の端部２ａが、受信においては機器への入力信号の入力
ポートとして機能し、送信においては機器から外部への
出力信号の出力ポートとして機能する。

【００９７】図１（ａ）の例は、単位セル１０のアレイ
のうち、どの単位セル１０を選択するかを決定した後、
選択した単位セル１０を導通手段によって電気的に接続
する。本発明の好ましい態様では、ある時点において他
の単位セル１０と電気的に接続されなかった単位セル
（非選択の単位セル）１０も、除去されず、そのまま、
誘電体基板上に存在している。このため、次には、その
単位セル１０を選択して、導通手段によって他の単位セ
ル１０と電気的に接続することも行える。

【００９８】このように、図１（ａ）に示すアンテナに
よれば、アンテナとして機能する要素（アンテナ要素）
のパターン（形態）を調整することが可能である。

【００９９】一般に、電流制御型アンテナの設計に際し
ては、所望のアンテナ特性に対応する電流パターンが得
られるようにアンテナ要素の形状が決定される。ただ
し、アンテナとして機能するのは導電体パターンだけで
はなく、導電体・誘電体の組み合わせパターンである場
合もある。つまり、最終的には導電体を流れる電流が機
器への入力信号となるとしても、誘電体をも電磁波が通
過し、誘電体の特性が導電体を流れる電流に影響を及ぼ
している。このため、アンテナを構成する要素は、導電
体及び誘電体の双方である。ただし、空気のように極め
て誘電率の小さい物質が導電体間に存在する場合には、
導電体同士が極めて近接していないかぎり、これらの物
質が電磁波に与える影響はほとんど無視しうるので、便
宜上、導電体パターンのみをアンテナ要素のパターンと
して取り扱う。

【０１００】以下、図１（ａ）に示すアンテナと、図１
（ｂ）に示すアンテナとの基本的な相違について、さら
に詳しく説明する。

【０１０１】図１（ａ）に示す電流制御型アンテナは、
平面アンテナであるが、平面型か否かに関係なく、アン
テナとして機能する導電体パターン、または導電体と誘
電体との組み合わせパターンは、アンテナが付設される
機器に応じて、ほぼ一義的に定められている。

【０１０２】一般に、受信する電磁波の向きや周波数帯
に応じて、アンテナとして機能する導電体部分の好まし
い形状は異なる。従って、その導電体部分の形状を動的
に変更（再構成）できないアンテナでは、受信する電磁
波の向きの変化に対応するためには、アンテナの向きを
変化させる必要があった。また、受信する電磁波の周波
数帯が変化する場合には、各周波数帯に対応した複数種
類のアンテナを予め準備しておいて、電磁波の周波数帯
の変化に応じて使用するアンテナをあるアンテナから別
のアンテナに切り換える必要がある。

【０１０３】これに対し、図１（ｂ）に示す電流制御型
アンテナにおいては、単位セル１０のうち、電気的に接
続するものを変更するだけで、多種多様の導電体パター
ンまたは導電体・誘電体の組み合わせパターンを実現す
ることが可能である。

【０１０４】例えば、室内空間内の携帯情報端末にアン
テナが付設して用いられる場合、最適なアンテナ要素の
形態は、室内空間の広さやその中に配置されている機器
類の種類や大きさなどに依存して変化する。この変化に
応じて、図１（ｂ）に示すセルアレイ中の導通領域Ｒco
に組み込まれる単位セル１０の選択を変更することによ
り、アンテナの形態を規定する導電体パターン（または
導電体・誘電体の組み合わせパターン）を最適なものに
変更することができる。

【０１０５】［磁流制御型アンテナ］次に、磁流制御型
の平面アンテナを説明する。図２（ａ）は、形態が固定
された磁流制御型の平面アンテナの構造例を示し、図２
（ｂ）は、形態の変更が可能な磁流制御型の平面アンテ
ナの構造例を示している。

【０１０６】図２（ａ）に示す磁流制御型の平面アンテ
ナは、誘電体基板２０１と、誘電体基板２０１の上に形
成された導電体２０５とを有している。導電体２０５の
端部２０５ａが、受信時においては機器への入力信号の
入力ポートとして機能し、送信時においては機器から外
部への出力信号の出力ポートとして機能する。磁流制御
型の場合、所望のアンテナ特性に対応する磁流が得られ
るように導電体パターンが設計されている。図１（ａ）
に示すアンテナと同様に、導電体２０５は連続した金属
層から形成されているため、その形状を変化させること
は困難である。

【０１０７】一方、図２（ｂ）に示す磁流制御型の平面
アンテナは、多数の単位セル１０を例えば行列上に配列
したセルアレイ構造を有している。セルアレイ中の単位
セル群（大容量領域Ｒicにある単位セル群）を互いに導
通させることにより、所望の形状を有する導電体５を形
成することが容易である。セルアレイから選択しなかっ
た単位セル群（小容量領域Ｒdcにある単位セル群）は、
全く導通しないか、ほとんど導通しない。導電体５の端
部５ａが、受信時においては機器への入力信号の入力ポ
ートとして機能し、送信時においては機器から外部への
出力信号の出力ポートとして機能する。

【０１０８】なお、「磁流」とは、物理的には存在しな
いが、高周波の電磁界を考える場合には、「電流」に対
応する概念として想定されたものである。時間的に変化
する電界に対する電荷の振動状態を「電流」で表すこと
ができることに対応させて、時間的に変化する磁界に対
する磁荷（又は磁化）の振動状態を「磁流」として把握
することができる。

【０１０９】図２（ｂ）に示す磁流制御型のアンテナに
おいても、図１（ｂ）に示す電流制御型のアンテナと同
様に、アンテナとして機能する要素（アンテナ要素）の
パターンを容易に変更することができる。ただし、磁流
制御型アンテナにおいては、所望のアンテナ特性に対応
する磁流パターンが得られるようにアンテナ要素のパタ
ーンが調整される。

【０１１０】磁流制御型アンテナにおいても、アンテナ
として機能するのは導電体パターンだけではなく、導電
体・誘電体の組み合わせパターンでもある。ただし、空
気のように極めて誘電率の小さい物質中に導電体パター
ンがある場合には、これらの物質が電磁波に与える影響
はほとんど無視しうるので、便宜上、導電体パターンの
みをアンテナ要素のパターンとして取り扱う。

【０１１１】図２（ａ）に示す磁流制御型アンテナにお
いては、アンテナとして機能する導電体パターン（また
は、導電体と誘電体との組み合わせパターン）は、その
アンテナが付設されている機器に応じてほぼ一義的に定
められている。

【０１１２】これに対して、図２（ｂ）に示す磁流制御
型アンテナにおいては、多種多様の電磁波の変化に対応
した導電体パターン又は導電体・誘電体の組み合わせパ
ターンが容易に実現できる。例えば、室内空間において
アンテナを携帯情報端末に付設して用いる場合には、室
内空間の広さやその中に配置されている機器類の種類大
きさなどに依存して、最適なアンテナ要素パターンが変
化する。図２（ｂ）に示すセルアレイ中の容量増大領域
Ｒicに組み込まれる単位セル１０の選択を変更すること
により、導電体パターンを最適なパターンに変更するこ
とができる。電流制御型アンテナとの相違点は、最適パ
ターンか否かを判断するパラメータとして、磁流制御型
アンテナでは導電体パターンを流れる磁流を用いる点に
ある。

【０１１３】一般的に、電流制御型のアンテナは、電界
を励振するように構成され、磁流アンテナは磁界を励振
するように構成されている。しかし、現実には、電界を
励振することは多少磁界をも励振しているし、磁界を励
振することは多少電界をも励振していることになる。し
たがって、１つのアンテナが電流制御型アンテナとも磁
流制御型アンテナともいえる場合があり得る。

【０１１４】また、電流制御型アンテナにおいては、ア
ンテナ要素を流れる電流の大きさやパターンが定まる
と、それに応じて磁流の大きさやパターンも定まる。逆
に、磁流制御型アンテナにおいては、アンテナ要素を流
れる磁流の大きさやパターンが定まると、それに応じて
電流の大きさやパターンも定まる。言い換えると、電磁
波の送受信によってアンテナ要素に生じる電流又は磁流
のいずれか一方を制御することは、同時に他方をも制御
することになる。したがって、電流又は磁流のいずれを
パラメータとしてアンテナ要素のパターンを制御する方
が、設計上便利であるかによって、アンテナを便宜上、
電流制御型アンテナと磁流制御型アンテナとに分類する
が、両者に本質的な相違はないものとして扱う。

【０１１５】本発明のアンテナの設計方法によってアン
テナに特定の形態を付与するために導電体部分の形状を
変化させることは、アンテナが付設されている機器が自
動的に行う場合のみならず、ユーザが随時行う場合をも
含むものとする。また、製造者が、図１（ｂ）や図２
（ｂ）に示すような多数の単位セル１０からなるセルア
レイを用意し、アンテナが用いられる機器の種類が使用
場所に適合するように、製品の組立時や出荷時にアンテ
ナ要素の形態を柔軟に調整し得る場合もある。

【０１１６】なお、本発明によって設計されるアンテナ
は、平面アンテナに限られるものではない。例えば、開
口面アンテナや線状アンテナのアンテナ要素のパターン
を制御することもできる。また、図１や図２に示すよう
なアンテナを、開口面アンテナや、線状アンテナや、ス
ロットアンテナの一部として用いることができる。

【０１１７】以上の説明に用いて各種のアンテナのう
ち、連続的な導体パターンによって形態が規定されるア
ンテナであっても本発明の設計方法を適用して効果を奏
するが、図１（ｂ）や図２（ｂ）に示されるような導体
セルの結合によって形態が規定されるアンテナの方が、
本発明の設計方法に適合している。このため、以下の実
施形態では、図１（ｂ）に記載するタイプのアンテナの
実施形態を詳細に説明する。

【０１１８】［アンテナの実施形態］以下、本発明の設
計方法によって好適に設計されるアンテナの実施形態を
説明する。

【０１１９】（第１の実施形態）図３（ａ）および図３
（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る電
流制御型の平面アンテナの組立前後における斜視図であ
る。

【０１２０】本実施形態では、まず、図３（ａ）に示す
ように、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電
体基板１を用意し、この基板１の上に複数の導電体要素
１２を行および列からなるマトリクス状に配置する。ま
た、本実施形態では、３つの導電体要素１２に接近する
マイクロストリップライン１１を誘電体基板１の上に設
けている。

【０１２１】本実施形態における導電体要素１２の平面
形状は、いずれも、正方形であり、そのサイズも同一で
ある。図３（ａ）に示す例では、２４個の導電体要素１
２が略正方形の外形を持つ領域内に配列されているが、
導電体要素の配列パターンは、これに限定されない。ま
た、各導電体要素１２の形状およびサイズは、１つの誘
電体基板１上において全て等しく設定される必要はな
い。

【０１２２】各導電体要素１２の１辺の長さａは、取り
扱う電磁波の波長よりも小さく設定されている。より具
体的には、例えば１００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の
電磁を取り扱う場合、導電体要素１２の長さａは、例え
ば１．５ｍｍ程度に設定される。一方、導電体要素１２
の厚さは、送受信する電磁波の電力やインピーダンス整
合性を満足する十分な厚さに定められている。

【０１２３】図３（ａ）に示す状態の導電体要素１２
は、相互に分離されており、電気的な接続は形成されて
いない。この段階の誘電体基板１に電磁波を照射して
も、その波長よりも個々の導電体要素１２が小さいた
め、電磁波の送受信に必要な電流が導電体要素１２のア
レイ中に生じない。このため、図３（ａ）に示す状態の
個々の導電体要素１２は、アンテナとしては機能しな
い。

【０１２４】これらの導電体要素１２を用いてアンテナ
を構成するには、任意の導電体要素１２を電磁気的に結
合するための結合手段が必要である。ここでは、図３
（ｂ）に示す例では、この結合手段として、接続要素１
３を用いている。

【０１２５】接続要素１３は、図３（ｂ）に示す例で
は、隣接する２つの導電体要素１２にオーバーラップす
る導電体要素１２の上に設けられる。この接続要素１３
の具体的構造および形成方法については、後に詳しく説
明する。

【０１２６】電磁波の送受信を行うには、複数の接続要
素１３のうち、あるものは、隣接する導電体要素１２を
電気的に相互接続し、他のものは、隣接する導電体要素
１２同士を電気的に接続しない。例えば、図３（ｂ）に
示すハッチングが施された接続要素１３は、隣接する導
電体要素１２同士を導通させているが、他の接続要素１
３は、隣接する導電体要素１２同士を導通させていな
い。このため、図３（ｂ）の右下方に示すような導電体
パターンが基板１上に形成される。

【０１２７】このように、本実施形態では、誘電体基板
１上に導電体要素１２のアレイを予め形成しておき、そ
の後、導電体要素１２のアレイから適切に選択した導電
体要素１２を電気的に相互接続することにより、アンテ
ナの少なくとも一部として機能する導電体パターンを形
成する。

【０１２８】図３（ａ）に示す例では、平面形状が略正
方形の導電体要素１２が行および列からなるマトリクス
状に配列されている。本実施形態のアンテナでは、導電
体要素１２の平面形状は正方形に限定されない。例え
ば、図４（ａ）に示すように、平面形状が正六角形の導
電体要素１２のアレイを用いても良い。また、図４
（ｂ）に示す長方形の導電体要素１２のアレイや、図４
（ｃ）に示す円形（または楕円形）の導電体要素１２の
アレイを採用してもよい。更に、三角形や他の多角形形
状を持った導電体要素を用いることもできる。

【０１２９】誘電体基板１の上に金属膜を形成した後、
その金属膜を加工することにより、導電体要素１２の平
面形状および平面レイアウトを任意に設定することが可
能である。なお、図示されている各導電体要素１２の表
面（上面）は、いずれも平坦であるが、表面に凹凸が存
在していも良い。

【０１３０】１つのアンテナを構成する全ての導電体要
素１２が同じ大きさを持つ必要も無い。図５（ａ）に示
すように、誘電体基板１上の位置に応じて導電体要素１
２のサイズや形状が変化していもよい。

【０１３１】図５（ｂ）は、入力／出力ポートとして機
能する導電体部材の形状の改良例を示している。このよ
うに、導電体要素１２のアレイの内部に、電磁波の波長
程度またはそれ以上のサイズを有する導電体ストリップ
が存在していも良い。

【０１３２】図５（ｃ）は、大きさおよび平面形状の異
なる導電体要素１２が1つの導電体要素アレイ内に混在
している例を示している。この場合も、各導電体要素１
２のサイズ（長方形の場合、長辺の長さ）は、送受信す
る電波の波長よりも短く設定される。

【０１３３】図６（ａ）は、導電体要素１２の配列方向
が他の例における導電体要素１２の配列方向に対して４
５°傾斜した配置例を示している。

【０１３４】図６（ｂ）は、入力／出力ポートして機能
し得る導電体部ストリップ１１が複数設けられている例
を示している。この場合、アンテナに接続されるべき回
路の位置に応じて、適切な位置の導電体ストリップ１１
が入力／出力ポートとして選択されることなる。

【０１３５】図６（ｃ）は、入力／出力ポートとして機
能する導電体部材が誘電体基板１の周辺部ではなく中央
部に位置している例を示している。この配置例では、入
力／出力ポートとして機能する導電体部材は、誘電体基
板内に設けたビアなどを介して外部の回路に接続され
る。

【０１３６】本実施形態のアンテナでは、導電体要素１
２の配列パターンは任意であり、以上に示す各種の配列
例に限定されない。なお、複数の導電体要素１２によっ
て、コプレナー型線路の接地電極を形成しても良い。

【０１３７】以上のように配置された複数の導電体要素
１２のアレイから、任意の導電体要素１２を選択し、そ
れらを相互に接続する手段の具体例を以下に説明する。

【０１３８】第１具体例 まず、図７を参照する。図７に示す例では、接続要素１
３の位置がアクチュエータによって変化させられる。具
体的には、ソレノイドコイルなどのアクチュエータ、ス
イッチ、および電源を備えた制御システム１５により、
接続要素１３が基板１の主面の法線方向に駆動される。
接続要素１３は、隣接する２つの導電体要素１２に接触
する第１の位置と、接触しない第２の位置との間で往復
運動することができる。第１の位置における接続要素１
３は、対応する２つの導電体要素１２を電気的に接続す
るが、第２の位置における接続要素１３は、対応する２
つの導電体要素１２を電気的に分離する。複数の導電体
要素１２のアレイに対して、制御システム１５によって
複数の接続要素１３を選択的に移動させることにより、
アンテナ要素の形態を動的に再構成することが可能であ
る。

【０１３９】なお、接続要素１３を動かすアクチュエー
タとしては、ソレノイドコイルを利用したものだけでな
く、圧電を利用したアクチュエータ、静電気によるアク
チュエータ、および形状記憶合金によるアクチュエータ
を用いることもできる。このようなアクチュエータは、
マイクロマシーンを製造する微細加工技術を用いて好適
に作製され得る。上記のアクチュエータは、少なくとも
２つの導電体要素の間の電気的導通／非導通をスイッチ
ングするスイッチング素子として機能している。

【０１４０】アンテナを備えた装置（例えば携帯端末）
のユーザまたは製造者が制御システム１５を用いてアン
テナ要素のパターン（形態または平面レイアウト）を変
更する代わりに、アンテナを備えた装置の内部回路が、
状況に応じてアンテナ要素の形態を動的かつ自動的に変
更することも可能である。

【０１４１】第２具体例 次に、図８を参照する。図８に示す例では、導電体要素
１２を電気的に接続する接続要素１３として機能する導
電体片を、導電体要素１２のアレイの選択された位置に
のみ配置している。電気的に分離すべき導電体要素１２
に対しては、これらとオーバーラップする位置に導電体
片は設けていない。このような導電体片としては、アル
ミニウムなどの金属から形成された短いストリップを用
いることができる。導電体片と導電体要素１２との間の
接触は、例えば導電性接着剤を用いて行われ得る。

【０１４２】この例では、接続要素１３の位置は可変で
ないため、導電体要素１２の接続パターンは動的に変化
しない。従って、この例では、ユーザがアンテナの形態
を変化させるのは困難であるかもしれない。しかし、図
８の例によれば、アンテナを備えた装置の製造者が、そ
の製造段階において、前記装置の内部回路とアンテナと
を電気的に接続した状態でアンテナ要素の形態を最適化
することできる。アンテナの特性は、それが接続される
回路の特性によっても変化する。このため、アンテナ単
独でアンテナの特性を評価し、その最適な形態を決定す
ることは難しい。一方、従来のアンテナを装置に組み込
み、回路と接続したならば、そのアンテナの特性を評価
することはできるが、アンテナの形態を変更することが
難しい。これに対して、図８の例では、接続要素１３の
取り外しが比較的容易に可能である。

【０１４３】なお、図７および図８では、１つの接続要
素１３が２つの導電体要素１２にオーバラップしている
が、接続要素１３は、３つ以上の導電体要素１２にオー
バーラップしていてもよい。

【０１４４】第３具体例 次に、図９を参照するは、図９に示す例では、隣接する
２つの導電体要素１２の間にスイッチングトランジスタ
１３ａが形成されている。スイッチングトランジスタ１
３ａを選択的にオン・オフすることにより、対応する２
つの導電体要素１２の間の電気的な接続／非接続状態を
制御することができる。

【０１４５】図９では、各スイッチングトランジスタ１
３ａは、ソースＳ、ドレインＤ、およびゲートＧを有し
ており、ゲートＧの電位を調節することにより、ソース
ＳとドレインＤとの間の電気的導通／非導通をスイッチ
ングすることができる。各スイッチングトランジスタ１
３ａは、例えば薄膜トランジスタから形成され、基板１
上に行列上に配置される。このようなスイッチングトラ
ンジスタ１３ａを選択的に動作するためには、不図示の
駆動回路が用いられる。駆動回路は、複数のスイッチン
グトランジスタ１３ａの動作を制御し、アンテナ要素の
所望の形態を形成するように、必要な導電体要素１２を
選択肢、相互に電気的に接続することができる。

【０１４６】図９では、わかりやすさのため、トランジ
スタ１３ａが導電体要素１２の上側（電磁波の送受信面
側）に設けられている状態が記載されているが、実際に
は、導電体要素１２の下側に形成されることが好まし
い。トランジスタ１３ａを相互接続する配線がアンテナ
による電磁波の送受信に悪影響を与えないようにするた
めです。

【０１４７】なお、トランジスタ１３ａのようなスイッ
チング素子を電圧信号によって制御する代わりに、光信
号によって制御してもよい。その場合、光の照射によっ
て電気的導通／非導通を切り替えるスイッチング素子を
用いることになる。このようなスイッチング素子のアレ
イのうち、適切に選択したスイッチング阻止だけに光を
照射することにより、導電体要素１２の接続パターンを
自由に設定するすることが可能になる。

【０１４８】（第２の実施形態）図１０を参照しなが
ら、本発明に好適に用いられるアンテナの第２の実施形
態を説明する。

【０１４９】図１０のアンテナが図８に示すアンテナと
異なっている点は、導電体要素１２の上にプラスチック
フィルムなどからなる誘電体膜１７が設けられている点
にある。複数の接続要素１３のうち、選択された接続要
素１３は誘電体膜１７を介して導電体要素１２に近接し
ているが、非選択の接続要素１３は、導電体要素１２か
に相対的に離れている。

【０１５０】図１１を参照しながら、図１０のアンテナ
の動作を説明する。接続要素１３は、誘電体膜１７の存
在により、対応する導電体要素１２と直接には接触して
いないが、対応す導電体要素１２と接続要素１３との間
の電気容量が相対的に高い。このため、高周波の電磁界
中では両者の間に変位電流が流れる。この変位電流によ
り、接続要素１３を介して隣接する導電体要素２の間に
電流が流れ得る状態となる。また、接続要素１３が誘電
体膜１７から相対的に離れている場合は、導電体要素１
２と接続要素１３との間の電気容量は小さくなるので、
変位電流も小さくなる。したがって、このような位置に
ある接続要素１３は、対応する２つの接続要素１３同士
を実質的には電気的に接続しない。

【０１５１】このように、誘電体膜１７が導電体要素１
２と接続要素１３との間に介在しても、接続要素１３を
介して流れる変位電流によって、分離された導電体要素
１２を電気的に接続することが可能である。

【０１５２】図１１では、導電体要素１２を電気的に接
続するために用いられない接続要素１３が、誘電体膜１
２の上方に記載されているが、このように離れた接続要
素１３と誘電体膜１２との間には、他の誘電体膜が形成
されていも良い。その場合、接続要素１３と導電体要素
１２との間の距離を可変にすることはできない。このよ
うな構成に代えて、例えば図７に示すようなアクチュエ
ータによって接続要素１３を駆動するようにしてもよ
い。このようにすれば、接続要素１３の位置を適宜変更
することにより、変位電流が流れる導電体要素１２の組
合せを動的に変更することが可能となる。

【０１５３】また、図８に示すように、誘電体膜１７の
うち下方の導電体要素１２同士を導通させようとする部
分に選択的に接続要素１３を設けることにより、選択し
た導電体要素１２を電気的に接続することができる。そ
の場合、アンテナを備えた装置の製造工程において、適
切な形態を有するアンテナ要素を容易に作製することが
可能となる。

【０１５４】さらに、図９に示すスイッチングトランジ
スタ１３ａを接続要素１３として用いることもできる。
スイッチングトランジスタ１３ａのオン・オフにより、
導電体要素１２同士が導通する状態と、非導通となる状
態とを動的に切り換えることが可能である。

【０１５５】（第３の実施形態）図１２（ａ）は、それ
ぞれ順に、本発明に好適に用いられるアンテナの第３の
実施形態に係る電流制御型の外観構造を示す斜視図であ
る。図１２（ｂ）は、本実施形態のアンテナから、誘電
体基板及び導電体要素を除去した構造を示す斜視図であ
る。

【０１５６】本実施形態でも、図１２（ａ）に示すよう
に、裏面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基
板１の上に、平面形状が正方形である導電体要素１２が
アレイ状に配置されている。各導電体要素１２の１辺の
長さａは取り扱う電磁波の波長よりも小さく、例えば１
００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の信号を取り扱う場
合、導電体要素１２の長さａは１．５ｍｍ程度である。
また、導電体要素１２の厚さは、送受信する電磁波の電
力やインピーダンス整合性を満足する十分な厚さに定め
られている。また、誘電体基板１の上には、３つの導電
体要素１２に接近するように、マイクロストリップライ
ン１１が設けられている。

【０１５７】図１２（ｂ）に示すように、導電体要素１
２のアレイの下方には、相隣接する２つの導電体要素１
２にオーバーラップする接続要素１３が設けられてい
る。なお、接続要素１３は、図１２（ａ）では導電体要
素１２及び誘電体基板１によって覆われているために現
れていないが、誘電体基板１に形成された凹部中に設け
られている。また、接続要素１３の下方には、接続要素
１３を上下に駆動するためのアクチュエータ１８が取り
付けられている。このアクチュエータ１８の種類には、
何種類かがあり、具体的な構造については後に説明す
る。そして、電流を所望の大きさ、パターンに制御（又
は調整）するには、第１の実施形態と同様に、各接続要
素１３のうち、あるものは両側の導電体要素１２同士を
導通状態にさせ、他のものは両側の導電体要素１２同士
を非導通状態にするように制御（又は設定）する。

【０１５８】なお、本実施形態においても、第２の実施
形態のごとく、接続要素１３（又は１３’）と導電体要
素１２（又は１２’）との間に誘電体膜が介在していて
もよい。

【０１５９】次に、接続要素１３による導電体要素１２
の導通・非導通の制御（又は調整）の手段に関する具体
例について説明する。ただし、本実施形態においても、
非導通状態とは、信号として利用することができない程
度の微弱な電流が流れている場合も含むものとする。

【０１６０】第１具体例 図１３（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第１具体例
におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同
図に示すように、この具体例では、アクチュエータはソ
レノイドコイル、バネなどによって構成されている。そ
して、スイッチ、電源を配置した回路の制御により、接
続要素１３が導電体要素１２に接触する状態（図１３
（ｂ）参照）と、非接触になる状態（図１３（ａ）参
照）とを切り換えるように構成されている。この例の場
合には、ユーザが直接アンテナ要素のパターンを調整し
たり、内部回路によってアンテナ要素のパターンを適正
なパターンに自動的に制御することが可能である。

【０１６１】第２具体例 図１４（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第２具体例
におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同
図に示すように、この具体例では、アクチュエータは、
支点回りに回動自在のレバー、レバーによって回動可能
に設けられた、接続要素１３を支持するための支持棒な
どによって構成されている。そして、スイッチ、電源を
配置した回路の制御により、接続要素１３が導電体要素
１２に接触する状態（図１４（ｂ）参照）と、非接触に
なる状態（図１４（ａ）参照）とを切り換えるように構
成されている。この例の場合には、ユーザが直接アンテ
ナ要素のパターンを調整したり、内部回路によってアン
テナ要素のパターンを適正なパターンに自動的に制御す
ることが可能である。

【０１６２】第３具体例 図１５（ａ）、（ｂ）は、第３の実施形態の第３具体例
におけるアクチュエータの構造を示す断面図である。同
図に示すように、この具体例では、アクチュエータは、
支点回りに回動自在のレバー、レバーによって回動可能
に設けられた、接続要素１３を支持するための支持棒な
どによって構成されている。レバーは、圧電係数が互い
に異なる２つの２つの板を上下に貼り合わせることによ
り形成されている。この場合、電位が流れたときに、上
側の板のよりも下側の板の方が大きく伸びるように材質
が設定されている。したがって、２つの板に電気が流れ
ると、レバーが上側に反ることになる。そして、スイッ
チ、電源を配置した回路の制御により、接続要素１３が
導電体要素１２に接触する状態（図１５（ｂ）参照）
と、非接触になる状態（図１５（ａ）参照）とを切り換
えるように構成されている。この例の場合には、ユーザ
が直接アンテナ要素のパターンを調整したり、内部回路
によってアンテナ要素のパターンを適正な形態に動的か
つ自動的に制御することが可能である。

【０１６３】（第４の実施形態）図１６は、本発明に好
適に用いられるアンテナの第４の実施形態示す斜視図で
ある。

【０１６４】本実施形態では、図１６に示すように、裏
面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１の
上に、平面形状が正方形である導電体要素１２がアレイ
状に配置されている。さらに、導電体要素１２の上に、
誘電体基板１’と、接続要素１３’及びアクチュエータ
１８’とが設けられている。さらに、接続要素１３’の
上方に、各接続要素１３’にオーバーラップする導電体
要素１２’が積層されている。アクチュエータ１８’に
は、前記第３の実施形態で説明したものを利用すること
ができる。ただし、アクチュエータ１８’に代えて、第
１の実施形態で説明した導通・非導通の切り換え機構を
設けることもできる。

【０１６５】また、第２の実施形態のごとく、接続要素
１３（又は１３’）と導電体要素１２（又は１２’）と
の間に誘電体膜が介在していてもよい。

【０１６６】そして、本実施形態においては、複数の導
電体要素１２、１２’が配置された複数の層を積み上げ
ておいて、各層の導電体要素１２、１２’間の電気的な
導通を、積み上げ方向に対してアクチュエータ１８’な
どによって制御することができる。よって、本実施形態
のアンテナによって、三次元的な電流分布を実現するこ
とができる。

【０１６７】なお、前記第１〜第４の実施形態におい
て、導電体要素１２や接続要素１３、アクチュエータな
どを規則正しく配置した例を示したが、これの配置方法
や、導電体２の形状などは、所望のアンテナ特性を実現
するためには、各特性に応じて変化させることができ
る。

【０１６８】（第５の実施形態）図１７は、本発明に好
適に用いられるアンテナの第５の実施形態を示す分解斜
視図であり、図１８は、そのアンテナの概観を示す斜視
図である。第５の実施形態に係るアンテナは、磁流制御
型である。

【０１６９】図１７においては、構造を理解しやすいよ
うに、導電体要素１２及びストリップライン１１を誘電
体基板１から取り外した状態が示されているが、導電体
要素１２及びストリップライン１１を誘電体基板１上に
取り付けると、図１８に示す構造になる。

【０１７０】本実施形態では、図１８に示すように、裏
面に接地導電体板１４が設けられている誘電体基板１の
上に、平面形状が正方形である導電体要素１２がアレイ
状に配置されている。また、誘電体基板１の上には、３
つの導電体要素１２に接近するように、マイクロストリ
ップライン１１が設けられている。各導電体要素１２の
１辺の長さａは取り扱う電磁波の波長よりも小さく、例
えば１００ＧＨｚ（波長約３ｍｍ）付近の信号を取り扱
う場合、導電体要素１２の長さａは１．５ｍｍ程度であ
る。また、導電体要素１２の厚さは、送受信する電磁波
の電力やインピーダンス整合性を満足する十分な厚さに
定められている。

【０１７１】導電体要素１２の下方には、図１７に示す
ように、各導電体要素１２と接地導電体板１４との間に
介在する誘電体要素２０が設けられている。誘電体要素
２０は、凹部１９とともに誘電体基板１からパターニン
グされたものである。図１７には、誘電体要素２０とし
て、平面面積が相異なる３種類のものが図示されている
が、本実施形態では、図１９（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、平面面積が導電体要素１２と同じである第１誘電体
要素２０ａと、平面面積が導電体要素１２よりも狭い第
１誘電体要素２０ｂとがある場合について、どのような
磁流パターンが生じるかについて説明する。

【０１７２】図１９（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２の下方に３つの第１誘電体要素２０ａが存在して
いる平面アンテナの断面図及び平面図である。図１９
（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜
１４との間に、大面積の第１誘電体要素２０ａが介在し
ているので、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との
間には、電気容量が大きいことによって大きな変位電流
が流れる。その結果、図１９（ｂ）に示すように、３つ
の導電体要素１２を取り囲む磁流が形成される。

【０１７３】図２０（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には大面積の
第１誘電体要素２０ａが存在し、中央の導電体要素１２
の下方には小面積の第２誘電体要素２０ｂが存在してい
るアンテナの断面図及び平面図である。同図に示すよう
に、３つの導電体要素１２のうち存在している。一般
に、２つの導電体間に、比誘電率が極めて小さい絶縁体
しか介在していない場合には、電気容量の低減によって
２つの導電体間には、小さな変位電流しか流れない。つ
まり、中央の導電体要素１２の回りには、ほとんど磁流
が生じないので、両端の導電体要素１２の回りに生じる
磁流がつながらない。その結果、図２０（ｂ）に示すよ
うに、両端の各導電体要素１２のみを取り囲む孤立した
磁流が形成されることになる。

【０１７４】このようにして、図１９（ｂ）、図２０
（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を
行なうことができる。

【０１７５】（第６の実施形態）本実施形態の磁流制御
型のアンテナは、図１７、図１８に示すアンテナとほぼ
同じ構造を有しているが、第５の実施形態の容量絶縁膜
２０ａ、２０ｂに代えて、比較的高い比誘電率ε１を有
する第１誘電体要素２１ａと、比較的低い比誘電率ε２
を有する第２容量絶縁膜２１ｂとを備えている。

【０１７６】図２１（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２の下方に３つの第１誘電体要素２０ａが存在して
いる平面アンテナの断面図及び平面図である。図２１
（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜
１４との間に、高い比誘電率ε１を有する第１誘電体要
素２１ａが介在しているので、各導電体要素１２と接地
導電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによっ
て大きな変位電流が流れる。その結果、図２１（ｂ）に
示すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形
成される。

【０１７７】図２２（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には高い誘電
率ε１を有する第１誘電体要素２１ａが存在し、中央の
導電体要素１２の下方にはε１よりも低い比誘電率ε２
を有する第２誘電体要素２１ｂが存在しているアンテナ
の断面図及び平面図である。一般に、２つの導電体間
に、比誘電率が極めて小さい絶縁体しか介在していない
場合には、電気容量の低減によって２つの導電体間に
は、小さな変位電流しか流れない。つまり、中央の導電
体要素１２の回りには、ほとんど磁流が生じないので、
両端の導電体要素１２の回りに生じる磁流がつながらな
い。その結果、図２２（ｂ）に示すように、両端の各導
電体要素１２のみを取り囲む孤立した磁流が形成される
ことになる。

【０１７８】このようにして、図２１（ｂ）、図２２
（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を
行なうことができる。

【０１７９】（第７の実施形態）本実施形態の磁流制御
型のアンテナは、図１７、図１８とほぼ同じ構造を有し
ているが、第５の実施形態の各誘電体要素２０ａ、２０
ｂに代えて、平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素２
３ａと、平均的な比誘電率が低い第２誘電体要素２３ｂ
とを備えている。第１誘電体要素２３ａ及び第２誘電体
要素２３ｂは、いずれも、高い比誘電率ε１を有する第
１絶縁部２２ａと、低い比誘電率ε２を有する第２絶縁
部２２ｂとによって構成されている。そして、第１誘電
体要素２３ａにおいては、第１絶縁部２２ａの占める割
合が第２絶縁部２２ｂよりも多く、第２誘電体要素２３
ｂにおいては、第２絶縁部２２ｂの占める割合が第１絶
縁部２２ａよりも多い。

【０１８０】図２３（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２の下方に３つの第１誘電体要素２３ａが存在して
いる平面アンテナの断面図及び平面図である。図２３
（ａ）に示すように、各導電体要素１２と接地導電体膜
１４との間に、平均的な比誘電率が高い第１誘電体要素
２３ａが介在しているので、各導電体要素１２と接地導
電体膜１４との間には、電気容量が大きいことによって
大きな変位電流が流れる。その結果、図２３（ｂ）に示
すように、３つの導電体要素１２を取り囲む磁流が形成
される。

【０１８１】図２４（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２のうち両端の導電体要素１２の下方には平均的な
比誘電率が高い第１誘電体要素２３ａが存在し、中央の
導電体要素１２の下方には平均的な比誘電率が低い第２
誘電体要素２３ｂが存在しているアンテナの断面図及び
平面図である。一般に、２つの導電体間に、比誘電率が
極めて小さい絶縁体しか介在していない場合には、電気
容量の低減によって２つの導電体間には、小さな変位電
流しか流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回り
には、ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素
１２の回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図
２４（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみ
を取り囲む孤立した磁流が形成されることになる。

【０１８２】このようにして、図２３（ｂ）、図２４
（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を
行なうことができる。

【０１８３】（第８の実施形態）本実施形態の磁流制御
型のアンテナは、図１７、図１８とほぼ同じ構造を有し
ているが、第５の実施形態の各誘電体要素２０ａ、２０
ｂに代えて、面積や比誘電率が均一である誘電体要素２
０のみを備えている。

【０１８４】図２５（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２がそれぞれ誘電体要素２０に接触している平面ア
ンテナの断面図及び平面図である。図２５（ａ）に示す
ように、各導電体要素１２と接地導電体膜１４との間に
誘電体要素２０のみが介在しているので、各導電体要素
１２と接地導電体膜１４との間には、電気容量が大きい
ことによって大きな変位電流が流れる。その結果、図２
５（ａ）に示すように、３つの導電体要素１２を取り囲
む磁流が形成される。

【０１８５】図２６（ａ）、（ｂ）は、３つの導電体要
素１２のうち両端の導電体要素１２は誘電体要素２０に
接触しているが、中央の導電体要素１２が誘電体要素２
０から離れているアンテナの断面図及び平面図である。
一般に、２つの導電体間に、空気のように比誘電率が極
めて小さい絶縁体が介在している場合には、電気容量の
低減によって２つの導電体間には、小さな変位電流しか
流れない。つまり、中央の導電体要素１２の回りには、
ほとんど磁流が生じないので、両端の導電体要素１２の
回りに生じる磁流がつながらない。その結果、図２６
（ｂ）に示すように、両端の各導電体要素１２のみを取
り囲む孤立した磁流が形成されることになる。

【０１８６】このようにして、図２５（ｂ）、図２６
（ｂ）に示すような磁流パターンの制御（又は調整）を
行なうことができる。

【０１８７】なお、本実施形態における導電体要素１２
の誘電体要素２０との接触・非接触の制御（又は調整）
は、例えば第３の実施形態における各具体例のようなア
クチュエータを利用することにより、容易に実現するこ
とができる。

【０１８８】［アンテナの構造に関する他の実施形態］
本発明に好適に用いられるアンテナは、平面アンテナだ
けでなく、例えば、パラボラアンテナ、反射鏡アンテナ
などの開口面アンテナや、ダイポールアンテナ、パッチ
アンテナなどの線状アンテナや、スロットアンテナなど
にも適用することができる。

【０１８９】図２７は、本発明をホーンアンテナに適用
した場合の構造例を概略的に示す図である。同図に示す
ように、ホーンアンテナの内面に多数の導電体要素１２
をアレイ状に配置しておいて、上述の第１〜第４の実施
形態のように、電流が流れる導電体要素１２（同図のハ
ッチング部分）と電流が流れない導電体要素１２とを切
り換える制御（又は調整）することにより、多種多様な
電磁波の変化に対応しうる電流制御型のホーンアンテナ
を実現することができる。

【０１９０】図２８は、本発明をスロットアンテナに適
用した場合の構造例を概略的に示す図である。同図に示
すように、スロットアンテナの内面に多数の導電体要素
１２をアレイ状に配置しておいて、上述の第１〜第４の
実施形態のように、電流が流れる導電体要素１２（同図
のハッチング部分）と電流が流れない導電体要素１２と
を切り換える制御（又は調整）することにより、多種多
様な電磁波の変化に対応しうる電流制御型又は磁流制御
型のスロットアンテナを実現することができる。

【０１９１】また、八木アンテナのような線状アンテナ
の各導電体部や、曲面を有するパラボナアンテナの曲面
部などの多数の導電体要素をアレイ状に設け、各導電体
制御への電流の流れを制御することにより、多種多様な
電磁波の変化に対応しうる電流制御型のアンテナを実現
することができる。

【０１９２】［アンテナを備えた装置の実施形態］以
下、本発明によって形態が設計されるアンテナを備えた
装置の実施形態を説明する。以下の各実施形態において
は、アンテナが導通手段として導電体要素の接続を動的
に変更できるスイッチング素子を備えた例について説明
する。

【０１９３】（第９の実施形態）図２９は、本発明によ
って好適に設計されるアンテナを備えた装置の実施形態
を示すブロック回路図である。

【０１９４】本実施形態の装置は、図２９に示すよう
に、前述したアンテナ５０と、アンテナ５０に接続され
た通信回路６１と、アンテナ５０の形態を制御する制御
部とを備えている。

【０１９５】アンテナ５０に含まれる不図示の導通手段
を駆動する駆動部５１と、アンテナの形態を決定する設
計部５３と、駆動部５１を制御する形態設計制御部５４
と、アンテナに関する情報を格納している記憶部５５を
更に備えている。記憶部５５が格納するアンテナに関す
る情報は、例えば導電体要素、誘電体要素、接続要素、
誘電体基板などの物理的な大きさ（面積、厚さなど）
や、アンテナ５０の形態の初期条件などを含む。

【０１９６】この装置は、更に、アンテナ５０が送受信
する信号のレベルを検出するためのレベル検出部７１
と、レベル検出部７１で検出された信号のレベルに基づ
いてアンテナ５０の指向性を判別するための指向性判別
部７２と、検出された信号のレベルから利得を判別する
ための利得判別部７３と、検出された信号のレベルから
アンテナ５０や通信回路６１のインピーダンス整合性を
判別するためのインピーダンス判別部７４とを備えてい
る。なお、本明細書における「判別」の語句は、指向
性、利得、インピーダンスに関する物理量を測定するこ
とを含むものとする。

【０１９７】次に、この装置の動作を説明する。

【０１９８】まず、形態設計部５３は、記憶部５５に格
納されている情報に基づいて、アンテナ５０の初期の形
態を決定する。この形態設計部５３の設計結果に基づ
き、形態設計制御部５４は、アンテナ５０の形態が設計
通りの形態になるように駆動部５１を制御する。駆動部
５１は、アンテナ５０の各要素が所望のアンテナ形態を
形成するように、導通手段を駆動する。

【０１９９】アンテナ５０は送信用としても受信用とし
ても用いることができるので、アンテナ５０の形態の最
適化は、アンテナを送信用として機能させた場合と、ア
ンテナを受信用として機能させた場合との双方において
独立して行なうことが望ましい。

【０２００】以下、アンテナ５０を送信用アンテナとし
て用いる場合の形態の調整手順について説明する。

【０２０１】まず、通信回路６１がアンテナ５０に送信
用の信号を送る。その信号は、レベル検出部７１にも入
力される。本実施形態では、通信回路６１とアンテナ５
０との間の信号経路中に、高周波信号に対する方向性結
合用の部材を設けている。このため、通信回路６１から
アンテナ５０に信号が流れても、アンテナ５０から通信
回路６１に反射される信号が戻らないように調整するこ
とができる。レベル検出部７１は、通信回路６１からア
ンテナ５０に送られる信号のレベルと、アンテナ５０で
反射される信号のレベルの双方を検出することができ
る。

【０２０２】指向性判別部７２は、レベル検出部７１が
検出した高周波信号のレベルに基づき、送信時における
アンテナ５０の指向性が許容範囲にあるか否かを判別す
る。具体的には、アンテナ５０の向きによってアンテナ
５０から反射される信号のレベルが異なる場合には、各
向きにおける反射信号のレベルの差がある範囲に入って
いれば指向性が許容範囲にあると判別され、ある範囲に
なければ指向性が許容範囲にないと判別される。これに
よって、アンテナ５０の送信時の指向性の良否が判別さ
れる。この場合、指向性ができるだけ小さい方が望まし
い場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがある
ので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機器
の種類や用途、受信・送信の別などによって変わりう
る。

【０２０３】利得判別部７３は、通信回路６１から送ら
れる送信信号のレベルと、アンテナ５０から反射される
信号のレベルとの比が許容範囲にあるか否かなどに基づ
いて、アンテナ５０の利得の良否を判別する。一般的に
は、送信信号のレベルと反射信号のレベルとの比ができ
るだけ大きいことが望ましいので、この比がある値以上
であれば、利得が良好であると判定されることになる。

【０２０４】インピーダンス判別部７４は、通信回路６
１から出力される信号と、アンテナ５０から反射されて
くる信号とのレベル比が許容範囲にあるか否かなどに基
づいて、通信回路６１とアンテナ５０との間のインピー
ダンス整合の良否を判別する。一般的には、アンテナ５
０への入力信号に対する反射信号のレベル比が大きいこ
とは、インピーダンス整合が取れていないことを意味す
る。したがって、このレベル比がある値以上であれば、
インピーダンス整合性が良好であると判定することにな
る。

【０２０５】好ましくは、指向性、利得性、インピーダ
ンス整合性のすべてが良好であると判定されるまで、形
態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直
し、形態設計制御部５４および駆動部５１を通じてアン
テナ５０の形態を動的に再構成する。そして、最終的に
アンテナ５０の指向性、利得性、入力インピーダンス整
合性のすべてが良好であると判定されると、その形態に
関する情報（データ）が記憶部５５に記憶される。

【０２０６】なお、指向性、利得性、インピーダンス整
合性の全てが良好と判断されなくともよい場合がある。
指向性を重視し、利得性を無視するモードで、アンテナ
５０の形態を最適化する場合もある。

【０２０７】図３０は、アンテナ形態と指向性などとの
関係の一例を示している。図３０では、「◎」は特に優
れていることを示し、「○」は優れていることを示して
いる。「△」は、普通であることを示している。例え
ば、図３０の直線的にまっすぐ伸びるアンテナ要素をも
つアンテナは、インピーダンスに優れるが、指向性およ
び利得は普通である。

【０２０８】本実施形態では、記憶部５５などに格納さ
れたデータに基づいて、アンテナ５０における導電体要
素の結合パターンが、予め設定された複数の種類の形態
を順次とるようにアンテナ５０の導通手段を駆動する。
例えば、図３０に示す３つの形態を含む複数の形態を順
次アンテナ５０において実現する。そして、各形態にお
いて、指向性、利得性、インピーダンス整合性を評価
し、評価結果を記憶部に記憶させる。図３０では、評価
結果を「○」や「△」などを符号を使って示している
が、実際には、各パラメータについて数値による評価が
与えられる。こうして得た評価の結果を、アンテナの各
種形態に割り当て、ルックアップテーブルを作成すれ
ば、そのテーブルの中から状況に応じて最適な形態を選
択することが可能となる。

【０２０９】なお、上記のアンテナパターンは、本発明
の設計方法によって設計された形態から選択されたもの
である。

【０２１０】図３１は、上記の手順を示したフローチャ
ートである。まず、ステップＳ１で、通信回路が所定信
号の送信を開始する。ステップＳ２では、アンテナの取
りえる複数の形態にうちから、初期形態として選択され
た形態（Ｎ＝１番目の形態）をアンテナに付与する。ス
テップＳ３では、その形態のアンテナからの反射信号を
検出する。ステップＳ４では、指向性、利得、インピー
ダンスを測定する。ステップＳ５では、測定によって得
た指向性、利得、インピーダンスの各々値を、Ｎ＝１の
データとして記憶部に格納する。

【０２１１】次に、Ｎ＝２番目の形態として選択した形
態をアンテナに付与した上で、ステップ２〜ステップ５
の動作を繰り返す。同様の動作をＮ＝３番目の形態から
必要な数だけ繰り返すことにより、アンテナが取り得る
形態の全て、または一部について、指向性、利得、イン
ピーダンスの測定結果を得ることができる。

【０２１２】これらの測定結果は記憶部に格納されてい
るため、状況に応じて好ましい形態を適宜選択すること
ができる。記憶部の内容を表示装置が表示すれば、ユー
ザが表示内容に基づいて、アンテナの形態を選択するこ
とも可能である。また、記憶部の内容に基づいて、アン
テナ制御装置が自動的にアンテナの形態を決定すること
もできる。最適なアンテナの形態を探索するとき、予め
データとして記憶部に格納させれているアンテナの形態
が適宜選択され得る。前述のように、これらのアンテナ
形態は、本発明の設計方法で設計されたものであり、予
め、指向性、利得、インピーダンスに関して、各アンテ
ナ形態ごとに選択の基準になる数値も記録されているこ
とが好ましい。また、候補として選択されたアンテナの
形態に適切なものが見いださなかった場合、本発明の設
計方法に従って形態を最初から設計し直すことも可能で
ある。ただし、そのためには、装置に図４１に示すフロ
ーを実行するためのプログラムを内蔵させておく必要が
ある。

【０２１３】次に、アンテナ５０を受信用アンテナとし
て用いる場合の形態の調整手順について説明する。

【０２１４】外部機器からの信号が送られると、アンテ
ナ５０でこの信号を受信し、受信した高周波信号のレベ
ルをレベル検出部７１が検出すれる。外部機器として
は、テスト用に特別設計された機器を用いることもでき
るが、他の通信機器も用いられ得る。本実施形態の装置
が形態情報端末などの機器である場合、公共的に流され
ている信号を利用してアンテナ形態の最適化を行うこと
が可能である。

【０２１５】指向性判別部７２は、受信した高周波信号
のレベルに基づき、アンテナ５０の受信時にやける指向
性が許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、
アンテナ５０の向きによってアンテナ５０で受信される
信号のレベルが異なる場合には、各向きにおける受信信
号のレベルの差がある範囲に入っていれば指向性が許容
範囲にあると判別される。逆に、ある範囲になければ指
向性が許容範囲にないと判別される。これによって、ア
ンテナ５０の受信時における指向性の良否が判別され
る。この場合にも、指向性ができるだけ小さい方が望ま
しい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあ
るので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機
器の種類や用途、受信・送信の別などによって変わりう
る。

【０２１６】なお、本実施形態の装置が他の通信機器と
アンテナを介して通信する場合、相手方の通信機器のア
ンテナの位置によって、好ましいアンテナ５０の形態が
異なる場合がある。目的とする相手方の通信機器におけ
るアンテナから高い指向性で信号を受信するための形態
を選択することができる。

【０２１７】利得判別部７３は、アンテナ５０で受信さ
れた信号のＳ／Ｎ比が許容範囲にあるか否かなどに基づ
いて、アンテナ５０の利得の良否を判別する。この場
合、Ｓ／Ｎ比が大きいことが望ましいので、この比があ
る値以上であれば、利得が良好であると判定されること
になる。

【０２１８】インピーダンス判別部７４は、アンテナ５
０で受信された信号のレベルと、その後通信回路６１か
ら反射されてくる信号のレベルとの比が許容範囲にある
か否かに基づいて、アンテナ５０と通信回路６１とのイ
ンピーダンス整合性の良否を判別する。すなわち、アン
テナ５０での受信信号と、その後通信回路６１から反射
される信号とのレベル比がある値以上であれば、インピ
ーダンス整合性が良好であると判定することになる。

【０２１９】好ましくは、指向性、利得性、インピーダ
ンス整合性のすべてが良好であると判定されるまでは、
形態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直
し、形態設計制御部５４により、駆動部５１が再調整さ
れる。最終的にアンテナ５０の指向性、利得性、入力イ
ンピーダンス整合性のすべてが良好であると判定される
と、その形態に関する情報（データ）が記憶部５５に記
憶される。

【０２２０】記憶部５５には、アンテナ５０を受信用と
して用いる場合（待機状態）と、アンテナ５０を送信用
として用いる場合とで個別に、アンテナ５０の適正な形
態が記憶されているので、アンテナ５０の送受信の切り
換え信号に応じて、記憶部５５から形態設計部５３に取
り出される記憶の内容を切り換えるように修正すること
ができる。

【０２２１】なお、待機状態における指向性の低いアン
テナ形態を採用しておき、いったん、電波信号を受信し
始めた段階で、その電波信号を発するアンテナからの受
信に適したアンテナ形態を決定し、動的にアンテナ形態
の最適化を行ってもよい。

【０２２２】本実施形態によると、第１〜第８の実施形
態で示されるような各種アンテナ５０の適正な形態を、
そのアンテナ５０が使用される環境や、組み込まれる機
器の種類などに応じて動的に決定し、実現することがで
きる。

【０２２３】（第１０の実施形態）図３２は、本発明に
よるアンテナを備えた装置の他の実施形態を示すブロッ
ク図である。

【０２２４】本実施形態の装置は、第９の実施形態の構
成に加えて、各々配置位置が互いに異なる指向性判別用
の複数のプローブ７５ａ、７５ｂ、７５ｃを備えてい
る。図３２には、３つのプローブ７５ａ〜７５ｂが配置
されている例が示されているが、プローブの数は４つ以
上又は２つだけでもよい。

【０２２５】本実施形態における形態設計部５３、形態
設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、第９
の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御部５
４及び記憶部５５の動作又は機能と同様である。

【０２２６】本実施形態においても、利得性やインピー
ダンス整合性は、第９の実施形態について説明したよう
に実行される。以下においては、本実施形態に特徴的な
指向性の判別方法を説明する。

【０２２７】まず、アンテナ５０を送信用アンテナとし
て用いる場合の形態の調整手順について説明する。本実
施形態において、通信回路６１からアンテナ５０に送信
用の信号（一般には、テスト用に規格化された信号）が
送られ、アンテナ５０から外部に信号が送信されると、
各プローブ７５ａ〜７５ｃにより、各配置場所に応じて
強弱が異なる信号がレベル検出部７１に入力される。

【０２２８】そして、指向性判別部７２において、高周
波信号のレベルからアンテナ５０の送信機能の指向性が
許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、各プ
ローブ７５ａ〜７５ｃによって受信信号のレベルが異な
る場合には、各位置における受信信号のレベルの差があ
る範囲に入っていれば指向性が許容範囲にあると判別さ
れ、ある範囲になければ指向性が許容範囲にないと判別
される。これによって、アンテナ５０の送信時の指向性
の良否が判別される。この場合、指向性ができるだけ小
さい方が望ましい場合と、逆に指向性が高い方が望まし
い場合とがあるので、良否を判定する範囲はアンテナが
用いられる機器の種類や用途、受信・送信の別などによ
って変わりうる。

【０２２９】なお、レベル検出部７１において、通信回
路６１からアンテナ５０に送られる信号のレベルと、各
プローブ７５ａ〜７５ｃで受信された信号のレベルとの
双方を検出して、通信回路からアンテナ５０に送られる
信号や、そのアンテナからの反射波をも指向性の良否の
判別に組み入れることができる。

【０２３０】次に、アンテナ５０を受信用アンテナとし
て用いる場合には、プローブ７５ａ〜７５ｃを用いず
に、第９の実施形態と同様に、アンテナ５０で受信され
た高周波信号のレベルを用いて、アンテナ５０の受信時
の指向性を判別することができる。ただし、プローブ７
５ａ〜７５ｃで受ける信号も参考的に使用することは可
能である。

【０２３１】本実施形態では、第９の実施形態の効果に
加えて、現実にプローブ７５ａ〜７５ｃで受信される信
号のレベルに基づいて、送信時におけるアンテナ５０の
指向性の良否を判別することができるので、送信時にお
けるアンテナ５０の指向性をより適正に調整しうる。

【０２３２】（第１１の実施形態）図３３は、本発明に
よるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブ
ロック図である。

【０２３３】本実施形態においても、形態設計部５３、
形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、
第９の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御
部５４及び記憶部５５の動作または機能と同様である。

【０２３４】図３３に示すように、本実施形態の装置
は、外部の通信回路６２を利用する。すなわち、通信回
路６１からの信号をアンテナ５０から送信した後、その
送信信号が外部機器のアンテナで受信される。この送信
信号に応じて外部の通信回路６２から送られる信号を、
再びアンテナ５０で受けて、これをアンテナ５０の形態
の調整に利用することができる。

【０２３５】外部機器の通信回路６２は、例えば、電話
をかけることによって送られる時報や天気予報などの情
報を送る回路である。アンテナ５０の使用用途によって
は、通信回路６２を有するテスト用の特別な外部機器を
用意することもできる。

【０２３６】本実施形態においては、アンテナ５０を送
信用及び受信用として用いる場合の双方について、同時
にその形態の調整を行なうことが可能である。また、ア
ンテナ５０を送信用として用いる時には、既に説明した
第９の実施形態の手順で、つまり、外部の通信回路を用
いずに、指向性、利得性、インピーダンス整合性の良否
を判別し、アンテナ５０を受信用として用いる場合の
み、外部の通信回路６２を利用することもできる。ま
た、本実施形態にお手も、第１０の実施形態のごとく、
指向性判定のためのプローブ７５ａ〜７５ｃを配置する
ことができる。

【０２３７】指向性判別部７２において、高周波信号の
レベルからアンテナ５０の受信時及び送信時の指向性が
許容範囲にあるか否かが判別される。具体的には、アン
テナ５０の向きによって、アンテナ５０で受信される信
号のレベルが異なる場合には、各向きにおける受信信号
のレベルの差がある範囲に入っていれば送受信時の指向
性が許容範囲にあると判別され、ある範囲になければ指
向性が許容範囲にないと判別される。これによって、ア
ンテナ５０の送受信時における指向性の良否が判別され
る。この場合にも、指向性ができるだけ小さい方が望ま
しい場合と、逆に指向性が高い方が望ましい場合とがあ
るので、良否を判定する範囲はアンテナが用いられる機
器の種類や用途などによって変わりうる。

【０２３８】また、利得判別部７３において、アンテナ
５０で受信された信号のＳ／Ｎ比が許容範囲にあるか否
か、あるいは、通信回路６１から送信される信号のレベ
ルと、その後アンテナ５０で受信された信号とのレベル
比などに基づいて、アンテナ５０の利得の良否が判別さ
れる。この場合、Ｓ／Ｎ比や送信信号のレベルに対する
受信信号のレベルの比が大きいことが望ましいので、こ
れらの比がそれぞれある値以上であれば、利得が良好で
あると判定されることになる。

【０２３９】さらに、インピーダンス判別部７４におい
て、送信時にはアンテナ５０から反射されてくる信号の
レベルに基づいて、アンテナ５０の送信時のインピーダ
ンス整合性の良否が判定され、アンテナ５０で受信され
た後通信回路６１から反射されてくる信号のレベルに基
づいて、アンテナ５０と通信回路６１とのインピーダン
ス整合性の良否が判別される。

【０２４０】好ましくは、指向性、利得性、インピーダ
ンス整合性のすべてが良好であると判定されるまでは、
形態設計部５３においてアンテナの形態の設計をやり直
し、形態設計制御部５４および駆動部５１により、アン
テナ５１の形態が動的に変更される。最終的にアンテナ
５０の指向性、利得性、入力インピーダンス整合性のす
べてが良好であると判定されると、その形態に関する情
報（データ）が記憶部５５に記憶される。

【０２４１】（第１２の実施形態）図３４は、本発明に
よるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブ
ロックである。

【０２４２】本実施形態においても、形態設計部５３、
形態設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能は、
第９の実施形態における形態設計制御部５４及び記憶部
５５の動作又は機能と同様である。

【０２４３】図３４に示すように、本実施形態の装置
は、第１１の実施形態におけるレベル検出部７１に代え
て、データ分析部７６を備えている。本実施形態では、
外部の通信回路６２を利用することを前提としている。
通信回路６１からの信号をアンテナ５０から送信した
後、その信号が外部機器のアンテナで受信される。アン
テナ５０から送信した信号に応じて外部の通信回路６２
から送られてくるる信号を、再びアンテナ５０で受け、
これをアンテナ５０の形態の調整に利用する。

【０２４４】本実施形態における外部機器の通信回路６
２は、例えば、あるテスト信号を受けたときに、それに
応答してデジタル信号を出力する回路である。外部機器
の通信回路６２としては、例えば、電話をかけることに
よって送られる時報や天気予報などの情報を送る回路を
利用することもできる。

【０２４５】第１１の実施形態では、送受信信号のレベ
ルに応じてアンテナ５０の形態を調整したのに対し、本
実施形態においては、送受信信号のデータ内容を比較す
ることにより、指向性、利得、インピーダンス整合性が
適正範囲にあるか否かを判別する。他の機能は、第１１
の実施形態と同じである。本実施形態では、図４５のフ
ローチャートにおけるステップＳＴ１６の代わりに、デ
ータ分析を行い、ステップＳＴ１７の代わりに、データ
分析の結果得られたデータと送信データとを比較してい
る。

【０２４６】本実施形態においても、第１０の実施形態
のごとく、指向性判別のためのプローブ７５ａ〜７５ｃ
を配置することができる。

【０２４７】（第１３の実施形態）図３５は、本発明に
よるアンテナを備えた装置の更に他の実施形態を示すブ
ロック図である。

【０２４８】本実施形態の装置は、第９の実施形態にお
ける駆動部５１に代えて、形態機構の作製部５６を備え
ている。本実施形態においても、形態設計部５３、形態
設計制御部５４及び記憶部５５の動作又は機能自体は、
第９の実施形態における形態設計部５３、形態設計制御
部５４及び記憶部５５の動作又は機能と同様である。

【０２４９】本実施形態では、第１１の実施形態と同様
の手順で、アンテナ５０が受信用／送信用として機能す
る場合のそれぞれにおける指向性、利得、インピーダン
ス整合性などに基づいて、アンテナ５０の形態の良否を
判定し、適切なアンテナの形態を決定することができ
る。ただし、本実施形態では、アンテナの使用中にアン
テナの形態を動的に変更することはできず、アンテナを
組みこんだ装置を製造する工程段階でアンテナの形態を
決定することになる。

【０２５０】なお、本実施形態においても、第１０の実
施形態のごとく、指向性判別のためのプローブ７５ａ〜
７５ｃを配置することができる。

【０２５１】［アンテナモジュール］上記のアンテナを
備えた装置の各実施形態では、図２９に示すような駆動
部５１や形態設計制御部５４などが端末装置などの各種
装置に設けられている。このようなアンテナの形態を決
定するための回路（アンテナの盛業回路）をアンテナと
一体化した部品をアンテナモジュールとして製造し、販
売することも可能である。

【０２５２】図３６は、本発明によるアンテナと、この
アンテナの形態を制御する回路とを一体化したアンテナ
モジュールを示している。このアンテナモジュールは、
集積回路チップのパッケージ８０上に本発明のアンテナ
５０が固着されたものである。集積回路チップに形成さ
れた回路システムは、図２９に示す駆動部５１、形態設
計部５３、形態設計制御部５４、記憶部５５、レベル検
出部７１、指向性判別部７２、利得判別部７３、インピ
ーダンス判別部などのアンテナ制御回路を含んでおり、
好ましくは、通信回路６１をも含んでいる。

【０２５３】このようなアンテナモジュールは、図３６
に示す形態端末（携帯電話を含む）などの装置９０に組
み込まれて使用される。アンテナモジュールを搭載する
装置９０や、その装置９０の使用環境に応じて、適切な
アンテナの形態は異なる。本発明のアンテナモジュール
によれば、携帯端末の使用状況に応じてアンテナの形態
が最適な形態に自動的に変化する。

【０２５４】図３７（ａ）は、図３６の携帯端末が待ち
受けモードにあるときのアンテナ５０の指向性を模式的
に示している。待ち受けモードでは、広い指向性を示す
ようにアンテナ５０の形態が設定される。通信の相手を
探索するモードでは、指向性が強い形態をアンテナ５０
に与え、かつ、その形態を逐次変更することにより、図
３７（ｂ）に示すように、アンテナ５０の指向性の強い
方向を変化させる。上記の探索モードでは、相手機から
発せられる電波の発信源方向を見つけ出すと、図３７
（ｃ）に示すように、発信源の方向に最も指向性が強く
なる形態をアンテナ５０に付与し、電波の送受信を効率
的に行う。

【０２５５】（第１４の実施形態）図３８は、本発明の
アンテナが用いられる通信システムの例を示す斜視図で
ある。図３８には、ミリ波を利用した通信システムが例
示されている。同図に示すように、基幹光ファイバーラ
イン（Trunk Line O-Fiber）から分岐する多数の光ファ
イバーラインの先端にそれぞれ基地局が設けられてい
る。また、各基地局から各家庭（又はオフィス）にミリ
波による通信を行なうための無線通信網が形成されてい
る。そして、各家庭又はオフィスの無線端末（移動局）
では、ミリ波を用いて、基地局から各家庭又はオフィス
の機器に対する各種メディアの供給や、インターネット
通信や、移動局間の通信などをすることが可能になって
いる。つまり、ミリ波は光に近い波長を有するため、物
体による電波妨害を受けやすい。このため、基地局まで
は光ファイバー網を介して光通信によるデータの送受信
が行なわれ、基地局で光信号と電気信号との間で変換が
行われる。そして、家庭又はオフィスと基地局との間で
は、ミリ波を利用したワイヤレスアクセスが可能とな
る。

【０２５６】本発明のアンテナは、上記のワイヤレスア
クセスを行う際の送受信に好適に用いられる。システム
の一部においては、基幹光ファイバーラインに直接接続
される基地局と、携帯情報端末や企業内の端末との間
で、本発明のアンテナを介するワイヤレスアクセスが可
能である。

【０２５７】図３９は、図３８に示す基地局と、各家庭
やオフィス内の無線端末との間における通信システムの
構成を概略的に示すブロック図である。同図に示す通信
システムは、光ファイバー網（ネットワーク）１００を
介して互いに接続される多数の基地局１０１と、各基地
局１０１を介して互いに通信を行なうための無線端末１
０２とを備えている。各基地局１０１は、電波の受信、
送信を行なうためのアンテナ装置１１１と、アンテナ装
置１１１で受信した電波信号を増幅するなどの機能を有
する受信増幅部１１２と、アンテナ装置１１１に増幅し
た高周波信号を送り込むための送信増幅部１１３と、受
信増幅部１１２や送信増幅部１１３に接続される無線送
受信部１１４と、各デバイスの動作を制御するための制
御部１１５と、基地局１０１と光ファイバー網１００と
の間の信号を接続するための有線接続部１１６とを備え
ている。また、無線端末１０２は、電波の受信、送信を
行なうためのアンテナ装置１２１と、アンテナ装置１２
１で受信した電波信号を増幅するなどの機能を有する受
信増幅部１２２と、アンテナ装置１２１に増幅した高周
波信号を送り込むための送信増幅部１２３と、各デバイ
スの動作を制御するための制御部１２５とを備えてい
る。

【０２５８】図４０は、基地局１０１の内部構成をより
詳細に示すブロック回路図である。同図に示すように、
アンテナ装置１１１は、アンテナ本体１１１ａと、アン
テナ本体１１１ａの送受信を切り換えるためのアンテナ
スイッチ１１１ｂとによって構成されている。なお、受
信増幅部１１２は、フィルタ１３１と、低雑音アンプ
（ＬＮＡ）１３２とを直列に２段ずつ配置して構成され
ている。無線送受信部１１４には局所増幅器と高周波発
信器との出力を混合して高周波信号を生成するためのミ
クサ１３４が配置されている。送信増幅器１１３には、
ドライバアンプ１３５と、フィルタ１３６と、ミドルア
ンプ１３７と、メインアンプ１３８とが配置されてい
る。有線接続部１１６は、音声信号を処理するためのベ
ースバンド信号処理部１１７と、インターフェース部１
１８と、光ファイバー網（ネットワーク）１００に接続
される交換制御部１１９とによって構成されている。な
お、図示しないが、光信号と電気信号との間で変換を行
う信号変換装置がインターフェース部１１８に設けられ
ている。

【０２５９】本発明のアンテナは、アンテナ本体１１１
ａとして用いられ、例えばスロットアンテナ中の１つの
スロットとして機能する。

【０２６０】以上の各実施形態では、特に形態が動的に
変化するアンテナに本発明を適用した場合について説明
してきたが、本発明の設計方法は、図１（ａ）や図２
（ａ）に示すような形態が固定されたアンテナを設計す
る場合にも適用できる。

【０２６１】

【発明の効果】本発明によれば、取り得る形態の多数の
組合せの中から、必要な特性を示す最適なアンテナ形態
を適切に見つけ出すことができるため、設計者の経験的
知識に基づいてアンテナの概略形態を選択していた従来
の設計方法では到底得られなかったアンテナ形態を選択
することが可能である。また、設計者の熟練が不要にな
るため、アンテナ設計に必要なコストが低減される。

【０２６２】また、本発明によれば、上記の設計方法に
よって選択された形態を動的に実現できるアンテナを備
えた装置を提供することができる。このような動的に形
態が変化する場合、通信状況に応じて最適な形態を示す
アンテナを形成することができる。また、このようなア
ンテナを備えた装置を用いることより、種々の形態をも
つアンテナの特性を実際に測定・評価して好ましいアン
テナ形態を選択することが容易に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、従来の電流制御型の平面アンテナの
構造例を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明による電
流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図である。

【図２】（ａ）は、従来の磁流制御型の平面アンテナの
構造例を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明による磁
流制御型の平面アンテナの構造例を示す平面図である。

【図３】（ａ）は、本発明による平面アンテナの第１の
実施形態における導電体要素１２の配列を示す斜視図で
あり、（ｂ）は、その上に接続要素１３が配置された状
態のアンテナを示す斜視図である。

【図４】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態におけるて種々の平面形状を持つ導電体要素
１２のアレイを示す平面図である。

【図５】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態における導電体要素１２のアレイの他の配置
例を示す平面図である。

【図６】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態における導電体要素１２のアレイの更に他の
配置例を示す平面図である。

【図７】第１の実施形態における接続要素の第１具体例
示す断面図である。

【図８】第１の実施形態における接続要素の第２具体例
を示す断面図である。

【図９】第１の実施形態における接続要素の第３具体例
を示す断面図である。

【図１０】本発明によるアンテナの第２の実施形態を示
す断面図である。

【図１１】図１０のアンテナにおける電流の流れを示す
断面図である。

【図１２】（ａ）は、本発明によるアンテナの第３の実
施形態の外観構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、誘電
体基板及び導電体要素を除去した状態のアンテナを示す
斜視図である。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の
アンテナの第３の実施形態における導通手段の第１具体
例を示す断面図である。

【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の
アンテナの第３の実施形態における導通手段の第２具体
例を示す断面図である。

【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の
アンテナの第３の実施形態における導通手段の第３具体
例を示す断面図である。

【図１６】本発明によるアンテナの第４の実施形態の外
観構造を示す斜視図である。

【図１７】本発明によるアンテナの第５の実施形態の構
造を示す斜視図である。

【図１８】本発明によるアンテナの第５の実施形態の概
観構造を示す斜視図である。

【図１９】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの
第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図で
あり、（ｂ）は、その平面図である。

【図２０】（ａ）は、３つの導電体要素のうち両端の導
電体要素の下方には大面積の第１誘電体要素が存在し、
中央の導電体要素１２の下方には小面積の第２誘電体要
素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、
その平面図である。

【図２１】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの
第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図で
あり、（ｂ）は、その平面図である。

【図２２】（ａ）は、両端の導電体要素の下方には高い
誘電率ε１を有する第１誘電体要素が存在し、中央の導
電体要素の下方には低い比誘電率ε２を有する第２誘電
体要素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）
は、その平面図である。

【図２３】（ａ）は、３つの導電体要素の下方に３つの
第１誘電体要素が存在している平面アンテナの断面図で
あり、（ｂ）は、その平面図である。

【図２４】（ａ）は、両端の導電体要素の下方には平均
的な比誘電率が高い第１誘電体要素が存在し、中央の導
電体要素の下方には平均的な比誘電率が低い第２誘電体
要素が存在しているアンテナの断面図であり、（ｂ）
は、その平面図である。

【図２５】（ａ）は、３つの導電体要素がそれぞれ誘電
体要素に接触している平面アンテナの断面図であり、
（ｂ）は、その平面図である。

【図２６】（ａ）は、両端の導電体要素は誘電体要素に
接触しているが、中央の導電体要素が誘電体要素から離
れているアンテナの断面図であり、（ｂ）は、その平面
図である。

【図２７】本発明によるホーンアンテナを示す斜視図で
ある。

【図２８】本発明によるスロットアンテナを示す斜視図
である。

【図２９】本発明によるアンテナを備えた装置の実施形
態を示すブロック図である。

【図３０】アンテナ形態と指向性などとの関係の一例を
示す図である。

【図３１】アンテナの形態を変更しながら、アンテナの
指向性／利得／インピーダンスを測定する手順の例を示
したフローチャートである。

【図３２】本発明によるアンテナを備えた装置の他の実
施形態を示すブロック図である。

【図３３】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他
の実施形態を示すブロック図である。

【図３４】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他
の実施形態を示すブロック図である。

【図３５】本発明によるアンテナを備えた装置の更に他
の実施形態を示すブロック図である。

【図３６】本発明によるアンテナと、このアンテナの形
態を制御する回路とを一体化したアンテナモジュールの
一例を示す斜視図である。

【図３７】（ａ）から（ｃ）は、アンテナの形態が変化
することによって指向性が変ることを模式的に示す斜視
図である。

【図３８】本発明のアンテナが用いられる通信システム
の例を示すブロック図である。

【図３９】図３８に示す基地局と各家庭やオフィス内の
無線端末との間における通信システムの構成を概略的に
示すブロック図である。

【図４０】基地局の内部構成をより詳細に示すブロック
回路図である。

【図４１】本発明の設計方法の手順例を示すフローチャ
ートである。

【図４２】アンテナの形態をマトリクス変数によって記
述する一例を説明する図面である。

【図４３】アンテナの形態をマトリクス変数によって記
述する他の例を説明する図面である。

【図４４】電磁界パターンを求める際に好適に用いられ
る有限要素法における有限要素を示す図である。

【図４５】本発明の設計方法の他の手順例を示すフロー
チャートである。

【図４６】遺伝子アルゴリズムを説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 １０ 単位セル １２ 導電体要素 １３ 接続要素 １４ 接地導電体板 １７ 誘電体膜 ２、３ 導電体 ２ａ 導電体２の端部 ５０ アンテナ ５１ 駆動部 ５３ 設計部 ５４ 形態設計制御部 ５５ 記憶部 ６１ 通信回路 ７１ レベル検出部 ７２ 指向性判別部 ７３ 利得判別部 ７４ インピーダンス判別部

フロントページの続き (72)発明者 岡嶋 道生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5J045 AA01 AA05 AA21 DA10 EA07 HA03 NA01 NA03 5J046 AA03 AA04 AB03 AB13 BA00 BA03

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元または３次元の解析領域内に含ま
   れるアンテナの形態を記述する変数を定義するステップ
   （ａ）と、 前記変数を設定することにより、前記変数によって記述
   されるアンテナの形態を設定する行うステップ（ｂ）
   と、 前記ステップ（ｂ）で決定されたアンテナの形態によっ
   て生じる前記解析領域の電磁界パターンを求めるステッ
   プ（ｃ）と、 前記ステップ（ｃ）において求められた電磁界パターン
   に基づいて、前記アンテナの特性評価を行うステップ
   （ｄ）と、を含み、 異なる複数の変数について、前記ステップ（ｂ）から前
   記ステップ（ｄ）までを順次または並列的に実行するこ
   とにより、前記複数の変数の各々によって記述される形
   態を有する個々のアンテナの特性評価の結果を得て、こ
   の特性評価の結果に基づいてアンテナの形態を決定す
   る、アンテナの設計方法。
2. 【請求項２】 前記ステップ（ａ）では、前記解析領域
   内においてアンテナを形成しようとする領域をアレイ状
   に配置された複数のセルに区画し、前記複数のセルに割
   り当てた符号の組を変数として、個々のアンテナの形態
   を記述する請求項１に記載のアンテナの設計方法。
3. 【請求項３】 前記ステップ（ａ）では、アンテナを形
   成しようとする領域をアレイ状に配置された複数のセル
   に区画して、各セルにおける導体の有無をマトリクスで
   表した変数によりアンテナの形態を記述する請求項１に
   記載のアンテナの設計方法。
4. 【請求項４】 遺伝子アルゴリズムを用いてアンテナの
   特性が所望範囲に収束するように前記ステップ（ｂ）か
   ら前記ステップ（ｄ）を繰り返す請求項３に記載のアン
   テナの設計方法。
5. 【請求項５】 前記ステップ（ａ）では、アンテナを形
   成しようとする領域をアレイ状に配置された複数のセル
   に区画して、各セルにおける導体占有率をマトリクスで
   表した変数によりアンテナの形態を記述する請求項１に
   記載のアンテナの設計方法。
6. 【請求項６】 ニューラルネットワークを用いてアンテ
   ナの特性が所望範囲に収束するように前記ステップ
   （ｂ）から前記ステップ（ｄ）を繰り返す請求項５に記
   載のアンテナの設計方法。
7. 【請求項７】 前記複数の要素を有限要素法における有
   限要素として区画するステップを更に含み、 前記ステップ（ｃ）では、有限要素法を用いて解析領域
   における電磁界パターンを求める請求項１から６のいず
   れかに記載のアンテナの設計方法。
8. 【請求項８】 アンテナ設計対象領域及びアンテナ設計
   対象領域を囲む領域全体を前記有限要素に区画するステ
   ップを更に含み、 前記ステップ（ａ）では、前記アンテナ設計対象領域に
   おける有限要素を前記セルとして変数を定義する請求項
   ６に記載のアンテナの設計方法。
9. 【請求項９】 アンテナの形態を可変に形成する形態形
   成手段を定義するステップ（ａ）と、 前記形態形成手段を用いてアンテナの形態を規定するた
   めの変数を定義するステップ（ｂ）と、 前記ステップ（ｂ）で定義された変数を用いて前記形態
   形成手段によりアンテナの形態を形成するステップ
   （ｃ）と、 前記ステップ（ｃ）で形成されたアンテナの特性を測定
   するステップ（ｄ）と、 前記ステップ（ｄ）において検出されたアンテナの特性
   が所望範囲にあるか否かを判別するステップ（ｅ）とを
   含み、 前記アンテナの特性が所望範囲になるまで前記ステップ
   （ｃ）から前記ステップ（ｅ）を繰り返すことを特徴と
   するアンテナの設計方法。
10. 【請求項１０】 前記ステップ（ａ）では、前記形態形
    成手段を、アンテナ形成領域に配置され、互いに分離さ
    れた複数の導体要素と、各導体要素間を導通・非導通に
    切り換えるための接続要素と、この接続要素を移動させ
    るための移動機構とによって定義しておき、 前記ステップ（ｃ）では、前記移動機構を制御すること
    により、前記アンテナの形態を形成する請求項９に記載
    のアンテナの設計方法。
11. 【請求項１１】 前記ステップ（ｄ）では、アンテナの
    利得、指向性及びインピーダンスのうち少なくともいず
    れか１つの特性を測定し、 前記ステップ（ｅ）では、アンテナの利得、指向性及び
    インピーダンスのうち少なくともいずれか１つの特性の
    レベルが所望範囲にあるか否かを判別する請求項９また
    は１０に記載のアンテナの設計方法。
12. 【請求項１２】 前記ステップ（ｄ）では、外部機器か
    らの信号をも利用してアンテナの特性を求める請求項１
    １に記載のアンテナの設計方法。
13. 【請求項１３】 遺伝子アルゴリズムを用いてアンテナ
    の設計を行う印アンテナの設計法方であって、 アンテナが形成され得る２次元または３次元の空間を複
    数のセルに区画し、前記複数のセルにそれぞれ割りあて
    られた数値からなる符合によって個々のアンテナの形態
    を記述し、それによってアンテナの形態を符号化するス
    テップ（ａ）と、 前記符号の母集団を設定し、前記母集団を構成する個々
    の符号によって記述される形態を有する個々のアンテナ
    の特性を評価するステップ（ｂ）と、を含み、 前記評価の結果に基づいて、前記母集団に対する選択、
    交又、および／または突然変異の遺伝的操作を行い、前
    記母集団を更新するステップ（ｃ）と、 前記ステップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）を繰り返
    すことにより、前記評価の所定基準を超える特性を持つ
    アンテナの形態を決定する、遺伝子アルゴリズムを用い
    たアンテナの設計方法。
14. 【請求項１４】 ２次元または３次元の解析領域を複数
    の要素に区画する手段（ａ）と、 前記解析領域内に含まれるアンテナの形態を記述する変
    数を定義する手段（ｂ）と、 前記変数を設定することにより、前記変数によって記述
    されるアンテナの形態を設定する行う手段（ｃ）と、 前記手段（ｃ）で決定されたアンテナの形態によって生
    じる前記解析領域の電磁界パターンを求める手段（ｄ）
    と、 前記手段（ｄ）において求められた電磁界パターンに基
    づいて、前記アンテナの特性評価を行う手段（ｅ）と、
    を備え、 異なる複数の変数について、前記変数の設定から前記ア
    ンテナの特性までの処理を順次または並列的に実行する
    ことにより、前記複数の変数の各々によって記述される
    形態を有する個々のアンテナの特性評価の結果を得て、
    この特性評価の結果に基づいてアンテナの形態を決定す
    る、アンテナの設計装置。
15. 【請求項１５】 遺伝子アルゴリズムを用いてアンテナ
    の設計を行うアンテナの設計装置であって、 アンテナが形成され得る２次元または３次元の空間を複
    数のセルに区画し、前記複数のセルにそれぞれ割りあて
    られた数値からなる符合によって個々のアンテナの形態
    を記述し、それによってアンテナの形態を符号化する手
    段（ａ）と、 前記符号の母集団を設定し、前記母集団を構成する個々
    の符号によって記述される形態を有するアンテナの特性
    を評価する手段（ｂ）と、 前記評価の結果に基づいて、前記母集団に対する選択、
    交又、および／または突然変異の操作を行い、前記母集
    団を更新する手段（ｃ）と、を備え、 前記アンテナの特性の評価と前記母集団の更新とをを繰
    り返すことにより、前記評価の所定基準を超える特性を
    持つアンテナの形態を決定するアンテナの設計装置。
16. 【請求項１６】 コンピュータに対して、２次元または
    ３次元の解析領域を複数の要素に区画するステップ
    （ａ）と、前記解析領域内に含まれるアンテナの形態を
    記述する変数を定義するステップ（ｂ）と、前記変数を
    設定することにより、前記変数によって記述されるアン
    テナの形態を設定する行うステップ（ｃ）と、前記ステ
    ップ（ｃ）で決定されたアンテナの形態によって生じる
    前記解析領域の電磁界パターンを求めるステップ（ｄ）
    と、前記ステップ（ｄ）において求められた電磁界パタ
    ーンに基づいて、前記アンテナの特性の評価を行うステ
    ップ（ｅ）とを実行させ、更に、異なる複数の変数につ
    いて、前記ステップ（ｃ）から前記ステップ（ｅ）まで
    を順次または並列的に実行させることにより、前記複数
    の変数の各々によって記述される形態を有する個々のア
    ンテナの特性の評価結果を算出させる、コンピュータプ
    ログラム。
17. 【請求項１７】 コンピュータに対して、アンテナが形
    成され得る２次元または３次元の空間を複数のセルに区
    画し、前記複数のセルにそれぞれ割りあてられた数値か
    らなる符合によって個々のアンテナの形態を記述し、そ
    れによってアンテナの形態を符号化するステップ（ａ）
    と、前記符号の母集団を用意し、前記母集団を構成する
    個々の符号によって記述される形態を有するアンテナの
    特性を評価するステップ（ｂ）と、前記評価の結果に基
    づいて、前記母集団に対する選択、交又、および／また
    は突然変異の遺伝的操作を行い、前記母集団を更新する
    ステップ（ｃ）とを実行させ、更に、前記ステップ
    （ｂ）および前記ステップ（ｃ）を繰り返して実行させ
    る、コンピュータプログラム。
18. 【請求項１８】 互いに分離され、各々が単独ではアン
    テナとして機能しない複数の導電体要素のアレイと、前
    記複数の導電体要素から選択された少なくとも２つの導
    電体要素を電磁気的に結合し、結合した複数の導電体要
    素を１つのアンテナ要素として機能させる結合手段と、
    前記複数の導電体要素を支持する誘電体層とを備え、前
    記結合手段は、前記選択された複数の導電体要素を電気
    的に接続し得るスイッチング素子を有しているアンテナ
    と、 前記複数のスイッチング素子を駆動する信号を生成する
    駆動回路と、 演算器と、 前記演算器に対して、２次元または３次元の解析領域を
    複数の要素に区画するステップ（ａ）と、 前記解析領
    域内に含まれるアンテナの形態を記述する変数を定義す
    るステップ（ｂ）と、前記変数を設定することにより、
    前記変数によって記述されるアンテナの形態を設定する
    行うステップ（ｃ）と、前記ステップ（ｃ）で決定され
    たアンテナの形態によって生じる前記解析領域の電磁界
    パターンを求めるステップ（ｄ）と、前記ステップ
    （ｄ）において求められた電磁界パターンに基づいて、
    前記アンテナの特性の評価を行うステップ（ｅ）とを実
    行させ、更に、異なる複数の変数について、前記ステッ
    プ（ｃ）から前記ステップ（ｅ）までを順次または並列
    的に実行させることにより、前記複数の変数の各々によ
    って記述される形態を有する個々のアンテナの特性の評
    価結果を算出させる、コンピュータ・プログラムを格納
    したメモリと、を備えている装置。