JP2008172641A - Antenna optimal design method, antenna optimal design program, record medium, antenna and information communication apparatus - Google Patents

Antenna optimal design method, antenna optimal design program, record medium, antenna and information communication apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2008172641A
JP2008172641A JP2007005218A JP2007005218A JP2008172641A JP 2008172641 A JP2008172641 A JP 2008172641A JP 2007005218 A JP2007005218 A JP 2007005218A JP 2007005218 A JP2007005218 A JP 2007005218A JP 2008172641 A JP2008172641 A JP 2008172641A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
directivity
design method
calculation step
shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007005218A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4771963B2 (en
Inventor
Fumikazu Hoshi
文和 星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2007005218A priority Critical patent/JP4771963B2/en
Publication of JP2008172641A publication Critical patent/JP2008172641A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4771963B2 publication Critical patent/JP4771963B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna design technique which optimizes an antenna shape parameter based on an evaluation value obtained by executing a directivity calculation step, a dispersion calculation step and an evaluation value calculation step sequentially, thereby improving a frequency dependency of directivity. <P>SOLUTION: In processing an evaluation function, a plurality of punctual coordinates set on a side face of an antenna are used as the antenna shape parameter and evaluation processing of this parameter is executed. The processing step of the evaluation function comprises STEP 1 which is the directivity calculation step, STEP 2 which is the dispersion calculation step and STEP 3 which is the evaluation value calculation step. These steps are sequentially executed, thereby obtaining the evaluation value. The antenna shape parameter is optimized based on this evaluation value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動体通信機器、小型情報端末、その他の無線装置に利用可能なアンテナの設計方法、該方法により設計されたアンテナ、および該方法を実施するためのプログラム及びプログラムを記録した記録媒体に関し、より詳細には、広帯域で反射損失を低減し、指向性の周波数依存性を改善するために有効なアンテナの設計方法、該方法により設計されたアンテナ、および該方法を実施するためのプログラムを記録した記録媒体に関するものである。   The present invention relates to an antenna design method usable for mobile communication devices, small information terminals, and other wireless devices, an antenna designed by the method, a program for executing the method, and a recording medium recording the program More specifically, an antenna design method effective for reducing reflection loss in a wide band and improving the frequency dependence of directivity, an antenna designed by the method, and a program for implementing the method The present invention relates to a recording medium on which is recorded.

近年、無線通信技術の飛躍的な発展に伴い、無線技術を利用した製品が広く普及し始めている。移動体通信端末などの無線機器では、機器の小型化に伴ってアンテナの小型化が求められている。また、複数の通信方式への対応やUWBのような広帯域伝送への対応のために、水平面内無指向性を有しかつ広帯域で使用可能なアンテナの開発が必要である。
水平面内無指向性を有し広帯域で使用可能なアンテナとしては、図12に示すバイコニカルアンテナや図13に示すディスコーンアンテナが従来から知られている。図12のバイコニカルアンテナは、2つの円錐状素子100、101を円錐の頂点Aで互いに接続し、円錐の底面B、Cを両端に配置した構成を有する。また図13のディスコーンアンテナは、モノポールアンテナの放射素子102の形状を逆円錐状にした構造を有しており、この形状はバイコニカルアンテナの一方103を円板状にしたものと考えることもできる。このような水平面内無指向性のアンテナの構造を改良することにより広帯域化する検討が従来なされている。
In recent years, with the rapid development of wireless communication technology, products using wireless technology have begun to spread widely. Wireless devices such as mobile communication terminals are required to reduce the size of antennas as devices become smaller. In addition, in order to cope with a plurality of communication systems and to cope with broadband transmission such as UWB, it is necessary to develop an antenna that has omnidirectionality in a horizontal plane and can be used in a wide band.
Conventionally known biconical antennas as shown in FIG. 12 and discone antennas as shown in FIG. 13 have been known as antennas having omnidirectionality in the horizontal plane and usable in a wide band. The biconical antenna of FIG. 12 has a configuration in which two conical elements 100 and 101 are connected to each other at the apex A of the cone, and the bottom surfaces B and C of the cone are arranged at both ends. The discone antenna of FIG. 13 has a structure in which the shape of the radiating element 102 of the monopole antenna is an inverted conical shape, and this shape is considered that one of the biconical antennas 103 has a disk shape. You can also. Studies have been made to increase the bandwidth by improving the structure of such an omnidirectional antenna in a horizontal plane.

図14は特許文献1に開示されたアンテナの断面図である。このアンテナでは、円錐状の放射電極の一部を、導体を含有するゴムやエラストマーなどの低導電率部材104、105で構成することにより、給電部への反射電力が減殺され広帯域で反射損失が低減される技術について開示されている。
また、図15は特許文献2に開示されたアンテナの断面図である。このアンテナでは、逆円錐形12Aと球面12Bを幾何学的に組み合わせた形状の涙滴形素子12を放射素子として用いることにより、反射電流が抑えられ広帯域で反射損失が低減される技術について開示されている。
また、図16は特許文献3に開示されたアンテナである。このアンテナは、放射素子の外周面が半楕円回転体形の導体202と平面地板203とから構成される。このアンテナでは、放射素子を半楕円回転体形または半球形の形状にすることにより、小型化および広帯域化を図っている。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the antenna disclosed in Patent Document 1. In FIG. In this antenna, a part of the conical radiation electrode is composed of a low-conductivity member 104 or 105 such as rubber or elastomer containing a conductor, so that the reflected power to the power feeding part is reduced and the reflection loss is wideband. Techniques to be reduced are disclosed.
FIG. 15 is a cross-sectional view of the antenna disclosed in Patent Document 2. In this antenna, a technique is disclosed in which a reflection current is suppressed and reflection loss is reduced in a wide band by using a teardrop-shaped element 12 having a geometric combination of an inverted conical shape 12A and a spherical surface 12B as a radiating element. ing.
FIG. 16 shows an antenna disclosed in Patent Document 3. This antenna is composed of a conductor 202 whose outer peripheral surface of the radiating element is a semi-elliptical rotating body and a planar ground plane 203. In this antenna, the radiating element has a semi-elliptical rotator shape or a hemispherical shape, so that the antenna is miniaturized and widened.

以上のように、水平面無指向性アンテナにおいて広帯域で反射損失を低減することでアンテナを使用可能な帯域を広帯域化する検討が従来なされている。しかしながら、広帯域アンテナでは、広帯域で反射損失が低いだけでなく、周波数による指向性の変化(ばらつき)が少ないことが求められる。これは、指向性が周波数によって変化すると、特定の方向で観測したときの伝達関数が周波数によって変わってしまうためである。
特開2004−201264公報 特開2004−129209公報 特開平09−153727号公報
As described above, in the horizontal plane omnidirectional antenna, studies have been made to widen the band in which the antenna can be used by reducing reflection loss over a wide band. However, a wideband antenna is required not only to have a low reflection loss in a wideband, but also to have little directivity change (variation) due to frequency. This is because when the directivity changes with frequency, the transfer function when observed in a specific direction changes with frequency.
JP 2004-201264 A JP 2004-129209 A JP 09-153727 A

しかしながら、特許文献1、2、3に開示されている従来技術は、広帯域で反射損失を低減するように改良されているが、指向性の周波数依存性に対しては何ら工夫がなされていなかった。また、指向性の周波数依存性を改善するアンテナ設計手法についても検討されていなかった。
本発明は、かかる課題に鑑み、指向性算出工程、分散算出工程、評価値算出工程を順に実行することにより得られた評価値に基づいてアンテナ形状パラメータを最適化することにより、指向性の周波数依存性を改善するアンテナ設計手法を提供することを目的とする。
However, the conventional techniques disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3 have been improved so as to reduce reflection loss in a wide band, but no ingenuity has been made for the frequency dependence of directivity. . Also, an antenna design method for improving the frequency dependence of directivity has not been studied.
In view of such a problem, the present invention optimizes the antenna shape parameter based on the evaluation value obtained by sequentially executing the directivity calculation step, the dispersion calculation step, and the evaluation value calculation step. An object of the present invention is to provide an antenna design method for improving the dependency.

本発明はかかる課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、信号線に接続された回転体状の第1素子と、接地された回転体状の第2素子と、前記第1素子および前記第2素子の周囲に設けた回転体状の誘電体部材とを備え、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の回転中心軸が相互に一致するように構成されるアンテナの形状を最適化手法により設計するアンテナ最適設計方法であって、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の側面上に設定した複数の点座標をアンテナ形状パラメータとし、前記アンテナ形状パラメータを最適化手法により評価処理するための評価関数の処理工程として、複数の周波数によりアンテナ指向性を算出する指向性算出工程と、前記複数の周波数における各指向性の分散を算出する分散算出工程と、前記複数の周波数における各指向性の前記分散に基づいて評価値を算出する評価値算出工程と、を含み、前記指向性算出工程、分散算出工程、評価値算出工程を順に実行することにより得られた評価値に基づいて前記アンテナ形状パラメータを最適化することを特徴とする。
アンテナ形状パラメータは、前記第1素子または前記第2素子または前記誘電体部材の側面上の座標に変数変換することが可能なパラメータであれば何でも良く、例えば、側面の傾き角度、長さなどであっても良い。
また、最適化を行うパラメータとしては、前記アンテナ形状パラメータだけでなく、必要に応じてアンテナを構成する部材の材質をパラメータとしても良い。例えば、前記誘電体部材の誘電率をパラメータとすることも可能である。
In order to solve this problem, the present invention provides a first rotating element-like element connected to a signal line, a second rotating element that is grounded, and the first element. A rotary member-like dielectric member provided around the element and the second element, and configured such that rotation center axes of the first element, the second element, and the dielectric member coincide with each other. An antenna optimum design method for designing an antenna shape by an optimization method, wherein a plurality of point coordinates set on side surfaces of the first element, the second element, and the dielectric member are antenna shape parameters, and the antenna As an evaluation function processing step for evaluating shape parameters by an optimization method, a directivity calculation step for calculating antenna directivity from a plurality of frequencies, and a dispersion calculation for calculating dispersion of each directivity at the plurality of frequencies. And an evaluation value calculation step of calculating an evaluation value based on the variance of each directivity at the plurality of frequencies, and sequentially executing the directivity calculation step, the variance calculation step, and the evaluation value calculation step The antenna shape parameter is optimized based on the evaluation value obtained by the above.
The antenna shape parameter may be any parameter that can be variable-converted into coordinates on the side surface of the first element, the second element, or the dielectric member. For example, the antenna shape parameter may be an inclination angle or a length of the side surface. There may be.
Further, as a parameter to be optimized, not only the antenna shape parameter but also a material of a member constituting the antenna may be used as a parameter if necessary. For example, the dielectric constant of the dielectric member can be used as a parameter.

請求項2に記載の発明は、前記アンテナ形状パラメータは、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の少なくともいずれか一つの側面上に設定されることを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、前記分散算出工程は、前記複数の周波数で算出した指向性の平均指向性である各観測角度における利得の平均値を算出し、前記複数の周波数で算出した各指向性について、前記平均指向性との利得の偏差の自乗平均値を分散として算出する工程であることを特徴とする。
分散算出工程においては、先ず指向性G(θ、f)の平均指向性、すなわち観測角度θに対する利得の平均値Gavg(θ)を算出する。次に、指向性G(θ、f)の平均指向性Gavg(θ)からの分散V(f)を各周波数について以下の式により算出する。

Figure 2008172641
ここで、Mは観測角度分割数、θ1は評価開始角度、θMは評価終了角度、W(θ)は重み付け関数を表す。 The invention according to claim 2 is characterized in that the antenna shape parameter is set on at least one side surface of the first element, the second element, and the dielectric member.
In the invention according to claim 3, in the dispersion calculating step, an average value of gain at each observation angle that is an average directivity of the directivity calculated at the plurality of frequencies is calculated, and each of the calculated values at the plurality of frequencies is calculated. The directivity is a step of calculating a mean square value of gain deviations from the average directivity as variance.
In the variance calculation step, first, an average directivity of directivity G (θ, f), that is, an average value Gavg (θ) of gain with respect to the observation angle θ is calculated. Next, the variance V (f) of the directivity G (θ, f) from the average directivity Gavg (θ) is calculated for each frequency by the following equation.
Figure 2008172641
Here, M is the number of observation angle divisions, θ1 is an evaluation start angle, θM is an evaluation end angle, and W (θ) is a weighting function.

請求項4に記載の発明は、前記分散算出工程は、予め指向性を改善する目標となる目標指向性を設定しておき、前記複数の周波数で算出した各指向性について、前記目標指向性との利得の偏差の自乗平均値を分散として算出する工程であることを特徴とする。
分散V(f)の算出式については、平均指向性Gavg(θ)の代わりに、指向性を改善する目標となる目標指向性Gtarget(θ)を任意に設定しても良い。また、指向性の分散を定量化し特性の優劣を比較することが可能であれば、上式に限定されずどのような算出式であっても良い。
請求項5に記載の発明は、前記分散算出工程は、前記観測角度に応じて重み付けをして前記分散を算出することを特徴とする。
例えば、分散算出工程において重み付け関数W(θ)は以下のように定めることができる。

Figure 2008172641
この場合、分散V(f)は以下の式で表される。
Figure 2008172641
According to a fourth aspect of the present invention, in the variance calculation step, a target directivity that is a target for improving directivity is set in advance, and for each directivity calculated at the plurality of frequencies, the target directivity and This is a step of calculating a mean square value of gain deviations as a variance.
Regarding the calculation formula of the variance V (f), instead of the average directivity Gavg (θ), a target directivity Gtarget (θ) that is a target for improving directivity may be set arbitrarily. Further, as long as the dispersion of directivity can be quantified and the superiority or inferiority of characteristics can be compared, any calculation formula is possible without being limited to the above formula.
The invention according to claim 5 is characterized in that the variance calculation step calculates the variance by weighting according to the observation angle.
For example, the weighting function W (θ) can be determined as follows in the variance calculation step.
Figure 2008172641
In this case, the variance V (f) is expressed by the following equation.
Figure 2008172641

請求項6に記載の発明は、前記分散算出工程は、予め定めた観測角度範囲内において前記分散を算出することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、前記評価値算出工程は、前記複数の周波数で算出した各指向性に対する前記分散の平均値または合計値を評価値として算出する工程であることを特徴とする。
評価値算出工程においては、分散V(f)の周波数に対する平均値を算出し、これを評価値Scoreとする。Nは周波数分割数、f1は評価開始周波数、fNは評価終了周波数を示している。

Figure 2008172641
The invention according to claim 6 is characterized in that the variance calculation step calculates the variance within a predetermined observation angle range.
The invention according to claim 7 is characterized in that the evaluation value calculating step is a step of calculating an average value or a total value of the variances for each directivity calculated at the plurality of frequencies as an evaluation value.
In the evaluation value calculation step, an average value with respect to the frequency of the variance V (f) is calculated, and this is set as the evaluation value Score. N is the frequency division number, f1 is the evaluation start frequency, and fN is the evaluation end frequency.
Figure 2008172641

請求項8に記載の発明は、前記アンテナの反射損失の周波数特性を算出する反射特性算出工程と、前記反射特性から反射特性性能値を算出する反射特性性能値算出工程と、前記反射特性性能値を利用して評価値を算出する第二評価値算出工程と、を更に備えたことを特徴とする。
反射特性算出工程においては、母集団の各個体が持つ遺伝子情報である形状パラメータに基づいて計算モデルを生成し、FDTD法を使用して反射特性S11(f)を算出する。ここで反射特性とは、反射損失の周波数に対する依存性であり、周波数fの関数で表現される。また反射特性性能値算出工程では、算出した反射特性S11(f)に基づいて反射特性性能値Pを算出する。反射特性性能値Pの算出式は、広帯域で反射損失が低減された良好な特性であるほど、前記反射特性性能値が小さくなるように定めた。
The invention according to claim 8 is a reflection characteristic calculation step of calculating a frequency characteristic of reflection loss of the antenna, a reflection characteristic performance value calculation step of calculating a reflection characteristic performance value from the reflection characteristic, and the reflection characteristic performance value. And a second evaluation value calculating step of calculating an evaluation value using the above.
In the reflection characteristic calculation step, a calculation model is generated based on a shape parameter that is gene information possessed by each individual of the population, and the reflection characteristic S11 (f) is calculated using the FDTD method. Here, the reflection characteristic is the dependence of the reflection loss on the frequency, and is expressed as a function of the frequency f. In the reflection characteristic performance value calculation step, the reflection characteristic performance value P is calculated based on the calculated reflection characteristic S11 (f). The calculation formula of the reflection characteristic performance value P was determined so that the reflection characteristic performance value is smaller as the characteristic is better in the reflection band and the reflection loss is reduced.

請求項9に記載の発明は、前記最適化手法は、遺伝的アルゴリズムであることを特徴とする。
アンテナ形状パラメータの最適化手法として遺伝的アルゴリズムを使用し、形状パラメータを遺伝子情報として持つ個体の母集団を生成し、評価処理、選択処理、変異処理を繰り返すことにより形状パラメータの最適化を行った。
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法をコンピュータに実行させるためのアンテナ最適設計プログラムであることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のアンテナ最適設計プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録した記録媒体であることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is characterized in that the optimization method is a genetic algorithm.
A genetic algorithm was used as an optimization method for antenna shape parameters, a population of individuals having shape parameters as genetic information was generated, and shape parameters were optimized by repeating evaluation processing, selection processing, and mutation processing. .
A tenth aspect of the present invention is an antenna optimum design program for causing a computer to execute the antenna optimum design method according to any one of the first to ninth aspects.
The invention described in claim 11 is a recording medium in which the antenna optimum design program described in claim 10 is recorded in a computer-readable format.

請求項12に記載の発明は、請求項1乃至9の何れか一項に記載されたアンテナ最適設計方法により設計されたアンテナであることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載のアンテナにおいて、信号線に接続された前記第1素子の形状は、側面がテーパー状に広がる回転体形状であり、xを前記第1素子の回転体軸方向の位置座標、a、b、cを任意の定数としたとき、前記テーパーの形状がa/(1+exp(bx+c))で表され、接地された前記第2素子の形状は、xを前記第2素子の回転体軸方向の位置座標、m、nを任意の定数としたとき、側面の形状が楕円の式n(1−(x/m)21/2で表される回転体形状であり、前記誘電体部材が第1素子および第2素子の境界の周囲に形成されたそろばん珠状の膨らみを有する形状であることを特徴とする。
本発明のアンテナ最適設計方法を用いて設計したアンテナは、指向性の周波数依存性が改善されているので、広帯域で良好な通信状態を実現できる。
請求項14に記載の発明は、請求項12に記載されたアンテナを情報通信機器に備えたことを特徴とする。
本発明のアンテナ最適設計方法により得られたアンテナは、広帯域で指向性および反射特性が優れているため、このアンテナを情報通信機器に備えることにより広帯域で良好な通信状態を実現できる。
The invention described in claim 12 is an antenna designed by the antenna optimum design method described in any one of claims 1 to 9.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the antenna according to the twelfth aspect, the shape of the first element connected to the signal line is a rotating body shape whose side faces are tapered, and x is the first element. When the position coordinates in the rotating body axis direction, a, b, and c are arbitrary constants, the shape of the taper is represented by a / (1 + exp (bx + c)), and the shape of the second element that is grounded is When x is the position coordinate of the second element in the direction of the axis of the rotator, and m and n are arbitrary constants, the shape of the side surface is represented by an elliptical expression n (1- (x / m) 2 ) 1/2. The dielectric member has a shape of an abacus-like bulge formed around the boundary between the first element and the second element.
Since the antenna designed using the antenna optimum design method of the present invention has improved directivity frequency dependency, a good communication state can be realized in a wide band.
According to a fourteenth aspect of the present invention, an information communication device includes the antenna according to the twelfth aspect.
Since the antenna obtained by the antenna optimum design method of the present invention is excellent in directivity and reflection characteristics in a wide band, a good communication state in a wide band can be realized by providing this antenna in an information communication device.

本発明によれば、第1素子、第2素子、誘電体部材の側面上に設定した複数の点座標をアンテナ形状パラメータとし、このパラメータを最適化することにより、周波数による指向性の変化(ばらつき)を抑えたアンテナ設計が可能となる。   According to the present invention, a plurality of point coordinates set on the side surfaces of the first element, the second element, and the dielectric member are used as antenna shape parameters, and by optimizing these parameters, the change in directivity due to frequency (variation) It is possible to design an antenna that suppresses).

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
[実施例1]
図1は本発明の第1の実施例においてアンテナ最適設計を行う初期モデルとして採用したアンテナ形状を示す断面図である。
このアンテナの形状は、2つの円錐状素子を円錐の頂点で向かい合わせた形状であり、バイコニカルアンテナとして従来から知られている。また、これらの円錐状素子の周囲には比誘電率2.0の回転体状の誘電体部材45を備えている。
このアンテナは、同軸線路42によって下方から給電され、同軸線路42の信号線43に第1素子40が接続され、同軸線路42の外導体(接地導体)44に第2素子41が接続されている。
図1において、第1素子40および第2素子41の側面上に設定した6点の座標(x1,z1)、(x2,z2)、(x3,z3)、(x4,z4)、(x5,z5)、(x6,z6)、および誘電体部材45の側面上に設定した4点の座標(x7,z7)、(x8,z8)、(x9,z9)、(x10,z10)をアンテナ形状パラメータとした。このアンテナ形状パラメータの最適化手法として遺伝的アルゴリズムを使用し、形状パラメータを遺伝子情報として持つ個体の母集団を生成し、評価処理、選択処理、変異処理を繰り返すことにより前記形状パラメータの最適化を行った。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
[Example 1]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an antenna shape adopted as an initial model for optimal antenna design in the first embodiment of the present invention.
This antenna has a shape in which two conical elements face each other at the apex of a cone, and is conventionally known as a biconical antenna. A rotating dielectric member 45 having a relative dielectric constant of 2.0 is provided around these conical elements.
The antenna is fed from below by a coaxial line 42, the first element 40 is connected to the signal line 43 of the coaxial line 42, and the second element 41 is connected to the outer conductor (ground conductor) 44 of the coaxial line 42. .
In FIG. 1, the coordinates (x1, z1), (x2, z2), (x3, z3), (x4, z4), (x5, 6 points) set on the side surfaces of the first element 40 and the second element 41 are shown. z5), (x6, z6), and coordinates (x7, z7), (x8, z8), (x9, z9), (x10, z10) of four points set on the side surface of the dielectric member 45 are antenna shapes. It was a parameter. A genetic algorithm is used as an optimization method of the antenna shape parameter, a population of individuals having the shape parameter as gene information is generated, and the shape parameter is optimized by repeating the evaluation process, the selection process, and the mutation process. went.

図2は第1の実施例の評価処理を実行するための評価関数の処理工程図である。
STEP1の指向性算出工程においては、母集団の各個体が持つ遺伝子情報である形状パラメータに基づいて計算モデルを生成し、FDTD法を使用して10GHz〜30GHzの範囲において1GHz間隔で指向性G(θ,f)を算出する。ここで指向性とは、観測角度に対する利得Gの変化であり、観測角度θと周波数fの関数で表現される。観測角度θは、図1に示すようにアンテナの天頂方向をθ=0°、水平方向をθ=90°とした。
STEP2の分散算出工程においては、先ずSTEP1で算出した指向性G(θ,f)の平均指向性、すなわち観測角度θに対する利得の平均値Gavg(θ)を算出する。次に、指向性G(θ,f)の平均指向性Gavg(θ)からの分散V(f)をf=10、15、20、25、30GHz(周波数分割数N=5)の各周波数について(1)式により算出する。ここでMは観測角度分割数、θ1は評価開始角度、θMは評価終了角度、W(θ)は重み付け関数を表す。

Figure 2008172641
本実施例の分散算出工程においては、重み付け関数W(θ)は以下のように定めた。
Figure 2008172641
したがって、本実施例における分散V(f)は(2)式で表される。
Figure 2008172641
FIG. 2 is a process diagram of an evaluation function for executing the evaluation process of the first embodiment.
In the directivity calculation step of STEP 1, a calculation model is generated based on a shape parameter that is genetic information of each individual of the population, and directivity G (with a 1 GHz interval in a range of 10 GHz to 30 GHz using the FDTD method is used. θ, f) is calculated. Here, the directivity is a change in the gain G with respect to the observation angle, and is expressed as a function of the observation angle θ and the frequency f. As shown in FIG. 1, the observation angle θ is set such that the zenith direction of the antenna is θ = 0 ° and the horizontal direction is θ = 90 °.
In the dispersion calculation step of STEP2, first, the average directivity of the directivity G (θ, f) calculated in STEP1, that is, the average value Gavg (θ) of the gain with respect to the observation angle θ is calculated. Next, the dispersion V (f) of the directivity G (θ, f) from the average directivity Gavg (θ) is set for each frequency of f = 10, 15, 20, 25, and 30 GHz (frequency division number N = 5). Calculated by equation (1). Here, M is the number of observation angle divisions, θ1 is an evaluation start angle, θM is an evaluation end angle, and W (θ) is a weighting function.
Figure 2008172641
In the variance calculation process of the present embodiment, the weighting function W (θ) is determined as follows.
Figure 2008172641
Therefore, the variance V (f) in the present embodiment is expressed by equation (2).
Figure 2008172641

観測角度θの評価範囲は、水平方向(θ=90°)から±40°すなわちθ=50〜130°(θ1=50°、θM=130°)とした。観測角度θの評価範囲において、観測角度ステップを1°としたので角度分割数M=81である。
尚、分散V(f)の算出式については、平均指向性Gavg(θ)の代わりに、指向性を改善する目標となる目標指向性Gtarget(θ)を任意に設定しても良い。また、指向性の分散を定量化し特性の優劣を比較することが可能であれば、上式に限定されずどのような算出式であっても良い。
The evaluation range of the observation angle θ was ± 40 ° from the horizontal direction (θ = 90 °), that is, θ = 50 to 130 ° (θ1 = 50 °, θM = 130 °). In the evaluation range of the observation angle θ, since the observation angle step is set to 1 °, the angle division number M = 81.
For the calculation formula of the variance V (f), a target directivity Gtarget (θ) that is a target for improving directivity may be arbitrarily set instead of the average directivity Gavg (θ). Further, as long as the dispersion of directivity can be quantified and the superiority or inferiority of characteristics can be compared, any calculation formula is possible without being limited to the above formula.

STEP3の評価値算出工程においては、STEP2で算出した分散V(f)の周波数に対する平均値を(3)式により算出し、これを評価値Scoreとする。Nは周波数分割数、f1は評価開始周波数、fNは評価終了周波数を示し、本実施例では、N=5、f1=10GHz、fN=f5=30GHzとしている。

Figure 2008172641

尚、(4)式に示すように前記評価値は、前記分散V(f)の平均値ではなく合計値として算出しても良い。
Figure 2008172641

STEP1〜STEP3を順に実行することにより算出された前記評価値は、その値が小さいほど周波数に対する指向性のばらつきが小さいことを示すので、指向性のばらつきを定量化し最適化により改善するための評価値として適している。また、本実施例における評価関数では、アンテナの指向性だけでなく反射特性についての評価も行う。
STEP4の反射特性算出工程においては、母集団の各個体が持つ遺伝子情報である形状パラメータに基づいて計算モデルを生成し、FDTD法を使用して反射特性S11(f)を算出する。ここで反射特性とは、反射損失の周波数に対する依存性であり、周波数fの関数で表現される。
STEP5の反射特性性能値算出工程では、STEP4で算出した反射特性S11(f)に基づいて反射特性性能値Pを算出する。反射特性性能値Pの算出式は、広帯域で反射損失が低減された良好な特性であるほど、反射特性性能値が小さくなるように定めた。 In the evaluation value calculation step of STEP3, the average value for the frequency of the variance V (f) calculated in STEP2 is calculated by the equation (3), and this is set as the evaluation value Score. N represents the frequency division number, f1 represents the evaluation start frequency, and fN represents the evaluation end frequency. In this embodiment, N = 5, f1 = 10 GHz, and fN = f5 = 30 GHz.
Figure 2008172641

Note that, as shown in the equation (4), the evaluation value may be calculated as a total value instead of an average value of the variance V (f).
Figure 2008172641

The evaluation value calculated by sequentially executing STEP1 to STEP3 indicates that the smaller the value, the smaller the variation in directivity with respect to the frequency. Therefore, the evaluation for quantifying the variation in directivity and improving it by optimization Suitable as a value. In addition, the evaluation function in this embodiment evaluates not only the antenna directivity but also the reflection characteristics.
In the reflection characteristic calculation step of STEP4, a calculation model is generated based on the shape parameter that is gene information possessed by each individual of the population, and the reflection characteristic S11 (f) is calculated using the FDTD method. Here, the reflection characteristic is the dependence of the reflection loss on the frequency, and is expressed as a function of the frequency f.
In the reflection characteristic performance value calculation step of STEP5, the reflection characteristic performance value P is calculated based on the reflection characteristic S11 (f) calculated in STEP4. The calculation formula for the reflection characteristic performance value P was determined such that the better the characteristic with a reduced reflection loss in a wide band, the smaller the reflection characteristic performance value.

STEP6の第二評価値算出工程では、STEP3で算出した評価値ScoreにSTEP5で算出した反射特性性能値Pを加算する。評価値と反射特性性能値の加算においては、いずれか一方または両方に適当な係数a、bを掛けて加算を行っても良い。また係数a、bは、本アンテナ最適設計方法の最適化効率を向上し得るように適切に設定することが可能である。
Score=Score×a+P×b (5)
以上、指向性の評価に加えて反射特性から評価値を算出する評価関数の処理フローについて説明を行ったが、本発明の評価関数では、指向性の評価に加えてアンテナの重量、体積やその他の特性値を利用して評価値を算出することも可能である。
このように評価値算出工程において、複数の周波数で算出した各指向性の分散の平均値または合計値を評価値として算出することにより、評価値を利用して特性の優劣を比較し、最適化を行うことが可能となる。
In the second evaluation value calculation step of STEP6, the reflection characteristic performance value P calculated in STEP5 is added to the evaluation value Score calculated in STEP3. In addition of the evaluation value and the reflection characteristic performance value, addition may be performed by multiplying one or both by appropriate coefficients a and b. The coefficients a and b can be appropriately set so that the optimization efficiency of the antenna optimum design method can be improved.
Score = Score × a + P × b (5)
The processing flow of the evaluation function for calculating the evaluation value from the reflection characteristic in addition to the evaluation of the directivity has been described above. In the evaluation function of the present invention, in addition to the evaluation of the directivity, the antenna weight, volume, etc. It is also possible to calculate the evaluation value by using the characteristic value.
In this way, in the evaluation value calculation process, the average value or total value of the variances of each directivity calculated at multiple frequencies is calculated as the evaluation value, and the evaluation values are used to compare the superiority and inferiority of the characteristics for optimization. Can be performed.

図3(A)は本実施例のアンテナ最適設計方法を用いて得られたアンテナの形状を示す図である。図3(B)に示すように、該アンテナの第1素子の側面形状は、以下のような関数形により表現できる形状である。

Figure 2008172641
ここで、xは第1素子の回転体軸方向の位置座標であり、a、b、cは定数である。
また、第2素子の側面形状は、以下のような楕円を表す(7)式により表現することが可能である。
Figure 2008172641
ここで、xは第2素子の回転体軸方向の位置座標であり、m、nは定数である。
また、第1素子および第2素子の境界の周囲に形成された誘電体部材の形状は、そろばん珠状の膨らみを有する形状である。 FIG. 3A is a diagram showing the shape of the antenna obtained by using the antenna optimum design method of this embodiment. As shown in FIG. 3B, the side shape of the first element of the antenna is a shape that can be expressed by the following functional form.
Figure 2008172641
Here, x is a position coordinate of the first element in the rotating body axis direction, and a, b, and c are constants.
The side shape of the second element can be expressed by the following equation (7) representing an ellipse.
Figure 2008172641
Here, x is the position coordinate of the second element in the direction of the rotating body axis, and m and n are constants.
The shape of the dielectric member formed around the boundary between the first element and the second element is a shape having an abacus bulge.

一方、図4は従来のバイコニカルアンテナの形状を示す図である。
図5は本発明により最適化されたアンテナ(図3)および従来のバイコニカルアンテナ(図4)の指向性の周波数依存性を示した図である。図5において縦軸は観測角度、横軸は周波数であり、色の濃淡は指向性利得の強度を示している。(A)は従来のバイコニカルアンテナの指向性であり、(B)は本発明により最適化されたアンテナの指向性である。
従来のバイコニカルアンテナの場合には、20GHz以下の低周波側では90°付近の利得が大きく主放射方向がほぼ90°方向であるが、20GHz以上の高周波側では90°付近の利得が減少し、放射方向が上下に分かれてしまっている。一方、最適化されたアンテナでは、非常に広い帯域において主放射方向が90°付近であり、指向性の周波数依存性が改善されたことが確認できる。
On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing the shape of a conventional biconical antenna.
FIG. 5 is a diagram showing the frequency dependence of directivity of the antenna optimized according to the present invention (FIG. 3) and the conventional biconical antenna (FIG. 4). In FIG. 5, the vertical axis represents the observation angle, the horizontal axis represents the frequency, and the color shading indicates the intensity of the directivity gain. (A) is the directivity of the conventional biconical antenna, and (B) is the directivity of the antenna optimized by the present invention.
In the case of a conventional biconical antenna, the gain near 90 ° is large on the low frequency side below 20 GHz and the main radiation direction is almost 90 °, but the gain near 90 ° decreases on the high frequency side above 20 GHz. , Radiation direction has been divided up and down. On the other hand, in the optimized antenna, the main radiation direction is around 90 ° in a very wide band, and it can be confirmed that the frequency dependency of directivity is improved.

また、図6は従来のバイコニカルアンテナおよび最適化されたアンテナの反射損失の周波数特性を示す図である。図6では最適化されたアンテナの特性を実線で示し、従来のバイコニカルアンテナの特性を破線で示してある。最適化されたアンテナでは、広い帯域で反射損失が低く抑えることができており、従来のバイコニカルアンテナと比較して特性が劣化していることはない。
このように、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法を用いることで、従来の方法では困難であった反射特性と指向性の周波数依存性の両特性が優れたアンテナの設計が容易となる。また、最適化手法として遺伝的アルゴリズムを使用することで、形状パラメータ数が多い場合でも効率の良いアンテナ最適設計が可能となる。さらに、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法により得られたアンテナは、広帯域で指向性および反射特性が優れているため、該アンテナを情報通信機器に備えることにより広帯域で良好な通信状態を実現できる。
FIG. 6 is a diagram showing the frequency characteristics of the reflection loss of the conventional biconical antenna and the optimized antenna. In FIG. 6, the characteristics of the optimized antenna are indicated by solid lines, and the characteristics of the conventional biconical antenna are indicated by broken lines. With the optimized antenna, the reflection loss can be kept low over a wide band, and the characteristics are not deteriorated as compared with the conventional biconical antenna.
As described above, by using the antenna optimum design method described in the present embodiment, it becomes easy to design an antenna having both the reflection characteristics and the directivity frequency dependence characteristics, which were difficult with the conventional method. In addition, by using a genetic algorithm as an optimization method, efficient antenna optimum design is possible even when the number of shape parameters is large. Furthermore, since the antenna obtained by the antenna optimum design method described in this embodiment has excellent directivity and reflection characteristics in a wide band, it is possible to realize a good communication state in a wide band by providing the antenna in an information communication device. it can.

本実施例では、最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いた場合について説明したが、本アンテナ最適設計方法では、遺伝的アルゴリズム以外に勾配法、最急降下法、ニュートン法、実験計画法、シミュレーテッド・アニーリングなど様々な最適化手法を使用することが可能であり、設計対象に応じて適切に定めることができる。
また、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法は、当該方法をコンピュータに実行させるプログラムによって、パーソナルコンピュータやワークステーション等によって実現することができる。この場合、コンピュータに当該方法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。
In this embodiment, the case of using a genetic algorithm as an optimization method has been described. However, in this antenna optimal design method, in addition to the genetic algorithm, the gradient method, steepest descent method, Newton method, experimental design method, simulated Various optimization methods such as annealing can be used, and can be determined appropriately according to the design object.
In addition, the antenna optimum design method described in the present embodiment can be realized by a personal computer, a workstation, or the like by a program that causes a computer to execute the method. In this case, a program capable of causing the computer to execute the method is a computer-readable recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, etc. Can be stored and distributed.

[実施例2]
図7(A)は本実施例のアンテナ最適設計方法を用いて得られたアンテナの形状を示す図である。図7(B)に示すように、該アンテナの第1素子60の側面形状は、以下のような関数形により表現できる形状である。

Figure 2008172641
ここで、xは第1素子60の回転体軸方向の位置座標であり、a、b、cは定数である。
また、第2素子61の側面形状は、以下のような楕円を表す式により表現することが可能である。
Figure 2008172641
ここで、xは第2素子61の回転体軸方向の位置座標であり、m、nは定数である。
また、第1素子60および第2素子61の境界の周囲に形成された誘電体部材65の形状は、そろばん珠状の膨らみを有する形状である。 [Example 2]
FIG. 7A is a diagram showing the shape of an antenna obtained by using the antenna optimum design method of this embodiment. As shown in FIG. 7B, the side surface shape of the first element 60 of the antenna is a shape that can be expressed by the following functional form.
Figure 2008172641
Here, x is a position coordinate of the first element 60 in the rotating body axis direction, and a, b, and c are constants.
Further, the side surface shape of the second element 61 can be expressed by the following equation representing an ellipse.
Figure 2008172641
Here, x is the position coordinate of the second element 61 in the rotating body axis direction, and m and n are constants.
The shape of the dielectric member 65 formed around the boundary between the first element 60 and the second element 61 is a shape having an abacus bulge.

図8は本発明により最適化されたアンテナ(図7)および従来のバイコニカルアンテナ(図4)の指向性の周波数依存性を示した図である。図8において縦軸は観測角度、横軸は周波数であり、色の濃淡は指向性利得の強度を示している。(A)は従来のバイコニカルアンテナの指向性であり、(B)は本発明により最適化されたアンテナの指向性である。
従来のバイコニカルアンテナの場合には、20GHz以下の低周波側では90°付近の利得が大きく主放射方向がほぼ90°方向であるが、20GHz以上の高周波側では90°付近の利得が減少し、放射方向が上下に分かれてしまっている。一方、最適化されたアンテナでは、非常に広い帯域において主放射方向が90°付近であり、指向性の周波数依存性が改善されたことが確認できる。
FIG. 8 is a diagram showing the frequency dependence of the directivity of the antenna optimized according to the present invention (FIG. 7) and the conventional biconical antenna (FIG. 4). In FIG. 8, the vertical axis represents the observation angle, the horizontal axis represents the frequency, and the color shading indicates the intensity of the directivity gain. (A) is the directivity of the conventional biconical antenna, and (B) is the directivity of the antenna optimized by the present invention.
In the case of a conventional biconical antenna, the gain near 90 ° is large on the low frequency side below 20 GHz and the main radiation direction is almost 90 °, but the gain near 90 ° decreases on the high frequency side above 20 GHz. , Radiation direction has been divided up and down. On the other hand, in the optimized antenna, the main radiation direction is around 90 ° in a very wide band, and it can be confirmed that the frequency dependency of directivity is improved.

また、図9は従来のバイコニカルアンテナおよび最適化されたアンテナの反射損失の周波数特性を示す図である。図9では最適化されたアンテナの特性を実線で示し、従来のバイコニカルアンテナの特性を破線で示してある。最適化されたアンテナでは、広い帯域で反射損失が低く抑えることができており、従来のバイコニカルアンテナと比較して特性が劣化していることはない。
このように、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法を用いることで、従来の方法では困難であった反射特性と指向性の周波数依存性の両特性が優れたアンテナの設計が容易となる。また、最適化手法として遺伝的アルゴリズムを使用することで、形状パラメータ数が多い場合でも効率の良いアンテナ最適設計が可能となる。さらに、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法により得られたアンテナは、広帯域で指向性および反射特性が優れているため、該アンテナを情報通信機器に備えることにより広帯域で良好な通信状態を実現できる。
FIG. 9 is a diagram showing the frequency characteristics of the reflection loss of the conventional biconical antenna and the optimized antenna. In FIG. 9, the characteristics of the optimized antenna are indicated by solid lines, and the characteristics of the conventional biconical antenna are indicated by broken lines. With the optimized antenna, the reflection loss can be kept low over a wide band, and the characteristics are not deteriorated as compared with the conventional biconical antenna.
As described above, by using the antenna optimum design method described in the present embodiment, it becomes easy to design an antenna having both the reflection characteristics and the directivity frequency dependence characteristics, which were difficult with the conventional method. In addition, by using a genetic algorithm as an optimization method, efficient antenna optimum design is possible even when the number of shape parameters is large. Furthermore, since the antenna obtained by the antenna optimum design method described in this embodiment has excellent directivity and reflection characteristics in a wide band, it is possible to realize a good communication state in a wide band by providing the antenna in an information communication device. it can.

本実施例では、最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いた場合について説明したが、本アンテナ最適設計方法では、遺伝的アルゴリズム以外に勾配法、最急降下法、ニュートン法、実験計画法、シミュレーテッド・アニーリングなど様々な最適化手法を使用することが可能であり、設計対象に応じて適切に定めることができる。
また、本実施例で説明したアンテナ最適設計方法は、当該方法をコンピュータに実行させるプログラムによって、パーソナルコンピュータやワークステーション等によって実現することができる。この場合、コンピュータに当該方法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。
In this embodiment, the case of using a genetic algorithm as an optimization method has been described. However, in this antenna optimal design method, in addition to the genetic algorithm, the gradient method, steepest descent method, Newton method, experimental design method, simulated Various optimization methods such as annealing can be used, and can be determined appropriately according to the design object.
In addition, the antenna optimum design method described in the present embodiment can be realized by a personal computer, a workstation, or the like by a program that causes a computer to execute the method. In this case, a program capable of causing the computer to execute the method is a computer-readable recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memory, etc. Can be stored and distributed.

[実施例3]
図10は、実施例2で説明したアンテナの第1素子60、第2素子61、誘電体部材65の表面形状を滑らかにしたアンテナの形状を示す図である。図10に示すアンテナのように、最適化されたアンテナの表面形状の角を丸くして滑らかにした場合であっても、同等の特性改善効果を得ることが可能であり、反射特性と指向性の周波数依存性の両特性が優れたアンテナを得ることができる。
また、本実施例で説明したアンテナは、広帯域で指向性および反射特性が優れているため、該アンテナを情報通信機器に備えることにより広帯域で良好な通信状態を実現できる。
[Example 3]
FIG. 10 is a diagram illustrating the shape of the antenna in which the first element 60, the second element 61, and the dielectric member 65 of the antenna described in the second embodiment are smoothed. Even when the surface shape of the optimized antenna is rounded and smoothed as in the antenna shown in FIG. 10, it is possible to obtain the same characteristic improvement effect, and the reflection characteristics and directivity. It is possible to obtain an antenna excellent in both frequency dependency characteristics.
In addition, since the antenna described in this embodiment is excellent in directivity and reflection characteristics in a wide band, a good communication state in a wide band can be realized by providing the antenna in an information communication device.

[実施例4]
図11は、上記実施例1〜2で説明したような本発明のアンテナ70を備える情報機器71の一例を示す図である。図11の情報機器71は、持ち運び可能なノート型パーソナルコンピュータ(PC)であり、本発明のアンテナ70を有する無線装置72が情報機器71のいずれかの場所に設けられたスロット73に挿入されている。また、情報機器71は、例えば、デスクトップ型PC並びにパーソナルデジタルアシスタント(PDA)及び携帯電話など移動体通信機器といった情報機器であっても良く、無線装置72及びアンテナ70は、情報機器71に組み込まれても良い。情報機器71は、無線装置72により無線でインターネット及びイントラネットなどのネットワークへ接続され、同様にネットワークへ接続された他の機器との間で情報の送受信を行うことができる。あるいは、情報機器71は、ネットワークを介さずに直接的に他の機器と情報の送受信をおこなっても良い。他の機器との間で送受信される情報は、無線装置72に設けられたアンテナ70により電磁波信号の形で送受信される。
本発明のアンテナは、反射特性および指向性の周波数依存性が広帯域で優れているので、広帯域無線通信システムで使用可能であり、更に、非常に広い帯域での周波数ホッピングが要求されるようなシステムにおいて、使用されるそれぞれの周波数での通信品質を維持することができる点で有利である。
[Example 4]
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an information device 71 including the antenna 70 of the present invention as described in the first and second embodiments. An information device 71 in FIG. 11 is a portable notebook personal computer (PC), and a wireless device 72 having an antenna 70 of the present invention is inserted into a slot 73 provided at any location of the information device 71. Yes. The information device 71 may be an information device such as a desktop PC, a personal digital assistant (PDA), and a mobile communication device such as a mobile phone. The wireless device 72 and the antenna 70 are incorporated in the information device 71. May be. The information device 71 is wirelessly connected to a network such as the Internet and an intranet by the wireless device 72, and can transmit and receive information to and from other devices connected to the network. Alternatively, the information device 71 may directly transmit / receive information to / from other devices without using a network. Information transmitted / received to / from other devices is transmitted / received in the form of an electromagnetic wave signal by an antenna 70 provided in the wireless device 72.
The antenna of the present invention is excellent in reflection characteristics and directivity frequency dependence in a wide band, so that it can be used in a broadband wireless communication system, and furthermore, a system that requires frequency hopping in a very wide band. Is advantageous in that the communication quality at each frequency used can be maintained.

第1実施例に係るアンテナ最適設計方法の初期モデルを示す図。The figure which shows the initial model of the antenna optimal design method which concerns on 1st Example. 第1実施例に係るアンテナ最適設計方法の評価関数の処理フロー図。The processing flow figure of the evaluation function of the antenna optimum design method concerning the 1st example. 第1実施例に係るアンテナの構成図。The block diagram of the antenna which concerns on 1st Example. 従来のバイコニカルアンテナの断面図。Sectional drawing of the conventional biconical antenna. 第1実施例に係るアンテナ最適設計方法により得られたアンテナの指向性を示した図。The figure which showed the directivity of the antenna obtained by the antenna optimal design method based on 1st Example. 第1実施例に係るアンテナ最適設計方法により得られたアンテナの反射特性を示した図。The figure which showed the reflective characteristic of the antenna obtained by the antenna optimal design method based on 1st Example. 第2実施例に係るアンテナの構成図。The block diagram of the antenna which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係るアンテナ最適設計方法により得られたアンテナの指向性を示した図。The figure which showed the directivity of the antenna obtained by the antenna optimal design method based on 2nd Example. 第2実施例に係るアンテナ最適設計方法により得られたアンテナの反射特性を示した図。The figure which showed the reflective characteristic of the antenna obtained by the antenna optimal design method based on 2nd Example. 第3実施例に係るアンテナの構成図。The block diagram of the antenna which concerns on 3rd Example. 第4実施例に係る情報通信機器を示した図。The figure which showed the information communication apparatus which concerns on 4th Example. 従来のバイコニカルアンテナの概略図。Schematic of a conventional biconical antenna. 従来のディスコーンアンテナの概略図。Schematic of a conventional discone antenna. 従来のアンテナの構成図。The block diagram of the conventional antenna. 従来のアンテナの構成図。The block diagram of the conventional antenna. 従来のアンテナの構成図。The block diagram of the conventional antenna.

符号の説明Explanation of symbols

11…反射特性、12…涙滴形素子、12A…逆円錐形、12B…球面、40、60…第1素子、41、61…第2素子、42…同軸線路、43…信号線、45、65…誘電体部材、70…アンテナ、71…情報機器、72…無線装置、73…スロット、θ…観測角度、f…周波数、G(θ、f)…指向性(観測角度θ、周波数fにおける利得)、Gavg(θ)…平均指向性、V(f)…G(θ、f)のGavg(θ)からの分散、N…周波数分割数、f1…評価開始周波数、fN…評価終了周波数、M…観測角度分割数、θ1…評価開始角度、θM…評価終了角度、P…反射特性性能値、Score…評価値   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Reflection characteristic, 12 ... Teardrop-shaped element, 12A ... Reverse cone shape, 12B ... Spherical surface, 40, 60 ... First element, 41, 61 ... Second element, 42 ... Coaxial line, 43 ... Signal line, 45, 65 ... Dielectric member, 70 ... Antenna, 71 ... Information equipment, 72 ... Wireless device, 73 ... Slot, θ ... Observation angle, f ... Frequency, G (θ, f) ... Directionality (observation angle θ, frequency f Gain), Gavg (θ) ... average directivity, V (f) ... dispersion of G (θ, f) from Gavg (θ), N ... number of frequency divisions, f1 ... evaluation start frequency, fN ... evaluation end frequency, M: number of observation angle divisions, θ1: evaluation start angle, θM: evaluation end angle, P: reflection characteristic performance value, Score: evaluation value

Claims (14)

信号線に接続された回転体状の第1素子と、接地された回転体状の第2素子と、前記第1素子および前記第2素子の周囲に設けた回転体状の誘電体部材とを備え、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の回転中心軸が相互に一致するように構成されるアンテナの形状を最適化手法により設計するアンテナ最適設計方法であって、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の側面上に設定した複数の点座標をアンテナ形状パラメータとし、前記アンテナ形状パラメータを最適化手法により評価処理するための評価関数の処理工程として、複数の周波数によりアンテナ指向性を算出する指向性算出工程と、前記複数の周波数における各指向性の分散を算出する分散算出工程と、前記複数の周波数における各指向性の前記分散に基づいて評価値を算出する評価値算出工程と、を含み、前記指向性算出工程、分散算出工程、評価値算出工程を順に実行することにより得られた評価値に基づいて前記アンテナ形状パラメータを最適化することを特徴とするアンテナ最適設計方法。   A rotating body-shaped first element connected to the signal line; a grounded rotating body-shaped second element; and a rotating body-shaped dielectric member provided around the first element and the second element. An antenna optimum design method for designing the shape of an antenna configured so that rotation center axes of the first element, the second element, and the dielectric member coincide with each other by an optimization method, A plurality of point coordinates set on the side surfaces of one element, the second element, and the dielectric member are used as antenna shape parameters, and a plurality of evaluation function processing steps for evaluating the antenna shape parameters by an optimization method are used. A directivity calculating step of calculating antenna directivity from a plurality of frequencies; a dispersion calculating step of calculating dispersion of each directivity at the plurality of frequencies; and the dispersion of each directivity at the plurality of frequencies. An evaluation value calculation step for calculating an evaluation value, and the antenna shape parameter is optimized based on the evaluation value obtained by sequentially executing the directivity calculation step, the dispersion calculation step, and the evaluation value calculation step An antenna optimum design method characterized by the above. 前記アンテナ形状パラメータは、前記第1素子、前記第2素子、前記誘電体部材の少なくともいずれか一つの側面上に設定されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ最適設計方法。   The antenna optimum design method according to claim 1, wherein the antenna shape parameter is set on at least one side surface of the first element, the second element, and the dielectric member. 前記分散算出工程は、前記複数の周波数で算出した指向性の平均指向性である各観測角度における利得の平均値を算出し、前記複数の周波数で算出した各指向性について、前記平均指向性との利得の偏差の自乗平均値を分散として算出する工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ最適設計方法。   The dispersion calculating step calculates an average value of gain at each observation angle that is an average directivity of directivity calculated at the plurality of frequencies, and for each directivity calculated at the plurality of frequencies, the average directivity and The antenna optimum design method according to claim 1, wherein the method is a step of calculating a mean square value of gain deviations as a variance. 前記分散算出工程は、予め指向性を改善する目標となる目標指向性を設定しておき、前記複数の周波数で算出した各指向性について、前記目標指向性との利得の偏差の自乗平均値を分散として算出する工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ最適設計方法。   In the variance calculation step, target directivity that is a target for improving directivity is set in advance, and for each directivity calculated at the plurality of frequencies, a root mean square value of a deviation in gain from the target directivity is calculated. The antenna optimum design method according to claim 1, wherein the antenna optimum design method is a step of calculating as variance. 前記分散算出工程は、前記観測角度に応じて重み付けをして前記分散を算出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法。   5. The antenna optimum design method according to claim 1, wherein the dispersion calculation step calculates the dispersion by weighting according to the observation angle. 6. 前記分散算出工程は、予め定めた観測角度範囲内において前記分散を算出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法。   5. The antenna optimum design method according to claim 1, wherein the variance calculation step calculates the variance within a predetermined observation angle range. 6. 前記評価値算出工程は、前記複数の周波数で算出した各指向性に対する前記分散の平均値または合計値を評価値として算出する工程であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法。   The said evaluation value calculation process is a process of calculating the average value or the total value of the said dispersion | distribution with respect to each directivity calculated by the said some frequency as an evaluation value, The said any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. The antenna optimum design method described in 1. 前記アンテナの反射損失の周波数特性を算出する反射特性算出工程と、前記反射特性から反射特性性能値を算出する反射特性性能値算出工程と、前記反射特性性能値を利用して評価値を算出する第二評価値算出工程と、を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法。   A reflection characteristic calculation step of calculating a frequency characteristic of the reflection loss of the antenna, a reflection characteristic performance value calculation step of calculating a reflection characteristic performance value from the reflection characteristic, and an evaluation value is calculated using the reflection characteristic performance value The antenna optimal design method according to claim 1, further comprising a second evaluation value calculation step. 前記最適化手法は、遺伝的アルゴリズムであることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法。   The antenna optimization design method according to claim 1, wherein the optimization method is a genetic algorithm. 請求項1乃至9の何れか一項に記載のアンテナ最適設計方法をコンピュータに実行させるためのアンテナ最適設計プログラム。   An antenna optimum design program for causing a computer to execute the antenna optimum design method according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載のアンテナ最適設計プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする記録媒体。   A recording medium in which the antenna optimum design program according to claim 10 is recorded in a computer-readable format. 請求項1乃至9の何れか一項に記載されたアンテナ最適設計方法により設計されたことを特徴とするアンテナ。   An antenna, which is designed by the antenna optimum design method according to any one of claims 1 to 9. 請求項12に記載のアンテナにおいて、信号線に接続された前記第1素子の形状は、側面がテーパー状に広がる回転体形状であり、xを前記第1素子の回転体軸方向の位置座標、a、b、cを任意の定数としたとき、前記テーパーの形状が
a/(1+exp(bx+c))
で表され、接地された前記第2素子の形状は、xを前記第2素子の回転体軸方向の位置座標、m、nを任意の定数としたとき、側面の形状が楕円の式
n(1−(x/m)21/2
で表される回転体形状であり、前記誘電体部材が第1素子および第2素子の境界の周囲に形成されたそろばん珠状の膨らみを有する形状であることを特徴とするアンテナ。
The antenna according to claim 12, wherein the shape of the first element connected to the signal line is a rotating body shape whose side surface is tapered, and x is a position coordinate of the first element in the rotating body axis direction, When a, b, and c are arbitrary constants, the shape of the taper is a / (1 + exp (bx + c))
The shape of the second element, which is expressed by the following formula, is expressed by an equation n (where the shape of the side surface is an ellipse, where x is the position coordinate of the second element in the axis direction of the rotating body, and m and n are arbitrary constants. 1- (x / m) 2 ) 1/2
The antenna is characterized in that the dielectric member has a abacus-shaped bulge formed around the boundary between the first element and the second element.
請求項12に記載のアンテナを備えたことを特徴とする情報通信機器。   An information communication device comprising the antenna according to claim 12.
JP2007005218A 2007-01-12 2007-01-12 Antenna and information communication equipment Expired - Fee Related JP4771963B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007005218A JP4771963B2 (en) 2007-01-12 2007-01-12 Antenna and information communication equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007005218A JP4771963B2 (en) 2007-01-12 2007-01-12 Antenna and information communication equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008172641A true JP2008172641A (en) 2008-07-24
JP4771963B2 JP4771963B2 (en) 2011-09-14

Family

ID=39700293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007005218A Expired - Fee Related JP4771963B2 (en) 2007-01-12 2007-01-12 Antenna and information communication equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4771963B2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01310535A (en) * 1988-06-09 1989-12-14 Fuji Xerox Co Ltd Device for evaluating semiconductor ion implantation condition
JPH09320507A (en) * 1996-06-01 1997-12-12 Nissin Electric Co Ltd Ion implantation device
JP2002076747A (en) * 2000-09-05 2002-03-15 Atr Adaptive Communications Res Lab Control device and control method for array antenna
JP2003332814A (en) * 2002-03-07 2003-11-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for designing antenna
JP2006041634A (en) * 2004-07-22 2006-02-09 Ricoh Co Ltd Traveling wave antenna
JP2006054848A (en) * 2004-07-13 2006-02-23 Ricoh Co Ltd Antenna and information communication apparatus employing the same
JP2006253809A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Mitsubishi Electric Corp Antenna device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01310535A (en) * 1988-06-09 1989-12-14 Fuji Xerox Co Ltd Device for evaluating semiconductor ion implantation condition
JPH09320507A (en) * 1996-06-01 1997-12-12 Nissin Electric Co Ltd Ion implantation device
JP2002076747A (en) * 2000-09-05 2002-03-15 Atr Adaptive Communications Res Lab Control device and control method for array antenna
JP2003332814A (en) * 2002-03-07 2003-11-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for designing antenna
JP2006054848A (en) * 2004-07-13 2006-02-23 Ricoh Co Ltd Antenna and information communication apparatus employing the same
JP2006041634A (en) * 2004-07-22 2006-02-09 Ricoh Co Ltd Traveling wave antenna
JP2006253809A (en) * 2005-03-08 2006-09-21 Mitsubishi Electric Corp Antenna device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4771963B2 (en) 2011-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4475583B2 (en) Discone antenna and information communication equipment using the discone antenna
JP4499676B2 (en) Broadband antenna device
Khan et al. Circular fractal monopole antenna for low VSWR UWB applications
JP2005094437A (en) Antenna for uwb
US8686916B2 (en) Loop antenna
JPWO2007091578A1 (en) ANTENNA DEVICE AND COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME
Li et al. Coplanar waveguide‐fed Koch‐like sided Sierpinski hexagonal carpet multifractal monopole antenna
CN115329680B (en) Optimization method and system for lens in Vivaldi antenna and related equipment
Tubbal et al. S-band Planar Antennas for a CubeSat
JP4759347B2 (en) Antenna design method, antenna design program, and recording medium
JP4771963B2 (en) Antenna and information communication equipment
JP2005295390A (en) Antenna device
JP4884028B2 (en) Broadband antenna
Pradhan et al. Designing and optimizing a mutually coupled planar array antenna using PSO for UHF application
JP4655095B2 (en) Antenna device
JP4472648B2 (en) Beam radiation direction variable antenna
JP2018067860A (en) antenna
TWI476987B (en) Evolutionary Design Method of Circular Polarization Slot Antenna
JP2005269626A (en) Antenna
JP4283862B2 (en) Antenna device
JP4587841B2 (en) Optimal antenna design method, program, and rod-type antenna
Mitera et al. Low-VSWR Ultra Wideband Monopole Antenna Possessing Optimized Ground-Plane Contours
Keshmiri et al. Design of a UWB antenna with stabilized radiation pattern
Gupta et al. Modeling and Performance Optimization of a Compact Three‐Petalled Flower‐Like Microstrip Patch Antenna for IoT Applications
JP4205001B2 (en) antenna

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110412

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110607

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110621

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140701

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees