JP2008241488A - Device, method and program for displaying antenna characteristics - Google Patents

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JP2008241488A JP2007083238A JP2007083238A JP2008241488A JP 2008241488 A JP2008241488 A JP 2008241488A JP 2007083238 A JP2007083238 A JP 2007083238A JP 2007083238 A JP2007083238 A JP 2007083238A JP 2008241488 A JP2008241488 A JP 2008241488A
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Kiyouichi Iigusa
恭一 飯草
Shuzo Kato
修三 加藤
Hiroshi Harada
博司 原田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide new technology capable of quickly and simply finding optimum control conditions of a variable directional antenna having a variable reactor mounted. <P>SOLUTION: A mathematical model of a structure with a variable reactor eliminated from an antenna having the variable reactor mounted is subjected to analysis by means of an analytical method to calculate a structural parameter independent of a reactance value of the variable reactor exhibiting antenna characteristics. While the reactance value of the variable reactor is sequentially set in a range of specified values, the calculated structural parameter and the set reactance value are substituted into a defined computing equation, thereby calculating the antenna characteristics depending on the reactance value of the variable reactor. When the antenna characteristics are thus evaluated, graphic data such as contour display having a characteristic value of the antenna characteristics as a coordinate axis indicating height are created on a coordinate plane where the reactance values of the two reactors extend and displayed on a display. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置およびその方法と、そのアンテナ特性表示装置の実現に用いられるアンテナ特性表示プログラムとに関する。   The present invention relates to an antenna characteristic display apparatus and method for obtaining and displaying characteristics of an antenna loaded with a variable reactor, and an antenna characteristic display program used for realizing the antenna characteristic display apparatus.

可変リアクタを装荷して、そのリアクタンス値を変えることで指向性を可変とするアンテナ(例えばエスパアンテナ)の検討が進められている。   Investigation of an antenna (for example, ESPAR antenna) whose variable directivity is variable by loading a variable reactor and changing its reactance value is underway.

このようなアンテナを設計する場合、可変リアクタのリアクタンス値を変えると、どのようなアンテナ特性を示すことになるのかということを把握する必要がある。   When designing such an antenna, it is necessary to know what antenna characteristics will be exhibited if the reactance value of the variable reactor is changed.

アンテナの特性については、モーメント法などの解析法を用いてシミュレートすることが一般的に行われている。モーメント法でアンテナの特性をシミュレートする場合、アンテナを要素(メッシュ)に分割して、周波数領域で定義される連立一次方程式を解くことで、各要素に流れる電流をシミュレートすることになる。なお、モーメント法については、下記の非特許文献1などに記載されている。   The antenna characteristics are generally simulated using an analysis method such as the moment method. When simulating antenna characteristics by the method of moments, the current flowing through each element is simulated by dividing the antenna into elements (mesh) and solving simultaneous linear equations defined in the frequency domain. The moment method is described in Non-Patent Document 1 below.

このように、モーメント法などの解析法を用いてアンテナの特性をシミュレートする場合には、シミュレート対象となるアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することになる。このとき、リアクタを装荷したアンテナの特性をシミュレートする場合には、そのリアクタをアンテナの一部として数学的モデルを構築してシミュレートを行うことになる。   In this way, when simulating antenna characteristics using an analysis method such as the method of moments, a mathematical model of the antenna to be simulated is constructed and the analysis method is applied to it. . At this time, when simulating the characteristics of the antenna loaded with the reactor, the simulation is performed by constructing a mathematical model with the reactor as a part of the antenna.

これから、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性をシミュレートする場合には、可変リアクタをアンテナの一部として計算することになるので、可変リアクタのリアクタンス値を変えた場合のアンテナ特性を求める必要がある場合には、可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えて、その都度、数学的モデルを作り直して解析法を適用することになる。   From now on, when simulating the antenna characteristics of a variable directivity antenna loaded with a variable reactor, the variable reactor is calculated as part of the antenna, so the antenna characteristics when the reactance value of the variable reactor is changed If the reactance value of the variable reactor is variously changed, the mathematical model is recreated each time and the analysis method is applied.

すなわち、先ず最初に、あるリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求め、次に、別のリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求め、続いて、さらに別のリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求めるという処理を繰り返していくことになる。
H.N.Wang, J.H.Richmond and M.C.Gilreath: "Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from cond-ucting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION vol.AP-23 1975
That is, first, assuming a certain reactance value, a mathematical model of the antenna is constructed, and an analysis method is applied to it to obtain antenna characteristics such as directivity at the reactance value. By constructing a mathematical model of the antenna assuming another reactance value and applying an analysis method to it, the antenna characteristics such as directivity at the reactance value are obtained. By assuming a reactance value and constructing a mathematical model of the antenna and applying an analysis method thereto, the process of obtaining antenna characteristics such as directivity at the reactance value is repeated.
HNWang, JHRichmond and MCGilreath: "Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from cond-ucting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION vol.AP-23 1975

このように、従来技術に従っていると、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性をモーメント法などの解析法を用いてシミュレートする場合、可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えて、その都度、数学的モデルを作り直して解析法を適用することになることから、膨大な計算量が必要になるという問題がある。   Thus, according to the prior art, when simulating the antenna characteristics of a variable directional antenna loaded with a variable reactor using an analysis method such as the moment method, the reactance value of the variable reactor is changed in various ways. Each time a mathematical model is re-created and the analysis method is applied, there is a problem that an enormous amount of calculation is required.

これから、従来技術に従っていると、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性を迅速に求めることができないという問題がある。   Thus, according to the prior art, there is a problem that the antenna characteristics indicated by the variable directivity antenna loaded with the variable reactor cannot be obtained quickly.

一方、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナでは、実現可能な状態が未知で、かつ、リアクタンス値との関係が非線形であることから、最適な制御状態を簡単に見つけ出すことが容易にはできないという問題もある。   On the other hand, with a variable directivity antenna loaded with a variable reactor, the realizable state is unknown and the relationship with the reactance value is non-linear, so it is not easy to find the optimal control state easily. There is also a problem.

この後者の問題を解決する方法として、最急勾配法を用いるという方法もある。しかしながら、最急勾配法は初期値によって収束状態が変わるという問題があるため、盲目的に最急勾配法を用いると、ローカルな最適状態に陥る可能性があるという問題がある。   As a method for solving the latter problem, there is a method of using the steepest gradient method. However, since the steepest gradient method has a problem that the convergence state changes depending on the initial value, there is a problem that if the steepest gradient method is used blindly, it may fall into a local optimum state.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようにする新たな技術の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a new technique that makes it possible to quickly and easily find the optimum control state of a variable directional antenna loaded with a variable reactor. .

この目的を達成するために、本発明のアンテナ特性表示装置は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めて表示する処理を行うものであって、(1)処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第1の算出手段と、(2)可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、(3)第1の算出手段の算出した構造パラメータと、設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第2の算出手段と、(4)可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、第2の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段とを備えるように構成する。   In order to achieve this object, the antenna characteristic display device of the present invention performs processing for obtaining and displaying the characteristics of an antenna loaded with a variable reactor, and (1) mathematics of the structure of the antenna to be processed. A first calculation means for calculating a structural parameter independent of the value of the variable reactor, which is a characteristic of the antenna, by performing analysis on the dynamic model using a prescribed analysis method; and (2) the variable reactor A setting means for sequentially setting values within a range of specified values; and (3) a structural parameter calculated by the first calculating means and a variable reactor value set by the setting means as inputs, according to a specified calculation formula A second calculating means for calculating antenna characteristics depending on the value of the variable reactor; and (4) a variable reactor set by the setting means by assigning different coordinates to each of the variable reactors. Is provided with display means for generating drawing data in which the antenna characteristic value calculated by the second calculation means is a coordinate value different from those coordinates, and displaying on the display. Constitute.

この構成を採るときにあって、第1の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することがある。   When adopting this configuration, the first calculation means has a unit current in only one port between the power supply port and the variable reactor port of the antenna to be processed, and all other ports. In some cases, an impedance indicating a voltage generated at each port and an equivalent steering vector indicating directivity are calculated as structural parameters when the is open.

また、第1の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することがある。   In addition, the first calculation means is for when there is a unit voltage in only one port and all other ports are short-circuited between the power supply port and the variable reactor port of the antenna to be processed. In some cases, an admittance indicating a current flowing through each port and an equivalent steering vector indicating directivity are calculated as structural parameters.

また、表示手段は、第2の算出手段の算出したアンテナ特性値を等高線表示する図面データを生成して、ディスプレイに表示することがある。   In addition, the display unit may generate drawing data for contour display of the antenna characteristic value calculated by the second calculation unit and display the drawing data on the display.

以上の各処理手段はコンピュータプログラムでも実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、適当なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供されたり、ネットワークを介して提供され、本発明を実施する際にインストールされてCPUなどの制御手段上で動作することにより本発明を実現することになる。   Each of the above processing means can also be realized by a computer program. This computer program is provided by being recorded on an appropriate computer-readable recording medium or provided via a network, and is used when implementing the present invention. The present invention is realized by being installed and operating on a control means such as a CPU.

可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求める場合、可変リアクタを除いたアンテナ部分は変化しないので一定のパラメータ(本発明では構造パラメータと称している)で表すことができる。   When obtaining the characteristics of an antenna loaded with a variable reactor, the antenna portion excluding the variable reactor does not change and can be expressed by a constant parameter (referred to as a structural parameter in the present invention).

この点に着目して、本発明者らは、下記の参考文献で、
(i)可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポ ート間について、1つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放 しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す 等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出したり
(ii)可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポ ート間について、1つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡 しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す 等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出する
という発明を開示した。
Focusing on this point, the present inventors have the following references:
(I) For each port between the power supply port of an antenna loaded with a variable reactor and the port of the variable reactor port, each port has a unit current and all other ports are open. (Ii) One impedance between the port of the feed port and the variable reactor port of the antenna loaded with the variable reactor is calculated as a structural parameter. An invention is disclosed in which an admittance indicating the current flowing through each port and an equivalent steering vector indicating directivity are calculated as structural parameters when only the port has a unit voltage and all other ports are short-circuited. .

〔参考文献〕飯草,大平,小宮山,"エスパアンテナの等価ステアリングベクトルモデル と構造パラメータ抽出法," 信学論(B-II), vol.J88-B, no.1, pp.291-3 09, Jan.2005.
この構造パラメータを用いると、その都度解析しなくても、この構造パラメータと可変リアクタのリアクタンス値とを代入する算出式(参考文献に記載する等価ステアリングベクトルモデル)に従って、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めることができるようになる。
[References] Iigusa, Ohira, Komiyama, “Espa antenna equivalent steering vector model and structural parameter extraction method,” IEICE theory (B-II), vol.J88-B, no.1, pp.291-3 09, Jan. 2005.
If this structural parameter is used, the analysis of the antenna loaded with the variable reactor is performed according to a calculation formula (equivalent steering vector model described in the reference) that substitutes the structural parameter and the reactance value of the variable reactor without analysis each time. Characteristics can be obtained.

これから、本発明のアンテナ特性表示装置では、可変リアクタを装荷したアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するようにして、可変リアクタのリアクタンス値を規定の値の範囲内で順次設定しながら、その算出した構造パラメータとその設定したリアクタンス値とを規定の算出式に代入することで、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するように処理する。   From now on, in the antenna characteristic display device of the present invention, by analyzing the mathematical model of the structure excluding the variable reactor of the antenna loaded with the variable reactor using the specified analysis method, The structure parameter that does not depend on the reactance value of a certain variable reactor is calculated, and the calculated structure parameter and the set reactance value are specified while sequentially setting the reactance value of the variable reactor within the range of the specified value. By substituting into the calculation formula, the antenna characteristic depending on the reactance value of the variable reactor is calculated.

そして、本発明のアンテナ特性表示装置では、このようにして可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えることで可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めると、例えば、可変リアクタ1のリアクタンス値1と可変リアクタ2のリアクタンス値2の張る座標面に対して、アンテナ特性の特性値を高さを表す座標軸とする等高線表示などの図面データを生成して、ディスプレイに表示するように処理する。   In the antenna characteristic display device of the present invention, when the characteristic of the antenna loaded with the variable reactor is obtained by changing the reactance value of the variable reactor in this way, for example, the reactance value 1 of the variable reactor 1 and the variable reactor 1 Drawing data such as contour display using the characteristic value of the antenna characteristic as the coordinate axis representing the height is generated on the coordinate plane stretched by the reactance value 2 of 2 and processed so as to be displayed on the display.

この構成に従って、本発明のアンテナ特性表示装置によれば、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。   According to this configuration, according to the antenna characteristic display device of the present invention, the designer of the variable directivity antenna can quickly and easily find the optimum control state of the variable directivity antenna.

本発明では、可変リアクタを除いたアンテナ部分の特性を構造パラメータとして独立に解析するとともに、その構造パラメータと可変リアクタのリアクタンス値とに基づいて、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの特性を算出することで、可変指向性アンテナの特性を迅速に算出できるようにするとともに、そのアンテナ特性を図式的に表示することで、そのアンテナ特性がどのようなものであるのかを分かり易い形で提示できるようにすることから、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。   In the present invention, the characteristics of the antenna portion excluding the variable reactor are independently analyzed as structural parameters, and the characteristics of the variable directional antenna loaded with the variable reactor are calculated based on the structural parameters and the reactance values of the variable reactor. As a result, the characteristics of the variable directional antenna can be calculated quickly, and the antenna characteristics can be presented in a form that is easy to understand by graphically displaying the antenna characteristics. Thus, the designer of the variable directional antenna can quickly and easily find the optimal control state of the variable directional antenna.

以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.

図1に、本発明を具備するアンテナ特性表示装置1の一実施形態例を図示する。   FIG. 1 illustrates an embodiment of an antenna characteristic display device 1 having the present invention.

本発明のアンテナ特性表示装置1は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めてディスプレイ2に表示する処理を行うものであって、この処理を行うために、シミュレータ10と、リアクタンス値設定部11と、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12と、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13と、アンテナ特性図面データ生成部14とを備える。   The antenna characteristic display device 1 of the present invention performs a process of obtaining the characteristic of an antenna loaded with a variable reactor and displaying the characteristic on the display 2. In order to perform this process, a simulator 10 and a reactance value setting unit 11 are provided. A reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12, a reactance value-dependent antenna characteristic storage unit 13, and an antenna characteristic drawing data generation unit 14.

シミュレータ10は、シミュレート対象となる可変リアクタを装荷したアンテナの構造情報を格納対象として、そのアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルを格納するアンテナ構造情報格納部100と、アンテナ構造情報格納部100からシミュレート対象となるアンテナの数学的モデルを読み出すアンテナ構造情報読出部101と、アンテナ構造情報読出部101の読み出した数学的モデルに対してモーメント法や有限要素法やFDTD法(Finite Difference Time Domain Method)等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、シミュレート対象となるアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するアンテナ特性算出部102とを備える。   The simulator 10 stores antenna structure information storage unit 100 that stores the structural information of the antenna loaded with the variable reactor to be simulated, and stores a mathematical model of the structure excluding the variable reactor of the antenna, and antenna structure information. An antenna structure information reading unit 101 that reads a mathematical model of an antenna to be simulated from the storage unit 100, and a moment method, a finite element method, an FDTD method (Finite method) for the mathematical model read by the antenna structure information reading unit 101 An antenna characteristic calculation unit 102 that calculates a structural parameter that does not depend on the reactance value of the variable reactor that is the characteristic of the antenna to be simulated by performing simulation using an analysis method such as Difference Time Domain Method) .

このとき、アンテナ特性算出部102は、構造パラメータとして、前述の参考文献に記載するインピーダンス(あるいはアドミッタンス)と等価ステアリングベクトルとを算出する。   At this time, the antenna characteristic calculation unit 102 calculates the impedance (or admittance) and the equivalent steering vector described in the above-mentioned reference as structural parameters.

すなわち、アンテナ特性算出部102は、(i)可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出したり、(ii)可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出するのである。   That is, the antenna characteristic calculation unit 102 (i) between the power supply port and the variable reactor port of the antenna loaded with the variable reactor, there is a unit current in only one port, and all the other ports are open. When calculating the structure parameters, the impedance indicating the voltage generated at each port and the equivalent steering vector indicating directivity are used as structural parameters, or (ii) between the feed port and variable reactor port of the antenna loaded with the variable reactor. Between ports, when only one port has a unit voltage and all other ports are short-circuited, admittance indicating the current flowing through each port and equivalent steering vector indicating directivity are calculated as structural parameters. To do.

リアクタンス値設定部11は、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12から設定要求に応じて、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタのリアクタンス値をそのリアクタンス値のとりうる値の範囲内で設定して、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12に渡す。ここで、リアクタンス値のとりうる値の範囲については、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って設定することになる。   The reactance value setting unit 11 sets the reactance value of the variable reactor of the antenna to be simulated within a range of values that the reactance value can take in response to a setting request from the reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12. , The reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 is passed. Here, the range of values that the reactance value can take is set according to an instruction from the designer of the variable directivity antenna.

リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、シミュレータ10の算出した構造パラメータと、リアクタンス値設定部11の設定した可変リアクタのリアクタンス値とを入力として、前述の参考文献に記載する等価ステアリングベクトルモデルに従って、処理対象となるアンテナ(可変リアクタを装荷したアンテナ)のリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出する。   The reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12 receives the structural parameter calculated by the simulator 10 and the reactance value of the variable reactor set by the reactance value setting unit 11 as input, according to the equivalent steering vector model described in the above-mentioned reference document. The antenna characteristic depending on the reactance value of the antenna to be processed (the antenna loaded with the variable reactor) is calculated.

このとき算出するアンテナ特性には、等価ステアリングベクトルモデルから直接的に算出されるアンテナ特性の他に、その直接的に算出されるアンテナ特性から導出されるアンテナ特性(例えば、角度に依存するアンテナ特性の場合、その最大値がどのような値であるのかといったようなアンテナ特性)があり、これから、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、等価ステアリングベクトルモデルから直接的に算出されるアンテナ特性を算出する一次アンテナ特性算出部120と、一次アンテナ特性算出部120の算出したアンテナ特性から導出されるアンテナ特性を算出する二次アンテナ特性算出部121とを備える。   The antenna characteristics calculated at this time include, in addition to the antenna characteristics directly calculated from the equivalent steering vector model, the antenna characteristics derived from the directly calculated antenna characteristics (for example, the antenna characteristics depending on the angle) In this case, there is an antenna characteristic such as what the maximum value is), and from this, the reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12 calculates the antenna characteristic calculated directly from the equivalent steering vector model A primary antenna characteristic calculation unit 120, and a secondary antenna characteristic calculation unit 121 that calculates an antenna characteristic derived from the antenna characteristic calculated by the primary antenna characteristic calculation unit 120.

リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13は、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12の算出したリアクタンス値に依存するアンテナ特性を、そのリアクタンス値と対応をとりつつ記憶する。   The reactance value-dependent antenna characteristic storage unit 13 stores the antenna characteristic depending on the reactance value calculated by the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 in correspondence with the reactance value.

アンテナ特性図面データ生成部14は、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13に格納されるアンテナ特性を図式的に示す図面データ(例えばアンテナ特性を等高線表示する図面データ)を生成してディスプレイ2に表示する。   The antenna characteristic drawing data generation unit 14 generates drawing data (for example, drawing data for displaying the antenna characteristic in a contour line) schematically showing the antenna characteristic stored in the reactance value dependent antenna characteristic storage unit 13 and displays it on the display 2. .

図2に、シミュレータ10の実行するフローチャートの一例を図示し、図3および図4に、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12の実行するフローチャートの一例を図示し、図5に、アンテナ特性図面データ生成部14の実行するフローチャートの一例を図示する。   FIG. 2 shows an example of a flowchart executed by the simulator 10, FIGS. 3 and 4 show an example of a flowchart executed by the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12, and FIG. 5 shows generation of antenna characteristic drawing data. An example of the flowchart which the part 14 performs is illustrated.

次に、これらのフローチャートに従って、図1のように構成される本発明のアンテナ特性表示装置1の実行する処理について説明する。   Next, processing executed by the antenna characteristic display device 1 of the present invention configured as shown in FIG. 1 will be described according to these flowcharts.

本発明のアンテナ特性表示装置1では、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めてディスプレイ2に表示する処理を行う場合、シミュレータ10を起動する。   In the antenna characteristic display device 1 of the present invention, the simulator 10 is activated when processing for obtaining the characteristic of the antenna loaded with the variable reactor and displaying it on the display 2 is performed.

シミュレータ10は、起動されると、図2のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップS100で、シミュレート対象となる可変リアクタを装荷したアンテナについて、可変リアクタを除いた構造の数学的モデルを作成する。   When the simulator 10 is activated, as shown in the flowchart of FIG. 2, first, in step S100, a mathematical model of a structure excluding the variable reactor is obtained for the antenna loaded with the variable reactor to be simulated. create.

続いて、ステップS101で、作成した数学的モデルに対してモーメント法や有限要素法やFDTD法等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、可変リアクタのリアクタンス値に依存しないアンテナ特性である構造パラメータを算出する。すなわち、前述したインピーダンスあるいはアドミッタンスと、等価ステアリングベクトルとを算出するのである。   Subsequently, in step S101, the created mathematical model is simulated using an analysis method such as the moment method, the finite element method, or the FDTD method, so that the antenna characteristic does not depend on the reactance value of the variable reactor. Calculate structural parameters. That is, the aforementioned impedance or admittance and equivalent steering vector are calculated.

続いて、ステップS102で、算出した構造パラメータを指定して、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12を呼び出して、処理を終了する。   Subsequently, in step S102, the calculated structural parameter is designated, the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 is called, and the process is terminated.

次に、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12の実行する処理について説明する。   Next, processing executed by the reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12 will be described.

このようにして呼び出されると、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、図3のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップS200で、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタを1つ選択する。   When called in this way, the reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12 first selects one variable reactor possessed by the antenna to be simulated in step S200, as shown in the flowchart of FIG. .

続いて、ステップS201で、リアクタンス値設定部11に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、選択した可変リアクタのリアクタンス値を設定する。この時点では、リアクタンス値の初期値を設定することになる。   Subsequently, in step S201, a reactance value setting request is issued to the reactance value setting unit 11 to set the reactance value of the selected variable reactor. At this time, the initial value of the reactance value is set.

続いて、ステップS202で、リアクタンス値設定部11に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、シミュレート対象となるアンテナの持つ残りの可変リアクタのリアクタンス値を設定する。   Subsequently, in step S202, a reactance value setting request is issued to the reactance value setting unit 11, thereby setting the reactance values of the remaining variable reactors of the antenna to be simulated.

続いて、ステップS203で、設定した可変リアクタのリアクタンス値と、シミュレータ10から指定された構造パラメータと、等価ステアリングベクトルモデル(リアクタンス依存のアンテナ特性を算出する算出式)とに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するとともに、それから導出されるアンテナ特性がある場合には、そのアンテナ特性を算出して、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13に保存する。   Subsequently, in step S203, based on the set reactance value of the variable reactor, the structural parameter designated by the simulator 10, and the equivalent steering vector model (the calculation formula for calculating the reactance-dependent antenna characteristic), The antenna characteristic depending on the reactance value is calculated, and if there is an antenna characteristic derived therefrom, the antenna characteristic is calculated and stored in the reactance value dependent antenna characteristic storage unit 13.

続いて、ステップS204で、ステップS202において全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップS202の処理に戻る。   Subsequently, in step S204, it is determined whether or not all reactance values have been set in step S202, and when it is determined that all reactance values have not been set, the process returns to step S202.

一方、ステップS204の判断処理に従って、ステップS202において全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップS205に進んで、ステップS201において全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップS201の処理に戻る。   On the other hand, when it is determined in step S202 that the setting of all reactance values has been completed according to the determination process in step S204, the process proceeds to step S205, and it is determined whether or not setting of all reactance values has been completed in step S201. When it is determined that the setting of all reactance values has not been completed, the process returns to step S201.

一方、ステップS205の判断処理に従って、ステップS201において全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップS206に進んで、ステップS200において全可変リアクタの選択を終了したのか否かを判断する。   On the other hand, when it is determined in step S201 that the setting of all reactance values has been completed according to the determination process in step S205, the process proceeds to step S206, and it is determined in step S200 whether selection of all variable reactors has been completed.

このステップS206の判断処理に従って、ステップS200において全可変リアクタの選択を終了していないことを判断するときには、ステップS200の処理に戻り、全可変リアクタの選択を終了したことを判断するときには、ステップS207に進んで、アンテナ特性図面データ生成部14を呼び出して、処理を終了する。   According to the determination process of step S206, when it is determined in step S200 that selection of all variable reactors has not been completed, the process returns to step S200, and when it is determined that selection of all variable reactors has been completed, step S207 is performed. Then, the antenna characteristic drawing data generation unit 14 is called to finish the process.

ここで、この図3のフローチャートでは、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、全ての可変リアクタについて全てのリアクタンス値(とりうる値の範囲内でのリアクタンス値)の組み合わせを設定してアンテナ特性を算出するという構成を採ったが、2つの可変リアクタを選択して、その選択した2つの可変リアクタについて全てのリアクタンス値(とりうる値の範囲内でのリアクタンス値)の組み合わせを設定するとともに、残りの可変リアクタのリアクタンス値については固定の値に設定してアンテナ特性を算出するという構成を採るようにしてもよい。   Here, in the flowchart of FIG. 3, the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 sets the combination of all reactance values (reactance values within a range of possible values) for all variable reactors to set the antenna characteristics. Although the configuration of calculating was adopted, two variable reactors were selected, a combination of all reactance values (reactance values within a range of possible values) for the two selected variable reactors was set, and the remaining The reactance value of the variable reactor may be set to a fixed value and the antenna characteristics may be calculated.

図4に、そのような形態でアンテナ特性を算出する場合にリアクタンス値依存アンテナ特性算出部12が実行するフローチャートの一例を図示する。   FIG. 4 illustrates an example of a flowchart executed by the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 when calculating the antenna characteristic in such a form.

リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、図4のフローチャートを実行する場合には、先ず最初に、ステップS300で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、アンテナ特性の算出対象となる2つの可変リアクタXa,Xb を選択する。   When executing the flowchart of FIG. 4, the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 first, in step S300, in accordance with an instruction from the designer of the variable directivity antenna, Variable reactors Xa and Xb are selected.

続いて、ステップS301で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、その選択した2つの可変リアクタXa,Xb のとりうるリアクタンス値の範囲を設定する。   Subsequently, in step S301, in accordance with an instruction from the designer of the variable directivity antenna, a range of reactance values that can be taken by the selected two variable reactors Xa and Xb is set.

続いて、ステップS302で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、選択しなかった可変リアクタのリアクタンス値を設定する。   Subsequently, in step S302, in accordance with an instruction from the designer of the variable directivity antenna, the reactance value of the variable reactor not selected is set.

続いて、ステップS303で、リアクタンス値設定部11に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、設定したとりうるリアクタンス値の範囲内で、選択した一方の可変リアクタXa のリアクタンス値を設定する。この時点では、リアクタンス値の初期値を設定することになる。   Subsequently, in step S303, by issuing a reactance value setting request to the reactance value setting unit 11, the reactance value of the selected one of the variable reactors Xa is set within the range of the reactance values that can be set. . At this time, the initial value of the reactance value is set.

続いて、ステップS304で、リアクタンス値設定部11に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、設定したとりうるリアクタンス値の範囲内で、選択した他方の可変リアクタXb のリアクタンス値を設定する。   Subsequently, in step S304, by issuing a reactance value setting request to the reactance value setting unit 11, the reactance value of the other selected variable reactor Xb is set within a set range of reactance values. .

続いて、ステップS305で、設定した可変リアクタのリアクタンス値と、シミュレータ10から指定された構造パラメータと、等価ステアリングベクトルモデル(リアクタンス依存のアンテナ特性を算出する算出式)とに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するとともに、それから導出されるアンテナ特性がある場合には、そのアンテナ特性を算出して、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13に保存する。   Subsequently, in step S305, based on the set reactance value of the variable reactor, the structural parameter designated by the simulator 10, and the equivalent steering vector model (the calculation formula for calculating the reactance-dependent antenna characteristic), The antenna characteristic depending on the reactance value is calculated, and if there is an antenna characteristic derived therefrom, the antenna characteristic is calculated and stored in the reactance value dependent antenna characteristic storage unit 13.

続いて、ステップS306で、ステップS304において可変リアクタXb について全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップS304の処理に戻る。   Subsequently, in step S306, it is determined whether or not all reactance values have been set for the variable reactor Xb in step S304, and when it is determined that all reactance values have not been set, the processing in step S304 is performed. Return to.

一方、ステップS306の判断処理に従って、ステップS304において可変リアクタXb について全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップS307に進んで、ステップS303において可変リアクタXa について全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップS303の処理に戻る。   On the other hand, when it is determined in step S304 that the setting of all reactance values for the variable reactor Xb has been completed according to the determination process in step S306, the process proceeds to step S307, and the setting of all reactance values for the variable reactor Xa is completed in step S303. If it is determined whether or not the setting of all reactance values has not been completed, the process returns to step S303.

一方、ステップS307の判断処理に従って、ステップS303において可変リアクタXa について全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップS308に進んで、アンテナ特性図面データ生成部14を呼び出して、処理を終了する。   On the other hand, when it is determined in step S303 that the setting of all reactance values for the variable reactor Xa has been completed according to the determination process in step S307, the process proceeds to step S308 to call the antenna characteristic drawing data generation unit 14 and terminate the process. To do.

このようにして、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12は、図4のフローチャートに従う場合には、2つの可変リアクタを選択して、その選択した2つの可変リアクタについて全てのリアクタンス値(とりうる値の範囲内でのリアクタンス値)の組み合わせを設定するとともに、残りの可変リアクタのリアクタンス値については固定の値に設定してアンテナ特性を算出するように処理するのである。   In this way, when the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 follows the flowchart of FIG. 4, the reactance value-dependent antenna characteristic calculation unit 12 selects two variable reactors, and all the reactance values (values of possible values) for the two selected variable reactors. The combination of the reactance values within the range is set, and the reactance values of the remaining variable reactors are set to fixed values, and the antenna characteristics are calculated.

次に、アンテナ特性図面データ生成部14の実行する処理について説明する。   Next, processing executed by the antenna characteristic drawing data generation unit 14 will be described.

このようにして呼び出されると、アンテナ特性図面データ生成部14は、図5のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップS400で、シミュレート対象となるアンテナの持つ各可変リアクタに対して座標を割り当てる。   When called up in this way, the antenna characteristic drawing data generation unit 14 first sets the coordinates for each variable reactor of the antenna to be simulated in step S400, as shown in the flowchart of FIG. assign.

例えば、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタが2つである場合には、例えば、その一方に対してX軸を割り当て、他方に対してY軸を割り当てるのである。リアクタンス値依存アンテナ特性算出部12が図4のフローチャートを実行する場合には、例えば、可変リアクタXa に対してX軸を割り当て、可変リアクタXb に対してY軸を割り当てることになる。   For example, if the antenna to be simulated has two variable reactors, for example, the X axis is assigned to one of them and the Y axis is assigned to the other. When the reactance value dependent antenna characteristic calculation unit 12 executes the flowchart of FIG. 4, for example, the X axis is assigned to the variable reactor Xa and the Y axis is assigned to the variable reactor Xb.

続いて、ステップS401で、表示対象となるアンテナ特性に対して、未割り当ての座標を割り当てる。例えば、表示対象となるアンテナ特性に対して、未割り当ての座標であるZ軸を割り当てるのである。   Subsequently, in step S401, unassigned coordinates are assigned to the antenna characteristics to be displayed. For example, the Z axis, which is an unassigned coordinate, is assigned to the antenna characteristic to be displayed.

続いて、ステップS402で、リアクタンス値と対応をとりつつアンテナ特性値を保存するリアクタンス値依存アンテナ特性記憶部13から、リアクタンス値依存のアンテナ特性を読み出して、ステップS400,401で割り当てた座標を使い、可変リアクタのリアクタンス値とアンテナ特定値とをそれらの座標値とする図面データを生成する。   Subsequently, in step S402, the reactance value-dependent antenna characteristic storage unit 13 that stores the antenna characteristic value while corresponding to the reactance value is read out, and the reactance value-dependent antenna characteristic is read and the coordinates assigned in steps S400 and 401 are used. Then, drawing data having the reactance value of the variable reactor and the antenna specific value as the coordinate values is generated.

続いて、ステップS403で、生成した図面データをディスプレイ2に表示して、処理を終了する。   Subsequently, in step S403, the generated drawing data is displayed on the display 2, and the process is terminated.

このようにして、本発明のアンテナ特性表示装置1は、可変リアクタを装荷したアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルに対して、モーメント法や有限要素法やFDTD法等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するようにして、可変リアクタのリアクタンス値を規定の値の範囲内で順次設定しながら、その算出した構造パラメータとその設定したリアクタンス値と等価ステアリングベクトルモデルとに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出して、その算出したアンテナ特性を図式的に表示するように処理するのである。   As described above, the antenna characteristic display device 1 of the present invention uses an analysis method such as the moment method, the finite element method, or the FDTD method for the mathematical model of the structure excluding the variable reactor of the antenna loaded with the variable reactor. By using the simulation to calculate a structural parameter that does not depend on the reactance value of the variable reactor that is the characteristic of the antenna, while setting the reactance value of the variable reactor within the range of the specified value sequentially, Based on the calculated structural parameter, the set reactance value, and the equivalent steering vector model, the antenna characteristic depending on the reactance value of the variable reactor is calculated, and the calculated antenna characteristic is graphically displayed. To do.

次に、給電スロットの両脇に可変リアクタを装荷した2つのスロットを配置した平面型の可変指向性アンテナに対しての処理を具体例にして、本発明のアンテナ特性表示装置1の実行する処理について具体的に説明する。   Next, a process performed by the antenna characteristic display device 1 of the present invention will be described with a specific example of a process for a planar variable directional antenna in which two slots loaded with variable reactors are arranged on both sides of the power supply slot. Will be described in detail.

図6に、この具体的な処理で用いたスロットアレーアンテナの基本的な構造を図示する。   FIG. 6 shows the basic structure of the slot array antenna used in this specific processing.

このスロットアレーアンテナでは、スロットはプリント技術などにより加工する。後方への放射を抑えるために、背面に地板導体を設け、2つの平行平板の隙間からの放射を防ぐために、導体壁で囲みキャビティ構造とする。アンテナの素子間隔は4分の1波長、スロット長は0.45波長、給電点および可変リアクタ装荷点は各スロット中央とする。その他のパラメータについては図中に示す。可変リアクタとしてバラクタダイオードを用い、電気容量をDC電圧で制御する。スロットの両サイドは等しいDC電圧になるので、バラクタダイオードを接続してもDC電圧を与えることができない。そこで、バラクタダイオードを逆直列対にして接続する。   In this slot array antenna, the slot is processed by a printing technique or the like. In order to suppress the radiation to the rear, a ground plane conductor is provided on the back surface, and in order to prevent radiation from a gap between two parallel flat plates, a cavity structure is formed by surrounding with a conductor wall. The antenna element spacing is 1/4 wavelength, the slot length is 0.45 wavelength, and the feed point and variable reactor loading point are at the center of each slot. Other parameters are shown in the figure. A varactor diode is used as the variable reactor, and the electric capacity is controlled by a DC voltage. Since both sides of the slot have the same DC voltage, a DC voltage cannot be applied even if a varactor diode is connected. Therefore, varactor diodes are connected in anti-series pairs.

アンテナ特性はモーメント法を用いて解析することができるが、全てのリアクタンス値の組み合わせのアンテナ特性をモーメント法で計算することは非常に作業負荷が大きく非効率的である。   Although the antenna characteristics can be analyzed using the method of moments, calculating the antenna characteristics of all combinations of reactance values using the method of moments is very inefficient and inefficient.

そこで、本発明のアンテナ特性表示装置1では、アンテナ特性の持つリアクタンス値依存性については等価ステアリングベクトルモデルを用いて求めるようにしている。   Therefore, in the antenna characteristic display device 1 of the present invention, the reactance value dependency of the antenna characteristic is obtained using an equivalent steering vector model.

すなわち、構造パラメータであるポート間インピーダンスZnmと、等価ステアリングベクトルu(v) m (θ,φ)とについてはモーメント法を用いて求め、電界E(θ,φ)や動作利得Gw (θ,φ)や電圧定在波比vswrなどのアンテナ特性については、それらの構造パラメータを基に、次式(等価ステアリングベクトルモデル)にしたがって計算する。ただし、式中のθはZ軸からの角度、φはX軸からの角度、diagは対角行列を表している。 That is, the inter-port impedance Z nm and the equivalent steering vector u (v) m (θ, φ), which are structural parameters, are obtained using the moment method, and the electric field E (θ, φ) and the operating gain G w (θ , Φ) and voltage standing wave ratio vswr are calculated according to the following equation (equivalent steering vector model) based on their structural parameters. In the equation, θ represents an angle from the Z axis, φ represents an angle from the X axis, and diag represents a diagonal matrix.

Figure 2008241488
Figure 2008241488

ここで、X1,2 は2つの可変リアクタのリアクタンス値、vs は送信で考えた場合の給電開放電圧、Zs は給電線路の特性インピーダンス(実数)、vm はm番目のポートの電圧(m=0は給電ポートを表す)、Mは可変リアクタの数、Γは反射係数、Ga は絶対利得を表す。 Here, X 1, X 2 reactance values of the two variable reactors, v s is powered open circuit voltage when considered in transmission, Z s is the characteristic impedance (real) feed line, v m is the m-th port voltage (m = 0 represents a feeding port), M is the number of variable reactors, gamma is the reflection coefficient, G a represents an absolute gain.

リアクタンス値とアンテナ特性との関係は、式(2)に示されるように非線形である。さらに、実現できるアンテナ特性がリアクタンス値で制御できる状態に制限されており、その実現できるアンテナ制御状態が未知であるため、通常の方法で最適制御状態を求めることができない。前述したように、1つの方法として、最急勾配法が用いられているが、ローカルな最適状態に収束し、グローバルな最適値を見つけられない可能性がある。   The relationship between the reactance value and the antenna characteristic is non-linear as shown in Equation (2). Furthermore, since the antenna characteristics that can be realized are limited to a state that can be controlled by the reactance value, and the antenna control state that can be realized is unknown, the optimum control state cannot be obtained by a normal method. As described above, the steepest gradient method is used as one method, but it may converge to a local optimum state and a global optimum value may not be found.

そこで、本発明のアンテナ特性表示装置1では、リアクタンス値X1,2 の座標系にアンテナ特性を等高線で表示するようにすることで、アンテナの設計者が全体を見渡して最適な制御状態を見つけることができるようにする手法を用いる。 Therefore, in the antenna characteristic display device 1 of the present invention, the antenna designer displays the entire characteristic on the coordinate system of the reactance values X 1 and X 2 with contour lines, so that the antenna designer can see the entire control state. Use techniques that allow you to find them.

図7に、図6に示すアンテナのビーム走査面(導体板の法線とスロットの配列方向を含む面、E面)内の動作利得の最大値Gwmax、すなわち主ビームの動作利得のリアクタンス値依存性を図示し、図8に、その主ビームの方向θmax のリアクタンス値依存性を図示し、図9に、電圧定在波比vswrのリアクタンス値依存性を図示する。 7 shows the maximum value G wmax of the operating gain in the beam scanning plane (plane including the normal direction of the conductor plate and the slot arrangement direction, E plane) of the antenna shown in FIG. 6, that is, the reactance value of the operating gain of the main beam. FIG. 8 shows the dependence of the main beam direction θ max on the reactance value, and FIG. 9 shows the dependence of the voltage standing wave ratio vswr on the reactance value.

これらの等高線表示のアンテナ特性を見ることで、アンテナの設計者は、次のような情報を取得することができる。   By looking at the antenna characteristics of these contour lines, the antenna designer can acquire the following information.

すなわち、最大動作利得Gwmaxと電圧定在波比vswrのリアクタンス値依存性は良く似ていることから、動作利得の最大値は整合が支配的に決まると考えられる。また、主ビーム方向θmax がリアクタンス値によって変化することから、リアクタンス値によりビームを制御できることが分かる。また、主ビーム方向θmax がリアクタンス値により連続的に変化する領域が広がっているので、その領域を使えば、リアクタンス値の連続制御によって、ビームを走査できることが分かる。 That is, the reactance value dependency of the maximum operating gain Gwmax and the voltage standing wave ratio vswr is very similar, and therefore, it is considered that the matching of the maximum value of the operating gain is determined dominantly. Further, since the main beam direction θ max changes depending on the reactance value, it can be seen that the beam can be controlled by the reactance value. Further, since the region where the main beam direction θ max continuously changes depending on the reactance value is widened, it can be seen that if the region is used, the beam can be scanned by the continuous control of the reactance value.

一方、図8中に示すBoundary から、主ビーム方向θmax がリアクタンス値に対して不連続に変化する境界があることが分かる。最大動作利得Gwmaxは境界線をまたいでリアクタンス値に対して連続的に変化していることから、2つのビームの大小関係が入れ替わるために、ビームの形成される方向が不連続に変化するものと考えられる。最急勾配法ではリアクタンス値の差分に対する利得の変化を計算するため、このような境界上で不都合が生ずると考えられる。 On the other hand, it can be seen from the boundary shown in FIG. 8 that there is a boundary where the main beam direction θ max changes discontinuously with respect to the reactance value. Since the maximum operating gain G wmax continuously changes with respect to the reactance value across the boundary line, the direction in which the beam is formed changes discontinuously because the magnitude relationship between the two beams is switched. it is conceivable that. In the steepest gradient method, since a change in gain with respect to a difference in reactance value is calculated, it is considered that inconvenience occurs on such a boundary.

主ビームの動作利得とその方向のリアクタンス値X1,2 座標における等高線を見渡すことによって、下記のことが可能となる。 By looking over the contours of the operating gain of the main beam and the reactance values X 1 and X 2 in that direction, the following becomes possible.

すなわち、(1)グローバルな動作利得の最大値と方向、すなわち主ビームの動作利得と方向、および、それを実現するリアクタンス値を見つける。(2)リアクタンス値範囲が決まっている場合、ビームの走査可能角度範囲と動作利得変化を見通す。(3)所望のビームを走査する角度範囲から、必要なリアクタンス可変範囲を求める。(4)必要な動作利得から、可能なビーム走査角と必要なリアクタンス可変幅を求める。   That is, (1) Find the global maximum value and direction of the operational gain, that is, the operational gain and direction of the main beam, and the reactance value that realizes it. (2) If the reactance value range is determined, the beam scannable angle range and the operating gain change are foreseen. (3) A necessary reactance variable range is obtained from an angle range for scanning a desired beam. (4) The possible beam scanning angle and the necessary reactance variable width are obtained from the necessary operating gain.

また、あるビーム走査を実現するリアクタンス値X1 とX2 をX1 2 座標に軌跡として描くことで、制御のつながりを可視化できるので考察しやすい。ビーム走査を表す軌跡には、選択の自由度があることが分かる。各所望方向で最大の動作利得を得る場合には、ビーム方向を与える等高線に沿ったラインを主ビームの動作利得Gwmaxの等高線図に描き、その上でGwmaxが最大となるリアクタンス値を選択していくことによって軌跡を決めることができる。また、動作利得よりも、ビーム走査できる角度幅を優先する場合には、異なる軌跡が最適になる。 Further, by drawing the reactance values X 1 and X 2 for realizing a certain beam scanning as a locus on the X 1 X 2 coordinates, the connection of control can be visualized, so that it is easy to consider. It can be seen that the trajectory representing the beam scanning has a degree of freedom of selection. To obtain the maximum operating gain in each desired direction, draw a line along the contour line that gives the beam direction on the contour map of the main beam operating gain G wmax , and then select the reactance value that maximizes G wmax By doing so, the trajectory can be determined. Further, when priority is given to the angular width at which beam scanning can be performed over operating gain, different trajectories are optimal.

さらに、X1 あるいはX2 の一方を固定とした制御も可能である。この場合、図8に軌跡βとγで示すような2通りが考えられる。軌跡βの制御では、Gwmaxが最大となる点A(43度付近)を実現することができるが0度方向の動作利得が小さくなる。一方、軌跡γの制御では、主ビームの最低値を約0dBiに抑え、また、動作利得を走査角によらずほぼ一定にできるといった特長がある。いずれにしろ、X1 あるいはX2 の一方を固定とした制御の場合には、1つのリアクタンス値を固定にし、もう1つのリアクタンス値のみを制御すればよいので、1つのDC電圧で制御可能である。 Furthermore, control with one of X 1 and X 2 fixed is also possible. In this case, two types as shown by trajectories β and γ in FIG. 8 can be considered. In the control of the locus β, the point A (around 43 degrees) where G wmax is maximum can be realized, but the operation gain in the 0 degree direction is reduced. On the other hand, the control of the trajectory γ is characterized in that the minimum value of the main beam is suppressed to about 0 dBi, and the operation gain can be made almost constant regardless of the scanning angle. In any case, in the case of control in which one of X 1 and X 2 is fixed, it is only necessary to fix one reactance value and control only the other reactance value, so that control is possible with one DC voltage. is there.

このようにして、本発明のアンテナ特性表示装置1では、リアクタンス値X1,2 の座標系にアンテナ特性を等高線などで表示するようにすることから、アンテナの設計者が全体を見渡して最適な制御状態を見つけることができるようになる。 In this way, in the antenna characteristic display device 1 of the present invention, the antenna designer displays the antenna characteristics on the coordinate system of the reactance values X 1 and X 2 with contour lines, etc. It becomes possible to find the correct control state.

本発明は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求める場合に適用できるものであり、本発明によれば、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。   The present invention can be applied to the case where the characteristics of an antenna loaded with a variable reactor are obtained. According to the present invention, the designer of the variable directional antenna can quickly and easily determine the optimum control state of the variable directional antenna. To be able to find.

本発明のアンテナ特性表示装置の一実施形態例である。It is an example of one Embodiment of the antenna characteristic display apparatus of this invention. シミュレータの実行するフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which a simulator performs. リアクタンス値依存アンテナ特性算出部の実行するフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which a reactance value dependence antenna characteristic calculation part performs. リアクタンス値依存アンテナ特性算出部の実行するフローチャートの他の一例である。It is another example of the flowchart which a reactance value dependence antenna characteristic calculation part performs. アンテナ特性図面データ生成部の実行するフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which an antenna characteristic drawing data generation part performs. スロットアレーアンテナの構成図である。It is a block diagram of a slot array antenna. 本発明のアンテナ特性表示装置の表示するメインビームの動作利得Gwmaxを示す図である。It is a figure which shows the operation gain Gwmax of the main beam which the antenna characteristic display apparatus of this invention displays. 本発明のアンテナ特性表示装置の表示するメインビームの方向θmax を示す図である。It is a figure which shows direction (theta) max of the main beam which the antenna characteristic display apparatus of this invention displays. 本発明のアンテナ特性表示装置の表示する電圧定在波比vswrを示す図である。It is a figure which shows the voltage standing wave ratio vswr which the antenna characteristic display apparatus of this invention displays.

符号の説明Explanation of symbols

1 アンテナ特性表示装置
2 ディスプレイ
10 シミュレータ
11 リアクタンス値設定部
12 リアクタンス値依存アンテナ特性算出部
13 リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部
14 アンテナ特性図面データ生成部
100 アンテナ構造情報格納部
101 アンテナ構造情報読出部
102 アンテナ特性算出部
120 一次アンテナ特性算出部
121 二次アンテナ特性算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna characteristic display apparatus 2 Display 10 Simulator 11 Reactance value setting part 12 Reactance value dependence antenna characteristic calculation part 13 Reactance value dependence antenna characteristic memory | storage part 14 Antenna characteristic drawing data generation part 100 Antenna structure information storage part 101 Antenna structure information reading part 102 Antenna characteristic calculation unit 120 Primary antenna characteristic calculation unit 121 Secondary antenna characteristic calculation unit

Claims (6)

可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置であって、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第1の算出手段と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、
前記第1の算出手段の算出した構造パラメータと、前記設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第2の算出手段と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記第2の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段とを備えることを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
An antenna characteristic display device for obtaining and displaying characteristics of an antenna loaded with a variable reactor,
A first calculation for calculating a structural parameter that does not depend on the value of the variable reactor, which is the characteristic of the antenna, by analyzing the mathematical model of the structure of the antenna to be processed using a specified analysis method. Means,
Setting means for sequentially setting the value of the variable reactor within the range of the specified value;
Second calculation means for calculating the antenna characteristic depending on the value of the variable reactor according to a prescribed calculation formula using the structural parameter calculated by the first calculation means and the variable reactor value set by the setting means as inputs. When,
Different coordinates are assigned to each of the variable reactors, the variable reactor values set by the setting means are used as the values of those coordinates, and the antenna characteristic values calculated by the second calculation means are different from those coordinates. Generating drawing data as coordinate values and displaying on a display;
A characteristic antenna characteristic display device.
請求項1に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記第1の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
The antenna characteristic display device according to claim 1,
The first calculation means has a unit current between only one port and a port between the power supply port and the variable reactor port of the antenna to be processed when all other ports are open. Calculating an impedance indicating a voltage generated at each port and an equivalent steering vector indicating directivity as a structural parameter;
A characteristic antenna characteristic display device.
請求項1に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記第1の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、1つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
The antenna characteristic display device according to claim 1,
The first calculation means has a unit voltage for only one port and a short circuit for all other ports between the power supply port and the variable reactor port of the antenna to be processed. Calculating the admittance indicating the current flowing through each port and the equivalent steering vector indicating directivity as structural parameters,
A characteristic antenna characteristic display device.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記表示手段は、前記第2の算出手段の算出したアンテナ特性値を等高線表示する図面データを生成して、ディスプレイに表示することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
The antenna characteristic display device according to any one of claims 1 to 3,
The display means generates drawing data for contour display of the antenna characteristic value calculated by the second calculation means, and displays it on the display.
A characteristic antenna characteristic display device.
可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置が実行するアンテナ特性表示方法であって、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する過程と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する過程と、
前記算出した構造パラメータと、前記設定した可変リアクタ値とに基づいて、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する過程と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する過程とを備えることを、
特徴とするアンテナ特性表示方法。
An antenna characteristic display method executed by an antenna characteristic display device that obtains and displays the characteristics of an antenna loaded with a variable reactor,
A process for calculating a structural parameter that does not depend on the value of the variable reactor that is the characteristic of the antenna by performing analysis using a specified analysis method on the mathematical model of the structure of the antenna to be processed,
The process of sequentially setting the value of the variable reactor within the range of the specified value,
Based on the calculated structural parameter and the set variable reactor value, a process of calculating an antenna characteristic depending on the value of the variable reactor according to a prescribed calculation formula;
Assign different coordinates to each of the variable reactors, generate the drawing data with the set variable reactor values as the values of those coordinates, and the calculated antenna characteristic values as the values of coordinates different from those coordinates And providing a process for displaying on the display,
A characteristic antenna characteristic display method.
可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置の実現に用いられるアンテナ特性表示プログラムであって、
コンピュータを、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第1の算出手段と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、
前記第1の算出手段の算出した構造パラメータと、前記設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第2の算出手段と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記第2の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段として機能させるためのアンテナ特性表示プログラム。
An antenna characteristic display program used for realizing an antenna characteristic display device that obtains and displays characteristics of an antenna loaded with a variable reactor,
Computer
A first calculation for calculating a structural parameter that does not depend on the value of the variable reactor, which is the characteristic of the antenna, by analyzing the mathematical model of the structure of the antenna to be processed using a specified analysis method. Means,
Setting means for sequentially setting the value of the variable reactor within the range of the specified value;
Second calculation means for calculating the antenna characteristic depending on the value of the variable reactor according to a prescribed calculation formula using the structural parameter calculated by the first calculation means and the variable reactor value set by the setting means as inputs. When,
Different coordinates are assigned to each of the variable reactors, the variable reactor values set by the setting means are used as the values of those coordinates, and the antenna characteristic values calculated by the second calculation means are different from those coordinates. An antenna characteristic display program for generating drawing data as coordinate values and causing them to function as display means for displaying on a display.
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