JP2017142720A - アンテナ設計用コンピュータプログラム、アンテナ設計装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイプが異なるアンテナの形状を同一の情報から決定する。【解決手段】対象アンテナの構造を規定する構造パラメータと、構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値とを取得し、構造パラメータ及び対象特性値、並びに対象アンテナと同じ形状特徴を持ち且つタイプが相違する基準アンテナの特性と構造パラメータの値との関係に基づいて、対象アンテナについての特性と構造パラメータとの関係を推定し、推定した対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係に基づいて、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、構造パラメータの値を決定する。【選択図】図８

Description

本発明は、アンテナ設計用コンピュータプログラム、アンテナ設計装置及びその方法に関する。

モノのインターネット（Internet of Things、ＩＯＴ）の進展に伴って、アンテナを設計する機会が増大する可能性があるため、アンテナに関する知識を充分に有さない設計者でも設計可能なアンテナ設計装置が望まれている。設計者の指示に基づいてモデル記憶部からモデルを読み出し、当該モデルの形状の変更を長さの情報で入力させて、アンテナの整合状態及び通信距離等を計算して表示するアンテナ設計装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このようなアンテナ設計装置では、設計者は変更したい箇所の長さの情報を入力するだけでアンテナの整合状態及び通信距離等を取得できるので、アンテナに関する知識を充分に有さない設計者でも効率的にアンテナを設計できる。

特開２００９-１６９９３３号公報

しかしながら、このようなアンテナ設計装置では、モデル記憶部に記憶されるモデルに対応する形状を有するアンテナを設計することは可能であるが、モデル記憶部に記憶されるモデルの形状と異なる形状を有するアンテナの設計に適用できない。種々の形状を有するアンテナを設計可能にするために、モデル記憶部に記憶されるモデルの数を増やすことが考えられる。しかしながら、アンテナのタイプ、並びにアンテナの放射電極及び接地電極の形状は多種多様のため、全てのアンテナの形状を示すモデルを準備することは現実的ではない。

一実施形態では、タイプが異なるアンテナの形状を同一の情報から決定できるアンテナ設計用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。

１つの態様では、アンテナ設計用コンピュータプログラムは、対象アンテナの構造を規定する構造パラメータと、構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値とを取得し、構造パラメータ及び対象特性値、並びに対象アンテナと同じ形状特徴を持ち且つタイプが相違する基準アンテナの特性と構造パラメータの値との関係に基づいて、対象アンテナについての特性と構造パラメータとの関係を推定し、推定した対象アンテナについて構造パラメータとの特性との関係に基づいて、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、構造パラメータの値を決定する、ことをコンピュータに実行させる。

一実施形態では、タイプが異なるアンテナの形状を同一の情報から決定できるアンテナ設計用コンピュータプログラムを提供することができる。

アンテナ設計装置の概略構成図である。 図１に示す処理部の機能ブロック図である。 アンテナタイプ決定テーブルを示す図である。 （ａ）は基準アンテナテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第１の基準アンテナを示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第２の基準アンテナを示す図であり、（ｄ）は（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第３の基準アンテナを示す図であり、（ｅ）は（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第４の基準アンテナを示す図であり、（ｆ）は（ｂ）〜（ｄ）に示す基準アンテナの折り曲げ長さと比帯域とから生成されるアンテナの折り曲げ長さと比帯域と関係を示す図である。 図２に示す対象アンテナ特性推定部の推定処理の一例を説明する図であり、（ａ）は対象アンテナの一例である逆Ｌアンテナを示す図であり、（ｂ）は対象アンテナ特性推定部の推定処理を示す図である。 図２に示す構造パラメータ決定部の構造パラメータ決定処理の一例を説明する図である。 図１に示す対象アンテナ形状決定部の対象アンテナ形状決定処理の一例を説明する図であり、（ａ）は対象アンテナテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す対象アンテナテーブルを使用した対象アンテナ形状決定処理を示す図であり、（ｃ）は対象アンテナ形状決定処理により決定された対象アンテナの一例を示す図である。 図１に示すアンテナ設計装置によるアンテナ設計処理のフローチャートである。 図８に示すＳ１０２の処理のより詳細なフローチャートである。 図８に示すＳ１０５の処理のより詳細なフローチャートである。 図２に示す構造パラメータ決定部の構造パラメータ決定処理の他の例を説明する図であり、（ａ）は対象アンテナの他の例を示す図であり、（ｂ）は基準アンテナのアンテナ長の短縮率と基準アンテナに近接して配置される誘電体の特性との関係を示す図であり、（ｃ）は対象アンテナ形状決定処理により決定された対象アンテナの他の例を示す図である。 図２に示す構造パラメータ決定部の構造パラメータ決定処理の更に他の例を説明する図であり、（ａ）は対象アンテナの更に他の例を示す図であり、（ｂ）は基準アンテナのアンテナ長の短縮率と基準アンテナの接地電極の大きさとの関係を示す図であり、（ｃ）は対象アンテナ形状決定処理により決定された対象アンテナの更に他の例を示す図である。

以下、図を参照しつつ、アンテナ設計装置について説明する。このアンテナ設計装置は、対象アンテナと同じ形状特徴を持つ基準アンテナについてのアンテナの構造を規定する構造パラメータの値が所定値であるときの特性との関係に基づいて、対象アンテナについての構造パラメータの値と特性との関係を推定する。このアンテナ設計装置は、推定した対象アンテナについての構造パラメータの値と特性との関係を利用して構造パラメータの値を決定することで、タイプが異なるアンテナの形状を同一の情報から決定できる。

図１は、一つの実施形態によるアンテナ設計装置の概略構成図である。アンテナ設計装置１は、インターフェース部２と、ユーザインターフェース部３と、記憶回路４と、ストレージ装置５と、記憶媒体アクセス装置６と、処理部７とを有する。処理部７と、アンテナ設計装置１のその他の各部とは、例えば、バスにより接続されている。

インターフェース部２は、アンテナ設計装置１を、アンテナの設計に利用する情報を生成又は記憶する他の機器（図示せず）と接続するためのインターフェースである。例えば、インターフェース部２は、イーサネット（登録商標）等の通信規格に従った通信ネットワークを介して他の機器から情報を受け取るために、その通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有していてもよい。
インターフェース部２は、他の機器から情報を取得し、その情報を処理部７へ渡す。

ユーザインターフェース部３は、例えば、キーボードとマウス等の入力装置と、液晶ディスプレイといった表示装置とを有する。又は、ユーザインターフェース部３は、タッチパネルディスプレイといった、入力装置と表示装置とが一体化された装置を有してもよい。そしてユーザインターフェース部３は、例えば、ユーザの操作に応じて、アンテナ設計を開始させる操作信号を処理部７へ出力する。

またユーザインターフェース部３は、処理部７から受け取った、設計されたアンテナの形状の詳細を表す情報等を表示する。

記憶回路４は、記憶部の一例であり、例えば、読み書き可能な半導体メモリと読み出し専用の半導体メモリとを有する。そして記憶回路４は、処理部７上で実行されるアンテナ設計処理を実行するためのコンピュータプログラム、及びそのアンテナ設計処理の途中で得られる中間計算結果等を記憶する。コンピュータプログラムは、例えばフラッシュメモリを含む半導体メモリ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶回路４にインストールされてもよい。

ストレージ装置５は、記憶部の他の一例であり、例えば、磁気ディスク及びそのアクセス装置を有する。そしてストレージ装置５は、インターフェース部２を介して受け取ったアンテナの特性値等のアンテナ設計に利用される各種の情報を記憶する。

記憶媒体アクセス装置６は、例えば、半導体メモリカード及び光記憶媒体といった記憶媒体８にアクセスする装置である。記憶媒体アクセス装置６は、例えば、記憶媒体８に記憶された、処理部７上で実行されるアンテナ設計処理用のコンピュータプログラムを読み込み、処理部７に渡す。

処理部７は、少なくとも一つのプロセッサ及びその周辺回路を有し、アンテナ設計装置１全体を制御する。また処理部７は、アンテナ設計処理を実行する。そして処理部７は、アンテナ設計情報を、ユーザインターフェース部３、ストレージ装置５又は記憶媒体アクセス装置６へ渡す。

図２は、アンテナ設計処理を実行するための処理部７の機能ブロック図である。処理部７は、仕様取得部１１と、アンテナタイプ決定部１２と、特性値取得部１３と、特性値判定部１４と、構造パラメータ生成部１５と、対象アンテナ形状決定部１６と、仕様充足信号出力部１７とを有する。
処理部７が有するこれらの各部は、例えば、処理部７が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、処理部７が有するこれらの各部は、その各部の処理を実現する回路が集積された一つの集積回路として、処理部７と別個にアンテナ設計装置１に実装されてもよい。

仕様取得部１１は要求されるアンテナの仕様を取得し、アンテナタイプ決定部１２は取得した仕様と、アンテナのタイプとの関係を示すアンテナタイプ決定テーブルを参照して、対象アンテナのタイプを決定する。特性値取得部１３は対象アンテナの特性値を取得し、特性値判定部１４は取得された対象アンテナの特性値が、要求される仕様を満たすか否かを判定する。構造パラメータ生成部１５は、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たさないと判定されたときに、要求される仕様を満たすように、対象アンテナの構造を規定する構造パラメータの値を変更する。構造パラメータ生成部１５は、構造パラメータの値を変更するとき、対象アンテナと同様の形状を持ち且つタイプが相違する基準アンテナの構造パラメータの値と特性との関係に基づいて、対象アンテナについての構造パラメータの値と特性との関係を推定する。構造パラメータ生成部１５は、推定した対象アンテナについての構造パラメータの値と特性との関係を利用して構造パラメータの値を決定する。

仕様取得部１１は、設計されるアンテナに要求される仕様を取得する。仕様取得部１１が取得する仕様は、例えば、アンテナの利得、アンテナの比帯域、アンテナの高さ、接地電極の有無及びその大きさ、並びにアンテナに近接されて配置される基板等の誘電体及び磁性体の有無及びその大きさ等を含む。仕様取得部１１は、設計されるアンテナに要求される仕様を設計者が入力可能な画面をユーザインターフェース部３の表示装置に表示する。仕様取得部１１は、ユーザインターフェース部３の入力装置を介して入力された仕様を取得する。

アンテナタイプ決定部１２は、ストレージ装置５に記憶されたアンテナタイプ決定テーブルを参照して、仕様取得部１１が取得した仕様から対象アンテナのタイプを決定し、決定した対象アンテナのタイプを出力する。アンテナタイプ決定部１２は、仕様判定部２１と、アンテナタイプ判定部２２とを有する。仕様判定部２１は、設計されるアンテナに要求される仕様のそれぞれを判定した判定結果を示す判定結果情報を生成する。アンテナタイプ判定部２２は、アンテナタイプ決定テーブルを参照して、仕様判定部２１が生成した判定結果情報から対象アンテナのタイプを決定する。

図３は、アンテナタイプ決定テーブルの一例を示す図である。

アンテナタイプ決定テーブル３００は、判定結果情報のフラグ「Ｇａｉｎ」、「ＧＮＤ」、「Ｂａｎｄ」、及び「Ｈeｉｇｈｔ」の値と、アンテナの形状との関係を示す。フラグ「Ｇａｉｎ」は仕様に含まれる利得が５ｄＢ以上であるか否かを示し、フラグ「ＧＮＤ」は仕様に接地電極が必要であることを示す情報が含まれているか否かを示す。また、フラグ「Ｂａｎｄ」は仕様に含まれる比帯域が２４．５％以上であるか否かを示し、フラグ「Ｈeｉｇｈｔ」は仕様に含まれるアンテナの高さがλ/３０以上であるか否かを示す。アンテナタイプ判定部２２は、アンテナタイプ決定テーブル３００を参照して、アンテナのタイプを決定する。アンテナタイプ決定テーブル３００は、アンテナ設計装置１によるアンテナ設計処理が実行される前に、予めストレージ装置５に記憶される。

仕様判定部２１が生成した判定結果情報の「Ｇａｉｎ」が０であり、「ＧＮＤ」が１であり、「Ｂａｎｄ」が０であり且つ「Ｈｅｉｇｈｔ」が０であるとき、アンテナタイプ判定部２２は、アンテナのタイプを逆Ｌアンテナに決定する。また、仕様判定部２１が生成した判定結果情報の「Ｇａｉｎ」が０であり、「ＧＮＤ」が１であり、「Ｂａｎｄ」が０であり且つ「Ｈｅｉｇｈｔ」が１であるとき、アンテナタイプ判定部２２は、アンテナのタイプを逆Ｆアンテナに決定する。また、仕様判定部２１が生成した判定結果情報の「Ｇａｉｎ」が１であり、「ＧＮＤ」が１であり、「Ｂａｎｄ」が１であり且つ「Ｈｅｉｇｈｔ」が０であるとき、アンテナタイプ判定部２２は、アンテナの仕様を見直すことを決定する。この場合、アンテナタイプ判定部２２は、仕様を見直すことを示す表示をユーザインターフェース部３の表示装置に表示し、設計者は、ユーザインターフェース部３の入力装置を介して仕様を再度入力する。

特性値取得部１３は、対象アンテナの特性値である対象特性値を取得する。特性値取得部１３は、アンテナタイプ決定部１２が決定した対象アンテナの特性値を入力可能な画面を、ユーザインターフェース部３の表示装置に表示する。対象アンテナの特性値は、対象アンテナの比帯域、Sパラメータ、利得、放射効率等を含む。対象アンテナの特性値は、記憶回路４に記憶される。設計者は、対象アンテナの形状に対して有限要素法等の電磁界シミュレーション又は実測等で対象アンテナの特性値を取得し、ユーザインターフェース部３の入力装置に入力する。特性値取得部１３は、ユーザインターフェース部３の入力装置を介して入力された特性値を対象特性値として取得する。なお、特性値取得部１３は、アンテナタイプ決定部１２が決定した対象アンテナの形状を取得し、取得した対象アンテナの形状に対して有限要素法等の電磁界シミュレーションを実行することにより、対象特性値を取得してもよい。特性値取得部１３が取得した対象アンテナの形状に対して有限要素法等の電磁界シミュレーションを実行して、対象特性値を取得することにより、設計者が対象アンテナの特性値を取得する作業を省略できる。

特性値判定部１４は、特性値取得部１３が取得した対象アンテナの対象特性値が、仕様取得部１１が取得した仕様に含まれる特性を満たすか否かを判定する。例えば、特性値判定部１４は、対象アンテナの対象特性値から比帯域を算出し、仕様が要求する要求比帯域を満たすか否かを判定する。

構造パラメータ生成部１５は、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、対象アンテナの構造を規定する構造パラメータの値を決定する。構造パラメータは、例えば、対象アンテナの折り曲げ長さ、又は近接して配置される誘電体の厚さ及び誘電率、又は接続される接地電極の大きさである。なお、構造パラメータの値は、これらのうち少なくとも１つが決定されればよい。対象アンテナの折り曲げ長さは、放射電極を延伸するための折り曲げ部を有さない逆Ｌアンテナ又は逆Ｆアンテナの端部から、延伸のために折り曲げることで追加された放射電極の端部までの放射電極の長さである。構造パラメータは、記憶回路４に記憶される。構造パラメータ生成部１５は、要求特性取得部３１と、対象アンテナデータ取得部３２と、対象アンテナ特性推定部３３と、構造パラメータ決定部３４と、構造パラメータ出力部３５とを有する。要求特性取得部３１は、対象アンテナが要求される特性である要求特性を、仕様取得部１１が取得した仕様から取得する。対象アンテナデータ取得部３２は、対象アンテナの構造パラメータの値と、構造パラメータの値に対応する対象特性値とを取得する。

対象アンテナ特性推定部３３は、構造パラメータの値及び構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値、並びに基準アンテナテーブルに示される基準アンテナについての構造パラメータと特性との関係に基づいて、対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係を推定する。基準アンテナは、一例では逆Ｆアンテナであり、対象アンテナとタイプが同一又は相違する単一又は複数のアンテナである。対象アンテナ特性推定部３３は、基準アンテナについての構造パラメータと特性との関係を示す基準アンテナテーブルを参照して、対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係を推定する。

図４（ａ）は、基準アンテナテーブルの一例を示す図である。図４（ｂ）は図４（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第１の基準アンテナを示す図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第２の基準アンテナを示す図である。図４（ｄ）は図４（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第３の基準アンテナを示す図であり、図４（ｅ）は図４（ａ）に示す基準アンテナテーブルの作成に使用される第４の基準アンテナを示す図である。図４（a）〜（e）は逆Ｆアンテナであり接地電極は例えば縦・横λ/4の長さを有し、第一方向とは異なる方向に延伸している素子が接地電極と接続されている。図４（ｆ）は、図４（ｂ）〜４（ｅ）に示すアンテナの折り曲げ長さと比帯域とから生成される基準アンテナの折り曲げ長さと比帯域と関係を示す図である。図４（ｆ）において、横軸は折り曲げ長さを示し、縦軸は比帯域を示す。

基準アンテナテーブル４００は、基準アンテナの放射電極の折り曲げ長さＬと、基準アンテナの比帯域ＢＷとの関係を示す。基準アンテナの放射電極の折り曲げ長さがＬ₁のとき、基準アンテナの比帯域はＢＷ₁であり、基準アンテナの放射電極の折り曲げ長さがＬ₂のとき、基準アンテナの比帯域はＢＷ₂である。同様に、基準アンテナの放射電極の折り曲げ長さがＬ_nのとき、基準アンテナの比帯域はＢＷ_nである。基準アンテナテーブル４００は、アンテナ設計装置１によるアンテナ設計処理が実行される前に、予めストレージ装置５に記憶される。

逆Ｆアンテナである第１基準アンテナ４１１〜第４基準アンテナ４１４の放射電極４１６〜４１９は、所定の配置領域４１０にアンテナが収容されるように、所定の位置で折り曲げることにより、長さが延長される。第１基準アンテナ４１１の放射電極４１６は、第１方向に延伸し、第１折り曲げ部Ａ１で直角に折り曲がって第２方向に更に延伸する形状を有する。第２基準アンテナ４１２の放射電極４１７は、第１基準アンテナ４１１の放射電極４１６の電極の端部に位置する第２折り曲げ部Ａ２で直角に折り曲がって第１方向の反対方向に更に延伸する形状を有する。第３基準アンテナ４１３の放射電極４１８は、第２基準アンテナ４１２の放射電極４１７の電極の端部に位置する第３折り曲げ部Ａ３で直角に折り曲がって第２方向の反対方向に更に延伸する形状を有する。第４基準アンテナ４１４の放射電極４１９は、第３基準アンテナ４１３の放射電極４１８の電極の端部に位置する第４折り曲げ部Ａ４で直角に折り曲がって第１方向に更に延伸する形状を有する。第１折り曲げ部Ａ１から第１折り曲げ部Ａ２までの折り曲げ長さはＬＡ１であり、第１折り曲げ部Ａ１から第３折り曲げ部Ａ３までの折り曲げ長さはＬＡ２である。また、第１折り曲げ部Ａ１から第４折り曲げ部Ａ４までの折り曲げ長さはＬＡ３であり、第１折り曲げ部Ａ１から端部Ａ５までの折り曲げ長さはＬＡ４である。第１基準アンテナ４１１、第２基準アンテナ４１２、第３基準アンテナ４１３及び第４基準アンテナ４１４のそれぞれの比帯域ＢＷは、電磁界シミュレーション又は実測により測定される。

図４（ｆ）に示す曲線４２０は、第１基準アンテナ４１１、第２基準アンテナ４１２、波長で規格化された第３基準アンテナ４１３及び第４基準アンテナ４１４のそれぞれの折り曲げ長さＬと比帯域ＢＷとの関係を示す点をプロットし、プロットされた点の間を内挿により補間して生成される。矢印Ａは第１基準アンテナ４１１に対応する点を示し、矢印Ｂは第２基準アンテナ４１２に対応する点を示し、矢印Ｃは第３基準アンテナ４１３に対応する点を示し、矢印Ｄは第４基準アンテナ４１４に対応する点を示す。曲線４２０は、基準アンテナについての基準アンテナ４１１〜４１４の構造パラメータである折り曲げ長さＬと特性値である基準特性値である比帯域ＢＷとの関係を示す。

基準アンテナテーブル４００は、図４（ｆ）に示す曲線４２０、又は第１基準アンテナ４１１、第２基準アンテナ４１２、第３基準アンテナ４１３及び第４基準アンテナ４１４のそれぞれのプロットの間を内挿した近似式を使用して作成される。

対象アンテナ特性推定部３３は、構造パラメータ及び構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値、並びに基準アンテナテーブル４００に示される基準アンテナについての構造パラメータと特性との関係に基づいて、対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係を推定する。

図５を参照して、対象アンテナ特性推定部３３の推定処理の一例を説明する。図５（ａ）は対象アンテナの一例である逆Ｌアンテナを示す図であり、図５（ｂ）は対象アンテナ特性推定部３３の推定処理を示す図である。図５（ｂ）において、横軸は波長で規格化された折り曲げ長さを示し、縦軸は比帯域を示す。

対象アンテナ特性推定部３３は、電磁界シミュレーション又は実測により測定された対象アンテナ５００の折り曲げ長さＬと構造パラメータの値が所定値であるときの比帯域ＢＷとの関係と、図４（ｆ）に示す曲線４２０とに基づいて、曲線５１０を生成する。一例では、曲線５１０は、矢印Ｅで示される対象アンテナ５００の測定された比帯域ＢＷｍと、対象アンテナ５００の折り曲げ長さＬｍにおける基準アンテナの比帯域ＢＷｅとの比率で、曲線４２０をシフトして曲線５１０を生成する。基準アンテナの曲線４２０が複数ある場合はラグランジュ補間などにより、曲線５１０を生成する。曲線５１０は、対象アンテナについての構造パラメータの一例である折り曲げ長さＬと、対象特性値の一例である比帯域ＢＷとの関係を示す。

構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、構造パラメータの値を決定する。構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナ特性推定部３３が推定した対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係に基づいて、構造パラメータの値を決定する。

図６を参照して、構造パラメータ決定部３４の構造パラメータ決定処理の一例を説明する。図６で説明される例では、構造パラメータが折り曲げ長さＬであり、特性値が比帯域ＢＷである。図６は構造パラメータ決定部３４の構造パラメータ決定処理を示す図であり、横軸は波長で規格化された折り曲げ長さを示し、縦軸は比帯域を示す。

構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナ特性推定部３３が推定した対象アンテナ５００の折り曲げ長さＬと対象アンテナ５００の比帯域ＢＷとの関係を示す曲線５１０に基づいて、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たす折り曲げ長さＬを決定する。一例では、構造パラメータ決定部３４は、比帯域ＢＷが図６において一点鎖線で示される要求比帯域に一致する折り曲げ長さＬｔを、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たす折り曲げ長さに決定する。

構造パラメータ出力部３５は、構造パラメータ決定部が決定した構造パラメータの値を出力する。

対象アンテナ形状決定部１６は、構造パラメータで規定される対象アンテナの形状を決定する。対象アンテナ形状決定部１６は、対象アンテナの形状を決定するとき、対象アンテナ形状テーブルを参照する。

図７を参照して、対象アンテナ形状決定部１６の対象アンテナ形状決定処理の一例を説明する。図７で説明される例では、構造パラメータが折り曲げ長さＬであり、対象アンテナは逆Ｌアンテナである。また、図７で説明される例では、対象アンテナの配置領域の大きさは、基準アンテナの配置領域の大きさと同一である。図７（ａ）は対象アンテナテーブルの一例を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す対象アンテナテーブルを使用した対象アンテナ形状決定処理を示す図であり、図７（ｃ）は対象アンテナ形状決定処理により決定された対象アンテナの一例を示す図である。図７（ｂ）、（ｃ）は接地電極とアンテナ素子の間に給電点を設けているが、図面上、接地電極は省略して記載している。

対象アンテナテーブル７００は、対象アンテナの放射電極の折り曲げ長さＬと放射電極の延伸方向との関係を規定する。対象アンテナテーブル７００は、アンテナ設計装置１によるアンテナ設計処理が実行される前に、予めストレージ装置５に記憶される。対象アンテナテーブル７００に示すＬＡ１〜ＬＡ４のそれぞれは、図４を参照して説明された第１折り曲げ部Ａ１〜第４折り曲げ部Ａ４までの折り曲げ長さＬである。基準アンテナ４１１〜４１４の折り曲げ長さＬがＬＡ１未満のとき、放射導体は、第１方向に延伸する。折り曲げ長さＬＡ１以上であり且つＬＡ２未満のとき、放射導体は、第１方向に延伸した後、第１方向に直交する第２方向に更に延伸する。折り曲げ長さＬＡ２以上であり且つＬＡ３未満のとき、放射導体は、第１方向及び第２方向に順に延伸した後に第１方向の反対方向に更に延伸する。折り曲げ長さＬＡ３以上であり且つＬＡ４未満のとき、放射導体は、第１方向、第２方向及び第１方向の反対方向に順に延伸した後に第２方向の反対方向に更に延伸する。折り曲げ長さＬＡ４以上のとき、放射導体は、第１方向、第２方向、第１方向の反対方向及び第２方向の反対方向に順に延伸した後に第１方向に延伸する。

折り曲げ長さＬがＬＡ１未満のとき、対象アンテナ７１０の放射導体７１１は、第１方向に延伸する。折り曲げ長さＬＡ１以上であり且つＬＡ２未満のとき、対象アンテナ７１０の放射導体７１１は、折り曲げ長さＬＡ１に位置する第１折り曲げ部Ａ1で直角に折り曲がって第２方向に更に延伸する。折り曲げ長さＬＡ２以上であり且つＬＡ３未満のとき、対象アンテナ７１０の放射導体７１１は、折り曲げ長さＬＡ２に位置する第２折り曲げ部Ａ２で直角に折り曲がって第１方向の反対方向に更に延伸する。折り曲げ長さＬＡ３以上であり且つＬＡ４未満のとき、対象アンテナ７１０の放射導体７１１は、折り曲げ長さＬＡ３に位置する第３折り曲げ部Ａ３で直角に折り曲がって第２方向の反対方向に更に延伸する。そして、折り曲げ長さＬＡ４以上でのとき、対象アンテナ７１０の放射導体７１１は、折り曲げ長さＬＡ４に位置する第４折り曲げ部Ａ４で直角に折り曲がって第１方向に更に延伸する。

対象アンテナ７２０の折り曲げ長さＬは、図６を参照して説明された構造パラメータ決定処理により決定された折り曲げ長さＬｔである。対象アンテナ７２０の折り曲げ長さＬｔは、図６において矢印Ｂで示す第２基準アンテナ４１２の折り曲げ長さＬＡ２より若干短いので、対象アンテナ７１０の形状は、折り曲げ長さＬが第２基準アンテナ４１２の折り曲げ長さＬＡ２よりも若干短くなるように、決定される。

図８は、アンテナ設計装置１によるアンテナ設計処理のフローチャートである。アンテナ設計処理は、予め記憶回路４に記憶されているプログラムに基づいて、処理部７により、アンテナ設計装置１の各要素と協働して実行される。

まず、仕様取得部１１は、設計されるアンテナに要求される仕様を取得する（Ｓ１０１）。次いで、アンテナタイプ決定部１２は、ストレージ装置５に記憶されたアンテナタイプ決定テーブルを参照して、仕様取得部１１が取得する仕様から対象アンテナのタイプを決定し、決定した対象アンテナのタイプを出力する（Ｓ１０２）。次いで、特性値取得部１３は、Ｓ１０２で形状が決定された対象アンテナの特性値である対象特性値を取得する（Ｓ１０３）。次いで、特性値判定部１４は、Ｓ１０３において特性値取得部１３が取得した対象特性値が、Ｓ１０１において仕様取得部１１が取得した仕様を満たすか否かを判定する（Ｓ１０４）。対象特性値が仕様を満たさないと判定される（Ｓ１０４−ＮＯ）と、構造パラメータ生成部１５は、対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、対象アンテナの構造を規定する構造パラメータの値を決定する（Ｓ１０５）。次いで、対象アンテナ形状決定部１６は、構造パラメータ生成部１５が決定した構造パラメータにより規定される対象アンテナの形状を決定する（Ｓ１０６）。処理部７は、Ｓ１０３以降の処理を実行する。一方、対象特性値が仕様を満たすと判定される（Ｓ１０４−ＹＥＳ）と、仕様充足信号出力部１７は、仕様充足信号を出力し（Ｓ１０７）、処理は終了する。

図９は、Ｓ１０２の処理のより詳細なフローチャートである。

まず、仕様判定部２１は、Ｓ１０１で取得された仕様に含まれる利得が５ｄＢ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。仕様判定部２１は、利得が５ｄＢ以上であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｇａｉｎ」を１に設定する（Ｓ２０２）。また、仕様判定部２１は、利得が５ｄＢ未満であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｇａｉｎ」を０に設定する（Ｓ２０３）。

次いで、仕様判定部２１は、Ｓ１０１で取得された仕様に接地電極が必要であることを示す情報が含まれているか否かを判定する（Ｓ２０４）。仕様判定部２１は、接地電極が必要であることを示す情報が含まれていると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「ＧＮＤ」を１に設定する（Ｓ２０５）。また、仕様判定部２１は、接地電極が必要であることを示す情報が含まれていないと判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「ＧＮＤ」を０に設定する（Ｓ２０６）。

次いで、仕様判定部２１は、Ｓ１０１で取得された仕様に含まれる比帯域が２４．５％以上であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。仕様判定部２１は、比帯域が２４．５％以上であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｂａｎｄ」を１に設定する（Ｓ２０８）。また、仕様判定部２１は、比帯域が２４．５％未満であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｂａｎｄ」を０に設定する（Ｓ２０９）。

次いで、仕様判定部２１は、Ｓ１０１で取得された仕様に含まれるアンテナの高さがλ/３０以上であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。仕様判定部２１は、アンテナの高さがλ/３０以上であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｈeｉｇｈｔ」を１に設定する（Ｓ２１１）。また、仕様判定部２１は、アンテナの高さがλ/３０未満であると判定したときに、記憶回路４に記憶される判定結果情報のフラグ「Ｈeｉｇｈｔ」を０に設定する（Ｓ２１２）。

そして、アンテナタイプ判定部２２は、アンテナタイプ決定テーブルを参照して、記憶回路４に記憶された判定結果情報からアンテナのタイプを決定し（Ｓ２１３）、処理は終了する。

図１０はＳ１０５の処理のより詳細なフローチャートである。

まず、要求特性取得部３１は、Ｓ１０４において、対象特性値が仕様を満たさないと判定された対象アンテナが要求される特性である要求特性を取得する（Ｓ３０１）。次いで、対象アンテナデータ取得部３２は、対象アンテナの構造パラメータの値と、構造パラメータの値に対応する対象特性値とを取得する（Ｓ３０２）。次いで、対象アンテナ特性推定部３３は、構造パラメータ及び構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値、並びに基準アンテナテーブル４００に示される基準アンテナについての構造パラメータと特性との関係に基づいて、対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係を推定する（Ｓ３０３）。次いで、構造パラメータ決定部３４は、推定される対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、構造パラメータの値を決定する（Ｓ３０４）。そして、構造パラメータ出力部３５は、Ｓ３０４で決定された構造パラメータの値を出力し（Ｓ３０５）、処理は終了する。

実施形態に係るアンテナ設計装置は、対象アンテナの形状を基準アンテナと同様な形状を持たせたときの特性を推定して、対象アンテナが所望の特性を有するときの構造パラメータを特定することで、タイプが異なるアンテナの形状を同一の情報から決定できる。また、実施形態に係るアンテナ設計装置は、基準アンテナについての構造パラメータと特性との関係から、タイプが相違する対象アンテナについての構造パラメータと特性との関係を推定するので、構造パラメータと特性との関係を対象アンテナのタイプ毎に記憶する必要がない。実施形態に係るアンテナ設計装置は、構造パラメータと特性との関係を対象アンテナのタイプ毎に記憶する必要がないので、データベースの簡略化が可能である。

アンテナ設計装置１では、仕様判定部２１は、Ｓ２０１〜Ｓ２１２の処理を決定して仕様を判定するが、実施形態に係るアンテナ設計装置では、Ｓ２０１〜Ｓ２１２に示す仕様及びしきい値以外の仕様及びしきい値により仕様が判定されてもよい。

また、実施形態に係るアンテナ設計装置は、アンテナの幅が変更されたこと、金属、誘電体又は磁性体が近接して配置されたこと、及び基板の材料が変更されたこと等によるアンテナの特性の変化に応じて、アンテナの構造パラメータを変更してもよい。アンテナ特性の一例として比帯域について述べたが、アンテナの特性は、Ｓパラメータ、放射効率又は利得であっても良い。

図１１を参照して、構造パラメータが対象アンテナに近接して配置される誘電体の厚さ及び誘電率であり、特性値がＳパラメータである例について説明する。図１１（ａ）は基準アンテナを示す図であり、図１１（ｂ）は対象アンテナのアンテナ長の短縮率と基準アンテナに近接して配置される誘電体の厚さ及び比誘電率との関係を示す図であり、図１１（ｃ）は形状が変更された対象アンテナを示す図である。図１１（ｂ）において、横軸は基準アンテナである逆Ｆアンテナ又はダイポールアンテナに近接して配置される誘電体の厚み（波長で規格化）を示し、縦軸は基準アンテナのアンテナ長の短縮率を示す。図１１（ｂ）において、ひし形印を補間した曲線１１１１は基準アンテナがダイポールアンテナであり且つ比誘電率が３であるときを示し、四角印を補間した曲線１１１２は基準アンテナが逆Ｆアンテナであり且つ比誘電率が３であるときを示す。三角印を補間した曲線１１１３は基準アンテナが逆Ｆアンテナであり且つ比誘電率が５であるときを示し、丸印を補間した曲線１１１４は基準アンテナが逆Ｆアンテナであり且つ比誘電率が７であるときを示す。また、図１１（ｂ）において、一点鎖線はＳパラメータにより規定される要求短縮率を示す。

対象アンテナ１１００の放射電極１１０１は、第１方向に延伸し、第１折り曲げ部Ａ１で直角に折り曲がって第２方向に更に延伸する形状を有する。対象アンテナ１１００は、図７を参照して説明された処理により決定された形状を有する対象アンテナ７２０であってもよい。

対象アンテナ特性推定部３３は、図１１（ｂ）に示す基板の比厚さ及び誘電率とＳパラメータにより規定される要求短縮率との関係に基づいて、構造パラメータであるアンテナ長の短縮率と、特性値であるＳパラメータにより規定される要求短縮率との関係を推定する。対象アンテナ１１００の形状は逆Ｌアンテナであり、基準アンテナの形状は逆Ｆアンテナ又はダイポールアンテナであるので、対象アンテナ１１００のタイプは、基準アンテナのタイプと異なる。対象アンテナ特性推定部３３は、タイプが相違する基準アンテナの誘電体が近接されたときの要求短縮率を、対象アンテナ１１００の誘電体が近接されたときの要求短縮率と推定する。

構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナ特性推定部３３が推定した基板の比厚さ及び誘電率と要求短縮率との関係に基づいて、対象アンテナ１１２０の形状を決定する。Ｓパラメータにより規定される要求短縮率が５０％であるとき、構造パラメータ決定部３４は、構造パラメータである対象アンテナ１１２０のアンテナ長の伸縮率を５０％とする基板の比厚さと比誘電率を決定する。併せて、構造パラメータ決定部３４は、特性値である対象アンテナ１１２０の誘電体厚みｔが０．００８λであり且つ比誘電率εｒが７である基板１１２２を対象アンテナ１１２０に近接して配置することを決定する。

図１２を参照して、構造パラメータがアンテナに接続される接地電極の大きさであり、特性値がＳパラメータである例について説明する。図１２（ａ）は対象アンテナを示す図であり、図１２（ｂ）は基準アンテナの接地電極の大きさと基準アンテナのアンテナ長の短縮率との関係を示す図であり、図１２（ｃ）は形状が変更された対象アンテナを示す図である。図１２（ｂ）において、横軸は基準アンテナであるダイポールアンテナの接地電極のＹ方向の長さ（波長で規格化）を示し、縦軸は基準アンテナのアンテナ長の短縮率を示す。図１２（ｂ）において、ひし形印を補間した曲線１２１１は基準アンテナの接地電極のＸ方向の長さがλ／１５であるときを示し、三角印を補間した曲線１２１２は接地電極のＸ方向の長さがλ／７．５であるときを示す。四角印を補間した曲線１２１３は基準アンテナの接地電極のＸ方向の長さがλ／５であるときを示し、バツ印を補間した曲線１２１４は基準アンテナの接地電極のＸ方向の長さがλ／４であるときを示す。また、図１２（ｂ）において、一点鎖線はＳパラメータにより規定される要求短縮率を示す。

対象アンテナ１２００の放射電極１２０１は、第１方向に延伸し、第１折り曲げ部Ａ１で直角に折り曲がって第２方向に更に延伸する形状を有する。対象アンテナ１２００は、図７を参照して説明された処理により決定された形状を有する対象アンテナ７２０であってもよい。対象アンテナ１２００が接続される接地電極１２０２のＸ方向の長さはλ／１５であり、Ｙ方向の長さは０．１λであるので、対象アンテナ１２００のアンテナ長の短縮率は１４０％である。

対象アンテナ特性推定部３３は、図１２（ｂ）に示す基準アンテナについての接地電極の大きさとＳパラメータにより規定される要求短縮率との関係に基づいて、対象アンテナについての接地電極の大きさとＳパラメータにより規定される要求短縮率との関係を推定する。対象アンテナ１２００のタイプは逆Ｌアンテナであり、基準アンテナのタイプは接地電極が有限サイズである垂直モノポールアンテナであるので、対象アンテナ１２００のタイプは、基準アンテナのタイプと異なる。対象アンテナ特性推定部３３は、タイプが相違する基準アンテナの接地電極の大きさが変更されたときの要求短縮率を、対象アンテナ１２００の接地電極の大きさが変更されたときの要求短縮率と推定する。

構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナ特性推定部３３が推定した接地電極の大きさと要求短縮率との関係に基づいて、対象アンテナ１２２０の形状を決定する。Ｓパラメータにより規定される要求圧縮率が１００％であり、対象アンテナ１２００のアンテナ長の短縮率は１４０％を１００％に変更するとき、構造パラメータ決定部３４は、対象アンテナ１２００のアンテナ長を対象アンテナ１２００の７１％の長さにすることを決定する。併せて、対象アンテナ１２２０の接地電極１２２２のＸ方向の長さをλ／１５から変更せず、Ｙ方向の長さを０．１λから０．２３λに変更することを決定する。

また、図７で説明された例では、対象アンテナの配置領域の大きさは、基準アンテナの配置領域の大きさと同一であったが、実施形態に係るアンテナ設計装置では、対象アンテナの配置領域の大きさは、基準アンテナの配置領域の大きさと相違してもよい。対象アンテナの配置領域の大きさが基準アンテナの配置領域の大きさと相違するとき、対象アンテナの折り曲げ長さは、対象アンテナの配置領域の大きさに応じて決定される。対象アンテナが配置領域の長辺方向に延伸する逆Ｌアンテナであるとき、折り曲げ長さを付加したときの放射電極は、配置領域の短辺方向に平行に配置領域内の適当な位置まで延伸する。放射電極の長さを更に延長するとき、放射電極は、配置領域の逆Ｌアンテナの延伸方向と平行且つ反対の方向に配置領域内の他の位置まで延伸する。対象アンテナテーブルは、配置領域内で延伸可能な折り曲げ長さを規定する。

１ アンテナ設計装置
２ インターフェース部
３ ユーザインターフェース部
４ 記憶回路
５ ストレージ装置
６ 記憶媒体アクセス装置
７ 処理部
８ 記憶媒体
１１ 仕様取得部
１２ アンテナタイプ決定部
１３ 特性値取得部
１４ 特性値判定部
１５ 構造パラメータ生成部
１６ 対象アンテナ形状決定部
１７ 仕様充足信号出力部
２１ 仕様判定部
２２ アンテナタイプ判定部
３１ 要求特性取得部
３２ 対象アンテナデータ取得部
３３ 対象アンテナ特性推定部
３４ 構造パラメータ決定部
３５ 構造パラメータ出力部
３００ アンテナタイプ決定テーブル
４００ 基準アンテナテーブル
７００ 対象アンテナテーブル

Claims (7)

1. 対象アンテナの構造を規定する構造パラメータと、前記構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値とを取得し、
   前記構造パラメータ及び前記対象特性値、並びに前記対象アンテナと同じ形状特徴を持ち且つタイプが相違する基準アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係に基づいて、前記対象アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係を推定し、
   推定した前記対象アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係に基づいて、前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、前記構造パラメータの値を決定する、
   ことをコンピュータに実行させるためのアンテナ設計用コンピュータプログラム。
2. 前記構造パラメータは、前記対象アンテナの折り曲げ長さ、前記対象アンテナに近接して配置される誘電体の厚さ及び誘電率、及び前記対象アンテナに接続される接地電極の大きさのうち、少なくとも１つを含む、請求項１に記載のアンテナ設計用コンピュータプログラム。
3. 前記対象特性値は、前記対象アンテナの比帯域、利得、放射効率及びＳパラメータのうち、少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載のアンテナ設計用コンピュータプログラム。
4. 決定された構造パラメータに対応する形状を有する前記対象アンテナの特性を取得し、
   取得された前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすか否かを判定し、
   前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすと判定されたときに、前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすことを示す仕様充足信号を出力し、
   取得された前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たさないと判定されたときに、前記構造パラメータの値を決定する処理を再度実行する、請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ設計用コンピュータプログラム。
5. 設計されるアンテナに要求される仕様のそれぞれを判定した判定結果を示す判定結果情報を生成し、
   アンテナに要求される仕様と、アンテナのタイプとの関係を示すアンテナタイプ決定テーブルを参照して、前記判定結果情報から前記対象アンテナのタイプを決定する、処理を更に含む、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ設計用コンピュータプログラム。
6. 対象アンテナの構造を規定する構造パラメータと、前記構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値とを取得する対象アンテナデータ取得部と、
   前記構造パラメータ及び前記対象特性値、並びに前記対象アンテナと同じ形状特徴を持ち且つタイプが相違する基準アンテナの特性と前記構造パラメータの値との関係に基づいて、前記対象アンテナについての特性と前記構造パラメータとの関係を推定する対象アンテナ特性推定部と、
   推定した前記対象アンテナについての特性と前記構造パラメータとの関係に基づいて、前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、前記構造パラメータの値を決定する構造パラメータ決定部と、
   を有するアンテナ設計装置。
7. 対象アンテナの構造を規定する構造パラメータと、前記構造パラメータの値が所定値であるときの対象特性値とを取得し、
   前記構造パラメータ及び前記対象特性値、並びに前記対象アンテナと同じ形状特徴を持ち且つタイプが相違する基準アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係に基づいて、前記対象アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係を推定し、
   推定した前記対象アンテナについての前記構造パラメータの値と特性との関係に基づいて、前記対象アンテナの特性が、要求される仕様を満たすように、前記構造パラメータの値を決定する、
   ことを含むアンテナ設計方法。

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