JP4337728B2 - Method for designing antenna arrangement and electronic device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、複数のシステム・機能を備えた電子機器に搭載される複数のアンテナの配置の設計方法及びこれを用いた電子機器に関するものである。   The present invention relates to a design method for arrangement of a plurality of antennas mounted on an electronic apparatus having a plurality of systems and functions, and an electronic apparatus using the same.

セルラーとGPSの通信機能を備えたモジュールに用いられるアンテナの配置に関するものとしては、非特許文献1に記載されたようなものが知られている。この非特許文献1においては、セルラー用のアンテナとGPS用のアンテナの配置を大雑把に求める方法が記載されている。
日立金属技法 Vol.20(2004)
As for the arrangement of antennas used for modules having cellular and GPS communication functions, those described in Non-Patent Document 1 are known. This non-patent document 1 describes a method for roughly determining the arrangement of cellular antennas and GPS antennas.
Hitachi Metals Technique Vol. 20 (2004)

しかし、上記従来のセルラー用のアンテナとGPS用のアンテナの配置の最適化を図るにも相当の時間を要していた。さらに、これらに加えてFMの機能も備えた通信モジュールが搭載されると、周波数が相当離れたものが混在することになる。これらを互いの電波の干渉も考慮しながら最適な配置で設計しようとすると気が遠くなるような設計時間が必要となる。仮に、アンテナを置く配置の候補を10箇所に固定したとしても、3種類のアンテナを配置する組み合わせは10×9×8=720通りとなる。さらに、アンテナは取り付ける基板の位置によって特性が大きく変化するため、アンテナ単体の優れた特性を維持し、かつ、互いの電波の干渉も小さくなるような設計の指針が立てづらいばかりか、設計に膨大な時間を要するという課題を有していた。   However, considerable time is required to optimize the arrangement of the conventional cellular antenna and GPS antenna. Further, when a communication module having an FM function is mounted in addition to these, components having considerably different frequencies are mixed. A design time is required to make them distracted when trying to design them in an optimal arrangement while taking into account interference between radio waves. Even if ten antenna placement candidates are fixed, there are 10 × 9 × 8 = 720 combinations for arranging three types of antennas. In addition, the characteristics of the antenna vary greatly depending on the position of the board to which it is attached. Therefore, it is difficult to establish design guidelines that maintain the excellent characteristics of the antenna itself and also reduce the interference between radio waves. It has a problem of requiring a long time.

本発明は上記課題を解決するもので、複数のアンテナを内蔵した電子機器におけるアンテナの配置の最適設計に要する時間を著しく短縮した設計方法及びこの設計方法を用いて設計されたアンテナを搭載した電子機器を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problem, and a design method that significantly shortens the time required for optimal design of antenna arrangement in an electronic device incorporating a plurality of antennas, and an electronic device equipped with an antenna designed using this design method. The purpose is to provide equipment.

この目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、複数のシステム・機能を備えた電子機器に搭載される複数のアンテナの配置を各アンテナの少なくとも反射特性及び通過特性からなるアンテナ特性に基づいて決定するアンテナの配置の設計方法であって、複数のアンテナの形状を固定してアンテナ番号を割り当てるとともに、各アンテナを含む所定の解析領域の大きさと配置を決定して配置番号を割り当てる第1の工程と、候補となる各アンテナの配置の数を基にbit長を決定する第2の工程と、第2の工程で決定したbit長で構成される区間をアンテナの数だけ並べてなるビット列情報を複数個有するビット列情報群を生成する工程であって、アンテナ番号毎に、全ての配置候補にこのアンテナを単体配置した場合に反射特性が小さくなる配置を示す配置番号をbit長の2進数に変換してなる制約情報を生成するとともに、ビット列情報と同じ長さの制約付きビット列情報であって、アンテナ番号に対応する区間に制約情報を挿入し、その他の区間が乱数となるように制約情報と乱数を結合した制約付きビット列情報を生成し、制約付きビット列情報を上位に配置したビット列情報群を生成する第3の工程と、この第3の工程で生成したbit列情報を基にアンテナの配置の電磁界シミュレーションを行なうことにより、各アンテナのアンテナ特性を算出する第4の工程と、目標とする各アンテナのアンテナ特性と第4の工程で電磁界シミュレーションにより算出された各アンテナのアンテナ特性を基に適応度を計算する第5の工程と、この第5の工程で求めた適応度を基に収束条件が満たされているかを判定する第6の工程と、収束条件が満たされた場合には第6の工程で終了し、収束条件が満たされていない場合には、適応度を考慮して遺伝的アルゴリズムに基づく所定の操作を行なう第7の工程とをさらに有し、収束条件を満足するまで第4〜第7の工程を繰り返すことを特徴とするアンテナの配置の設計方法であり、従来設計指針が立てづらかった複数のアンテナが存在するような場合の設計を自動で且つ最適に行うことができるため、最適設計に要する時間を著しく短縮できるという作用効果を有する。さらに、アンテナ単体の特性として最も重要な評価項目の結果が維持された遺伝子情報が残る確率を高くすることにより、複数のアンテナの良好な特性を満足する最適配置をより短期間に決定することができるという作用効果を有する。 In order to achieve this object, according to the first aspect of the present invention, the arrangement of a plurality of antennas mounted on an electronic device having a plurality of systems and functions is determined based on at least reflection characteristics and transmission characteristics of each antenna. A method of designing antenna arrangement that is determined based on the antenna characteristics to be obtained, in which a plurality of antenna shapes are fixed and antenna numbers are assigned, and the size and arrangement of a predetermined analysis area including each antenna are determined and arranged A first step of assigning a number, a second step of determining a bit length based on the number of arrangements of candidate antennas, and a section constituted by the bit length determined in the second step. comprising the steps of generating a bit string information group having a plurality of bit string information comprising side by side only, for each antenna number, contrary to the case where the antenna was simplex arrangement to all placement candidate The arrangement number indicating the arrangement characteristic is reduced to generate a constraint information obtained by converting the binary bit length, a constrained bit string information of the same length as the bit string information, restrictions on the section corresponding to the antenna number A third step of inserting information, generating constrained bit string information in which the constraint information and the random number are combined so that the other sections are random numbers, and generating a bit string information group in which the constrained bit string information is arranged at a higher level; A fourth step of calculating the antenna characteristics of each antenna by performing an electromagnetic field simulation of antenna arrangement based on the bit string information generated in the third step, and the antenna characteristics and A fifth step of calculating the fitness based on the antenna characteristics of each antenna calculated by the electromagnetic field simulation in the step 4, and a determination in the fifth step. The sixth step of determining whether the convergence condition is satisfied based on the fitness and the sixth step when the convergence condition is satisfied, and when the convergence condition is not satisfied, A seventh step of performing a predetermined operation based on a genetic algorithm in consideration of the fitness, and repeating the fourth to seventh steps until the convergence condition is satisfied. This is a design method, and since it is possible to automatically and optimally design when there are a plurality of antennas for which it has been difficult to establish conventional design guidelines, there is an effect that the time required for optimal design can be significantly shortened. In addition, by increasing the probability that genetic information that maintains the results of the most important evaluation items as the characteristics of a single antenna will remain, it is possible to determine the optimal arrangement that satisfies the favorable characteristics of multiple antennas in a shorter period of time. Has the effect of being able to.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、順位付けの数は、アンテナの数以上としているため、一方のアンテナにおける最良な場所が他方のアンテナにおける最良な場所の候補となってしまう場合に有効な初期値を必ず設定することができるという作用効果を有する。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1 , wherein the number of rankings is equal to or greater than the number of antennas, so that the best place in one antenna is the best place candidate in the other antenna. In this case, an effective initial value can be set without fail.

請求項に記載の発明は、請求項の設計方法を用いて決定した複数のアンテナの最適配置を初期値として、さらに局所探索法を用いて前記複数のアンテナの配置の最適化を行なう工程を備えたアンテナの配置の設計方法であり、より最適解に近い値を得ることができるという作用効果を有する。 The invention according to claim 3 is a step of optimizing the arrangement of the plurality of antennas using a local search method with the optimum arrangement of the plurality of antennas determined using the design method of claim 1 as an initial value. This is an antenna arrangement design method having the function and effect that a value closer to the optimum solution can be obtained.

請求項に記載の発明は、請求項に記載のアンテナの配置の設計方法を用いて設計されたアンテナが搭載された電子機器であり、その電子機器内部において各アンテナの優れた特性を維持し、複数の優れた通信環境を最適化させるという作用効果を有する。 The invention described in claim 4 is an electronic device equipped with the antenna designed using the antenna arrangement design method described in claim 1 , and maintains excellent characteristics of each antenna inside the electronic device. In addition, there is an effect of optimizing a plurality of excellent communication environments.

本発明のアンテナの配置の設計方法は、複数のシステム・機能を備えた電子機器に搭載される複数のアンテナの配置を各アンテナの少なくとも反射特性及び通過特性からなるアンテナ特性に基づいて決定するアンテナの配置の設計方法であって、複数のアンテナの形状を固定してアンテナ番号を割り当てるとともに、各アンテナを含む所定の解析領域の大きさと配置を決定して配置番号を割り当てる第1の工程と、候補となる各アンテナの配置の数を基にbit長を決定する第2の工程と、第2の工程で決定したbit長で構成される区間をアンテナの数だけ並べてなるビット列情報を複数個有するビット列情報群を生成する工程であって、アンテナ番号毎に、全ての配置候補にこのアンテナを単体配置した場合に反射特性が小さくなる配置を示す配置番号をbit長の2進数に変換してなる制約情報を生成するとともに、ビット列情報と同じ長さの制約付きビット列情報であって、アンテナ番号に対応する区間に制約情報を挿入し、その他の区間が乱数となるように制約情報と乱数を結合した制約付きビット列情報を生成し、制約付きビット列情報を上位に配置したビット列情報群を生成する第3の工程と、この第3の工程で生成したbit列情報を基にアンテナの配置の電磁界シミュレーションを行なうことにより、各アンテナのアンテナ特性を算出する第4の工程と、目標とする各アンテナのアンテナ特性と第4の工程で電磁界シミュレーションにより算出された各アンテナのアンテナ特性を基に適応度を計算する第5の工程と、この第5の工程で求めた適応度を基に収束条件が満たされているかを判定する第6の工程と、収束条件が満たされた場合には第6の工程で終了し、収束条件が満たされていない場合には、適応度を考慮して遺伝的アルゴリズムに基づく所定の操作を行なう第7の工程とをさらに有し、収束条件を満足するまで第4〜第7の工程を繰り返すことを特徴とするアンテナの配置の設計方法であり、従来設計指針が立てづらかった複数のアンテナが存在するような場合の設計を自動で且つ最適に行うことができるため、最適設計に要する時間を著しく短縮できる。 According to the antenna arrangement design method of the present invention, an antenna that determines the arrangement of a plurality of antennas mounted on an electronic apparatus having a plurality of systems and functions based on antenna characteristics including at least reflection characteristics and pass characteristics of each antenna. A first step of fixing the shape of a plurality of antennas and assigning antenna numbers , determining a size and arrangement of a predetermined analysis region including each antenna, and assigning the arrangement numbers ; A second step of determining the bit length based on the number of candidate antenna arrangements, and a plurality of pieces of bit string information in which sections configured by the bit length determined in the second step are arranged by the number of antennas. a process of generating a bit string information group for each antenna number, arrangement reflection properties when the antenna was simplex arrangement to all placement candidate becomes smaller Generates the restriction information obtained by converting the arrangement numbers shown in binary bit length, a constrained bit string information of the same length as the bit string information, inserts the constraint information in the section corresponding to the antenna number, other A third step of generating constrained bit string information obtained by combining the constrained information and the random number so that the section of FIG. 1 becomes a random number, and generating a bit string information group in which the constrained bit string information is arranged at a higher level, A fourth step of calculating the antenna characteristics of each antenna by performing an electromagnetic field simulation of the antenna arrangement based on the generated bit string information, and the target antenna characteristics of each antenna and the electromagnetic field in the fourth step A fifth step of calculating the fitness based on the antenna characteristics of each antenna calculated by the simulation, and a convergence condition based on the fitness obtained in the fifth step. The sixth step of determining whether the condition is satisfied, and the sixth step if the convergence condition is satisfied, and if the convergence condition is not satisfied, consider the fitness in consideration of genetics A design method of antenna arrangement, further comprising a seventh step of performing a predetermined operation based on an algorithm, and repeating the fourth to seventh steps until a convergence condition is satisfied. Since it is possible to automatically and optimally design when there are a plurality of antennas that are difficult to stand up, the time required for the optimal design can be significantly shortened.

また、本発明の電子機器は、前記アンテナの配置の設計方法を用いて設計されたアンテナが搭載されているため、その電子機器内部において各アンテナの優れた特性を維持し、複数の優れた通信環境を最適化させることができる。   In addition, since the electronic device of the present invention is equipped with an antenna designed using the antenna arrangement design method, the excellent characteristics of each antenna are maintained inside the electronic device, and a plurality of excellent communication devices are provided. The environment can be optimized.

本発明の一実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるアンテナの配置の設計方法を説明する工程図、図2は同工程図の第1の工程(S1)におけるアンテナを含む所定の解析領域の概念図、図3は同工程図の第1の工程(S1)におけるアンテナの配置の候補を説明する概念図、図4は図3に示すアンテナの配置への番号の割当てを説明する概念図、図5は同工程図の第2の工程(S2)におけるbit長を決定するための各アンテナで用意する配列の概念図、図6は図5に示した各配列を合成して、全配列を作成する方法を説明する概念図、図7は同工程図の第3の工程(S3)におけるbit列情報を生成する方法を説明する概念図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a process diagram for explaining a design method of antenna arrangement in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of a predetermined analysis region including an antenna in the first step (S1) of the process diagram. 3 is a conceptual diagram for explaining antenna arrangement candidates in the first step (S1) of the process diagram, FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining number assignment to the antenna arrangement shown in FIG. 3, and FIG. The conceptual diagram of the arrangement | sequence prepared with each antenna for determining bit length in the 2nd process (S2) of a process diagram, FIG. 6 synthesize | combines each arrangement | sequence shown in FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a method for generating bit string information in the third step (S3) of the same process diagram.

図2〜図4において、1はセルラー用のアンテナ、2は解析領域、3は電子機器としての携帯電話に内蔵される回路基板である。   2 to 4, reference numeral 1 denotes a cellular antenna, 2 denotes an analysis region, and 3 denotes a circuit board built in a mobile phone as an electronic device.

図1において、アンテナの配置の設計方法の全工程を以下に概説する。図1において、全工程はアンテナ形状を固定し、このアンテナを含む所定の解析領域の大きさと位置を決定する第1の工程(S1)と、候補となる各アンテナの配置の数を基にbit長を決定する第2の工程(S2)と、この第2の工程で決定したbit長に収まる範囲でランダムなbit列情報を生成する第3の工程(S3)と、この第3の工程(S3)で生成したbit列情報を基に電磁界シミュレーションを行なうことにより、各アンテナのアンテナ特性を算出する第4の工程(S4)と、目標とする各アンテナのアンテナ特性と第4の工程(S4)で電磁界シミュレーションにより算出された各アンテナのアンテナ特性を基に適応度を計算する第5の工程(S5)と、この第5の工程(S5)で求めた適応度を基に収束条件が満たされているかを判定する第6の工程(S6)と、この収束条件が満たされた場合には第6の工程(S6)で終了する工程(F1)とからなる第1のアルゴリズムからなる。また、第5の工程(S5)で求めた適応度を基に収束条件が満たされているかを判定する第6の工程(S6)で、この収束条件が満たされていない場合には、適応度を考慮して遺伝的アルゴリズムに基づく所定の操作を行なう第7の工程(S7)と、この第7の工程(S7)での所定の操作を実施し、予め設定しておいた世代数を超えていないかどうかを判定する第8の工程(S8)と、この判定条件を満足する場合は、第4の工程(S4)から第7の工程(S7)を繰り返し、第6の工程(S6)に示す収束条件が満たされているかどうかを判定し、満足している場合は終了させる工程(F1)を有し、前記収束条件を満足しない場合は、さらに第7の工程(S7)を実施し、第8の工程(S8)に示す世代数を超えている場合(すなわち最適設計に要する所定の計算時間を超える)は、計算を終了させる工程(F2)とからなる第2のアルゴリズムからなる。   In FIG. 1, the overall steps of the antenna layout design method are outlined below. In FIG. 1, all steps are fixed based on the first step (S1) of fixing the antenna shape and determining the size and position of a predetermined analysis region including this antenna, and the number of arrangements of candidate antennas. A second step (S2) for determining the length, a third step (S3) for generating random bit sequence information within a range that falls within the bit length determined in the second step, and the third step ( A fourth step (S4) of calculating antenna characteristics of each antenna by performing electromagnetic field simulation based on the bit string information generated in S3), and a fourth step ( The fifth step (S5) for calculating the fitness based on the antenna characteristics of each antenna calculated by the electromagnetic field simulation in S4), and the convergence condition based on the fitness obtained in the fifth step (S5) Is met And in that either determining a sixth step (S6), when a convergence condition is met consists first algorithm consisting in the step (F1) ending in the sixth step (S6). If the convergence condition is not satisfied in the sixth step (S6) for determining whether the convergence condition is satisfied based on the fitness obtained in the fifth step (S5), the fitness is The seventh step (S7) for performing a predetermined operation based on the genetic algorithm in consideration of the above, and performing the predetermined operation in the seventh step (S7), exceeding the preset number of generations The eighth step (S8) for determining whether or not the second step is satisfied and if this determination condition is satisfied, the fourth step (S4) to the seventh step (S7) are repeated, and the sixth step (S6) is repeated. It is determined whether or not the convergence condition shown in FIG. 5 is satisfied, and if satisfied, the process has a step (F1) to end, and if the convergence condition is not satisfied, a seventh step (S7) is further performed. When the number of generations shown in the eighth step (S8) is exceeded (ie, It exceeds a predetermined calculation time required for proper design) is composed of a second algorithm consisting in the step of terminating the calculation (F2).

次に、各工程に関して以下に詳しく述べる。まず、第1の工程(S1)は、図2に示すようにセルラー用のアンテナ1(アンテナ1と称す)、GPS用のアンテナ(図示せず、アンテナ2と称す)とFM用のアンテナ(図示せず、アンテナ3と称す)に関して、それぞれ所定の解析領域2の大きさを決定し、この決定した解析領域2の大きさを保ったまま、アンテナ1、アンテナ2(図示せず)とアンテナ3(図示せず)に対する、全配置の候補を決定する(図3に示す)。この例では、16個の配置の候補数を設定した。次に、図3に示す16個のアンテナの配置の候補に、それぞれ10進数で(0)から順番に(15)までの番号を割り振っていく(図4に示す)。   Next, each step will be described in detail below. First, as shown in FIG. 2, the first step (S1) includes a cellular antenna 1 (referred to as antenna 1), a GPS antenna (not shown, referred to as antenna 2), and an FM antenna (shown in FIG. 2). The size of the predetermined analysis region 2 is determined for each of the antenna 1, the antenna 2, the antenna 2 (not shown), and the antenna 3 while maintaining the determined size of the analysis region 2. All placement candidates for (not shown) are determined (shown in FIG. 3). In this example, 16 placement candidates are set. Next, the numbers from (0) to (15) are sequentially assigned in decimal numbers to the 16 antenna arrangement candidates shown in FIG. 3 (shown in FIG. 4).

次に、第2の工程(S2)において、図4に示す10進数で表現した(0)から(15)までの配置を2進数で再表現するように、各アンテナ毎に4桁からなるbit長を決定する(図5参照)。さらに、4桁からなるbit長/アンテナ×アンテナ数(この例では3個)=12桁からなるbit長の合体した配列が用意される(図6参照)。ここで、4桁からなるbit長を区間と呼ぶことにする。このようにアンテナの配置の候補の数を2の累乗とすることで、後述するように余分なbit列情報が生成されないため、計算効率を上げることができる。   Next, in the second step (S2), a bit consisting of 4 digits for each antenna so that the arrangement from (0) to (15) expressed in decimal number shown in FIG. 4 is re-expressed in binary number. The length is determined (see FIG. 5). Furthermore, a combined arrangement of 4 bits of bit length / antenna × number of antennas (3 in this example) = 12 digits of bit length is prepared (see FIG. 6). Here, a 4-digit bit length is referred to as a section. In this way, by setting the number of antenna arrangement candidates to a power of 2, as described later, no extra bit string information is generated, so that the calculation efficiency can be improved.

次に、第3の工程(S3)において、図6に示す合体した12個の配列に収まる範囲で乱数を用いてランダムなbit列情報を生成する(図7参照)。ここで、異なる区間において同じbit列情報が存在する場合には、同じ場所に複数のアンテナが存在するということになってしまうため、bit列情報を生成する場合には、全ての区間のbit列情報が異なるようにする。   Next, in a third step (S3), random bit string information is generated using random numbers within a range that fits in the combined 12 arrays shown in FIG. 6 (see FIG. 7). Here, when the same bit string information exists in different sections, it means that a plurality of antennas exist in the same place. Therefore, when generating bit string information, the bit strings of all the sections. Make the information different.

次に、第4の工程(S4)において、第3の工程(S3)で生成したbit列情報を基に電磁界シミュレーションを行なう。   Next, in the fourth step (S4), an electromagnetic field simulation is performed based on the bit string information generated in the third step (S3).

次に、第5の工程(S5)において、目標とする各アンテナ1,2,3のアンテナ特性と第4の工程(S4)で電磁界シミュレーションにより算出された各アンテナ1,2,3のアンテナ特性を基に、適応度を計算する。ここで、適応度の計算には、問題に応じた適応度関数を用意する必要がある。適応度関数を作成するのに先立ち目的関数を作成する必要がある。目的関数の中には評価したい特性を含むわけであるが、ここではある周波数帯のSパラメータに注目することとする。本発明は、各アンテナ1,2,3のそれぞれ単体の特性が良好で、且つ他のアンテナからの影響を受けにくい各アンテナ1,2,3の最適な配置を短期間に設計できることを目指している。従って、各アンテナ1,2,3の反射特性S11,S22,S33が小さく、通過特性S12,S13,S23が小さいものが望ましい。このような観点から、S11,S22,S33,S12,S13,S23を全て含むような目的関数を作成し、さらにこの目的関数が負になる可能性もあるため、シグモイド関数を用いて適応度関数を
f(g)=1/(1+eg)……(式1)
g:目的関数
とおき、これを基に適応度の計算を行なう。
Next, in the fifth step (S5), the antenna characteristics of the target antennas 1, 2, 3 and the antennas of the antennas 1, 2, 3 calculated by the electromagnetic field simulation in the fourth step (S4). Based on the characteristics, fitness is calculated. Here, in order to calculate the fitness, it is necessary to prepare an fitness function corresponding to the problem. It is necessary to create an objective function prior to creating the fitness function. The objective function includes characteristics to be evaluated, but here, attention is paid to S parameters in a certain frequency band. The present invention aims to be able to design an optimum arrangement of each antenna 1, 2, 3 in a short period of time so that each antenna 1, 2, 3 has good individual characteristics and is not easily influenced by other antennas. Yes. Accordingly, it is desirable that the reflection characteristics S 11 , S 22 , and S 33 of each of the antennas 1, 2, and 3 are small and the passing characteristics S 12 , S 13 , and S 23 are small. From this point of view, an objective function including all of S 11 , S 22 , S 33 , S 12 , S 13 , and S 23 is created, and the objective function may be negative. f (g) the fitness function using a = 1 / (1 + e g ) ...... ( equation 1)
g: An objective function is set, and fitness is calculated based on this.

次に、第6の工程(S6)において、予め設定しておいた収束条件を満たしていれば計算を終了し(図1中のF1)、満たしていなければ次工程である第7の工程(S7)へと移行する。ここで、この条件分岐により計算が終了した場合には、最適解が求まったことを意味する。S6に示す収束条件は
・個体集団中の最大適応度>閾値
・個体集団の平均適応度>閾値
などが考えられる。ここで、閾値を大きくするほど、最適解を得られる確率は高くなるが、計算時間が増大する。
Next, in the sixth step (S6), the calculation is terminated if the preset convergence condition is satisfied (F1 in FIG. 1), and if not, the seventh step (the next step) ( The process proceeds to S7). Here, when the calculation is terminated by this conditional branch, it means that the optimum solution has been obtained. The convergence conditions shown in S6 can be considered as follows: • Maximum fitness in individual population> threshold value • Average fitness of individual population> threshold value. Here, the larger the threshold value, the higher the probability that an optimum solution can be obtained, but the calculation time increases.

次に、第7の工程(S7)において、遺伝的アルゴリズムに基づく操作(例えば、選択操作、交叉操作、突然変異操作を含む)を行ない、母集団の更新を行なう。ここで、第3の工程(S3)の時と同様に、bit列情報を生成する場合には全ての区間のbit列情報が異なるようにする。ここで、第7の工程(S7)の操作が終了すると世代を一世代進ませる。   Next, in a seventh step (S7), an operation based on a genetic algorithm (including selection operation, crossover operation, mutation operation) is performed, and the population is updated. Here, as in the case of the third step (S3), when generating bit string information, the bit string information of all sections is set to be different. Here, when the operation of the seventh step (S7) is completed, the generation is advanced by one generation.

次に、第8の工程(S8)において、予め設定しておいた世代数を超えていれば計算を終了し(図1中のF2)、超えていなければ再度第4の工程(S4)に戻り、同様の操作を繰り返す。   Next, in the eighth step (S8), if the number of generations set in advance is exceeded, the calculation is terminated (F2 in FIG. 1), and if not, the process returns to the fourth step (S4). Return and repeat the same operation.

これにより、電子機器内部において各アンテナの優れた特性を維持し、複数の優れた通信環境が最適化された電子機器が実現できる。   Accordingly, it is possible to realize an electronic device in which excellent characteristics of each antenna are maintained inside the electronic device and a plurality of excellent communication environments are optimized.

本実施の形態においては、アンテナ特性におけるSパラメータに着目した例について説明してきたが、これに限定されるものではなく、放射特性を目標に定めて適応度の計算を行なうことも可能である。このようにすることで、アンテナの指向性を考慮しながらも、最適化に要する時間を短縮することができる。   In the present embodiment, an example in which attention is paid to the S parameter in the antenna characteristic has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to calculate the fitness by setting the radiation characteristic as a target. By doing so, it is possible to reduce the time required for optimization while considering the directivity of the antenna.

また、本実施の形態においては、電子機器として携帯電話に関する例について説明したが、これに限定されることなく様々な電子機器においても適用できるものである。   In this embodiment, an example of a mobile phone as an electronic device has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to various electronic devices.

(実施の形態2)
図8は本発明の実施の形態2におけるアンテナの配置の設計方法を説明する工程図、図9は同工程図の第9の工程(S9)に示す電磁界シミュレーションに基づく第10の工程(S10)における各アンテナの反射特性の順位付けを説明するための説明図、図10は第10の工程(S10)に示す各アンテナの反射特性の順位付けの結果に基づいてbit列情報を生成するための制約情報を2進数で表示する工程を説明する説明図、図11は図10に示す制約情報に乱数を用いて最終のbit列情報を生成する工程を説明するための説明図である。本実施の形態において、図1に示すアンテナの配置の設計方法を説明する工程図と同一の工程に関しては同一の符号を付与して詳細な説明を省略し、異なる工程の部分に関してのみ詳述する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a process diagram for explaining a design method of antenna arrangement according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 9 is a tenth process (S10) based on the electromagnetic field simulation shown in the ninth process (S9) of the process diagram. ) For explaining the ranking of the reflection characteristics of the antennas in FIG. 10, FIG. 10 is for generating bit string information based on the result of ranking of the reflection characteristics of the antennas shown in the tenth step (S10). FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a step of generating final bit string information using random numbers for the constraint information shown in FIG. 10. In the present embodiment, the same steps as those in the process diagram for explaining the antenna layout design method shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and only different process portions are described in detail. .

図8に示す第9の工程(S9)において、図4に示す番号(0)から(15)の位置に全てアンテナ1が存在する場合の電磁界シミュレーションを行なう。同様に、図4に示す番号(0)から(15)の配置にそれぞれ全てアンテナ2またはアンテナ3が存在する場合の電磁界シミュレーションを行なう。すなわち、この例では合計48種類の電磁界シミュレーションを行なうことになる。   In the ninth step (S9) shown in FIG. 8, an electromagnetic field simulation is performed when the antenna 1 is present at all positions (0) to (15) shown in FIG. Similarly, an electromagnetic field simulation is performed when the antenna 2 or the antenna 3 is present in all the arrangements of numbers (0) to (15) shown in FIG. That is, in this example, a total of 48 types of electromagnetic field simulations are performed.

次に、第10の工程(S10)において、第9の工程(S9)で行なった電磁界シミュレーションの結果を基に順位付けを行なう。ここでは所望の周波数の反射特性が小さいものから順に順位付けを行なう。ここで上位何種類を基に優先的に遺伝子情報を作るかについては、すべてのアンテナにおいて上位となる配置が存在しても問題がないように、候補となるアンテナの数と同数、もしくはそれ以上とするのが望ましい。今回の場合、アンテナの種類が3種類であるので、図9に示すように上位3つの情報を記録しておく。   Next, in the tenth step (S10), ranking is performed based on the result of the electromagnetic field simulation performed in the ninth step (S9). Here, ranking is performed in descending order of reflection characteristics at a desired frequency. Here, the number of top-level genetic information that is preferentially created is the same as or more than the number of candidate antennas so that there is no problem even if there is a top-level arrangement for all antennas. Is desirable. In this case, since there are three types of antennas, the top three pieces of information are recorded as shown in FIG.

次に、第3の工程(S3)において第2の工程(S2)で用意した配列に収まる範囲でbit列情報を生成する。ここでは第1世代の個体数を100とする。ここでbit列情報を作成する際には、第10の工程(S10)において順位付けされたものの上位を含むbit列情報を優先的に生成するようにする。具体的には各アンテナ1,2,3の上位となる配置番号を2進数に変換し、図10に示すようにそれぞれのアンテナ1,2,3に相当する区間に制約情報として挿入する。さらに、図10に示す制約情報以外の部分に関しては、図11に示すように乱数を用いて最終のbit列情報を生成する。図11に示す例では一つの制約条件につき5種類のbit列情報を生成している。すなわち、5×9=45種類のbit列情報が生成されることになる。ここで前述したように第1世代の個体数は100としているため、残りの55個体については、制約情報を与えず乱数を用いて生成する。ここで、異なる区間において同じbit列情報が存在する場合には、同じ場所に複数のアンテナが存在するということになってしまうため、bit列情報を生成する場合には、全ての区間のbit列情報が異なるようにする。   Next, in the third step (S3), bit string information is generated within a range that fits in the array prepared in the second step (S2). Here, the number of individuals of the first generation is 100. Here, when creating bit string information, bit string information including the higher ranks of those ranked in the tenth step (S10) is preferentially generated. Specifically, the arrangement number that is the higher rank of each antenna 1, 2, 3 is converted into a binary number, and is inserted as constraint information in a section corresponding to each antenna 1, 2, 3 as shown in FIG. Further, with respect to portions other than the constraint information shown in FIG. 10, final bit string information is generated using random numbers as shown in FIG. In the example shown in FIG. 11, five types of bit string information are generated for one constraint condition. That is, 5 × 9 = 45 types of bit string information are generated. As described above, since the number of individuals of the first generation is 100, the remaining 55 individuals are generated using random numbers without giving constraint information. Here, when the same bit string information exists in different sections, it means that a plurality of antennas exist in the same place. Therefore, when generating bit string information, the bit strings of all the sections. Make the information different.

(実施の形態3)
さらに、実施の形態1、実施の形態2で述べたアンテナの配置の設計方法を用いて、図1または図8に示す第6の工程(S6)の収束条件を満足し計算を終了する工程(F1)から得られた3個のアンテナの最適配置を初期値として、局所探索法(例えば、最大勾配法、最適勾配法、共役勾配法、Newton-Raphson法など)を用いて、3個のアンテナの配置のより最適解に近い値を短時間で得ることができる。
(Embodiment 3)
Furthermore, using the antenna arrangement design method described in the first and second embodiments, a step of satisfying the convergence condition of the sixth step (S6) shown in FIG. 1 or FIG. F3) using the optimal location of the three antennas obtained from F1) as an initial value and using a local search method (for example, maximum gradient method, optimal gradient method, conjugate gradient method, Newton-Raphson method, etc.) A value closer to the optimal solution can be obtained in a short time.

本発明は、複数のアンテナを内蔵した電子機器におけるアンテナの配置の最適設計に要する時間を著しく短縮したアンテナの配置の設計方法及びこの設計方法を用いて配置されたアンテナを搭載した電子機器として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as an antenna arrangement design method that significantly shortens the time required for optimal antenna arrangement design in an electronic apparatus incorporating a plurality of antennas, and an electronic apparatus equipped with an antenna arranged using this design method. It is.

本発明の実施の形態1におけるアンテナの配置の設計方法を説明する工程図Process drawing explaining the design method of arrangement | positioning of the antenna in Embodiment 1 of this invention 第1の工程(S1)におけるアンテナを含む所定の解析領域の概念図Conceptual diagram of a predetermined analysis region including an antenna in the first step (S1) 第1の工程(S1)におけるアンテナの配置の候補を説明する概念図Conceptual diagram for explaining antenna arrangement candidates in the first step (S1) 図3に示すアンテナの配置への番号の割当てを説明する概念図Conceptual diagram for explaining the assignment of numbers to the antenna arrangement shown in FIG. 第2の工程(S2)におけるbit長を決定するための各アンテナで用意する配列の概念図Conceptual diagram of the arrangement prepared for each antenna for determining the bit length in the second step (S2) 図5に示した各配列を合成して、全配列を作成する方法を説明する概念図FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method of synthesizing the respective arrays shown in FIG. 5 to create an entire array. 第3の工程(S3)におけるbit列情報を生成する方法を説明する概念図The conceptual diagram explaining the method to produce | generate the bit row | line information in a 3rd process (S3). 本発明の実施の形態2におけるアンテナの配置の設計方法を説明する工程図Process drawing explaining the design method of the arrangement | positioning of the antenna in Embodiment 2 of this invention 各アンテナの反射特性の順位付けを説明するための説明図Explanatory diagram for explaining the ranking of the reflection characteristics of each antenna 同順位付けの結果に基づいてbit列情報を生成するための制約情報を2進数で表示する工程を説明する説明図Explanatory drawing explaining the process of displaying the constraint information for producing | generating bit column information based on the result of ranking in binary number 図10に示す制約情報に乱数を用いて最終のbit列情報を生成する工程を説明するための説明図Explanatory drawing for demonstrating the process of producing | generating the last bit sequence information using a random number for the constraint information shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 セルラー用アンテナ
2 解析領域
3 回路基板
1 Cellular antenna 2 Analysis area 3 Circuit board

Claims (4)

複数のシステム・機能を備えた電子機器に搭載される複数のアンテナの配置を各アンテナの少なくとも反射特性及び通過特性からなるアンテナ特性に基づいて決定するアンテナの配置の設計方法であって、前記複数のアンテナの形状を固定してアンテナ番号を割り当てるとともに、前記各アンテナを含む所定の解析領域の大きさと配置を決定して配置番号を割り当てる第1の工程と、候補となる前記各アンテナの配置の数を基にbit長を決定する第2の工程と、第2の工程で決定したbit長で構成される区間をアンテナの数だけ並べてなるビット列情報を複数個有するビット列情報群を生成する工程であって、前記アンテナ番号毎に、全ての配置候補にこのアンテナを単体配置した場合に反射特性が小さくなる配置を示す前記配置番号を前記bit長の2進数に変換してなる制約情報を生成するとともに、前記ビット列情報と同じ長さの制約付きビット列情報であって、前記アンテナ番号に対応する前記区間に前記制約情報を挿入し、その他の前記区間が乱数となるように前記制約情報と乱数を結合した制約付きビット列情報を生成し、前記制約付きビット列情報を上位に配置したビット列情報群を生成する第3の工程と、この第3の工程で生成したbit列情報を基にアンテナの配置の電磁界シミュレーションを行なうことにより、前記各アンテナのアンテナ特性を算出する第4の工程と、目標とする各アンテナのアンテナ特性と前記第4の工程で電磁界シミュレーションにより算出された各アンテナのアンテナ特性を基に適応度を計算する第5の工程と、この第5の工程で求めた適応度を基に収束条件が満たされているかを判定する第6の工程と、前記収束条件が満たされた場合には前記第6の工程で終了し、前記収束条件が満たされていない場合には、適応度を考慮して遺伝的アルゴリズムに基づく所定の操作を行なう第7の工程とをさらに有し、前記収束条件を満足するまで前記第4〜第7の工程を繰り返すことを特徴とするアンテナの配置の設計方法。 An antenna arrangement design method for determining an arrangement of a plurality of antennas mounted on an electronic device having a plurality of systems / functions based on antenna characteristics including at least reflection characteristics and pass characteristics of each antenna, A first step of assigning an antenna number while fixing the shape of the antenna, determining a size and arrangement of a predetermined analysis region including each antenna, and assigning the arrangement number ; A second step of determining the bit length based on the number, and a step of generating a bit string information group having a plurality of bit string information in which sections configured by the bit length determined in the second step are arranged by the number of antennas. there are, for each of the antenna number, the arrangement number indicating an arrangement in which the reflection characteristic when the antenna was simplex arrangement to all placement candidate becomes smaller Generates the restriction information obtained by converting the binary serial bit length, a the bit string information as long as constrained bit string information and, inserting the constraint information to the section corresponding to the antenna number, A third step of generating constrained bit string information obtained by combining the constraining information and the random number so that the other sections become random numbers, and generating a bit string information group in which the constrained bit string information is arranged at a higher level; A fourth step of calculating the antenna characteristics of each antenna by performing electromagnetic field simulation of antenna arrangement based on the bit sequence information generated in step 3, the antenna characteristics of each target antenna, and the first A fifth step of calculating the fitness based on the antenna characteristics of each antenna calculated by the electromagnetic field simulation in the step 4, and the fifth step A sixth step for determining whether the convergence condition is satisfied based on the fitness value obtained, and the sixth step when the convergence condition is satisfied, and the convergence condition is not satisfied In this case, the method further includes a seventh step of performing a predetermined operation based on a genetic algorithm in consideration of fitness, and repeating the fourth to seventh steps until the convergence condition is satisfied. Design method of antenna arrangement. 順位付けの数は、アンテナの数以上とした請求項に記載のアンテナの配置の設計方法。 The antenna layout design method according to claim 1 , wherein the number of rankings is equal to or greater than the number of antennas. 請求項の設計方法を用いて決定した複数のアンテナの最適配置を初期値として、さらに局所探索法を用いて前記複数のアンテナの配置の最適化を行なう工程を備えたアンテナの配置の設計方法。 An antenna arrangement design method comprising a step of optimizing the arrangement of the plurality of antennas using a local search method with the optimum arrangement of the plurality of antennas determined using the design method of claim 1 as an initial value. . 請求項に記載のアンテナの配置の設計方法を用いて設計されたアンテナが搭載された電子機器。 An electronic device equipped with an antenna designed using the antenna layout design method according to claim 1 .
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