JP5929344B2 - アンテナ設計方法、アンテナ設計装置、アンテナ設計プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナ設計方法、アンテナ設計装置、およびアンテナ設計プログラムに関する。
携帯情報端末装置等の送受信装置に実装されるアンテナは、例えば、以下のようなアンテナ設計方法により設計される。
まず、設計者は、アンテナ素子単体のモデルを作成する。そして、設計者は、作成されたアンテナ素子単体のモデルのアンテナ特性を、電磁界シミュレータを用いたシミュレーションによって取得する。取得されるアンテナ特性には、アンテナインピーダンスおよび電圧定在波比(voltage standing wave ratio、ＶＳＷＲ)等が含まれる。
まず、設計者は、アンテナ素子単体のモデルを作成する。そして、設計者は、作成されたアンテナ素子単体のモデルのアンテナ特性を、電磁界シミュレータを用いたシミュレーションによって取得する。取得されるアンテナ特性には、アンテナインピーダンスおよび電圧定在波比(voltage standing wave ratio、ＶＳＷＲ)等が含まれる。
次に、設計者は、取得されたアンテナ素子単体のアンテナインピーダンスを参考にして、整合回路のモデルおよび線路のモデルを作成する。そして、設計者は、作成された整合回路のモデルおよび線路のモデルをアンテナ素子単体のモデルに追加し、整合回路および線路が追加されたアンテナモデルのアンテナ特性を電磁界シミュレータを用いて取得する。
設計者は、取得されたアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かの評価を行う。整合回路および線路が追加されたアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすと評価する場合には、設計者は、アンテナ設計を終了する。一方、アンテナ特性が所望の規格を満たさないと評価する場合には、設計者は、整合回路のモデルおよび線路のモデルを作成し直し、アンテナ設計を継続する。
なお、放射素子となる透明導電膜の導電率やマイクロストリップラインの導電率等を含む所定のパラメータを用いて、パッチアンテナの放射特性を測定する従来技術がある。
送信及び／又は受信モジュールの整合素子およびアンテナの放射効率を測定する従来技術がある。
送信及び／又は受信モジュールの整合素子およびアンテナの放射効率を測定する従来技術がある。
リアクタンス回路を含むノッチアンテナについて、周波数とリターンロスとの関係および周波数とアンテナ効率との関係を有限差分時間領域（Finite Difference Time Domain Method、ＦＤＴＤ)法等の電磁界シミュレーションで求める従来技術がある。
近年、携帯情報端末装置は小型化および薄型化し、携帯情報端末装置に備えられるアンテナの搭載スペースも小型化および薄型化している。この結果、小型化および薄型化された携帯情報端末装置では、アンテナと金属で構成される周辺部品とが近づく構造になり得る。アンテナの近くに金属が存在すると、アンテナ電流を打ち消すような電流が金属に流れるため、アンテナ性能の劣化を招く。
アンテナの性能指標には、放射抵抗Ｒrがある。アンテナ、整合回路、および給電線路等に含まれる損失抵抗をＲｌとすると，アンテナに加えられた正味の電力とアンテナから放射される電力との比である放射効率ηは、以下の式で表される。
式(1)から明らかなように、アンテナの放射抵抗Ｒrが小さい場合には、損失抵抗Ｒｌが僅かな値であっても、放射効率ηは大きく劣化する。そこで、放射抵抗Ｒrが大きくなるようにアンテナを設計することが望ましい。
しかしながら、小型化および薄型化した携帯情報端末装置では、前述したようにアンテナの近くに金属が存在し得るため、電波を放射しにくい構造、すなわち、放射抵抗Ｒrが小さい構造になり得る。そこで、放射抵抗Ｒrが小さい構造のアンテナを設計する際には、僅かな値であっても損失抵抗Ｒｌに注意を払う必要がある。
アンテナの入力インピーダンスが特性インピーダンス（例えば、50Ω）からずれる場合には，整合回路によって整合を取る必要がある。整合回路を構成する整合素子には、静電容量成分またはインダクタンス成分、および寄生インダクタンス成分または寄生静電容量成分に加えて、僅かながら抵抗成分が含まれる。そこで、放射抵抗Ｒrが小さい構造のアンテナを設計する際には、整合回路を構成する各整合素子の抵抗成分を考慮する必要がある。
また、アンテナと接地導体側の無線通信モジュールとを接続する線路には、損失成分が含まれる。例えば、アンテナが薄型化され、アンテナと接地導体との距離が短くなる場合には、線路の損失成分の影響を受けて放射効率ηが著しく劣化し得る。そこで、線路に含まれる損失成分を見積もってアンテナ設計を行なう必要がある。
しかしながら、前述した従来のアンテナ設計方法では、整合回路および線路に含まれるこれらの損失を考慮したアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができない。
すなわち、前述した従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子、線路、および整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによって取得する。このため、従来のアンテナ設計方法では、整合回路および線路に含まれる損失が考慮されたアンテナ特性を算出するには膨大な時間を要する。したがって、従来のアンテナ設計方法では、所望の規格を満たすアンテナ設計を迅速に行なうことができない。
すなわち、前述した従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子、線路、および整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによって取得する。このため、従来のアンテナ設計方法では、整合回路および線路に含まれる損失が考慮されたアンテナ特性を算出するには膨大な時間を要する。したがって、従来のアンテナ設計方法では、所望の規格を満たすアンテナ設計を迅速に行なうことができない。
また、前述した従来のアンテナ設計方法では、シミュレーション結果が所望の規格に適合するか否かを設計者が評価し、設計者は、評価結果に基づき線路および整合回路の構成を検討し直す必要がある。このため、従来のアンテナ設計方法では、整合回路および線路の損失を加味したアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができない。
本発明の課題は、線路および整合素子の損失を考慮したアンテナ設計を迅速かつ効率的に行えるアンテナ設計方法、アンテナ設計装置、およびアンテナ設計プログラムを提供することである。
実施形態に従ったコンピュータが実行するアンテナ設計方法は、アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、アンテナおよび／または整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成し、アンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性を取得し、整合素子がアンテナに対して並列に実装される場合に整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、作成されたアンテナモデルの特性を、取得されたアンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性と、計算されたビアのインダクタンスとを用いて計算し、計算されたアンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、判定された結果を表示する。
実施形態に従ったアンテナ設計装置は、アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、アンテナおよび／または整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成する整合回路付きアンテナモデル作成部と、アンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性を取得し、整合素子がアンテナに対して並列に実装される場合に整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、取得されたアンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性と、計算されたビアのインダクタンスとを用いて整合回路付きアンテナモデル作成部により作成されたアンテナモデルの特性を計算するアンテナ特性計算部と、アンテナ特性計算部により計算されたアンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定する計算結果判定部と、計算結果判定部により判定された結果を表示する表示部とを含む。
実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、アンテナおよび／または整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成し、アンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性を取得し、整合素子がアンテナに対して並列に実装される場合に整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、作成されたアンテナモデルの特性を、取得されたアンテナの特性、整合素子の特性、および線路の特性と、計算されたビアのインダクタンスとを用いて計算し、計算されたアンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、判定された結果を表示することをコンピュータに実行させる。
実施形態のアンテナ設計方法、アンテナ設計装置、およびアンテナ設計プログラムによれば、線路および整合素子の損失を考慮したアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことができる。
以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に従ったアンテナ設計装置の機能的構成図である。
アンテナ設計装置１００には、入力部１１０、記憶部１２０、処理部１３０、および表示部１４０が含まれる。
図１は、実施形態に従ったアンテナ設計装置の機能的構成図である。
アンテナ設計装置１００には、入力部１１０、記憶部１２０、処理部１３０、および表示部１４０が含まれる。
入力部１１０は、アンテナ設計に必要な各種データを入力する装置である。入力部１１０は、例えば、キーボードやマウス等である。
入力部１１０により入力される各種データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。
入力部１１０により入力される各種データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。
モデルの材質に関するデータは、例えば、導電率、誘電率、透磁率、および各種損失等に関するデータである。解析条件に関するデータは、例えば、解析する周波数の上限および下限、周波数の刻み、および高速処理設定の有無等に関するデータである。解析出力項目に関するデータは、例えば、放射効率、トータル効率、およびＳパラメータ（Scattering parameter）に関するデータである。また、解析出力項目に関するデータには、例えば、アンテナインピーダンス、整合素子のインピーダンス、線路の特性インピーダンス、および伝達係数も含まれる。
なお、放射効率とは、図３を示して後述するように、波源側の線路の挿入位置でアンテナ側に入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比である。ただし、線路および整合回路を含まないアンテナ素子単体のモデルでは、線路および整合回路に含まれる損失を考慮する必要がないため、放射効率は、アンテナに入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比ということになる。
また、トータル効率とは、波源からの全入力電力とアンテナからの放射電力との比を指す。
また、トータル効率とは、波源からの全入力電力とアンテナからの放射電力との比を指す。
記憶部１２０は、処理部１３０による処理データが格納されるアンテナ特性ファイル１２１、線路特性ファイル１２２、および計算処理データファイル１２３を含む記憶装置である。
また、実施形態によっては、記憶部１２０は、整合素子データファイル１２４をさらに含む。整合素子データファイル１２４には、例えば、回路部品メーカー等により市販されている整合素子の各種データが格納される。格納される整合素子の各種データの一例としては、整合素子の種別、整合素子の静電容量またはインダクタンス、整合素子のサイズ、寄生インダクタンスまたは寄生静電容量、損失抵抗、耐圧、および価格等に関するデータが挙げられる。
記憶部１２０は、例えば、Read Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）、およびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等である。
処理部１３０は、実施形態に従ったアンテナ設計処理を実行する装置である。処理部１３０は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）である。
処理部１３０は、実施形態に従ったアンテナ設計処理を実行する装置である。処理部１３０は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）である。
表示部１４０は、入力部１１０への入力を促す表示を行い、および処理部１３０による処理結果を表示する装置である。表示部１４０は、例えば、液晶ディスプレイ装置である。
処理部１３０には、アンテナ特性シミュレーション処理部１３１、線路特性計算処理部１３２、およびアンテナ特性計算処理部１３３が含まれる。
アンテナ特性シミュレーション処理部１３１は、入力部１１０の入力に従い作成された、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションにより取得し、取得されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。
アンテナ特性シミュレーション処理部１３１は、入力部１１０の入力に従い作成された、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションにより取得し、取得されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。
以下の説明において、「整合回路を含まないアンテナモデル」あるいは「整合回路なしアンテナモデル」とは、アンテナ素子単体のモデル、またはアンテナ素子および線路を含むモデルを指す。
アンテナ特性シミュレーション処理部１３１には、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａ、シミュレーション実行部１３１ｂ、およびシミュレーション結果判定部１３１ｃが含まれる。
整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０からの入力データに従って、整合回路を含まないアンテナモデルを作成する。
シミュレーション実行部１３１ｂは、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成されたアンテナモデルに対するシミュレーションを実行する。
シミュレーション実行部１３１ｂは、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成されたアンテナモデルに対するシミュレーションを実行する。
シミュレーション実行部１３１ｂにより実行されるシミュレーションは、例えば、モーメント法、有限要素法、および有限差分時間領域法等を用いた電磁界シミュレーションである。
シミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションによって、整合回路を含まないアンテナモデルに対するアンテナ特性が取得される。取得されるアンテナ特性には、入力部１１０の入力により設定された周波数ごとのインピーダンス、Ｓパラメータ、放射効率、およびトータル効率が含まれる。これらのアンテナ特性は、記憶部１２０のアンテナ特性ファイル１２１に格納される。
シミュレーション結果判定部１３１ｃは、アンテナ素子および線路を含むアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。
シミュレーション結果判定部１３１ｃによる判定結果は、アンテナ特性ファイル１２１に格納される。
シミュレーション結果判定部１３１ｃによる判定結果は、アンテナ特性ファイル１２１に格納される。
線路特性計算処理部１３２は、入力部１１０の入力に従い作成された線路のモデルに対する特性を計算する。
線路特性計算処理部１３２には、線路モデル作成部１３２ａおよび線路特性計算部１３２ｂが含まれる。
線路特性計算処理部１３２には、線路モデル作成部１３２ａおよび線路特性計算部１３２ｂが含まれる。
線路モデル作成部１３２ａは、入力部１１０の入力により設定された線路のデータおよび基板のデータを取得して、線路モデルを作成する。線路のデータには、線路の長さおよび幅に関するデータが含まれる。基板のデータには、基板の比誘電率、誘電正接、厚さ、導体の高さ、および誘電率等に関するデータが含まれる。
線路特性計算部１３２ｂは、線路モデル作成部１３２ａにより作成された線路モデルについて、入力部１１０の入力により設定された周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数、減衰定数、および位相定数を計算する。
線路特性計算部１３２ｂにより計算された線路の特性インピーダンス、伝達係数、減衰定数、および位相定数に関する各データは、線路特性ファイル１２２に格納される。
線路特性計算部１３２ｂにより計算された線路の特性インピーダンス、伝達係数、減衰定数、および位相定数に関する各データは、線路特性ファイル１２２に格納される。
アンテナ特性計算処理部１３３は、入力部１１０の入力に従い作成された、整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を実施形態に従った計算方法を用いて計算し、計算されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを判定する。
以下の説明において、「整合回路を含むアンテナモデル」あるいは「整合回路付きアンテナモデル」とは、アンテナ、線路、および整合回路を含むモデルを指す。
アンテナ特性計算処理部１３３による処理は、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格値を満たさない場合に実行される。
アンテナ特性計算処理部１３３による処理は、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性が所望の規格値を満たさない場合に実行される。
実施形態によっては、シミュレーション結果判定部１３１ｃによる判定の結果、アンテナおよび線路を含むアンテナモデルの対象周波数でのトータル効率が所望の規格値未満である場合に、アンテナ特性計算処理部１３３による処理が実行される。
実施形態によっては、シミュレーション結果判定部１３１ｃによる判定結果に関係なく、アンテナ特性計算処理部１３３による処理が実行される。例えば、アンテナ素子単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性が任意の手段により取得されている場合には、アンテナ特性計算処理部１３３は、取得されているこれらの特性を用いて処理を実行する。
アンテナ特性計算処理部１３３には、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａ、計算実行部１３３ｂ、および計算結果判定部１３３ｃが含まれる。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合回路を含むアンテナモデルを作成する。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合回路を含むアンテナモデルを作成する。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、アンテナ特性ファイル１２１に格納されたアンテナ素子単体のアンテナ特性をインポートする。すなわち、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、対象となる周波数ごとの放射効率、アンテナインピーダンス、およびＳパラメータに関する各データをインポートする。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０により入力された対象となる周波数ごとの放射効率、アンテナインピーダンス、およびＳパラメータに関する各データをインポートする。
また、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、線路特性ファイル１２２に格納された線路の特性をインポートする。すなわち、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、対象となる周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数、減衰定数、および位相定数に関する各データをインポートする。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０により入力された対象となる周波数ごとの線路の特性インピーダンス、伝達係数、および減衰定数に関する各データをインポートする。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、インポートされたアンテナインピーダンスに基づいて、整合回路の回路構成を算出する。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０により入力された整合回路の回路構成のデータを取得する。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、算出または取得された回路構成に従って、サイズや耐圧等の使用条件に適合する、整合回路を構成する整合素子を決定する。サイズや耐圧等の使用条件のデータは、入力部１１０による入力等によって予め与えられる。
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合素子データファイル１２４に格納された整合素子のデータを参照することによって、整合回路を構成する整合素子を決定する。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０から入力された整合素子のデータに基づいて、使用条件に適合する整合素子を決定する。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、決定された整合素子の静電容量またはインダクタンスに加えて、寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とを取得する。
寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とは、実施形態によっては、整合素子データファイル１２４に格納された該当する整合素子のデータを参照することによって取得される。また、実施形態によっては、入力１１０から入力されることによって、整合素子の寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と損失抵抗とが取得される。
このように、実施形態では、整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合回路付きのアンテナモデルが整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａによって作成される。また、作成された整合回路を構成する整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む各値は、整合素子データファイル１２４から取得され、または入力部１１０からの入力により指定される。
したがって、実施形態では、整合回路を構成する各整合素子の静電容量またはインダクタンスに加えて、寄生リアクタンスおよび損失抵抗の各モデルを個別に作成したり、それらの値を個別に設定したりする必要がない。このため、整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加味した整合回路付きアンテナモデルを迅速かつ効率的に作成することができる。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより作成された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を、実施形態の計算方法に従って計算する。実施形態では、アンテナ特性計算部１３３ｂは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンス、および線路の特性インピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによらないで、すなわち解析的手法により計算する。アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算されるアンテナ特性には、Ｓパラメータ、放射効率、およびトータル効率が含まれる。
また、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路および整合素子のそれぞれの消費電力を計算する。
寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンス、および線路の特性インピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルについて、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法を以下に説明する。
寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンス、および線路の特性インピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルについて、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法を以下に説明する。
説明の前提として、実施形態に従ったアンテナ特性の計算処理に用いられ得る各パラメータを図２および図３を参照しながら説明する。
図２は、実施形態に従ったアンテナモデル中の素子の各パラメータの説明図である。
図２は、実施形態に従ったアンテナモデル中の素子の各パラメータの説明図である。
図２に示すように、整合回路付きアンテナモデルの等価回路２００には、アンテナ２１０、第１線路２２１、第２線路２２２、整合回路２３０、および波源２４０が含まれる。
図２に示されるＲrは、アンテナ２１０の放射抵抗である。また、ＲLは、アンテナ２１０の損失抵抗である。アンテナ素子２１０単体のインピーダンスをＺaとすると、アンテナインピーダンスＺaは、アンテナの放射抵抗Ｒrおよびアンテナの損失抵抗ＲLの関数であり、次の式(2)で表される。
図２に示されるＲrは、アンテナ２１０の放射抵抗である。また、ＲLは、アンテナ２１０の損失抵抗である。アンテナ素子２１０単体のインピーダンスをＺaとすると、アンテナインピーダンスＺaは、アンテナの放射抵抗Ｒrおよびアンテナの損失抵抗ＲLの関数であり、次の式(2)で表される。
式(2)中のＲaは、アンテナインピーダンスＺaの実数部であり、Ｘaは、アンテナインピーダンスＺaの虚数部である。
前述したように、実施形態では、アンテナインピーダンスＺaの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘaは、既知の値である。すなわち、アンテナインピーダンスＺaの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘaは、実施形態によっては、シミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションにより取得されてアンテナ特性ファイル１２１に格納されており、また、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。
図２に示されるｌ1は、第１線路２２１の線路長である。Ｚl1は、第１線路２２１の特性インピーダンスである。γ1は、第１線路２２１の伝達係数である。第１線路２２１の減衰定数をα1、位相定数をβ1とすると、伝達係数γ1は、次の式(3)で表される。
前述したように、実施形態では、線路長ｌ1、特性インピーダンスＺl1、減衰定数α1、および位相定数β1は、既知の値である。すなわち、線路長ｌ1は、入力部１１０の入力により取得される。また、特性インピーダンスＺl1、減衰定数α1、および位相定数β1は、実施形態によっては、線路特性計算部１３２ｂの計算により取得され線路特性ファイル１２２に格納されており、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。
図２に示されるＲmiは、整合回路２２０を構成するｉ番目（ｉは１以上の整数）の整合素子の損失抵抗である。ｉ番目の整合素子のリアクタンスをＸmiとすると、ｉ番目の整合素子のインピーダンスＺmiは、次の式(4)で表される。
前述したように、実施形態では、ｉ番目（ｉは１以上の整数）の整合素子の損失抵抗Ｒmiおよびｉ番目の整合素子のリアクタンスＸmiは、既知の値である。すなわち、これらの値は、実施形態によっては、整合素子データファイル１２４に格納された整合素子のデータを参照することによって取得される。また、実施形態によっては、これらの値は、入力部１１０からの入力によって取得される。
図２に示されるｌ2は、第２線路２２２の線路長である。Ｚl2は、第２線路２２２の特性インピーダンスである。γ2は、第２線路２２２の伝達係数である。第２線路２２２の減衰定数をα2、位相定数をβ2とすると、伝達係数γ2は、次の式(5)で表される。
前述したように、実施形態では、線路長ｌ2、特性インピーダンスＺl2、減衰定数α2、および位相定数β2は、既知の値である。すなわち、線路長ｌ2は、入力部１１０の入力により取得される。また、特性インピーダンスＺl2、減衰定数α2、および位相定数β2は、実施形態によっては、線路特性計算部１３２ｂの計算により取得され線路特性ファイル１２２に格納されており、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。
図２に示されるＺ0は、波源２４０の内部インピーダンスである。波源２４０の内部インピーダンスＺ0は、例えば50オーム（Ω）である。
図２に示されるＺin1は、第１線路２２１の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。Ｚinmは、整合回路２３０の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。Ｚin2は、第２線路２２２の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。
図２に示されるＺin1は、第１線路２２１の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。Ｚinmは、整合回路２３０の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。Ｚin2は、第２線路２２２の入力端から見たアンテナモデル２００のインピーダンスである。
図３は、実施形態に従ったアンテナモデル中のパワーダイアグラムである。
図３に示したアンテナモデル３００において、Ｐi2は、波源２４０から送り出され、第２線路２２２に入力する電力である。
図３に示したアンテナモデル３００において、Ｐi2は、波源２４０から送り出され、第２線路２２２に入力する電力である。
Ｐn2は、第２線路２２２に入力する正味の電力であり、第２線路２２２の入力側における反射（不整合による損失）電力をＰr2とすると、関係式Ｐn2=Ｐi2-Ｐr2で表される。
Ｐimは、第２線路２２２から送り出され、整合回路２３０に入力する電力であり、第２線路２２２における損失電力をＰl2とすると、関係式Ｐim=Ｐn2-Ｐl2で表される。
Ｐimは、第２線路２２２から送り出され、整合回路２３０に入力する電力であり、第２線路２２２における損失電力をＰl2とすると、関係式Ｐim=Ｐn2-Ｐl2で表される。
Ｐnｍは、整合回路２３０に入力する正味の電力であり、整合回路２３０の入力側における反射電力をＰrmとすると、関係式Ｐnm=Ｐim-Ｐrmで表される。
Ｐi1は、整合回路２３０から送り出され、第１線路２２１に入力する電力であり、整合回路２３０における損失電力をＰlmとすると、関係式Ｐi1=Ｐnm-Ｐlmで表される。
Ｐi1は、整合回路２３０から送り出され、第１線路２２１に入力する電力であり、整合回路２３０における損失電力をＰlmとすると、関係式Ｐi1=Ｐnm-Ｐlmで表される。
Ｐn1は、第１線路２２１に入力する正味の電力であり、第１線路２２１の入力側における反射電力をＰr1とすると、関係式Ｐn1=Ｐi1-Ｐr1で表される。
Ｐiaは、第１線路２２１から送り出され、アンテナ２１０に入力する電力であり、第１線路２２１における損失電力をＰl1とすると、関係式Ｐia=Ｐn1-Ｐl1で表される。
Ｐiaは、第１線路２２１から送り出され、アンテナ２１０に入力する電力であり、第１線路２２１における損失電力をＰl1とすると、関係式Ｐia=Ｐn1-Ｐl1で表される。
Ｐnaは、アンテナ２１０に入力する正味の電力であり、アンテナ２１０の入力側における反射電力をＰraとすると、関係式Ｐna=Ｐia-Ｐraで表される。
Ｐradは、放射電力であり、誘電損および導体損等のアンテナ２１０に含まれる損失によって失われる電力をＰlaとすると、関係式Ｐrad=Ｐna-Ｐlaで表される。
Ｐradは、放射電力であり、誘電損および導体損等のアンテナ２１０に含まれる損失によって失われる電力をＰlaとすると、関係式Ｐrad=Ｐna-Ｐlaで表される。
実施形態では、放射効率ηとは、第２線路２２２の挿入位置でアンテナ２３０側へ入る正味の電力Ｐn2とアンテナ２３０からの放射電力Ｐradとの比を指し、次の式(6)で表される。
ただし、仮に、アンテナモデル３００に第２線路２２２が含まれない場合、第２線路２２２に含まれる損失を考慮する必要がないので、放射効率ηは、整合回路２３０に入る正味の電力Pnmとアンテナからの放射電力Ｐradとの比である。同様に、第２線路２２２および整合回路２３０を含まないアンテナモデル３００の放射効率ηは、第１線路２２１に入る正味の電力Pn1とアンテナからの放射電力Ｐradとの比である。第２線路２２２、整合回路２３０、および第１線路２２１を含まないアンテナモデル３００、すなわちアンテナ２１０単体のアンテナモデル３００の放射効率ηは、アンテナに入る正味の電力Pnaとアンテナからの放射電力Ｐradとの比である。
トータル効率ηtとは、波源２４０からの全入力電力Ｐi2とアンテナ２３０からの放射電力Ｐradとの比を指し、次の式(7)で表される。
図２および図３を参照しながら前述した各パラメータの説明を前提として、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法を、整合回路２３０として３つの整合素子が整合回路付きアンテナモデル２００にパイ（π）型に挿入されたケースを一例として説明する。
なお、以下の説明は、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法を説明するための一例にすぎず、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法が以下の一例に限られないことに留意すべきである。
すなわち、整合回路２３０として３つの整合素子がアンテナモデル２００にパイ（π）型に挿入されたケースを説明すれば、整合回路２３０として１つの整合素子がアンテナモデル２００に直列または並列に挿入されたケースに関しても実施形態のアンテナ特性の計算方法が実行可能なことは明らかである。また、整合回路２３０として３つ以上の整合素子が様々な接続形態でアンテナモデル２００に挿入されたケースに関しても実施形態のアンテナ特性の計算方法が実行可能なことは明らかである。さらに、第１線路２２１、整合回路２３０、および第２線路２２２の何れか１つまたは２つが存在しないケースに関しても実施形態のアンテナ特性の計算方法が実行可能なことは明らかである。
図４は、３つの整合素子がパイ（π）型に挿入されたアンテナモデルの等価回路図である。
図４に示した整合回路付きアンテナモデル４００において、整合回路２３０は、３つの整合素子２３０ａ〜２３０ｃを含む。３つの整合素子２３０ａ〜２３０ｃは、図４に示すように、アンテナモデル４００にパイ型に挿入される。
図４に示した整合回路付きアンテナモデル４００において、整合回路２３０は、３つの整合素子２３０ａ〜２３０ｃを含む。３つの整合素子２３０ａ〜２３０ｃは、図４に示すように、アンテナモデル４００にパイ型に挿入される。
図４において、Ｒm1は、整合素子２３０ａの損失抵抗であり、Ｘm1は、整合素子２３０ａのリアクタンスであり、整合素子２３０ａのインピーダンスＺm1は、式(4)のように、Ｚm1＝Ｒm1＋ｊＸm1で表される。Ｒm2は、整合素子２３０ｂの損失抵抗であり、Ｘm2は、整合素子２３０ｂのリアクタンスであり、整合素子２３０ｂのインピーダンスＺm2は、式(4)のように、Ｚm2＝Ｒm2＋ｊＸm2で表される。Ｒm3は、整合素子２３０ｃの損失抵抗であり、Ｘm3は、整合素子２３０ｃのリアクタンスであり、整合素子２３０ｃのインピーダンスＺm3は、式(4)のように、Ｚm3＝Ｒm3＋ｊＸm3で表される。
整合回路付きアンテナモデル４００のＳパラメータであるＳ11、すなわち、第２線路２２２の入力端で見た反射係数Γ2について、実施形態に従った計算方法を説明する。
まず、図４に示すように、第１線路２２１の入力端から見たインピーダンス、すなわちアンテナ２１０に第１線路２２１を接続したときのインピーダンスＺin1は、次の式(8)のように表される。
まず、図４に示すように、第１線路２２１の入力端から見たインピーダンス、すなわちアンテナ２１０に第１線路２２１を接続したときのインピーダンスＺin1は、次の式(8)のように表される。
前述したように、式(8)中の各パラメータは、既知の値である。したがって、Ｚin1は、式(8)により計算可能である。
次に、図４に示すように、パイ型に整合素子が挿入された整合回路２３０の入力端から見たインピーダンス、すなわち、アンテナ２１０に第１線路２２１および整合回路２３０を接続したときのインピーダンスＺinmは、次の式(9)のように表される。
ここで、式(9)中のＺam2は、次の式(10)で示すとおりである。
前述したように、式(9)中のＺm3、および式(10)中のＺm1およびＺm2は、既知の値である。また、Ｚin1は、式(8)により計算可能である。したがって、Ｚinmは、式(9)により計算可能である。
そして、図４に示すように、第２線路２２２の入力端から見たインピーダンス、すなわち、アンテナ２１０に第１線路２２１、整合回路２３０、および第２線路２２２を接続したときのインピーダンスＺin2は、次の式(11)のように表される。
前述したように、式(11)中のＺinmは、式(9)により計算可能である。また、式(11)中のＺinm以外の各パラメータは、既知の値である。したがって、Ｚin2は、式(11)により計算可能である。
第２線路２２２の入力端で見た反射係数Γ2は、次の式(12)で表される。
前述したように、式(12)中のＺin2は、式(11)により計算可能である。また、Ｚ0は、既知の値である。
したがって、整合回路付きアンテナモデル４００のＳパラメータであるＳ11、すなわち、第２線路２２２の入力端で見た反射係数Γ2を式(12)により計算できる。
以上のように、アンテナ特性計算部１３３ｂは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンス、および線路の特性インピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルのＳパラメータをシミュレーションによらずに取得する。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、アンテナ２１０単体の特性、整合回路２３０を構成する各整合素子の特性、および線路２２１および２２２の特性を用いて、整合回路付きアンテナモデル４００のＳパラメータを解析的手法により計算する。
整合回路付きアンテナモデル４００の放射効率ηについて、実施形態に従った計算方法を説明する。
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法では、式(6)で示した放射効率ηを、次の式(13)のように分解して計算する。
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法では、式(6)で示した放射効率ηを、次の式(13)のように分解して計算する。
以下の説明では、式(13)中のＰrad／Ｐnaを第１パート、Ｐna／Ｐn1を第２パート、Ｐn1／Ｐnmを第３パート、Ｐnm／Ｐn2を第４パートと便宜的にそれぞれ呼ぶこととする。
前述したように、式(13)中の第１パートは、実施形態では既知の値である。すなわち、Ｐrad／Ｐnaは、アンテナ２１０単体のアンテナモデルの放射効率ηであり、実施形態によっては、シミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションにより取得されてアンテナ特性ファイル１２１に格納されており、また、実施形態によっては、入力部１１０の入力により取得される。
式(13)中の第２パートは、第１線路２２１に入る正味の電力とアンテナ２１０に入る正味の電力の比であり、次の式(14)により表される。
ここで、式（14）中の第１線路２２１の線路長l1および減衰定数α1は、実施形態では、前述したように既知の値である。すなわち、線路長l1は、入力部１１０の入力により取得される。また、減衰定数α1は、実施形態によっては、線路計算部１３２ｂの計算により取得されて線路特性ファイル１２２に格納されており、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。
また、式（14）中のΓaは、アンテナ２１０の反射係数であり、Γ1は、第１線路２２１の入力端で見た反射係数であり、ΓaおよびΓ1は、次の式(15)および式(16)でそれぞれ表される。
前述したように、式(15)中のアンテナインピーダンスＺaは、実施形態では、既知の値である。すなわち、実施形態によっては、シミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションにより取得されてアンテナ特性ファイル１２１に格納されており、また、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。したがって、式(15)は、全て既知の値から構成されるので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、アンテナ２１０の反射係数Γaを計算できる。
また、式(16)中の伝達係数γ1は、式(3)により計算可能であり、式(3)中の減衰定数α1および位相定数β1は、既知の値である。すなわち、実施形態によっては、これらの値は、線路特性計算部１３２ｂの計算により取得されて線路特性ファイル１２２に格納されており、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。したがって、式(16)は、全て既知の値から構成されるので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、第１線路２２１の入力端で見た反射係数Γ1を計算できる。
このように、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(14)を構成する各パラメータの値を取得あるいは計算できるので、式(13)中の第２パートの値を計算できる。
式(13)中の第３パートは、次の式(17)のように表すことができる。
図４に示すように、式(17)中のｉin1は、アンテナ２１０および第一線路２２１の合成回路に流れる電流であり、ｉm1は、整合素子２３０ａに流れる電流であり、ｉm2は、整合素子２３０ｂに流れる電流であり、ｉm3は、整合素子２３０ｃに流れる電流である。また、Ｒin1は、アンテナ２１０および第一線路２２１の合成回路のインピーダンスＺin1を抵抗成分およびリアクタンス成分で表した場合（すなわち、Ｚin1＝Ｒin1＋ｊＸin1）の抵抗である。
式(17)中の分母および分子の各項には、これらの電流の絶対値の二乗がそれぞれ乗算されているから、式(17)を計算するためにこれらの電流の値が既知である必要はなく、これらの電流の相対的な値が分かればよい。そこで、整合素子２３０ｃに流れる電流ｉm3を１とすると、整合素子２３０ｂに流れる電流ｉm2、整合素子２３０ａに流れる電流ｉm1、およびアンテナ２１０および第一線路２２１の合成回路に流れる電流ｉin1は、次の式(18)〜式(20)のようにそれぞれ表される。
式(18)〜式(19)中の値は、既知の値であるか、前述の式(8)および式(10)により計算可能な値である。したがって、式(17)中のｉm3を１とし、式（18）〜式(20)により計算された値を式(17)に代入することによって、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式（13）中の第３パートの値を計算することができる。
式(13)中の第４パートは、次の式(21)のように表すことができる。
式(13)中の第４パートは、次の式(21)のように表すことができる。
式（21）中のΓmは、整合回路２３０の入力端で見た反射係数であり、Γ2は、第２線路２２２の入力端で見た反射係数であり、ΓmおよびΓ2は、次の式(22)および式(23)でそれぞれ表される。
式(22)中のインピーダンスＺinmは、式(9)により計算可能である。したがって、式(22)は、全て既知の値から構成されるので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路２３０の入力端で見た反射係数Γmを計算できる。
また、式(23)中の伝達係数γ2は、式(5)により計算可能であり、式(5)中の減衰定数α2および位相定数β2は、既知の値である。すなわち、実施形態によっては、アンテナ特性計算部１３３ｂの計算により取得されて線路特性ファイル１２２に格納されており、また、実施形態によっては、入力部１１０による入力により取得される。したがって、式(23)は、全て既知の値から構成されるので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、第２線路２２２の入力端で見た反射係数Γ2を計算できる。
このように、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(14)を構成する各パラメータの値を取得あるいは計算できるので、式(13)中の第４パートの値を計算できる。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中の第１パート〜第４パートを以上の説明のように計算することによって、放射効率ηを取得する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中の第１パート〜第４パートを以上の説明のように計算することによって、放射効率ηを取得する。
以上のように、アンテナ特性計算部１３３ｂは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンスや線路のインピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルの放射効率ηをシミュレーションによらずに取得する。すなわち、実施形態では、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデルの放射効率ηを、アンテナ素子単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路特性を用いて解析的手法により計算する。
整合回路付きアンテナモデル４００のトータル効率ηtついて、実施形態に従った計算方法を説明する。
アンテナモデル４００のトータル効率ηtは、次の式(24)のように表される。
式(24)中のΓ2は、式(12)または式(23)により計算可能である。したがって、アンテナ特性計算部１３３ｂは、トータル効率ηtを式(24)を用いて計算する。
このように、アンテナ特性計算部１３３ｂは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンスや線路のインピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性をシミュレーションによらずに取得する。すなわち、実施形態では、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を、アンテナ素子単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路特性を用いて解析的手法により計算する。
したがって、実施形態に従えば、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンスや線路のインピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法が実用に耐え得る十分な計算精度を有することを、具体例を用いて以下に説明する。以下の説明では、実施形態に従った計算方法によるアンテナ特性と、電磁界シミュレーションによるアンテナ特性と比較する。電磁界シミュレーションによるアンテナ特性は、Poynting（登録商標）等の任意の電磁界シミュレーションソフトウェアに従うコンピュータによっても取得することが可能である。
なお、以下に示す具体例は、実施形態のアンテナ特性の計算方法の計算精度を説明するための一例であり、以下の具体例に示される各パラメータの値によらなければ実施形態に従った計算方法が実用に耐え得る計算精度を得られないことを意味するものではない。
まず、第１検証例として、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデルについて、実施形態のアンテナ特性計算方法により得られるアンテナ特性とシミュレーションにより得られるアンテナ特性とを比較する。
図５は、第１検証例におけるアンテナ素子および第１線路を含むモデル図である。
図５に示すアンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００において、アンテナ２１０については、幅を0.5(mm)、長さを35(mm)、厚さを2(mm)とする。基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。
図５に示すアンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００において、アンテナ２１０については、幅を0.5(mm)、長さを35(mm)、厚さを2(mm)とする。基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。
また、モデル５００は、整合回路２３０および第２線路２２２を含まない。モデル５００において、第１線路２２１については、線路幅を0.35(mm)、線路長を50(mm)、インピーダンスＺ0を50(Ω)とする。
モデル５００について解析周波数を880(MHz)としてシミュレーションが実行され、シミュレーションにより得られたインピーダンスＺin1および放射効率ηの各値を図６に示す。
一方、実施形態では、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００のアンテナ特性は、アンテナ２１０単体の特性および第１線路２２１の特性を用いて計算される。
アンテナ２１０単体の特性は、実施形態によっては、アンテナ特性シミュレーション処理部１３１によって取得される。また、実施形態によっては、任意の電磁界シミュレーションソフトウェアに従うコンピュータによってアンテナ２１０単体の特性が取得され、取得されたアンテナ２１０単体の特性が入力部１１０により入力される。
第１線路２２１の特性は、実施形態によっては、線路特性計算処理部１３２によって取得される。また、実施形態によっては、オープンソース・ソフトウェアであるQuite Universal Circuit Simulator（ＱＵＣＳ）等に従うコンピュータによって第１線路２２１の特性が取得され、取得された第１線路２２１の特性が入力部１１０により入力される。
図７は、第１検証例におけるアンテナ素子単体のモデル図である。
図７に示すアンテナ素子単体モデル６００において、アンテナ２１０および基板２５０についてのパラメータの設定値は、図５に示したアンテナ素子および線路を含むモデル５００と同様とする。
図７に示すアンテナ素子単体モデル６００において、アンテナ２１０および基板２５０についてのパラメータの設定値は、図５に示したアンテナ素子および線路を含むモデル５００と同様とする。
アンテナ素子単体モデル６００について解析周波数を880(MHz)としてシミュレーションが実行され、シミュレーションにより得られたアンテナインピーダンスＺaおよび放射効率ηaの各値を図６に示す。
図６を参照すると、アンテナ２１０単体のモデル６００の放射効率ηが0.771（すなわち、77.1(％)）であるのに対して、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル６００の放射効率ηは、0.308（すなわち、30.8(％)）に減少する。したがって、アンテナ２１０の厚さが2(mm)というように薄い場合、線路の損失を考慮してアンテナ設計を行なう必要があることが分かる。
図８は、第１検証例における線路のモデル図である。図８には、第１線路２２１がマイクロストリップ線路である場合の線路モデル７００が示されている。
図８示す線路モデル７００において、基板２５０および第１線路２２１についてのパラメータの設定値は、図５に示したアンテナ素子および線路を含むモデル５００と同様とする。すなわち、基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。また、第１線路２２１については、線路幅を0.35(mm)、線路長ｌ1を50(mm)、インピーダンスＺ0を50(Ω)とする。
図８示す線路モデル７００において、基板２５０および第１線路２２１についてのパラメータの設定値は、図５に示したアンテナ素子および線路を含むモデル５００と同様とする。すなわち、基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。また、第１線路２２１については、線路幅を0.35(mm)、線路長ｌ1を50(mm)、インピーダンスＺ0を50(Ω)とする。
このような線路モデル７００について解析周波数を880(MHz)として線路の特性を計算すると、線路のインピーダンスＺl1の値50.94(Ω)、減衰定数α1の値0.56、位相定数β1の値32.4、および伝達係数γ1の値0.56＋32.4jがそれぞれ得られる。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、アンテナ２１０単体の特性および第１線路２２１の特性を用いて、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００のアンテナ特性を計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル５００のインピーダンスＺin1を式(8)を用いて計算する。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、アンテナインピーダンスＺaの値2.13＋29.33j、線路長ｌ1の値0.05、線路のインピーダンスＺl1の値50.94、および伝達係数γ1の値0.56＋32.4jを式(8)に代入してインピーダンスＺin1の値3.68＋34.917j(Ω)を計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル５０のＳパラメータであるＳ11、すなわち、第１線路２２１の入力端で見た反射係数Γ1を式(12)を用いて計算する。式(12)を用いる場合には、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式（12）中のＺin2をＺin1に変換して反射係数Γ1を計算する。あるいは、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(15)および式(16)を用いて計算する。式(15)および式(16)を用いて計算する場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、取得されたアンテナインピーダンスＺaの値2.13＋29.33jを式(15)に代入して、アンテナ２１０の反射係数Γaの値0.443−0.852jを計算する。そして、アンテナ特性計算部１３３ｂは、線路長ｌ1の値0.05、伝達係数γ1の値0.56＋32.4j、アンテナ２１０の反射係数Γaの値0.443−0.852jを式(16)に代入して、第１線路２２１の入力端で見た反射係数Γ1の値-0.339＋0.843jを計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル５００の放射効率ηを式(13)および式(14)を用いて計算する。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(15)および式(16)を用いて計算された反射係数Γaおよび反射係数Γ1の各値を式(14)に代入して、式（13）中の第２パートの値0.423(-3.74(dB))を計算する。また、本具体例では、整合回路２３０および第２線路２２２を含まないので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中の第３および第４パートの値に1を代入する。式(13)中の第１パートの値は、図６に示すようにシミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションまたは入力部１１０の入力により取得されており、0.771である。アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中に第１〜第４パートの値をそれぞれ代入して、モデル５００の放射効率ηの値0.326(-4.87(dB))を計算する。
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法により取得されたインピーダンスＺin1および放射効率ηの各値を図６に示す。
図６に示した実施形態のアンテナ計算方法により取得されたアンテナ特性の値とシミュレーションにより取得されたアンテナ特性の値とを比較する。
図９は、第１検証例におけるインピーダンスの比較図である。図６には、図６に示した各インピーダンスの値がスミスチャート上に示されている。
図９を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法とシミュレーションとでは、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００のインピーダンスＺin1の値がアンテナ２１０単体のモデル６００のインピーダンスＺaの値に対して近似することが分かる。
図９を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法とシミュレーションとでは、アンテナ２１０および第１線路２２１を含むモデル５００のインピーダンスＺin1の値がアンテナ２１０単体のモデル６００のインピーダンスＺaの値に対して近似することが分かる。
また、図６を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法による反射係数ηの値とシミュレーションによる反射係数ηの値との差は、0.24(dB)であり、実施形態のアンテナ計算方法による反射係数ηの値とシミュレーションによる反射係数ηの値とが近似することが分かる。
したがって、第１検証例により、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法がアンテナ設計の実用に耐え得る十分な計算精度を有することが分かる。
次に、第２検証例として、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデルについて、実施形態のアンテナ特性計算方法により得られるアンテナ特性とシミュレーションにより得られるアンテナ特性とを比較する。
次に、第２検証例として、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデルについて、実施形態のアンテナ特性計算方法により得られるアンテナ特性とシミュレーションにより得られるアンテナ特性とを比較する。
図１０は、第２検証例におけるアンテナ素子、整合回路、および第２線路を含むモデル図である。
図１０に示すアンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００において、アンテナ２１０および基板２５０についてのパラメータの設定値は、図５に示したモデル５００および図７に示したモデル６００と同様とする。すなわち、アンテナ２１０については、幅を0.5(mm)、長さを35(mm)、厚さを2(mm)とする。基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。
図１０に示すアンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００において、アンテナ２１０および基板２５０についてのパラメータの設定値は、図５に示したモデル５００および図７に示したモデル６００と同様とする。すなわち、アンテナ２１０については、幅を0.5(mm)、長さを35(mm)、厚さを2(mm)とする。基板２５０については、厚さを0.2(mm)、比誘電率εrを4.4、誘電正接tanδを0.02、接地導体の面積を50×100(mm2)、導体の厚さを35(μm)、導体の導電率σを5.88×107(S/m)とする。
モデル８００は、整合回路２３０として、図４に示した整合素子２３０ｂおよび整合素子２３０ｃを含む。整合素子２３０ｂは、アンテナ２１０に対して直列に接続され、整合素子２３０ｃは、アンテナ２１０に対して並列に接続される。整合素子２３０ｂについて、12.5(nH)+0.5(Ω)とし、整合素子２３０ｃについて、2.6(nH)+0.5(Ω)とする。
モデル８００は、第１線路２２１を含まない。モデル８００において、第２線路２２２については、図５に示したモデル５００および図８に示したモデル７００と同様に、線路幅を0.35(mm)、線路長を50(mm)、インピーダンスＺ0を50(Ω)とする。
モデル８００について解析周波数を880(MHz)としてシミュレーションが実行され、シミュレーションにより得られたインピーダンスＺin2および放射効率ηの各値を図１１に示す。
一方、実施形態では、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００のアンテナ特性は、アンテナ２１０単体の特性、整合回路２３０を構成する整合素子２３０ｂおよび整合素子２３０ｃの各特性、および第２線路２２２の特性を用いて計算される。
第２検証例では、図７に示したアンテナ素子単体モデル６００により取得されたアンテナ特性をアンテナ２１０単体のアンテナ特性として便宜的に用いることとする。アンテナ素子単体モデル６００について解析周波数を880(MHz)としてシミュレーションして得られたアンテナ２１０単体のインピーダンスＺaおよび放射効率ηaの各値を図１１に示す。
第２検証例では、モデル８００中の第２線路の形状および材質は、図８に示したモデル７００と同様とすることから、線路モデル７００により取得された線路特性を第２線路２２２の特性として便宜的に用いることとする。前述したように、線路モデル７００について解析周波数を880(MHz)として線路の特性を計算すると、線路のインピーダンスＺl1の値50.94(Ω)、減衰定数α1の値0.56、位相定数β1の値32.4、および伝達係数γ1の値0.56＋32.4jがそれぞれ得られる。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、アンテナ２１０単体の特性、整合回路２３０を構成する整合素子２３０ｂおよび整合素子２３０ｃの各特性、および第２線路２２２の特性を用いて、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００のアンテナ特性を計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル８００のインピーダンスＺin2の値を式(9)〜式(11)を用いて計算する。まず、整合素子２３０ａが存在しないので、インピーダンスＺm1＝∞である。整合素子２３０ｂのインピーダンスＺm2の値は、0.5+2π×880×106×12.5×10-9j、すなわち0.5+69.115jと計算される。整合素子２３０ｃのインピーダンスＺm3の値は、0.5+2π×880×106×2.6×10-9j、すなわち0.5+14.376jと計算される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(9)および式(10)にこれらの値を代入して、インピーダンスＺinmの値40.39＋1.15jを算出する。そして、アンテナ特性計算部１３３ｂは、インピーダンスＺinmの値40.39＋1.15j、線路長ｌ2の値0.05、線路のインピーダンスＺl2の値50.94、および伝達係数γ2の値0.56＋32.4jを式(11)に代入してインピーダンスＺin2の値63.09-3.05j(Ω)を計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル８００のＳパラメータであるＳ11、すなわち、第２線路２２１の入力端で見た反射係数Γ2を式(12)を用いて計算する。あるいは、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(22)および式(23)を用いて計算する。式(22)および式(23)を用いて計算する場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(9)より取得されたインピーダンスＺinmの値40.39＋1.15jを式(22)に代入して、反射係数Γmの値-0.106＋0.0141jを計算する。そして、アンテナ特性計算部１３３ｂは、線路長ｌ2の値0.05、伝達係数γ2の値0.56＋32.4j、反射係数Γmの値-0.106＋0.0141jを式(23)に代入して、第２線路２２２の入力端で見た反射係数Γ2の値0.099-0.023j(Ω)を計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、モデル８００の放射効率ηを式(13)および式(17)〜式(21)用いて計算する。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、取得されたインピーダンスの各値を式(18)〜式(20)に代入して、im2の値-0.904−0.328j、im1の値0、iin1の値-0.904−0.328jを取得する。アンテナ特性計算部１３３ｂは、取得したこれらの値を式(17)に代入し、式(13)の第３パートの値0.784を取得する。また、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(22)を用いて計算した反射係数Γmの値-0.106＋0.0141j、および式(23)を用いて計算した反射係数Γ2の値0.099-0.023jを式(21)に代入して、式(13)中の第４パートの値0.945を計算する。本具体例では、第１線路２２１を含まないので、アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中の第２パートの値に1を代入する。式(13)中の第１パートの値は、シミュレーション実行部１３１ｂのシミュレーションまたは入力部１１０の入力により取得されており0.771である。アンテナ特性計算部１３３ｂは、式(13)中に第１〜第４パートの値をそれぞれ代入して、モデル８００の放射効率ηの値0.571(-2.43(dB))を計算する。
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法により取得されたインピーダンスＺin2および放射効率ηの各値を図１１に示す。
図１１に示した実施形態のアンテナ計算方法により取得されたアンテナ特性の値とシミュレーションにより取得されたアンテナ特性の値とを比較する。
図１１に示した実施形態のアンテナ計算方法により取得されたアンテナ特性の値とシミュレーションにより取得されたアンテナ特性の値とを比較する。
図１２は、第２検証例におけるインピーダンスの比較図である。図１２には、図１１に示した各インピーダンスの値がスミスチャート上に示されている。
図１２を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法とシミュレーションとでは、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００のインピーダンスＺin2の値がアンテナ２１０単体のモデル６００のインピーダンスＺaの値に対して近似することが分かる。
図１２を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法とシミュレーションとでは、アンテナ２１０、整合回路２３０、および第２線路２２２を含むモデル８００のインピーダンスＺin2の値がアンテナ２１０単体のモデル６００のインピーダンスＺaの値に対して近似することが分かる。
また、図１２を参照すると、実施形態のアンテナ計算方法による反射係数ηの値とシミュレーションによる反射係数ηの値との差は、0.11(dB)であり、実施形態のアンテナ計算方法による反射係数ηの値とシミュレーションによる反射係数ηの値とが近似することが分かる。
したがって、第１検証例に加えて第２検証例からも、実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法がアンテナ設計の実用に耐え得る十分な計算精度を得られることが分かる。
以上の検証結果に示されるように、実施形態のアンテナ特性の計算方法によれば、長時間のシミュレーションを実行しなくても、短時間の解析的手法を用いた計算処理によってアンテナ設計の実用に耐え得る十分な計算精度のアンテナ特性を得ることができる。
以上の検証結果に示されるように、実施形態のアンテナ特性の計算方法によれば、長時間のシミュレーションを実行しなくても、短時間の解析的手法を用いた計算処理によってアンテナ設計の実用に耐え得る十分な計算精度のアンテナ特性を得ることができる。
したがって、実施形態に従えば、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンスや線路のインピーダンスが加味された整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。
実施形態によっては、アンテナ特性計算部１３３ｂは、上述のようなアンテナ特性の計算処理に加えて、次のような計算処理を実行することも可能である。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子のインピーダンスや線路のインピーダンスに加えて、ビアのインピーダンスを加味して整合回路付きアンテナモデル２００のアンテナ特性を計算する。
例えば、図４に示される整合素子２３０ａおよび整合素子２３０ｃのようにアンテナ２１０に対して並列に実装される整合素子は、接地ビアを介して接地導体と接続される。整合素子と接続される接地ビアのインピーダンスが無視できない場合には、整合回路にビアのインピーダンスを追加した合成インピーダンスを用いて、アンテナ特性を計算する必要がある。
そこで、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａによって算出または取得された整合回路２３０の回路構成が、整合素子がアンテナ２１０に対して並列に実装される回路構成である場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合素子と接地導体とを接続するビアのインピーダンスを加味した整合回路付きアンテナモデル２００のアンテナ特性を計算する。すなわち、アンテナ特性計算部１３３ｂは、ビアのインダクタンスおよび／または抵抗を加味して整合回路付きアンテナモデル２００のアンテナ特性を計算する。
例えば、接地ビアが円筒状の形状である場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、接地ビアのインダクタンスＬvを次の式(25)により計算する。
式(25)において、μ0は、真空の透磁率である。ｈは、ビア長である。ｒは、ビアの半径であり、ビア径をＤとすると、ｒ＝Ｄ／２である。
例えば、整合素子がアンテナ２１０に対して並列に実装される回路構成を整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａが算出または取得する場合、表示部１４０は、ビア長ｈおよびビア径Ｄの各値の入力を促す表示をする。そして、ビア長ｈおよびビア径Ｄの各値は、入力部１１０によって入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、入力部１１０によって入力されたビア長ｈおよびビア径Ｄの各値を用いてビアのインダクタンスＬvを計算する。
例えば、接地ビアが円筒状の形状である場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、接地ビアの抵抗Ｒvを次の式(26)により計算する。
式(26)において、ｆは、信号周波数であり、Ｒv0は、ビアの直流抵抗である。また、式(26)中のｆδは、次の式(27)によって表される。
式(27)において、ρは、導体の抵抗率である。ｔは、ビア内のメタライゼーションの厚さであり、前述のビア径Ｄをビアの外径とし、ビアの内径をＤ´とすると、ｔ＝Ｄ−Ｄ´である。
例えば、整合素子がアンテナ２１０に対して並列に実装される回路構成を整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａが算出または取得する場合、表示部１４０は、ビアの外径Ｄ、ビアの内径Ｄ´、抵抗率ρ、および直流抵抗Ｒv0の各値の入力を促す表示をする。そして、ビアの外径Ｄ、ビアの内径Ｄ´、抵抗率ρ、および直流抵抗Ｒv0の各値は、入力部１１０によって入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、入力部１１０によって入力されたビアの外径Ｄ、ビアの内径Ｄ´、抵抗率ρ、および直流抵抗Ｒv0の各値を用いてビアの抵抗Ｒvを計算する。
アンテナ特性計算部１３３ｂは、計算されたビアのインダクタンスＬvをそのビアと接続する整合素子のリアクタンスをＸmiに加算する。また、アンテナ特性計算部１３３ｂは、計算されたビアの抵抗Ｒvをそのビアと接続する整合素子の損失抵抗をＲmiに加算する。ビアのインダクタンスＬvおよび／またはビアの抵抗Ｒvを加算した後にアンテナ特性計算部１３３ｂにより実行される整合回路付きアンテナモデル２００のアンテナ特性の計算方法は、前述した方法と同様である。
実施形態では、アンテナ特性計算部１３３ｂは、線路および整合素子のそれぞれの消費電力を、既知の値である波源１１０の電圧値および各素子のインピーダンスの値等を用いて計算する。
計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデル２００が所望の規格を満足するか否かを、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算されたトータル効率を用いて判定する。
整合回路付きアンテナモデルが所望の規格を満足すると判定する場合には、計算結果判定部１３３ｃは、判定結果を表示部１４０に表示させる。また、計算結果判定部１３３ｃは、判定結果を計算処理データファイル１２３に格納する。
一方、整合回路付きアンテナモデルが所望の規格を満足しないと判定する場合には、計算結果判定部１３３ｃは、第１線路２２１、第２線路２２２、および整合回路２３０を構成する各整合素子のそれぞれの消費電力を表示部１４０に表示させる。前述したように、これらの素子のそれぞれの消費電力は、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算され、計算処理データファイル１２３に格納されている。また、実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、整合素子の損失抵抗の許容される上限値または閾値を表示部１４０に表示させる。
また、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路３３０を構成する整合素子と同じ静電容量またはインダクタンスであって損失抵抗の低い整合素子を探索し、整合回路２３０を構成する整合素子を、探索された整合素子に置き換える。実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃによる探索は、整合素子データファイル１２４を参照することにより行なわれる。また、実施形態によっては、入力部１１０により入力された整合素子の素子特性データを参照して行なわれる。
計算結果判定部１３３ｃにより整合素子が置き換えられた整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性は、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算される。アンテナ特性計算部１３３ｂによりアンテナ特性が計算された後、計算結果判定部１３３ｃは、置き換えられた整合素子を含む整合回路付きアンテナモデル２００が所望の規格を満足するか否かを判定する。
整合回路付きアンテナモデル２００が所望の規格を満足すると判定する場合には、計算結果判定部１３３ｃは、判定結果を表示部１４０に表示させる。また、計算結果判定部１３３ｃは、判定結果を計算処理データファイル１２３に格納する。
一方、整合回路付きアンテナモデル２００が所望の規格を満足しないと判定する場合には、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデル２００に含まれる第１線路２２１および／または第２線路２２２の線路長を変更する。
計算結果判定部１３３ｃにより線路長が変更された整合回路付きアンテナモデル２００のアンテナ特性は、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算される。アンテナ特性計算部１３３ｂによりアンテナ特性が計算された後、計算結果判定部１３３ｃは、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデル２００が所望の規格を満足するか否かを判定する。
このように、実施形態では、整合素子の寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合回路のインピーダンス、および線路のインピーダンスを加味した整合回路付きアンテナモデルが所望のトータル効率を満足するか否かを計算結果判定部１３３ｃが判定することによって、所望の規格を満足する整合回路付きアンテナモデルが決定される。
したがって、実施形態に従えば、整合回路および線路の損失を考慮した所望のアンテナ設計を効率的に行なうことができる。
実施形態に従ったアンテナ設計方法の処理フローの一例を説明する。
実施形態に従ったアンテナ設計方法の処理フローの一例を説明する。
図１３は、実施形態に従ったアンテナ設計方法の処理フローの例図である。
ｓｔｅｐ１３０１において、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０により入力されたモデルの条件データに従って、アンテナ素子および線路を含むモデルを作成する。前述したように、入力部１１０により入力されるモデルの条件データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。
ｓｔｅｐ１３０１において、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０により入力されたモデルの条件データに従って、アンテナ素子および線路を含むモデルを作成する。前述したように、入力部１１０により入力されるモデルの条件データには、モデルの形状、モデルの材質、波源、回路部品、解析条件、および解析出力項目に関するデータが含まれる。
実施形態によっては、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、アンテナ素子および線路を含むモデルに加えて、アンテナ素子単体のモデルを作成する。
実施形態によっては、線路モデル作成部１３２ａは、入力部１１０により入力されたモデルの条件データに従って、線路のモデルを作成する。
実施形態によっては、線路モデル作成部１３２ａは、入力部１１０により入力されたモデルの条件データに従って、線路のモデルを作成する。
ｓｔｅｐ１３０２において、シミュレーション実行部１３１ｂは、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成された、アンテナ素子および線路を含むモデルに対してシミュレーションを実行し、アンテナ特性を取得する。シミュレーション実行部１３１ｂが取得するアンテナ特性には、入力部１１０の入力により設定された周波数ごとの放射効率、インピーダンス、および反射係数が含まれる。
実施形態によっては、シミュレーション実行部１３１ｂは、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成された、アンテナ素子単体のモデルに対してシミュレーションを実行し、アンテナ特性を取得する。シミュレーション実行部１３１ｂが取得するアンテナ特性には、入力部１１０の入力により設定された周波数ごとの放射効率ηa、インピーダンスＺa、および反射係数Γaが含まれる。シミュレーション実行部１３１ｂにより取得されたアンテナ素子単体のモデルに対するアンテナ特性は、アンテナ特性ファイル１２１に格納される。
実施形態によっては、線路特性計算部１３２ｂは、線路モデル作成部１３２ａにより作成された線路のモデルを用いて線路の特性を計算する。計算される線路の特性には、入力部１１０の入力により設定された周波数ごとの線路のインピーダンス、伝達係数、減衰定数、および位相定数が含まれる。線路特性計算部１３２ｂにより計算された線路の特性は、線路特性ファイル１２２に格納される。
ｓｔｅｐ１３０３において、シミュレーション結果判定部１３１ｃは、シミュレーション実行部１３１ｂの実行結果から取得される、アンテナ素子および線路を含むモデルのトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１３０３においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１３１０に進んで終了する。そして、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成されたアンテナモデルに基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。
ｓｔｅｐ１３０３においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１３０４に進む。
ｓｔｅｐ１３０４において、表示部１４０は、整合回路を含むアンテナモデルを設計するためのツール画面を表示する。
ｓｔｅｐ１３０４において、表示部１４０は、整合回路を含むアンテナモデルを設計するためのツール画面を表示する。
図１４は、整合回路付きアンテナモデルを設計のためのツール画面の一例である。
図１４に示すように、実施形態に従ったツール画面１４００には、対象周波数を表示する領域１４１０および基板の誘電率を表示する領域１４２０が含まれる。
図１４に示すように、実施形態に従ったツール画面１４００には、対象周波数を表示する領域１４１０および基板の誘電率を表示する領域１４２０が含まれる。
また、ツール画面１４００には、アンテナインピーダンスの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および放射効率ηaを表示する領域１４３０が含まれる。
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、アンテナ特性ファイル１２１に格納された周波数ごとの放射効率ηa、アンテナインピーダンスＺa、反射係数Γaをインポートする。そして、入力部１１０により対象周波数が入力されると、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａによりインポートされた対象周波数のアンテナインピーダンスＺaの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および放射効率ηaが表示部１４０により領域１４３０に表示される。
実施形態によっては、入力部１１０により入力された対象周波数、アンテナインピーダンスＺaの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および放射効率ηaが表示部１４０により領域１４３０に表示される。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、実施形態によっては、インポートされた反射係数Γaに基づいて、所望の整合回路の回路構成を算出する。また、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、実施形態によっては、入力部１１０により入力された整合回路の回路構成のデータを取得する。
図１４に示すように、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより算出または取得された整合回路の回路構成は、整合回路付きアンテナモデルの等価回路が表示される領域１４４０に表示部１４０によって表示される。図１４に示したツール画面１４００では、整合素子である素子１〜素子３がパイ型にアンテナモデルに挿入された回路構成が示されている。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、算出または取得された回路構成に従って、使用条件に適合する、整合回路を構成する整合素子を決定する。図１４に示したツール画面では、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合回路を構成する素子１〜素子３を決定する。整合素子の使用条件は、入力部１１０からの入力により整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａに取得されている。
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合素子データファイル１２４に格納された整合素子のデータを参照することによって整合回路を構成する整合素子を決定する。
整合素子の種別がコンデンサの場合、整合素子データファイル１２４には、整合素子名、メーカー名、サイズ、静電容量、等価直列インダクタンス（Equivalent Series Resistance、ＥＳＲ）、等価直列抵抗（Equivalent Series Inductance、ＥＳＬ）、耐圧、および価格に関するデータが含まれる。
コンデンサには、静電容量の他に、損失抵抗成分である等価直列抵抗と寄生リアクタンス成分である等価直列インダクタンスとが含まれる。実施形態では、コンデンサの静電容量に加えて等価直列インダクタンスおよび等価直列抵抗を考慮して、整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を計算する。そこで、等価直列インダクタンスおよび等価直列抵抗に関するデータが整合素子データファイルに格納されるようにする。
整合素子の種別がインダクタの場合、整合素子データファイルには、整合素子名、メーカー名、サイズ、インダクタンス、付随静電容量、付随抵抗、耐圧、および価格に関するデータが含まれる。
インダクタには、インダクタンスの他に、損失抵抗成分である付随抵抗と寄生リアクタンス成分である付随静電容量とが含まれる。実施形態では、インダクタのインダクタンスに加えて付随静電容量および付随抵抗を考慮して、整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を計算する。そこで、付随静電容量および付随抵抗に関するデータが整合素子データファイルに格納されるようにする。
整合素子データファイルを参照して整合素子を決定する場合には、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、まず、整合素子データファイルを静電容量またはインダクタンスについて昇順または降順に並べ替える。また、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、静電容量またはインダクタンスが同じ整合素子が存在する場合には、整合素子の価格について昇順または降順に並べ替える。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合素子データファイルの中から、サイズおよび耐圧が整合素子の使用条件に適合する整合素子を選択する。サイズおよび耐圧が同じ整合素子が整合素子データファイル中に存在する場合には、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、価格の値が小さい整合素子を選択する。
整合回路を構成するアンテナ素子が整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａによって整合素子データファイル１２４に従い決定されると、決定された整合素子の種別、静電容量またはインダクタンス、損失抵抗、および寄生リアクタンスがツール画面に表示される。図１４に示したツール画面１４００では、決定された素子１〜素子３それぞれの種別、静電容量またはインダクタンス、損失抵抗、および寄生リアクタンスが、領域１４５１〜領域１４５３に表示される。
なお、実施形態によっては、入力部１１０により入力された整合素子の種別、静電容量またはインダクタンス、損失抵抗、および寄生リアクタンスが領域１４５１〜領域１４５３に表示される。この場合、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０から入力された整合素子のデータによって使用条件に適合する整合素子を決定する。
実施形態によっては、整合素子がアンテナに対して並列に実装される回路構成を整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａが算出または取得する場合、表示部１４０は、ビア長ｈおよびビア径Ｄの各値の入力を促す表示をする。
図１４に示すツール画面１４００では、アンテナに対して並列に実装された素子１のパラメータを入力および表示する領域１４５１中に、素子１と接続するビアのビア長およびビア径の各値の入力を促す表示が表示部１４０によりなされる。また、アンテナに対して並列に実装された素子３のパラメータを入力および表示する領域１４５３中に、素子３と接続するビアのビア長およびビア径の各値の入力を促す表示が表示部１４０によりなされる。表示部１４０の表示に従って、素子１および素子２のそれぞれのビア長およびビア径が入力部１１０によって入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、入力部１１０によって入力されたビア長およびビア径の各値を用いて、素子１および素子２にそれぞれ接続されるビアのインダクタンスを計算する。計算された素子１に接続されるビアのインダクタンスは、素子１のインピーダンスのリアクタンス成分として加算される。また、計算された素子３に接続されるビアのインダクタンスは、素子３のインピーダンスのリアクタンス成分として加算される。
図１４に示すように、整合回路付きアンテナモデルの等価回路が表示される領域１４４０には、アンテナモデルを構成する第１線路および第２線路が表示部１４０によって表示される。
また、ツール画面１４００には、第１線路および第２線路それぞれの長さ、減衰定数α、および位相定数βが表示される領域１４６１および領域１４６２が含まれる。
第１線路および第２線路それぞれの長さ、減衰定数α、および位相定数βが入力部１１０により入力されると、それらの値は、表示部１４０によって領域１４６１および領域１４６２に表示される。
実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、線路特性ファイル１２２に格納された周波数ごとの線路のインピーダンス、減衰定数、および位相定数をインポートする。そして、入力部１１０により対象周波数が入力されると、インポートされた対象周波数の減衰定数および位相定数が表示部１４０により領域１４６１および領域１４６２に表示される。
ｓｔｅｐ１３０５において、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより作成されたアンテナモデルのアンテナ特性を図２〜図４を参照しながら前述した計算手法に従って計算する。計算されるアンテナ特性には、反射係数Ｓ11、放射効率η、およびトータル効率ηtが含まれる。アンテナ特性計算部１３３ｂによる計算結果は、計算処理データファイル１２３に格納される。
また、アンテナ特性計算部１３３ｂは、第１線路、第２線路、および整合回路を構成する各整合素子のそれぞれの消費電力を計算する。アンテナ特性計算部１３３ｂによる計算結果は、計算処理データファイル１２３に格納される。
図１４に示すように、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算された整合回路付きアンテナモデルの反射係数Ｓ11、放射効率η、およびトータル効率ηtは、ツール画面１４００の領域１４７０に表示部１４０によって表示される。
ｓｔｅｐ１３０６において、計算結果判定部１３３ｃは、アンテナ特性計算部１３３ｂにより計算されたトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１３０６においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１３１０に進んで終了する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより作成されたアンテナモデルに基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。
ｓｔｅｐ１３０６においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１３０７に進む。
ｓｔｅｐ１３０７では、計算結果判定部１３３ｃは、計算処理データファイル１２２に格納されている、整合回路を構成する各整合素子のそれぞれの消費電力を表示部１４０に領域１４８０に表示するように指示する。なお、実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路を構成する各整合素子のそれぞれの消費電力を、アンテナ設計装置１００に接続された印刷装置（図示せず）に印刷させる。
また、ｓｔｅｐ１３０７では、整合回路を構成する整合素子を交換する処理が実行される。ｓｔｅｐ１３０７における整合素子の交換処理の詳細を図１５に示す。
図１５は、整合素子の交換処理フローの例図である。
図１５は、整合素子の交換処理フローの例図である。
ｓｔｅｐ１５０１において、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路を構成するｎ個（ｎは１以上の整数）の整合素子を消費電力が大きい順に並べ替え、並べ替えられた整合素子に１からｎまでの整合素子番号を昇順に振る。また、計算結果判定部１３３ｃは、整合素子番号のカウント値ｉを１に設定する。
ｓｔｅｐ１５０２において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｉと同じｉ番の整合素子番号の整合素子と同一の静電容量またはインダクタンスであり、かつｉ番の整合素子番号の整合素子よりも損失抵抗が小さい整合素子を探索する。実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、整合素子データファイル１２３の中から該当する整合素子を探索する。
ｓｔｅｐ１５０２において該当する整合素子が存在する場合、ｓｔｅｐ１５０３の処理に進む。
ｓｔｅｐ１５０３において、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合回路を構成するｉ番の整合素子番号の整合素子を、計算結果判定部１３３ｃにより探索された整合素子に交換する。
ｓｔｅｐ１５０４において、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより整合素子が交換された整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を前述した実施形態に従った計算方法により計算する。
ｓｔｅｐ１５０５において、計算結果判定部１３３ｃは、整合素子が交換された整合回路を含むアンテナモデルのトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１５０５においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、図１３のｓｔｅｐ１３１０に進んで終了する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより作成された、整合素子が交換された整合回路付きアンテナモデルに基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。
ｓｔｅｐ１５０５においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５０６に進む。
ｓｔｅｐ１５０２において該当する整合素子が存在しない場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５０６に進む。
ｓｔｅｐ１５０６において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｉを１つインクリメントする。そして、ｓｔｅｐ１５０７において、カウント値ｉが整合回路を構成する整合素子の数ｎ以下であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１５０６においてカウント値ｉが整合回路を構成する整合素子の数ｎ以下であると判定される場合には、ｓｔｅｐ１５０３に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
ｓｔｅｐ１５０６においてカウント値ｉが整合回路を構成する整合素子の数ｎを越えると判定される場合には、アンテナ設計処理は、図１３のｓｔｅｐ１３０８に進む。
図３のｓｔｅｐ１３０８において、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路の線路長を変更可能か否かを判定する。
実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、線路の線路長変更の可否を入力部１１０に入力するよう促す表示を表示部１４０にさせる。そして、計算結果判定部１３３ｃは、入力部１１０により入力された線路の線路長変更の可否に関するデータに従って、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路の線路長を変更可能か否かを判定する。
実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、線路の線路長変更の可否を入力部１１０に入力するよう促す表示を表示部１４０にさせる。そして、計算結果判定部１３３ｃは、入力部１１０により入力された線路の線路長変更の可否に関するデータに従って、整合回路付きアンテナモデルに含まれる線路の線路長を変更可能か否かを判定する。
ｓｔｅｐ１３０８において線路の線路長を変更可能と判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１３０９に進む。
ｓｔｅｐ１３０９では、計算結果判定部１３３ｃは、計算処理データファイル１２２に格納されている、整合回路付きアンテナモデルを構成するそれぞれの線路の消費電力を表示部１４０に領域１４８０に表示するように指示する。なお、実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデルを構成するそれぞれの線路の消費電力を、アンテナ設計装置１００に接続された印刷装置（図示せず）に印刷させる。
また、ｓｔｅｐ１３０９では、整合回路付きアンテナモデルを構成する線路の線路長を変更する処理が実行される。ｓｔｅｐ１３０９における線路の線路長の変更処理の詳細を図１６に示す。
図１６は、線路の線路長の変更処理フローの例図である。
ｓｔｅｐ１６０１において、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデルを構成するｍ個（ｍは１以上の整数）の線路を消費電力が大きい順に並べ替え、並べ替えられた線路に１からｍまでの線路番号を昇順に振る。また、計算結果判定部１３３ｃは、線路番号のカウント値ｊを１に設定する。
ｓｔｅｐ１６０１において、計算結果判定部１３３ｃは、整合回路付きアンテナモデルを構成するｍ個（ｍは１以上の整数）の線路を消費電力が大きい順に並べ替え、並べ替えられた線路に１からｍまでの線路番号を昇順に振る。また、計算結果判定部１３３ｃは、線路番号のカウント値ｊを１に設定する。
ｓｔｅｐ１６０２において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｊと同じ線路番号を有する線路の線路長を短くする。計算結果判定部１３３ｃにより変更された線路長の長さは、例えば、その線路によって接続される回路素子同士が互いに接触しない長さである。
ｓｔｅｐ１６０３において、計算結果判定部１３３ｃは、線路長の短縮に起因する線路のインピーダンスの位相変化に伴い、線路に接続された回路素子の変更が必要か否かを判定する。
ｓｔｅｐ１６０３において回路素子の変更が必要であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１６０４に進む。
ｓｔｅｐ１６０４では、回路素子の変更処理が実行される。ｓｔｅｐ１６０４において実行される回路素子の変更処理は、例えば、ｓｔｅｐ１３０４について前述した整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａによる整合回路の回路構成の算出処理および整合素子の選択処理である。
ｓｔｅｐ１６０５において、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、ｓｔｅｐ１６０２における線路長の変更およびｓｔｅｐ１６０４における回路素子の変更に基づいて、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデルを再作成する。アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより再作成されたアンテナモデルのアンテナ特性を図２〜図４を参照しながら前述した計算方法に従って計算する。
ｓｔｅｐ１６０６において、計算結果判定部１３３ｃは、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１６０６においてトータル効率ηtが所望の規格値以上であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、図１３のｓｔｅｐ１３１０に進んで終了する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより作成された、線路長が変更された整合回路付きアンテナモデルに基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。
ｓｔｅｐ１６０６においてトータル効率ηtが所望の規格値未満であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１６０７に進む。
ｓｔｅｐ１６０７において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｊを１つインクリメントする。そして、ｓｔｅｐ１６０８において、カウント値ｊが整合回路付きアンテナモデルを構成する線路の数ｍ以下であるか否かを判定する。
ｓｔｅｐ１６０７においてカウント値ｊが線路の数ｍ以下であると判定される場合には、ｓｔｅｐ１６０２に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
ｓｔｅｐ１６０７においてカウント値ｊが線路の数ｍを越えると判定される場合には、アンテナ設計処理は、図１３のｓｔｅｐ１３１０に進む。
ｓｔｅｐ１６０７からｓｔｅｐ１３１０に進んだ後のアンテナ設計処理としては、実施形態によっては、ｓｔｅｐ１３０１に戻って入力部１１０により入力されるアンテナモデルの条件データが変更され、実施形態に従ったアンテナ設計処理が再度行われる。また、実施形態によっては、ｓｔｅｐ１３０４に戻り、整合素子のサイズ等の整合素子の使用条件が変更され、実施形態に従ったアンテナ設計処理が再度行われる。
なお、図１３を参照しながら前述したアンテナ設計処理フローは、一例にすぎず、実施形態がこれに限定されることを意図するものではない。例えば、前述したアンテナ設計処理フローに以下の変更を追加することも可能である。
まず、アンテナ設計処理フローのｓｔｅｐ１５０１では、入力部１１０は、アンテナモデルの条件データとして、前述した各種データに加えて、整合回路の回路構成に関するデータを入力する。
ｓｔｅｐ１３０４では、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０により入力された整合回路の回路構成に関するデータに従って、寄生リアクタンス成分および損失抵抗成分を含まない整合素子により構成される整合回路のモデルを作成する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、作成された整合回路付きのアンテナモデル対するシミュレーションをシミュレーション実行部１３１ｂに実行させ、最適な回路定数を取得する。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、シミュレーション実行部１３１ｂにより取得された回路定数に従って、整合回路を構成する整合素子を決定する。実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合素子データファイルを参照して整合素子を決定する。また、実施形態によっては、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０から入力された整合素子のデータに基づいて整合素子を決定する。
ｓｔｅｐ１３０５では、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより決定された整合素子により構成される整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性を、前述した実施形態に従った計算方法によって計算する。
また、前述した実施形態では、アンテナ設計装置１００が実行するアンテナ設計方法を説明した。しかしながら、前述したアンテナ設計装置１００が有する構成および処理機能を、アンテナ設計プログラムというソフトウェアによって実現することも可能である。したがって、アンテナ設計装置１００が実行するアンテナ設計処理と同様のアンテナ設計処理を、アンテナ設計プログラムを実行するコンピュータによって実現することも可能である。
図１７は、実施形態に従ったアンテナ設計プログラムを実行するコンピュータのハードウェア構成図である。
図１７に示すように、コンピュータ１７００には、入力装置１７０１、読み取り装置１７０２、通信インタフェース１７０３、ハードディスク（ＨＤＤ）１７０４、Central Processing Unit（ＣＰＵ）１７０５、Random Access Memory（ＲＡＭ）１７０６、Read Only Memory（ＲＯＭ）１７０７、表示装置１７０８、およびバス１７０９が含まれる。コンピュータ１７００に含まれる装置１７０１〜１７０８は、バス１７０９によって相互に接続される。
図１７に示すように、コンピュータ１７００には、入力装置１７０１、読み取り装置１７０２、通信インタフェース１７０３、ハードディスク（ＨＤＤ）１７０４、Central Processing Unit（ＣＰＵ）１７０５、Random Access Memory（ＲＡＭ）１７０６、Read Only Memory（ＲＯＭ）１７０７、表示装置１７０８、およびバス１７０９が含まれる。コンピュータ１７００に含まれる装置１７０１〜１７０８は、バス１７０９によって相互に接続される。
入力装置１７０１は、コンピュータ１７００のユーザが行なった操作を検出する装置であり、例えば、マウスおよびキーボードである。
読み取り装置１７０２は、磁気ディスク、光ディスク、および光磁気ディスク等の可変記録媒体に含まれるプログラムおよびデータを読み出す装置であり、例えば、Compact Disc/Digital Versatile Disc（ＣＤ／ＤＶＤ）ドライブである。通信インタフェース１７０３は、Local Area Network（ＬＡＮ）等の通信ネットワークにコンピュータ１７００を接続するためのインタフェースである。ＨＤＤ１７０４は、ＣＰＵ１７０５が実行するプログラムおよびデータを記憶する記憶装置である。
実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、可変記録媒体に記録されたアンテナ設計プログラムを読み取り装置１７０２が読み取ることによって、ＨＤＤ１７０４にインストールされる。または、実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、他のコンピュータ装置（図示せず）に格納されたアンテナ設計プログラムが通信インタフェース１７０３を介してコンピュータ１７００が取得することによって、ＨＤＤ１７０４にインストールされる。
ＣＰＵ１７０５は、アンテナ設計プログラムをＨＤＤ１７０４からＲＡＭ１７０６に読み出してアンテナ設計プログラムを実行することによって、実施形態に従ったアンテナ設計処理を実行する処理装置である。
ＲＡＭ１７０６は、ＨＤＤ１７０４から読み出されたアンテナ設計プログラムの実行途中結果を記憶するメモリである。ＲＯＭ１７０７は、定数データ等を記憶する読み出し専用メモリである。
表示装置１７０８は、ＣＰＵ１７０５の処理結果等を表示する装置であり、例えば、液晶ディスプレイ装置である。
以上の説明のように、実施形態では、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失を加味したアンテナモデルのアンテナ特性は、アンテナ単体の特性、整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算される。したがって、実施形態に従ったアンテナ特性計算方法に従えば、これらの損失が考慮されたアンテナ特性をシミュレーションにより取得する場合と比較して、短時間で取得することができ、所望のアンテナ設計を迅速かつ効率的に行なうことができる。
また、実施形態では、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失を加味したアンテナモデルが所望のトータル効率を満足するか否かによって、アンテナモデルに含まれる回路素子が変更される。したがって、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子の損失、および線路の損失を考慮したアンテナ設計処理を効率的に行なうことができる。
１００ アンテナ設計装置
１１０ 入力部
１２０ 記憶部
１２１ アンテナ特性ファイル
１２２ 線路特性ファイル
１２３ 計算処理データファイル
１２４ 整合素子データファイル
１３０ 処理部
１３１ アンテナ特性シミュレーション処理部
１３１ａ 整合回路なしアンテナモデル作成部
１３１ｂ シミュレーション実行部
１３１ｃ シミュレーション結果判定部
１３２ 線路特性計算処理部
１３２ａ 線路モデル作成部
１３２ｂ 線路特性計算部
１３３ アンテナ特性計算処理部
１３３ａ 整合回路付きアンテナモデル作成部
１３３ｂ アンテナ特性計算部
１３３ｃ 計算結果判定部
１４０ 表示部
２００ 整合回路付きアンテナモデルの等価回路
２１０ アンテナ
２２１ 第１線路
２２２ 第２線路
２３０ 整合回路
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ 整合素子
２４０ 波源
２５０ 基板
２６０ 接地ビア
１７００ コンピュータ
１７０１ 入力装置
１７０２ 読み取り装置
１７０３ 通信インタフェース
１７０４ ＨＤＤ
１７０５ ＣＰＵ
１７０６ ＲＡＭ
１７０７ ＲＯＭ
１７０８ 表示装置
１７０９ バス
１１０ 入力部
１２０ 記憶部
１２１ アンテナ特性ファイル
１２２ 線路特性ファイル
１２３ 計算処理データファイル
１２４ 整合素子データファイル
１３０ 処理部
１３１ アンテナ特性シミュレーション処理部
１３１ａ 整合回路なしアンテナモデル作成部
１３１ｂ シミュレーション実行部
１３１ｃ シミュレーション結果判定部
１３２ 線路特性計算処理部
１３２ａ 線路モデル作成部
１３２ｂ 線路特性計算部
１３３ アンテナ特性計算処理部
１３３ａ 整合回路付きアンテナモデル作成部
１３３ｂ アンテナ特性計算部
１３３ｃ 計算結果判定部
１４０ 表示部
２００ 整合回路付きアンテナモデルの等価回路
２１０ アンテナ
２２１ 第１線路
２２２ 第２線路
２３０ 整合回路
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ 整合素子
２４０ 波源
２５０ 基板
２６０ 接地ビア
１７００ コンピュータ
１７０１ 入力装置
１７０２ 読み取り装置
１７０３ 通信インタフェース
１７０４ ＨＤＤ
１７０５ ＣＰＵ
１７０６ ＲＡＭ
１７０７ ＲＯＭ
１７０８ 表示装置
１７０９ バス
Claims (11)
- アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、前記アンテナおよび／または前記整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性を取得し、
前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合に前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、作成された前記アンテナモデルの特性を、取得された前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性と、計算された前記ビアのインダクタンスとを用いて計算し、
計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、
判定された結果を表示する
処理をコンピュータが実行するアンテナ設計方法。 - 前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのトータル効率を含むことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ設計方法。
- 前記線路の特性は、前記線路の線路長、伝達係数、および特性インピーダンスであることを特徴とする、請求項１または２に記載のアンテナ設計方法。
- 前記ビアのビア径およびビア長を取得し、取得された前記ビア径および前記長を用いて前記ビアのインダクタンスを計算することを特徴とする。請求項１に記載のアンテナの設計方法。
- 前記アンテナの特性は、アンテナインピーダンス、反射係数、および放射効率を含むことを特徴等する、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
- 前記整合回路を構成する前記整合素子を、前記整合素子の使用条件に関するデータを含む整合素子データファイルを参照することにより選択することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
- 前記アンテナモデルの特性が前記所望の規格値を満さないと判定する場合には、前記整合回路を構成する整合素子の損失抵抗として許容される上限値を表示することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ設計方法。
- 前記アンテナモデルの特性は、前記整合素子の消費電力を含み、
前記整合素子の消費電力を表示することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ設計方法。 - 前記アンテナの特性を電磁界シミュレーションを実行することにより取得することを特徴とする、請求項１〜８に記載のアンテナ設計方法。
- アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、前記アンテナおよび／または前記整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成する整合回路付きアンテナモデル作成部と、
前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性を取得し、前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合に前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、取得された前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性と、計算された前記ビアのインダクタンスとを用いて前記整合回路付きアンテナモデル作成部により作成された前記アンテナモデルの特性を計算するアンテナ特性計算部と、
前記アンテナ特性計算部により計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定する計算結果判定部と、
前記計算結果判定部により判定された結果を表示する表示部と、
を含むアンテナ設計装置。 - アンテナと、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含む整合素子により構成される整合回路と、前記アンテナおよび／または前記整合回路と接続される線路とを含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性を取得し、
前記整合素子が前記アンテナに対して並列に実装される場合に前記整合素子と接続されるビアのインダクタンスを計算し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、取得された前記アンテナの特性、前記整合素子の特性、および前記線路の特性と、計算された前記ビアのインダクタンスとを用いて計算し、
計算された前記アンテナモデルの特性が所望の規格値を満たすか否かを判定し、
判定された結果を表示する
ことをコンピュータに実行させるアンテナ設計プログラム。
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-
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