(57)【要約】【課題】アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことである。【解決手段】コンピュータは、複数のアンテナ素子を含むアンテナと、複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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を含むアンテナモデルを作成する。また、コンピュータは、アンテナの特性および整合素子の特性を取得し、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および整合素子の特性を用いて計算する。そして、コンピュータは、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。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、
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および前記整合素子の特性を用いて計算し、
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。
【請求項２】
前記アンテナの特性は、前記アンテナのＳパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのＳパラメータを含み、
前記コンピュータは、前記アンテナのＳパラメータを用いて前記アンテナのＦパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のＦパラメータを計算し、計算された前記アンテナのＦパラメータおよび前記整合回路のＦパラメータを用いて前記アンテナモデルのＳパラメータを計算する、請求項１に記載のアンテナ設計方法。
【請求項３】
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み、
前記コンピュータは、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、請求項２に記載のアンテナ設計方法。
【請求項４】
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、前記コンピュータは、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、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、請求項１〜３の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
【請求項５】
前記コンピュータは、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、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
【請求項６】
前記コンピュータは、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、前記整合素子の消費電力を表示する、請求項１〜５の何れか一項記載のアンテナ設計方法。
【請求項７】
前記コンピュータは、
前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記線路の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
請求項１に記載のアンテナ設計方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性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。
【請求項９】
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、
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および前記整合素子の特性を用いて計算し、
計算された前記アンテナ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に実行させるアンテナ設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
携帯情報端末装置等の通信装置に実装される送受信アンテナに複数のアンテナ素子を含むアンテナを用いることによって通信品質を向上させる無線通信技術がある。Multiple-input Multiple-output（ＭＩＭＯ）は、そうした無線通信技術の一例である。
【０００３】
複数のアンテナ素子を含むアンテナは、例えば、以下のようなアンテナ設計方法によって設計される。
まず、設計者は、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体のモデルを作成する。
【０００４】
設計者は、作成されたアンテナ単体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、放射効率、およびトータル効率等が含まれる。
【０００５】
次に、設計者は、取得されたアンテナ単体モデルの特性を参考にして、複数のアンテナ素子に接続する各整合回路のモデルを作成する。そして、設計者は、作成された各整合回路のモデルをアンテナ単体モデルに追加し、整合回路が追加された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。
【０００６】
設計者は、取得された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、複数のアンテナ素子に接続する各整合回路のモデルを作成し直し、アンテナ設計を継続する。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３０６５５２号公報
【特許文献２】特表２００５−５１６５２５号公報
【特許文献３】特開２０１０−６２９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。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。
【００１１】
アンテナの性能指標には、放射抵抗Ｒrがある。アンテナおよび整合回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(1)で表される。
【数１】
2014052986.tif 000003
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
また、小型化および薄型化した携帯情報端末装置に、前述したような複数のアンテナ素子を含むアンテナが搭載される場合には、アンテナ素子間の配置間隔が狭くなるため、アンテナ素子間に電磁結合が生じ得る。アンテナ素子間に電磁結合が生じると、放射効率の低下といったアンテナ特性の劣化を招く。そこで、設計対象のアンテナが複数のアンテナ素子を含む場合には、アンテナ素子間のアイソレーション特性といった、アンテナ素子間に生じる相互作用を考慮してアンテナ設計を行う必要がある。
【００１６】
しかしながら、前述した従来のアンテナ設計方法では、アンテナ素子間の相互作用や、個々のアンテナ素子に接続される整合回路の損失が加味され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。
【００１７】
すなわち、前述した従来のアンテナ設計方法では、複数のアンテナ素子それぞれに接続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、アンテナ素子間の相互作用や整合回路の損失が加味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、所望の規格を満足するアンテナ設計を迅速に行なうことができない。
【００１８】
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、アンテナ素子間の相互作用や整合回路の損失が加味され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。
【００１９】
本発明の課題は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一実施形態に従えば、コンピュータは、複数のアンテナ素子を含むアンテナと、複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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を含むアンテナモデルを作成する。また、コンピュータは、アンテナの特性および整合素子の特性を取得し、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および整合素子の特性を用いて計算する。そして、コンピュータは、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。
【発明の効果】
【００２１】
実施形態に従えば、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失が加味されたアンテナ設計を迅速かつ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】例示的な整合回路付きアンテナモデルの概略的構成図である。
【図３】図２に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。
【図４】図３に示した第１および第２の回路の等価回路図である。
【図５】第１の線路および第２の線路の例示的な等価回路図である。
【図６】第１および第２の整合回路の例図である。
【図７】例示的なアンテナ単体モデルの等価回路図である。
【図８】計算精度の検証に用いられた整合回路付きアンテナモデルの説明図である。
【図９】図８に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。
【図１０】第１の検証例におけるＳ11の周波数特性図である。
【図１１】第１の検証例におけるＳ11のスミスチャートである。
【図１２】第１の検証例におけるＳ22の周波数特性図である。
【図１３】第１の検証例におけるＳ22のスミスチャートである。
【図１４】第１の検証例におけるＳ21およびＳ12の周波数特性図である。
【図１５】第１の検証例における第１のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。
【図１６】第１の検証例における第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
【図１７】第１の検証例における第２のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。
【図１８】第１の検証例における第２のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
【図１９】第２のポートの基準インピーダンスＺ02を0としたケースのＳ11の周波数特性図である。
【図２０】第２のポートの基準インピーダンスＺ02を0としたケースの第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
【図２１】第２のポートの基準インピーダンスＺ02を無限大としたケースのＳ11の周波数特性図である。
【図２２】第２のポートの基準インピーダンスＺ02を無限大としたケースの第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
【図２３】実施形態に従ったアンテナ設計処理フローの例図である。
【図２４】整合回路付きアンテナモデル設計ツールの表示画面の一例である。
【図２５】整合素子の交換処理フローの例図である。
【図２６】線路の線路長の変更処理フローの例図である。
【図２７】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
図１に示したアンテナ設計装置１００は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味して、アンテナ設計を実行する装置である。
【００２４】
後述するように、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味したアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ設計装置１００は、アンテナおよび整合回路を含むモデルのアンテナ特性を実施形態に従った解析的手法により算出する。
【００２５】
また、実施形態によっては、アンテナ設計装置１００は、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、アンテナ素子と波源（信号源）との間の給電線路の損失を加味してアンテナ設計を実行する。
【００２６】
アンテナ素子と波源である送受信モジュールとを接続する線路には、損失が含まれ得る。例えば、携帯情報端末装置が薄型化すると、線路の厚さも薄くなり得る。線路の損失は、線路の厚さが薄くなるに従って大きくなるため、アンテナの放射効率ηは、線路の損失の影響を受けて劣化し得る。そこで、アンテナに接続予定の給電線路の厚さ如何によっては、線路の損失を考慮してアンテナ設計を実行する必要がある。
【００２７】
後述するように、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、線路の損失を加味してアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ設計装置１００は、アンテナ、整合回路、および線路を含むモデルのアンテナ特性を実施形態に従った解析的手法により算出する。
【００２８】
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。
【００２９】
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ための装置である。入力部１１０は、例えば、キーボードやマウス等である。
【００３０】
入力部１１０を介して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。
【００３１】
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、Ｓパラメータ（Scattering parameter）、放射効率、およびトータル効率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、アンテナインピーダンスおよび整合素子のインピーダンスも含まれ得、実施形態によっては、線路の特性インピーダンスおよび伝達係数も含まれ得る。
【００３２】
なお、放射効率とは、アンテナおよび整合回路を含むモデルでは、波源側の整合回路の挿入位置でアンテナ（給電されたアンテナ素子）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。また、アンテナ、整合回路、および線路を含むモデルでは、放射効率とは、波源側の線路の挿入位置でアンテナ（給電されたアンテナ素子）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。線路および整合回路を含まないアンテナ単体のモデルでは、放射効率は、アンテナ（給電されたアンテナ素子）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。
【００３３】
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（給電されたアンテナ素子）からの放射電力との比を指す。
【００３４】
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。
【００３５】
アンテナ設計装置１００が線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、記憶部１２０は、線路特性ファイル１２２をさらに含み得る。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
処理部１３０には、アンテナ特性シミュレーション処理部１３１およびアンテナ特性計算処理部１３３が含まれる。アンテナ設計装置１００が線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、処理部１３０には、線路特性計算処理部１３２がさらに含まれる。
【００４１】
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。
【００４２】
整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０を介して入力された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。
【００４３】
すなわち、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体モデルを作成する。また、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体モデル、および該アンテナに線路を接続したアンテナモデルを作成する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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を介した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。
【００４７】
シミュレーション結果判定部１３１ｃは、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味したアンテナ設計を実行する場合には、アンテナ単体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。線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、シミュレーション結果判定部１３１ｃは、アンテナ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。
【００４８】
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。
【００４９】
線路特性計算処理部１３２は、アンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味したアンテナ設計を実行するためにアンテナ設計装置１００に備えられ得る。
【００５０】
線路特性計算処理部１３２は、入力部１１０を介した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。
【００５１】
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。
【００５２】
線路モデル作成部１３２ａは、入力部１１０を介した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。
【００５３】
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を介した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。
【００５４】
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。
【００５５】
アンテナ特性計算処理部１３３は、入力部１１０を介した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。
【００５６】
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、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナの設計を実行する実施形態では、アンテナおよび整合回路を含むモデルを指す。また、「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、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナの設計を実行する実施形態では、アンテナ、線路、および整合回路を含むモデルを指す。
【００５７】
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。
【００５８】
すなわち、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、アンテナ特性計算処理部１３３による処理は、アンテナ単体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。また、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、アンテナ特性計算処理部１３３による処理は、アンテナ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値を満たさない場合に実行される。
【００５９】
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、整合回路を含まない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。
【００６０】
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、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。
【００６１】
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、アンテナ特性計算部１３３ｂ、および計算結果判定部１３３ｃが含まれる。
【００６２】
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。
【００６３】
すなわち、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失を加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、アンテナおよび整合回路を含むアンテナモデルを作成する。また、アンテナ設計装置１００がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、アンテナ、整合回路、および線路を含むアンテナモデルを作成する。
【００６４】
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アンテナインピーダンス、Ｓパラメータ、および放射効率に関する各データをインポートする。
【００６５】
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を介して入力された対象周波数ごとのアンテナインピーダンス、Ｓパラメータ、および放射効率に関する各データをインポートする。
【００６６】
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。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を介して入力された整合回路の回路構成のデータを取得する。
【００６７】
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を介した入力等によって予め与えられる。
【００６８】
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。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を介して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。
【００６９】
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。
【００７０】
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を介して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。
【００７１】
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を介した入力により指定される。
【００７２】
したがって、実施形態に従えば、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。
【００７３】
アンテナ設計装置１００がアンテナ素子と波源との間の線路の損失をも加味してアンテナ設計を実行する実施形態では、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を介して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（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。整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、インポートされた特性を有する線路を含む整合回路付きアンテナモデルを作成する。
【００７４】
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。
【００７５】
すなわち、実施形態によっては、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用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解析的手法により計算する。また、実施形態によっては、アンテナ特性計算部１３３ｂは、整合素子の損失、およびアンテナ素子間の相互作用に加えて、線路の損失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解析的手法により計算する。
【００７６】
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。
【００７７】
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整合素子および線路の消費電力を計算し得る。
【００７８】
実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法の一例として、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用を加味して、アンテナ特性計算部１３３ｂが整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性を計算する方法を以下に説明する。
【００７９】
図２は、例示的な整合回路付きアンテナモデルの概略的構成図である。
図２に示すように、整合回路付きアンテナモデル２００は、アンテナ２１０を含む。アンテナ２１０は、第１のアンテナ素子２１１および第２のアンテナ素子２１２を含む。
【００８０】
第１のアンテナ素子２１１は、第１のアンテナ素子側線路２４１−１と接続され、第１のアンテナ素子側線路２４１−１を介して第１の整合回路２３１と接続される。また、第１のアンテナ素子２１１は、第１のアンテナ素子側線路２４１−１および第１の整合回路２３１を介して、第１の波源側線路２４１−２と接続される。そして、第１のアンテナ素子２１１は、第１のアンテナ素子側線路２４１−１、第１の整合回路２３１、および第１の波源側線路２４１−２を介して、接地導体２２０と接続され得る。第１の波源側線路２４１−２と接地導体２２０との間には、送受信モジュール等の波源（図示せず）が接続され得る。
【００８１】
第２のアンテナ素子２１２は、第２のアンテナ素子側線路２４２−１と接続され、第２のアンテナ素子側線路２４２−１を介して第２の整合回路２３２と接続される。また、第２のアンテナ素子２１２は、第２のアンテナ素子側線路２４２−１および第２の整合回路２３２を介して、第２の波源側線路２４２−２と接続される。そして、第２のアンテナ素子２１２は、第２のアンテナ素子側線路２４２−１、第２の整合回路２３２、および第２の波源側線路２４２−２を介して接地導体２２０と接続され得る。第２の波源側線路２４２−２と接地導体２２０との間には、波源が接続され得る。
【００８２】
図２に示すように、第１のアンテナ素子２１１の信号の入出力ポートを第１のポート（ポート１）と定義し、第２のアンテナ素子２１２の信号の入出力ポートを第２のポート（ポート２）と定義する。
【００８３】
図３は、図２に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。図３には、第１のポートから第１のアンテナ素子２１１に給電し、第２のアンテナ素子２１２の給電電圧を0Ｖとしたケースの等価回路が一例として示されている。
【００８４】
図３に示すように、整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００には、アンテナ３１０、第１の回路３２０−１、第２の回路３２０−２、および波源３３０が含まれる。
【００８５】
アンテナ３１０は、第１のアンテナ素子２１１および第２のアンテナ素子２１２を含むアンテナ２１０の等価回路である。
【００８６】
第１の回路３２０−１は、第１のアンテナ素子側線路２４１−１、第１の整合回路２３１、および第１の波源側線路２４１−２の等価回路である。第２の回路３２０−２は、第２のアンテナ素子側線路２４２−１、第２の整合回路２３２、および第２の波源側線路２４２−２の等価回路である。
【００８７】
図４は、図３に示した第１および第２の回路の等価回路図である。図４に示した第１および第２の回路３２０−ｉ（ｉは、１または２）は、整合回路３２１−ｉ、第１の線路３２２−ｉ、および第２の線路３２３−ｉを含む。整合回路３２１−ｉは、第１の整合回路２３１および第２の整合回路２３２にそれぞれ対応する。第１の線路３２２−ｉは、第１のアンテナ素子側線路２４１−１および第２のアンテナ素子側線路２４２−１にそれぞれ対応する。第２の線路３２３−ｉは、第１の波源側線路２４１−２および第２の波源側線路２４２−２にそれぞれ対応する。
【００８８】
図３に示されるＺ01は、第１のポートの基準インピーダンスであり、Ｚ02は、第２のポートの基準インピーダンスである。第１のポートの基準インピーダンスＺ01および第２のポートのＺ02は、例えば、基準インピーダンスＺ0と等しく、50オーム（Ω）であり得る（Ｚ01＝Ｚ02＝Ｚ0＝50Ω）。図３に示した一例では、波源２４０の内部インピーダンスは、基準インピーダンスＺ01と一致する。
【００８９】
まず、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのＳパラメータの計算方法を説明する。
図３において、Ｆaは、アンテナ３１０単体のＦパラメータ（Fundamental parameter）を指す。Ｆml1は、第１の回路３２０−１のＦパラメータを指し、Ｆml2は、第２の回路３２０−２のＦパラメータを指す。
【００９０】
アンテナ３１０単体のＦパラメータＦaは、アンテナ３１０単体のＳパラメータＳaから算出できる。アンテナ３１０単体のＳパラメータＳaは、以下の式(2)のように定義される。
【数２】
2014052986.tif 000004
【００９１】
アンテナ３１０単体のＳパラメータＳaの要素の内、Ｓa21は、第１のポートから第２のポートへの伝達係数である。第１のポートから第２のポートへの伝達係数Ｓa21は、第１のアンテナ素子２１１と第２のアンテナ素子２１２との間のアイソレーション特性に含まれる。
【００９２】
アンテナ３１０単体のＦパラメータＦaは、式(2)を用いて以下の式(3)から計算できる。
【数３】
2014052986.tif 000005
【００９３】
前述したように、実施形態では、アンテナ３１０単体のＳパラメータＳa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３１０単体のＳパラメータＳa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に格納されている。実施形態によっては、アンテナ３１０単体のＳパラメータＳaは、入力部１１０による入力により取得される。また、Ｚ0の値（Ｚ01およびＺ02の値）は、入力部１１０を介した入力により設定される。したがって、アンテナ３１０単体のＦパラメータＦaは、既知の値であるアンテナ３１０単体のＳパラメータＳaを式(3)に代入することにより計算できる。
【００９４】
図４において、Ｆmliは、図３に示した第１の回路３２０−１のＦパラメータＦml1および第２の回路３２０−２のＦパラメータＦml2にそれぞれ対応する。Ｆmiは、第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータを指す。Ｆli1は、第１の線路３２２−ｉのＦパラメータを指し、Ｆli2は、第２の線路３２３−ｉのＦパラメータを指す。
【００９５】
図５は、第１の線路および第２の線路の例示的な等価回路図である。第１の線路３２２−ｉおよび第２の線路３２３−ｉを分布定数線路とみなし、第１の線路３２２−ｉおよび第２の線路３２３−ｉの線路の長さをｘとすると、図５に示したような伝送線路の等価回路４００で表現することができる。図５に示したように、伝送線路の等価回路４００は、直列に接続されたインダクタＬdx、並列に接続されたキャパシタＣdx、直列の損失である抵抗Ｒdx、および並列の損失であるコンダクタンスＧdxを含む。
【００９６】
図５に示した伝送線路の等価回路４００の特性は、電信方程式を解くことにより与えられる。説明を明確にするために、無損失で定常状態であるケースの伝送線路を一例として説明する。図５に示したように、始端の電流および電圧をそれぞれＩx1およびＶx1とし、終端の電流および電圧をそれぞれＩx2およびＶx2とすると、以下の式(4)が成り立つ。
【数４】
2014052986.tif 000006
【００９７】
式(4)中のＦxは、長さｘの伝送線路のＦパラメータである。また、Ｚ0は、特性インピーダンスであり、Ｙ0は、アドミタンスであり、１／Ｚ0である。γは、伝達係数であり、伝送線路の位相定数をβとすると、次の式(5)で表される。
【数５】
2014052986.tif 000007
【００９８】
前述したように、実施形態では、第１の線路３２２−ｉの線路長ｌi1、特性インピーダンスＺil1、減衰定数αi1、および位相定数βi1は、既知の値である。また、および第２の線路３２３−ｉの線路長ｌi2、特性インピーダンスＺil2、減衰定数αi2、および位相定数βi2は、既知の値である。すなわち、線路長ｌi1およびｌi2は、入力部１１０の入力によりそれぞれ取得される。また、特性インピーダンスＺil1およびＺil2、減衰定数αi1およびαi2、ならびに位相定数βi1およびβi2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を介した入力により取得される。
【００９９】
したがって、第１の線路３２２−ｉのＦパラメータＦli1および第２の線路３２３−ｉのＦパラメータＦli2は、例えば、上述の式(5)を用いてそれぞれ計算できる。
【０１００】
図６は、第１および第２の整合回路の例図である。
例えば、第１および第２の整合回路３２１−ｉが図６に示す３つの整合素子３２１ａ、３２１ｂ、および３２１ｃを含み、それらの整合素子がパイ（π）型に接続されると仮定する。３つの整合素子３２１ａ、３２１ｂ、および３２１ｃのアドミタンスをＹmi1、Ｙmi2、およびＹmi3とそれぞれ定義すると、第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmiは、以下の式(6)によりそれぞれ計算できる。
【数６】
2014052986.tif 000008
【０１０１】
前述したように、実施形態では、３つの整合素子３２１ａ、３２１ｂ、および３２１ｃのそれぞれのインピーダンスＺmijを構成する損失抵抗ＲmijおよびリアクタンスＸmijは、既知の値である（図６に示した一例では、ｊは、１〜３の整数）。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を介した入力によって取得される。そして、３つの整合素子３２１ａ、３２１ｂ、および３２１ｃのそれぞれのインピーダンスＺmijは、既知の値である損失抵抗ＲmijおよびリアクタンスＸmijを用いて以下の式(7)によりそれぞれ計算できる。
【数７】
2014052986.tif 000009
【０１０２】
また、第１および第２の整合回路３２１−ｉに含まれる各整合素子のアドミタンスＹmijは、式(7)により計算されたインピーダンスＺmijの値の逆数を計算することにより取得できる。
【０１０３】
したがって、第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmiは、式(6)によりそれぞれ計算できる。
【０１０４】
なお、図６に示した第１および第２の整合回路３２１−ｉは、例示であり、第１および第２の整合回路３２１−ｉに含まれる整合素子の数が３つに限定されることを意味しない。また、図６に示したようなパイ型に整合素子が接続された整合回路に第１および第２の整合回路３２１−ｉが限定されることを意味しない。第１の整合回路３２１−１の回路構成と第２の整合回路３２１−２の回路構成とが異なってもよい。
【０１０５】
また、実施形態によっては、アンテナ特性計算部１３３ｂは、上述のような第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmi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、整合素子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第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmiを計算する。
【０１０６】
例えば、図６に示される整合素子３２１ａおよび整合素子３２１ｂのようにアンテナ３１０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。これらの整合素子と接続されるそれぞれの接地ビアのインピーダンスが無視できない場合、アンテナ特性計算部１３３ｂは、これらの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。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。
【０１０７】
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(8)により計算する。
【数８】
2014052986.tif 000010
【０１０８】
式(8)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。
【０１０９】
例えば、整合素子がアンテナ３１０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を介して入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、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。
【０１１０】
また、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(9)により計算する。
【数９】
2014052986.tif 000011
【０１１１】
式(9)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(9)中のｆδは、次の式(10)によって表される。
【数１０】
2014052986.tif 000012
【０１１２】
式(10)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。
【０１１３】
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を介して入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、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。
【０１１４】
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Ｘmij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Ｒmij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が加算された後に実行される第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmiの計算方法は、前述と同様である。
【０１１５】
図３に示した第１および第２の回路３２０−ｉのＦパラメータＦmliは、算出された第１および第２の整合回路３２１−ｉのＦパラメータＦmi、第１の線路３２２−ｉのＦパラメータＦli1、および第２の線路３２３−ｉのＦパラメータＦli2を用いて以下の式(11)によりそれぞれ計算できる。
【数１１】
2014052986.tif 000013
【０１１６】
また、整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００の合成ＦパラメータＦmlaは、算出されたアンテナ３１０単体のＦパラメータＦa、第１の回路３２０−１のＦパラメータＦml1、および第２の回路３２０−２のＦパラメータＦml2を用いて以下の式(12)により計算できる。
【数１２】
2014052986.tif 000014
【０１１７】
整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００のＳパラメータＳmlaは、算出された合成ＦパラメータＦmlaを用いて以下の式(13)により算出できる。
【数１３】
2014052986.tif 000015
【０１１８】
式(13)中のＳ21は、整合回路付きアンテナモデル２００における第１のポートから第２のポートへの伝達係数である。第１のポートから第２のポートへの伝達係数Ｓ21は、第１のアンテナ素子２１１と第２のアンテナ素子２１２との間のアイソレーション特性に含まれる。
【０１１９】
式(13)により算出されるＳパラメータＳmlaは、図３に示すように、第１のポートから第１のアンテナ素子２１１に給電し、第２のアンテナ素子２１２の給電電圧を0ＶとしたケースのＳパラメータである。
【０１２０】
これに対して、第２のポートから第２のアンテナ素子２１２に給電し、第１のアンテナ素子２１１の給電電圧を0ＶとしたケースのＳパラメータは、ＦパラメータＦmlaの逆行列Ｆmla-1を算出し、算出されたＦmli-1を用いて式(13)により算出することにより取得できる。
【０１２１】
また、前述したように、式(13)のＺ0は、基準インピーダンスであり、例えば、50Ωである。すなわち、式(13)により算出されるＳパラメータＳmlaは、Ｚ01およびＺ02の値が共にＺ0である（Ｚ01＝Ｚ02＝Ｚ0）ケースのＳパラメータである。
【０１２２】
これに対して、図３の第２のポートのようにアンテナ素子に給電されていないポートの基準インピーダンスの値がＺ0とは異なる値のＺ0´に設定されたケースのＳパラメータＳmla´は、以下の式(14)に示されるＳパラメータの変換式により算出できる。すなわち、Ｚ01およびＺ02の値が共にＺ0に設定されたケースのＳパラメータＳmlaを用いて、Ｚ01またはＺ02の値がＺ0´であるケースのＳパラメータＳmla´の値を算出できる。
【数１４】
2014052986.tif 000016
【０１２３】
式(14)中のＩは、単位行列を表し、Ｗ-1は、Ｗの逆行列を表す。また、ＷおよびΓは、以下の式(15)および(16)でそれぞれ表される対角行列である。
【数１５】
2014052986.tif 000017
【数１６】
2014052986.tif 000018
【０１２４】
式(15)および式(16)中のＺ01´は、変更後の第１のポートの基準インピーダンス、すなわち、基準インピーダンスＺ0とは異なる値に変更され得る第１のポートの基準インピーダンスである。Ｚ02´は、変更後の第２のポートの基準インピーダンスである。例えば、図３に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００では、第２のポートの基準インピーダンスのＺ02をＺ01´に設定し得る。そこで、図３に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００では、変更後の第１のポートの基準インピーダンスＺ01´は、Ｚ0であり、変更後の第２のポートの基準インピーダンスＺ02´は、Ｚ0´である。
【０１２５】
ただし、アンテナ素子に給電されていないポートが短絡された場合、すなわちＺ01´またはＺ02´の値が0である場合には、Ｗの逆行列であるＷ-1は存在しない。また、アンテナ素子に給電されていないポートが開放された場合、すなわちＺ01´またはＺ02´の値が無限大（∞）である場合には、Ｗ-1は存在しない。そこで、Ｚ01またはＺ02の値が0または無限大である場合には、式(14)の代わりに、以下のように計算する。
【０１２６】
まず、図３のように、第１のポートから第１のアンテナ素子２１１に給電し、第２のアンテナ素子２１２の給電電圧を0Ｖとしたケースでは、Ｚ02の値が0の場合の入力インピーダンスＺ´in_mlaは、以下の式(17)により算出される。また、Ｚ02の値が無限大の場合の入力インピーダンスＺ´in_mlaは、以下の式(18)により算出される。
【数１７】
2014052986.tif 000019
【数１８】
2014052986.tif 000020
【０１２７】
式(17)および式(18)中のＡmla、Ｂmla、Ｃmla、およびＤmlaは、式(12)で示されるように、ＦパラメータＦmlaの要素であり、計算可能な値である。
【０１２８】
そこで、第１のポートから第１のアンテナ素子２１１に給電し、第２のアンテナ素子２１２の給電電圧を0ＶとしたケースでのＳパラメータＳ´in_mlaは、式(17)または式(18)により算出された入力インピーダンスＺ´in_mlaを用いて以下の式(19)により算出できる。
【数１９】
2014052986.tif 000021
【０１２９】
また、第２のポートから第２のアンテナ素子２１２に給電し、第１のアンテナ素子２１１の給電電圧を0Ｖとしたケースでは、Ｚ01の値が0の場合の入力インピーダンスＺ´in_maは、以下の式(20)により算出される。また、Ｚ01の値が無限大の場合の入力インピーダンスＺ´in_maは、以下の式(21)により算出される。
【数２０】
2014052986.tif 000022
【数２１】
2014052986.tif 000023
【０１３０】
式(20)および式(21)中のＡ´mla、Ｂ´mla、Ｃ´mla、およびＤ´mlaは、以下の式(22)に示されるように、ＦパラメータＦmlaの逆行列Ｆmla-1の要素であり、計算可能な値である。
【数２２】
2014052986.tif 000024
【０１３１】
そこで、第２のポートから第２のアンテナ素子２１２に給電し、第１のアンテナ素子２１１の給電電圧を0ＶとしたケースでのＳパラメータＳ´in_mlaは、式(20)または式(21)により算出された入力インピーダンスＺ´in_maを用いて前述の式(19)により算出できる。
【０１３２】
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損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮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、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Ｓパラメータを、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。
【０１３３】
したがって、実施形態に従えば、整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮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。
【０１３４】
次に、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルの放射効率の計算方法を説明する。
図３に示したＰnml1は、波源３３０から送り出され、第１の回路３２０−１に入力する正味の電力である。
【０１３５】
Ｐnaは、アンテナ３１０に入力する正味の電力であり、第１の回路における不整合による損失をＰLossml1とすると、関係式Ｐna=Ｐnml1−ＰLossml1で表される。
【０１３６】
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ＰLossaとすると、関係式Ｐrad=Ｐna−ＰLossaで表される。
【０１３７】
Ｐnml2は、第２の回路３２０−１に入力する正味の電力であり、関係式Ｐnml2=Ｐna−（ＰLossmla＋Ｐrad）で表される。
【０１３８】
ＰLoad2は、第２のポートへ出力される電力であり、第２の回路における不整合による損失をＰLossml2とすると、関係式ＰLoad2=Ｐnml2−ＰLossml2で表される。
【０１３９】
図３に示したＩ1は、波源３３０より後の回路に流れる電流であり、第１の回路３２０−１、アンテナ３１０、第２の回路３２０−２、および第２のポート側の負荷に流れる電流である。Ｖ1は、波源３３０より後の回路に印加される電圧であり、第１の回路３２０−１、アンテナ３１０、第２の回路３２０−２、および第２のポート側の負荷に印加される電圧である。
【０１４０】
Ｉaは、第１の回路３２０−１より後の回路に流れる電流であり、アンテナ３１０、第２の回路３２０−２、および第２のポート側の負荷に流れる電流である。Ｖaは、第１の回路３２０−１より後の回路に印加される電圧であり、アンテナ３１０、第２の回路３２０−２、および第２のポート側の負荷に印加される電圧である。
【０１４１】
Ｉml2は、アンテナ３１０より後の回路に流れる電流であり、第２の回路３２０−２および第２のポート側の負荷に流れる電流である。Ｖml2は、アンテナ３１０より後の回路に印加される電圧であり、第２の回路３２０−２および第２のポート側の負荷に印加される電圧である。
【０１４２】
Ｉ2は、第２の回路３２０−２より後の回路に流れる電流であり、第２のポート側の負荷に流れる電流である。Ｖ2は、第２の回路３２０−２より後の回路に印加される電圧であり、第２のポート側の負荷に印加される電圧である。
【０１４３】
整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００において、放射効率ηは、以下の式(23)により計算できる。
【数２３】
2014052986.tif 000025
【０１４４】
式(23)中のＰna、Ｐnml2、Ｐnml1、およびＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）は、それぞれ以下のようにして計算できる。
まず、式(23)中のＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）は、アンテナ２１０単体の等価回路を用いて以下のように導き出せる。
【０１４５】
図７は、例示的なアンテナ単体モデルの等価回路図である。図７に示したアンテナ単体モデルの等価回路５００において、整合回路付きアンテナモデルの等価回路３００と同じ要素には、同じ参照符号がふられている。
【０１４６】
図７において、アンテナ３１０単体の放射効率ηaは、以下の式(24)のように表すことができる。
【数２４】
2014052986.tif 000026
【０１４７】
また、Ｐnaは、式(3)で示したアンテナ３１０単体のＦパラメータＦaを用いて、以下の式(25)のように表すことができる。
【数２５】
2014052986.tif 000027
【０１４８】
ここで、アンテナ２１０単体モデルに対するアンテナ特性の解析においては、Ｚ01=Ｚ02=Ｚ0に設定する。また、Ｖ2=Ｚ02Ｉ2であるから、Ｐnaは、さらに以下の式(26)のように表すことができる。
【数２６】
2014052986.tif 000028
【０１４９】
さらに、ＰLoad2は、以下の式(27)のように表すことができる。
【数２７】
2014052986.tif 000029
【０１５０】
式(26)および式(27)から、ＰnaとＰLoad2との関係は、以下の式(28)のように表すことができる。
【数２８】
2014052986.tif 000030
【０１５１】
そこで、式(23)中のＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）は、式(24)および式(28)を用いて、以下の式(29)ように表すことができる。
【数２９】
2014052986.tif 000031
【０１５２】
前述したように、実施形態では、式(29)中のηaは、既知の値である。すなわち、アンテナ２１０単体の放射効率ηa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に格納されている、また、実施形態によっては、アンテナ３１０単体の放射効率ηaは、入力部１１０を介した入力により取得される。また、実施形態では、式(29)中のαは、式(28)により計算可能である。
したがって、式(23)中のＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）は、式(29)により計算できる。
【０１５３】
次に、式(23)中のＰnml2は、以下の式(30)のように表すことができる。
【数３０】
2014052986.tif 000032
【０１５４】
式(30)中のＡml2、Ｂml2、Ｃml2、およびＤml2は、第２の回路３２０−２のＦパラメータＦml2の要素であり、式(11)を示しながら前述したように計算可能である。また、整合回路付きアンテナモデル２００において、アンテナ素子に給電していないポートの基準インピーダンスは、基準インピーダンスＺ0であってもよく、任意の値Ｚ0´でもよい。すなわち、図３に示した一例では、式(30)中の第２のポートの基準インピーダンスＺ02は、入力部１１０を介した入力により与えられる既知の値である。
【０１５５】
また、式(23)中のＰnaは、以下の式(31)のように表すことができる。
【数３１】
2014052986.tif 000033
【０１５６】
式(31)中のＡaml2、Ｂaml2、Ｃaml2、およびＤaml2は、以下の式(32)で示される行列の要素である。
【数３２】
2014052986.tif 000034
【０１５７】
式(3)および式(11)を示しながら前述したように、実施形態では、ＦaおよびＦml2は、計算可能である。したがって、実施形態では、式(31)中のＡmla2、Ｂmla2、Ｃmla2、およびＤmla2は、計算可能である。また、前述したように、Ｚ02は、既知の値である。
【０１５８】
そして、式(23)中のＰnml1は、以下の式(33)のように表すことができる。
【数３３】
2014052986.tif 000035
【０１５９】
式(12)を示しながら前述したように、実施形態では、式(31)中のＡmla、Ｂmla、Ｃmla、およびＤmlaは、計算可能である。また、前述したように、式(31)中のＺ02は、既知の値である。
以上のように、式(23)中のＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）、Ｐnml2、Ｐna、およびＰnml1は、式(29)、式(30)、式(31)、および式(33)を用いてそれぞれ表すことができる。
【０１６０】
ここで、実施形態では、アンテナ２１０単体のモデルと整合回路付きアンテナモデル２００とにおいてＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）の値が不変であるとみなす。式(29)、式(30)、式(31)、および式(33)を式(23)に代入すると、｜Ｉ2｜2は、計算中に打ち消される。
したがって、整合回路付きアンテナモデル２００の放射効率ηは、式(23)により計算できる。
【０１６１】
なお、前述したように、整合回路付きアンテナモデル２００において、アンテナ素子に給電していないポートの基準インピーダンスは、基準インピーダンスＺ0でなくてもよく、任意の値が与えられ得る。すなわち、図３に示した一例では、第２のポートの基準インピーダンスＺ02は、0から無限大（∞）までの任意の値を与え得る。
【０１６２】
しかしながら、第２のポートが開放されたケースが仮定され、Ｚ02が無限大と設定された場合には、式(30)、式(31)、および式(33)を用いて式(23)中のＰnml2、Ｐna、およびＰnml1を計算することはできない。
【０１６３】
そこで、Ｚ02が無限大と設定された場合には、上述した式(30)、式(31)、および式(33)を以下の式(34)、式(35)、および式(36)にそれぞれ変形する。
【数３４】
2014052986.tif 000036
【数３５】
2014052986.tif 000037
【数３６】
2014052986.tif 000038
【０１６４】
Ｚ02が無限大と設定された場合の整合回路付きアンテナモデル２００の放射効率ηは、式(29)、式(34)、式(35)、および式(36)を用いて以下の式(37)のように計算できる。
【数３７】
2014052986.tif 000039
【０１６５】
なお、上述では、図３に示すように、第１のポートから第１のアンテナ素子２１１に給電し、第２のアンテナ素子２１２の給電電圧を0Ｖとしたケースの放射効率ηの算出方法を説明した。しかしながら、第２のポートから第２のアンテナ素子２１２に給電し、第１のアンテナ素子２１１の給電電圧を0Ｖとしたケースの放射効率ηも、同様の方法によって算出できる。
【０１６６】
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損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮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、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。
【０１６７】
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損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮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。
【０１６８】
最後に、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのトータル効率の計算方法を説明する。
整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtは、以下の式(38)により計算できる。
【数３８】
2014052986.tif 000040
【０１６９】
式(13)を示して前述したように、実施形態では、式(38)中の反射係数Ｓ11は計算可能である。また、式(23)および式(37)を示して前述したように、実施形態では、式(38)中の放射効率ηは、計算可能である。
したがって、整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηtは、式(38)により計算できる。
【０１７０】
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損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮された整合回路付きアンテナモデルのトータル効率ηt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トータル効率ηtを、複数のアンテナ素子を含むアンテナ単体の特性、整合回路を構成する各整合素子の特性、および線路の特性を用いて解析的手法により計算する。
【０１７１】
したがって、実施形態に従えば、整合素子の損失、および線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が考慮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。
【０１７２】
なお、上述では、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用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の計算方法を実施形態に従ったアンテナ特性の計算方法の一例として説明した。しかしながら、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用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についても、線路に関する計算を省略する等、上述した計算方法を変形することによって計算でき、上述した効果と同様の効果が得られることは、明らかである。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図８は、計算精度の検証に用いられた整合回路付きアンテナモデルの説明図である。
図８に示す整合回路付きアンテナモデル６００は、アンテナ６１０、接地導体６２０、および基板６３０を含む。
【０１７６】
アンテナ６１０は、基板６３０の上面に配置され、接地導体６２０は、基板６３０の下面に配置される。基板６３０の上面に配置されたアンテナ６１０の下方には、接地導体６２０は存在しない。
【０１７７】
アンテナ６１０は、第１のアンテナ素子６１１および第２のアンテナ素子６１２を含む。第１のアンテナ素子６１１および第２のアンテナ素子６１２は、線状のアンテナ素子ある。線状の第１アンテナ素子６１１および第２のアンテナ素子６１２の幅は、それぞれ1mmである。
【０１７８】
線状の第１のアンテナ素子６１１は、直角に屈曲しており、屈曲点を境として、ポート１側の第１の直線部分６１１ａと、ポート１側とは反対側の第２の直線部分６１１ｂとを含む。第１の直線部分６１１ａの長さは、10mmであり、第２の直線部分６１１ｂの長さは、24mmである。
【０１７９】
また、線状の第２のアンテナ素子６１２は、直角に屈曲しており、屈曲点を境として、ポート２側の第３の直線部分６１２ａと、ポート２側とは反対側の第４の直線部分６１２ｂとを含む。第３の直線部分６１２ａの長さは、10mmであり、第４の部分６１２ｂの長さは、11mmである。
【０１８０】
このように、第１のアンテナ素子６１１の形状と第２のアンテナ素子６１２の形状とは異なり、アンテナ６１０の形状は、非対称である。
【０１８１】
接地導体６２０は、矩形の表面（上面および下面）を有する金属板である。第１の直線部分６１１ａおよび第３の直線部分６１２ａと並行方向の接地導体６２０の表面の辺の長さは、100mmであり、第２の直線部分６１１ｂおよび第４の直線部分６１２ｂと並行方向の辺の長さは、50mmである。接地導体６２０は、完全導体とみなす。
【０１８２】
基板６３０は、アンテナ６１０および接地導体６２０の間に配置される。基板６３０の厚さは、1ｍｍである。基板６３０の比誘電率は、4.0であり、誘電損は、2GHzにおいて0.02である。
【０１８３】
第１のアンテナ素子６１１のポート１側および第２のアンテナ素子６１２のポート２側には、整合回路がそれぞれ接続される。
【０１８４】
図９は、図８に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路図である。図９に示した整合回路付きアンテナモデルの等価回路７００において、アンテナ７１０は、アンテナ６１０に対応する。第１の整合回路７２０−１は、第１のアンテナ素子６１１のポート１側に接続された整合回路に対応し、第２の整合回路７２０−２は、第２のアンテナ素子６１２のポート２側に接続された整合回路に対応する。
【０１８５】
図９に示すように、第１の整合回路７２０−１は、第１のアンテナ素子６１１と直列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、1.2nHである。また、第１の整合回路７２０−１は、第１のアンテナ素子６１１と並列に接続されたキャパシタを含み、その容量は、2.5nFである。また、第２の整合回路７２０−２は、第２のアンテナ素子６１２と直列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、4nHである。また、第２の整合回路７２０−２は、第２のアンテナ素子６１２と並列に接続されたインダクタを含み、そのインダクタンスは、1.6nHである。
【０１８６】
まず、第１の検証例として、第１のポートの基準インピーダンスＺ01および第２のポートの基準インピーダンスＺ02を共に50Ω(Ｚ01＝Ｚ02＝Ｚ0＝50Ω)としたケースの整合回路付きアンテナモデル６００のアンテナ特性について説明する。
【０１８７】
第１の検証例にけるＳパラメータの検証結果を図１０〜図１４を参照しながら説明する。図１０〜図１４の検証結果は、ポート１から第１のアンテナ素子６１１に給電し、ポート２から第２のアンテナ素子６１２への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。
【０１８８】
図１０は、第１の検証例におけるＳ11の周波数特性図である。図１１は、第１の検証例におけるＳ11のスミスチャートである。図１０および図１１から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート１の反射係数Ｓ11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０１８９】
図１２は、第１の検証例におけるＳ22の周波数特性図である。図１３は、第１の検証例におけるＳ22のスミスチャートである。図１２および図１３から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート２の反射係数Ｓ22の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート２の反射係数Ｓ22の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート２の反射係数Ｓ22の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０１９０】
図１４は、第１の検証例におけるＳ21およびＳ12の周波数特性図である。図１４から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１からポート２への伝達係数Ｓ21およびポート２からポート１への伝達係数Ｓ12の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、伝達係数Ｓ21およびＳ12の値が最も高い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。
【０１９１】
このように、図１０〜図１４に示した検証結果から、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
【０１９２】
第１の検証例にける放射効率およびトータル効率の検証結果を図１５〜図１８を参照しながら説明する。
図１５は、第１の検証例における第１のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。図１６は、第１の検証例における第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。図１５および図１６に示した検証結果は、ポート１から第１のアンテナ素子６１１に給電し、ポート２から第２のアンテナ素子６１２への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。
【０１９３】
図１５および図１６から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１の放射効率およびトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１の放射効率およびトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、式(23)についての説明において前述したように、実施形態に従った放射効率の計算では、アンテナ単体のモデルと整合回路付きアンテナモデルとにおいてＰrad／（Ｐrad＋ＰLossa）の値が不変であると擬制する。図１５および図１６の検証例からは、こうした擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
【０１９４】
図１７は、第１の検証例における第２のアンテナ素子の放射効率の周波数特性図である。図１８は、第１の検証例における第２のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。図１７および図１８に示した検証結果は、ポート２から第２のアンテナ素子６１２に給電し、ポート１から第１のアンテナ素子６１１への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。
【０１９５】
図１７および図１８から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第２のアンテナ素子６１２の放射効率およびトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第２のアンテナ素子６１２の放射効率およびトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。図１７および図１８の検証例からは、前述の擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
【０１９６】
次に、第２の検証例として、第１のポートの基準インピーダンスＺ01を50Ω(Ｚ01＝Ｚ0＝50Ω)とし、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を50Ω以外の値(Ｚ02≠Ｚ0)としたケースの整合回路付きアンテナモデル６００のアンテナ特性について説明する。
【０１９７】
第２の検証例にけるＳパラメータの検証結果を図１９〜図２２を参照しながら説明する。図１９〜図２２の検証結果は、ポート１から第１のアンテナ素子６１１に給電し、ポート２から第２のアンテナ素子６１２への給電電圧を0Vとしたときの検証結果である。また、図１９および図２０の検証結果は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を0としたときの検証結果である。図２１および図２２の検証結果は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を無限大としたときの検証結果である。
【０１９８】
図１９は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を0としたケースのＳ11の周波数特性図である。図１９から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート１の反射係数Ｓ11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2100MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０１９９】
図２０は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を0としたケースの第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
図２０から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１のトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１のトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０２００】
図２１は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を無限大としたケースのＳ11の周波数特性図である。図２１から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。例えば、ポート１の反射係数Ｓ11の値が最も低い周波数は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とで一致し、約2000MHzである。また、測定周波数1500〜2500MHzにおけるポート１の反射係数Ｓ11の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０２０１】
図２２は、第２のポートの基準インピーダンスＺ02を無限大としたケースの第１のアンテナ素子のトータル効率の周波数特性図である。
図２２から理解できるように、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１のトータル効率の遷移の傾向は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。また、測定周波数1500〜2500MHzにおける第１のアンテナ素子６１１のトータル効率の値は、電磁界シミュレーションによるシミュレーション結果と実施形態に従った計算方法とでほぼ一致する。
【０２０２】
以上のような図１９および図２１に示した検証結果から、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスが任意の値に設定された場合でも、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。また、図２０および図２２に示した検証結果から、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスが任意の値に設定された場合でも、前述したような擬制を用いた実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
【０２０３】
上述した第１および第２の検証例の検証結果から、実施形態の計算方法が実用に耐え得る計算精度を有する計算方法であることが理解できる。
実施形態に従ったアンテナ設計処理フローの一例を以下に説明する。
【０２０４】
図２３は、実施形態に従ったアンテナ設計処理フローの例図である。
図２３に示したアンテナ設計処理フローは、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失に加えて、アンテナと波源との間の線路の損失を加味して、アンテナ設計装置１００がアンテナ設計を実行するケースの処理フローの一例である。図２３に示したアンテナ設計処理フローの内、線路の設計に関わる処理を除けば、アンテナ素子間の相互作用および整合素子の損失のみを加味してアンテナ設計装置１００がアンテナ設計を実行するケースの処理フローの一例となる。
【０２０５】
ｓｔｅｐ１０１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を介して入力されたモデルの条件データに従って、アンテナ単体のモデルを作成する。また、整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０を介して入力されたモデルの条件データに従って、アンテナおよび線路を含むモデルを作成する。整合回路なしアンテナモデル作成部１３１ａにより作成されるアンテナには、複数のアンテナ素子が含まれる。前述したように、入力部１１０を介して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。
【０２０６】
線路モデル作成部１３２ａは、入力部１１０を介して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。
【０２０７】
ｓｔｅｐ１０２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、アンテナ単体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。また、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。
【０２０８】
具体的には、シミュレーション実行部１３１ｂは、アンテナに含まれる第１のアンテナ素子に給電し、第２のアンテナ素子の給電電圧を0Ｖにしたケース１のアンテナ特性をシミュレーションにより取得する。また、シミュレーション実行部１３１ｂは、アンテナに含まれる第２のアンテナ素子に給電し、第１のアンテナ素子の給電電圧を0Ｖにしたケース２のアンテナ特性をシミュレーションにより取得する。
【０２０９】
シミュレーション実行部１３１ｂによるシミュレーションにおいて、アンテナ素子に給電されていないポートの基準インピーダンスは、入力部１１０を介して入力された任意の設定値であってよい。
【０２１０】
また、式(14)および式(29)等を示して前述したように、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルのアンテナ特性の計算処理には、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスと給電されたアンテナ素子のポートの基準インピーダンスとが同じ値であるケースのアンテナ特性が用いられる。そこで、こうした計算処理に用いるために、シミュレーション実行部１３１ｂは、給電されていないアンテナ素子のポートの基準インピーダンスと給電されたアンテナ素子のポートの基準インピーダンスとが同じ値であるケースのシミュレーションをも実行する。
【０２１１】
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。シミュレーション実行部１３１ｂにより取得されたアンテナ単体のモデルに対するケース１および２のアンテナ特性は、アンテナ特性ファイル１２１にそれぞれ格納される。
【０２１２】
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。
【０２１３】
ｓｔｅｐ１０３〜ｓｔｅｐ１１１では、アンテナに含まれるアンテナ素子毎の繰り返しの処理が実行される。
【０２１４】
具体的には、ｓｔｅｐ１０４では、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により取得された、アンテナおよび線路を含むモデルの第１のアンテナ素子（i＝1）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。すなわち、シミュレーション結果判定部１３１ｃは、ケース１での第１のアンテナ素子のトータル効率ηtが所望の規格値以上であるか否かを判定する。
【０２１５】
ｓｔｅｐ１０４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（ｓｔｅｐ１０４で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１１１に進む。
ｓｔｅｐ１０４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（ｓｔｅｐ１０４で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１０５に進む。
【０２１６】
ｓｔｅｐ１０５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。
【０２１７】
図２４は、整合回路付きアンテナモデル設計ツールの表示画面の一例である。
図２４に示すように、表示画面８００には、アンテナ特性ファイル１２１のファイル名を表示する領域８１０、ならびにアンテナおよび線路を含むモデルに追加される整合素子の特性を表示する領域８２０を含む。また、表示画面８００には、追加された整合素子を含む整合回路付きアンテナモデルに対する計算結果を表示する領域８３０が含まれる。
【０２１８】
アンテナに含まれるアンテナ素子毎のアンテナ特性ファイル１２１のファイル名が入力部１１０を介して入力されると、入力されたアンテナ素子毎のアンテナ特性ファイルのファイル名が領域８１０に表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力されたアンテナ特性ファイル１２１に格納された周波数ごとのアンテナインピーダンス、Ｓパラメータ、および放射効率をインポートする。
【０２１９】
実施形態によっては、アンテナ素子毎のアンテナ特性が入力部１１０を介して個別に入力される。入力されたアンテナ特性は、領域８１０にそれぞれ表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、個別に入力されたアンテナ特性をインポートする。
【０２２０】
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、インポートされたアンテナ単体モデルのＳパラメータに基づいて、各アンテナ素子に接続される整合回路の所望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を介して入力された各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により算出または取得された各整合回路の回路構成は、表示部１４０によりツール画面上に表示されるように構成してもよい。
【０２２１】
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、各整合回路を構成する整合素子を決定する。整合素子の使用条件は、入力部１１０を介した入力によって整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａに予め取得されている。
【０２２２】
実施形態によっては、各整合回路を構成する整合素子の特性が入力部１１０を介して入力され、入力された整合素子の特性が領域８２０に表示される。例えば、整合素子がコンデンサの場合には、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）が入力され、入力されたこれらの特性が領域８２０に表示される。整合素子がインダクタの場合には、インダクタンス、付随静電容量、付随抵抗が入力され、入力されたこれらの特性が領域８２０に表示される。整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、入力部１１０を介して入力された整合素子を使用条件に適合する整合素子として決定する。
【０２２３】
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、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使用条件に適合する整合素子を決定する。
【０２２４】
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、等価直列抵抗、耐圧、および価格に関するデータが含まれる。
【０２２５】
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加味して、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１２４に格納されるようにする。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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加味して、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１２４に格納されるようにする。
【０２２８】
整合素子データファイルを参照して使用条件に適合する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１２４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１２４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１２４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。
【０２２９】
各整合回路を構成する整合素子が整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａにより決定されると、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領域８２０に表示される。
【０２３０】
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により算出または取得された整合回路が、アンテナに対して整合素子が並列に実装される回路である場合、表示部１４０は、アンテナに対して並列に実装される整合素子と接続するビア長ｈおよびビア径Ｄの各値の入力を促す表示をする。
【０２３１】
アンテナに対して並列に実装される整合素子と接続するビア長ｈおよびビア径Ｄの各値は、入力部１１０を介して入力される。アンテナ特性計算部１３３ｂは、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を計算する。計算されたビアのインダクタンスをそのビアと接続する整合素子のリアクタンスに加算する。
【０２３２】
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。
【０２３３】
各アンテナ素子に接続される各線路の長さは、入力部１１０を介して入力される。実施形態によっては、周波数ごとの線路の特性インピーダンス、減衰定数α、および位相定数βは、入力部１１０を介して入力される。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、線路特性ファイル１２２に格納された周波数ごとの線路の特性インピーダンス、減衰定数、および位相定数をインポートする。
【０２３４】
ｓｔｅｐ１０６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７を参照しながら前述した計算方法に従って計算する。計算されるアンテナ特性には、Ｓパラメータ、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。
【０２３５】
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。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。
【０２３６】
図２４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Ｓパラメータ、放射効率η、およびトータル効率ηtは、表示部１４０によって表示画面８００の領域８３０に表示される。
【０２３７】
ｓｔｅｐ１０７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。
【０２３８】
ｓｔｅｐ１０７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（ｓｔｅｐ１０７で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１１１に進む。
ｓｔｅｐ１０７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（ｓｔｅｐ１０７で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１０８に進む。
【０２３９】
ｓｔｅｐ１０８では、計算結果判定部１３３ｃは、計算処理データファイル１２３に格納されている、各整合回路を構成する整合素子の消費電力を表示部１４０に表示させる。実施形態によっては、計算結果判定部１３３ｃは、各整合回路を構成する整合素子の消費電力を、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。
【０２４０】
また、ｓｔｅｐ１０８では、各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。ｓｔｅｐ１０８における整合素子の交換処理の詳細を図２５に示す。
【０２４１】
図２５は、整合素子の交換処理フローの例図である。
ｓｔｅｐ２０１において、計算結果判定部１３３ｃは、全ての整合回路の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ｊを１に設定する。
【０２４２】
ｓｔｅｐ２０２において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｊと同じｊ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ｊ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１２４の中から該当する整合素子を探索する。
【０２４３】
ｓｔｅｐ２０２において該当する整合素子が存在する場合（ｓｔｅｐ２０２で“ＹＥＳ”）、ｓｔｅｐ２０３の処理に進む。
【０２４４】
ｓｔｅｐ２０３において、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、整合回路に含まれるｊ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。
【０２４５】
ｓｔｅｐ２０４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。
【０２４６】
ｓｔｅｐ２０５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。
【０２４７】
ｓｔｅｐ２０５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（ｓｔｅｐ２０５でＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、図２３のｓｔｅｐ１１１に進む。
ｓｔｅｐ２０５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（ｓｔｅｐ２０５で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ２０６に進む。
【０２４８】
ｓｔｅｐ２０２において該当する整合素子が存在しない場合（ｓｔｅｐ２０２で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ２０６に進む。
【０２４９】
ｓｔｅｐ２０６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、ｓｔｅｐ２０７において、カウント値ｊが全ての整合回路の整合素子数ｎ以下であるか否かを判定する。
【０２５０】
ｓｔｅｐ２０７においてカウント値ｊ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（ｓｔｅｐ２０７で“ＹＥＳ”）には、ｓｔｅｐ２０３に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
ｓｔｅｐ２０７においてカウント値ｊ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（ｓｔｅｐ２０７で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、図２３のｓｔｅｐ１０９に進む。
【０２５１】
図２３のｓｔｅｐ１０９において、計算結果判定部１３３ｃは、線路の線路長変更の可否の入力を促す表示を表示部１４０にさせる。そして、計算結果判定部１３３ｃは、入力部１１０を介して入力された線路の線路長変更の可否に従って、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決定する。
【０２５２】
ｓｔｅｐ１０９において線路の線路長が変更可能でない場合（ｓｔｅｐ１０９で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１１２に進む。
ｓｔｅｐ１０９において線路の線路長が変更可能である場合（ｓｔｅｐ１０９で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１１０に進む。
【０２５３】
ｓｔｅｐ１１０では、計算結果判定部１３３ｃは、計算処理データファイル１２３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各線路の消費電力を表示部１４０に表示させる。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各線路の消費電力を、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。
【０２５４】
また、ｓｔｅｐ１１０では、整合回路付きアンテナモデルを構成する各線路の線路長を変更する処理が実行される。ｓｔｅｐ１１０における線路の線路長の変更処理の詳細を図２６に示す。
【０２５５】
図２６は、線路の線路長の変更処理フローの例図である。
ｓｔｅｐ３０１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ｋを１に設定する。
【０２５６】
ｓｔｅｐ３０２において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｋ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。
【０２５７】
ｓｔｅｐ３０３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。
【０２５８】
ｓｔｅｐ３０３において回路素子の変更が不要であると判定される場合（ｓｔｅｐ３０３で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ３０５に進む。
ｓｔｅｐ３０３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（ｓｔｅｐ３０３で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ３０４に進む。
【０２５９】
ｓｔｅｐ３０４では、回路素子の変更処理が実行される。ｓｔｅｐ３０４において実行される回路素子の変更処理は、例えば、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。
【０２６０】
ｓｔｅｐ３０５において、整合回路付きアンテナモデル作成部１３３ａは、ｓｔｅｐ３０２における線路長の変更およびｓｔｅｐ３０４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７を参照しながら前述した計算方法に従って計算する。
【０２６１】
ｓｔｅｐ３０６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。
ｓｔｅｐ３０６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（ｓｔｅｐ３０６で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、図２３のｓｔｅｐ１１１に進む。
【０２６２】
ｓｔｅｐ３０６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（ｓｔｅｐ３０６で“ＹＥＳ”）には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ３０７に進む。
【０２６３】
ｓｔｅｐ３０７において、計算結果判定部１３３ｃは、カウント値ｋを１つインクリメントする。そして、ｓｔｅｐ３０８において、カウント値ｋ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。
【０２６４】
ｓｔｅｐ３０８においてカウント値ｋが線路数ｍ以下であると判定される場合（ｓｔｅｐ３０８で“ＹＥＳ”）には、ｓｔｅｐ３０２に戻り、アンテナ設計処理は継続される。
ｓｔｅｐ３０８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（ｓｔｅｐ３０８で“ＮＯ”）には、アンテナ設計処理は、図２３のｓｔｅｐ１１２に進む。
【０２６５】
図２３のｓｔｅｐ１１１では、アンテナ素子のカウント値ｉを１つインクリメントする。そして、第２のアンテナ素子（i=2）についてｓｔｅｐ１０４〜ｓｔｅｐ１１０の繰り返しの処理が実行される。
【０２６６】
第２のアンテナ素子（i=2）についての繰り返しの処理が実行されると、ｓｔｅｐ１１２に進み、アンテナ設計処理は終了する。
【０２６７】
ｓｔｅｐ１０３〜ｓｔｅｐ１１１の繰り返し処理中にトータル効率が規格値以上であるとすべてのアンテナ素子に対して判定されて、ｓｔｅｐ１１２に進んだ場合には、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に基づいて、アンテナの試作または製造が行なわれる。
【０２６８】
一方、ｓｔｅｐ１０９の処理の後にｓｔｅｐ１１２に進んだ場合およびｓｔｅｐ３０８の処理後にｓｔｅｐ１１２に進んだ場合には、実施形態によっては、ｓｔｅｐ１０１に戻って入力部１１０により入力されるアンテナモデルのサイズや位置などの基本的な設計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、ｓｔｅｐ１０５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。
【０２６９】
なお、図２３〜図２６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。
【０２７０】
まず、アンテナ設計処理フローのｓｔｅｐ１０１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。
【０２７１】
ｓｔｅｐ１０５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。
【０２７２】
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を介して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。
【０２７３】
ｓｔｅｐ１０６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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
図２７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２７に示すように、コンピュータ９００には、入力装置９０１、読み取り装置９０２、通信インタフェース９０３、ハードディスク（ＨＤＤ）９０４、Central Processing Unit（ＣＰＵ）９０５、Random Access Memory（ＲＡＭ）９０６、Read Only Memory（ＲＯＭ）９０７、表示装置９０８、およびバス９０９が含まれる。コンピュータ９００に含まれる装置９０１〜９０８は、バス９０９によって相互に接続される。
【０２７６】
入力装置９０１は、コンピュータ９００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。
【０２７７】
読み取り装置９０２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９０３は、Local Area Network（ＬＡＮ）等の通信ネットワークにコンピュータ９００を接続するためのインタフェースである。ＨＤＤ９０４は、ＣＰＵ９０５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。
【０２７８】
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９０２が読み取ることによって、ＨＤＤ９０４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を通信インタフェース９０３を介してコンピュータ９００が取得することによって、ＨＤＤ９０４にインストールされる。
【０２７９】
ＣＰＵ９０５は、アンテナ設計プログラムをＨＤＤ９０４からＲＡＭ９０６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。
【０２８０】
ＲＡＭ９０６は、ＨＤＤ９０４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。ＲＯＭ９０７は、定数データ等を記憶する読み出し専用メモリである。
【０２８１】
表示装置９０８は、ＣＰＵ９０５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。
【０２８２】
以上の説明のように、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナ特性は、アンテナ単体の特性、整合素子の特性を用いて解析的手法により計算される。また、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用に加えて、線路の損失が加味されたアンテナ特性は、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。
【０２８３】
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、シミュレーションにより取得する場合と比較して、アンテナ素子間の相互作用や上述のような回路素子の損失が加味された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迅速かつ効率的に行なうことができる。
【０２８４】
また、実施形態では、整合素子の損失およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナモデルのトータル効率が所望の規格値を満足するように、アンテナモデルに含まれる回路素子がアンテナ設計処理中に適宜変更される。また、実施形態では、整合素子の損失、線路の損失、およびアンテナ素子間の相互作用が加味されたアンテナモデルのトータル効率が所望の規格値を満足するように、アンテナモデルに含まれる回路素子がアンテナ設計処理中に適宜変更される。
【０２８５】
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、上述のようなアンテナ素子間の相互作用や回路素子の損失が加味されたアンテナ設計処理を効率的に行なうことができる。
【０２８６】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、
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および前記整合素子の特性を用いて計算し、
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。
（付記２）
前記アンテナの特性は、前記アンテナのＳパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのＳパラメータを含み、
前記コンピュータは、前記アンテナのＳパラメータを用いて前記アンテナのＦパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のＦパラメータを計算し、計算された前記アンテナのＦパラメータおよび前記整合回路のＦパラメータを用いて前記アンテナモデルのＳパラメータを計算する、付記１に記載のアンテナ設計方法。
（付記３）
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み、
前記コンピュータは、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記２に記載のアンテナ設計方法。
（付記４）
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、前記コンピュータは、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、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記１〜３の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
（付記５）
前記コンピュータは、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、付記１〜４の何れか一項に記載のアンテナ設計方法。
（付記６）
前記コンピュータは、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、前記整合素子の消費電力を表示する、付記１〜５の何れか一項記載のアンテナ設計方法。
（付記７）
前記コンピュータは、
前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記線路の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記１に記載のアンテナ設計方法。
（付記８）
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、取得された前記アンテナの特性および前記整合素子の特性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。
（付記９）
前記アンテナの特性は、前記アンテナのＳパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのＳパラメータを含み、
前記アンテナ特性計算部は、前記アンテナのＳパラメータを用いて前記アンテナのＦパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のＦパラメータを計算し、計算された前記アンテナのＦパラメータおよび前記整合回路のＦパラメータを用いて前記アンテナモデルのＳパラメータを計算する、付記８に記載のアンテナ設計装置。
（付記１０）
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み、
前記アンテナ特性計算部は、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記９に記載のアンテナ設計装置。
（付記１１）
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、前記アンテナ特性計算部は、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、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記８〜１０の何れか一項に記載のアンテナ設計装置。
（付記１２）
前記整合回路付きアンテナモデル作成部は、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、付記８〜１１の何れか一項に記載のアンテナ設計装置。
（付記１３）
前記計算結果判定部は、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、前記整合素子の消費電力を前記表示部に表示させる、付記８〜１２の何れか一項記載のアンテナ設計装置。
（付記１４）
前記整合回路付きアンテナモデル作成部は、前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記アンテナ特性計算部は、前記線路の特性を取得し、作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記８に記載のアンテナ設計装置。
（付記１５）
複数のアンテナ素子を含むアンテナと、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される整合回路であって、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前記整合回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および前記整合素子の特性を取得し、
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および前記整合素子の特性を用いて計算し、
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に実行させるアンテナ設計プログラム。
（付記１６）
前記アンテナの特性は、前記アンテナのＳパラメータを含み、前記整合素子の特性は、前記整合素子のインピーダンスを含み、前記アンテナモデルの特性は、前記アンテナモデルのＳパラメータを含み、
前記コンピュータは、前記アンテナのＳパラメータを用いて前記アンテナのＦパラメータを計算し、前記整合素子のインピーダンスを用いて前記整合回路のＦパラメータを計算し、計算された前記アンテナのＦパラメータおよび前記整合回路のＦパラメータを用いて前記アンテナモデルのＳパラメータを計算する、付記１５に記載のアンテナ設計プログラム。
（付記１７）
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み、
前記コンピュータは、前記アンテナの放射効率および前記アンテナの損失の和と前記放射効率との比が、前記アンテナ単体のモデルと前記アンテナモデルとで同じであるとみなして、前記アンテナモデルの前記トータル効率を計算する、付記１６に記載のアンテナ設計プログラム。
（付記１８）
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、前記コンピュータは、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、計算された前記ビアのインダクタンスを用いて前記アンテナモデルの特性を計算する、付記１５〜１７の何れか一項に記載のアンテナ設計プログラム。
（付記１９）
前記コンピュータは、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、付記１５〜１８の何れか一項に記載のアンテナ設計プログラム。
（付記２０）
前記コンピュータは、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、前記整合素子の消費電力を表示する、付記１５〜１９の何れか一項記載のアンテナ設計プログラム。
（付記２１）
前記コンピュータは、
前記アンテナおよび前記整合回路に加えて、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続される線路を含むアンテナモデルを作成し、
前記線路の特性を取得し、
作成された前記アンテナモデルの特性を、前記アンテナの特性および前記整合素子の特性に加えて、前記線路の特性を用いて計算する、
付記１５に記載のアンテナ設計プログラム。
【符号の説明】
【０２８７】
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、６００      整合回路付きアンテナモデル
２１０、６１０      アンテナ
２１１、６１１      第１のアンテナ素子
６１１ａ      第１の直線部分
６１１ｂ      第２の直線部分
２１２、６１２      第２のアンテナ素子
６１２ａ      第３の直線部分
６１２ｂ      第４の直線部分
２２０、６２０      接地導体
６３０      基板
２３１      第１の整合回路
２３２      第２の整合回路
２４１−１      第１のアンテナ素子側線路
２４１−２      第１の波源側線路
２４２−１      第２のアンテナ素子側線路
２４２−２      第２の波源側線路
３００、７００      整合回路付きアンテナモデルの等価回路
３１０、７１０      アンテナ
３２０−１      第１の回路
７２０−１      第１の整合回路
３２０−２      第２の回路
７２０−２      第２の整合回路
３３０      波源
３２１−ｉ      整合回路
３２２−ｉ      第１の線路
３２３−ｉ      第２の線路
４００      伝送線路の等価回路
３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ      整合素子
５００      アンテナ単体モデルの等価回路
８００      画面表示
８１０、８２０、８３０      表示領域
９００      コンピュータ
９０１      入力装置
９０２      読み取り装置
９０３      通信インタフェース
９０４      ＨＤＤ
９０５      ＣＰＵ
９０６      ＲＡＭ
９０７      ＲＯＭ
９０８      表示装置
９０９      バス
【図１】
2014052986.tif 000041
【図２】
2014052986.tif 000042
【図３】
2014052986.tif 000043
【図４】
2014052986.tif 000044
【図５】
2014052986.tif 000045
【図６】
2014052986.tif 000046
【図７】
2014052986.tif 000047
【図９】
2014052986.tif 000048
【図２３】
2014052986.tif 000049
【図２５】
2014052986.tif 000050
【図２６】
2014052986.tif 000051
【図２７】
2014052986.tif 000052
【図８】
2014052986.tif 000053
【図１０】
2014052986.tif 000054
【図１１】
2014052986.tif 000055
【図１２】
2014052986.tif 000056
【図１３】
2014052986.tif 000057
【図１４】
2014052986.tif 000058
【図１５】
2014052986.tif 000059
【図１６】
2014052986.tif 000060
【図１７】
2014052986.tif 000061
【図１８】
2014052986.tif 000062
【図１９】
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【図２０】
2014052986.tif 000064
【図２１】
2014052986.tif 000065
【図２２】
2014052986.tif 000066
【図２４】
2014052986.tif 000067