(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと前記アンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計を行うアンテナ設計方法であって、
前記整合回路を含まない前記アンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力し、
前記アンテナと、前記整合回路であって、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、
作成された前記アンテナモデルのトータル効率を、前記アンテナ特性を用いて計算し、
計算された前記トータル効率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処理を前記コンピュータが実行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。
【請求項３】
作成された前記アンテナモデルの反射係数及び放射効率を、前記アンテナ特性を用いて計算する処理を前記コンピュータが更に実行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。
【請求項４】
前記トータル効率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処理を前記コンピュータが実行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。
【請求項５】
前記整合回路を構成する整合素子の消費電力を、前記アンテナ特性を用いて計算し、
計算された前記整合素子の消費電力を表示する
処理を前記コンピュータが更に実行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。
【請求項６】
前記アンテナ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１〜５のいずれかに記載のアンテナ設計方法。
【請求項７】
アンテナと前記アンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計を行うアンテナ設計装置であって、
前記整合回路を含まない前記アンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力する入力部と、
前記アンテナと、前記整合回路であって、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作成部と、
前記整合回路付きアンテナ作成部により作成された前記アンテナモデルのトータル効率を、前記アンテナ特性を用いて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トータル効率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８】
アンテナと前記アンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計をコンピュータに行わせるアンテナ設計プログラムであって、
前記整合回路を含まない前記アンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力し、
前記アンテナと、前記整合回路であって、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、
作成された前記アンテナモデルのトータル効率を、前記アンテナ特性を用いて計算し、
計算された前記トータル効率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。
【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送受信装置に実装されるアンテナを設計する際には、以下のような処理が行われる。
まず、整合回路を含まないアンテナモデルを作成し、作成されたアンテナモデルの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)等のアンテナ特性をシミュレーションにより算出する。
【０００３】
次に、算出されたアンテナモデルの電圧定在波比が所望の規格を満たすか否かを判定する。
所望の規格を満たさないと判定する場合には、算出されたアンテナインピーダンスを参考に整合回路のモデルを作成し、作成された整合回路をアンテナモデルに追加する。そして、整合回路が追加されたアンテナモデルについて、電圧定在波比等のアンテナ特性をシミュレーションにより算出し、算出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。
【０００４】
算出された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、アンテナ設計を終了する。一方、算出された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、整合回路を構成する処理に戻り、アンテナ設計を継続する。
【０００５】
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。
【０００６】
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、ＦＴＤＴ)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。
【０００７】
放射アンテナ素子と給電線路との間の誘電空間の誘電率とマイクロストリップスロットアンテナの放射効率との関係を検討する従来技術がある。
ダイポールアンテナシステムの放射抵抗を、放射抵抗、誘導リアクタンス、容量性リアクタンス、および抵抗フィードポイントグランド損失と表皮効果を用いた近似式から算出する従来技術がある。
【０００８】
ループアンテナの放射抵抗とループアンテナを構成する導電体の抵抗損失とからループアンテナの放射効率を算出する従来技術がある。
【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
【特許文献４】特表２００６−５２２５４８号公報
【特許文献５】特開２００４−３２７７６号公報
【特許文献６】特開２０１０−９８７４２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。この結果、例えば、携帯情報端末装置の本体部に対して蓋部をスライド可能に取付けるスライド機構を有する携帯情報端末装置において、スライド機構に金属が使用された場合には、アンテナと金属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、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．
【００１２】
【数１】
0005810910.tif 000002
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
放射抵抗Ｒrが低いアンテナにおいて、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の他に、僅かながら抵抗成分が含まれる。このため、アンテナと送受信モジュールとの間に整合回路が実装され、整合回路に電流が流れた場合、整合回路を構成する整合素子の抵抗成分が損失抵抗Ｒｌを構成し得る。この結果、アンテナの放射抵抗Ｒrが小さい場合には、整合回路により整合をとったとしても、整合素子の抵抗成分の影響によってアンテナの放射効率η等のアンテナ特性が規格を満足しないケースが起こり得る。
【００１６】
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、損失抵抗成分を考慮してアンテナ特性を計算する必要がある。
【００１７】
この点、整合素子の損失抵抗成分をも考慮して、前述した従来のアンテナ設計処理を実行した場合には、以下のような処理が行われることになる。
まず、静電容量成分またはインダクタンス成分に加えて、寄生静電容量成分または寄生インダクタンス成分と損失抵抗成分とを含むように、整合回路を構成する整合素子の各成分のモデルを個別に作成する。また、作成された整合素子の各成分の値を個別に入力し設定する。そして、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シミュレーションにより算出する。
【００１８】
次に、算出されたアンテナ特性が所望の規格を満たすか否かを評価する。算出された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、整合回路を構成する整合素子の各成分のモデルを作成する処理に戻り、アンテナ設計処理を継続する。
【００１９】
このように、従来のアンテナ設計処理では、整合回路を構成する整合素子について、静電容量成分またはインダクタンス成分に加えて、寄生静電容量成分または寄生インダクタンス成分と損失抵抗成分とを含むように各成分のモデルを個別に作成し、作成された各成分の値を個別に入力する必要がある。このため、整合素子に含まれる寄生静電容量成分、寄生インダクタンス成分、および損失抵抗成分を加味した整合回路付きのアンテナモデルの作成処理は煩雑である。
【００２０】
また、従来のアンテナ設計処理では、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評価することによってアンテナに付加する整合回路を構成する必要があり、整合回路を効率的に決定することができない。
【００２１】
そこで、本発明は、整合素子に含まれる寄生静電容量成分、寄生インダクタンス成分、および損失抵抗成分を加味した整合回路付きのアンテナ設計処理を迅速かつ効率的に実行す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を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
実施形態に従ったアンテナ設計方法は、アンテナとアンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計を行うアンテナ設計方法であって、整合回路を含まないアンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力し、アンテナと、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し、作成されたアンテナモデルのトータル効率を、上記アンテナ特性を用いて計算し、計算されたトータル効率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。
【００２３】
実施形態に従ったアンテナ設計装置は、アンテナとアンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計を行うアンテナ設計装置であって、整合回路を含まないアンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力する入力部と、アンテナと、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整合回路付きアンテナ作成部と、整合回路付きアンテナ作成部により作成されたアンテナモデルのトータル効率を、上記アンテナ特性を用いて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トータル効率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。
【００２４】
実施形態に従ったアンテナ設計プログラムは、アンテナと前記アンテナに接続される整合回路とを含む整合回路付きアンテナの設計をコンピュータに行わせるアンテナ設計プログラムであって、整合回路を含まないアンテナのアンテナ特性であるアンテナインピーダンス、反射係数、及び放射効率を入力し、アンテナと、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し、作成されたアンテナモデルのトータル効率を、上記アンテナ特性を用いて計算し、計算されたトータル効率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。
【発明の効果】
【００２５】
実施形態に従えば、整合素子に含まれる寄生静電容量成分、寄生インダクタンス成分、および損失抵抗成分を加味した整合回路付きのアンテナ設計処理を迅速かつ効率的に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】実施形態に従ったアンテナ特性の計算に用いる各パラメータの説明図である。
【図３】整合回路として１つの整合素子が直列に挿入されたケースの回路モデル図である。
【図４】整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースの回路モデル図である。
【図５】整合回路として３つの整合素子がパイ型に挿入されたケースの回路モデル図である。
【図６】図５に示した等価回路をＺm1、Ｚm2およびＺm3を用いて表した等価回路図である。
【図７】図６に示した等価回路をＺam1を用いて表した等価回路図である。
【図８】図７に示した等価回路をＺam2を用いて表した等価回路図である。
【図９】Ｒa2-Ｚ02-(Ｘa+Ｘm)2＜０である場合のＲmとＦ(Ｒm)との関係図である。
【図１０】Ｒa2-Ｚ02-(Ｘa+Ｘm)2＜０である場合のＲmと|Ｓ11|との関係図である。
【図１１】整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースにおける損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11との関係図である。
【図１２】整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースにおける損失抵抗Ｒmと放射効率ηとの関係図である。
【図１３】整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースにおける損失抵抗Ｒmと∂ηt/∂Ｒmとの関係図である。
【図１４】整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースにおける損失抵抗Ｒmとトータル効率ηtとの関係図である。
【図１５】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。
【図１６】整合回路付きアンテナモデルの作成および解析のためのツール画面の一例である。
【図１７】整合素子の種別がコンデンサの場合の整合素子データファイルの一例である。
【図１８】寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含むコンデンサの等価回路図である。
【図１９】整合素子の種別がインダクタの場合の整合素子データファイルの一例である。
【図２０】寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含むインダクタの等価回路図である。
【図２１】表示部による整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力データの表示例である。
【図２２】消費電力が大きい整合素子順に並べ替えられた整合素子の消費電力データの一例である。
【図２３】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】
【００２７】
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。
【００２８】
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、アンテナモデルの形状、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。
【００２９】
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、アンテナインピーダンス、およびＳパラメータ（Scattering parameter）等に関するデータである。
【００３０】
なお、放射効率とは、図２を示して後述するように、整合回路の挿入位置でアンテナ側へ入る正味の電力とアンテナからの放射電力との比を指す。ただし、整合回路を含まないアンテナモデルでは、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。
【００３１】
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解析結果ファイル１２１および分析結果ファイル１２２を含む記憶装置である。
【００３２】
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１２３をさらに含む。整合素子データファイル１２３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。
【００３３】
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を実行する処理装置である。処理装置１３０は、例えば、Central Processing Unit（ＣＰＵ）である。
【００３４】
表示部１４０は、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、アンテナ素子特性解析部１３１および整合回路付きアンテナ特性解析部１３２が含まれる。
【００３５】
アンテナ素子特性解析部１３１は、入力部１１０からの入力データに従って作成された、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解析する。なお、以下の説明では、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性を、単に「アンテナのアンテナ特性」と称する場合がある。
【００３６】
アンテナ素子特性解析部１３１には、アンテナモデル作成部１３１ａ、シミュレーション解析部１３１ｂ、シミュレーション結果判定部１３１ｃが含まれる。
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。
【００３７】
シミュレーション解析部１３１ｂは、アンテナモデル作成部１３１ａにより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解析する。
シミュレーション解析部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。
【００３８】
また、シミュレーション解析部１３１ｂの解析により得ら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放射効率、アンテナインピーダンス、およびＳパラメータが含まれる。これらのアンテナ特性は、記憶部１２０の解析結果ファイル１２１に格納される。
【００３９】
シミュレーション結果判定部１３１ｃは、シミュレーション部１３１ｂの解析により取得された電圧定在波比が所望の規格値以下か否かを判定する。なお、電圧定在波比の所望の規格値は、入力部１１０による入力等によってシミュレーション結果判定部１３１ｃに取得される。
【００４０】
シミュレーション結果判定部１３１ｃによる判定結果は、解析結果ファイル１２１に格納される。
整合回路付きアンテナ特性解析部１３２は、整合回路を付加した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解析する。
【００４１】
整合回路付きアンテナ特性解析部１３２による解析は、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、対象となる周波数での電圧定在波比が所望の規格値を越える場合に、整合回路付きアンテナ特性解析部１３２による解析が実行される。
【００４２】
また、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、整合回路付きアンテナ特性解析部１３２による解析が実行される。例えば、アンテナ素子特性解析部１３１以外の電磁界シミュレータによって、整合回路を含まないアンテナモデルが作成され、作成されたアンテナモデルのアンテナ特性が得られている場合には、得られているアンテナ特性を用いて整合回路付きアンテナ特性解析部１３２による解析が実行される。
【００４３】
整合回路付きアンテナ特性解析部１３２には、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ、アンテナ特性計算部１３２ｂ、および計算結果判定部１３２ｃが含まれる。
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、解析結果ファイル１２１に格納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１３２ａ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１３２ａ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パラメータをインポートする。
【００４４】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、インポートされたＳパラメータに基づいて、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１３２ａ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。
【００４５】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。
【００４６】
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１３２ａは、整合素子データファイル１２３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１３２ａ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。
【００４７】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。
【００４８】
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１２３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。
【００４９】
このように、実施形態では、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に、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１３２ａ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１２３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。
【００５０】
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。
【００５１】
アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより作成された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。実施形態では、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加えた整合回路付きの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計算する。
【００５２】
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等の整合回路を付加したアンテナモデルの整合状態を表すパラメータと、整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力とが含まれる。
【００５３】
実施形態に従った、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加えた整合回路が付加されたアンテナモデルの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に用いる各パラメータをまず説明する。
【００５４】
図２は、実施形態に従ったアンテナ特性の計算に用いる各パラメータの説明図である。
図２に示すように、実施形態に従った整合回路付きアンテナモデルの等価回路２００には、波源２１０、整合回路２２０、およびアンテナ２３０が含まれる。
図２に示されるＺ0は、波源２１０の内部インピーダンスである。波源２１０の内部インピーダンスＺ0は、例えば50オーム（Ω）である。
【００５５】
図２に示されるＲmは、整合回路２２０を構成する整合素子の損失抵抗である。整合素子のリアクタンスをＸmとすると、整合素子のインピーダンスＺmは、次の式(2)で表される。
【００５６】
【数２】
0005810910.tif 000003
【００５７】
図２に示されるＲrは、アンテナ２３０の放射抵抗である。また、ＲLは、アンテナ２３０の損失抵抗である。整合回路を含まないアンテナ２３０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(3)で表される。
【００５８】
【数３】
0005810910.tif 000004
【００５９】
式(3)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。
【００６０】
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、シミュレーション解析部１３１ｂのシミュレーションにより求められ、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。
【００６１】
図２中のＰinは、波源２１０から送り出される電力である。Ｐrは、反射電力である。Ｐnetは、整合回路２２０の位置でアンテナ２３０側に入る正味の電力であり、関係式Ｐnet=Ｐin-Ｐrで表される。
【００６２】
Ｐmは、整合回路２２０に含まれる損失によって失われる電力である。Pantは、アンテナ２３０に入る正味の電力であり、関係式Ｐant=Ｐnet-Ｐmで表される。
ＰLは、誘電損および導体損等のアンテナ２３０に含まれる損失によって失われる電力である。Ｐradは、放射電力であり、関係式Ｐrad=Ｐant-ＰLで表される。
【００６３】
実施形態では、放射効率ηとは、整合回路２２０の挿入位置でアンテナ２３０側へ入る電力Ｐnetとアンテナ２３０からの放射電力Ｐradとの比を指し、次の式(4)で表される。
【００６４】
【数４】
0005810910.tif 000005
【００６５】
なお、前述したとおり、整合回路を含まないアンテナモデルでは、整合回路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、アンテナに入る正味の電力Pantとアンテナからの放射電力Ｐradとの比ということになる。
【００６６】
また、トータル効率ηtとは、全入力電力Ｐinとアンテナ２３０からの放射電力Ｐradとの比を指し、次の式(5)で表される。
【００６７】
【数５】
0005810910.tif 000006
【００６８】
図２に示して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２２０として１つの整合素子がアンテナモデルに直列に挿入されたケース、整合回路２２０として１つの整合素子がアンテナモデルに並列に挿入されたケース、および整合回路２２０として３つの整合素子がアンテナモデルにパイ（π）型に挿入されたケースを一例として説明する。
【００６９】
図３は、整合回路として１つの整合素子が直列に挿入されたケースの回路モデル図である。
図３では、整合回路２２０として、１つの整合素子３２０がアンテナモデルの等価回路中に直列に挿入されている。
【００７０】
まず、実施形態に従った、整合回路２２０の挿入位置における入力側の反射係数Ｓ11の計算について説明する。反射係数Ｓ11は、次の式(6)により表わすことができる。
【００７１】
【数６】
0005810910.tif 000007
【００７２】
但し、式(6)中のＺinは、波源２１０から見た入力インピーダンスであり、図３に示した等価回路モデルにおいては、次の式(7)で表される。
【００７３】
【数７】
0005810910.tif 000008
【００７４】
ここで、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、前述したように既知の値である。
【００７５】
また、前述したように、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、整合回路２２０を構成する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している。整合素子の静電容量および寄生インダクタンス、または整合素子のインダクタンスおよび寄生静電容量は、整合素子のリアクタンスＸmに相当する。このため、整合回路２２０を構成する整合素子のリアクタンスＸmおよび損失抵抗Ｒmについても既知の値である。
【００７６】
したがって、式(7)におけるＺaおよびＺmは、既知の値であるため、アンテナ特性計算部１３２ｂは、図３に示したアンテナモデルの反射係数Ｓ11を式(6)によって計算できる。
【００７７】
次に、実施形態に従った放射効率ηの計算について説明する。
整合回路を含まないアンテナモデルにおけるアンテナの放射効率ηaは、次の式(8)により表される。
【００７８】
【数８】
0005810910.tif 000009
【００７９】
整合回路を含まないアンテナの放射効率ηaは、前述したように既知の値である。すなわち、整合回路を含まないアンテナモデルの放射効率ηaは、実施形態によっては、シミュレーション解析部１３１ｂのシミュレーションにより求められ、また、実施形態によっては、入力部１１０により入力される。
【００８０】
Pant／Pnetは、次の式(9)により表される。
【００８１】
【数９】
0005810910.tif 000010
【００８２】
式(8)および式(9)を前提にすると、整合素子３２０を付加したアンテナモデルにおけるアンテナの放射効率ηは、次の式(10)のように表すことができる。
【数１０】
0005810910.tif 000011
【００８３】
式(10)中のηa、Ｒa、およびＲmは、前述したように既知の値である。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子３２０を付加したアンテナモデルのアンテナの放射効率ηを式(10)によって計算できる。
【００８４】
さらに、実施形態に従ったトータル効率ηtの計算について説明する。整合回路を付加したアンテナモデルのトータル効率ηtは、次の式(11)のように表される。
【数１１】
0005810910.tif 000012
【００８５】
式(11)中のアンテナの放射効率ηおよび反射係数Ｓ11は、前述した計算により既知の値である。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子３２０を付加したアンテナモデルのトータル効率ηtを式(11)によって計算できる。
【００８６】
図４は、整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースの回路モデル図である。
図４では、整合回路２２０として、１つの整合素子４２０がアンテナモデルの等価回路中に並列に挿入されている。
【００８７】
まず、実施形態に従った、整合回路２２０の挿入位置における入力側の反射係数Ｓ11の計算について説明する。
反射係数Ｓ11は、前述した式(6)によって計算することができる。ただし、図４に示したアンテナモデルの等価回路では、式(6)中に記載される、波源２１０から見た入力インピーダンスＺinは、次の式(12)で示すように表される。
【００８８】
【数１２】
0005810910.tif 000013
【００８９】
Ｒa、Ｘa、Ｘm、およびＲmは、前述したように全て既知の値であるため、式(12)で示されるＺinを得ることができる。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、式(6)によって図４に示したアンテナモデルの反射係数Ｓ11を計算できる。
【００９０】
次に、実施形態に従った放射効率ηの計算について説明する。
図４に示したアンテナモデルでは、Pant／Pnetは、次の式(13)により表される。
【００９１】
【数１３】
0005810910.tif 000014
【００９２】
なお、図４に示すとおり、式(13)中のＩaは、アンテナ２３０に流れる電流であり、Ｉmは、整合素子４２０に流れる電流である。また、図４に示すとおり、式(13)中のＶは、アンテナ２３０および整合素子４２０の両端の電圧である。
【００９３】
式(8)および式(13)を前提にすると、図４に示したアンテナモデルのアンテナの放射効率ηは、次の式(14)のように表すことができる。
【００９４】
【数１４】
0005810910.tif 000015
【００９５】
式(14)中のηa、Ｒa、Ｘa、Ｘm、およびＲmは、前述したように既知の値である。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、図４に示したアンテナモデルのアンテナの放射効率ηを式(14)によって計算できる。
【００９６】
さらに、トータル効率ηtは、前述した式(11)のように表される。式(11)中のアンテナの放射効率ηおよび反射係数Ｓ11は、前述した計算により既知の値である。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子４２０を付加したアンテナモデルのアンテナのトータル効率ηtを式(11)によって計算できる。
【００９７】
以上のように、実施形態に従えば、整合回路２２０を構成する整合素子がアンテナモデルに直列に挿入されたケースであっても、並列に挿入されたケースであっても、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加えた整合回路付の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計算することができる。
【００９８】
なお、整合回路２２０として１つの整合素子がアンテナモデルの等価回路に挿入されたケースを図３および図４を参照しながら説明した。しかしながら、整合回路２２０として複数の整合素子がアンテナモデルの等価回路に挿入されるケースについても、１つの整合素子が挿入されたケースと同様に計算可能である。その一例として、整合回路２２０として３つの整合素子がパイ（π）型にアンテナモデルの等価回路に挿入されたケースを以下に説明する。
【００９９】
図５は、整合回路として３つの整合素子がパイ型に挿入されたケースの回路モデル図である。
図５では、整合回路２２０として、３つの整合素子５２１〜５２３がアンテナモデルの等価回路中にパイ（π）型に挿入されている。
【０１００】
図５中のＸm1は、整合素子５２１のリアクタンスである。Ｒm1は、整合素子５２１の損失抵抗である。Ｘm2は、整合素子５２２のリアクタンスである。Ｒm2は、整合素子５２２の損失抵抗である。Ｘm3は、整合素子５２３のリアクタンスである。Ｒm3は、整合素子５２３の損失抵抗である。
【０１０１】
まず、実施形態に従った、整合回路２２０の挿入位置における入力側の反射係数Ｓ11の計算について説明する。
反射係数Ｓ11は、前述した式(6)により表わすことができる。そして、図５に示した回路モデルにおける式(6)中のＺinは、図３および図４を用いて前述した整合回路として１つの整合素子が挿入されたケースにおける式(7)および式(12)と同様の計算方法により得ることができる。
【０１０２】
すなわち、整合素子５２１のインピーダンスをＺm1、整合素子５２２のインピーダンスをＺm2、および整合素子５２３のインピーダンスをＺm3とすると、Ｚm1、Ｚm2およびＺm3は、Ｚm1＝Ｒm1＋ｊＸm1、Ｚm2＝Ｒm2＋ｊＸm2、およびＺm3＝Ｒm3＋ｊＸm4とそれぞれ表わすことができる。図６は、図５に示した等価回路をＺm1、Ｚm2およびＺm3を用いて表した等価回路図である。
【０１０３】
図６において、ＺaおよびＺm1の和Ｚam1は、前述した１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースの式(12)と同様に次の式（15）のように表される。
【０１０４】
【数１５】
0005810910.tif 000016
【０１０５】
図７は、図６に示した等価回路をＺam1を用いて表した等価回路図である。
図７において、Ｚam1およびＺm2の和Ｚam2は、前述した１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースの式(7)と同様に次の式（16）のように表される。
【０１０６】
【数１６】
0005810910.tif 000017
【０１０７】
図８は、図７に示した等価回路をＺam2を用いて表した等価回路図である。
図８において、Ｚam2およびＺm3の和Ｚam3、すなわち式(6)中のＺinは、前述した１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースの式(12)と同様に次の式（17）のように表される。
【０１０８】
【数１７】
0005810910.tif 000018
【０１０９】
式(17)におけるＺam2およびＺm3は、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより取得された既知の値から構成される。したがって、アンテナ特性計算部１３２ｂは、図５に示したアンテナモデルの反射係数Ｓ11を式(6)によって計算できる。
【０１１０】
次に、実施形態に従った放射効率ηの計算について説明する。
図５に示すアンテナモデルにおける放射効率ηは、次の式(18)により表すことができる。
【０１１１】
【数１８】
0005810910.tif 000019
【０１１２】
ここで、式(18)中のｉrは、放射抵抗Ｒrに流れる電流である。また、ｉaは、図６に示すようにアンテナ２３０に流れる電流であり、ｉm1は、整合素子５２１に流れる電流であり、ｉm2は、整合素子５２２に流れる電流であり、ｉm3は、整合素子５２３に流れる電流である。
【０１１３】
式(18)に示すように、放射効率ηは、整合素子を含まないアンテナモデルのアンテナ放射効率ηaを用いて表すことができ、放射抵抗ηaは、既知の値であるから、電流ｉrを求める必要はない。また、式（18）中の電流ｉm1およびｉm2は、次のように表すことができる。
【０１１４】
まず、図８において、整合素子５２１、整合素子５２２およびアンテナ２０３の和に流れる電流をｉam2は、次の式(19)により表される。
【０１１５】
【数１９】
0005810910.tif 000020
【０１１６】
図７を参照すると明らかなように、このｉam2は、整合素子５２２に流れる電流ｉm2と等しい。したがって、整合素子５２２に流れる電流ｉm2は、次の式(20)により表される。
【０１１７】
【数２０】
0005810910.tif 000021
【０１１８】
また、図６において、整合素子５２１に流れる電流ｉm1およびアンテナ２０３に流れる電流ｉaは、次の式（21）および式(22)によりそれぞれ表される。
【０１１９】
【数２１】
0005810910.tif 000022
【０１２０】
【数２２】
0005810910.tif 000023
【０１２１】
以上の式(20)〜式(22)を式(18)に代入すると、式(18)の分母および分子の両方に存在するｉm3を消去することができる。そして、消去後の式(18)に存在する各値は、既知であることから、アンテナ特性計算部１３２ｂは、図５に示したアンテナモデルの放射効率ηを式(18)により計算することができる。
【０１２２】
そして、図５に示したアンテナモデルのトータル効率ηtについては、アンテナ特性計算部１３２ｂは、式(11)により既知の値から計算することができる。
このように、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に寄生リアクタンスおよび損失抵抗を加えた整合回路が付加されたアンテナモデルのアンテナ特性を上述した計算方法に従って計算する。すなわち、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加味した整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性を用いてシミュレーションによらずに計算する。
【０１２３】
したがって、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の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。
【０１２４】
アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合素子ごとの消費電力について、既知の値である波源１１０の電圧値および整合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１３２ｃは、整合回路付きのアンテナモデルが所望の規格を満足するか否かを、アンテナ特性計算部１３２ｂにより計算されたトータル効率を用いて判定する。
【０１２５】
計算結果判定部１３２ｃによる判定にトータル効率が用いられる理由を以下に説明する。その説明として、整合回路２２０として１つの整合素子が直列に挿入されたケース、および整合回路２２０として１つの整合素子が並列に挿入されたケースを一例として、整合回路２２０を構成する整合素子に含まれる損失抵抗Ｒmとアンテナ特性である反射係数Ｓ11、放射効率η、およびトータル放射効率ηtとの関係を説明する。
【０１２６】
まず、図３に示した整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースを説明する。なお、説明を明確にするために、アンテナ２３０に損失がない（ＲL＝０）と仮定して説明する。
【０１２７】
図３に示したモデル図において、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11との関係は、以下のように説明できる。
整合素子３２０に含まれる損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11の絶対値|Ｓ11|との関係を説明するために、|Ｓ11|2を計算すると、|Ｓ11|2は、前述した式(2)、式(3)、および式(6)を用いて次の式(23)のように表される。
【０１２８】
【数２３】
0005810910.tif 000024
【０１２９】
ただし、式(23)中のb、c、β、およびγは、次の式(24)〜式(27)のとおりである。
【０１３０】
【数２４】
0005810910.tif 000025
【０１３１】
【数２５】
0005810910.tif 000026
【０１３２】
【数２６】
0005810910.tif 000027
【０１３３】
【数２７】
0005810910.tif 000028
【０１３４】
損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11の絶対値|Ｓ11|との関係を説明するために|Ｓ11|2をＲmで微分すると、次の式(28)のように表される。
【０１３５】
【数２８】
0005810910.tif 000029
【０１３６】
ただし、式(28)中のＦ(Ｒm)は、次の式(29)に示すとおりである。
【０１３７】
【数２９】
0005810910.tif 000030
【０１３８】
式(28)の分母は常に正の値であるから、Ｆ(Ｒm)とＲmの関係を調べればよい。
Ｆ(Ｒm)は、Ｒmについての２次式になっている。また、Ｒm2の係数は、正の値であるから、Ｆ(Ｒm)は下向きに凸状の放物線を描く。そして、Ｆ(Ｒm)の第３項である［Ｒa2-Ｚ02-(Ｘa+Ｘm)2］が正の値になるか負の値になるかに従って、Ｆ(Ｒm)の特性が変わる。
【０１３９】
まず、Ｒa2-Ｚ02-(Ｘa+Ｘm)2＞０である場合、Ｆ(Ｒm)は、常に正の値になる。したがって、Ｒmが大きくなるに従って|Ｓ11|は大きくなる、すなわち悪くなる。
一方、Ｒa2-Ｚ02-(Ｘa+Ｘm)2＜０である場合、図９に示すように、Ｆ(０)は、常に負の値になる。そして、Ｆ(Ｒm)は、Ｒmが０から大きくなる従って、負の値から正の値に変化する。また、図１０に示すように、|Ｓ11|は、Ｒmが０から大きくなるに従って、小さくなった後大きくなる。すなわち、|Ｓ11|は、良くなった後悪くなる。
【０１４０】
Ｒmと|Ｓ11|との関係の関係をより明確に説明するためにＸa+Ｘmを０に近似すると、Ｒa2-Ｚ02＞０である場合、すなわち、Ｒa＞Ｚ0である場合、Ｒmが大きくなるに従って、|Ｓ11|は大きくなる、すなわち悪くなる。また、Ｒa2-Ｚ02＜０である場合、すなわち、Ｒa＜Ｚ0である場合、Ｒmが大きくなるに従って、|Ｓ11|は、良くなった後悪くなる。
【０１４１】
したがって、図３に示したような整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースでは、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って整合は良くなる場合も悪くなる場合もあると説明できる。
【０１４２】
次に、図３に示したモデル図において、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmと放射効率ηとの関係は以下のように説明できる。
Ｐrad/Ｐnet整合に依存しない放射効率ηは、次の式(30)のように表される。
【０１４３】
【数３０】
0005810910.tif 000031
【０１４４】
なお、図３に示すように、式(30)中のＩrは、整合素子３２０およびアンテナ２３０に流れる電流を指す。
式(30)より、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmが増えると，放射効率ηは、小さくなる、すなわち悪くなることがわかる。
【０１４５】
さらに、図３に示したモデル図において、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmとトータル効率ηtとの関係は以下のように説明できる。
トータル効率ηtを計算するために、１−|Ｓ11|2を計算すると、１−|Ｓ11|2は、次の式(31)のように表すことができる。
【０１４６】
【数３１】
0005810910.tif 000032
【０１４７】
式(30)および式(31)より、トータル効率ηtは、次の式(32)のように表すことができる。
【０１４８】
【数３２】
0005810910.tif 000033
【０１４９】
式(32)において、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmは、分母にのみ含まれる。したがって、式(32)を参照すると、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmが増えると、トータル効率ηtは、小さくなる、すなわち悪くなることがわかる。
【０１５０】
以上の説明のように、図３に示したような整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースでは、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmが増えると、整合は悪くなる場合も良くなる場合もあると説明できる。また、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmが増えると、たとえ整合が良くなったとしても、放射効率ηおよびトータル効率ηtが悪くなると説明できる。
【０１５１】
次に、図４に示した整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースについて説明する。なお、説明を明確にするために、アンテナ２３０に損失がない（ＲL＝０）と仮定して説明する。
【０１５２】
まず、図４に示したモデル図において、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11との関係は、以下のように説明できる。
並列に１つの整合素子４２０を実装した場合の反射係数Ｓ11は、次の式(33)のように表すことができる。
【０１５３】
【数３３】
0005810910.tif 000034
【０１５４】
ここで、式(33)中のＹinは、次の式（34）〜式(36)に示すとおりである。
【０１５５】
【数３４】
0005810910.tif 000035
【０１５６】
【数３５】
0005810910.tif 000036
【０１５７】
【数３６】
0005810910.tif 000037
【０１５８】
なお、Ｙrは、アンテナ２３０および整合素子４２０を合計した入力アドミッタンスの実数部である。また、Ｙiは、アンテナ２３０および整合素子４２０を合計した入力アドミッタンスの虚数部である。
【０１５９】
整合素子４２０に含まれる損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11の絶対値|Ｓ11|との関係を説明するために、まず|Ｓ11|2を計算すると、|Ｓ11|2は、次の式（37）のように表される。
【０１６０】
【数３７】
0005810910.tif 000038
【０１６１】
ただし、式(37)中のa、b、c、α、β、およびγは、それぞれ式(38)〜式(43)に示すとおりである。
【０１６２】
【数３８】
0005810910.tif 000039
【０１６３】
【数３９】
0005810910.tif 000040
【０１６４】
【数４０】
0005810910.tif 000041
【０１６５】
【数４１】
0005810910.tif 000042
【０１６６】
【数４２】
0005810910.tif 000043
【０１６７】
【数４３】
0005810910.tif 000044
【０１６８】
Ｒmと|Ｓ11|との関係を説明するために|Ｓ11|2をＲmで微分すると、次の式(44)のように表される。
【０１６９】
【数４４】
0005810910.tif 000045
【０１７０】
式(44)の分母は常に正であるから、分子とＲmとの関係を調べればよい。また、式(44)の分子は、Ｒmについての２次式になっている。
【０１７１】
反射係数Ｓ11は、式(37)中の係数a、b、c、α、β、およびγの相互の関係に従って、様々な振る舞いをすることが式(44)によりわかる。そこで、係数a、b、c、α、β、およびγの相互の関係に従った、損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11との関係を図１１に示す。
【０１７２】
図１１は、整合回路として１つの整合素子が並列に挿入されたケースにおける損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11との関係図である。
図１１に示したとおり、損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って、反射係数Ｓ11は良くなる場合も悪くなる場合ある。
【０１７３】
したがって、整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って整合は良くなる場合も悪くなる場合もあると説明できる。
【０１７４】
次に、図４に示したモデル図において、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmと放射効率ηとの関係は、以下のように説明できる。
Ｐrad/Ｐnet整合に依存しない放射効率ηは、次の式(45)のように表される。
【０１７５】
【数４５】
0005810910.tif 000046
【０１７６】
整合素子４２０の損失抵抗Ｒmと放射効率ηとの関係を説明するために、式(45)で表されたηをＲmで微分すると、次の式(46)のように表される。
【０１７７】
【数４６】
0005810910.tif 000047
【０１７８】
式(46)において、分子に存在する（Ｒm2−Ｘm2）を除く部分は、常に正の値である。このため、Ｒmが|Ｘm|より大きい場合には、式(46)は正の値になり、Ｒmが|Ｘm|より小さい場合には、式(46)は負の値になる。
【０１７９】
すなわち、図１２に示すように、整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、放射効率ηは、整合素子の損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って小さくなり、損失抵抗Ｒmが整合素子４２０のリアクタンスの絶対値|Ｘm|より大きくなるに従って大きくなる。
【０１８０】
ただし、整合回路２２０を構成する整合素子として現実的に選択される整合素子の損失抵抗Ｒmは、整合素子のリアクタンスの絶対値|Ｘm|より小さい値である場合が多い。
したがって、整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って、放射効率ηは悪くなると説明できる。
【０１８１】
さらに、図４に示したモデル図において、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmとトータル効率ηtとの関係は以下のように説明できる。
トータル効率ηtを計算するために、１−|Ｓ11|2を計算すると、１−|Ｓ11|2は、前述の式(37)を用いて次の式(47)のように表すことができる。
【０１８２】
【数４７】
0005810910.tif 000048
【０１８３】
式(45)および式(47)より、トータル効率ηtは、次の式(48)のように表すことができる。
【０１８４】
【数４８】
0005810910.tif 000049
【０１８５】
整合素子４２０の損失抵抗Ｒmとトータル効率ηtとの関係を説明するために、ηtをＲmで微分すると、次の式(49)のように表される。
【０１８６】
【数４９】
0005810910.tif 000050
【０１８７】
式(49)において、分子以外の項は、全て正の値であるから、式(49)中の分子の振る舞いを調べれば、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmとトータル効率ηtとの関係を説明できる。
【０１８８】
式(49)の分子は、Ｒmについての２次式になっている。また、Ｒm２の係数は、正の値であるから、式(49)の分子は、下向きに凸状の放物線を描く。さらにＲm２が０であるとき、式(49)の分子の値は、-Ｘm２となり、負の値になる。
【０１８９】
Ｒmと∂ηt/∂Ｒmとの関係、およびＲmとηtとの関係をそれぞれ模式的に示すと図１３および図１４のようになる。
図１３および図１４中のＲm0は、式(49)の分子、すなわち、Ｒmに関する２次方程式の解であり、次の式(50)のように表される。
【０１９０】
【数５０】
0005810910.tif 000051
【０１９１】
図１４を参照すると、ＲmがＲm0より小さい場合には、Ｒmが大きくなるに従って、トータル効率ηtは悪くなる。また、ＲmがＲm0より大きくなるに従って、トータル効率ηtは、改善していく。
【０１９２】
ただし、整合回路２２０を構成する整合素子として現実的に選択される整合素子の損失抵抗Ｒmは、Ｒm0より小さい値である。
したがって、整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmが大きくなるに従って、トータル効率ηtは悪くなると説明できる。
【０１９３】
以上の説明のように、図４に示したような整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmが増えるに従って、整合は、悪くなる場合も良くなる場合もある。一方、放射効率ηおよびトータル効率ηtは、整合回路２２０を構成する整合素子として現実的に選択される整合素子４２０の損失抵抗Ｒmの範囲では、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmが増えるに従って、たとえ整合が良くなったとしても悪くなる。
【０１９４】
整合素子の損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11、放射効率η、およびトータル放射効率ηtとの関係について、整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケース、および整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースを一例として説明した。しかしながら、整合素子の損失抵抗Ｒmと反射係数Ｓ11、放射効率η、およびトータル放射効率ηtとの関係は、整合回路２２０を構成する整合素子の数および回路構成を変えたとしても同様である。
【０１９５】
すなわち、整合素子の損失抵抗Ｒmが増えるに従って、整合は、悪くなる場合も良くなる場合もあるが、放射効率ηおよびトータル放射効率ηtは、悪くなると説明できる。
したがって、整合回路を構成する整合素子の損失抵抗Ｒmを考慮してアンテナ設計を行なう場合には、損失抵抗Ｒmが増えるに従って悪くなる場合も良くなる場合もある反射係数Ｓ11は、整合回路を構成する整合素子を決定する基準としては適切でない。そこで、整合回路を構成する整合素子を決定する基準としては、放射効率ηまたはトータル放射効率ηtを用いることが考えられる。
【０１９６】
実施形態では、計算結果判定部１３２ｃは、整合回路付きのアンテナモデルが所望の規格を満足するか否かを、波源２１０、整合回路２２０、およびアンテナ２３０を含むアンテナモデル全体の性能指標であるトータル効率ηtを用いて判定する。
【０１９７】
具体的には、実施形態によっては、計算結果判定部１３２ｃは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより作成された整合回路付きのアンテナモデルのトータル効率ηtが所望の規格値ηrを満足しているか否かを判定する。トータル効率の所望の規格値ηrは、入力部１１０による入力等によって取得される。
【０１９８】
実施形態によっては、計算結果判定部１３２ｃは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより選択された整合素子の損失抵抗が、トータル効率の所望の規格値ηrから得られる許容上限値を満足しているか否かを判定する。
【０１９９】
例えば、図３を参照しながら前述した整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースでは、トータル効率は、前述の式(32)によって表すことができる。そこで、トータル効率の所望の規格値ηrから得られる、整合素子の損失抵抗の許容上限値は、式(32)中のηtをηrに置き換えた上で、式(32)を損失抵抗Ｒmについて解いた値で表される。
【０２００】
また、例えば、図４を参照しながら前述した整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースでは、トータル効率は、前述の式(48)によって表すことができる。そこで、トータル効率の所望の規格値ηrから得られる、整合素子の損失抵抗の許容上限値は、式(48)中のηtをηrに置き換えた上で、式(48)を損失抵抗Ｒmについて解いた値で表される。
【０２０１】
実施形態によっては、計算結果判定部１３２ｃは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより選択された整合素子の損失抵抗Ｒmが、トータル効率を基に算出される整合素子の損失抵抗Ｒmの閾値を満足しているか否かを判定する。
【０２０２】
すなわち、前述したように、整合素子の損失抵抗Ｒmが増えるとトータル効率は悪くなるといえるので、損失抵抗Ｒmがある値を越えると、整合素子を入れた後のトータル効率が整合素子を入れる前のトータル効率よりも悪くなるケースが起こり得る。そこで、計算結果判定部１３２ｃは、整合素子を入れた後のトータル効率が整合素子を入れる前のトータル効率よりも悪くなるときの整合素子の損失抵抗Ｒmの値を閾値として設定し、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより選択された整合素子の損失抵抗Ｒmが設定された閾値より小さいか否かを判定する。
【０２０３】
例えば、図３を参照しながら前述した整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースでは、整合素子３２０の損失抵抗Ｒmの閾値は以下のように設定することができる。
【０２０４】
まず、整合回路２２０が付加されていないアンテナモデルのトータル効率ηtは、アンテナ２３０に損失がないと仮定した場合には不整合のみから決まるので、次の式(51)により表すことができる。
【０２０５】
【数５１】
0005810910.tif 000052
【０２０６】
一方、整合素子３２０を付加したアンテナモデルのトータル効率ηtは、前述した式(32)により表すことができる。
【０２０７】
そこで、整合をとることによりトータル効率が良くなるための条件は、次の式(52)に示すように、式(32)と式(51)とを比較することにより求めることができる。
【０２０８】
【数５２】
0005810910.tif 000053
【０２０９】
式(52)が成り立つための条件は、次の式(53)に示すとおりである。
【０２１０】
【数５３】
0005810910.tif 000054
【０２１１】
式(53)を変形すると、Ｘa＜０の場合には、式(53)は、次の式(54)のように表される。
【０２１２】
【数５４】
0005810910.tif 000055
【０２１３】
一方、Ｘa＞０の場合には、式(53)は、次の式(55)のように表される。
【０２１４】
【数５５】
0005810910.tif 000056
【０２１５】
したがって、整合回路２２０として１つの整合素子３２０が直列に挿入されたケースにおける整合素子３２０の損失抵抗Ｒmの閾値は、式(54)および式(55)により得ることができる。すなわち、整合回路２２０がないときのアンテナインピーダンスＺaと整合素子３２０の値がわかれば、許容される整合素子３２０の損失抵抗Ｒmを計算することができる。
【０２１６】
同様に、例えば、図４を参照しながら前述した整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースについても、整合素子４２０の損失抵抗Ｒmの閾値は以下のように設定することができる。
【０２１７】
まず、整合回路２２０が付加されていないアンテナモデルのトータル効率ηtは、アンテナ２３０に損失がないと仮定した場合には不整合のみから決まるので、次の式(56)により表すことができる。
【０２１８】
【数５６】
0005810910.tif 000057
【０２１９】
一方、整合素子４２０を付加したアンテナモデルのトータル効率ηtは、前述した式(48)により表すことができる。
【０２２０】
そこで、整合をとることによりトータル効率が良くなるための条件は、次の式(57)に示すように、式(48)と式(56)とを比較することにより求めることができる。
【０２２１】
【数５７】
0005810910.tif 000058
【０２２２】
式(57)において損失抵抗Ｒmが０となる（Ｒm＝０）ための条件は、次の式(58)に示すとおりである。
【０２２３】
【数５８】
0005810910.tif 000059
【０２２４】
また、式(58)において関係式Ｘm ＝-Ｘaが成り立つ場合、すなわち、アンテナ２３０のリアクタンス成分を完全に打ち消すことができる場合に損失抵抗Ｒmが０となる（Ｒm＝０）ための条件は、次の式(59)のように表すことができる。
【０２２５】
【数５９】
0005810910.tif 000060
【０２２６】
式(57)を変形すると、Ｘa＜０の場合には、式(57)は、次の式(60)のように表される。      
【０２２７】
【数６０】
0005810910.tif 000061
【０２２８】
一方、Ｘa＞０の場合には、式(57)は、次の式(61)のように表される。
【０２２９】
【数６１】
0005810910.tif 000062
【０２３０】
したがって、整合回路２２０として１つの整合素子４２０が並列に挿入されたケースにおける整合素子４２０の損失抵抗Ｒmの閾値は、式(60)および式(61)により得ることができる。すなわち、整合回路２２０がないときのアンテナインピーダンスＺaと整合素子４２０の値がわかれば、許容される整合素子４２０の損失抵抗Ｒmを計算することができる。
【０２３１】
以上の説明のように、計算結果判定部１３２ｃは、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に、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が所望の規格を満足するか否かをトータル効率を用いて判定する。このため、整合素子の損失抵抗を考慮したアンテナ設計処理において、アンテナに接続される整合回路を構成する各整合素子を迅速かつ適切に決定することができる。
【０２３２】
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１３２ｃ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１３２ｃは、判定結果を分析結果ファイル１２２に格納する。
【０２３３】
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１３２ｃは、整合回路２２０を構成する整合素子ごとの消費電力を表示部１４０に表示させる。また、実施形態によっては、計算結果判定部１３２ｃ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。整合素子ごとの消費電力は、前述したように、アンテナ特性計算部１３２ｂにより計算され、分析結果ファイル１２２に格納されている。
【０２３４】
また、計算結果判定部１３２ｃは、整合回路２２０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２２０を構成する整合素子を、探索し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１３２ｃによる探索は、整合素子データファイル１２３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。
【０２３５】
計算結果判定部１３２ｃにより整合素子が置き換えられた整合回路を含むアンテナモデルのアンテナ特性は、アンテナ特性計算部１３２ｂにより計算される。アンテナ特性計算部１３２ｂによりアンテナ特性が計算された後、計算結果判定部１３２ｃ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が所望の規格を満足するか否かを再度判定する。
【０２３６】
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加味した整合回路付きの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１３２ｃが判定することによって、整合回路を構成する各整合素子が決定される。
【０２３７】
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を迅速かつ効率的に決定することができ、整合素子の損失抵抗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。
【０２３８】
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１５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。
ｓｔｅｐ１５０１において、アンテナモデル作成部１３１ａは、入力部１１０により入力されたアンテナモデルの条件データに従って、整合回路を含まないアンテナモデルを作成する。前述したように、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には、アンテナモデルの形状、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。
【０２３９】
ｓｔｅｐ１５０２において、シミュレーション解析部１３１ｂは、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のアンテナ特性をシミュレーションにより取得する。シミュレーション部１３１ｂの解析により得ら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放射効率ηa、アンテナインピーダンスＺ0、および反射係数Ｓ11が含まれる。これらのアンテナ特性は、解析結果ファイル１２１に格納される。
【０２４０】
ｓｔｅｐ１５０３において、シミュレーション結果判定部１３１ｃは、シミュレーション解析部１３１ｂの解析結果から取得される電圧定在波比が所望の規格値以下であるか否かを判定する。
【０２４１】
ｓｔｅｐ１５０３において電圧定在波比が所望の規格値以下であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５１７に進み、アンテナ設計を終了する。そして、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。
【０２４２】
ｓｔｅｐ１５０３において電圧定在波比が所望の規格値を越えると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５０４に進む。
ｓｔｅｐ１５０４において、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、解析結果ファイル１２１に格納された対象となる周波数ごとの放射効率ηa、アンテナインピーダンスＺ0、反射係数Ｓ11をインポートする。
【０２４３】
また、表示部１４０は、整合回路を付加したアンテナモデルを作成および解析するためのツール画面を表示する。
【０２４４】
図１６は、整合回路付きアンテナモデルの作成および解析のためのツール画面の一例である。
図１６に示すように、実施形態に従ったツール画面１６００には、対象周波数を表示する領域１６０１と、アンテナインピーダンスの実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および整合回路付加前の放射効率ηaを表示する領域１６０２とが含まれる。
【０２４５】
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１３２ａ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の実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および整合回路付加前の放射効率ηaが表示部１４０により領域１６０１および領域１６０２に表示される。または、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の実数部Ｒaおよび虚数部Ｘa、および整合回路付加前の放射効率ηaが表示部１４０により領域１６０１および領域１６０２に表示される。
【０２４６】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、インポートされた反射係数Ｓ11に基づいて、所望の整合回路の回路構成を算出する。または、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。
【０２４７】
図１６に示すように、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより算出または取得された整合回路の回路構成は、整合回路付きのアンテナモデルの等価回路表示する領域１６０３に表示部１４０によって表示される。
【０２４８】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。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１３２ａに取得されている。
【０２４９】
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１３２ａは、整合素子データファイル１２３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。
【０２５０】
図１７は、整合素子の種別がコンデンサの場合の整合素子データファイルの一例である。図１８は、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含むコンデンサの等価回路図である。図１９は、整合素子の種別がインダクタの場合の整合素子データファイルの一例である。図２０は、寄生リアクタンスおよび損失抵抗を含むインダクタの等価回路図である。
【０２５１】
図１７に示すように、整合素子の種別がコンデンサの場合の整合素子データファイル１７００には、整合素子名１７０１、メーカー名１７０２、サイズ１７０３、静電容量１７０４、等価直列インダクタンス（Equivalent Series Inductance、ＥＳＬ）１７０５、等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance、ＥＳＲ）１７０６、耐圧１７０７、および価格１７０８に関するデータが含まれる。
【０２５２】
整合素子の種別がコンデンサの場合、図１８に示すように、コンデンサ１８００には、静電容量成分１８０１の他に、損失抵抗成分である等価直列抵抗成分１８０２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成分１８０３とが含まれる。実施形態では、静電素子の静電容量成分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１７００に格納されるようにする。
【０２５３】
図１９に示すように、整合素子の種別がインダクタの場合の整合素子データファイル１９００には、整合素子名１９０１、メーカー名１９０２、サイズ１９０３、インダクタンス１９０４、付随静電容量１９０５、付随抵抗１９０６、耐圧１９０７、および価格１９０８に関するデータが含まれる。
【０２５４】
整合素子の種別がインダクタの場合、図２０に示すように、インダクタ２０００には、インダクタンス成分２００１の他に、損失抵抗成分である付随抵抗成分２００２と寄生リアクタンス成分である付随静電容量成分２００３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成分に加えて付随静電容量成分および付随抵抗成分を考慮して、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１９００に格納されるようにする。
【０２５５】
整合素子データファイル１２３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１３２ａは、まず、整合素子データファイル１２３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１３２ａ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１３２ａは、整合素子データファイル１２３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静電素子を選択する。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１２３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１３２ａは、価格の値が小さい整合素子を選択する。
【０２５６】
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１３２ａによって整合素子データファイル１２３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１６００中の領域１６０４に表示される。
【０２５７】
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ツール画面１６００中の領域１６０４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１３２ａ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。
【０２５８】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、決定された整合素子の寄生リアクタンスである等価直列インダクタンスまたは付随静電容量と、損失抵抗である等価直列抵抗または付随抵抗とを取得する。
【０２５９】
実施形態によっては、寄生インダクタンスまたは寄生静電容量と等価直列抵抗または付随抵抗とは、整合素子データファイル１２３を参照することにより取得される。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等価直列抵抗または付随抵抗とが取得される。
【０２６０】
ｓｔｅｐ１５０５において、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより決定された整合回路の整合素子を含むアンテナモデルのアンテナ特性を図３〜図８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、放射効率η、トータル効率ηt、反射係数Ｓ11、および整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力が含まれる。これらのアンテナ特性は、分析結果ファイル１２２に格納される。
【０２６１】
図１６に示すように、アンテナ特性計算部１３２ｂにより計算された整合回路付きアンテナモデルの放射効率η、トータル効率ηt、および反射係数Ｓ11は、ツール画面１６００中の領域１６０５に表示部１４０によって表示される。
【０２６２】
ｓｔｅｐ１５０６において、計算結果判定部１３２ｃは、アンテナ特性計算部１３２ｂ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。
ｓｔｅｐ１５０６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、ｓｔｅｐ１５１７に進み、アンテナ設計を終了する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。
【０２６３】
ｓｔｅｐ１５０６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、ｓｔｅｐ１５０７に進む。
ｓｔｅｐ１５０７において、計算結果判定部１３２ｃは、分析結果ファイル１２２に格納されている、整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力データを表示部１４０に表示させる。なお、実施形態によっては、整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力を、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。
【０２６４】
図２１は、表示部による整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力データの表示例である。
図２１に示すように、整合回路を構成する整合素子ごとの消費電力データ２１００には、素子番号２１０１、回路名２０１２、種別２１０３、消費電力２１０４、静電容量またはインダクタンス２１０５、および部品名２１０６が含まれる。
【０２６５】
ｓｔｅｐ１５０８において、計算結果判定部１３２ｃは、整合素子の消費電力データ２１００を消費電力２１０４が大きい整合素子順に並べ替える。そして、計算結果判定部１３２ｃは、消費電力順に並べ替えられた整合素子の素子番号２１０１を昇順に振り直す。
【０２６６】
図２２は、消費電力が大きい整合素子順に並べ替えられた整合素子の消費電力データの一例である。図２１と比較すると明らかであるように、図２２に示した整合素子の消費電力データ２２００では、整合素子が消費電力２１０４の大きい順に並び替えられ、並び替えられた整合素子に素子番号２１０１が昇順に振られている。
【０２６７】
ｓｔｅｐ１５０９において、計算結果判定部１３２ｃは、素子番号２１０１のカウント値ｉを１に設定する。そして、ｓｔｅｐ１５１０において、計算結果判定部１３２ｃは、素子番号２１０１のカウント値ｉ番目の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１３２ｃ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。
【０２６８】
ｓｔｅｐ１５１０において該当する整合素子が存在する場合、ｓｔｅｐ１５１１の処理に進む。
ｓｔｅｐ１５１１において、アンテナモデル作成部１３２ａは、整合回路を構成するカウント値ｉ番目に対応する整合素子を、計算結果判定部１３２ｃにより探索された、その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が小さい整合素子に交換する。
【０２６９】
ｓｔｅｐ１５１２において、アンテナ特性計算部１３２ｂは、アンテナモデル作成部１３２ａ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。
【０２７０】
ｓｔｅｐ１５１３において、計算結果判定部１３２ｃ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。
【０２７１】
ｓｔｅｐ１５１３において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と判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５１７に進み、アンテナ設計を終了する。そして、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａにより作成された、整合素子が交換された整合回路付きの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。
【０２７２】
ｓｔｅｐ１５１３において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が所望の規格値未満であると判定される場合には、アンテナ設計処理は、ｓｔｅｐ１５１４に進む。
【０２７３】
ｓｔｅｐ１５１０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、ｓｔｅｐ１５１４に進む。
ｓｔｅｐ１５１４において、計算結果判定部１３２ｃは、カウント値ｉを１つインクリメントする。そして、ｓｔｅｐ１５１５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。
【０２７４】
ｓｔｅｐ１５１５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、ｓｔｅｐ１５１１に戻り、アンテナ設計処理が継続する。
ｓｔｅｐ１５１５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、ｓｔｅｐ１５１６に進み、計算結果判定部１３２ｃは、アンテナモデルの再構成を要する旨を表示部１４０に表示させる。
【０２７５】
ｓｔｅｐ１５１６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、ｓｔｅｐ１５０１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を変更し、実施形態に従ったアンテナ設計処理を再度行う。また、実施形態によっては、ｓｔｅｐ１５０４に戻り、整合素子のサイズ等の整合素子の使用条件を変更し、実施形態に従ったアンテナ設計処理を再度行う。
【０２７６】
なお、図１５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。
【０２７７】
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。
【０２７８】
ｓｔｅｐ１５０４では、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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１３２ａ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解析をシミュレーション解析部１３１ｂに実行させ、最適な回路定数を取得する。
【０２７９】
整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａは、シミュレーション解析部１３１ｂによる解析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１３２ａ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１３２ａ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。
【０２８０】
ｓｔｅｐ１５０５では、アンテナ特性計算部１３２ｂは、整合回路付きアンテナモデル作成部１３２ａ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。
【０２８１】
また、前述した実施形態では、アンテナ設計装置１００によ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。
【０２８２】
図２３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２３に示すように、コンピュータ２３００には、入力装置２３０１、読み取り装置２３０２、通信インタフェース２３０３、ハードディスク（ＨＤＤ）２３０４、Central Processing Unit（ＣＰＵ）２３０５、Random Access Memory（ＲＡＭ）２３０６、Read Only Memory（ＲＯＭ）２３０７、表示装置２３０８、およびバス２３０９が含まれる。コンピュータ２３００に含まれる装置２３０１〜２３０８は、バス２３０９によって相互に接続される。
【０２８３】
入力装置２３０１は、コンピュータ２３００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２３０２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２３０３は、Local Area Network（ＬＡＮ）等の通信ネットワークにコンピュータ２３００を接続するためのインタフェースである。ＨＤＤ２３０４は、ＣＰＵ２３０５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。
【０２８４】
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２３０２が読み取ることによって、ＨＤＤ２３０４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２３０３を介してコンピュータ２３００が取得することによって、ＨＤＤ２３０４にインストールされる。
【０２８５】
ＣＰＵ２３０５は、アンテナ設計プログラムをＨＤＤ２３０４からＲＡＭ２３０６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。
【０２８６】
ＲＡＭ２３０６は、ＨＤＤ２３０４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。ＲＯＭ２３０７は、定数データ等を記憶する読み出し専用メモリである。
【０２８７】
表示装置２３０８は、ＣＰＵ２３０５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。
以上で説明したように、実施形態では、整合回路付きアンテナモデルを作成する際に、整合素子の静電容量またはインダクタンスと共に、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から取得され、または入力部からの入力により指定される。すなわち、実施形態に従えば、アンテナ設計処理を実行する際に、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、それらの値を個別に設定する必要がない。したがって、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設計処理を迅速かつ容易に行なうことができる。
【０２８８】
また、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加味した整合回路付きのアンテナモデルのアンテナ特性を、整合回路を含まないアンテナモデルのアンテナ特性を用いてシミュレーションによらずに計算する。したがって、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の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。
【０２８９】
さらに、実施形態では、整合素子の損失抵抗を考慮した整合回路付きの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、整合回路を構成する各整合素子が決定される。したがって、アンテナに接続される整合回路を構成する各整合素子を迅速かつ適切に決定することができ、整合素子の損失抵抗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。
【符号の説明】
【０２９０】
１００      アンテナ設計装置
１１０      入力部
１２０      記憶部
１２１      解析結果ファイル
１２２      分析結果ファイル
１２３      整合素子データファイル
１３０      処理部
１３１      アンテナ素子特性解析部
１３１ａ      アンテナモデル作成部
１３１ｂ      シミュレーション解析部
１３１ｃ      シミュレーション結果判定部
１３２      整合回路付きアンテナ特性解析部
１３２ａ      整合回路付きアンテナモデル作成部
１３２ｂ      アンテナ特性計算部
１３２ｃ      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      波源
２２０      整合回路
２３０      アンテナ
３２０、４２０、５２１、５２２、５２３      整合素子
２３００      コンピュータ
２３０１      入力装置
２３０２      読み取り装置
２３０３      通信インタフェース
２３０４      ＨＤＤ
２３０５      ＣＰＵ
２３０６      ＲＡＭ
２３０７      ＲＯＭ
２３０８      表示装置
２３０９      バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
0005810910.tif 000079
【図２３】
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【図１６】
0005810910.tif 000081
【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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