(57)【要約】【課題】本発明は、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようにする新たな技術の提供を目的とする。【解決手段】可変リアクタを装荷したアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルに対して、解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出する。そして、可変リアクタのリアクタンス値を規定の値の範囲内で順次設定しながら、その算出した構造パラメータとその設定したリアクタンス値とを規定の算出式に代入することで、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出する。そして、このようにしてアンテナの特性を求めると、２つの可変リアクタのリアクタンス値の張る座標面に対して、アンテナ特性の特性値を高さを表す座標軸とする等高線表示などの図面データを生成して、ディスプレイに表示する。【選択図】図１
2008241488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置であって、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第１の算出手段と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、
前記第１の算出手段の算出した構造パラメータと、前記設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第２の算出手段と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記第２の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段とを備えることを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記第１の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記第１の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ特性表示装置において、
前記表示手段は、前記第２の算出手段の算出したアンテナ特性値を等高線表示する図面データを生成して、ディスプレイに表示することを、
特徴とするアンテナ特性表示装置。
【請求項５】
可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置が実行するアンテナ特性表示方法であって、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する過程と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する過程と、
前記算出した構造パラメータと、前記設定した可変リアクタ値とに基づいて、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する過程と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する過程とを備えることを、
特徴とするアンテナ特性表示方法。
【請求項６】
可変リアクタを装荷するアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置の実現に用いられるアンテナ特性表示プログラムであって、
コンピュータを、
処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第１の算出手段と、
可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、
前記第１の算出手段の算出した構造パラメータと、前記設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第２の算出手段と、
可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、前記設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、前記第２の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段として機能させるためのアンテナ特性表示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めて表示するアンテナ特性表示装置およびその方法と、そのアンテナ特性表示装置の実現に用いられるアンテナ特性表示プログラムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変リアクタを装荷して、そのリアクタンス値を変えることで指向性を可変とするアンテナ（例えばエスパアンテナ）の検討が進められている。
【０００３】
このようなアンテナを設計する場合、可変リアクタのリアクタンス値を変えると、どのようなアンテナ特性を示すことになるのかということを把握する必要がある。
【０００４】
アンテナの特性については、モーメント法などの解析法を用いてシミュレートすることが一般的に行われている。モーメント法でアンテナの特性をシミュレートする場合、アンテナを要素（メッシュ）に分割して、周波数領域で定義される連立一次方程式を解くことで、各要素に流れる電流をシミュレートすることになる。なお、モーメント法については、下記の非特許文献１などに記載されている。
【０００５】
このように、モーメント法などの解析法を用いてアンテナの特性をシミュレートする場合には、シミュレート対象となるアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することになる。このとき、リアクタを装荷したアンテナの特性をシミュレートする場合には、そのリアクタをアンテナの一部として数学的モデルを構築してシミュレートを行うことになる。
【０００６】
これから、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性をシミュレートする場合には、可変リアクタをアンテナの一部として計算することになるので、可変リアクタのリアクタンス値を変えた場合のアンテナ特性を求める必要がある場合には、可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えて、その都度、数学的モデルを作り直して解析法を適用することになる。
【０００７】
すなわち、先ず最初に、あるリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求め、次に、別のリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求め、続いて、さらに別のリアクタンス値を想定してアンテナの数学的モデルを構築して、それに対して解析法を適用することで、そのリアクタンス値での指向性などのアンテナ特性を求めるという処理を繰り返していくことになる。
【非特許文献１】H.N.Wang, J.H.Richmond and M.C.Gilreath: "Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from cond-ucting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION vol.AP-23 1975
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来技術に従っていると、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性をモーメント法などの解析法を用いてシミュレートする場合、可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えて、その都度、数学的モデルを作り直して解析法を適用することになることから、膨大な計算量が必要になるという問題がある。
【０００９】
これから、従来技術に従っていると、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの示すアンテナ特性を迅速に求めることができないという問題がある。
【００１０】
一方、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナでは、実現可能な状態が未知で、かつ、リアクタンス値との関係が非線形であることから、最適な制御状態を簡単に見つけ出すことが容易にはできないという問題もある。
【００１１】
この後者の問題を解決する方法として、最急勾配法を用いるという方法もある。しかしながら、最急勾配法は初期値によって収束状態が変わるという問題があるため、盲目的に最急勾配法を用いると、ローカルな最適状態に陥る可能性があるという問題がある。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようにする新たな技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、本発明のアンテナ特性表示装置は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めて表示する処理を行うものであって、（１）処理対象となるアンテナの構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタの値に依存しない構造パラメータを算出する第１の算出手段と、（２）可変リアクタの値を、規定の値の範囲内で順次設定する設定手段と、（３）第１の算出手段の算出した構造パラメータと、設定手段の設定した可変リアクタ値とを入力として、規定の算出式に従って、可変リアクタの値に依存するアンテナ特性を算出する第２の算出手段と、（４）可変リアクタのそれぞれに対して異なる座標を割り当てて、設定手段の設定した可変リアクタ値をそれらの座標の値とし、第２の算出手段の算出したアンテナ特性値をそれらの座標とは別の座標の値とする図面データを生成して、ディスプレイに表示する表示手段とを備えるように構成する。
【００１４】
この構成を採るときにあって、第１の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することがある。
【００１５】
また、第１の算出手段は、処理対象となるアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出することがある。
【００１６】
また、表示手段は、第２の算出手段の算出したアンテナ特性値を等高線表示する図面データを生成して、ディスプレイに表示することがある。
【００１７】
以上の各処理手段はコンピュータプログラムでも実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、適当なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供されたり、ネットワークを介して提供され、本発明を実施する際にインストールされてＣＰＵなどの制御手段上で動作することにより本発明を実現することになる。
【００１８】
可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求める場合、可変リアクタを除いたアンテナ部分は変化しないので一定のパラメータ（本発明では構造パラメータと称している）で表すことができる。
【００１９】
この点に着目して、本発明者らは、下記の参考文献で、
（ｉ）可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポ        ート間について、１つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放        しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す        等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出したり
（ii）可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポ        ート間について、１つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡        しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す        等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出する
という発明を開示した。
【００２０】
〔参考文献〕飯草，大平，小宮山,"エスパアンテナの等価ステアリングベクトルモデル              と構造パラメータ抽出法,"  信学論（B-II), vol.J88-B, no.1, pp.291-3              09, Jan.2005. 
この構造パラメータを用いると、その都度解析しなくても、この構造パラメータと可変リアクタのリアクタンス値とを代入する算出式（参考文献に記載する等価ステアリングベクトルモデル）に従って、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めることができるようになる。
【００２１】
これから、本発明のアンテナ特性表示装置では、可変リアクタを装荷したアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルに対して、規定の解析法を使って解析を行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するようにして、可変リアクタのリアクタンス値を規定の値の範囲内で順次設定しながら、その算出した構造パラメータとその設定したリアクタンス値とを規定の算出式に代入することで、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するように処理する。
【００２２】
そして、本発明のアンテナ特性表示装置では、このようにして可変リアクタのリアクタンス値を色々と変えることで可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めると、例えば、可変リアクタ１のリアクタンス値１と可変リアクタ２のリアクタンス値２の張る座標面に対して、アンテナ特性の特性値を高さを表す座標軸とする等高線表示などの図面データを生成して、ディスプレイに表示するように処理する。
【００２３】
この構成に従って、本発明のアンテナ特性表示装置によれば、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、可変リアクタを除いたアンテナ部分の特性を構造パラメータとして独立に解析するとともに、その構造パラメータと可変リアクタのリアクタンス値とに基づいて、可変リアクタを装荷した可変指向性アンテナの特性を算出することで、可変指向性アンテナの特性を迅速に算出できるようにするとともに、そのアンテナ特性を図式的に表示することで、そのアンテナ特性がどのようなものであるのかを分かり易い形で提示できるようにすることから、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１に、本発明を具備するアンテナ特性表示装置１の一実施形態例を図示する。
【００２７】
本発明のアンテナ特性表示装置１は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めてディスプレイ２に表示する処理を行うものであって、この処理を行うために、シミュレータ１０と、リアクタンス値設定部１１と、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２と、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３と、アンテナ特性図面データ生成部１４とを備える。
【００２８】
シミュレータ１０は、シミュレート対象となる可変リアクタを装荷したアンテナの構造情報を格納対象として、そのアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルを格納するアンテナ構造情報格納部１００と、アンテナ構造情報格納部１００からシミュレート対象となるアンテナの数学的モデルを読み出すアンテナ構造情報読出部１０１と、アンテナ構造情報読出部１０１の読み出した数学的モデルに対してモーメント法や有限要素法やＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、シミュレート対象となるアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するアンテナ特性算出部１０２とを備える。
【００２９】
このとき、アンテナ特性算出部１０２は、構造パラメータとして、前述の参考文献に記載するインピーダンス（あるいはアドミッタンス）と等価ステアリングベクトルとを算出する。
【００３０】
すなわち、アンテナ特性算出部１０２は、（ｉ）可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電流があり、他の全てのポートが開放しているときの、各ポートに生ずる電圧を示すインピーダンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出したり、（ii）可変リアクタを装荷したアンテナの持つ給電ポートと可変リアクタポートとのポート間について、１つのポートのみに単位電圧があり、他の全てのポートが短絡しているときの、各ポートに流れる電流を示すアドミッタンスと、指向性を示す等価ステアリングベクトルとを構造パラメータとして算出するのである。
【００３１】
リアクタンス値設定部１１は、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２から設定要求に応じて、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタのリアクタンス値をそのリアクタンス値のとりうる値の範囲内で設定して、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２に渡す。ここで、リアクタンス値のとりうる値の範囲については、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って設定することになる。
【００３２】
リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、シミュレータ１０の算出した構造パラメータと、リアクタンス値設定部１１の設定した可変リアクタのリアクタンス値とを入力として、前述の参考文献に記載する等価ステアリングベクトルモデルに従って、処理対象となるアンテナ（可変リアクタを装荷したアンテナ）のリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出する。
【００３３】
このとき算出するアンテナ特性には、等価ステアリングベクトルモデルから直接的に算出されるアンテナ特性の他に、その直接的に算出されるアンテナ特性から導出されるアンテナ特性（例えば、角度に依存するアンテナ特性の場合、その最大値がどのような値であるのかといったようなアンテナ特性）があり、これから、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、等価ステアリングベクトルモデルから直接的に算出されるアンテナ特性を算出する一次アンテナ特性算出部１２０と、一次アンテナ特性算出部１２０の算出したアンテナ特性から導出されるアンテナ特性を算出する二次アンテナ特性算出部１２１とを備える。
【００３４】
リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３は、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２の算出したリアクタンス値に依存するアンテナ特性を、そのリアクタンス値と対応をとりつつ記憶する。
【００３５】
アンテナ特性図面データ生成部１４は、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３に格納されるアンテナ特性を図式的に示す図面データ（例えばアンテナ特性を等高線表示する図面データ）を生成してディスプレイ２に表示する。
【００３６】
図２に、シミュレータ１０の実行するフローチャートの一例を図示し、図３および図４に、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２の実行するフローチャートの一例を図示し、図５に、アンテナ特性図面データ生成部１４の実行するフローチャートの一例を図示する。
【００３７】
次に、これらのフローチャートに従って、図１のように構成される本発明のアンテナ特性表示装置１の実行する処理について説明する。
【００３８】
本発明のアンテナ特性表示装置１では、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求めてディスプレイ２に表示する処理を行う場合、シミュレータ１０を起動する。
【００３９】
シミュレータ１０は、起動されると、図２のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップＳ１００で、シミュレート対象となる可変リアクタを装荷したアンテナについて、可変リアクタを除いた構造の数学的モデルを作成する。
【００４０】
続いて、ステップＳ１０１で、作成した数学的モデルに対してモーメント法や有限要素法やＦＤＴＤ法等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、可変リアクタのリアクタンス値に依存しないアンテナ特性である構造パラメータを算出する。すなわち、前述したインピーダンスあるいはアドミッタンスと、等価ステアリングベクトルとを算出するのである。
【００４１】
続いて、ステップＳ１０２で、算出した構造パラメータを指定して、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２を呼び出して、処理を終了する。
【００４２】
次に、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２の実行する処理について説明する。
【００４３】
このようにして呼び出されると、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、図３のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップＳ２００で、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタを１つ選択する。
【００４４】
続いて、ステップＳ２０１で、リアクタンス値設定部１１に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、選択した可変リアクタのリアクタンス値を設定する。この時点では、リアクタンス値の初期値を設定することになる。
【００４５】
続いて、ステップＳ２０２で、リアクタンス値設定部１１に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、シミュレート対象となるアンテナの持つ残りの可変リアクタのリアクタンス値を設定する。
【００４６】
続いて、ステップＳ２０３で、設定した可変リアクタのリアクタンス値と、シミュレータ１０から指定された構造パラメータと、等価ステアリングベクトルモデル（リアクタンス依存のアンテナ特性を算出する算出式）とに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するとともに、それから導出されるアンテナ特性がある場合には、そのアンテナ特性を算出して、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３に保存する。
【００４７】
続いて、ステップＳ２０４で、ステップＳ２０２において全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップＳ２０２の処理に戻る。
【００４８】
一方、ステップＳ２０４の判断処理に従って、ステップＳ２０２において全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップＳ２０５に進んで、ステップＳ２０１において全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップＳ２０１の処理に戻る。
【００４９】
一方、ステップＳ２０５の判断処理に従って、ステップＳ２０１において全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップＳ２０６に進んで、ステップＳ２００において全可変リアクタの選択を終了したのか否かを判断する。
【００５０】
このステップＳ２０６の判断処理に従って、ステップＳ２００において全可変リアクタの選択を終了していないことを判断するときには、ステップＳ２００の処理に戻り、全可変リアクタの選択を終了したことを判断するときには、ステップＳ２０７に進んで、アンテナ特性図面データ生成部１４を呼び出して、処理を終了する。
【００５１】
ここで、この図３のフローチャートでは、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、全ての可変リアクタについて全てのリアクタンス値（とりうる値の範囲内でのリアクタンス値）の組み合わせを設定してアンテナ特性を算出するという構成を採ったが、２つの可変リアクタを選択して、その選択した２つの可変リアクタについて全てのリアクタンス値（とりうる値の範囲内でのリアクタンス値）の組み合わせを設定するとともに、残りの可変リアクタのリアクタンス値については固定の値に設定してアンテナ特性を算出するという構成を採るようにしてもよい。
【００５２】
図４に、そのような形態でアンテナ特性を算出する場合にリアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２が実行するフローチャートの一例を図示する。
【００５３】
リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、図４のフローチャートを実行する場合には、先ず最初に、ステップＳ３００で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、アンテナ特性の算出対象となる２つの可変リアクタＸa,Ｘb を選択する。
【００５４】
続いて、ステップＳ３０１で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、その選択した２つの可変リアクタＸa,Ｘb のとりうるリアクタンス値の範囲を設定する。
【００５５】
続いて、ステップＳ３０２で、可変指向性アンテナの設計者からの指示に従って、選択しなかった可変リアクタのリアクタンス値を設定する。
【００５６】
続いて、ステップＳ３０３で、リアクタンス値設定部１１に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、設定したとりうるリアクタンス値の範囲内で、選択した一方の可変リアクタＸa のリアクタンス値を設定する。この時点では、リアクタンス値の初期値を設定することになる。
【００５７】
続いて、ステップＳ３０４で、リアクタンス値設定部１１に対してリアクタンス値の設定要求を発行することで、設定したとりうるリアクタンス値の範囲内で、選択した他方の可変リアクタＸb のリアクタンス値を設定する。
【００５８】
続いて、ステップＳ３０５で、設定した可変リアクタのリアクタンス値と、シミュレータ１０から指定された構造パラメータと、等価ステアリングベクトルモデル（リアクタンス依存のアンテナ特性を算出する算出式）とに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出するとともに、それから導出されるアンテナ特性がある場合には、そのアンテナ特性を算出して、リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３に保存する。
【００５９】
続いて、ステップＳ３０６で、ステップＳ３０４において可変リアクタＸb について全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップＳ３０４の処理に戻る。
【００６０】
一方、ステップＳ３０６の判断処理に従って、ステップＳ３０４において可変リアクタＸb について全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップＳ３０７に進んで、ステップＳ３０３において可変リアクタＸa について全リアクタンス値の設定を終了したのか否かを判断して、全リアクタンス値の設定を終了していないことを判断するときには、ステップＳ３０３の処理に戻る。
【００６１】
一方、ステップＳ３０７の判断処理に従って、ステップＳ３０３において可変リアクタＸa について全リアクタンス値の設定を終了したことを判断するときには、ステップＳ３０８に進んで、アンテナ特性図面データ生成部１４を呼び出して、処理を終了する。
【００６２】
このようにして、リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２は、図４のフローチャートに従う場合には、２つの可変リアクタを選択して、その選択した２つの可変リアクタについて全てのリアクタンス値（とりうる値の範囲内でのリアクタンス値）の組み合わせを設定するとともに、残りの可変リアクタのリアクタンス値については固定の値に設定してアンテナ特性を算出するように処理するのである。
【００６３】
次に、アンテナ特性図面データ生成部１４の実行する処理について説明する。
【００６４】
このようにして呼び出されると、アンテナ特性図面データ生成部１４は、図５のフローチャートに示すように、先ず最初に、ステップＳ４００で、シミュレート対象となるアンテナの持つ各可変リアクタに対して座標を割り当てる。
【００６５】
例えば、シミュレート対象となるアンテナの持つ可変リアクタが２つである場合には、例えば、その一方に対してＸ軸を割り当て、他方に対してＹ軸を割り当てるのである。リアクタンス値依存アンテナ特性算出部１２が図４のフローチャートを実行する場合には、例えば、可変リアクタＸa に対してＸ軸を割り当て、可変リアクタＸb に対してＹ軸を割り当てることになる。
【００６６】
続いて、ステップＳ４０１で、表示対象となるアンテナ特性に対して、未割り当ての座標を割り当てる。例えば、表示対象となるアンテナ特性に対して、未割り当ての座標であるＺ軸を割り当てるのである。
【００６７】
続いて、ステップＳ４０２で、リアクタンス値と対応をとりつつアンテナ特性値を保存するリアクタンス値依存アンテナ特性記憶部１３から、リアクタンス値依存のアンテナ特性を読み出して、ステップＳ４００，４０１で割り当てた座標を使い、可変リアクタのリアクタンス値とアンテナ特定値とをそれらの座標値とする図面データを生成する。
【００６８】
続いて、ステップＳ４０３で、生成した図面データをディスプレイ２に表示して、処理を終了する。
【００６９】
このようにして、本発明のアンテナ特性表示装置１は、可変リアクタを装荷したアンテナの可変リアクタを除いた構造の数学的モデルに対して、モーメント法や有限要素法やＦＤＴＤ法等の解析法を使ってシミュレートを行うことで、そのアンテナの特性である可変リアクタのリアクタンス値に依存しない構造パラメータを算出するようにして、可変リアクタのリアクタンス値を規定の値の範囲内で順次設定しながら、その算出した構造パラメータとその設定したリアクタンス値と等価ステアリングベクトルモデルとに基づいて、可変リアクタのリアクタンス値に依存するアンテナ特性を算出して、その算出したアンテナ特性を図式的に表示するように処理するのである。
【００７０】
次に、給電スロットの両脇に可変リアクタを装荷した２つのスロットを配置した平面型の可変指向性アンテナに対しての処理を具体例にして、本発明のアンテナ特性表示装置１の実行する処理について具体的に説明する。
【００７１】
図６に、この具体的な処理で用いたスロットアレーアンテナの基本的な構造を図示する。
【００７２】
このスロットアレーアンテナでは、スロットはプリント技術などにより加工する。後方への放射を抑えるために、背面に地板導体を設け、２つの平行平板の隙間からの放射を防ぐために、導体壁で囲みキャビティ構造とする。アンテナの素子間隔は４分の１波長、スロット長は０．４５波長、給電点および可変リアクタ装荷点は各スロット中央とする。その他のパラメータについては図中に示す。可変リアクタとしてバラクタダイオードを用い、電気容量をＤＣ電圧で制御する。スロットの両サイドは等しいＤＣ電圧になるので、バラクタダイオードを接続してもＤＣ電圧を与えることができない。そこで、バラクタダイオードを逆直列対にして接続する。
【００７３】
アンテナ特性はモーメント法を用いて解析することができるが、全てのリアクタンス値の組み合わせのアンテナ特性をモーメント法で計算することは非常に作業負荷が大きく非効率的である。
【００７４】
そこで、本発明のアンテナ特性表示装置１では、アンテナ特性の持つリアクタンス値依存性については等価ステアリングベクトルモデルを用いて求めるようにしている。
【００７５】
すなわち、構造パラメータであるポート間インピーダンスＺnmと、等価ステアリングベクトルｕ(v) m （θ，φ）とについてはモーメント法を用いて求め、電界Ｅ（θ，φ）や動作利得Ｇw （θ，φ）や電圧定在波比ｖｓｗｒなどのアンテナ特性については、それらの構造パラメータを基に、次式（等価ステアリングベクトルモデル）にしたがって計算する。ただし、式中のθはＺ軸からの角度、φはＸ軸からの角度、diagは対角行列を表している。
【００７６】
【数１】
2008241488.tif 000003
【００７７】
ここで、Ｘ1,Ｘ2 は２つの可変リアクタのリアクタンス値、ｖs は送信で考えた場合の給電開放電圧、Ｚs は給電線路の特性インピーダンス（実数）、ｖm はｍ番目のポートの電圧（ｍ＝０は給電ポートを表す）、Ｍは可変リアクタの数、Γは反射係数、Ｇa は絶対利得を表す。
【００７８】
リアクタンス値とアンテナ特性との関係は、式（２）に示されるように非線形である。さらに、実現できるアンテナ特性がリアクタンス値で制御できる状態に制限されており、その実現できるアンテナ制御状態が未知であるため、通常の方法で最適制御状態を求めることができない。前述したように、１つの方法として、最急勾配法が用いられているが、ローカルな最適状態に収束し、グローバルな最適値を見つけられない可能性がある。
【００７９】
そこで、本発明のアンテナ特性表示装置１では、リアクタンス値Ｘ1,Ｘ2 の座標系にアンテナ特性を等高線で表示するようにすることで、アンテナの設計者が全体を見渡して最適な制御状態を見つけることができるようにする手法を用いる。
【００８０】
図７に、図６に示すアンテナのビーム走査面（導体板の法線とスロットの配列方向を含む面、Ｅ面）内の動作利得の最大値Ｇwmax、すなわち主ビームの動作利得のリアクタンス値依存性を図示し、図８に、その主ビームの方向θmax のリアクタンス値依存性を図示し、図９に、電圧定在波比ｖｓｗｒのリアクタンス値依存性を図示する。
【００８１】
これらの等高線表示のアンテナ特性を見ることで、アンテナの設計者は、次のような情報を取得することができる。
【００８２】
すなわち、最大動作利得Ｇwmaxと電圧定在波比ｖｓｗｒのリアクタンス値依存性は良く似ていることから、動作利得の最大値は整合が支配的に決まると考えられる。また、主ビーム方向θmax がリアクタンス値によって変化することから、リアクタンス値によりビームを制御できることが分かる。また、主ビーム方向θmax がリアクタンス値により連続的に変化する領域が広がっているので、その領域を使えば、リアクタンス値の連続制御によって、ビームを走査できることが分かる。
【００８３】
一方、図８中に示すＢoundary から、主ビーム方向θmax がリアクタンス値に対して不連続に変化する境界があることが分かる。最大動作利得Ｇwmaxは境界線をまたいでリアクタンス値に対して連続的に変化していることから、２つのビームの大小関係が入れ替わるために、ビームの形成される方向が不連続に変化するものと考えられる。最急勾配法ではリアクタンス値の差分に対する利得の変化を計算するため、このような境界上で不都合が生ずると考えられる。
【００８４】
主ビームの動作利得とその方向のリアクタンス値Ｘ1,Ｘ2 座標における等高線を見渡すことによって、下記のことが可能となる。
【００８５】
すなわち、（１）グローバルな動作利得の最大値と方向、すなわち主ビームの動作利得と方向、および、それを実現するリアクタンス値を見つける。（２）リアクタンス値範囲が決まっている場合、ビームの走査可能角度範囲と動作利得変化を見通す。（３）所望のビームを走査する角度範囲から、必要なリアクタンス可変範囲を求める。（４）必要な動作利得から、可能なビーム走査角と必要なリアクタンス可変幅を求める。
【００８６】
また、あるビーム走査を実現するリアクタンス値Ｘ1 とＸ2 をＸ1 Ｘ2 座標に軌跡として描くことで、制御のつながりを可視化できるので考察しやすい。ビーム走査を表す軌跡には、選択の自由度があることが分かる。各所望方向で最大の動作利得を得る場合には、ビーム方向を与える等高線に沿ったラインを主ビームの動作利得Ｇwmaxの等高線図に描き、その上でＧwmaxが最大となるリアクタンス値を選択していくことによって軌跡を決めることができる。また、動作利得よりも、ビーム走査できる角度幅を優先する場合には、異なる軌跡が最適になる。
【００８７】
さらに、Ｘ1 あるいはＸ2 の一方を固定とした制御も可能である。この場合、図８に軌跡βとγで示すような２通りが考えられる。軌跡βの制御では、Ｇwmaxが最大となる点Ａ（４３度付近）を実現することができるが０度方向の動作利得が小さくなる。一方、軌跡γの制御では、主ビームの最低値を約０ｄＢｉに抑え、また、動作利得を走査角によらずほぼ一定にできるといった特長がある。いずれにしろ、Ｘ1 あるいはＸ2 の一方を固定とした制御の場合には、１つのリアクタンス値を固定にし、もう１つのリアクタンス値のみを制御すればよいので、１つのＤＣ電圧で制御可能である。
【００８８】
このようにして、本発明のアンテナ特性表示装置１では、リアクタンス値Ｘ1,Ｘ2 の座標系にアンテナ特性を等高線などで表示するようにすることから、アンテナの設計者が全体を見渡して最適な制御状態を見つけることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、可変リアクタを装荷したアンテナの特性を求める場合に適用できるものであり、本発明によれば、可変指向性アンテナの設計者は、可変指向性アンテナの最適な制御状態を迅速かつ簡単に見つけることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明のアンテナ特性表示装置の一実施形態例である。
【図２】シミュレータの実行するフローチャートの一例である。
【図３】リアクタンス値依存アンテナ特性算出部の実行するフローチャートの一例である。
【図４】リアクタンス値依存アンテナ特性算出部の実行するフローチャートの他の一例である。
【図５】アンテナ特性図面データ生成部の実行するフローチャートの一例である。
【図６】スロットアレーアンテナの構成図である。
【図７】本発明のアンテナ特性表示装置の表示するメインビームの動作利得Ｇwmaxを示す図である。
【図８】本発明のアンテナ特性表示装置の表示するメインビームの方向θmax を示す図である。
【図９】本発明のアンテナ特性表示装置の表示する電圧定在波比ｖｓｗｒを示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      アンテナ特性表示装置
２      ディスプレイ
１０    シミュレータ
１１    リアクタンス値設定部
１２    リアクタンス値依存アンテナ特性算出部
１３    リアクタンス値依存アンテナ特性記憶部
１４    アンテナ特性図面データ生成部
１００  アンテナ構造情報格納部
１０１  アンテナ構造情報読出部
１０２  アンテナ特性算出部
１２０  一次アンテナ特性算出部
１２１  二次アンテナ特性算出部
【図１】
2008241488.tif 000004
【図２】
2008241488.tif 000005
【図３】
2008241488.tif 000006
【図４】
2008241488.tif 000007
【図５】
2008241488.tif 000008
【図６】
2008241488.tif 000009
【図７】
2008241488.tif 000010
【図８】
2008241488.tif 000011
【図９】
2008241488.tif 000012