(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣタグのタグアンテナを設計するアンテナ自動設計装置であって
設計するタグアンテナの雛形となるモデルを記憶するモデル記憶部と、
設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読出し、当該読み出したモデルを画面表示すると共に、当該モデルの形状の変更を長さの情報で入力させる入力画面を画面表示する設計入力部と、
前記設計入力部による前記長さの情報の入力により形状変更された前記モデルの整合特性を決める長さの最適値を通信距離を重視するか或は帯域を重視するかに従って最適化アルゴリズムを用いて計算し、前記帯域を重視する場合には前記モデルのインピーダンスに含まれる抵抗の値に１より小さい定数を乗算して前記計算を実行する最適化処理部と
を備えることを特徴とするアンテナ自動設計装置。
【請求項２】
情報処理装置が実行するアンテナ自動設計方法であって
設計を行なうタグアンテナの雛型となるモデルをモデル記憶部に記憶し、
設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読出し、当該読み出したモデルを画面表示し、前記モデルの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示し、
前記長さの入力により形状変更された前記モデルの整合特性を決める長さの最適値を通信距離を重視するか或は帯域を重視するかに従って最適化アルゴリズムを用いて計算し、前記帯域を重視する場合には前記モデルのインピーダンスに含まれる抵抗の値に１より小さい定数を乗算して前記計算を実行する
ことを特徴とするアンテナ自動設計方法。
【請求項３】
情報処理装置で実行されるプログラムであって、
設計を行なうタグアンテナの雛型となるモデルをモデル記憶部に記憶し、
設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読出し、当該読み出したモデルを画面表示し、前記モデルの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示し、
前記長さの入力により形状変更された前記モデルの整合特性を決める長さの最適値を通信距離を重視するか或は帯域を重視するかに従って最適化アルゴリズムを用いて計算し、前記帯域を重視する場合には前記モデルのインピーダンスに含まれる抵抗の値に１より小さい定数を乗算して前記計算を実行する
ことを前記情報処理装置に実行させるプログラム。
【請求項４】
前記長さの情報で入力させる入力画面から入力された長さの情報に基づいて、前記設計を行なうタグアンテナの形状の画面表示を変更することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする請求項３に記載のプログラム。
【請求項５】
ＩＣタグのタグＬＳＩのインピーダンスを入力させ、
前記タグＬＳＩのインピーダンスを用いて、前記設計を行なうタグアンテナと前記タグＬＳＩの整合特性を計算し、
当該整合特性を表示することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする請求項３に記載のプログラム。
【請求項６】
ＩＣタグのタグＬＳＩのインピーダンスを入力させ、
前記ＩＣタグに読み書きを行なうリーダライタの特性を入力させ、
前記タグＬＳＩのインピーダンス及び前記リーダライタの特性を用いて、前記設計を行なうタグアンテナの通信距離を求め、
当該通信距離を表示することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする請求項３に記載のプログラム。
【請求項７】
前記複数の長さの値は、前記タグアンテナの共振を決める長さの値、前記タグアンテナのサセプタンスを決める長さの値、及び前記タグアンテナのコンダクタンスを決める長さの値の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載のプログラム。
【請求項８】
設計者の指示に基づいて、前記最適化処理を距離重視で行うか若しくは帯域重視で行うかを選択することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする請求項３に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率的なタグアンテナを容易に設計できるアンテナ自動設計装置、自動設計方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在ＲＦＩＤタグや非接触型ＩＣカードなどの無線通信を用いたＩＣタグの使用が活発化している。またそのタグアンテナの設計についても、さまざまな提案がなされている。
特許文献１には、電力を安定して得ることができると共に、十分な通信距離を確保できるタグアンテナを設計する手法として、ＩＣタグに読み書きを行なうリーダライタ（ＲＷ）から送信される電波に共振すると共にタグアンテナが接続されるタグＬＳＩの入力部とインピーダンス整合が取れるようにアンテナを設計することが開示されている。
【０００３】
また特許文献２では、周波数を決めた後にタグアンテナの電気的特性を算出することによりタグアンテナの設計時間を短縮する設計手法が開示されている。
更に特許文献３には、全方位的な無指向性を向上させかつインピーダンスマッチングの容易なＩＣタグアンテナの形状が開示されている。
【０００４】
また特許文献４には、アンテナの解析領域を細かい要素に分割して、各要素に変数を定義してこの変数を変化させて最適化を行うことにより、アンテナの設計を容易にする手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−４５３３９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３５００号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４２８３号公報
【特許文献４】特開２００３−３３２８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＣタグのタグアンテナの設計には、電磁界シミュレータの活用が有効である。しかしながら汎用の電磁界シミュレータは、高機能である分、操作方法が複雑で習得するのに時間がかかる。
【０００６】
またＩＣタグのタグＬＳＩのインピーダンスは、一般に数１０Ω−ｊ数１００Ω（ｊは虚数単位）であり、このようなインピーダンスと整合させるタグアンテナを設計する必要がある。
【０００７】
しかしながら、汎用の電磁界シミュレータは、複素数形式の基準インピーダンスとの整合性を評価する機能を備えていない場合が多い。
また、タグアンテナをモデル化する場合、設計者はアンテナの寸法をモデル化画面で入力するのだが、その作業は画面上にあるタグアンテナの形状を決めているドットを移動させるものであり、アンテナの形状が複雑になればなるほど、入力作業が煩雑になり時間もかかる。
【０００８】
更には、ＩＣタグ設計で重要となる性能は、通信距離と帯域及び放射パターンであるが、汎用の電磁界シミュレータでは、通信距離について計算し、それを表示することはできない。そこで設計者は、汎用電磁界シミュレータによって得た利得、インピーダンスの計算値を元に、別途通信距離を算出する必要がある。
【０００９】
また、最適な性能が得られるＩＣタグを設計するためには、ＩＣタグの性能に影響があるパラメータを変化させながら最適値が得られる場合を探す必要がある。このためには、何度も上で述べたモデル作成、整合、通信距離評価と言ったプロセスを繰り返す必要があり多大な時間と労力を要するといった問題がある。
【００１０】
上記問題点を鑑み、本発明は、特別な知識や経験を有しなくても容易に、効率的なタグアンテナを設計できるアンテナ自動設計装置、自動設計方法及び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】
【００１１】
本発明によるアンテナ自動設計装置は、ＩＣタグのタグアンテナを設計するアンテナ自動設計装置であって、上記課題を解決するために、本発明によるアンテナ自動設計装置は、モデル記憶部、及び設計入力部を備える。
【００１２】
モデル記憶部は、設計するタグアンテナの雛形となるモデルを記憶する。
設計入力部は、設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読み出し、当該読み出したモデルを画面表示すると共に、当該モデルの形状の変更を長さの情報で入力させる入力画面を画面表示する。
【００１３】
また本発明によるアンテナ自動設計方法は、ＩＣタグのタグアンテナを設計するアンテナ自動設計方法であって、設計を行なうタグアンテナの形状を画面表示し、前記設計を行なうタグアンテナの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示することを特徴とする。
【００１４】
また本発明によるプログラムは、情報処理装置で実行されるプログラムであって、設計を行なうＩＣタグのタグアンテナの形状を画面表示し、前記設計を行なうタグアンテナの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
開示のシステムによれば、タグアンテナの設計モデルの雛形を用意し、設計者は変更したい箇所の長さの情報を入力するだけでモデルを作成することが出来る。したがって従来は入力画面で座標を入力しながらモデルを作成する場合に比べ、格段にモデル作成の効率化が図れる。
【００１６】
またタグＬＳＩの条件を指定してタグアンテナとタグＬＳＩの整合を計算する機能を備えるので、整合状態を定量的に評価できる。
更にはタグＬＳＩ及びリーダライタ（ＲＷ）の特性を指定して通信距離を計算する機能を備えるので従来のように電磁界シミュレータでの解析結果を元に別途表計算ソフトなどを使って通信距離を計算する場合に比べ、格段に設計の効率化が図れる。
【００１７】
また与えられた条件で最適化されたタグアンテナを設計し結果を表示することが出来る。
更にアンテナの形状を規定する複数の長さを最適化処理で求めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
なお以下の説明では、本実施形態のアンテナ自動設計装置でＵＨＦ帯及び２．４５ＧＨｚ帯のＲＦＩＤタグのタグアンテナを設計する場合を例としてあげているが、本実施形態のアンテナ自動設計装置で設計できるタグアンテナは、このようなものに限定されるもの
ではなく、他の周波数帯のＲＦＩＤタグのタグアンテナや非接触型ＩＣカード等のＲＦＩＤ以外のＩＤタグのタグアンテナの設計も行なうことが出来る。
【００１９】
図１は、本実施形態におけるアンテナ自動設計装置の構成例を示す図である。
同図においてアンテナ自動設計装置１は、モデル記憶部１１、設計入力部１２、整合状態計算部１３、通信距離特性計算部１４及びアンテナ最適化計算部１５を備えている。
【００２０】
モデル記憶部１１は、アンテナ自動設計装置１でタグアンテナを設計を行う際の雛形となるモデルや設計を終えたモデルを記憶している。このモデルの情報は、タグアンテナの形状を規定するドットの座標の情報と、タグアンテナの電気的特性よりなる。なおこのモデル記憶部１１に記憶されるモデルの情報は、従来の設計装置によって設計されたタグアンテナのデータと基本的には同じなので、他の設計装置による設計データをこのモデル記憶部１１にコピーして、本実施形態のアンテナ自動設計装置１１によるタグアンテナ設計の雛形として用いることも出来る。
【００２１】
設計入力部１２は、タグアンテナ設計時に、表示部にモデル記憶部１１から読み出したモデルを表示し、設計者に形状を規定する部分の長さの情報を入力変更させて設計を行なわせる。設計者が、設計入力部１２によって表示されたタグアンテナの形状から、変更を加えたい部分の長さを指定入力する。この入力された長さに基づいて、設計入力部１２は、タグアンテナの形状を規定するドットの座標を変更して新規形状のモデルを生成する。また設計されたタグアンテナを解析して、タグアンテナのインピーダンス（アドミッタンス）や利得等を求める。
【００２２】
このようにタグアンテナの形状変更を設計者に長さの情報として入力させることにより、本実施形態のアンテナ自動設計装置１では、容易にタグアンテナの形状を変更して設計を行なうことが出来る。
【００２３】
整合状態計算部１３は、タグＬＳＩのインピーダンスと、設計入力部１２により設計したタグアンテナの整合状態を計算して画面上に表示する。
通信距離特性計算部１４は、設計入力部１２により設計したタグアンテナの通信距離の周波数特性や指向性分布を計算して表示する。
【００２４】
アンテナ最適化計算部１５は、設計入力部１２によりタグアンテナを設計する際、特定部分の長さの最適化値を計算して表示するものである。
図２は、設計入力部１２がモデル記憶部１１からモデルを読み出して画面表示したときの表示画面例である。
【００２５】
同図は、折り返しダイポールアンテナに並列インダクタンスパターンを付加したタグアンテナを設計するためのモデルを読み出した例を示している。
図２に示すように、表示されているタグアンテナは、Ｌ１、ｓ１〜ｓ３、ｗ１〜ｗ４の８つの長さの情報で形状が規定されている。そして設計者が、各長さの入力ボックス２１から所望の長さを入力すると、それに伴って表示画面２０に表示されているタグアンテナの形状が変わる。
【００２６】
従来行なわれていたタグアンテナの設計では、電磁界シミュレータ画面上で形状を規定している複数のドットの３次元座標を変更して形状の設計を行なっていた。そのため特定部分の大きさを変える等の処理に、熟練者でも数分〜十数分かかっていた。それに対して本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、変更したい長さを入力ボックス２１から入力するだけで、一瞬の内にタグアンテナの形状を変更できる。
【００２７】
なおこの図２の設計画面からは、タグアンテナの電気的特性も入力ボックス２２から入力することにより設定変更することが出来る。またタグアンテナを貼り付ける物質（誘電体）の大きさや電気的特性、対象とする周波数も入力ボックス２３、２４から入力することにより設定することが出来る。
【００２８】
タグアンテナは常に何らかの管理対象に貼り付けて使用する。貼り付けることでアンテナの特性は変化するため、貼り付け対象までモデル化することが必要である。したがって貼り付け前のタグアンテナ単体での特性を評価する場合は、貼り付ける誘電体をモデル化する必要はない。
【００２９】
設計者は入力ボックス２１、２２、２３、２４に必要な寸法及び材料特性を入力し、ポインティングデバイスを操作して、画面右下にあるモデル作成ボタン２５を画面上で押下することで、電磁界シミュレータで解析可能なモデルが作成される。そして全ての入力が終わり設計が完成した後、設計者は不図示の保存ボタンを押すと設計されたタグアンテナのデータはモデル記憶部１１に記憶される。なおこの保存したモデルを別の設計時に雛形として用いてもよいことはいうまでもない。
【００３０】
上述した処理で作成されるタグアンテナのモデル例を図３に示す。
これを従来の汎用電磁界シミュレータで０からモデル化しようとすれば、形状を規定する各ドットの３次元座標を全て入力する必要があり、熟練者でも１０分程度は要する。しかしながら本実施形態の画像記録装置１を用いれば、熟練者でなくても数秒から数１０秒で図３のようなモデルを作成できるため大幅な効率化が可能となる。
【００３１】
なお図３の折り返しダイポールアンテナに並列インダクタンスパターンを付加したタグアンテナ概略の動作原理については、特開２００６−２９５８７９号公報に類似のタグアンテナの動作についての詳細が示されている。
【００３２】
また図１では、雛形として折り返しダイポールアンテナに並列インダクタンスパターンを付加したタグアンテナを用いたがモデル記憶部１１には他の構成、例えば全長が半波長以下のダイポールに並列インダクタンスパターンを付加したタイプやパッチアンテナ型等の他のタイプのタグアンテナの雛形が用意されており、これらを用いてタグアンテナのモデル設計を行なっても良いことはいうまでもない。
【００３３】
また図１の画面に「解析」ボタンを設けてこれを画面上で押下することで作成されたモデルの特性をシミュレーションできるようにしても良い。更に「結果表示」ボタンを設けて解析結果を表示できるようにしても良い。またこれらのボタンをまとめて「モデル作成・解析」ボタンとしても良い。
【００３４】
なお解析手法としては従来用いられている、実績のある電磁界解析手法であれば良く特に制限はない。例えばモーメント法、ＦＤＴＤ法、有限要素法などが考えられる。
次に整合状態計算部１３による処理を説明する。
【００３５】
図４は整合状態計算部１３による表示入力画面である。
同図の表示入力画面には、左側にタグＬＳＩのインピーダンス及び測定周波数を入力する入力ボックス３１があり、設計者がこの入力ボックスから整合性を計算するタグＬＳＩの入力インピーダンスを入力すると、設計入力部１１で設計したタグアンテナとの整合性が計算され、計算結果が表示部分３２に矩形グラフとして表示される。同図では、ＳパラメータのＳ１１（入力反射係数）を縦軸に周波数を横軸にとった矩形グラフとして表しており、測定周波数９５３ＭＨｚ近辺でＳ１１が最小となっており、ほぼ整合性が取れていることが分かる。
【００３６】
ここでタグＬＳＩとタグアンテナとが整合性がとれる条件について説明する。
タグＬＳＩのインピーダンスＺc を
Ｚc ＝Ｒc ＋ｊＸc ・・・（１）
とする。なお式（１）の下付き添え字のｃはチップ(chip)の頭文字である。またjは虚数単位を示している。
【００３７】
式（１）において一般的なタグＬＳＩのインピーダンスはＲc は
Ｒc ＝数１０Ω、Ｘc ＝−数１００Ω・・・（２）
となる。
【００３８】
通常のアンテナは、５０Ωや７５Ωあるいは３００Ωに整合するように設計されることが多い。しかしながらタグＬＳＩの場合、その実数成分が上記したいずれにも該当しないのみならず、虚数成分Ｘcも０ではない。
【００３９】
またタグアンテナのインピーダンスＺa を
Ｚa ＝Ｒa ＋ｊＸa ・・・（３）
と定義する。式（３）の添え字のaはアンテナの頭文字である。
【００４０】
タグアンテナのインピーダンスがタグＬＳＩのインピーダンスと整合するためには以下の関係が成立する必要がある。
Ｚc ＝Ｚa*・・・（４）
式（４）においてＺa*は、Ｚa の複素共役を意味する。
【００４１】
従ってタグアンテナとタグＬＳＩの整合条件は以下のように書き表される。
Ｒc ＝Ｒa ，Ｘc ＝−Ｘa ・・・（５）
ここで図５に示すように、タグＬＳＩの等価回路は、抵抗（Ｒcp）と抵抗（Ｒcp）に並列に接続されたキャパシタ（Ｃcp）、タグアンテナは抵抗（Ｒap）と抵抗（Ｒap）に平行に接続されたインダクタ（Ｌap）と考えることが出来る。なお図５で添え字のpは並列回路であることを表わしている。
【００４２】
図５のような並列回路を表わすにはインピーダンスによる表記よりアドミッタンスによる表記のほうが分かりやすいため、式（１）および式（３）をアドミッタンスに変換する。まずタグＬＳＩのアドミッタンスは以下のようになる。
【００４３】
【数１】
0005228692.tif 000002
この式（６）でＧcpはタグＬＳＩの並列コンダクタンスを表わし、ＢcpはタグLSIの並
列サセプタンスを表わす。
【００４４】
タグキャパシタンス成分Ｃのアドミッタンスはｊ・Ｃで表わされる（・は角周波数を表わす）ので、式（５）と図６よりＲcpとＣcpは以下のようになる。
【数２】
0005228692.tif 000003
【００４５】
次にタグアンテナのアドミッタンスについて考える。
インダクタンス成分Ｌのアドミッタンスは１／（ｊ・Ｌ）で表わされるので、タグＬＳＩの場合と同様にして、ＲapとＬapは以下のように表わされる。
【００４６】
【数３】
0005228692.tif 000004
ここでＧapはタグアンテナの並列コンダクタンスを、またＢapはタグアンテナの並列サセプタンスを表わす。
【００４７】
式（７）および式（８）に式（５）の整合条件を当てはめると、
【数４】
0005228692.tif 000005
となる。
ここで式（９）が成立するならば、Ｂap ＝−Ｂcpとなり、またＹa=Ｙc*となる。
【００４８】
すなわちタグアンテナの並列抵抗成分ＲapをタグＬＳＩの並列抵抗成分Ｒcpと等しくなるようすると同時に、タグアンテナの並列インダクタンス成分ＬapでタグＬＳＩの並列キャパシタンス成分Ｃcpを打ち消すことで整合が取れることが分かる。
【００４９】
タグＬＳＩのアドミッタンスの虚数部はＣcp・ωなので周波数とともに変化する。すなわち周波数ごとに異なるインピーダンスとなる。
通常の電磁界シミュレータでは、このような複素数基準インピーダンスの整合状態を表示することができない。設計者がスミスチャート上にインピーダンスをプロットして概略の整合状態を知ることはできるが、定量的に評価するためにはスミスチャートで表すより図４のように矩形グラフで表示した方が分かりやすい。
【００５０】
なお本実施形態におけるアンテナ自動設計装置では、整合状態計算部１３による計算結果を図４のようなグラフ表示だけでなく図６のようなスミスチャートによって表示ししても良い。
【００５１】
図６では周波数８００ＭＨｚから１２００ＭＨｚまでの計算結果をスミスチャート上に示して表示している。
次に通信距離特性計算部１４による処理を説明する。
【００５２】
図７は、通信距離特性計算部１４によって表示される、設計したタグアンテナのモデルの通信距離の周波数特性を示す図である。
図７において、設計者が入力ボックス４１から計算する周波数の範囲、タグＬＳＩの電気特性、リーダライタ（ＲＷ）の出力電力及び利得を入力すると、設計したタグアンテナの各周波数における通信距離が計算され、表示画面４２に縦軸に通信予想距離、横軸に周波数をとったグラフが表示される。図７の場合には、周波数が８７０ＭＨｚ近辺が最も通信距離が長いことが分かる。
【００５３】
図８は、通信距離特性計算部１４によって表示される、特定周波数における通信距離の指向性分布を示す図である。
設計者は画面左側の入力ボックス５１からタグＬＳＩの電気的特性及びリーダライタ（ＲＷ）の特性を指定すると、表示画面５２に設計したタグアンテナのモデルの指向性分布を示す図が画面に表示される。
【００５４】
従来からある汎用の電磁界シミュレータでは、この通信距離特性計算部１４のような機能はないので、設計者は電磁界主ミレータによる計算結果を用いて、表計算ツールなどで別途加工して通信距離を算出する必要があった。それに対して本実施形態のアンテナ自動設計装置１は、通信距離特性計算部１４による設計したタグアンテナに対して、通信距離や指向性の計算結果をそのまま求めることが出来るので、通信距離評価に要する時間を大幅に短縮できる。
なお通信距離は以下の式（１０）を元に計算する。
【００５５】
【数５】
0005228692.tif 000006
式（１０）において、
λ：波長、Ｐｔ，Ｇｔ：リーダライタ（ＲＷ）の出力電力、アンテナ利得、ｑ：整合係数、Ｐｔｈ：タグＬＳＩの最小動作電力、Ｇａ：タグアンテナの利得
【００５６】
式（１０）で、タグＬＳＩとタグアンテナの整合係数ｑは以下のような式（１１）で表わされる。
【００５７】
【数６】
0005228692.tif 000007
式（１１）において、
Ｒｃ、Ｘｃ：タグＬＳＩの抵抗、リアクタンスＺｃ＝Ｒｃ＋ｊＸｃ
Ｒａ、Ｘａ：タグアンテナの抵抗、リアクタンスＺａ＝Ｒａ＋ｊＸａ
【００５８】
なお式（１０）、（１１）で求まる通信距離はリーダライタ（ＲＷ）のアンテナの偏波特性が直線偏波の場合である。リーダライタ（ＲＷ）のアンテナが円偏波を放射する場合は、式（１）で得られた計算結果を√２で割れば通信距離が求まる。
【００５９】
次にアンテナ最適化部１５の動作処理について説明する。
図９にアンテナ最適化部１５によって最適化設計を行うアンテナの例を示す。
同図のアンテナは、長さが半波長以下のダイポールアンテナに並列にインダクタンスパターンを付加したものである。なおアンテナ最適化部１５で最適化可能なタグアンテナは、全長半波長以下のダイポールに並列インダクタンスパターンを付加したものであれば、図８に示す形状に限定されない。また図９のタグアンテナの詳細な動作原理については、特開２００６−２９５８７９号公報に開示がある。
【００６０】
一般にアンテナの性能（通信距離）は、アンテナの占有体積で決定されるが、通常タグアンテナの寸法（図９のＬ１やＬ２）は、貼り付け対象の大きさにより決定される場合が多いため、設計者が自由に決めることはできない場合が多い。またタグアンテナの通信距離は、タグＬＳＩとの整合状態により決まるので、図９の長さＳ２を変化させてタグアンテナのインピーダンスを変化させれば通信距離も変化する。
【００６１】
図１０に長さＬ１を固定してＳ２を変化させた場合のシミュレーション結果を示す。
同図（ａ）はＬ１が７３ｍｍ、Ｙｃが１−ｊ４ｍＳ、同図（ｂ）はＬ１が７３ｍｍ、Ｙｃが２−ｊ４ｍＳ、同図（ｃ）はＬ１が１５０ｍｍ、Ｙｃが１−ｊ４ｍＳ、同図（ｄ）はＬ１が１５０ｍｍ、Ｙｃが２−ｊ４ｍＳのとき横軸にＳ２の値を取って、縦軸に整合係数にタグアンテナゲインを掛けた値（ｑ×Ｇａ：通信距離に比例）、整合係数（ｑ）及びタグアンテナのサセプタンスとタグＬＳＩのサセプタンスの差（｜Ｂｃ＋Ｂａ｜）の３つの変数を表わしたものである。
なお図１０において固定したパラメータ値は、Ｌ２＝７ｍｍ、Ｗ１＝２ｍｍ、Ｗ２＝１ｍｍ、Ｓ３＝５ｍｍ、及びＳ４＝５ｍｍである。
【００６２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すＬ１＝７３ｍｍの場合については、ｑ、ｑ×Ｇａが最大となるＳ２の値と｜Ｂｃ＋Ｂａ｜が最小となるＳ２の値は２５ｍｍと同じである。従ってこれらの場合はＢｃ＋Ｂａが最小となる場合すなわちＢｃ＝―ＢａとなるようなＳ２の値を求めればよい。
【００６３】
一方図１０（ｃ）、（ｄ）に示すＬ＝１５０ｍｍの場合、ｑとｑ×Ｇａが最大となるＳ２の値は等しいが、図１０（ｃ）のようにｑが最大になるＳ２の値と｜Ｂｃ＋Ｂａ｜が最小となるＳ２の値は同じではない場合があることが分かる。
【００６４】
以上よりタグの外形寸法が決まれば、Ｓ２の値のみを変化させることでタグアンテナの通信距離を最適化できることが分かる。
このＳ２の最適価値を求めるには、タグアンテナの長さが受信電波の波長に比して短い場合は、タグアンテナのサセプタンスとタグＬＳＩのサセプタンスの和が０になるＳ２を求めるアルゴリズムが使用できる。一方アンテナの長さが受信電波の半波長（この場合約１５．７ｃｍ）に近い場合は整合係数ｑが最大になる（Ｓ１１が最小になる）ようなＳ２の値を求めるアルゴリズムが使用できる。
【００６５】
なお全長が半波長に近い場合や半波長に比べ十分短い場合も、ｑが最小になるようなアルゴリズムを用いても良いが、一般に最小値探索アルゴリズムと非線形一次方程式の解法アルゴリズムでは、後者のほうが短い時間で解に到達できる。従って、アンテナ最適化計算部１５では、タグアンテナの長さが受信電波の波長に比して短い場合は、タグアンテナのサセプタンスとタグＬＳＩのサセプタンスの和が０になるＳ２を求めるアルゴリズムを、またアンテナの長さが受信電波の半波長に近い場合は整合係数が最小になるようなＳ２の値を求めるアルゴリズムが使用するよう、アンテナの全長に応じて異なるアルゴリズムを使い分けることで、より効率の良い最適化設計が可能になる。
【００６６】
一次元最小値問題のアルゴリズムとしては、黄金分割法、ブレントの方法などが考えられる。さらに精度を上げるためには３次関数を用いる以下のような手法が使用できる。
ステップ１
横軸をＳ２、縦軸をＳ１１（真値）としてＳ２＝Ｐ１、Ｓ２＝Ｐ２、Ｓ２＝Ｐ３、Ｓ２＝Ｐ４の４点を取り、この４点を通る３次関数を近似する。なおＰ１は設定可能なＳ２の最小値、Ｐ２は最大値。Ｐ２及びＰ３は以下のような式で表わされる。
Ｐ２＝Ｐ１＋１／３（Ｐ４−Ｐ１）
Ｐ３＝Ｐ１＋２／３（Ｐ４−Ｐ１）
Ｐ１からＰ４までＳ２の大きさを変化させた例を図１１に示す。
ステップ２
ステップ１で近似した３次関数で、導関数が０となる点（極小点）Ｐ５を求める。
ステップ３
Ｐ１〜Ｐ４の中でＳ１１の値が最も大きい点とＰ５を入れ替える。
ステップ４
ステップ４で入れ替えた新たなＰ１〜Ｐ４の組で、ステップ１〜３の処理を収束するまで繰り返す。そして３時間数の極小点が一定の値に収束したならば、その値をＳ２の値とする。
【００６７】
Ｓ２の最小値・最大値の値（Ｐ１，Ｐ４）は製造できる最小パターン間隔から決定される。
また一次方程式の解法アルゴリズムとしては、よく知られたニュートン法や、二分法などを用いればよい。
【００６８】
図１２にアンテナ最適化計算部１５による最適化処理実施画面例を示す。
図１２（ａ）に示すようなモデル作成画面で、タグアンテナモデルのＳ２以外の寸法を指定した後、図１２（ｂ）に示すような画面で、タグＬＳＩの特性値を入力し、計算実行ボタン６１を画面上で押下することで、図１１に示すアルゴリズムが自動実行され最適なＳ２の値が算出される。
【００６９】
図１２（ｂ）では、１０回上記ステップ１〜３の処理を繰り返したときにＳ２の値は２５．２ｍｍに収束し、入力された条件において最適化されたＳ２の値として２５．２ｍｍが求まっている。
【００７０】
図１３は、本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１によってタグアンテナを設計する際のアンテナ自動設計装置１の動作を示すフローチャートである。
同図において処理が開始されると、まずステップＳ１として設計入力部１２は設計者に設計するタグアンテナの種類から雛形を選択させる。すると設計入力部１２は、対応する雛形をモデル記憶部１１から読み出し、ステップＳ２として図９のようなタグアンテナの形状を長さで入力させる画面を表示する。なお雛形を使わずに一からタグアンテナを設計する場合には、この雛形となるモデルの読み出しは行なわない。
【００７１】
そしてステップＳ３として設計者にステップＳ２で表示した画面上から、設計するタグアンテナの形状を規定する寸法（長さ）、及び導電率等のタグアンテナやタグアンテナを貼り付ける誘電体の電気的特性を入力させる。
【００７２】
そして次にステップＳ４として、設計するタグアンテナの対象周波数をステップＳ２で表示した表示画面上から入力させる。
次にステップＳ５として、このステップＳ３、Ｓ４の入力内容から新たなモデルを生成し、これを保存するのなら（ステップＳ６、Ｙ）、ステップＳ８として新規に作成されたモデルをモデル記憶部１１に保存し、保存しないのならステップＳ８をスキップする。
【００７３】
次にステップＳ８として、上記処理により作成されたタグアンテナのモデルに対して解析を行なうかどうかを設計者に選択させる。
その結果、解析を行なうことを設計者が選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ８、Ｙ）、次にステップＳ９において、解析の内容が通信距離の解析か、整合性の解析かを設計者に選択させる。
【００７４】
ステップＳ９において、設計者が通信の解析を選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ９、通信距離）、アンテナ自動設計装置１は、通信距離特性計算部１４を起動し、通信距離特性計算部１４は、ステップＳ１０として図７のような表示画面を表示し、設計者に入力ボックス４１からタグＬＳＩのインピーダンス等の特性情報を入力させ、またステップＳ１１としてリーダライタ（ＲＷ）の特性情報を入力させる。
【００７５】
通信距離特性計算部１４は、ステップＳ１２において、タグアンテナモデルの特性とステップＳ１０、Ｓ１１で入力されたタグＬＳＩとリーダライタの特性から通信距離を計算し、ステップＳ１３として通信距離−周波数特性を画面上に表示する。
【００７６】
通信距離−周波数特性が画面に表示されている状態で、設計者が表示内容の切換えを選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ１４、Ｙ）、ステップＳ１５として通信距離特性計算部１４は、表示内容を図７のような通信距離−周波数特性から図８のような通信距離の指向性分布を示す表示に切り換えた後処理をステップＳ２３に移す。また設計者が表示を切り換えないことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば、（ステップＳ１４、Ｎ）、ステップＳ１５はスキップして、そのまま処理をステップＳ２３に移す。
【００７７】
ステップＳ９において、設計者が整合性の解析を選択したのならば（ステップＳ９、整合性）、アンテナ自動設計装置１は、整合状態計算部１３を起動し、整合状態計算部１３は、ステップＳ１６として図４のような表示画面を表示し、設計者に入力ボックス３１からタグＬＳＩのインピーダンス等の特性情報を入力させる。
【００７８】
そして整合状態計算部１３は、ステップＳ１７において、タグアンテナモデルの特性とステップＳ１６で入力されたタグＬＳＩの特性からＳ１１を計算し、ステップＳ１８とし
て図４もしくは図６のような整合性特性を表示する。
【００７９】
そしてこの整合性特性を見て、設計者がタグＬＳＩの条件を変更して再度解析を行ないたいと思い、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ１９、Ｙ）、処理をステップＳ１６に戻し、設計者がタグアンテナの条件を変更、若しくは処理を終了したいと思ったならば、処理をステップＳ２３に移す。
【００８０】
ステップＳ８において、設計者が解析処理を行わないと判断し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば、アンテナ自動設計装置１は、ステップＳ２０に設計者にタグアンテナの最適化処理を行なうかどうかを選択させる。
【００８１】
ステップＳ８において、設計者が最適化処理を行なうことを選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ２０、Ｙ）、ステップＳ２１として、アンテナ自動設計装置１は、アンテナ最適化計算部１５を起動し、アンテナ最適化計算部１５はステップＳ２１として図１２のような画面を表示して、設計者にタグＬＳＩの特性を入力させる。
【００８２】
そしてアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ２２として後述する最適化処理を行ない、処理をステップＳ２３に移す。
また、ステップＳ２０において、設計者がタグアンテナの最適化処理を行なわないことを選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ２０、Ｎ）、処理をステップＳ２３に移す。
【００８３】
ステップＳ２３では、アンテナ自動設計装置１は、設計者にタグアンテナの設計処理を終了するかどうかを選択させ、設計者が処理を終了しないことを選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ２３、Ｎ）、処理をステップＳ１に戻す。またステップＳ２３において、設計者が処理を終了することを選択し、そのことを通知する入力をアンテナ自動設計装置１に対して行ったならば（ステップＳ２３、Ｙ）、本処理を終了する。
【００８４】
図１４は、図１３のステップＳ２２の最適化処理の詳細を示すフローチャートである。
同図の処理に入るとまず、ステップ３１として整合状態計算部１３は、タグアンテナの長さＬ１に対してαＬ１＜λかどうかを判断する。なおここでαは任意の定数であり事前に予備解析を行なって求めておく。またλはタグアンテナが受信する受信電波の波長である。
【００８５】
なおαの値はタグアンテナを貼り付ける誘電体の実効誘電率εr に依存するのでαを、
【数７】
0005228692.tif 000008
と定義すれば、定数ａは実効誘電率εrに依存しない値になる。
【００８６】
ステップＳ３１において、整合状態計算部１３がαＬ１＜λでないと判断したならば（ステップＳ３１、Ｎ）、ステップＳ３２として一次元最小問題を解きＳ１１が最小となるＳ２の大きさを求める。
【００８７】
またステップＳ３１において、整合状態計算部１３がαＬ１＜λと判断したならば（ステップＳ３１、Ｙ）、ステップＳ３３としてグアンテナのサセプタンスとタグＬＳＩのサ
セプタンスの和が最小となるように、言い換えると｜Ｂｃ＋Ｂａ｜が最小、すなわちＢｃ−Ｂａ＝０となるＳ２の大きさを求める。
【００８８】
ステップＳ３２若しくはＳ３３において、最適化されたＳ２の大きさが求まると、ステップＳ３４として整合状態計算部１３はこの結果を保存するか否かを選択させる。
そして、設計者が保存を選択し、そのことを通知する操作指示をアンテナ自動設計装置１に対して行なうと（ステップＳ３４、Ｙ）、整合状態計算部１３は、ステップＳ３５において最適化されたタグアンテナの形状、利得、整合性、通信距離を保存し、処理をステップＳ２３に受け渡す。またステップＳ３４において、設計者が保存を選択しなかった場合には、そのままステップＳ２３に処理を受け渡す。
【００８９】
次にタグアンテナの形状を決める複数の値を最適化する場合について説明する。
図１５は、複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第１の例を示す図である。
【００９０】
図１５は、折り返しダイポールアンテナにループインダクタンスを並列に接続した形状のタグアンテナである。
図１０乃至図１２を用いて説明した最適化方法では、長さＳ２を変化させて通信距離を重視して最適な長さＳ２を求める場合を例として示した。
【００９１】
本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、上述したアンテナの形状を決める長さの値を１つのみ最適化するのではなく、複数の値に対して最適化処理を実施することが出来る。
【００９２】
またこの最適化処理において、通信距離を重視した最適化の他に、周波数帯域重視で最適化することを選択することが出来る。
図１０乃至図１２で示した１変数の最適化で設計できるタグアンテナは、非共振のタグアンテナに限定され、またタグアンテナのサセプタンスを決定する長さＳ２をアンテナ最適化計算部１５による計算結果から決定していた。
【００９３】
それに対して複数の値を最適化する場合には、その値として、図１４においてタグアンテナの共振特性を決める長さＬ１、タグアンテナのサセプタンスを決める長さＳ２、タグアンテナのコンダクタンスを決める長さＷ１及び長さＷ３をアンテナ最適化計算部１５による最適化処理によって決定する。なおタグアンテナのコンダクタンスについては、長さＷ１とＷ３の比で決定されるので、どちらか一方を固定値として他方の値を最適化するようにしても良い。またアンテナ最適化計算部１５による最適化処理では、変数が複数となるので可変計量法（準ニュートン法）等の最適化手法を用いて、最も性能の良い値を算出する。
【００９４】
なお他のタグアンテナの形状を決定する値は、電気的特性より製造上の条件から決定される。
図１６は、複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第２の例を示す図である。
【００９５】
第２の例のタグアンテナも、折り返しダイポールアンテナにループインダクタンスを並列に接続した形状のものである。ただしこのタグアンテナでは、全長を短くするために折り返しダイポール部を折り曲げた形状となっている。このタグアンテナの動作原理については特願２００６−５４８５９６号に開示がある。
【００９６】
このタグアンテナの設計を行う場合、同図において長さＬ１、Ｓ２、Ｗ１及びＷ２をア
ンテナ最適化計算部１５によって最適化した値を求める。長さＬ１を調整することで共振周波数を調整する。また長さＳ２を調整することによりタグアンテナとタグＬＳＩとの整合（コンダクタンス）を調整する。また長さＷ１及びＷ３若しくはそのどちらか一方を調整することによりタグアンテナとタグＬＳＩとの整合性（サセプタンス）を調整する。これらをパラメータとして同時に変化させて最適化を行う。
【００９７】
図１７は、複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第３の例を示す図である。
第３の例のタグアンテナは、金属や液体に貼り付けても動作するタグアンテナである。このタグアンテナは、誘電体の一方の面に上の図に示すような給電パターンおよびパッチを設置し、他方の面にＧＮＤパターンを設置する。このようなタグアンテナの動作原理については、特開２００８−６７３４２号に開示がある。
【００９８】
この図１７のようなタグアンテナを設計するに当たっては、アンテナ最適化計算部１５によって、長さＳ６、Ｓ１もしくはＳ２、及びＳ４の最適化値を求める。
長さＳ６を調整することでアンテナの共振周波数を調整することが出来る。Ｌ１＋２×Ｓ６の電気長が半波長に等しいとき、アンテナは共振し、最も高い利得が得られる。
【００９９】
長さＳ２もしくはＳ１を調整することで、アンテナとタグＬＳＩの整合を調整する。すなわち長さＳ２を調整することで、アンテナのサセプタンスタンスが変化する。Ｓ２が大きくなるにつれ、ループパタンの面積が大きくなるため、インダクタンスＬは大きくなる。サセプタンスはインダクタンスに反比例するので、サセプタンスは小さくなる。また長さＳ１の電気長は、半波長よりも短く設定されている。長さＳ１を大きくしていくとアドミッタンスはスミスチャート上を時計回りに回転し、アンテナサセプタンスは小さくなる。タグＬＳＩのサセプタンスとタグアンテナサセプタンスの大きさが等しく、符号が逆になるように長さＳ２の値を調節することによりタグアンテナとタグＬＳＩとの整合性を調節することが出来る。
【０１００】
また長さＳ４を調整することで、アンテナとタグＬＳＩの整合を調整する。すなわち長さＳ４を調整することで、アンテナのコンダクタンスが変化する。タグＬＳＩのコンダクタンスとタグアンテナのコンダクタンスが等しくなるようにＳ４を調整すれば良い。
【０１０１】
また上述したようにタグアンテナの形状を決定する複数の長さの値を最適化して設計を行う場合、本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、設計者は距離重視の最適化を行うか、あるいは帯域重視の最適化を行うかを選択することが出来る。
【０１０２】
距離重視で設計する場合、図１８（ａ）に示すように周波数を変化させた場合のタグアンテナのインピーダンス（またはアドミッタンス）の軌跡はスミスチャート上で一回転する。このとき回転部分の頂点が仕様周波数に一致し、かつタグＬＳＩのインピーダンスの複素共役と一致するように設計すればよい。
【０１０３】
また帯域重視の設計を行う場合、図１８（ｂ）に示すようにアンテナインピーダンス（またはアドミッタンス）の軌跡はスミスチャート上で一回転する。このとき回転部分の頂点が仕様周波数に一致しかつタグＬＳＩインピーダンスの複素共役よりも少しスミスチャートの内側に入るようにする。言い換えればインピーダンス軌跡の一回転する部分がタグＬＳＩインピーダンスの複素共役を囲むようにする。
【０１０４】
図１８（ａ）の距離重視の場合のスミスチャートと図１８（ｂ）の帯域重視の場合のスミスチャートを比較すると、図１８（ｂ）の帯域重視の場合、動作周波数でのタグアンテナのインピーダンスは、スミスチャート上では、図１８（ａ）の距離重視の場合に比べ内
側に入っていることが分かる。これはアンテナのコンダクタンスが大きい（並列抵抗が小さい）ことを意味している。
【０１０５】
従って帯域重視で設計するときには、タグアンテナのサセプタンスはタグＬＳＩのサセプタンスと大きさが同じで符号が逆向きになるようにし、アンテナコンダクタンスはタグＬＳＩのコンダクタンスよりも大きくなるようにする。コンダクタンスをどの程度大きくするかについては、必要とされる帯域により異なる。
【０１０６】
図１９（ａ）は図１８（ａ）の距離重視の場合のスミスチャートを、図１９（ｂ）は図１８（ｂ）の帯域重視の場合のスミスチャートを拡大した図である。
アンテナの利得を一定とすれば、アンテナのインピーダンスとタグＬＳＩのインピーダンスが完全に整合している場合、通信距離は最大となる。
【０１０７】
アンテナおよびタグＬＳＩのアドミダンスをそれぞれＹａ＝Ｇａ＋ｊＢａ、Ｙｃ＝Ｇｃ＋ｊＢｃとすると、タグアンテナとタグＬＳＩが完全に整合した場合、Ｇａ＝ＧｃかつＢａ＝−Ｂｃとなる。
【０１０８】
ここでＢａ（タグアンテナのサセプタンス）＝Ｂｃ（タグＬＳＩのサセプタンス）とした状態で、Ｇａ（タグアンテナのコンダクタンス）をＧｃ（タグＬＳＩのコンダクタンス）よりも大きくしていくと、図１９（ａ）に示すように、アドミタンスチャート上において、周波数を変化させた場合のタグアンテナの軌跡が作る円の内側に使用する周波数でのアドミタンスが入る。
【０１０９】
一方図１９（ｂ）の軌跡の長さは図１９（ａ）と殆ど変わらずに、各周波数におけるアドミタンスは、ピーク位置では目標とするアドミタンスから離れるものの、全体的には目標とするアドミタンスに近づく。また使用周波数では目標とするアドミタンスから離れる。Ｇａは抵抗Ｒａ（放射抵抗＋損失抵抗）の逆数である（Ｇａ＝１／Ｒａ）からＧａが大きいということは抵抗Ｒａは小さくなることを意味する。いいかえると抵抗Ｒａ（＝１／Ｇａ）を整合最適の場合よりも若干小さく（経験値としては×０．８くらい）したほうが全体的には整合が良くなるため、帯域が広くなる。
【０１１０】
よって帯域重視で最適化を行う場合には、距離重視の場合より抵抗Ｒａ（＝１／Ｇａ）の値を若干小さくして（経験値としては×０．８くらい）、最適化する各タグアンテナの長さの値を求める。
【０１１１】
図２０（ａ）は、タグアンテナを規定する複数の長さを最適化する場合の解析する周波数の範囲の入力を行う画面例である。
本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、モデル選択ボタン７１を押下して設計するタグアンテナのモデルを選択するとそのタグアンテナのモデルが各長さと共に表示画面７２上に表示される。この状態から、アンテナ最適化計算部１５で最適化した長さを求める前に、解析する最大周波数／最小周波数及び周波数刻み入力欄７３から設計者に入力させる。そうすると解析する周波数が周波数出力欄７４から表示される。
【０１１２】
同図では解析する周波数範囲が８００ＭＨｚから１０００ＭＨｚまで範囲を１０ＭＨｚ刻みで変化させて最適化処理を行うよう設定されている。
このような状態において、画面上の確定ボタン７５を押下すると図２０（ｂ）に画面が切り替わる。
【０１１３】
図２０（ｂ）は、上記したタグアンテナを規定する複数の長さを距離重視で最適化する場合の設定画面の例である。
同図の画面上が表示されると、設計者はまず入力欄８１からＬＳＩインピーダンス等のタグＬＳＩの特性や、ＲＷアンテナの出力電力等のＲＷアンテナの特性を入力する。そして次に画面上の距離重視／帯域重視の選択を行うボタンでどちらか一方を選択後、計算実行ボタン８３を押下する。
【０１１４】
するとアンテナ最適化計算部１５は、可変計量法（variable metric methods）や共役勾配法（conjugate gradient method）等の多変数の最適化手法を用いてタグアンテナの形状を規定する複数の長さの値を求める。そしてこの最適化の過程は、表示画面８４上にグラフとして、また表８５に数値として設計者に表示する。
【０１１５】
設計者は、この最適化処理で求められた各長さの値が適当であると判断したならば、画面上の確定ボタン８６を押下することにより設計処理を完了する。
次に、アンテナ最適化計算部１５が可変計量法等を用いて複数のパラメータに対して最適化した値を同時に求める場合を説明する。
【０１１６】
図２１は、タグアンテナを規定する複数の長さを同時に最適化して求める場合のアンテナ自動設計装置１の動作処理を示すフローチャートである。
なお同図の処理は、設計入力部１１及びアンテナ最適化計算部１５による動作のみを示しており、他の整合状態計算部１３及び通信距離特性計算部１４の動作については、図１３のフロー中で説明したものと基本的に同じなので、ここでは説明を省略する。
【０１１７】
図２１において処理が開始されると、まずステップＳ４１として設計入力部１１は、モデル記憶部１１から設計するタグアンテナの雛形となるモデルを読み込む。
次にステップＳ４２として、設計者が図２０（ｂ）の画面から入力した設定が距離重視になっているか帯域重視になっているかを判断する。その結果帯域重視に設定がなっていたならば（ステップＳ４２、Ｎ）、ステップＳ４３としてタグＬＳＩのコンダクタンスＧｃに対して１／Ｇｃの値を実際の値よりも若干小さく（ここでは×０．８とする）する。またステップＳ４２において、設定が距離重視となっていたら（ステップＳ４２、Ｙ）、ステップＳ４３の処理はスキップして１／Ｇｃの値はそのままにする。
【０１１８】
次にアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ４２、Ｓ４３で設定したＧｃの値を用いて、可変計量法等の多変数に対する最適化手法を用いてタグアンテナの形状を形成する長さの値を最適化し、ステップＳ４４として最適化の結果得られたタグアンテナの形状を規定する各寸法、利得、整合性及び通信距離をメモリに保存後、処理を終了する。
【０１１９】
このように本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、複数の値に対しても最適化処理を行って値を求めることが出来る。
次に１つのパラメータに対して最適化処理を行うための二分法、ニュートン法、ブレンド法等の全て若しくはその一部を組み合わせてタグアンテナの形状を規定する複数の値を求める場合について説明する。
【０１２０】
この場合、タグアンテナの共振を決める長さ、タグアンテナのサセプタンスを決める長さ、及びタグアンテナのコンダクタンスを決める長さを順に１つずつ、二分法、ニュートン法、ブレンド法等を用いた最適化処理で決めてゆく。
【０１２１】
図２２及び図２３は、１つのパラメータに対する最適化処理を複数回行って、タグアンテナの形状を規定する複数の値を求める場合のアンテナ自動設計装置１の動作処理を示すフローチャートである。
【０１２２】
なお図２２及び図２３の処理も、設計入力部１１及びアンテナ最適化計算部１５による
動作のみを示しており、他の整合状態計算部１３及び通信距離特性計算部１４の動作については、図１３のフロー中で説明したものと基本的に同じなので、ここでは説明を省略する。
【０１２３】
なお以下の説明では、一例として、図１５の折り返しダイポールアンテナにループインダクタンスを並列に接続した形状のタグアンテナを設計することを前提に説明する。
同図において処理が開始されると、まずステップＳ５１として、設計入力部１１は、モデル記憶部１１からデータを読み込み折り返しダイポール部分のみをモデル化する。
【０１２４】
次にステップＳ５２として、アンテナ最適化計算部１５は、モデルの初期値として長さＬ１に与えられている値を用いて、アンテナインピーダンスを計算する。
そしてアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ５３として、得られたアンテナインピーダンスの虚数部が０であるかどうかを判定し、０でないならば（ステップＳ５３、Ｎ）、ステップＳ５４として二分法、ニュートン法または黄金分割法によってインピーダンスの虚数部が０になるような長さＬ１の値を求める。またステップＳ５３においてアンテナインピーダンスの値が０であったなら（ステップＳ５３、Ｙ）、長さＬ１の値はその値で問題がないので、ステップＳ５４はスキップする。
【０１２５】
この長さＬ１の値は仮の値であり、後述するステップＳ５８〜Ｓ６７のループ処理の収束を早めるために仮設定されるもので、最終的な長さＬ１の値は、ステップＳ５８〜Ｓ６７のループ処理内で決定される。
【０１２６】
折り返しダイポール部の長さＬ１の値が決まったので、設計入力部１１は、次にステップＳ５５としてモデルにインダクタンス部を付加する。
次にアンテナ最適化計算部１５は、設計者による設定値が通信距離重視で最適化を行う設定か、あるいは帯域重視で最適化を行う設定かを調べ、通信距離重視の場合（ステップＳ５６、Ｙ）、タグＬＳＩのコンダクタンスの値Ｇｃはそのままの値にし、帯域重視の場合には、タグＬＳＩのコンダクタンスの値１/Ｇｃを1/Ｇｃ＝１未満の定数（経験値では０．８）×1/Ｇｃとする。
【０１２７】
次にアンテナ最適化計算部１５は、繰り返し回数のカウンタＮを０に初期化する。そして次にステップＳ５８としてカウンタＮを１インクリメントする。
そして次にアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ５９として、タグアンテナのアドミタンスを計算する。その結果、タグアンテナのサセプタンスＢａとタグＬＳＩのサセプタンスＢｃの関係がＢａ＝−Ｂｃであったなら（ステップＳ６０、Ｙ）、タグアンテナのインダクタンス部の長さＳ２はそのままの値にし、グアンテナのサセプタンスＢａとタグＬＳＩのサセプタンスＢｃの関係がＢａ＝−Ｂｃでなかったなら（ステップＳ６０、Ｎ）、ステップＳ６１としてアンテナ最適化計算部１５は、二分法、ニュートン法または黄金分割法を用いてＢａ＝−Ｂｃとなるように長さＳ２の値を調節する。
【０１２８】
次にステップＳ６２として、アンテナ最適化計算部１５は、アンテナのコンダクタンスの値ＧａとタグＬＳＩのコンダクタンスの値Ｇｃの関係がＧａ＝Ｇｃであるかどうかを判定し、その結果Ｇａ＝Ｇｃであるならば（ステップＳ６２、Ｙ）、タグアンテナのインダクタンス部の長さＷ１及び／またはＷ３はそのままの値とし、Ｇａ＝Ｇｃでないのならば（ステップＳ６２、Ｎ）、ステップＳ６３としてアンテナ最適化計算部１５は、二分法、ニュートン法または黄金分割法を用いてＧａ＝Ｇｃとなるように長さＷ１及び／またはＷ３の値を調節する。
【０１２９】
次にステップＳ６４として、アンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ６３までに最適化して求めた長さＬ１、Ｓ２及び初期値の値を用いてタグアンテナのインピーダンスとＶ
ＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）若しくはＳ１１（入力反射係数）を算出する。
【０１３０】
そしてアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ６５として、ステップＳ６４で求めたＶＳＷＲまたはＳ１１が規定値以下かどうかを判定する。その結果規定値を超えていなければ（ステップＳ６５、Ｙ）、処理をステップＳ６８に進める。
【０１３１】
またステップＳ６５においてＶＳＷＲまたはＳ１１が規定値以下である場合には（ステップＳ６５、Ｎ）、ステップＳ６６にてＳ１１が最小になるように長さＬ１の値を最適化する。
【０１３２】
そしてアンテナ最適化計算部１５は、ステップＳ６７としてカウンタＮの値を調べ、カウンタＮの値が規定値Ｎ０に達していなければ、ステップＳ５８に処理を戻し、以降カウンタＮの値が規定値Ｎ０に達するまでステップＳ５８〜Ｓ６７の処理を繰り返す。そしてカウンタＮの値が規定値Ｎ０に達したならば（ステップＳ６７、Ｙ）、処理をステップＳ６８に進める。
【０１３３】
ステップＳ６８では、ステップＳ６７までの処理で最適化された長さＬ１、Ｓ２、及びＷ１または／及びＷ３の値を他の長さの値と共にメモリに保存後、本処理を終了する。
このように本実施形態におけるアンテナ自動設計装置１では、タグアンテナの形状を規定する複数の長さの値を最適化処理によって求めることが出来る。
【０１３４】
図２４は、本実施形態のアンテナ自動設計装置１をＰＣ等の情報処理装置で実現した場合のシステム環境図である。
図２４の情報処理装置は、ＣＰＵ９１、ＲＡＭ等の主記憶装置９２、ハードディスク等の補助記憶装置９３、ディスプレイ、キーボード、ポインティングデバイス等の入出力装置（Ｉ／Ｏ）９４、モデム等のネットワーク接続装置９５、及びディスク、磁気テープなどの可搬記憶媒体から記憶内容を読み出す媒体読み取り装置９６を有し、これらが互いにバス９８により接続される構成を備えている。そして各構成要素は、バス９８を介して互いにデータのやり取りを行う。
【０１３５】
ＣＰＵ９１は、補助記憶装置９３上のプログラムやネットワーク接続装置９５を介してインストールしたプログラムを、主記憶装置９２をワークメモリとして実行することにより、図１に示したアンテナ自動設計装置１の構成要素の機能を実現し、また図１３、図１４、図２１、図２２及び図２３に示したフローチャートの処理を実現する。
【０１３６】
図１４の情報処理装置では、媒体読み取り装置９７により磁気テープ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ等の記憶媒体９８に記憶されているプログラム、データを読み出し、これを外部インタフェース９６を介して本実施形態における携帯端末にロードする。そしてこのプログラムやデータを携帯端末で実行したり用いたりすることにより、上述したフローチャート処理をソフトウエア的に実現する。
【０１３７】
また、図１４の情報処理装置では、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体９７を用いてアプリケーションソフトの交換が行われる場合がある。よって、本発明は、アンテナ自動設計装置、アンテナ自動設計方法及びプログラムに限らず、コンピュータにより使用されたときに、上述した本発明の実施形態の機能をコンピュータに行なわせるためのコンピュータ読み出し可能な記憶媒体９７として構成することもできる。
【０１３８】
この場合、「記憶媒体」には、例えば図１５に示されるように、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（あるいはＭＯ、ＤＶＤ、メモリーカード、リムーバブルハードディスク等であってもよい）等の媒体駆動装置１０７に脱着可能な可搬記憶媒体１０６や、ネット
ワーク回線１０３経由で送信される外部の装置（サーバ等）内の記憶部（データベース等）１０２、あるいは情報処理装置１０１の本体１０４内のメモリ（ＲＡＭ又はハードディスク等）１０５等が含まれる。可搬記憶媒体１０６や記憶部（データベース等）１０２に記憶されているプログラムは、本体１０４内のメモリ（ＲＡＭ又はハードディスク等）１０５にロードされて、実行される。
【０１３９】
また、既に説明したＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体には、上記に例として挙げたものの他にも、例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標）やＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ）などの青色レーザーを用いた次世代光ディスク記憶媒体、赤色レーザーを用いるＨＤ−ＤＶＤ９、青紫色レーザーを用いるＢｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  ＤＶＤ、ホログラムなど、今後開発される種々の大容量記憶媒体を用いて本発明を実施することも可能である。
【０１４０】
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）
ＩＣタグのタグアンテナを設計するアンテナ自動設計装置であって
設計するタグアンテナの雛形となるモデルを記憶するモデル記憶部と、
設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読み出し、当該読み出したモデルを画面表示すると共に、当該モデルの形状の変更を長さの情報で入力させる入力画面を画面表示する設計入力部と、
を備えることを特徴とするアンテナ自動設計装置。
（付記２）
ＩＣタグのタグアンテナを設計するアンテナ自動設計方法であって
設計を行なうタグアンテナの形状を画面表示し、
前記設計を行なうタグアンテナの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示する
ことを特徴とするアンテナ自動設計方法。
（付記３）
情報処理装置で実行されるプログラムであって、
設計を行なうＩＣタグのタグアンテナの形状を画面表示し、
前記設計を行なうタグアンテナの形状の変更を、長さの情報で入力させる入力画面を画面表示する
ことを前記情報処理装置に実行させるプログラム。
（付記４）
前記長さの情報で入力させる入力画面から入力された長さの情報に基づいて、前記設計を行なうタグアンテナの形状の画面表示を変更することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記５）
設計者の指示に基づいて前記モデル記憶部からモデルを読み出し、当該読み出したモデルを画面表示することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記６）
ＩＣタグのタグＬＳＩのインピーダンスを入力させ、
前記タグＬＩＳのインピーダンスを用いて、前記設計を行なうタグアンテナと前記タグＬＩＳの整合特性を計算し、
当該整合特性を表示することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記７）
ＩＣタグのタグＬＳＩのインピーダンスを入力させ、
前記ＩＣタグに読み書きを行なうリーダライタの特性を入力させ、
前記タグＬＩＳのインピーダンス及び前記リーダライタの特性を用いて、前記設計を行なうタグアンテナの通信距離を求め、
当該通信距離を表示することを前記情報処理装置に実行させる特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記８）
前記通信距離の表示は、通信距離−周波数特性の表示であることを特徴とする付記７に記載のプログラム。
（付記９）
前記通信距離の表示は、通信距離の指向性分布の表示であることを特徴とする付記７に記載のプログラム。
（付記１０）
受信全波の波長λに対する前記設計を行なうタグアンテナの長さＬ１に応じてアンテナの最適化の方法を変更することを前記情報処理装置に実行させる付記３に記載のプログラム。
（付記１１）
定数αに対し前記波長λと前記タグアンテナの長さＬ１との関係が、αＬ１＜λのとき第１のアルゴリズムを用い、αＬ１＜λでないとき第２のアルゴリズムを用いて前記アンテナの最適化を行なうことを前記情報処理装置に実行させる付記９に記載のプログラム。（付記１２）
前記設計するタグアンテナを貼り付ける物体の特性を入力する入力画面をも表示することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記１３）
前記設計するタグアンテナの電気的特性を入力する入力画面をも表示することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記１４）
前記設計するタグアンテナの形状及び電気的特性、前記設計するタグアンテナを貼り付ける物体の特性を考慮して当該設計するタグアンテナの特性を求めることを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記１５）
前記タグアンテナの形状を規定する複数の長さの値を最適化処理によって求めることを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記３に記載のプログラム。
（付記１６）
前記複数の長さの値は、前記タグアンテナの共振を決める長さの値、前記タグアンテナのサセプタンスを決める長さの値、及び前記タグアンテナのコンダクタンスを決める長さの値の少なくとも１つを含むことを特徴とする付記１５に記載のプログラム。
（付記１７）
設計者の指示に基づいて、前記最適化処理を距離重視で行うか若しくは帯域重視で行うかを選択することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記１５に記載のプログラム。
（付記１８）
前記帯域を重視して前記最適化処理を行う場合、タグＬＳＩのコンダクタンスを前記距離重視の場合のときの１倍未満に設定することを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記１７に記載のプログラム。
（付記１９）
可変計量法を用いて前記最適化処理を行うことを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記１５に記載のプログラム。
（付記２０）
二分法、ニュートン法、ブレンド法の少なくとも１つを用いて前記最適化処理を行うことを前記情報処理装置に実行させることを特徴とする付記１５に記載のプログラム。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本実施形態におけるアンテナ自動設計装置の構成例を示す図である。
【図２】設計入力部による表示画面例である。
【図３】作成されるタグアンテナのモデル例を示す図である。
【図４】整合状態計算部による表示入力画面である。
【図５】タグＬＳＩの等価回路を示す図である。
【図６】整合状態計算部による計算結果をスミスチャート上に表して表示した例を示す図である。
【図７】通信距離特性計算部によって表示される、設計したタグアンテナのモデルの通信距離の周波数特性を示す図である。
【図８】通信距離特性計算部によって表示される、特定周波数における通信距離の指向性分布を示す図である。
【図９】アンテナ最適化部によって最適化設計を行うアンテナの例を示す図である。
【図１０】長さＬ１を固定してＳ２を変化させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】タグアンテナのＳ２をＰ１からＰ４までＳ２の大きさを変化させた例を示すである。
【図１２】アンテナ最適化計算部による最適化処理実施画面例を示す図である。
【図１３】タグアンテナを設計する際のアンテナ自動設計装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】最適化処理の動作を示すフローチャートである。
【図１５】複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第１の例を示す図である。
【図１６】複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第２の例を示す図である。
【図１７】複数の値を最適化して自動設計が可能なタグアンテナの第３の例を示す図である。
【図１８】（ａ）は距離重視で、（ｂ）は帯域重視で設計する場合に周波数を変化させた場合のスミスチャート上でのタグアンテナのインピーダンスの軌跡を示す図である。
【図１９】図１８を拡大した図である。
【図２０】タグアンテナを規定する複数の長さを最適化する場合のアンテナ最適化計算部による最適化処理実施画面例を示す図である。
【図２１】タグアンテナを規定する複数の長さを同時に最適化して求める場合のアンテナ自動設計装置の動作処理を示すフローチャートである。
【図２２】１つのパラメータに対する最適化処理を複数回行って、タグアンテナの形状を規定する複数の値を求める場合の動作処理を示すフローチャート（その１）である。
【図２３】１つのパラメータに対する最適化処理を複数回行って、タグアンテナの形状を規定する複数の値を求める場合の動作処理を示すフローチャート（その２）である。
【図２４】アンテナ自動設計装置のシステム環境図である。
【図２５】記憶媒体の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１      アンテナ自動設計装置
１１      モデル記憶部
１２      設計入力部
１３      整合状態計算部
１４      通信距離特性計算部
１５      アンテナ最適化計算部
２０、３２、４２、５２      表示画面
２１、３１、４１、５１      入力ボックス
９１      ＣＰＵ
９２      主記憶装置
９３      補助記憶装置
９４      入出力装置
９５      ネットワーク接続装置
９６      媒体読み取り装置
９７      記憶媒体
９８      バス
【図１】
0005228692.tif 000009
【図５】
0005228692.tif 000010
【図１０】
0005228692.tif 000011
【図１１】
0005228692.tif 000012
【図１３】
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【図１４】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005228692.tif 000021
【図６】
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【図７】
0005228692.tif 000023
【図８】
0005228692.tif 000024
【図９】
0005228692.tif 000025
【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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