專利名稱：迷宮生成方法、天線最優(yōu)設(shè)計方法、程序及天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用遺傳算法(GAGenetic Algorithms)用來設(shè)計具有在天線元件面上配置金屬貼片的結(jié)構(gòu)的天線的結(jié)構(gòu)的天線最優(yōu)設(shè)計方法、用于實施該天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序以及通過該天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線。
特別是，本發(fā)明涉及用來設(shè)計在IMT2000方式中的移動通信終端用內(nèi)置天線中使用的平面逆F型天線、平面逆L型天線、曲折線型天線、或者根據(jù)IEEE802.11標準化的無線LAN用天線等的小型多頻帶天線的結(jié)構(gòu)的天線最優(yōu)設(shè)計方法、用于實施該天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序以及通過該天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線。
背景技術(shù)：
歷來，作為具有在天線元件面上配置金屬貼片的結(jié)構(gòu)的天線的最優(yōu)設(shè)計方法之一，已知的是使用非專利文獻1中所示的遺傳算法用于設(shè)計微帶天線的結(jié)構(gòu)的天線最優(yōu)設(shè)計方法。
參照圖1，說明這樣的傳統(tǒng)的天線的最優(yōu)設(shè)計方法。
這樣的天線，如圖1(a)所示，表面是由金屬的地板100a，與地板100a平行形成、在表面上設(shè)置金屬貼片的天線元件面100b，與地板100a連接、給天線元件面100b上的金屬貼片供電的供電點100c，和短路天線元件面100b上的金屬貼片和地板100a上的金屬表面的短路元件100d構(gòu)成。此外，在地板100a和天線元件面100b之間用空氣或者電介質(zhì)填充。
此外，在涉及本發(fā)明的天線中，包含具有在曲折線型天線或平面逆F型天線或平面逆L型天線或小型多頻帶天線等的天線元件面上配置金屬貼片(曲折線)的結(jié)構(gòu)的所有天線。
如圖1(b)所示，天線元件面100b上的金屬貼片被分割為大小相等的格子狀的長方形(含正方形，下同)的塊。接著，對于各塊分配1位的染色體。然后，決定要不要除去各塊中的金屬貼片。例如，如圖1(b)所示，構(gòu)成為除去染色體是“0”的塊中的金屬貼片，而不除去染色體是“1”的塊中的金屬貼片。
這樣，在傳統(tǒng)的天線的最優(yōu)設(shè)計方法中，通過使用規(guī)定的評價函數(shù)的遺傳算法，從任意形狀的天線中探索為構(gòu)成最佳天線的最佳的染色體。
此外，在圖1(b)中，金屬貼片的號碼是賦予該金屬貼片的單位號碼。
另外，歷來，還已知有如專利文獻1所示那樣的使用遺傳算法的天線的最優(yōu)設(shè)計方法。
(專利文獻1)特開平2001-251134號公報(非專利文獻1)丸山珠美、長敬三著“基于多頻率公用天線的GA的設(shè)計法的研究”，2003年電子信息通信學會ソサイエテイ大會，B-1-198(非專利文獻2)大平昌敬、出口博之、辻幹南、蟹沢宏著“具有任意形狀的耦合窗的的方形波導管的解析”，MW2003-212，pp.25-30，2003但是，在使用歷來的、非專利文獻1中所示的天線的最優(yōu)設(shè)計方法的方法中，如圖1(b)所示，發(fā)生兩個金屬貼片僅以一個頂點接觸的結(jié)構(gòu)(例如，單位號碼“B1”和“B2”的金屬貼片或單位號碼“B3”和“B4”的金屬貼片等)。
包含這樣的結(jié)構(gòu)的天線一般有以下的問題。
(A)因為在兩個金屬貼片的接觸點曲折線的寬度極窄，所以可以使用的頻帶顯著變成窄頻帶。
(B)在通過隨機數(shù)構(gòu)成染色體的場合，因為曲折線難于成為連續(xù)的形狀，所以計算遺傳算法中的最優(yōu)解花費時間。
(C)不能進行使用鏟掘機的制造。
(D)容易引起由于制造誤差產(chǎn)生的特性劣化。
另外，這樣的結(jié)構(gòu)，因為多發(fā)生在每當增加構(gòu)成天線的天線元件面的分割數(shù)時，所以存在無論怎樣反復基于遺傳算法的優(yōu)化，也幾乎不可能消除這樣的結(jié)構(gòu)的問題。
另外，在傳統(tǒng)的、專利文獻1中所示的天線的最優(yōu)設(shè)計方法中，關(guān)于用來設(shè)計曲折線型天線的結(jié)構(gòu)的天線最優(yōu)化方法的記述什么也沒有提到。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明鑒于上述問題提出的，其目的是提供一種天線最優(yōu)設(shè)計方法、用于實施該天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序和通過該天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線，該天線最優(yōu)設(shè)計方法，能夠排除兩個金屬貼片僅以一個頂點接觸的結(jié)構(gòu)，同時能夠減少指示金屬貼片的配置方法的染色體的最優(yōu)解的計算時間。
本發(fā)明的第一特征是使用遺傳算法用于生成迷宮的迷宮生成方法，其要旨在于，具有通過把規(guī)定平面分割為規(guī)定形狀來生成塊的步驟；每隔生成的所述塊的一塊設(shè)定設(shè)定壁的基準點塊的步驟；給所述基準點塊分配決定對于所述基準點塊以一邊鄰接的塊中的壁的設(shè)定方法的染色體的步驟；根據(jù)所述遺傳算法為了生成最優(yōu)迷宮探索分配給各基準點塊的最優(yōu)的所述染色體的步驟。
本發(fā)明的第二特征是使用遺傳算法用于設(shè)計具有在天線元件面上配置金屬貼片的結(jié)構(gòu)的天線的結(jié)構(gòu)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其要旨在于，具有通過把所述天線元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀來生成塊的步驟；每隔生成的所述塊的一塊設(shè)定基準點塊的步驟；給該基準點塊分配決定對于所述基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的配置方法的染色體的步驟；計算由所述染色體唯一決定的所述天線的特性的步驟；根據(jù)所述遺傳算法，為使所述天線的特性成為最優(yōu)，探索分配給各基準點塊的最優(yōu)的所述染色體的步驟。
在本發(fā)明的第二特征中，所述天線，具有與所述天線元件面平行形成、且在表面上配置有金屬貼片的不供電元件面，在生成所述塊的步驟中，也可以把所述天線元件面以及所述不供電元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀。
在本發(fā)明的第二特征中，所述天線，也可以被構(gòu)成為具有表面是金屬的地板、短路所述天線元件面上的金屬貼片以及該地板上的金屬表面的短路元件、與該地板連接并給該天線元件面上的金屬貼片供電的供電點，在連接所述短路元件以及所述供電點的塊上配置所述金屬貼片。
在本發(fā)明的第二特征中，所述天線，具有表面是金屬的地板、和在表面上配置金屬貼片的短路元件面，短路所述天線元件面上的金屬貼片和所述地板上的金屬表面的短路元件，由在所述短路元件面上配置的金屬貼片構(gòu)成，在生成所述塊的步驟中，也可以通過把所述天線元件面以及所述短路元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀來生成塊。
在本發(fā)明的第二特征中，所述天線，具有中心導體與所述天線元件面上的金屬貼片連接、外導體與所述地板上的金屬表面連接的供電點，所述染色體，也可以包含在所述短路元件面上的所述供電點的位置坐標。
在本發(fā)明的第二特征中，作為所述天線的特性，也可以使用多個頻率中的回波損耗特性以及增益特性。
在本發(fā)明的第二特征中，在決定所述金屬貼片的配置方法的步驟中，在決定要除去位于包圍規(guī)定塊的全部塊中的金屬貼片的場合，也可以決定除去該規(guī)定的塊中的金屬貼片。
在本發(fā)明的第二特征中，在決定所述金屬貼片的配置方法的步驟中，在決定不除去位于包圍規(guī)定塊的全部塊中的金屬貼片的場合，也可以決定不除去該規(guī)定的塊中的金屬貼片。
本發(fā)明的的第三特征，其要旨是，是用于實施涉及本發(fā)明的第二特征的天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序。
本發(fā)明的的第四特征，其要旨是，是使用涉及本發(fā)明的第二特征的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線。


圖1是表示通過涉及現(xiàn)有技術(shù)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示通過本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是本發(fā)明的第一實施形態(tài)的曲折線型天線的天線元件面的詳細圖。
圖4是表示在本發(fā)明的第一實施形態(tài)的曲折線型天線的天線元件面上設(shè)置的基準點塊的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法的操作的流程圖。
圖6是用于說明在本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中形成天線元件面的操作的圖。
圖7是用于說明在本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中指示基準點塊鄰接的塊中的金屬貼片除去方法的操作的圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的回波損耗特性的圖線。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是本發(fā)明的第二實施形態(tài)的曲折線型天線的天線元件面的詳細圖。
圖11是表示在本發(fā)明的第二實施形態(tài)的曲折線型天線的天線元件面上設(shè)置的基準點塊的圖。
圖12是用于說明在本發(fā)明的第二實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中指示基準點塊鄰接的塊中的金屬貼片除去方法的操作圖。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的回波損耗特性的圖線。
圖14是表示涉及本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是用于說明在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中指示基準點塊鄰接的塊中的金屬貼片除去方法的操作圖。
圖16是用于說明在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中指示基準點塊鄰接的塊中的金屬貼片除去方法的操作圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的結(jié)構(gòu)圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的回波損耗特性的圖線。
圖19是表示在本發(fā)明的第一到第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中的遺傳算法的動作的流程圖。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的第一到第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中的遺傳算法、隨世代回波損耗特性以及增益特性變化的情況的圖線。
圖21是表示在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中最優(yōu)化了的天線的一例的圖。
圖22是表示在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中最優(yōu)化了的天線的特性的圖線。
圖23是表示在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中最優(yōu)化了的平面逆F型天線的一例的圖。
圖24是表示在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中最優(yōu)化了的平面逆F型天線的天線元件面的一例的圖。
圖25是表示在本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中最優(yōu)化了的平面逆F型天線的特性的圖線。
圖26是用于說明本發(fā)明的變更例的天線最優(yōu)設(shè)計方法的圖。
具體實施例方式
<第一實施形態(tài)>
參照圖2到圖8，說明本發(fā)明的第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法。
圖2是表示通過本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線(以下用曲折線型天線)的結(jié)構(gòu)的圖。
涉及本實施形態(tài)的曲折線型天線，如圖2所示，表面由金屬的地板100a；與地板100a平行形成、在表面上設(shè)置金屬貼片的天線元件面100b；與地板100a連接、給天線元件面100b上的金屬貼片供電的供電點100c；和短路天線元件面100b上的金屬貼片以及地板100a上的金屬表面的短路元件100d構(gòu)成。
圖3表示天線元件面100b的詳細結(jié)構(gòu)的一例。圖3表示通過把天線元件面100b上的金屬貼片在縱向分割為11個、在橫向分割為11個生成11×11個塊的場合的例子。如圖3所示，本實施形態(tài)的天線元件面100b，成為各塊彼此不是用一點而是用一邊鄰接的曲折線的形狀。
圖4是用于說明在天線元件面100b上設(shè)置的基準點塊的圖。如圖4所示，基準點塊在天線元件面100b上生成的塊中每隔一塊設(shè)定。
此外，對于這樣的基準點塊，分配作為基于遺傳算法的最優(yōu)化的對象的染色體。在現(xiàn)有技術(shù)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，對于各塊分配一位(二值)的染色體，但是在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，被構(gòu)成為對于基準點塊分配兩位(四值)的染色體。
另外，這樣的染色體，如后述，是指示以一邊與分配有該染色體的基準點塊鄰接的塊中的金屬貼片的配置方法(除去方法或者設(shè)置方法)。
此外，本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法是參考“迷宮生成算法(扳杠子法)”發(fā)明的，想出如何結(jié)合遺傳算法中的染色體和“迷宮生成算法”這一點，以及將這樣的發(fā)明應用于曲折線型天線的自動最優(yōu)設(shè)計中這一點，是新的。
這里應該注意的是，采用“迷宮生成算法”是為了任意生成連續(xù)的線，而不是為了生成迷宮。因此應該注意，本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，不需要總是原樣不變使用這樣的“迷宮生成算法”，而可以有一定的改動。
參照圖5到圖7，說明根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計曲折線型天線(天線元件面100b)的操作。如圖6(a)所示，假定天線元件面100b，在初始狀態(tài)下，其表面由金屬貼片(金屬面)覆蓋。
如圖5所示，在步驟S1001，通過把天線元件面100b上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀(例如在縱向上分割為大于等于3的奇數(shù)，而且在橫向上分割為大于等于3的奇數(shù)，)，生成塊。例如如圖6(b)所示，把天線元件面100b上的金屬貼片分割為N×M個(在圖6的例子中，11×11個)長方形的塊。
在步驟S1002，在生成的塊中每隔一塊設(shè)定基準點塊，給該基準點塊分配染色體。例如，如圖6(b)所示，在生成的塊中每隔一塊作成基準點塊(迷宮生成算法中的壁)#1到#21，對于該基準點塊#1到#21的每一個，分配兩位(四值)的染色體。
在步驟S1003，消除位于該基準點塊的金屬貼片。在步驟S1004，根據(jù)給各基準點塊#1到#21分配的染色體，決定對于相應基準點塊#1到#21以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的除去方法。然后，如圖6(c)所示，通過遵照決定的除去方法，順序除去各基準點塊的鄰接塊的金屬貼片，形成天線元件面100b中的曲折線。
此外，對于根據(jù)其他的基準點塊中的染色體的指示已經(jīng)除去金屬貼片的鄰接塊，不進行金屬貼片的除去處理。
這里，參照圖7，說明根據(jù)染色體指示上述金屬貼片的除去方法的方法。以下，如圖7(a)所示，假定在天線元件面100b上設(shè)定了基準點塊#1到#25。此外，在這樣的染色體中可包含的兩位，是“00”、“01”、“10”、“11”中任何一個。
第一，參照圖7(b)，對給圖7(a)所示的基準點塊中、最左列中的基準點塊#1到#5分配了染色體的場合，進行說明。
在這樣的場合，如圖7(b)所示，對于基準點塊，如果分配了“00”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊A中的金屬貼片。
另外，對于基準點塊，如果分配了“01”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊B中的金屬貼片。
另外，對于基準點塊，如果分配了“10”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊C中的金屬貼片。
再有，對于基準點塊，如果分配了“11”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊D中的金屬貼片。
第二，參照圖7(c)以及(d)，說明給其他的基準點塊#6到#25分配了染色體的場合。
在這樣的場合，如圖7(c)以及(d)所示，對于基準點塊，在分配了“00”的染色體的場合，除去與該基準點塊鄰接的塊A中的金屬貼片。
另外，對于基準點塊，如果分配了“10”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊C中的金屬貼片。
再有，對于基準點塊，如果分配了“11”的染色體，則除去與該基準點塊鄰接的塊D中的金屬貼片。
此外，在對于基準點塊分配“10”的染色體的場合，可以如圖7(c)所示，也可構(gòu)成為不除去與該基準點塊鄰接的所有塊中的金屬貼片，另外，如圖7(d)所示，也可以構(gòu)成為除去與該基準點塊鄰接的塊A(即使是C或D也可)中的金屬貼片。
此外，在本實施形態(tài)中，連接到短路元件100d以及供電點100c的部分(圖7(a)所示的塊B5)，構(gòu)成為不除去金屬貼片而總是被設(shè)置著。
在通過步驟S1001到S1004形成的曲折線型天線的天線元件面100b上，成為全部塊不是以頂點彼此、而是以邊彼此鄰接的構(gòu)造。
在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，為使通過上述步驟S1001到S1004形成的曲折線型天線的特性最優(yōu)，構(gòu)成為通過遺傳算法探索給各基準點塊分配最優(yōu)的染色體。
亦即，通過使用遺傳算法，解決求取使規(guī)定的評價函數(shù)為最大(或最小)的迷宮(天線元件面100b)的形狀的問題，就能夠探索上述的最優(yōu)的染色體。
在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，在使用和上述非專利文獻1同樣的評價函數(shù)在“第一頻率f1∶第二頻率f2∶第三頻率f3”成為“0.9∶1.5∶1.9”的三個不同的頻率下求使回波損耗變小的的評價函數(shù)的場合，圖2表示最終形成的曲折線型天線的天線元件面100b的結(jié)構(gòu)，圖8表示這樣的曲折線型天線中的回波損耗特性。
如圖8所示，在這樣的場合，在三個不同的頻率f1、f2、f3中，滿足“回波損耗小于等于-8dB”這樣的條件。另外，可以確認在這樣的頻率f1、f2、f3的周圍的頻率中，回波損耗也變小，頻帶也沒有變窄。
根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，因為被構(gòu)成為除去對于基準點塊#1到#21以一邊鄰接的塊中的金屬貼片，所以能夠解決因為在兩個金屬貼片的接觸點曲折線的寬度極窄、而可使用的頻帶顯著變窄的問題。
另外，根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，因為被構(gòu)成為除去對于基準點塊#1到#21以一邊鄰接的塊中的金屬貼片，所以能夠使用鏟掘機等制造，而且能夠降低制造誤差。
另外，根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，因為染色體是指示對于基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的除去方法，所以與指示關(guān)于是否除去各塊的金屬貼片的染色體的最優(yōu)解的計算時間相比，能夠減少染色體的最優(yōu)解的計算時間。
<第二實施形態(tài)>
參照圖9到圖13，說明本發(fā)明的第二實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法。下面，對于本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，主要說明和上述第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法的不同點。
圖9是表示根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是用于詳細說明圖8所示的曲折線型天線的天線元件面的圖。
在根據(jù)上述第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的天線元件面100b中，如圖3所示，所有塊中的金屬貼片，都以某一邊連接別的塊中的金屬貼片，其結(jié)果，相對于用線連接供電點100c，而在根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的曲折線型天線的天線元件面100b中，如用圖10中的虛線的橢圓的區(qū)域所示，存在沒有與供電點100c連接的線、成為不供電的狀態(tài)的金屬貼片(不供電貼片、不供電線或不供電元件面)。
這樣，本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，在最優(yōu)設(shè)計也包含了不供電貼片的效果的曲折線型天線時是有效的方法。
參照圖11以及圖12說明根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計曲折線型天線(天線元件面100b)的操作。本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，除通過染色體指示上述的金屬貼片的除去方法的方法外，和上述第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法相同。
這里，說明通過染色體指示上述的金屬貼片的除去方法的方法。下面，如圖11所示，假定在天線元件面100b上設(shè)定有基準點塊#1到#36。
此外，在給圖11所示的基準點塊中、基準點塊#1到#24分配的染色體中可以包含“00”、“01”、“10”、“11”中任何兩位。
另外，在給圖11所示的基準點塊中、基準點塊#27到#36分配的染色體中可以包含“0”或“1”中任何一位。
第一，參照圖12，說明給基準點塊#1到#24分配的染色體的場合。
在這樣的場合，如圖12(a)所示，如果對基準點塊#1到#24分配了“00”的染色體，則不除去鄰接相應基準點塊#1到#24的所有塊中的金屬貼片。
另外，如圖12(b)所示，如果對基準點塊#1到#24分配了“01”的染色體，則除去右面橫向鄰接相應基準點塊#1到#24的塊D中的金屬貼片。
另外，如圖12(c)所示，如果對基準點塊#1到#24了分配“10”的染色體，則除去豎下方鄰接相應基準點塊#1到#24的塊A中的金屬貼片。
進而，如圖12(d)所示，如果對基準點塊#1到#24分配了“11”的染色體，則除去右面橫向鄰接相應基準點塊#1到#24的塊D以及豎下方鄰接相應基準點塊#1到#24的塊A中的金屬貼片。
亦即，在對于基準點塊#1到#24分配的染色體的第一位是“0”的場合(即“00”或者“01”的場合)，除去豎向鄰接相應基準點塊#1到#24的一側(cè)的塊中的金屬貼片，在對于基準點塊#1到#24分配的染色體的第二位是“0”的場合(即“00”或者“10”的場合)，除去橫向鄰接相應基準點塊#1到#24的一側(cè)的塊中的金屬貼片。
第二，說明給基準點塊#26分配了染色體的場合。在圖11的例子中，假定在基準點塊#26的豎向下方鄰接的塊B6中的金屬貼片上連接有供電點100c以及短路元件100d。因此，假定了在基準點塊#26的豎向下方鄰接的塊B6中的金屬貼片不會被除去總是被設(shè)置的。
亦即，在對于基準點塊#26分配了“0”的染色體的場合，除去在該基準點塊#26的左面橫向鄰接的塊B7中的金屬貼片，在對于基準點塊#26分配了“1”的染色體的場合，不除去任何鄰接該基準點塊#26的塊中的金屬貼片。
第三，說明給位于天線元件面100b的縱向的最上列或橫向的最左列的基準點塊#27到#36分配的染色體的場合。
在對基準點塊#27到#36分配了“0”的染色體的場合，除去相應基準點塊#27到#36中的金屬貼片，在對基準點塊#27到#36分配了“1”的染色體的場合，不除去相應基準點塊#27到#36中的金屬貼片。
此外，在本實施形態(tài)中，不用說，即使是把左和右、上和下全部調(diào)換的場合，也可以實現(xiàn)本發(fā)明。
本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，和上述的“迷宮生成算法”的場合相同，使用基準點塊(壁)的概念，但是，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法的場合，像上述的“迷宮生成算法”的場合那樣，用單條道從開始點摸索到目的地的必然性，未必存在。
因此，本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，相對于上述的“迷宮生成算法”，提高了靈活性，可以說是改良成了使不供電線或者不供電貼片存在的設(shè)計方法。
在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，使用和上述非專利文獻1同樣的評價函數(shù)在“第一頻率f1∶第二頻率f2∶第三頻率f3”成為“0.9∶1.5∶1.9”的三個不同的頻率下求得使回波損耗變小的的評價函數(shù)的場合，將最終形成的曲折線型天線的天線元件面100b的結(jié)構(gòu)表示在圖11，將這樣的曲折線型天線中的回波損耗特性表示在圖13。
如圖11所示，在這樣的場合，在三個不同的頻率f1、f2、f3中，滿足“VSWR小于等于2”以及“回波損耗小于等于-10dB”這樣的條件。另外，可以確認在這樣的頻率f1、f2、f3的周圍的頻率中回波損耗也變小，而頻帶并沒有變窄。
<第三實施形態(tài)>
參照圖14到圖18，說明本發(fā)明的第三實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法。下面，對于本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法主要說明和上述第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法的不同點。
如圖14所示，根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線，地板100a以及天線元件面100b被設(shè)置在同一平面內(nèi)。另外，在這樣的天線中，在地板100a和天線元件面100b之間，設(shè)置配置短路元件100d以及供電點100c的區(qū)域(短路元件面100e)。
這里，供電點100c，被構(gòu)成為中心導體連接天線元件面100b上的金屬貼片，外導體連接地板100a上的金屬表面。另外，短路元件100d，被構(gòu)成為短路天線元件面100b的金屬貼片和地板100a上的金屬表面。
參照圖14以及圖16，說明根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計曲折線型天線(天線元件面100b、短路元件面以及供電點面)的操作。本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，除通過染色體指示上述的金屬貼片除去方法的方法外，和上述第一實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法相同。
這里，說明通過染色體指示上述的金屬貼片的除去方法的方法。下面，如圖14所示，假定在天線元件面100b上設(shè)定有基準點塊#1到#24。
此外，在給圖14所示的基準點塊中、基準點塊#1到#21分配的染色體中可以包含“00”、“01”、“10”、“11”中任意兩位。
另外，在給圖14所示的基準點塊中、基準點塊#22到#24分配的染色體中可以包含“0”或“1”中任何一位。
第一，參照圖15，說明給基準點塊#1到#21分配了染色體的場合。
在這樣的場合，如圖15(a)所示，如果對基準點塊#1到#21分配了“00”的染色體，則不除去鄰接相應基準點塊#1到#21的所有塊中的金屬貼片。
另外，如圖15(b)所示，如果對基準點塊#1到#21分配“01”的染色體，則除去豎向上面鄰接相應基準點塊#1到#21的塊C中的金屬貼片。
另外，如圖15(c)所示，如果對基準點塊#1到#21分配了“10”的染色體，則除去左面橫向鄰接相應基準點塊#1到#21的塊A中的金屬貼片。
進而，如圖15(d)所示，如果對基準點塊#1到#21分配了“11”的染色體，則除去左面橫向鄰接相應基準點塊#1到#21的塊A以及豎向上面鄰接相應基準點塊#1到#21的塊C中的金屬貼片。
第二，說明給位于天線元件面100b的橫向的最右列的基準點塊#22到#24分配了染色體的場合。
在對基準點塊#22到#24分配了“0”的染色體的場合，除去相應基準點塊#22到#24中的金屬貼片，在對基準點塊#22到#24分配了“1”的染色體的場合，不除去相應基準點塊#27到#36中的金屬貼片。
另外，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，不僅對于天線元件面100b、而且對于作為天線元件面100b和地板100a的邊界區(qū)域的短路元件面100e也設(shè)定基準點塊。
其結(jié)果，就可以任意選擇短路天線元件面100b和地板100a的短路元件100d的數(shù)目(在圖14的例子中，可以選擇設(shè)置0～8中任意數(shù)目的短路元件100d)。因此，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，就容易生成平面逆F型天線或者平面逆L型天線。
另外，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，染色體也可以構(gòu)成為在后述的遺傳算法中使用的染色體中包含短路元件面100e中的供電點100c的位置坐標FP。
其結(jié)果，通過遺傳算法，能夠把供電點100c設(shè)定在使天線特性最優(yōu)的位置。
另外，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，也可以構(gòu)成為對于基準點塊不以一邊鄰接的塊(例如圖14的塊Y)一定要設(shè)置金屬貼片。
這樣，乍一看，表現(xiàn)出對于天線的結(jié)構(gòu)的自由度加以限制，限制作為最優(yōu)解得到的天線的結(jié)構(gòu)。
但是，如圖16(a)所示，在決定了不除去包圍規(guī)定的塊A的所有塊中的金屬貼片的場合，可以把該規(guī)定的塊A視為與設(shè)置了金屬貼片的塊相同。
特別，在分析方法中，在使用線柵模型(wire grid model)的瞬時(moment)法或FDTD法等假定在線上流過電流的方法的場合，圖16(a)的兩個模型成為完全相同的分析模型。
因此，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，在決定為不除去包圍規(guī)定的塊A的所有塊中的金屬貼片的場合，可以決定不除去在該規(guī)定的塊A中的金屬貼片(孤立貼片)。
另外，如圖16(b)所示，在決定除去包圍規(guī)定的塊B的所有塊中的金屬貼片的場合，在塊的大小十分小時(亦即網(wǎng)格十分細時)，因為流過它的電流的影響很小，所以即使除去這樣的規(guī)定的塊B中的金屬貼片也幾乎對天線特性沒有影響。
因此，在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，在決定除去包圍規(guī)定的塊B的所有塊中的金屬貼片的場合，可以決定除去在該規(guī)定的塊B中的金屬貼片(孤立貼片)在本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，在使用和上述第一以及第二實施形態(tài)同樣的評價函數(shù)，包含在900MHz、1.5GHz、2.0GHz這三個頻率下共振這樣的條件使用遺傳算法進行天線設(shè)計的場合，最終形成的天線的結(jié)構(gòu)在圖17中表示，這樣的天線中的回波損耗特性在圖18中表示。
在這樣的場合，如圖17所示，以短路元件100d的數(shù)目為“4”、在供電元件面100e的端部配置供電點100c、設(shè)計被變形成曲折線狀的平面逆L型天線。此外，這樣的天線，不包含僅頂點彼此的相交。
另外，如圖18所示，在希望的900MHz、1.5GHz、2.0GHz這三個頻率下，滿足回波損耗大于等于-10dB并共振。
在圖18中，用虛線表示除去上述孤立貼片的場合的回波損耗特性、用實線表示保留了上述孤立貼片的場合的回波損耗特性，可以確認在兩種情況下回波損耗特性幾乎無變化。
根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法，可以自由地變更短路元件的位置以及供電點的位置。
此外，在圖21中表示根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法最優(yōu)化36mm×76mm的尺寸的天線(在同一平面內(nèi)設(shè)置地板100a以及天線元件面100b的天線)的場合的例子，圖22表示這樣的天線的特性。
另外，圖23表示根據(jù)本實施形態(tài)的天線最優(yōu)設(shè)計方法最優(yōu)化0.190λ×0.114λ的尺寸的平面逆F型天線的場合的例子，圖24表示這樣的天線元件面100b，圖25表示這樣的天線的特性。
<變更例>
在上述的實施形態(tài)中，構(gòu)成為由染色體指示對于基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的除去方法，但是，本發(fā)明不限于這樣的實施形態(tài)。
亦即，也可以構(gòu)成為由染色體指示對于基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的設(shè)置方法，在上述的步驟1004中，根據(jù)給各基準點塊分配的染色體，決定對于基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的設(shè)置方法，遵照決定的設(shè)定方法，通過順序設(shè)置各基準點塊的連接塊的金屬貼片，形成天線元件面100b上的曲折線。
另外，在本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，也可以構(gòu)成為把天線元件面上的金屬貼片在縱向分割為大于等于3的奇數(shù)、而且在橫向分割為奇數(shù)，也可以構(gòu)成為分割為這以外的數(shù)(例如偶數(shù))。另外，在本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，也可以構(gòu)成為將天線元件面上的金屬貼片分割為四邊形以外的形狀。
另外，本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法，在天線元件面之外還具有不供電元件面的天線中，也可以用于形成不供電元件面上的曲折線的場合。
另外，本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法，如圖26所示，也可以用于基準點塊(a～p，Q～T)的大小和它以外的塊的大小不同的場合。在這樣的場合，也可以構(gòu)成為分割它以外的塊，在接近基準點塊的大小后使用本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法(例如參照圖26所示的塊A、A1～A4)。
另外，在本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，構(gòu)成天線元件面100b的各塊，可以有相同的大小，也可以有不同的大小。
<遺傳算法的操作>
參照圖19以及圖20，說明在上述第一到第三實施形態(tài)中的天線最優(yōu)設(shè)計方法中使用的遺傳算法的操作的一例。
這里，說明在這樣的遺傳算法中使用的評價函數(shù)。此外，在本實施形態(tài)中，作為曲折線型天線的特性，使用三個頻率f1、f2、f3中的回波損耗特性以及增益特性。
最初，說明回波損耗特性的定義。一般，反射系數(shù)Γ用式(1)表示。
反射系數(shù)Γ＝|Zin-Z0|/|Zin+Z0|……(1)這里，Zin是輸入阻抗，Z0是傳輸路徑的特性阻抗。
在式(2)中表示使用這樣的反射系數(shù)Γ表示的回波損耗RLOSS。
RLOSS＝-20.0log10(Γ)……(2)這里，回波損耗RLOSS是正值，在反射系數(shù)Γ小時回波損耗RLOSS變大，反射系數(shù)Γ大時回波損耗RLOSS變小。
此外，設(shè)希望的三個頻率f1、f2、f3的“回波損耗”分別為RLOSSf1、RLOSSf2、RLOSSf3，希望的三個頻率f1、f2、f3的“增益”分別為Gainf1、Gainf2、Gainf3。
在這樣的場合，在式(3)中，表示為使反射系數(shù)Γ減小(即增大回波損耗)且使增益減小的評價函數(shù)EVAL。此外，這樣的評價函數(shù)EVAL假定是使用加權(quán)計數(shù)法生成的。
EVAL＝w1.Rlossf1+w2.RLOSSf2+w3.RLOSSf3+w4.Gainf1+w5.Gainf2+w6.Gainf3……(3)例如，在上述的第一以及第二實施形態(tài)中的天線最優(yōu)設(shè)計方法中，如設(shè)計多頻率公用天線的場合那樣，在對于多個相互關(guān)聯(lián)的條件謀求最優(yōu)化的場合，在某評價項目滿足了希望特性時，對于不滿足其他希望特性的評價項目，增強權(quán)重那樣地具有制約條件的方法是有效的。
式(4)表示通過上述那樣的附加制約的權(quán)重系數(shù)法生成的評價函數(shù)EVALC。
EVALC＝w1.min(DRLf1，Rlossf1)+w2.min(DRLf2，Rlossf2)+w3.min(DRLf3，Rlossf3)+w4.min(DGf1，Gainf1)+w5.min(DGf2，Gainf2)+w6.min(DGf3，Gainf3)……(4)在式(4)中DRLfi(i＝1～3)是頻率fi中的希望回波損耗特性，DGfi(i＝1～3)是頻率fi中的希望增益。
為滿足作為三頻率公用天線的條件，考慮在三個頻率中通過分別求回波損耗以及增益，使特性最差的頻率的權(quán)重增大，使評價函數(shù)接近希望值的方法。
式(5)以及式(6)分別表示關(guān)于回波損耗特性以及增益特性的評價函數(shù)EVALM-RL以及EVALM-G。
EVALM-RL＝min(min(DRLf1，Rlossf1)，min(DRLf2，Rlossf2)，min(DRLf3，Rlossf3))……(5)EVALM-G＝min(min(DGf1，Gainf1)，min(DGf2，Gainf2)，min(DGf3，Gainf3))……(6)另外，式(7)表示組合了評價函數(shù)EVALC和評價函數(shù)EVALM-RL和評價函數(shù)EVALM-G的評價函數(shù)EVAL2。
EVAL2＝EVALC+w7.EVALM-RL+w8.EVALM-G……(7)下面，參照圖19，說明使用了上述的評價函數(shù)EVAL2的遺傳算法。
在步驟S2001，本算法隨機生成染色體的初始集團。例如，取初始集團中的染色體的數(shù)(人口)為900。
在步驟S2002，本算法通過瞬時法或者FDTD法等電磁場分析方法，計算由上述染色體唯一決定的曲折線型天線的特性。
然后，本算法使用上述的評價函數(shù)EVAL2，評價根據(jù)各染色體設(shè)計的曲折線型天線的特性。這里，在多頻率公用天線中，使對于認為是最重要的回波損耗特性的權(quán)重，比對于增益特性的權(quán)重更強。
在步驟S2003，本算法從上述染色體中選擇評價高的染色體。
在步驟S2004，本算法通過交叉，從多個(一般為兩個)染色體(父)生成繼承遺傳因子的新的染色體(子)。這里，取交叉概率為0.4，使用兩點交叉。
在步驟S2005，本算法根據(jù)突然變異概率，對于染色體的集團實施突然變異處理。這里取突然變異概率為0.016。
在步驟S2006，本算法判定是否滿足了結(jié)束條件。在不滿足相應結(jié)束條件的場合，本算法重復世代交替(即重復步驟S2002到步驟S2005)，直到滿足這樣的結(jié)束條件。
圖20是按世代表示在圖19所示的遺傳算法中，評價函數(shù)EVAL2、三個頻率中的回波損耗特性的評價函數(shù)EVALM-RL、和三個頻率中的評價函數(shù)EVALM-G的圖。
如圖20所示，在超過30代附近，滿足“回波損耗小于等于-10dB”這樣的條件，其后，強化對于增益特性的權(quán)重的結(jié)果，可以確認隨著對世代進行重復增益提高的情形。
<迷宮生成算法>
此外，本發(fā)明在使用上述那樣的遺傳算法的天線最優(yōu)設(shè)計方法之外，也適用于后述的使用迷宮生成算法的各種方法(例如回路生成方法等)。
具體說，這樣的迷宮生成算法是使用遺傳算法生成迷宮用的的迷宮生成方法，其要義是包含通過在縱向以及橫向分割規(guī)定平面生成塊的步驟；每隔生成的所述塊的一塊設(shè)定設(shè)定壁的基準點塊、給該基準點塊分配染色體的步驟；根據(jù)給所述基準點塊分配的所述染色體決定對于該基準點塊以一邊鄰接的塊中的壁的設(shè)定方法的步驟；為通過所述遺傳算法生成最優(yōu)的迷宮探索給各基準點塊分配的最優(yōu)的所述染色體的步驟。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供在能夠排除兩個金屬貼片僅以一個頂點接觸的結(jié)構(gòu)的同時，能夠減低指示金屬貼片的配置方法的染色體的最優(yōu)解的計算時間的天線最優(yōu)設(shè)計方法、用于實施該天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序以及通過該天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線。
權(quán)利要求
1.一種迷宮生成方法，其使用遺傳算法生成迷宮其特征在于，包含通過把規(guī)定平面分割為規(guī)定形狀來生成塊的步驟；每隔生成的所述塊的一塊設(shè)定設(shè)定壁的基準點塊的步驟；給該基準點塊分配決定對于所述基準點塊以一邊鄰接的塊中的壁的設(shè)定方法的染色體的步驟；通過所述遺傳算法為了生成最優(yōu)的迷宮探索分配給各基準點塊的最優(yōu)的所述染色體的步驟。
2.一種天線最優(yōu)設(shè)計方法，其用于使用遺傳算法設(shè)計具有在天線元件面上配置金屬貼片的結(jié)構(gòu)的天線的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括通過把所述天線元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀來生成塊的步驟；每隔生成的所述塊的一塊設(shè)定基準點塊的步驟；給該基準點塊分配決定對于所述基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的配置方法的染色體的步驟；計算由所述染色體唯一決定的所述天線的特性的步驟；根據(jù)所述遺傳算法，為使所述天線的特性成為最優(yōu)，探索給各基準點塊分配的最優(yōu)的所述染色體的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，所述天線，具有與所述天線元件面平行形成、且在表面上配置金屬貼片的不供電元件面，在生成所述塊的步驟中，把所述天線元件面以及所述不供電元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，所述天線，被構(gòu)成為具有表面是金屬的地板、短路所述天線元件面上的金屬貼片以及該地板上的金屬表面的短路元件、與該地板連接并給該天線元件面上的金屬貼片供電的供電點；在連接所述短路元件以及所述供電點的塊上配置所述金屬貼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，所述天線，具有表面是金屬的地板、在表面上配置金屬貼片的短路元件面；短路所述天線元件面上的金屬貼片和所述地板上的金屬表面的短路元件，通過在所述短路元件面上配置的金屬貼片構(gòu)成；在生成所述塊的步驟中，通過把所述天線元件面以及所述短路元件面上的金屬貼片分割為規(guī)定形狀來生成塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，所述天線，具有中心導體與所述天線元件面上的金屬貼片連接、外導體與所述地板上的金屬表面連接的供電點，所述染色體，包含在所述短路元件面上的所述供電點的位置坐標。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，作為所述天線的特性，使用多個頻率中的回波損耗特性以及增益特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，在決定所述金屬貼片的配置方法的步驟中，在決定要除去包圍規(guī)定的塊的全部塊中的金屬貼片的場合，決定除去該規(guī)定的塊中的金屬貼片。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法，其特征在于，在決定所述金屬貼片的配置方法的步驟中，在決定不除去包圍規(guī)定的塊的全部塊中的金屬貼片的場合，決定不除去該規(guī)定的塊中的金屬貼片。
10.用于實施權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法的程序。
11.通過權(quán)利要求2所述的天線最優(yōu)設(shè)計方法設(shè)計的天線。
全文摘要
本發(fā)明的天線最優(yōu)設(shè)計方法，包括通過在縱向以及橫向分割天線元件面上的金屬貼片生成塊的步驟；每隔一塊設(shè)定基準點塊、給基準點塊分配染色體的步驟；根據(jù)給基準點塊分配的染色體決定對于基準點塊以一邊鄰接的塊中的金屬貼片的配置方法的步驟；通過所述遺傳算法探索給各基準點塊分配的最優(yōu)的所述染色體以使天線特性最優(yōu)的步驟。
文檔編號G06N3/12GK1910789SQ200580002272
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者丸山珠美, 吉良文夫, 長敬三 申請人:株式會社Ntt都科摩