迷宫生成方法、天线最优设计方法、程序及天线的制作方法

专利名称：迷宫生成方法、天线最优设计方法、程序及天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用遗传算法(GAGenetic Algorithms)用来设计具有在天线元件面上配置金属贴片的结构的天线的结构的天线最优设计方法、用于实施该天线最优设计方法的程序以及通过该天线最优设计方法设计的天线。
特别是，本发明涉及用来设计在IMT2000方式中的移动通信终端用内置天线中使用的平面逆F型天线、平面逆L型天线、曲折线型天线、或者根据IEEE802.11标准化的无线LAN用天线等的小型多频带天线的结构的天线最优设计方法、用于实施该天线最优设计方法的程序以及通过该天线最优设计方法设计的天线。
背景技术：
历来，作为具有在天线元件面上配置金属贴片的结构的天线的最优设计方法之一，已知的是使用非专利文献1中所示的遗传算法用于设计微带天线的结构的天线最优设计方法。
参照图1，说明这样的传统的天线的最优设计方法。
这样的天线，如图1(a)所示，表面是由金属的地板100a，与地板100a平行形成、在表面上设置金属贴片的天线元件面100b，与地板100a连接、给天线元件面100b上的金属贴片供电的供电点100c，和短路天线元件面100b上的金属贴片和地板100a上的金属表面的短路元件100d构成。此外，在地板100a和天线元件面100b之间用空气或者电介质填充。
此外，在涉及本发明的天线中，包含具有在曲折线型天线或平面逆F型天线或平面逆L型天线或小型多频带天线等的天线元件面上配置金属贴片(曲折线)的结构的所有天线。
如图1(b)所示，天线元件面100b上的金属贴片被分割为大小相等的格子状的长方形(含正方形，下同)的块。接着，对于各块分配1位的染色体。然后，决定要不要除去各块中的金属贴片。例如，如图1(b)所示，构成为除去染色体是“0”的块中的金属贴片，而不除去染色体是“1”的块中的金属贴片。
这样，在传统的天线的最优设计方法中，通过使用规定的评价函数的遗传算法，从任意形状的天线中探索为构成最佳天线的最佳的染色体。
此外，在图1(b)中，金属贴片的号码是赋予该金属贴片的单位号码。
另外，历来，还已知有如专利文献1所示那样的使用遗传算法的天线的最优设计方法。
(专利文献1)特开平2001-251134号公报(非专利文献1)丸山珠美、长敬三著“基于多频率公用天线的GA的设计法的研究”，2003年电子信息通信学会ソサイエテイ大会，B-1-198(非专利文献2)大平昌敬、出口博之、辻幹南、蟹沢宏著“具有任意形状的耦合窗的的方形波导管的解析”，MW2003-212，pp.25-30，2003但是，在使用历来的、非专利文献1中所示的天线的最优设计方法的方法中，如图1(b)所示，发生两个金属贴片仅以一个顶点接触的结构(例如，单位号码“B1”和“B2”的金属贴片或单位号码“B3”和“B4”的金属贴片等)。
包含这样的结构的天线一般有以下的问题。
(A)因为在两个金属贴片的接触点曲折线的宽度极窄，所以可以使用的频带显著变成窄频带。
(B)在通过随机数构成染色体的场合，因为曲折线难于成为连续的形状，所以计算遗传算法中的最优解花费时间。
(C)不能进行使用铲掘机的制造。
(D)容易引起由于制造误差产生的特性劣化。
另外，这样的结构，因为多发生在每当增加构成天线的天线元件面的分割数时，所以存在无论怎样反复基于遗传算法的优化，也几乎不可能消除这样的结构的问题。
另外，在传统的、专利文献1中所示的天线的最优设计方法中，关于用来设计曲折线型天线的结构的天线最优化方法的记述什么也没有提到。

发明内容
因此，本发明鉴于上述问题提出的，其目的是提供一种天线最优设计方法、用于实施该天线最优设计方法的程序和通过该天线最优设计方法设计的天线，该天线最优设计方法，能够排除两个金属贴片仅以一个顶点接触的结构，同时能够减少指示金属贴片的配置方法的染色体的最优解的计算时间。
本发明的第一特征是使用遗传算法用于生成迷宫的迷宫生成方法，其要旨在于，具有通过把规定平面分割为规定形状来生成块的步骤；每隔生成的所述块的一块设定设定壁的基准点块的步骤；给所述基准点块分配决定对于所述基准点块以一边邻接的块中的壁的设定方法的染色体的步骤；根据所述遗传算法为了生成最优迷宫探索分配给各基准点块的最优的所述染色体的步骤。
本发明的第二特征是使用遗传算法用于设计具有在天线元件面上配置金属贴片的结构的天线的结构的天线最优设计方法，其要旨在于，具有通过把所述天线元件面上的金属贴片分割为规定形状来生成块的步骤；每隔生成的所述块的一块设定基准点块的步骤；给该基准点块分配决定对于所述基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的配置方法的染色体的步骤；计算由所述染色体唯一决定的所述天线的特性的步骤；根据所述遗传算法，为使所述天线的特性成为最优，探索分配给各基准点块的最优的所述染色体的步骤。
在本发明的第二特征中，所述天线，具有与所述天线元件面平行形成、且在表面上配置有金属贴片的不供电元件面，在生成所述块的步骤中，也可以把所述天线元件面以及所述不供电元件面上的金属贴片分割为规定形状。
在本发明的第二特征中，所述天线，也可以被构成为具有表面是金属的地板、短路所述天线元件面上的金属贴片以及该地板上的金属表面的短路元件、与该地板连接并给该天线元件面上的金属贴片供电的供电点，在连接所述短路元件以及所述供电点的块上配置所述金属贴片。
在本发明的第二特征中，所述天线，具有表面是金属的地板、和在表面上配置金属贴片的短路元件面，短路所述天线元件面上的金属贴片和所述地板上的金属表面的短路元件，由在所述短路元件面上配置的金属贴片构成，在生成所述块的步骤中，也可以通过把所述天线元件面以及所述短路元件面上的金属贴片分割为规定形状来生成块。
在本发明的第二特征中，所述天线，具有中心导体与所述天线元件面上的金属贴片连接、外导体与所述地板上的金属表面连接的供电点，所述染色体，也可以包含在所述短路元件面上的所述供电点的位置坐标。
在本发明的第二特征中，作为所述天线的特性，也可以使用多个频率中的回波损耗特性以及增益特性。
在本发明的第二特征中，在决定所述金属贴片的配置方法的步骤中，在决定要除去位于包围规定块的全部块中的金属贴片的场合，也可以决定除去该规定的块中的金属贴片。
在本发明的第二特征中，在决定所述金属贴片的配置方法的步骤中，在决定不除去位于包围规定块的全部块中的金属贴片的场合，也可以决定不除去该规定的块中的金属贴片。
本发明的的第三特征，其要旨是，是用于实施涉及本发明的第二特征的天线最优设计方法的程序。
本发明的的第四特征，其要旨是，是使用涉及本发明的第二特征的天线最优设计方法设计的天线。


图1是表示通过涉及现有技术的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的结构的图。
图2是表示通过本发明的第一实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的结构的图。
图3是本发明的第一实施形态的曲折线型天线的天线元件面的详细图。
图4是表示在本发明的第一实施形态的曲折线型天线的天线元件面上设置的基准点块的图。
图5是表示本发明的第一实施形态的天线最优设计方法的操作的流程图。
图6是用于说明在本发明的第一实施形态的天线最优设计方法中形成天线元件面的操作的图。
图7是用于说明在本发明的第一实施形态的天线最优设计方法中指示基准点块邻接的块中的金属贴片除去方法的操作的图。
图8是表示根据本发明的第一实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的回波损耗特性的图线。
图9是表示根据本发明的第二实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的结构图。
图10是本发明的第二实施形态的曲折线型天线的天线元件面的详细图。
图11是表示在本发明的第二实施形态的曲折线型天线的天线元件面上设置的基准点块的图。
图12是用于说明在本发明的第二实施形态的天线最优设计方法中指示基准点块邻接的块中的金属贴片除去方法的操作图。
图13是表示根据本发明的第二实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的回波损耗特性的图线。
图14是表示涉及本发明的第三实施形态的天线的结构图。
图15是用于说明在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中指示基准点块邻接的块中的金属贴片除去方法的操作图。
图16是用于说明在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中指示基准点块邻接的块中的金属贴片除去方法的操作图。
图17是表示根据本发明的第三实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的结构图。
图18是表示根据本发明的第三实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的回波损耗特性的图线。
图19是表示在本发明的第一到第三实施形态的天线最优设计方法中的遗传算法的动作的流程图。
图20是表示根据本发明的第一到第三实施形态的天线最优设计方法中的遗传算法、随世代回波损耗特性以及增益特性变化的情况的图线。
图21是表示在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中最优化了的天线的一例的图。
图22是表示在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中最优化了的天线的特性的图线。
图23是表示在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中最优化了的平面逆F型天线的一例的图。
图24是表示在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中最优化了的平面逆F型天线的天线元件面的一例的图。
图25是表示在本发明的第三实施形态的天线最优设计方法中最优化了的平面逆F型天线的特性的图线。
图26是用于说明本发明的变更例的天线最优设计方法的图。
具体实施例方式
<第一实施形态>
参照图2到图8，说明本发明的第一实施形态的天线最优设计方法。
图2是表示通过本实施形态的天线最优设计方法设计的天线(以下用曲折线型天线)的结构的图。
涉及本实施形态的曲折线型天线，如图2所示，表面由金属的地板100a；与地板100a平行形成、在表面上设置金属贴片的天线元件面100b；与地板100a连接、给天线元件面100b上的金属贴片供电的供电点100c；和短路天线元件面100b上的金属贴片以及地板100a上的金属表面的短路元件100d构成。
图3表示天线元件面100b的详细结构的一例。图3表示通过把天线元件面100b上的金属贴片在纵向分割为11个、在横向分割为11个生成11×11个块的场合的例子。如图3所示，本实施形态的天线元件面100b，成为各块彼此不是用一点而是用一边邻接的曲折线的形状。
图4是用于说明在天线元件面100b上设置的基准点块的图。如图4所示，基准点块在天线元件面100b上生成的块中每隔一块设定。
此外，对于这样的基准点块，分配作为基于遗传算法的最优化的对象的染色体。在现有技术的天线最优设计方法中，对于各块分配一位(二值)的染色体，但是在本实施形态的天线最优设计方法中，被构成为对于基准点块分配两位(四值)的染色体。
另外，这样的染色体，如后述，是指示以一边与分配有该染色体的基准点块邻接的块中的金属贴片的配置方法(除去方法或者设置方法)。
此外，本实施形态的天线最优设计方法是参考“迷宫生成算法(扳杠子法)”发明的，想出如何结合遗传算法中的染色体和“迷宫生成算法”这一点，以及将这样的发明应用于曲折线型天线的自动最优设计中这一点，是新的。
这里应该注意的是，采用“迷宫生成算法”是为了任意生成连续的线，而不是为了生成迷宫。因此应该注意，本实施形态的天线最优设计方法，不需要总是原样不变使用这样的“迷宫生成算法”，而可以有一定的改动。
参照图5到图7，说明根据本实施形态的天线最优设计方法设计曲折线型天线(天线元件面100b)的操作。如图6(a)所示，假定天线元件面100b，在初始状态下，其表面由金属贴片(金属面)覆盖。
如图5所示，在步骤S1001，通过把天线元件面100b上的金属贴片分割为规定形状(例如在纵向上分割为大于等于3的奇数，而且在横向上分割为大于等于3的奇数，)，生成块。例如如图6(b)所示，把天线元件面100b上的金属贴片分割为N×M个(在图6的例子中，11×11个)长方形的块。
在步骤S1002，在生成的块中每隔一块设定基准点块，给该基准点块分配染色体。例如，如图6(b)所示，在生成的块中每隔一块作成基准点块(迷宫生成算法中的壁)#1到#21，对于该基准点块#1到#21的每一个，分配两位(四值)的染色体。
在步骤S1003，消除位于该基准点块的金属贴片。在步骤S1004，根据给各基准点块#1到#21分配的染色体，决定对于相应基准点块#1到#21以一边邻接的块中的金属贴片的除去方法。然后，如图6(c)所示，通过遵照决定的除去方法，顺序除去各基准点块的邻接块的金属贴片，形成天线元件面100b中的曲折线。
此外，对于根据其他的基准点块中的染色体的指示已经除去金属贴片的邻接块，不进行金属贴片的除去处理。
这里，参照图7，说明根据染色体指示上述金属贴片的除去方法的方法。以下，如图7(a)所示，假定在天线元件面100b上设定了基准点块#1到#25。此外，在这样的染色体中可包含的两位，是“00”、“01”、“10”、“11”中任何一个。
第一，参照图7(b)，对给图7(a)所示的基准点块中、最左列中的基准点块#1到#5分配了染色体的场合，进行说明。
在这样的场合，如图7(b)所示，对于基准点块，如果分配了“00”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块A中的金属贴片。
另外，对于基准点块，如果分配了“01”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块B中的金属贴片。
另外，对于基准点块，如果分配了“10”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块C中的金属贴片。
再有，对于基准点块，如果分配了“11”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块D中的金属贴片。
第二，参照图7(c)以及(d)，说明给其他的基准点块#6到#25分配了染色体的场合。
在这样的场合，如图7(c)以及(d)所示，对于基准点块，在分配了“00”的染色体的场合，除去与该基准点块邻接的块A中的金属贴片。
另外，对于基准点块，如果分配了“10”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块C中的金属贴片。
再有，对于基准点块，如果分配了“11”的染色体，则除去与该基准点块邻接的块D中的金属贴片。
此外，在对于基准点块分配“10”的染色体的场合，可以如图7(c)所示，也可构成为不除去与该基准点块邻接的所有块中的金属贴片，另外，如图7(d)所示，也可以构成为除去与该基准点块邻接的块A(即使是C或D也可)中的金属贴片。
此外，在本实施形态中，连接到短路元件100d以及供电点100c的部分(图7(a)所示的块B5)，构成为不除去金属贴片而总是被设置着。
在通过步骤S1001到S1004形成的曲折线型天线的天线元件面100b上，成为全部块不是以顶点彼此、而是以边彼此邻接的构造。
在本实施形态的天线最优设计方法中，为使通过上述步骤S1001到S1004形成的曲折线型天线的特性最优，构成为通过遗传算法探索给各基准点块分配最优的染色体。
亦即，通过使用遗传算法，解决求取使规定的评价函数为最大(或最小)的迷宫(天线元件面100b)的形状的问题，就能够探索上述的最优的染色体。
在本实施形态的天线最优设计方法中，在使用和上述非专利文献1同样的评价函数在“第一频率f1∶第二频率f2∶第三频率f3”成为“0.9∶1.5∶1.9”的三个不同的频率下求使回波损耗变小的的评价函数的场合，图2表示最终形成的曲折线型天线的天线元件面100b的结构，图8表示这样的曲折线型天线中的回波损耗特性。
如图8所示，在这样的场合，在三个不同的频率f1、f2、f3中，满足“回波损耗小于等于-8dB”这样的条件。另外，可以确认在这样的频率f1、f2、f3的周围的频率中，回波损耗也变小，频带也没有变窄。
根据本实施形态的天线最优设计方法，因为被构成为除去对于基准点块#1到#21以一边邻接的块中的金属贴片，所以能够解决因为在两个金属贴片的接触点曲折线的宽度极窄、而可使用的频带显著变窄的问题。
另外，根据本实施形态的天线最优设计方法，因为被构成为除去对于基准点块#1到#21以一边邻接的块中的金属贴片，所以能够使用铲掘机等制造，而且能够降低制造误差。
另外，根据本实施形态的天线最优设计方法，因为染色体是指示对于基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的除去方法，所以与指示关于是否除去各块的金属贴片的染色体的最优解的计算时间相比，能够减少染色体的最优解的计算时间。
<第二实施形态>
参照图9到图13，说明本发明的第二实施形态的天线最优设计方法。下面，对于本实施形态的天线最优设计方法，主要说明和上述第一实施形态的天线最优设计方法的不同点。
图9是表示根据本实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的结构的图。图10是用于详细说明图8所示的曲折线型天线的天线元件面的图。
在根据上述第一实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的天线元件面100b中，如图3所示，所有块中的金属贴片，都以某一边连接别的块中的金属贴片，其结果，相对于用线连接供电点100c，而在根据本实施形态的天线最优设计方法设计的曲折线型天线的天线元件面100b中，如用图10中的虚线的椭圆的区域所示，存在没有与供电点100c连接的线、成为不供电的状态的金属贴片(不供电贴片、不供电线或不供电元件面)。
这样，本实施形态的天线最优设计方法，在最优设计也包含了不供电贴片的效果的曲折线型天线时是有效的方法。
参照图11以及图12说明根据本实施形态的天线最优设计方法设计曲折线型天线(天线元件面100b)的操作。本实施形态的天线最优设计方法，除通过染色体指示上述的金属贴片的除去方法的方法外，和上述第一实施形态的天线最优设计方法相同。
这里，说明通过染色体指示上述的金属贴片的除去方法的方法。下面，如图11所示，假定在天线元件面100b上设定有基准点块#1到#36。
此外，在给图11所示的基准点块中、基准点块#1到#24分配的染色体中可以包含“00”、“01”、“10”、“11”中任何两位。
另外，在给图11所示的基准点块中、基准点块#27到#36分配的染色体中可以包含“0”或“1”中任何一位。
第一，参照图12，说明给基准点块#1到#24分配的染色体的场合。
在这样的场合，如图12(a)所示，如果对基准点块#1到#24分配了“00”的染色体，则不除去邻接相应基准点块#1到#24的所有块中的金属贴片。
另外，如图12(b)所示，如果对基准点块#1到#24分配了“01”的染色体，则除去右面横向邻接相应基准点块#1到#24的块D中的金属贴片。
另外，如图12(c)所示，如果对基准点块#1到#24了分配“10”的染色体，则除去竖下方邻接相应基准点块#1到#24的块A中的金属贴片。
进而，如图12(d)所示，如果对基准点块#1到#24分配了“11”的染色体，则除去右面横向邻接相应基准点块#1到#24的块D以及竖下方邻接相应基准点块#1到#24的块A中的金属贴片。
亦即，在对于基准点块#1到#24分配的染色体的第一位是“0”的场合(即“00”或者“01”的场合)，除去竖向邻接相应基准点块#1到#24的一侧的块中的金属贴片，在对于基准点块#1到#24分配的染色体的第二位是“0”的场合(即“00”或者“10”的场合)，除去横向邻接相应基准点块#1到#24的一侧的块中的金属贴片。
第二，说明给基准点块#26分配了染色体的场合。在图11的例子中，假定在基准点块#26的竖向下方邻接的块B6中的金属贴片上连接有供电点100c以及短路元件100d。因此，假定了在基准点块#26的竖向下方邻接的块B6中的金属贴片不会被除去总是被设置的。
亦即，在对于基准点块#26分配了“0”的染色体的场合，除去在该基准点块#26的左面横向邻接的块B7中的金属贴片，在对于基准点块#26分配了“1”的染色体的场合，不除去任何邻接该基准点块#26的块中的金属贴片。
第三，说明给位于天线元件面100b的纵向的最上列或横向的最左列的基准点块#27到#36分配的染色体的场合。
在对基准点块#27到#36分配了“0”的染色体的场合，除去相应基准点块#27到#36中的金属贴片，在对基准点块#27到#36分配了“1”的染色体的场合，不除去相应基准点块#27到#36中的金属贴片。
此外，在本实施形态中，不用说，即使是把左和右、上和下全部调换的场合，也可以实现本发明。
本实施形态的天线最优设计方法，和上述的“迷宫生成算法”的场合相同，使用基准点块(壁)的概念，但是，在本实施形态的天线最优设计方法的场合，像上述的“迷宫生成算法”的场合那样，用单条道从开始点摸索到目的地的必然性，未必存在。
因此，本实施形态的天线最优设计方法，相对于上述的“迷宫生成算法”，提高了灵活性，可以说是改良成了使不供电线或者不供电贴片存在的设计方法。
在本实施形态的天线最优设计方法中，使用和上述非专利文献1同样的评价函数在“第一频率f1∶第二频率f2∶第三频率f3”成为“0.9∶1.5∶1.9”的三个不同的频率下求得使回波损耗变小的的评价函数的场合，将最终形成的曲折线型天线的天线元件面100b的结构表示在图11，将这样的曲折线型天线中的回波损耗特性表示在图13。
如图11所示，在这样的场合，在三个不同的频率f1、f2、f3中，满足“VSWR小于等于2”以及“回波损耗小于等于-10dB”这样的条件。另外，可以确认在这样的频率f1、f2、f3的周围的频率中回波损耗也变小，而频带并没有变窄。
<第三实施形态>
参照图14到图18，说明本发明的第三实施形态的天线最优设计方法。下面，对于本实施形态的天线最优设计方法主要说明和上述第一实施形态的天线最优设计方法的不同点。
如图14所示，根据本实施形态的天线最优设计方法设计的天线，地板100a以及天线元件面100b被设置在同一平面内。另外，在这样的天线中，在地板100a和天线元件面100b之间，设置配置短路元件100d以及供电点100c的区域(短路元件面100e)。
这里，供电点100c，被构成为中心导体连接天线元件面100b上的金属贴片，外导体连接地板100a上的金属表面。另外，短路元件100d，被构成为短路天线元件面100b的金属贴片和地板100a上的金属表面。
参照图14以及图16，说明根据本实施形态的天线最优设计方法设计曲折线型天线(天线元件面100b、短路元件面以及供电点面)的操作。本实施形态的天线最优设计方法，除通过染色体指示上述的金属贴片除去方法的方法外，和上述第一实施形态的天线最优设计方法相同。
这里，说明通过染色体指示上述的金属贴片的除去方法的方法。下面，如图14所示，假定在天线元件面100b上设定有基准点块#1到#24。
此外，在给图14所示的基准点块中、基准点块#1到#21分配的染色体中可以包含“00”、“01”、“10”、“11”中任意两位。
另外，在给图14所示的基准点块中、基准点块#22到#24分配的染色体中可以包含“0”或“1”中任何一位。
第一，参照图15，说明给基准点块#1到#21分配了染色体的场合。
在这样的场合，如图15(a)所示，如果对基准点块#1到#21分配了“00”的染色体，则不除去邻接相应基准点块#1到#21的所有块中的金属贴片。
另外，如图15(b)所示，如果对基准点块#1到#21分配“01”的染色体，则除去竖向上面邻接相应基准点块#1到#21的块C中的金属贴片。
另外，如图15(c)所示，如果对基准点块#1到#21分配了“10”的染色体，则除去左面横向邻接相应基准点块#1到#21的块A中的金属贴片。
进而，如图15(d)所示，如果对基准点块#1到#21分配了“11”的染色体，则除去左面横向邻接相应基准点块#1到#21的块A以及竖向上面邻接相应基准点块#1到#21的块C中的金属贴片。
第二，说明给位于天线元件面100b的横向的最右列的基准点块#22到#24分配了染色体的场合。
在对基准点块#22到#24分配了“0”的染色体的场合，除去相应基准点块#22到#24中的金属贴片，在对基准点块#22到#24分配了“1”的染色体的场合，不除去相应基准点块#27到#36中的金属贴片。
另外，在本实施形态的天线最优设计方法中，不仅对于天线元件面100b、而且对于作为天线元件面100b和地板100a的边界区域的短路元件面100e也设定基准点块。
其结果，就可以任意选择短路天线元件面100b和地板100a的短路元件100d的数目(在图14的例子中，可以选择设置0～8中任意数目的短路元件100d)。因此，在本实施形态的天线最优设计方法中，就容易生成平面逆F型天线或者平面逆L型天线。
另外，在本实施形态的天线最优设计方法中，染色体也可以构成为在后述的遗传算法中使用的染色体中包含短路元件面100e中的供电点100c的位置坐标FP。
其结果，通过遗传算法，能够把供电点100c设定在使天线特性最优的位置。
另外，在本实施形态的天线最优设计方法中，也可以构成为对于基准点块不以一边邻接的块(例如图14的块Y)一定要设置金属贴片。
这样，乍一看，表现出对于天线的结构的自由度加以限制，限制作为最优解得到的天线的结构。
但是，如图16(a)所示，在决定了不除去包围规定的块A的所有块中的金属贴片的场合，可以把该规定的块A视为与设置了金属贴片的块相同。
特别，在分析方法中，在使用线栅模型(wire grid model)的瞬时(moment)法或FDTD法等假定在线上流过电流的方法的场合，图16(a)的两个模型成为完全相同的分析模型。
因此，在本实施形态的天线最优设计方法中，在决定为不除去包围规定的块A的所有块中的金属贴片的场合，可以决定不除去在该规定的块A中的金属贴片(孤立贴片)。
另外，如图16(b)所示，在决定除去包围规定的块B的所有块中的金属贴片的场合，在块的大小十分小时(亦即网格十分细时)，因为流过它的电流的影响很小，所以即使除去这样的规定的块B中的金属贴片也几乎对天线特性没有影响。
因此，在本实施形态的天线最优设计方法中，在决定除去包围规定的块B的所有块中的金属贴片的场合，可以决定除去在该规定的块B中的金属贴片(孤立贴片)在本实施形态的天线最优设计方法中，在使用和上述第一以及第二实施形态同样的评价函数，包含在900MHz、1.5GHz、2.0GHz这三个频率下共振这样的条件使用遗传算法进行天线设计的场合，最终形成的天线的结构在图17中表示，这样的天线中的回波损耗特性在图18中表示。
在这样的场合，如图17所示，以短路元件100d的数目为“4”、在供电元件面100e的端部配置供电点100c、设计被变形成曲折线状的平面逆L型天线。此外，这样的天线，不包含仅顶点彼此的相交。
另外，如图18所示，在希望的900MHz、1.5GHz、2.0GHz这三个频率下，满足回波损耗大于等于-10dB并共振。
在图18中，用虚线表示除去上述孤立贴片的场合的回波损耗特性、用实线表示保留了上述孤立贴片的场合的回波损耗特性，可以确认在两种情况下回波损耗特性几乎无变化。
根据本实施形态的天线最优设计方法，可以自由地变更短路元件的位置以及供电点的位置。
此外，在图21中表示根据本实施形态的天线最优设计方法最优化36mm×76mm的尺寸的天线(在同一平面内设置地板100a以及天线元件面100b的天线)的场合的例子，图22表示这样的天线的特性。
另外，图23表示根据本实施形态的天线最优设计方法最优化0.190λ×0.114λ的尺寸的平面逆F型天线的场合的例子，图24表示这样的天线元件面100b，图25表示这样的天线的特性。
<变更例>
在上述的实施形态中，构成为由染色体指示对于基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的除去方法，但是，本发明不限于这样的实施形态。
亦即，也可以构成为由染色体指示对于基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的设置方法，在上述的步骤1004中，根据给各基准点块分配的染色体，决定对于基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的设置方法，遵照决定的设定方法，通过顺序设置各基准点块的连接块的金属贴片，形成天线元件面100b上的曲折线。
另外，在本发明的天线最优设计方法中，也可以构成为把天线元件面上的金属贴片在纵向分割为大于等于3的奇数、而且在横向分割为奇数，也可以构成为分割为这以外的数(例如偶数)。另外，在本发明的天线最优设计方法中，也可以构成为将天线元件面上的金属贴片分割为四边形以外的形状。
另外，本发明的天线最优设计方法，在天线元件面之外还具有不供电元件面的天线中，也可以用于形成不供电元件面上的曲折线的场合。
另外，本发明的天线最优设计方法，如图26所示，也可以用于基准点块(a～p，Q～T)的大小和它以外的块的大小不同的场合。在这样的场合，也可以构成为分割它以外的块，在接近基准点块的大小后使用本发明的天线最优设计方法(例如参照图26所示的块A、A1～A4)。
另外，在本发明的天线最优设计方法中，构成天线元件面100b的各块，可以有相同的大小，也可以有不同的大小。
<遗传算法的操作>
参照图19以及图20，说明在上述第一到第三实施形态中的天线最优设计方法中使用的遗传算法的操作的一例。
这里，说明在这样的遗传算法中使用的评价函数。此外，在本实施形态中，作为曲折线型天线的特性，使用三个频率f1、f2、f3中的回波损耗特性以及增益特性。
最初，说明回波损耗特性的定义。一般，反射系数Γ用式(1)表示。
反射系数Γ＝|Zin-Z0|/|Zin+Z0|……(1)这里，Zin是输入阻抗，Z0是传输路径的特性阻抗。
在式(2)中表示使用这样的反射系数Γ表示的回波损耗RLOSS。
RLOSS＝-20.0log10(Γ)……(2)这里，回波损耗RLOSS是正值，在反射系数Γ小时回波损耗RLOSS变大，反射系数Γ大时回波损耗RLOSS变小。
此外，设希望的三个频率f1、f2、f3的“回波损耗”分别为RLOSSf1、RLOSSf2、RLOSSf3，希望的三个频率f1、f2、f3的“增益”分别为Gainf1、Gainf2、Gainf3。
在这样的场合，在式(3)中，表示为使反射系数Γ减小(即增大回波损耗)且使增益减小的评价函数EVAL。此外，这样的评价函数EVAL假定是使用加权计数法生成的。
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实施形态中的天线最优设计方法中，如设计多频率公用天线的场合那样，在对于多个相互关联的条件谋求最优化的场合，在某评价项目满足了希望特性时，对于不满足其他希望特性的评价项目，增强权重那样地具有制约条件的方法是有效的。
式(4)表示通过上述那样的附加制约的权重系数法生成的评价函数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)是频率fi中的希望回波损耗特性，DGfi(i＝1～3)是频率fi中的希望增益。
为满足作为三频率公用天线的条件，考虑在三个频率中通过分别求回波损耗以及增益，使特性最差的频率的权重增大，使评价函数接近希望值的方法。
式(5)以及式(6)分别表示关于回波损耗特性以及增益特性的评价函数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)表示组合了评价函数EVALC和评价函数EVALM-RL和评价函数EVALM-G的评价函数EVAL2。
EVAL2＝EVALC+w7.EVALM-RL+w8.EVALM-G……(7)下面，参照图19，说明使用了上述的评价函数EVAL2的遗传算法。
在步骤S2001，本算法随机生成染色体的初始集团。例如，取初始集团中的染色体的数(人口)为900。
在步骤S2002，本算法通过瞬时法或者FDTD法等电磁场分析方法，计算由上述染色体唯一决定的曲折线型天线的特性。
然后，本算法使用上述的评价函数EVAL2，评价根据各染色体设计的曲折线型天线的特性。这里，在多频率公用天线中，使对于认为是最重要的回波损耗特性的权重，比对于增益特性的权重更强。
在步骤S2003，本算法从上述染色体中选择评价高的染色体。
在步骤S2004，本算法通过交叉，从多个(一般为两个)染色体(父)生成继承遗传因子的新的染色体(子)。这里，取交叉概率为0.4，使用两点交叉。
在步骤S2005，本算法根据突然变异概率，对于染色体的集团实施突然变异处理。这里取突然变异概率为0.016。
在步骤S2006，本算法判定是否满足了结束条件。在不满足相应结束条件的场合，本算法重复世代交替(即重复步骤S2002到步骤S2005)，直到满足这样的结束条件。
图20是按世代表示在图19所示的遗传算法中，评价函数EVAL2、三个频率中的回波损耗特性的评价函数EVALM-RL、和三个频率中的评价函数EVALM-G的图。
如图20所示，在超过30代附近，满足“回波损耗小于等于-10dB”这样的条件，其后，强化对于增益特性的权重的结果，可以确认随着对世代进行重复增益提高的情形。
<迷宫生成算法>
此外，本发明在使用上述那样的遗传算法的天线最优设计方法之外，也适用于后述的使用迷宫生成算法的各种方法(例如回路生成方法等)。
具体说，这样的迷宫生成算法是使用遗传算法生成迷宫用的的迷宫生成方法，其要义是包含通过在纵向以及横向分割规定平面生成块的步骤；每隔生成的所述块的一块设定设定壁的基准点块、给该基准点块分配染色体的步骤；根据给所述基准点块分配的所述染色体决定对于该基准点块以一边邻接的块中的壁的设定方法的步骤；为通过所述遗传算法生成最优的迷宫探索给各基准点块分配的最优的所述染色体的步骤。
如上所述，根据本发明，可以提供在能够排除两个金属贴片仅以一个顶点接触的结构的同时，能够减低指示金属贴片的配置方法的染色体的最优解的计算时间的天线最优设计方法、用于实施该天线最优设计方法的程序以及通过该天线最优设计方法设计的天线。
权利要求
1.一种迷宫生成方法，其使用遗传算法生成迷宫其特征在于，包含通过把规定平面分割为规定形状来生成块的步骤；每隔生成的所述块的一块设定设定壁的基准点块的步骤；给该基准点块分配决定对于所述基准点块以一边邻接的块中的壁的设定方法的染色体的步骤；通过所述遗传算法为了生成最优的迷宫探索分配给各基准点块的最优的所述染色体的步骤。
2.一种天线最优设计方法，其用于使用遗传算法设计具有在天线元件面上配置金属贴片的结构的天线的结构，其特征在于，包括通过把所述天线元件面上的金属贴片分割为规定形状来生成块的步骤；每隔生成的所述块的一块设定基准点块的步骤；给该基准点块分配决定对于所述基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的配置方法的染色体的步骤；计算由所述染色体唯一决定的所述天线的特性的步骤；根据所述遗传算法，为使所述天线的特性成为最优，探索给各基准点块分配的最优的所述染色体的步骤。
3.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，所述天线，具有与所述天线元件面平行形成、且在表面上配置金属贴片的不供电元件面，在生成所述块的步骤中，把所述天线元件面以及所述不供电元件面上的金属贴片分割为规定形状。
4.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，所述天线，被构成为具有表面是金属的地板、短路所述天线元件面上的金属贴片以及该地板上的金属表面的短路元件、与该地板连接并给该天线元件面上的金属贴片供电的供电点；在连接所述短路元件以及所述供电点的块上配置所述金属贴片。
5.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，所述天线，具有表面是金属的地板、在表面上配置金属贴片的短路元件面；短路所述天线元件面上的金属贴片和所述地板上的金属表面的短路元件，通过在所述短路元件面上配置的金属贴片构成；在生成所述块的步骤中，通过把所述天线元件面以及所述短路元件面上的金属贴片分割为规定形状来生成块。
6.根据权利要求5所述的天线最优设计方法，其特征在于，所述天线，具有中心导体与所述天线元件面上的金属贴片连接、外导体与所述地板上的金属表面连接的供电点，所述染色体，包含在所述短路元件面上的所述供电点的位置坐标。
7.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，作为所述天线的特性，使用多个频率中的回波损耗特性以及增益特性。
8.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，在决定所述金属贴片的配置方法的步骤中，在决定要除去包围规定的块的全部块中的金属贴片的场合，决定除去该规定的块中的金属贴片。
9.根据权利要求2所述的天线最优设计方法，其特征在于，在决定所述金属贴片的配置方法的步骤中，在决定不除去包围规定的块的全部块中的金属贴片的场合，决定不除去该规定的块中的金属贴片。
10.用于实施权利要求2所述的天线最优设计方法的程序。
11.通过权利要求2所述的天线最优设计方法设计的天线。
全文摘要
本发明的天线最优设计方法，包括通过在纵向以及横向分割天线元件面上的金属贴片生成块的步骤；每隔一块设定基准点块、给基准点块分配染色体的步骤；根据给基准点块分配的染色体决定对于基准点块以一边邻接的块中的金属贴片的配置方法的步骤；通过所述遗传算法探索给各基准点块分配的最优的所述染色体以使天线特性最优的步骤。
文档编号G06N3/12GK1910789SQ200580002272
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月14日 优先权日2004年1月15日
发明者丸山珠美, 吉良文夫, 长敬三 申请人:株式会社Ntt都科摩