JP2004312473A - サージ吸収用フィルタ回路及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】信号入力端子2と信号出力端子3の間に設けた上り信号通過回路7は5〜42MHzの信号が双方向に通過できるため、信号入力端子2及び信号出力端子3の信号通路10に設けたコンデンサC1とコイルL1から成るハイパスフィルタ回路5を伝送信号に対して上り信号通過回路7を介して連結状態にあると見ることができ、全体を1つのハイパスフィルタとみて各素子の値を決定することで、コイルL1のインダクタンスを小さくした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号入力端子或いは信号出力端子から入来する雷サージから内部回路を保護するために端子部に設けるサージ吸収回路に関し、特にフィルタ回路にサージ吸収機能を持たせたサージ吸収用フィルタ回路及びそのフィルタ回路を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器を雷サージから保護する機能を備えた従来のフィルタ回路は、例えば図11に示すように形成されていた。図11は、サージ吸収素子としてのコイルを備えたフィルタ回路を抽出した電子機器の回路図であり、2aは信号入力端子、3aは信号出力端子、15は内部電子回路を示している。そして、フィルタ回路は、信号入力端子2a及び信号出力端子3aにコンデンサC3とコイルL3を組み合わせてハイパスフィルタ回路として形成され、信号入力端子2a及び信号出力端子3aの信号通路に直流成分を阻止するコンデンサC3を介在させ、侵入する雷サージエネルギーをアースに放出するサージ吸収素子としてコイルL3が双方の端子とアース間に設けられている。(例えば、特許文献1の図1)
【0003】
ここで使用されるコイルL3は、雷エネルギーに耐える必要があるのは勿論のこと、信号通路に伝送される信号周波数帯の下限においても十分なリアクタンスが必要であり、例えば伝送信号の下限周波数を5MHz、雷エネルギーが6kV、3000Aとすると、コイルL3は10μH(このとき、コンデンサC3は1000pF)、使用する銅線の太さは0.4mm必要であり、更に、雷サージ作用時の強力な磁力から巻き線の乱れを防止するためにコイルは弾性を有する樹脂で覆われて固定されていた。
このように形成したサージ吸収用フィルタ回路の損失及びリターンロスの周波数特性は図12に示すようであった。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−289211号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
最近の電子機器の小型化の進展に伴い、サージ吸収用フィルタ回路の小型化も望まれている。その場合、上記コンデンサC3に比べてコイルL3は大きな設置スペースを必要とするため、コイルL3の小型化が効果的であるが、上述するようにフィルタ特性やサージに対する保護機能を劣化させずにコイルL3を小型化するのは難しかった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、特定の回路を備えた電子機器にあっては、所定の特性を維持したままコイルの小型化、即ちサージ吸収素子の小型化が可能であることを発明者等は見いだしたもので、電子機器に内蔵された特定の回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として利用することで、サージ吸収素子の小型化を図った電子機器及びサージ吸収用フィルタ回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、信号入力端子と信号出力端子との双方に、伝送信号の下限周波数或いは上限周波数のうち、少なくとも下限周波数を決定するフィルタ回路が設けられ、前記信号入力端子と信号出力端子との間に、前記下限周波数を含む伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路を有した電子機器に設けるサージ吸収用フィルタ回路であって、前記フィルタ回路は、信号通路に介在させたコンデンサと、該コンデンサの一端とアースとの間に設けて入来するサージをアースに放出するコイルとを有し、双方のフィルタ回路と前記パス回路とから成る回路を合成フィルタ回路として、該合成フィルタ回路が前記信号の下限周波数を決定するよう前記コンデンサ及びコイルの値を選定して成ることを特徴とする。
【0007】
例えば、CATV網の引き込みに使用されるドロップアンプの場合、個々の契約者がセンター局等へ信号を送出するための上り信号伝送路は、下り信号(例えば、54〜1000MHz)に比べて低周波の信号(例えば、5〜42MHz)が使用される。そのため、ドロップアンプの入出力端子間に設けられた上り信号通過回路は下り信号をカットするローパスフィルタを設けた受動素子のみから成り、信号は双方向に通過可能となっている。
この場合、信号入力端子、信号出力端子の双方に設けたフィルタ回路と上記信号通過回路を合わせて1個のサージ吸収用フィルタ回路として作用させることができ、そうすることで各端子に設けたフィルタ回路のコイルの小型化が可能となる。
【0008】
そこで、サージ吸収用フィルタ回路を上記の如く構成することで、電子機器に設けられた上り信号伝送路は双方向に信号が通過可能なパス回路であるので、サージ吸収用フィルタ回路の一部として作用させて、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を1個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができる。その結果、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略2分の1にでき、コイルの巻き数を削減でき、コイル即ちサージ吸収素子の小型化を図ることができる。
そして、巻き数が削減されることで、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくても、コイルの長寿命化を図ることが可能となるため、更に小型化に貢献できる。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1記載の発明において、フィルタ回路が、1個のコンデンサと1個のコイルから成るハイパスフィルタ回路であって、コンデンサに対してコイルを端子側に設けて成ることを特徴とする。
この構成により、雷サージの主エネルギーはコイルに印加されるため、コンデンサの耐圧を低くでき、安価なものを使用できる。
【0010】
請求項3の発明は、請求項2記載の発明において、伝送信号の下限周波数が5MHzであり、ハイパスフィルタを構成するコンデンサが略1000pF、コイルが略5μHであることを特徴とする。
信号通過帯域の下限が5MHzの場合、従来は端子に設けられるハイパスフィルタのコンデンサが1000pF、コイルが10μHであったが、パス回路を加味することで、コイルを5μHとして同等のフィルタ特性を得ることができる。従って、コイルを小さくでき、サージ吸収素子を小型化できる。
【0011】
請求項4の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、双方の端子部の信号通路に設けたコンデンサより小さな容量のコンデンサをパス回路に介在させ、該コンデンサを前記端子の信号通路に設けたコンデンサより温度による特性変化の小さい温度補償用コンデンサとしたことを特徴とする。
この構成により、合成フィルタ回路の温度特性を安定化でき、リターンロス等の特性が温度により劣化することがなくなる。また、端子に設けるコンデンサは、サージ対策用に高耐圧であれば良く、温度特性を考慮する必要が無くなり安価なコンデンサを使用できる。尚、温度補償用コンデンサは、Qが高く温度変化に対して安定なコンデンサであり、例えばJIS規格で磁器コンデンサの種類1が使用できる。
【0012】
請求項5の発明に係る電子機器は、請求項1乃至4の何れかに記載のサージ吸収用フィルタ回路を備えて構成される。この構成により、パス回路がサージ吸収用フィルタ回路の一部として作用し、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を1個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができるので、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略2分の1にでき、コイルの小型化を図ることができ、電子機器の小型化に貢献できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1はCATV網から契約者宅へ信号線を引き込む際に使用する電子機器としてのドロップアンプの要部回路図を示し、本発明に係るサージ吸収用フィルタ回路部を抽出して示している。図1において、2はCATV網へ接続するドロップアンプ1の信号入力端子、3は契約者宅へ信号を送出するための信号出力端子、4は内部電子回路、そして5はサージ吸収用フィルタ回路の一部を成すハイパスフィルタ回路である。
【0014】
内部電子回路4は、CATV網を介してセンター局(図示せず)から送られて来る54〜1000MHzの下り信号を増幅する下り信号増幅部6と、契約者宅に設置された端末機器からセンター局或いは外部通信網に向けて送出される5〜42MHzの上り信号を通過させる上り信号通過回路7を有している。下り信号増幅部6は、増幅回路8及び54MHz以上の信号を通過させるためのハイパスフィルタ9を有し、上り信号通過回路7には、42MHzを超える信号の通過を阻止するローパスフィルタ11が設けられている。
【0015】
ハイパスフィルタ回路5は、信号入力端子2及び信号出力端子3の夫々に設けられ、コンデンサC1とコイルL1とから形成されている。コンデンサC1は、信号入力端子2及び信号出力端子3に、信号通路10に直列に配置され、コンデンサC1の端子側とアースとの間にコイルL1が設けられている。ここでは、後述する理由により、コンデンサC1は1000pF、コイルL1は5μHとなっている。
【0016】
図2は、このように形成されたサージ吸収用フィルタ回路の等価回路を示している。上り信号周波数帯(5〜42MHz)で見た場合、上り信号通過回路7は、双方向に通過可能なパス回路となる。そのため、この周波数帯で両ハイパスフィルタ回路5,5は直列接続されたものと同等に扱うことができ、等価回路は、図2に示すようにコンデンサC1の2分の1の容量のコンデンサとコイルL1から成るπ型回路となり、全体を1つのフィルタ回路と見た場合フィルタ特性が異なったものとなる。
そのため、この等価回路を5MHz以上の周波数を通過させるハイパスフィルタとするには、コンデンサC1が1000pFの場合、コイルL1は5μFとなる。図3は、このサージ吸収用フィルタ回路の損失及びリターンロスの周波数特性を示すもので、伝送信号の周波数帯である5MHz以上で何れの特性も良好な数値を示している。
【0017】
図10は、上記図11に示す従来のサージ吸収用フィルタ回路のコイルL3と図1のコイルL1の形状を比較している。コイルL1は、直径0.4mmの銅線をフェライトコアに17回巻回して5μHのインダクタンスを形成し、直径4mm、長さ11mmの大きさとなっている。これに対し、従来のコイルL3は10μHであり、同一の線径を使用し、26回巻回しているため全体の長さは15mmと4mm長いし、更に周囲を弾性を有する樹脂で覆ってコイル銅線を固定しているため更に大きなものとなっている。また、コイル不良となる雷サージテストも従来のものは20回で巻線が切断したにも拘わらず、本発明の回路の場合、100回以上耐えている。
【0018】
このように、信号入力端子及び信号出力端子間に信号が双方向に通過可能なパス回路を備えた電気機器にあっては、サージ吸収機能を持たせたフィルタ回路を各端子に設けた場合、パス回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として使用でき、端子に設けたフィルタ回路との合成回路をサージ吸収用フィルタ回路とすることで、伝送信号周波数帯で見た場合、全体をπ型の等価回路に置き換えることができる。従って、コイルのインダクタンスを従来の略2分の1の値に小さくでき、コイルの小型化を図ることができる。
そして、巻き数が削減できるので、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくてもコイルの長寿命化を図ることが可能となり、更に小型化に貢献でき、ドロップアンプの小型化に大きく貢献できる。また、コイルをコンデンサの外側(端子側)に配置することで、雷サージの主電圧はコイル印加されるため、コンデンサの耐圧を低くでき、安価なもので済む。
【0019】
図4はサージ吸収用フィルタ回路の他の例を示し、上記図1との違いはハイパスフィルタ回路5の構成が異なり、コイルL1をコンデンサC1の内部電子回路4側に接続している。尚、図1と同一或いは同様の構成要素には同一の符号を付与し説明を省略する。このように、コイルL1の接続位置はコンデンサC1に対して内部回路側に接続しても良く、等価回路はT型と成るが、同様にコイルの小型化を図ることができる。
但し、内部回路側にコイルL1を設けた場合、コンデンサC1には信号入力端子2、或いは信号出力端子3から入来した雷サージは減衰することなく印加されるので、高耐圧が要求される。
【0020】
図5はサージ吸収用フィルタ回路の他の例を示し、パス回路である上り信号通過回路7の1カ所に、温度特性の良好な温度補償用コンデンサC2が挿入されている。この温度補償用コンデンサC2は、ハイパスフィルタ回路5を構成するコンデンサC1aに比べ比較的小容量で温度特性が良好なものが使用されている。例えば、ハイパスフィルタ回路5に使用されるコンデンサは、磁器コンデンサの種類2(JIS規格)で良いが、温度補償用コンデンサC2は磁器コンデンサの種類1(JIS規格)が使用される。具体的には、図5では、コンデンサC1aに株式会社MARUWA製RT−HM86SJYB222Kの2200pFが使用され、温度補償用コンデンサC2には株式会社村田製作所製GRM1882C1H681DA01Kの680pFが使用されている。この場合、サージ吸収用フィルタ回路としての合成容量は420pFとなる。
【0021】
図6,図7は、この場合の周波数特性を示し、図6は25℃での特性、図7は−40℃での特性を示している。尚、上記図3は、25℃の特性であり、コンデンサには株式会社MARUWA製RT−HM60SJYB102Kの1000pFが使用されている。また、図8は図3と比較するために、図3と同一の回路を−40℃にした際の特性を示している。
これらの特性図からわかるように、パス回路に比較的小さな容量の温度補償用コンデンサC2を設けることで、全体の温度特性は小容量の温度補償用コンデンサC2に支配されるので、サージ吸収用フィルタ回路の損失特性やリターンロス特性が信号周波数帯の下限(5MHz)においても温度の変化により劣化することがなく温度特性を良好に維持できることがわかる。これに比べて、図1の回路の場合、−40℃ではリターンロスが5MHzにおいて約−12dBと小さく特性が劣化してしまう。これは、従来のフィルタ回路に対しても同様である。
尚、一方の端子に設けられたハイパスフィルタ回路のコンデンサC1を温度補償用コンデンサに置き換えることもできるが、雷サージに耐えうる温度補償用コンデンサの入手は困難なため、図5に示すような構成が好ましい。
【0022】
図9はサージ吸収用フィルタ回路の更に他の例を示し、ドロップアンプ1に分配回路13が内蔵され、信号出力端子3が複数設けられた場合を示している。この場合も、図示するように各端子2,3にコンデンサC1,C1bとコイルL1の組から成るハイパスフィルタ回路5を各端子に設けた場合、内部に設けられた上り信号通過回路7の作用により、等価回路からコイルのインダクタンスを小さくでき、その結果コイルL1を小さくできる。
但し、信号出力端子3,3間の関係は、分配回路11の特性に依存し、分配回路特性によりコンデンサC1bの値は異なったものとなる。
【0023】
尚、上記実施形態は電子機器としてドロップアンプを例にとり説明したが、入出力端子間で低周波の信号を双方向で通過できるパス回路を有した電子機器であれば、同様に各端子に設けたコイルの小型化を図ることができ、例えばVHF、UHF帯の信号を通過させるパス回路を備えたBS−IF帯ブースタや、10〜55MHzの上り信号を通過させるパス回路を備えたBS−IF帯或いはVHF,UHF帯増幅機器に対して適用できるし、周波数変換器、ゴースト除去装置、ビート除去装置等の信号処理装置、抵抗やPINダイオードを備えた信号減衰器、更には疑似線路減衰器等の電子機器にも容易に適用できる。また、端子部に設けるフィルタ回路をハイパスフィルタ回路として説明したが、コイルL1に並列にコンデンサを設けたバンドパスフィルタであってもパス回路があれば同様にコイルの小型化を図ることができる。
【0024】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、信号入力端子と信号出力端子との間に、下限周波数を含む伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路を備えた電子機器は、パス回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として利用できることで、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を1個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができる。その結果、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略2分の1にでき、コイルの巻き数を削減できる。従って、コイルの小型化を図ることができ、電子機器の小型化に貢献できる。
そして、巻き数が削減されることで、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくても、コイルの長寿命化を図ることが可能となるため、更に小型化に貢献できる。
また、パス回路に温度補償用コンデンサを設けることで、合成フィルタ回路の温度特性を安定化でき、リターンロス等の特性が温度により劣化することがなくなるし、端子に設けるコンデンサは、サージ対策用に高耐圧であれば良く、温度特性を考慮する必要が無くなり安価なコンデンサを使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電子機器の一例を示し、サージ吸収用フィルタ回路を抽出したドロップアンプの回路図である。
【図2】図1のサージ吸収用フィルタ回路の等価回路である。
【図3】図1のサージ吸収用フィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【図4】サージ吸収用フィルタ回路の他の例を示す回路図である。
【図5】サージ吸収用フィルタ回路の他の例を示す回路図である。
【図6】図5のサージ吸収用フィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【図7】図5の−40℃におけるロス及びリターンロスの特性図である。
【図8】図1のサージ吸収用フィルタ回路の−40℃におけるロス及びリターンロスの特性図である。
【図9】サージ吸収用フィルタ回路の更に他の例を示す回路図である。
【図10】本発明のサージ吸収用フィルタ回路に使用するコイルと従来のサージ吸収用フィルタ回路に使用するコイルを比較した表図である。
【図11】従来の電子機器の要部回路図である。
【図12】図11のフィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【符号の説明】
1・・電子機器としてのドロップアンプ、2・・信号入力端子、3・・信号出力端子、4・・電子回路、5・・ハイパスフィルタ回路、6・・下り信号増幅部、7・・パス回路としての上り信号通過回路、8・・増幅回路、10・・信号通路、11・・ローパスフィルタ、C1,C1a,C1b・・コンデンサ、C2・・温度補償用コンデンサ、L1・・コイル。
Claims (5)
- 信号入力端子と信号出力端子との双方に、伝送信号の下限周波数或いは上限周波数のうち、少なくとも下限周波数を決定するフィルタ回路が設けられ、前記信号入力端子と信号出力端子との間に、前記下限周波数を含む伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路を有した電子機器に設けるサージ吸収用フィルタ回路であって、
前記フィルタ回路は、信号通路に介在させたコンデンサと、該コンデンサの一端とアースとの間に設けて入来するサージをアースに放出するコイルとを有し、双方のフィルタ回路と前記パス回路とから成る回路を合成フィルタ回路として、該合成フィルタ回路が前記信号の下限周波数を決定するよう前記コンデンサ及びコイルの値を選定して成ることを特徴とするサージ吸収用フィルタ回路。 - フィルタ回路が、1個のコンデンサと1個のコイルから成るハイパスフィルタ回路であって、コンデンサに対してコイルを端子側に設けて成る請求項1記載のサージ吸収用フィルタ回路。
- 伝送信号の下限周波数が5MHzであり、ハイパスフィルタを構成するコンデンサが略1000pF、コイルが略5μHである請求項2記載のサージ吸収用フィルタ回路。
- 双方の端子部の信号通路に設けたコンデンサより小さな容量のコンデンサをパス回路に介在させ、該コンデンサを前記端子の信号通路に設けたコンデンサより温度による特性変化の小さい温度補償用コンデンサとした請求項1又は2に記載のサージ吸収用フィルタ回路。
- 請求項1乃至4に記載のサージ吸収用フィルタ回路を備えた電子機器。
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