JP2005109810A - 伝送線路 - Google Patents

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健 田中
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Abstract

【課題】 伝送線路を小型化する。
【解決手段】 表面グラウンド24−1,24−2は、貫通孔280,282それぞれの直径よりもわずかに広い幅Aで形成された銅箔のパターンである。裏面グラウンド26は、表面グラウンド24−1,24−2に囲まれた幅Bの領域に対向する領域で誘電体基板10の裏面を覆う銅箔のパターンであり、グラウンド(GND:図示せず)に接続されている。貫通孔280,282は、スルーホールであり、信号線12によって伝送される信号の波長の10分の1よりも短い間隔Cでそれぞれ設けられている。また、貫通孔280と貫通孔282とは、信号線12を挟んでそれぞれ対称となるように配置されている。これらの貫通孔280,282は、誘電体基板10を貫通し、それぞれ表面グラウンド24−1,24−2と裏面グラウンド26とを導通させるように接続する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、信号を伝送する伝送線路に関する。
高周波信号をプリント基板上で伝送する場合、プリント基板の裏面全体を覆う銅箔などの導体をグラウンド(GND)に接続し、プリント基板の表面に所定の幅および厚さにされた銅箔のパターンなどの導体を設けて伝送線路を構成することが知られている。
また、高周波信号を伝送するプリント基板上の入力部と出力部との間に、スルーホールを設けることにより、プリント基板の誘電体内を電磁波が伝搬することを防止することは公知である(特許文献1参照)。
しかしながら、伝送線路を小型化すると、信号の損失が大きくなることがある。
特開平6−120711号公報
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、信号の損失を小さく保ちつつ、小型化できる伝送線路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明にかかる伝送線路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1の面に設けられ、信号を伝送する伝送用パターンと、前記誘電体基板の第1の面に、前記伝送用パターンの両縁に対して、実質的に一定の距離を保つように設けられた第1のグラウンド用パターンと、前記誘電体基板の第2の面に、前記伝送用パターンおよび前記第1のグラウンド用パターンと対向する領域を含むように設けられた第2のグラウンド用パターンと、前記第1のグラウンド用パターンと前記第2のグラウンド用パターンとを導通させる導通用部材とを有する。
好適には、前記第1のグラウンド用パターンの幅は、前記伝送用パターンの幅よりも狭い。
好適には、前記導通用部材は、前記伝送される信号の波長の1/10より短い間隔で、前記第1のグラウンド用パターンと前記第2のグラウンド用パターンとを導通させる。
好適には、前記導通用部材は、前記伝送用パターンの幅が変化する部分において、前記伝送用パターンの幅が一定の部分よりも狭い間隔で設けられる。
好適には、前記伝送用パターンと、前記第1のグラウンド用パターンと、前記第2のグラウンド用パターンと、前記導通用部材との組み合わせが、複数、前記誘電体基板に設けられる。
本発明によれば、信号の損失を小さく保ちつつ、伝送線路を小型化することができる。
[第1の伝送線路1]
図1は、第1の伝送線路1の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
図2は、第1の伝送線路1の断面を示す図である。
なお、図1以下の各図における信号線の形状、および、貫通孔などの数は、例示であって、適宜、変更されうる。
図1,図2に示すように、伝送線路1は、例えば誘電体基板10、信号線12、表面グラウンド14−1,14−2、裏面グラウンド16および貫通孔180−1〜180−6,182−1〜182−6から構成される。
誘電体基板10は、例えばFR−4(ガラスエポキシ)基板であって、所定の比誘電率を有し、所定の厚さに形成されている。
信号線12は、例えば誘電体基板10の表面に設けられた銅箔のパターンであって、所定の特性インピーダンスとなるように、幅および厚さを設定されて直線状に形成されている。
この信号線12は、一端に供給された信号を他端に向けて伝送する。
表面グラウンド14−1,14−2は、誘電体基板10の表面に設けられ、信号線12の両縁に対して、実質的に一定の距離を保つように配置された例えば銅箔のパターンである。
裏面グラウンド16は、例えば誘電体基板10の裏面全体を覆う銅箔のパターンであり、グラウンド(GND:図示せず)に接続されている。
貫通孔180−1〜180−6,182−1〜182−6は、例えばスルーホールであり、それぞれ表面グラウンド14−1,14−2の信号線12側に設けられ、誘電体基板10を貫通し、表面グラウンド14−1,14−2と裏面グラウンド16とを導通させるように接続する。
以下、貫通孔180−1〜180−6など複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に「貫通孔180」などと略記することがある。
従来のマイクロストリップ線路には、表面グラウンド14−1,14−2および貫通孔180−1〜180−6,182−1〜182−6は設けられていない。
一方、伝送線路1は、表面グラウンド14−1,14−2および貫通孔180−1〜180−6,182−1〜182−6が設けられることにより、伝送される信号の漏洩が防がれるようになっている。
[第1の伝送線路1の変形例(伝送線路11)]
図3は、第1の伝送線路1の変形例(伝送線路11)の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
なお、図3に示す伝送線路11の構成部分の内、図1,図2に示した伝送線路1の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付されている。
図3に示すように、伝送線路11は、例えば誘電体基板10、信号線110、表面グラウンド112−1,112−2、裏面グラウンド16および貫通孔180−1〜180−7,182−1〜182−7から構成される。
つまり、図1に示した伝送線路1と比較すると、伝送線路11は、信号線の形状、表面グラウンドの形状、および、信号線110が45°曲げ部120−1〜120−4を有するなどの点で異なっている。
伝送線路11の信号線110は、上述したように45°曲げ部120−1〜120−4を有し、信号線110の一端に供給された信号を他端に向けて伝送する。
45°曲げ部120は、信号線110の幅の変化を少なくすることにより、信号線110のインピーダンスの変化を低減し、伝送される信号の反射を起こりにくくさせるために設けられている。
伝送線路1,11が組み合わされる場合、特に、伝送される信号の波長と、伝送線路間の距離との差が小さい場合には、伝送線路間で結合が生じやすくなり、また、信号損失も大きくなる。
このような結合・損失を回避するためには、誘電体基板10をさらに大きくし、表面グラウンド14−1,14−2(112−1,112−2)の面積を広げるとよい。
[第2の伝送線路2]
図4は、第2の伝送線路2の構成を例示する図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
図5は、第2の伝送線路2の断面を例示する図である。
なお、図4,図5に示した伝送線路2の構成部分の内、図1〜図3に示した伝送線路1,11の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付されている。
図4,図5に示すように、伝送線路2は、誘電体基板10およびパターン部20から構成される。
パターン部20は、例えば信号線12、表面グラウンド24−1,24−2、裏面グラウンド26および貫通孔280−1〜280−8,282−1〜282−8から構成される。
伝送線路2は、表面グラウンド24−1,24−2の幅A(図4,図5)、裏面グラウンド26の幅B、貫通孔280−1〜280−8それぞれの間隔Cおよび貫通孔282−1〜282−8それぞれの間隔Cが設定されている点で、図1,図2に示した伝送線路1に対して実質的に異なる。
表面グラウンド24−1,24−2は、例えば貫通孔280−1〜280−8,282−1〜282−8それぞれの直径よりもわずかに広い幅Aで形成された銅箔のパターンである。
また、表面グラウンド24−1,24−2それぞれは、誘電体基板10の表面で信号線12の両縁に対して、一定の距離を保つように設けられている。
裏面グラウンド26は、例えば表面グラウンド24−1,24−2に囲まれた幅Bの領域に対向する領域で誘電体基板10の裏面を覆う例えば銅箔のパターンであり、グラウンド(GND:図示せず)に接続されている。
貫通孔280−1〜280−8,282−1〜282−8は、例えばスルーホールであり、信号線12によって伝送される信号の波長(λ)の10分の1よりも短い間隔C(間隔C<λ/10)でそれぞれ設けられている。
また、貫通孔280−1〜280−8と貫通孔282−1〜282−8とは、信号線12を挟んで対称となるように配置されている。
これらの貫通孔280−1〜280−8,282−1〜282−8は、誘電体基板10を貫通し、それぞれ表面グラウンド24−1,24−2と裏面グラウンド26とを導通させるように接続する。
伝送線路2は、これらの構成部分により、信号線12の一端から入力される信号の電力が漏洩することを低減し、低損失(図10参照)で信号を伝送する。
なお、図4には、伝送線路2の表面グラウンド24−1,24−2の幅Aが、誘電体基板10上における専有面積を最小とするために、貫通孔280,282の直径よりもわずかに広くされている場合が例示されているが、伝送線路2の表面グラウンド24−1,24−2は、貫通孔280,282同士を電気的に接続すればよいので、幅Aは、図4に例示した幅よりも広くても狭くてもよい。
また、貫通孔280−1〜280−8,282−1〜282−8は、伝送される信号の波長の10分の1よりも短い間隔で、信号線12を挟んでほぼ対称となるように、誘電体基板10に設けられればよく、貫通孔280が、図4に示した配列と異なった配列で誘電体基板10に設けられているときには、表面グラウンド24−1,表面グラウンド24−2の形状は、この配列に応じて異なった形状を取り得る。
また、裏面グラウンド26は、信号線12および表面グラウンド24−1,24−2を含む領域に対向する範囲を含んでいればよく、誘電体基板10の形状などにより、さらに広げられうる。
[伝送線路2の第1の変形例(伝送線路21)]
図6は、伝送線路2の第1の変形例(伝送線路21)の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
なお、図6においては、伝送線路21の構成部分の内、伝送線路2の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付されている。
図6に示すように、伝送線路21は、例えば誘電体基板10およびパターン部20−1,20−2から構成される。
伝送線路21の2つの信号線12−1,12−2は、表面グラウンド24−1〜24−4、裏面グラウンド26−1,26−2および貫通孔280−1〜180−16,282−1〜282−16により、それぞれの一端から入力される信号の電力が漏洩することを低減し、低損失で信号を伝送する。
また、伝送線路21は、信号線12−1と信号線12−2との間隔と、それぞれの一端から入力される信号の波長との差が小さい場合にも、低損失で信号を伝送する。
[伝送線路2の第2の変形例(伝送線路22)]
図7は、伝送線路2の第2の変形例(伝送線路22)の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
なお、図7に示す伝送線路22の構成部分の内、図1〜図6に示した伝送線路1,11,2,21の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付されている。
図7に示すように、伝送線路22は、例えば誘電体基板10およびパターン部23から構成される。
パターン部23は、信号線230、表面グラウンド232−1,232−2および裏面グラウンド234から構成される。
図4,図5に示した伝送線路20と、図7に示した伝送線路22とは、信号線、表面グラウンドおよび裏面グラウンドの形状において異なり、また、伝送線路22の信号線230が、45°曲げ部220−1〜220−4を有している点で異なっている。
伝送線路22の信号線230は、伝送線路2の信号線12と同様に、その一端に供給された信号を他端に向けて伝送する。
なお、信号線230の45°曲げ部220は、図3に示した伝送線路11の45°曲げ部120と同様に、信号線230の幅の変化を少なくすることにより、信号線230のインピーダンスの変化を低減し、信号の反射を起こりにくくする。
また、45°曲げ部220の近傍においては、信号線230の幅が一定の部分に沿って設けられた貫通孔280,282それぞれの間隔に対し、貫通孔280,282それぞれが狭い間隔で設けられるようにしてもよい。
よって、貫通孔280,282それぞれは、信号線230を挟んで対称に設けられない場合にも、信号線230によって伝送される信号の波長の10分の1より短い間隔で設けられる。
なお、図4〜図7に示した伝送線路2,21,22のパターン部20,23は、1つの誘電体基板10上で、組み合わされて用いられ得る。
これらのパターン部20,23が組み合わされたときには、特に、伝送される信号の波長と、伝送線路間の距離との差が小さい場合に、これらの間の信号の漏洩および干渉が有効に低減される。
以下、本発明が適用される実施例を説明する。
[二点給電シリンダダイポールアンテナ3]
図8は、本発明が適用される二点給電シリンダダイポールアンテナ3の構成を示す斜視図である。
図8に示すように、二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、シリンダダイポール30および給電部32などから構成される。
二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、例えば移動無線通信の基地局に用いられ、これらの構成部分により、例えば通信装置(図示せず)から受入れた信号を2GHz帯の電波として放射する。
シリンダダイポール30は、上部放射管300および下部放射管310から構成される。
上部放射管300は、上部が開口し、下底面を有する導体の上部管302と、上部管302を上方から保持する絶縁性の保持基板304とから構成され、中空のほぼ円筒状に形成されている。
また、上部放射管300は、高さおよび直径が例えば2GHz帯の電波の4分の1波長とほぼ同じにされている。
下部放射管310は、下部が開口し、上底面を有する導体の下部管312と、下部管312を下方から保持する絶縁性の保持基板314とから構成され、中空のほぼ円筒状に形成されている。
また、下部放射管310は、高さおよび直径が例えば2GHz帯の電波の4分の1波長とほぼ同じにされている。
このように、ほぼ円筒状に形成された上部放射管300と下部放射管310とは、所定の間隔(例えば100分の4波長)で対向するように設けられ、後述する給電線管322が貫通するようにされており、通信装置(図示せず)から受入れた信号を例えば2GHz帯の電波として放射する。
給電部32は、同軸ケーブル320、給電線管322、二分配整合基板324および同軸ケーブル326a,326bなどから構成される。
同軸ケーブル320は、下端が中空の給電線管322内を通って通信装置(図示せず)に接続され、上部が後述する孔部328を介しての給電線管322の外部に導かれ、上端が二分配整合基板324の下面に接続されている。
給電線管322は、上述したように中空の円柱状に形成されており、円筒状に形成された上部放射管300および下部放射管310を貫通するように設けられ、保持基板314の下方に同軸ケーブル320を貫通させる孔部328を有する。
二分配整合基板324は、下部放射管310の内部に設けられ、下面に同軸ケーブル320の上端が接続され、上面に同軸ケーブル326a,326bがそれぞれ接続されている。
この二分配整合基板324は、通信装置(図示せず)から同軸ケーブル320を介して入力される信号を二分配し、同軸ケーブル326a,326bを介してシリンダダイポール30に対し出力する。
同軸ケーブル326a,326bは、それぞれの外部導体が下部放射管310の上底面に、例えばコネクタまたは接栓(図示せず)を介して接続され、絶縁被覆された内部導体(芯線)が下部放射管310の上底面に設けられた穴部を介して上部放射管300の下底面に接続されている(二点給電)。
図9は、二分配整合基板324(図8)の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。
図9に示すように、二分配整合基板324は、上面部330および下面部332を有し、上面部330と下面部332との間に誘電体基板10(図5参照)が設けられている。
なお、図9においては、二分配整合基板324の構成部分の内、伝送線路2(図5)の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付されている。
上面部330は、ほぼ半円弧状で所定の長さの信号線12、信号線12の外周側の表面グラウンド24−1および信号線12の内周側の表面グラウンド24−2を有し、表面グラウンド24−1と表面グラウンド24−2とが一体に形成されている。
なお、信号線12の外周側に設けられた表面グラウンド24−1の幅は、該信号線12の幅よりも狭いものになっている。
信号線12には、中央部にスルーホールからなる入力部336、および両端にスルーホールからなる出力部338a,338bが設けられている。
入力部336および出力部338a,338bそれぞれは、下面部332側まで導電するように貫通している。
入力部336には、下面部332側から同軸ケーブル320(図8)が接続され、出力部338a,338bには、上面部330側から同軸ケーブル326a,326bがそれぞれ接続される。
下面部332には、裏面グラウンド26が設けられている。
また、二分配整合基板324には、中央に給電線管322を通す孔状の給電線管通過部334が設けられ、表面グラウンド24−1,24−2に貫通孔280−1〜280−18,282−1〜282−18(図5参照)がそれぞれ設けられている。
貫通孔280−1〜280−18は、信号線12の内周側にほぼ円形状に配置されており、貫通孔282−1〜282−18は、信号線12の外周側にほぼ円形状に配置されている。
貫通孔280−1〜280−18,282−1〜282−18それぞれの間隔は、2GHz帯の電波の波長の10分の1より短くされている。
次に、二点給電シリンダダイポールアンテナ3における損失について説明する。
図10は、二分配整合基板324に入力された信号に対する二分配された信号の損失を示すグラフである。
図10に示すように、二分配整合基板324によって二分配された信号(−3dB)は、例えば1750MHzから2250MHzの帯域の入力信号に対し、損失が−1.2dB以下となっている。
このように、二分配整合基板324は、信号線12の外周側の表面グラウンド24−1の幅が該信号線12の幅よりも狭い場合にも、伝送する信号の損失を低減することができる。
つまり、二分配整合基板324は、例えば近傍に他の伝送線路がある場合にも、信号の損失の低減とともに、相互干渉を低減することができる。
[二点給電シリンダダイポールアンテナ3の作用]
次に、二点給電シリンダダイポールアンテナ3の作用について説明する。
二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、上述したように上部放射管300と下部放射管310とを対称に設けられ、二点給電されている。
よって、二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、給電点における信号の位相差をなくして、無指向性となっている。
図11は、二点給電シリンダダイポールアンテナ3のVSWR(Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比)を示すグラフである。
図11に示すように、二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、例えば1750MHzから2250MHzの帯域の入力信号(進行波)に対し、反射波を低減することができ、VSWRを1.4以下にすることができる。
このように、二点給電シリンダダイポールアンテナ3は、通信装置(図示せず)から受入れた信号を低損失で2GHz帯の電波として放射する。
[効果]
以上説明したように、伝送線路は、伝送される信号の波長の10分の1より短い間隔で、信号線を挟んでほぼ対称に設けられた貫通孔によって、表面グラウンドと裏面グラウンドとを接続されることにより、低損失で信号を伝送する。
このように、伝送線路2,21,22などは、表面グラウンドおよび裏面グラウンドの占める面積を小さくされることにより、伝送される信号の損失を小さく保たれつつ、小型化される。
[その他の変形例]
また、伝送線路2,21,22は、ストリップ線路、または下面にグラウンドを設けたコプレーナガイド(CPW:Coplanar waveguide)などのその他の線路にも適用することができる。
また、誘電体基板は、プリント基板に限ることなく、MIC(Microwave integrated circuit)、MMIC(Monolithic Microwave IC)およびHMIC(Hybrid Microwave IC)などに適用される基板であってもよい。
さらに、伝送線路2,21,22は、ビルドアップ基板、MCM(Multi chip Module)、CSP(Chip Scale Package)およびシリコンチップなどにも適用することができる。
また、信号線に沿って設けられる表面グラウンドは、導通させるスルーホールなどの貫通孔を設けることができる幅があればよく、例えば1μm以下の幅であってもよい。
第1の伝送線路の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 第1の伝送線路の断面を示す図である。 第1の伝送線路の変形例の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 第2の伝送線路の構成を例示する図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 第2の伝送線路の断面を例示する図である。 第2の伝送線路の第1の変形例の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 第2の伝送線路の第2の変形例の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 本発明が適用される二点給電シリンダダイポールアンテナの構成を示す斜視図である。 二分配整合基板の構成を示す図であって、(A)は表面を示す図であり、(B)は裏面を示す図である。 二分配整合基板に入力された信号に対する二分配された信号の損失を示すグラフである。 二点給電シリンダダイポールアンテナのVSWR(電圧定在波比)を示すグラフである。
符号の説明
1,11,2,21,22・・・伝送線路
10・・・誘電体基板
12,110,230・・・信号線
120−1〜120−4,220−1〜220−4・・・45°曲げ部
14,24,112,232・・・表面グラウンド
16,26,234・・・裏面グラウンド
180,182,280,282・・・貫通孔
20,23・・・パターン部
3・・・二点給電シリンダダイポールアンテナ
30・・・シリンダダイポール
300・・・上部放射管
310・・・下部放射管
32・・・給電部
320・・・同軸ケーブル
322・・・給電線管
324・・・二分配整合基板
326a,326b・・・同軸ケーブル
330・・・上面部
332・・・下面部
334・・・給電線管通過部
336・・・入力部
338a,338b・・・出力部

Claims (5)

  1. 誘電体基板と、
    前記誘電体基板の第1の面に設けられ、信号を伝送する伝送用パターンと、
    前記誘電体基板の第1の面に、前記伝送用パターンの両縁に対して、実質的に一定の距離を保つように設けられた第1のグラウンド用パターンと、
    前記誘電体基板の第2の面に、前記伝送用パターンおよび前記第1のグラウンド用パターンと対向する領域を含むように設けられた第2のグラウンド用パターンと、
    前記第1のグラウンド用パターンと前記第2のグラウンド用パターンとを導通させる導通用部材と
    を有する伝送線路。
  2. 前記第1のグラウンド用パターンの幅は、前記伝送用パターンの幅よりも狭い
    請求項1に記載の伝送線路。
  3. 前記導通用部材は、前記伝送される信号の波長の1/10より短い間隔で、前記第1のグラウンド用パターンと前記第2のグラウンド用パターンとを導通させる
    請求項1または2に記載の伝送線路。
  4. 前記導通用部材は、前記伝送用パターンの幅が変化する部分において、前記伝送用パターンの幅が一定の部分よりも狭い間隔で設けられる
    請求項3に記載の伝送線路。
  5. 前記伝送用パターンと、前記第1のグラウンド用パターンと、前記第2のグラウンド用パターンと、前記導通用部材との組み合わせが、複数、前記誘電体基板に設けられる
    請求項1〜4のいずれかに記載の伝送線路。
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