JP2011193432A - ボウタイアンテナ - Google Patents

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信吾 田中
Hisashi Morishita
久 森下
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【課題】広帯域特性を維持しつつ小型化を図ったボウタイアンテナを提供する。
【解決手段】第1の導体11及び第2の導体12が、二等辺三角形状に設けられる。この第1の導体11及び第2の導体12は、等しい一対V1、V2の辺が成す頂点T1が互いに対向し、かつ、底辺V3が互いに平行になるように、配置されている。折返し部13は、直線状に設けられ、辺V1と底辺V3との成す頂点T2同士を結ぶと共に、底辺V3間の中心を通る底辺V3と平行な直線L1上の点で頂点T1から離れる方向に向かって曲げられる。折返し部14は、直線状に設けられ、辺V2と底辺V3との成す頂点T3同士を結ぶと共に、底辺V3間の中心を通る底辺V3と平行な直線L1上の点で頂点T1から離れる方向に向かって曲げられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ボウタイアンテナに係り、特に、二等辺三角形状に設けられた第1の導体及び第2の導体を備え、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺が成す頂点が互いに対向し、かつ、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺以外の底辺が互いに平行になるように、前記第1の導体及び前記第2の導体が配置されたボウタイアンテナに関するものである。
上述したボウタイアンテナ1として、例えば図10に示されたものが提案されている。同図に示すように、ボウタイアンテナ1は、第1の導体11と第2の導体12とを備えている。上記第1の導体11及び第2の導体12は各々、二等辺三角形状に設けられている。そして、二等辺三角形の等しい一対の辺V1、V2が成す頂点T1が互いに対向するように、第1の導体11及び第2の導体12が配置されている。
また、上記第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2以外の底辺V3が互いに平行になるように、第1の導体11及び第2の導体12が配置されている。上記第1の導体11及び第2の導体12の頂点T1が各々給電点となり、この給電点からボウタイアンテナ1に入射電力が供給される。上述したボウタイアンテナ1においては、二等辺三角形の頂点T1の角度θ1が特性インピーダンスを決め、頂点T1と底辺V3との長さx1が最低動作周波数を決める。
例えば、長さx1=160mm、長さx2=120mmのボウタイアンテナ1は、特性インピーダンスが200Ωとなり、VSWR≦2となる最低周波数は600MHz程度となり、この600MHzよりも上の周波数でVSWR≦2を維持することができる。図10に示すボウタイアンテナ1は、同じ長さ160mmのダイポールアンテナに比べて広帯域特性が得られるが、ダイポールアンテナに比べてアンテナ面積が著しく大きくなる、という問題があった。
上記問題を解決するために、図11(A)に示すように1本の折返し部20を設けたボウタイアンテナ1が提案されている(例えば特許文献1)。長さx1=160mm、長さy1=120mmの図11(A)に示す折返し部20(1本)付のボウタイアンテナ1は、400MHz以上の周波数でVSWR≦2を維持することができ、同じ大きさの図10に示すボウタイアンテナ1よりも広帯域を得ることができ、小型化を図ることができる(即ち、図10に示すボウタイアンテナ1で400MHz以上の周波数でVSWR≦2を維持する特性を得るためには、長さx2を120mmよりも大きくする必要がある)。
この最低動作周波数の低下による小型化度を下記の式(1)で表すと、図11(A)に示す折返し部20(1本)付のボウタイアンテナ1は、図10に示す折返し部なしのボウタイアンテナ1に比べて55%に小型化できる。
{(折返し部20(1本)付のボウタイアンテナの最低動作周波数=400MHz)/(折返し部などのボウタイアンテナの最低動作周波数=540MHz)}2 …(1)
また、図11(B)に示すように2本の折返し部20を設けたボウタイアンテナ1が提案されている(例えば特許文献1)。長さx1=160mm、長さy2=120mmの図11(B)に示す折返し部20(2本)付きのボウタイアンテナ1の周波数に対するVSWR特性を図3中の実線で示す。この折返し部20(2本)付きのボウタイアンテナ1(図11(B))は、図3示すように、VSWRが2以下に落ちる最低動作周波数は350MHzと図10及び図11(A)に示すボウタイアンテナ1よりも低くすることができる。
この最低動作周波数の低下による小型化度を下記の式(2)で表すと、図11(B)に示す折返し部20(2本)付のボウタイアンテナ1は、図10に示す折返し部なしのボウタイアンテナ1に比べて31%に小型化できる。
{(折返し部20(2本)付のボウタイアンテナの最低動作周波数=300MHz)/(折返し部などのボウタイアンテナの最低動作周波数=540MHz)}2 …(2)
しかしながら、900MHz付近でVSWRの劣化があるため帯域が制限され、VSWR≦2となる帯域が図10及び図11(A)に示すボウタイアンテナ1よりも劣化してしまう、という問題があった。
特開2009−10471号公報
そこで、本発明は、帯域制限をなくすことにより、広帯域特性を維持しつつ小型化を図ったボウタイアンテナを提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための請求項1記載の発明は、二等辺三角形状に設けられた第1の導体及び第2の導体を備え、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺が成す頂点が互いに対向し、かつ、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺以外の底辺が互いに平行になるように、前記第1の導体及び前記第2の導体が配置されたボウタイアンテナにおいて、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺の一方と前記底辺との成す頂点同士を結ぶ第3の導体と、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺の他方と前記底辺との成す頂点同士を結ぶ第4の導体と、を備え、前記第3の導体及び前記第4の導体の内側の縁部が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線に近づくに従って互いに離れるように設けられていることを特徴とするボウタイアンテナに存する。
請求項2記載の発明は、前記第3の導体及び前記第4の導体が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線上の点で前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺がなす頂点から離れる方向に向かって直線状に曲げられて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のボウタイアンテナに存する。
請求項3記載の発明は、前記第3の導体及び前記第4の導体の外側の縁部が前記二等辺三角形の底辺と直交して設けられ、前記第3の導体及び前記第4の導体の幅が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線に近づくに従って狭くなるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のボウタイアンテナに存する。
請求項4記載の発明は、前記第3の導体及び前記第4の導体の内側の縁部が、円弧状に設けられていることを特徴とする請求項3に記載のボウタイアンテナに存する。
以上説明したように請求項1記載の発明によれば、第3の導体及び第4の導体の内側の縁部が、二等辺三角形の底辺間の中心を通り底辺と平行な直線に近づくに従って互いに離れるように設けられているので、帯域制限をなくして、広帯域特性を維持しつつ小型化を図ることができる。
請求項2記載の発明によれば、等しい一対の辺がなす頂点から離れる方向に曲がる第3の導体及び第4の導体を設けることにより、帯域制限をなくして、広帯域特性を維持しつつ小型化を図ることができる。
請求項3記載の発明によれば、第3の導体及び第4の導体の外側の縁部が二等辺三角形の底辺と直交して設けられ、第3の導体及び第4の導体の幅が、第1の導体及び第2の導体の底辺間の中心を通る底辺と平行な直線に近づくに従って狭くなるように設けられているので、第3の導体及び第4の導体を互いに離れる方向に折り曲げることなく、帯域制限をなくすことができる。これにより、広帯域特性を維持しつつより一層小型化を図ることができる。
請求項4記載の発明によれば、第3の導体及び第4の導体の内側の縁部が、円弧状に設けられているので、アンテナの表面に流れる電流がスムーズに流れるため直線状に比べてVSWR特性の改善を図ることができる。
第1実施形態における本発明品のボウタイアンテナを示す平面図である。 比較品としてのボウタイアンテナの平面図である。 比較品B1、B2、従来品C、本発明品A1、A2のボウタイアンテナの周波数に対するVSWR特性を示すグラフである。 距離hfに対するVSWRの最悪値を示すグラフである。 第2実施形態における本発明品のボウタイアンテナを示す平面図である。 従来品C1〜C5のボウタイアンテナの周波数に対するVSWR特性を示すグラフである。 本発明品A3〜A5のボウタイアンテナの周波数に対するVSWR特性を示すグラフである。 第3実施形態における本発明品のボウタイアンテナを示す平面図である。 本発明品A6〜A8のボウタイアンテナの周波数に対するVSWR特性を示すグラフである。 従来のボウタイアンテナを示す平面図である。 従来のボウタイアンテナを示す平面図である。
第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1に示すように、ボウタイアンテナ1は、金属板から構成されている。ボウタイアンテナ1は、第1の導体11、第2の導体12、第3の導体、第4の導体としての折返し部13及び14を備えている。上記第1の導体11及び第2の導体12は、互いに同じ形、同じ大きさの二等辺三角形状に設けられている。上記第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2が成す頂点T1が互いに対向するように、第1の導体11及び第2の導体12が配置されている。
また、上記第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2以外の底辺V3が互いに平行になるように第1の導体11及び第2の導体12が配置されている。上記第1の導体11及び第2の導体12の頂点T1が各々給電点となり、この給電点からボウタイアンテナ1に入射電力が供給されている。
上記折返し部13は、直線状に設けられていて、第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2の一方である辺V1と底辺V3との成す頂点T2同士を結ぶと共に、第1の導体11及び第2の導体12の底辺V3間の中心を通る底辺V3と平行な直線L1上の点T4で頂点T1から離れる方向に向かって曲げられている。
また、上記折返し部14は、直線状に設けられていて、第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2の他方である辺V2と底辺V3との成す頂点T3同士を結ぶと共に、上記直線L1上の点T5で頂点T1から離れる方向に向かって曲げられている。なお、点T1−点T4間の距離と、点T1−点T5間の距離と、は互いに等しく設けられている。
即ち、折返し部13、14は、直線L1上の点で頂点T1から離れる方向に直線状に折り曲げることにより、その内側の縁部が直線L1に近づくに従って互いに離れるように設けられている。
次に、本発明者は、図1に示す本発明品A1、A2と、後述する図2に示す比較品B1、B2と、図11(B)に示す従来品Cと、の周波数に対するVSWRをシミュレーションして、本発明の効果を確認した。結果を図3に示す。なお、本発明品A1、A2において、折返し部13、14は、長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。また、折返し部13、14が曲げられる点T4、T5と第1の導体11及び第2の導体12の頂点T2、T3同士を結ぶ直線L2との距離hfが本発明品A1は40mm、本発明品A2は20mmに設けられている。
また、本発明品A1、A2は、折返し部13、14が直線L1上の点で頂点T1から離れる方向に向かって曲げられているが、比較品B1、B2は、頂点T3同士を結ぶ折返し部13、14が設けられているが、その折返し部13、14が直線L1上の点T4、T5で頂点T1に近づく方向に向かって曲げられている。比較品B1、B2において、第1の導体11及び第2の導体12は、本発明品A1、A2と同様に長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。また、折返し部13、14が曲げられる点T4、T5と第1の導体11及び第2の導体12の頂点T2、T3同士を結ぶ直線L2との距離hfが比較品B1は−40mm(ここでは直線L2上を0として、頂点T1から離れる方向を+、近づく方向を−としている。)、比較品B2は−20mmに設けられている。
また、従来品Cは、背景技術でも説明したように、曲げられていない一直線状の折返し部20が2本設けられている。比較品B1、B2において、第1の導体11及び第2の導体12は、本発明品A1、A2と同様に長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。
図3に示すように、従来品Cは、背景技術でも説明したように、900MHz付近でVSWR>2となる帯域制限がある。また、比較品B1、B2は、900MHz付近での帯域制限が従来品Cに比べてさらに劣化してしまう。しかも、距離hfが大きくなり、折返し部13、14の点T4、T5が頂点T1に近づくに従って、900MHzでの帯域制限が悪化することが分かった。これに対して、本発明品A1、A2は、900MHz付近でのVSWRの上昇が小さく、VSWR≦2を維持することができ、帯域制限をなくすことができることが分かった。また、距離hfが大きくなり、折返し部13、14の点T4、T5が頂点T1から離れるに従って、より一層900MHzでのVSWRの上昇を小さくできることが分かった。また、本発明品A1、A2は、従来品Cに比べて同様の面積で広帯域特性を改善することができた。
また、本発明者は、距離hfを変化させたときの900MHz付近のVSWRの最悪値をシミュレーションした。結果を図4に示す。このように折返し部13、14が第1の導体11及び第2の導体12の頂点T1から離れるに従ってVSWRの劣化が少なくなることが分かった。これは、折返し部13、14を流れる電流と第1の導体11及び第2の導体12を流れる電流とが、900MHz付近で逆位相になっているためと考えられる。このため、比較品B1、B2のように折返し部13、14が第1の導体11及び第2の導体12に近づくと打ち消しあい悪影響が出ているものと考えられる。また、図4からあきらかなようにhf>20mm程度で、VSWRの最悪値が2以下となり、帯域制限がなくなったことが分かる。
上述したボウタイアンテナ1によれば、頂点T1から離れる方向に曲がる折返し部13、14を設けることにより、帯域制限をなくして、広帯域特性を維持しつつ小型化を図ることができる。
第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態を図5〜図7に基づいて説明する。第1実施形態と第2実施形態とで異なる点は、折返し部13、14の形状である。上述した第1実施形態では、折返し部13、14が、直線L1上の点で第1の導体11及び第2の導体12の等しい一対の辺V1、V2がなす頂点T1から離れる方向に向かって直線状に折り曲げることにより、その内側の縁部が直線L1に近づくに従って互いに離れるように設けられていた。
第2実施形態では、図5に示すように、折返し部13、14を折り曲げないで、その内側の縁部が直線L1に近づくに従って互いに離れるように円弧状に設けている。即ち、折返し部13、14の外側の縁部は、二等辺三角形の底辺V3と直交して設けられていて、折返し部13、14の幅が直線L1に近づくに従って狭くなるよう設けられている。
次に、本発明者は、図1に示す本発明品A3〜A5と、図11(B)に示す従来品C1〜C5と、の周波数に対するVSWRをシミュレーションして、本発明の効果を確認した。結果を図6及び図7に示す。なお、本発明品A3〜A5において、折返し部13、14は、長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。また、本発明品A3〜A5は、折返し部13、14の直線L1上の幅W1が3mmに設けられていて、頂点T2、T3側の幅W2が本発明品A3は30mm、本発明品A4は40mm、本発明品A5は50mmに設けられている。
また、従来品C1〜C5は、背景技術でも説明したように、幅が一定の一直線状の折返し部20が2本設けられている。従来品C1〜C5において、第1の導体11及び第2の導体12は、本発明品A3〜A5と同様に長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。また、従来品C1〜C5は、折返し部20の幅Wが従来品C1は3mm、従来品C2は10mm、従来品C3は20mm、従来品C4は30mm、従来品C5は40mmに設けられている。
図6に示すように、従来品C3〜C5は、背景技術でも説明したように、900MHz付近でVSWR>2となる帯域制限がある。また、従来品C1、C2は、900MHz付近での帯域制限がなくなるが全体的にVSWRが高くなってしまう。即ち、図10に示す従来品では、折返し部20の幅Wを大きくするに従って、900MHz付近での帯域制限が少なくなるが、全体のVSWR特性が劣化することが分かった。
これに対して、本発明品A3〜A5は、900MHz付近でのVSWRの上昇が小さく、しかも全体的にVSWRをほぼ2以下に小さくでき、広帯域特性を得られることが分かった。これは、本発明品A3〜A5は、折返し部13、14の幅を大きくし、かつ、折返し部13、14と第1の導体11及び第2の導体12の距離を離すことができるためと考えられる。第2実施形態のボウタイアンテナ1によれば、第1実施形態のように折返し部13、14を直線L2よりも外側に設ける必要がなくなる分、小型化を図ることができる。また、第2実施形態のボウタイアンテナ1によれば、折返し部13、14の内側の縁部を円弧状に設けることにより、ボウタイアンテナ1表面に流れる電流をスムーズに流すことができるため、よりVSWR特性の改善を図ることができる。
第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態を図8及び図9に基づいて説明する。第2実施形態と第3実施形態とで異なる点は、折返し部13、14の形状である。上述した第2実施形態では、折返し部13、14の内側の縁部が直線L1に近づくに従って互いに離れるように円弧状に設けられていた。
第3実施形態では、図8に示すように、折返し部13、14の内側の縁部が直線L1に近づくに従って互いに離れるように直線状に設けられている。第3実施形態も第2実施形態と同様に、折返し部13、14の外側の縁部は、二等辺三角形の底辺V3と直交して設けられていて、折返し部13、14の幅が直線L1に近づくに従って狭くなるよう設けられている。
次に、本発明者は、図8に示す本発明品A6〜A8の周波数に対するVSWRをシミュレーションして、本発明の効果を確認した。結果を図9に示す。なお、本発明品A6〜A8において、折返し部13、14は、長さx1=160mm、長さy1=120mmの二等辺三角形に設けられている。また、本発明品A6〜A8は、折返し部13、14の直線L1上の幅W1が3mmに設けられていて、頂点T2、T3側の幅W2が本発明品A6は20mm、本発明品A7は30mm、本発明品A8は40mmに設けられている。
折返し部13、14の内側の縁部が直線状の本発明品A6〜A8は、折返し部13、14の内側の縁部が円弧状の本発明品A3〜A5に比べてVSWR特性は若干劣化するものの、900MHz付近でのVSWRの上昇が小さく、しかも全体的にVSWRをほぼ2以下に小さくでき、広帯域特性を得られることが分かった。また、第3実施形態のボウタイアンテナ1によれば、第1実施形態のように折返し部13、14を直線L2よりも外側に設ける必要がなくなる分、小型化を図ることができる。
なお、上述した実施形態では、第1の導体11及び第2の導体12の頂点T1が互いに接して設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、第1の導体11の頂点T1と第2の導体12の頂点T1とが離間して設けられていても良い。
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 ボウタイアンテナ
11 第1の導体
12 第2の導体
13 折返し部(第3の導体)
14 折返し部(第4の導体)
1、V2 等しい一対の辺
3 底辺

Claims (4)

  1. 二等辺三角形状に設けられた第1の導体及び第2の導体を備え、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺が成す頂点が互いに対向し、かつ、前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺以外の底辺が互いに平行になるように、前記第1の導体及び前記第2の導体が配置されたボウタイアンテナにおいて、
    前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺の一方と前記底辺との成す頂点同士を結ぶ第3の導体と、
    前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺の他方と前記底辺との成す頂点同士を結ぶ第4の導体と、を備え、
    前記第3の導体及び前記第4の導体の内側の縁部が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線に近づくに従って互いに離れるように設けられている
    ことを特徴とするボウタイアンテナ。
  2. 前記第3の導体及び前記第4の導体が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線上の点で前記第1の導体及び前記第2の導体の等しい一対の辺がなす頂点から離れる方向に向かって直線状に曲げられて形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のボウタイアンテナ。
  3. 前記第3の導体及び前記第4の導体の外側の縁部が前記二等辺三角形の底辺と直交して設けられ、前記第3の導体及び前記第4の導体の幅が、前記第1の導体及び前記第2の導体の底辺間の中心を通る前記底辺と平行な直線に近づくに従って狭くなるように設けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載のボウタイアンテナ。
  4. 前記第3の導体及び前記第4の導体の内側の縁部が、円弧状に設けられている
    ことを特徴とする請求項3に記載のボウタイアンテナ。
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