JP2011205545A - High frequency amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばマイクロ波帯の信号を増幅する際に使用する高周波増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency amplifier used when, for example, a microwave band signal is amplified.
マイクロ波帯の信号を増幅する増幅器は、低雑音増幅、高利得増幅、高出力増幅などに使用されている。一般的に、高周波増幅器は、金属ケースの溝に増幅素子を実装する手法が採用されている。ところが、増幅された出力信号が、増幅素子上部の空間を経由して入力信号側に戻ると空間ループが形成され、増幅器が発振することがある。 Amplifiers that amplify microwave signals are used for low noise amplification, high gain amplification, high output amplification, and the like. In general, a high frequency amplifier employs a technique of mounting an amplifying element in a groove of a metal case. However, when the amplified output signal returns to the input signal side via the space above the amplification element, a spatial loop may be formed and the amplifier may oscillate.
そこで、高周波増幅器の発振防止について、さまざまな工夫が提案されている。 Therefore, various devices have been proposed for preventing oscillation of the high-frequency amplifier.
増幅素子と蓋との空中間の絶縁線を導電材で埋めるようにした高周波増幅器が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。これは、導体線を誘電体物質で絶縁した絶縁線を、n段増幅器ミニモジュールとフタとの間に生じた空間を貫通させ、貫通した絶縁線の一端を、外部よりの電源電圧が印加する初段増幅器ミニモジュール側接続部分の電源供給線路に、他端を終段増幅器ミニモジュール側接続部分の電源供給線路に接続すると共に、空間中の絶縁線を導電材で埋めるものである。 A high-frequency amplifier has been proposed in which an insulation wire between the amplifying element and the lid is filled with a conductive material (see, for example, Patent Document 1). This is because an insulating wire in which a conductor wire is insulated with a dielectric material is passed through a space formed between the n-stage amplifier mini-module and the lid, and an external power supply voltage is applied to one end of the penetrating insulating wire. The power supply line of the first stage amplifier mini-module side connection part is connected to the power supply line of the connection part of the last-stage amplifier mini-module side, and the insulation line in the space is filled with a conductive material.
また、シールドケースを構成する蓋部に形成した壁部を利用してマイクロ波能動素子の入出力のアイソレーションを確保することが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。これは、絶縁基板上に形成された回路パターンと、この回路パターン上に実装されたマイクロ波能動素子と、絶縁基板が収納される導電性の本体ケースと、該本体ケースに嵌合される導電性の蓋部とを備えるマイクロ波増幅器において、蓋部の内側にシールドルームを形成する壁部が突出されていると共に、この壁部には切欠き部と切欠き部の両側に段差部とが形成されており、本体ケースに蓋部を嵌合した時、段差部が絶縁基板上に実装されているマイクロ波能動素子の接地電極を押圧するように接触させるものである。 In addition, it has been proposed to secure input / output isolation of a microwave active element by using a wall portion formed on a lid portion constituting a shield case (see, for example, Patent Document 2). This includes a circuit pattern formed on an insulating substrate, a microwave active element mounted on the circuit pattern, a conductive main body case in which the insulating substrate is accommodated, and a conductive material fitted in the main body case. In the microwave amplifier provided with a conductive lid portion, a wall portion forming a shield room is projected on the inner side of the lid portion, and a notch portion and step portions on both sides of the notch portion are formed on the wall portion. When the lid is fitted to the main body case, the stepped portion is brought into contact with the ground electrode of the microwave active element mounted on the insulating substrate.
特許文献1記載の高周波増幅器では、カットオフ導波管の寸法に収まる大きさの増幅素子であればよいが、横幅の広い増幅素子では、カットオフ導波管が形成できず、ループ発振が発生する虞があり、蓋と増幅素子との間に導電材を充填しているので、蓋を外した状態で、回路調整や増幅素子の交換ができないという問題があった。
In the high-frequency amplifier described in
また、上記した特許文献2記載のように、金属体を増幅素子の上に取り付け、増幅素子の上部空間のループを遮断する手法は、増幅率が数倍から数十倍程度の増幅素子については有効である。しかし、金属体と増幅素子の間には、寸法公差による隙間が発生する。増幅率が数百倍の増幅素子になると、この隙間からリークする成分が発生するようになり、空間ループが形成され発振してしまうという問題があった。
In addition, as described in
そこで、本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、空間ループを原因とした異常発振を確実に防止することができる高周波増幅器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in response to such a conventional situation, and an object thereof is to provide a high-frequency amplifier capable of reliably preventing abnormal oscillation caused by a spatial loop.
本発明の一態様によれば、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、このマイクロストリップ線路に接続された増幅素子と、前記誘電体基板上に載置された前記増幅素子を収容する収容部が形成された金属筐体と、この金属筐体の前記収容部に嵌合するとともに、前記増幅素子と対向する面側に第1の溝部が形成された金属体と、前記金属体の第1の溝部に嵌挿される第1の導電性ラバーとを備え、前記金属筐体の前記収容部に前記金属体を嵌合した時、前記第1の導電性ラバーが前記誘電体基板上に実装されている前記増幅素子を押圧して、前記増幅素子上の空間ループを遮断することを特徴とする高周波増幅器が提供される。 According to one aspect of the present invention, a microstrip line formed on a dielectric substrate, an amplifying element connected to the microstrip line, and the amplifying element placed on the dielectric substrate are accommodated. A metal case in which a housing part is formed, a metal body that fits in the housing part of the metal housing and has a first groove formed on a surface facing the amplifying element; and A first conductive rubber inserted into the first groove, and when the metal body is fitted into the housing portion of the metal casing, the first conductive rubber is placed on the dielectric substrate. A high-frequency amplifier is provided that presses the mounted amplifying element to block a spatial loop on the amplifying element.
本高周波増幅器は、前記第1の導電性ラバーが、体積固有抵抗率が0.1Ω・cm以下であることを特徴とする。 In the high-frequency amplifier, the first conductive rubber has a volume resistivity of 0.1 Ω · cm or less.
本高周波増幅器は、前記金属体の隅部近傍に上下方向に切り欠き部を形成し、この切り欠き部には、その外縁が前記金属体の外周よりも突出するように、前記切り欠き部よりも径大な第2の導電性ラバーを嵌挿して、前記金属筐体の収容部と金属体の周縁を回り込むような空間ループを遮断することを特徴とする。 The high-frequency amplifier has a notch formed in the vertical direction near the corner of the metal body, and the notch has an outer edge protruding from the outer periphery of the metal body. A second conductive rubber having a large diameter is inserted to shut off a space loop that goes around the housing portion of the metal casing and the periphery of the metal body.
本高周波増幅器は、前記金属体に形成するネジ用穴は貫通穴であって、前記金属体の長手方向端部に第2の溝部を形成して第3の導電性ラバーを嵌挿し、この第3の導電性ラバーの外縁が、前記金属体の長手方向端部では、外周よりも突出させ、ネジの螺着箇所及び前記収容部と前記金属体の周縁を回り込むような空間ループを遮断することを特徴とする。
In the high frequency amplifier, the screw hole formed in the metal body is a through hole, and a second groove is formed in the longitudinal end portion of the metal body to insert and insert a third conductive rubber. The outer edge of the
本発明によれば、高利得の増幅器であっても空間ループを原因とした異常発振を確実に防止することができる。 According to the present invention, it is possible to reliably prevent abnormal oscillation caused by a spatial loop even in a high gain amplifier.
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same location and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る高周波増幅器の構成を示す図である。尚、図1(a)では、高周波増幅器の内部構造をわかりやすくするため、一部を省略して示している。また、A-A’、B-B’の断面構造により、高周波増幅器の内部空間を表している。高周波増幅器は、例えば移動中継車において地上波を増幅して衛星に向けて発射する際に使用することができる。図1に示すように、高周波増幅器は、所望の増幅率の増幅素子1を誘電体基板2上に載置し、入力端子4と、出力端子5を備えている。入出力端子4,5間と増幅素子1は、誘電体基板2上に形成したマイクロストリップ線路3で接続されている。マイクロストリップ線路3は、増幅素子1への電源供給用線路も兼ねている。このように構成された増幅素子1は金属筐体7に形成した略凹型の収容部7aに収容され、上方からは凹型の金属体8で覆われている。すなわち、金属体8は、金属筐体7の収容部7aに嵌合するような寸法関係になっている。金属体8は、金属筐体7にネジ10で螺着される。図1(b)は、金属体8を示した図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high-frequency amplifier according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1 (a), in order to make the internal structure of the high-frequency amplifier easier to understand, a part thereof is omitted. In addition, the internal space of the high-frequency amplifier is represented by the cross-sectional structures of AA ′ and BB ′. The high-frequency amplifier can be used, for example, when a ground wave is amplified and launched toward a satellite in a mobile relay vehicle. As shown in FIG. 1, the high-frequency amplifier has an
図1に示したような構造において、出力されるべき信号の一部がマイクロストリップ線路3から空間に放射され、入力側に帰還するという空間ループが形成されると、高周波増幅器は異常発振を起こす。そこで、係る異常発振を抑制するため、マイクロストリップ線路3が形成される箇所の金属筐体7とフタ6で形成される空間を、カットオフ導波管形状とする。図示したように、1/2波長(15GHzの高周波信号の場合であれば、10mm)以下の導波管形状とすることで、金属筐体7の収容部7a内部の空間ループを原因としたループ発振を抑制している。
In the structure shown in FIG. 1, when a spatial loop is formed in which a part of the signal to be output is radiated from the
ところが、金属体8と増幅素子1の間には、寸法公差による隙間が生じる。例えば0.1〜0.2mm程度の隙間である。高周波増幅器の増幅率が数百倍の増幅素子では、この隙間からリークする成分が発生するようになり、空間ループが形成され異常発振してしまう。
However, a gap due to dimensional tolerance occurs between the
そこで、本実施形態では、金属体8の増幅素子1と対向する面8a側に溝部8bを形成し、その溝部8bに略かまぼこ型の導電性ラバー9を嵌挿している。溝部8bは、信号の入出力方向の向きに並列して複数か所、例えば2か所に形成する。溝部8bの大きさは、導電性ラバー9の外径よりも僅かに小さくする。導電性ラバー9の弾性により、金属体8で増幅素子1を覆う際に、増幅素子1と金属体8との間に空間ループとなるような隙間を生じないようにする。導電性ラバー9はゴムにカーボンブラックを混ぜ込んだものである。シールド効果を高めるため、例えば、体積固有抵抗率が0.1Ω・cm以下の導電性ラバーが好適である。尚、導電性ラバー9の形状は、一例に過ぎない。
Therefore, in the present embodiment, a
係る構成により、増幅素子1と金属体8の間に生じ易い隙間を埋めているので、増幅素子1上の空間ループを遮断することができる。また、導電性ラバー9を並列させているので、空間ループの遮断が2か所で行える。
With such a configuration, a gap that easily occurs between the amplifying
金属体8を取り付けた後、金属筐体7の収容部及び上面をカバーするように、フタ6を被せて構成されている。例えば、高周波増幅器の外形サイズは、約30mm×約39mmである。
After the
このように構成した高周波増幅器の機能を簡単に説明する。例えば、入力信号として15GHzの高周波信号を600倍〜800倍の利得で増幅することを想定すると、その波長は約20mmである。この入力信号が入力端子4から入力され、誘電体基板2上にパタニングされたマイクロストリップ線路3を伝送し、増幅素子1に入力される。増幅素子1で増幅された信号は、出力端子5へと伝送され、出力信号として取り出される。600倍〜800倍の利得に増幅された出力信号は、増幅素子1上部に空間ループが存在しないので、異常発振を起こすことがない。また、フタ6を被せたり、フタ6を外したりしながら高周波増幅器の内部回路の調整を行うことができる。
The function of the high-frequency amplifier configured as described above will be briefly described. For example, assuming that a 15 GHz high frequency signal is amplified with a gain of 600 to 800 times as an input signal, the wavelength is about 20 mm. This input signal is input from the
第1の実施形態によれば、増幅素子1上部に空間ループが存在しないように構成しているので、増幅率が数百倍の増幅素子を搭載した場合であってもループ発振を抑制することができる。
According to the first embodiment, since the spatial loop is not formed above the amplifying
(第1の実施形態の変形例)
図1では、溝部8bを金属体8に2か所に形成しているが、これに限定されない。図2に示すように、金属体8の増幅素子1と対向する面8a側に溝部8cを1か所に形成することでもよい。溝部8cには、図1に示す導電性ラバー9よりも幅広の導電性ラバー91を嵌挿することで、空間ループを十分に遮断することができる。この変形例では、溝部の加工が1か所で済む利点がある。
(Modification of the first embodiment)
In FIG. 1, although the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る高周波増幅器の構成を示す図である。例えば、1000倍程度の増幅率のように高利得の増幅素子においては、増幅素子1上の空間ループを遮断するだけでは、異常発振を抑制することができない虞がある。すなわち、高周波増幅器を上方から見た場合に、増幅素子1で増幅された出力信号の、金属筐体7の収容部7aと金属体8との隙間を通り抜ける横方向へのリーク成分が発生する虞があるからである。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the high-frequency amplifier according to the second embodiment of the present invention. For example, in an amplification element having a high gain such as an amplification factor of about 1000 times, there is a possibility that abnormal oscillation cannot be suppressed only by blocking the spatial loop on the
そこで、第2の実施形態においては、金属体8の四隅近傍に、上下方向に切り欠き部8dを形成している。切り欠き部8dは、言わば円の一部が欠けた貫通穴状に形成してもよいし、矩形断面の切り欠きを形成してもよい。切り欠き部8dには、略円柱状の導電性ラバー92を嵌挿している。導電性ラバー92は、その外形を切り欠き部8dよりも大きくし、径を圧縮しながら切り欠き部8dに押し込むようにする。したがって、嵌入した導電性ラバー92の外縁は、金属体8の外周よりも突出している。
Therefore, in the second embodiment,
導電性ラバー9及び導電性ラバー92を取着した金属体8を、金属筐体7の収容部7aに収容した増幅素子1の上から被せると、導電性ラバー92の外縁は変形しながら金属筐体7の収容部7aと金属体8との隙間を塞いでいく。このため、増幅された出力信号が、金属筐体7の収容部7aと金属体8の周縁を回り込むような空間ループの形成が阻止でき、金属筐体7の収容部7aと金属体8との隙間を通り抜ける横方向へのリークが抑制される。
When the
第2の実施形態によれば、増幅素子の横方法へのアイソレーションを確保することができる。 According to the second embodiment, it is possible to ensure isolation of the amplifying element in the lateral method.
(第2の実施形態の変形例)
図3に示す例では、切り欠き部8dを金属体8に4か所に形成しているが、これに限定されるものではない。金属筐体7の収容部7aと金属体8との隙間を減らし、横方向へのリークが抑制できればよいからである。例えば、図4,図5,図6では、それぞれ切り欠き部8dを2か所に形成した変形例を示している。
(Modification of the second embodiment)
In the example shown in FIG. 3, the
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る高周波増幅器の構成を示す図である。第1の実施形態や第2の実施形態においては、金属体8は金属筐体7にネジ10で螺着して固定されている。図1や図3に示すように、ネジ10の螺着位置を金属体8の端部に設ける場合には、ネジ10での螺着箇所の周囲において金属筐体7の収容部7aと金属体8との間に隙間が生じる虞がある。増幅素子1で増幅された出力信号が、そのような隙間を通り抜ける横方向へのリークが発生すると、異常発振が起きてしまう。特に、1000倍程度の高い増幅率の増幅素子1にあっては、僅かな空間ループが存在するだけでも異常発振が起きる。そこで、第3の実施形態においては、金属体81に形成するネジ用穴81bを貫通穴とするとともに、長手方向端部に2か所、溝部81cを形成している。この溝部81cには、例えば、かまぼこ型の導電性ラバー93を嵌挿している。嵌挿した導電性ラバー93の外縁は、金属体81の長手方向端部では、外周よりも突出している。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a high-frequency amplifier according to the third embodiment of the present invention. In the first embodiment and the second embodiment, the
このような構成において、導電性ラバー9及び導電性ラバー93を取着した金属体81を、金属筐体7の収容部7bに収容した増幅素子1の上から被せると、導電性ラバー93の外縁は変形しながら金属筐体7の収容部7bと金属体81との隙間を塞いでいく。このため、増幅された出力信号が、ネジ10での螺着箇所の周囲だけでなく、金属筐体7の収容部7bと金属体81の周縁を回り込むような空間ループの形成が阻止でき、金属筐体7の収容部7aと金属体81との隙間を通り抜ける横方向へのリークが抑制される。
In such a configuration, when the
第3の実施形態によれば、締結用のネジ周りを含め増幅素子の横方法へのアイソレーションを確保することができる。 According to the third embodiment, it is possible to ensure isolation of the amplifying element in the lateral direction including the periphery of the fastening screw.
本実施形態によれば、高利得の増幅器であっても空間ループを原因とした異常発振を確実に防止することができる。また、金属ケースの蓋の有無にかかわらず、内部回路の調整を行うことができる。 According to the present embodiment, abnormal oscillation due to a spatial loop can be reliably prevented even with a high gain amplifier. In addition, the internal circuit can be adjusted regardless of the presence or absence of the lid of the metal case.
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1:増幅素子
2:誘電体基板
3:マイクロストリップ線路
4:入力端子
5:出力端子
6:フタ
7:金属筐体
8,81:金属体
9,91,92:導電性ラバー
1: Amplifying element 2: Dielectric substrate 3: Microstrip line 4: Input terminal 5: Output terminal 6: Lid 7: Metal casing 8, 81:
Claims (8)
このマイクロストリップ線路に接続された増幅素子と、
前記誘電体基板上に載置された前記増幅素子を収容する収容部が形成された金属筐体と、
この金属筐体の前記収容部に嵌合するとともに、前記増幅素子と対向する面側に第1の溝部が形成された金属体と、
前記金属体の第1の溝部に嵌挿される第1の導電性ラバーとを備え、
前記金属筐体の前記収容部に前記金属体を嵌合した時、前記第1の導電性ラバーが前記誘電体基板上に実装されている前記増幅素子を押圧して、前記増幅素子上の空間ループを遮断することを特徴とする高周波増幅器。 A microstrip line formed on a dielectric substrate;
An amplifying element connected to the microstrip line;
A metal housing in which an accommodating portion for accommodating the amplifying element placed on the dielectric substrate is formed;
A metal body that fits into the housing portion of the metal casing and has a first groove formed on the surface facing the amplification element;
A first conductive rubber fitted into the first groove of the metal body,
When the metal body is fitted into the housing portion of the metal casing, the first conductive rubber presses the amplification element mounted on the dielectric substrate, and the space on the amplification element A high-frequency amplifier characterized by breaking a loop.
前記金属筐体の収容部と金属体の周縁を回り込むような空間ループを遮断することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の高周波増幅器。 A notch is formed in the vertical direction in the vicinity of the corner of the metal body, and the notch has a diameter larger than that of the notch so that the outer edge protrudes from the outer periphery of the metal body. Insert 2 conductive rubber,
5. The high-frequency amplifier according to claim 1, wherein a space loop that goes around a housing portion of the metal casing and a periphery of the metal body is blocked.
この第3の導電性ラバーの外縁が、前記金属体の長手方向端部では、外周よりも突出させ、
ネジの螺着箇所及び前記収容部と前記金属体の周縁を回り込むような空間ループを遮断することを特徴とする請求項2乃至請求項6のいずれか1項に記載の高周波増幅器。 A screw hole formed in the metal body is a through hole, and a second groove is formed at a longitudinal end portion of the metal body to insert and insert a third conductive rubber.
The outer edge of the third conductive rubber protrudes from the outer periphery at the end portion in the longitudinal direction of the metal body,
The high-frequency amplifier according to any one of claims 2 to 6, wherein a space loop that wraps around a screw threaded portion and a peripheral portion of the housing portion and the metal body is cut off.
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