JP3442920B2 - Nrdガイド円偏波アンテナ - Google Patents
Nrdガイド円偏波アンテナInfo
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- JP3442920B2 JP3442920B2 JP30001095A JP30001095A JP3442920B2 JP 3442920 B2 JP3442920 B2 JP 3442920B2 JP 30001095 A JP30001095 A JP 30001095A JP 30001095 A JP30001095 A JP 30001095A JP 3442920 B2 JP3442920 B2 JP 3442920B2
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- Japan
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- circularly polarized
- nrd guide
- dielectric
- antenna
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ミリ波帯において
使用されるNRDガイド円偏波アンテナに関する。
使用されるNRDガイド円偏波アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】SHF帯〜ミリ波帯における集積回路用
誘電体線路としてNRDガイド(非放射性誘電体線路:
Non Radiative Dielectric wave guide )が知られてい
る。このNRDガイドは、基本的には、図8に示すよう
に2枚の上下導体板1,2間に高さa,幅bの誘電体ス
トリップ3を介在させ、この誘電体ストリップ3を励振
することにより上下導体板1,2間に電波を伝送させる
ようにしたもので、マイクロ波、ミリ波帯において、金
属壁による導体損の軽減を図ることができる。
誘電体線路としてNRDガイド(非放射性誘電体線路:
Non Radiative Dielectric wave guide )が知られてい
る。このNRDガイドは、基本的には、図8に示すよう
に2枚の上下導体板1,2間に高さa,幅bの誘電体ス
トリップ3を介在させ、この誘電体ストリップ3を励振
することにより上下導体板1,2間に電波を伝送させる
ようにしたもので、マイクロ波、ミリ波帯において、金
属壁による導体損の軽減を図ることができる。
【0003】また、上記NRDガイドは、主伝送モード
であるLSM01モードの電界成分が上下導体板1,2
に平行であることから、最近では図9に示すように角柱
状の誘電体ストリップ3を上下導体板1,2間より外部
に突出させると共に、電界方向にテーパを持たせて誘電
体ロッド4としたNRDガイドによるアンテナが考えら
れている。
であるLSM01モードの電界成分が上下導体板1,2
に平行であることから、最近では図9に示すように角柱
状の誘電体ストリップ3を上下導体板1,2間より外部
に突出させると共に、電界方向にテーパを持たせて誘電
体ロッド4としたNRDガイドによるアンテナが考えら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のNRDガイ
ドによるアンテナは、直線偏波が中心であり、このため
マルチパスの影響を受け易いという欠点があった。この
対策としては、円偏波を用いる方法があるが、現状で
は、NRD回路において円偏波アンテナを利用しようと
すると、構造の複雑な漏れ波アンテナか、あるいは多少
の損失を犠牲にして導波管等の別の線路に変換した後、
それぞれの線路で構成された円偏波アンテナを使用する
しかなかった。このためNRDガイドと、同軸線路、導
波管、マイクロストリップ線路等、異種線路の接続点に
おいてミスマッチによる不整合損が大きくなり、これを
解決するには、高精度の加工が要求されるが、構造的な
制約が多く、コスト高になるという問題があった。
ドによるアンテナは、直線偏波が中心であり、このため
マルチパスの影響を受け易いという欠点があった。この
対策としては、円偏波を用いる方法があるが、現状で
は、NRD回路において円偏波アンテナを利用しようと
すると、構造の複雑な漏れ波アンテナか、あるいは多少
の損失を犠牲にして導波管等の別の線路に変換した後、
それぞれの線路で構成された円偏波アンテナを使用する
しかなかった。このためNRDガイドと、同軸線路、導
波管、マイクロストリップ線路等、異種線路の接続点に
おいてミスマッチによる不整合損が大きくなり、これを
解決するには、高精度の加工が要求されるが、構造的な
制約が多く、コスト高になるという問題があった。
【0005】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、異種線路の接続点におけるミスマッチによ
る不整合損を無くし、高利得のNRDガイド円偏波アン
テナを提供することを目的とする。
れたもので、異種線路の接続点におけるミスマッチによ
る不整合損を無くし、高利得のNRDガイド円偏波アン
テナ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】本発明に係るNRDガイ
ド円偏波アンテナは、平行配置した上下導体板間に誘電
体ストリップを配置し、LSM01モードで励振させた
NRDガイドにおいて、上記誘電体ストリップ先端を円
錐状に形成して上記上下導体板より突出させて誘電体ロ
ッドを構成し、この誘電体ロッドの基部に円偏波発生用
素子を上記上下導体板に対してほぼ45°傾けて装着し
たことを特徴とし、且つ上記円偏波発生用素子は、誘電
体ロッドの円柱状基部の外径に短径が内接する大きさの
長孔を設けた導体円板により構成したことを特徴とす
る。
ド円偏波アンテナは、平行配置した上下導体板間に誘電
体ストリップを配置し、LSM01モードで励振させた
NRDガイドにおいて、上記誘電体ストリップ先端を円
錐状に形成して上記上下導体板より突出させて誘電体ロ
ッドを構成し、この誘電体ロッドの基部に円偏波発生用
素子を上記上下導体板に対してほぼ45°傾けて装着し
たことを特徴とし、且つ上記円偏波発生用素子は、誘電
体ロッドの円柱状基部の外径に短径が内接する大きさの
長孔を設けた導体円板により構成したことを特徴とす
る。
【0007】(作用)上記の構成とすることにより、誘
電体ストリップ内の偏波成分をそのまま誘電体ロッドに
伝送させて、損失なく空間へ放射することができ、異種
線路の接続点におけるミスマッチによる不整合損を無く
し、高利得のNRDガイド円偏波アンテナとすることが
できる。
電体ストリップ内の偏波成分をそのまま誘電体ロッドに
伝送させて、損失なく空間へ放射することができ、異種
線路の接続点におけるミスマッチによる不整合損を無く
し、高利得のNRDガイド円偏波アンテナとすることが
できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
るNRDガイド円偏波アンテナの主要部を示す斜視図で
ある。図1に示すように2枚の上下導体板(金属板)
1,2をλ0 /2より小さい間隔を保って平行配置し、
その導体板1,2間に矩形柱形状のNRDガイドの誘電
体ストリップ3を設けている。この誘電体ストリップ3
としては、例えばテフロン、ポリエチレン、ポリスチレ
ン、などの高周波で低損失な誘電体材料が使用される。
上記λ0 は、電磁波の自由空間波長である。
実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
るNRDガイド円偏波アンテナの主要部を示す斜視図で
ある。図1に示すように2枚の上下導体板(金属板)
1,2をλ0 /2より小さい間隔を保って平行配置し、
その導体板1,2間に矩形柱形状のNRDガイドの誘電
体ストリップ3を設けている。この誘電体ストリップ3
としては、例えばテフロン、ポリエチレン、ポリスチレ
ン、などの高周波で低損失な誘電体材料が使用される。
上記λ0 は、電磁波の自由空間波長である。
【0009】そして、上記誘電体ストリップ3を上下導
体板1,2から外部に導出し、この外部に導出した部分
を円錐状に形成して円偏波の誘電体ロッド8としてい
る。また、誘電体ロッド8の基部に円柱状部10を形成
し、この円柱状部10に円偏波発生用素子11を装着す
る。この円偏波発生用素子11としては、例えば金属円
板を使用し、その中央部に長孔12を形成したものであ
る。この長孔12は、図2に示すように、その短径aが
誘電体ストリップ3に形成した円柱状部10の外径に内
接する大きさに設定される。
体板1,2から外部に導出し、この外部に導出した部分
を円錐状に形成して円偏波の誘電体ロッド8としてい
る。また、誘電体ロッド8の基部に円柱状部10を形成
し、この円柱状部10に円偏波発生用素子11を装着す
る。この円偏波発生用素子11としては、例えば金属円
板を使用し、その中央部に長孔12を形成したものであ
る。この長孔12は、図2に示すように、その短径aが
誘電体ストリップ3に形成した円柱状部10の外径に内
接する大きさに設定される。
【0010】そして、上記円偏波発生用素子11の長孔
12を図2に示すように誘電体ストリップ3の垂線に対
して45°傾けると共に、円偏波発生用素子11の厚さ
を所定の値に設定することにより、円偏波を発生させる
ことができる。
12を図2に示すように誘電体ストリップ3の垂線に対
して45°傾けると共に、円偏波発生用素子11の厚さ
を所定の値に設定することにより、円偏波を発生させる
ことができる。
【0011】また、上記円偏波発生用素子11として
は、金属円板の他、図3(a),(b)に示すように2
片の導体板13a,13bを円柱状部10に接するよう
に平行に配置するようにしても良い。この場合、導体板
13a,13bの間隔aが上記長孔12の短径aに相当
する。このように円偏波発生用素子11として2片の導
体板13a,13bを用いた場合においても、上記金属
円板を用いた場合と同様に円偏波を発生することができ
る。
は、金属円板の他、図3(a),(b)に示すように2
片の導体板13a,13bを円柱状部10に接するよう
に平行に配置するようにしても良い。この場合、導体板
13a,13bの間隔aが上記長孔12の短径aに相当
する。このように円偏波発生用素子11として2片の導
体板13a,13bを用いた場合においても、上記金属
円板を用いた場合と同様に円偏波を発生することができ
る。
【0012】以下、円偏波発生用素子11として、図3
(a),(b)に示したように2片の導体板13a,1
3bを用いた場合の円偏波の発生について説明する。L
SM01モードは、図3(a)、(c)に示すように上
下導体板1,2に平行な電界成分E0 であるが、円偏波
発生用の導体板13a,13bによって、これに垂直な
電界E1 と水平な電界E2 に分かれる。偏波面を回転さ
せるには、これらの電界E1 ,E2 をπ/2の位相差に
する必要がある。この場合、それぞれの波は位相定数が
異なるため、導体板13a,13bの幅tを調整するこ
とにより、その位相差をπ/2に合わせることができ
る。
(a),(b)に示したように2片の導体板13a,1
3bを用いた場合の円偏波の発生について説明する。L
SM01モードは、図3(a)、(c)に示すように上
下導体板1,2に平行な電界成分E0 であるが、円偏波
発生用の導体板13a,13bによって、これに垂直な
電界E1 と水平な電界E2 に分かれる。偏波面を回転さ
せるには、これらの電界E1 ,E2 をπ/2の位相差に
する必要がある。この場合、それぞれの波は位相定数が
異なるため、導体板13a,13bの幅tを調整するこ
とにより、その位相差をπ/2に合わせることができ
る。
【0013】上記円偏波の発生機構を数式を用いて更に
詳細に説明する。上記電界E1 ,E2 の位相定数β1 と
β2 は、それぞれ β1 =(εr )1/2 k0 β2 ={εr k0 2 +(π/a)2 }1/2 と表される。この式において、k0 は2π/λ0 、aは
導体板13a,13bの間隔、εr は誘電体の比誘電
率、λ0 は自由空間波長である。そして、導体板13
a,13bの厚さtを (β1 −β2 )t=π/2 となるように定めると、右旋または左旋の円偏波が発生
し、円錐状の誘電体ロッド8は円偏波励振され、円偏波
が自由空間へ放射される。円偏波発生用素子11を金属
円板により構成した場合においても、導体板13a,1
3bを使用した場合と同様にして円偏波を発生すること
ができる。
詳細に説明する。上記電界E1 ,E2 の位相定数β1 と
β2 は、それぞれ β1 =(εr )1/2 k0 β2 ={εr k0 2 +(π/a)2 }1/2 と表される。この式において、k0 は2π/λ0 、aは
導体板13a,13bの間隔、εr は誘電体の比誘電
率、λ0 は自由空間波長である。そして、導体板13
a,13bの厚さtを (β1 −β2 )t=π/2 となるように定めると、右旋または左旋の円偏波が発生
し、円錐状の誘電体ロッド8は円偏波励振され、円偏波
が自由空間へ放射される。円偏波発生用素子11を金属
円板により構成した場合においても、導体板13a,1
3bを使用した場合と同様にして円偏波を発生すること
ができる。
【0014】上記のように誘電体ストリップ3を上下導
体板1,2から外部に導出し、この外部に導出した部分
を円錐状に形成すると共に円偏波発生用素子11を装着
することにより、誘電体ストリップ3内の水平偏波成分
は、そのまま誘電体ロッド8の部分へ伝送され、円偏波
発生用素子11により偏波面が回転されて誘電体ロッド
8から損失なく放射される。
体板1,2から外部に導出し、この外部に導出した部分
を円錐状に形成すると共に円偏波発生用素子11を装着
することにより、誘電体ストリップ3内の水平偏波成分
は、そのまま誘電体ロッド8の部分へ伝送され、円偏波
発生用素子11により偏波面が回転されて誘電体ロッド
8から損失なく放射される。
【0015】次に本発明に係るNRDガイド円偏波アン
テナにおけるガンダイオードによるLSM01の励振を
行なう場合の例について図4により説明する。なお、図
4では、上側導体板1については省略している。
テナにおけるガンダイオードによるLSM01の励振を
行なう場合の例について図4により説明する。なお、図
4では、上側導体板1については省略している。
【0016】図4(a),(b)に示すように2枚の導
体板1,2間にNRDガイドの誘電体ストリップ3を設
けると共に、ガンダイオードブロック21、金属ストリ
ップ共振器22、モードサプレッサ23を設けている。
上記ガンダイオードブロック21には、ガンダイオード
24、バイアスチョーク25が設けられる。上記ガンダ
イオード24の発振出力は、金属ストリップ共振器22
を介してモードサプレッサ23及び誘電体ストリップ3
に結合される。そして、上記誘電体ストリップ3の先端
は、上記したように上下導体板1,2から外部に導出さ
れ、円錐形状に形成されて誘電体ロッド8となり、その
基部に円偏波発生用素子11が装着される。
体板1,2間にNRDガイドの誘電体ストリップ3を設
けると共に、ガンダイオードブロック21、金属ストリ
ップ共振器22、モードサプレッサ23を設けている。
上記ガンダイオードブロック21には、ガンダイオード
24、バイアスチョーク25が設けられる。上記ガンダ
イオード24の発振出力は、金属ストリップ共振器22
を介してモードサプレッサ23及び誘電体ストリップ3
に結合される。そして、上記誘電体ストリップ3の先端
は、上記したように上下導体板1,2から外部に導出さ
れ、円錐形状に形成されて誘電体ロッド8となり、その
基部に円偏波発生用素子11が装着される。
【0017】上記の構成とすることにより、ガンダイオ
ード24により、金属ストリップ共振器22、モードサ
プレッサ23、誘電体ストリップ3を介して誘電体ロッ
ド8を励振することができる。
ード24により、金属ストリップ共振器22、モードサ
プレッサ23、誘電体ストリップ3を介して誘電体ロッ
ド8を励振することができる。
【0018】図5は、上記NRDガイド円偏波アンテナ
をPINパルス変調トランシーバに接続する場合の例を
示したものである。ガンダイオード24の発振出力は、
方向性結合器31、アイソレータ32、ミキサダイオー
ド33、3dBカプラ34を介して誘電体ストリップ3
に結合される。上記ミキサダイオード33は、ベースバ
ンド入力端子35に接続される。また、誘電体ストリッ
プ3は、3dBカプラ36、ミキサダイオード37を介
して中間周波出力端子38に接続される。また、ガンダ
イオード24の発振出力は、方向性結合器31、3dB
カプラ36及びキサダイオード37,39を介して中間
周波出力端子38に結合される。
をPINパルス変調トランシーバに接続する場合の例を
示したものである。ガンダイオード24の発振出力は、
方向性結合器31、アイソレータ32、ミキサダイオー
ド33、3dBカプラ34を介して誘電体ストリップ3
に結合される。上記ミキサダイオード33は、ベースバ
ンド入力端子35に接続される。また、誘電体ストリッ
プ3は、3dBカプラ36、ミキサダイオード37を介
して中間周波出力端子38に接続される。また、ガンダ
イオード24の発振出力は、方向性結合器31、3dB
カプラ36及びキサダイオード37,39を介して中間
周波出力端子38に結合される。
【0019】また、図6は、NRDガイド円偏波アンテ
ナをFM送受信機に接続する場合の接続例を示したもの
で、(a)は送信機側、(b)は受信機側の構成を示し
ている。送信機側では、(a)に示すようにベースバン
ド入力端子41より入力される信号が可変容量ダイオー
ド42を介して電圧制御発振器43へ送られる。そし
て、この電圧制御発振器43の発振出力が誘電体ストリ
ップ3に入力され、誘電体ロッド8より外部へ送信され
る。
ナをFM送受信機に接続する場合の接続例を示したもの
で、(a)は送信機側、(b)は受信機側の構成を示し
ている。送信機側では、(a)に示すようにベースバン
ド入力端子41より入力される信号が可変容量ダイオー
ド42を介して電圧制御発振器43へ送られる。そし
て、この電圧制御発振器43の発振出力が誘電体ストリ
ップ3に入力され、誘電体ロッド8より外部へ送信され
る。
【0020】また、受信機側では、誘電体ロッド8によ
り受信された信号が誘電体ストリップ3より3dBカプ
ラ44、ミキサダイオード45,47を介して中間周波
出力端子46へ送られる。また、ガンダイオード24の
発振出力は、3dBカプラ44を介してミキサダイオー
ド45,47に結合される。
り受信された信号が誘電体ストリップ3より3dBカプ
ラ44、ミキサダイオード45,47を介して中間周波
出力端子46へ送られる。また、ガンダイオード24の
発振出力は、3dBカプラ44を介してミキサダイオー
ド45,47に結合される。
【0021】しかして、上記本発明におけるNRDガイ
ド円偏波アンテナは、近距離通信を行なう場合は、その
まま送受信アンテナとして使用するが、遠距離通信でア
ンテナ利得を高くしたい場合は、図7(a),(b)に
示すようにパラボラアンテナの1次放射器として動作さ
せる。図7(a)は、本発明のNRDガイド円偏波アン
テナをパラボラアンテナ51の1次放射器52として用
いた場合の例を示し、図7(b)は、カセグレン型パラ
ボラアンテナ53の1次放射器54として用いた場合の
例を示したものである。なお、図7(b)において、5
5は主反射鏡、56は副反射鏡である。このカセグレン
型パラボラアンテナ53に実施した場合は、主反射鏡5
5と円偏波発生用素子を構成する導体板を一体化できる
利点がある。
ド円偏波アンテナは、近距離通信を行なう場合は、その
まま送受信アンテナとして使用するが、遠距離通信でア
ンテナ利得を高くしたい場合は、図7(a),(b)に
示すようにパラボラアンテナの1次放射器として動作さ
せる。図7(a)は、本発明のNRDガイド円偏波アン
テナをパラボラアンテナ51の1次放射器52として用
いた場合の例を示し、図7(b)は、カセグレン型パラ
ボラアンテナ53の1次放射器54として用いた場合の
例を示したものである。なお、図7(b)において、5
5は主反射鏡、56は副反射鏡である。このカセグレン
型パラボラアンテナ53に実施した場合は、主反射鏡5
5と円偏波発生用素子を構成する導体板を一体化できる
利点がある。
【0022】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、上
下導体板からNRDガイドの誘電体ストリップを外部に
導出し、この外部に導出した部分を円錐状に形成して誘
電体ロッドとすると共に、その基部に円偏波発生用素子
を装着しているので、誘電体ストリップ内の水平偏波成
分がそのまま誘電体ロッドに伝送されて円偏波発生用素
子で偏波面が回転され、誘電体ロッドから損失なく空間
へ放射される。従って、異種線路の接続点におけるミス
マッチによる不整合損を無くして高い利得を得ることが
できる。また、本発明による円偏波アンテナをパラボラ
アンテナの1次放射器として使用することにより、アン
テナの利得を更に向上して遠距離通信に利用することが
可能となる。
下導体板からNRDガイドの誘電体ストリップを外部に
導出し、この外部に導出した部分を円錐状に形成して誘
電体ロッドとすると共に、その基部に円偏波発生用素子
を装着しているので、誘電体ストリップ内の水平偏波成
分がそのまま誘電体ロッドに伝送されて円偏波発生用素
子で偏波面が回転され、誘電体ロッドから損失なく空間
へ放射される。従って、異種線路の接続点におけるミス
マッチによる不整合損を無くして高い利得を得ることが
できる。また、本発明による円偏波アンテナをパラボラ
アンテナの1次放射器として使用することにより、アン
テナの利得を更に向上して遠距離通信に利用することが
可能となる。
【図1】本発明の一実施形態に係るNRDガイド円偏波
アンテナの構成を示す斜視図。
アンテナの構成を示す斜視図。
【図2】同実施形態における円偏波発生用素子の装着角
度を説明するための図。
度を説明するための図。
【図3】円偏波発生用素子を2片の導体板により構成し
た場合の例を示す図。
た場合の例を示す図。
【図4】本発明に係るNRDガイド円偏波アンテナのガ
ンダイオードによるLSM01の励振を行なう場合の例
を示す図。
ンダイオードによるLSM01の励振を行なう場合の例
を示す図。
【図5】本発明に係るNRDガイド円偏波アンテナをP
INパルス変調トランシーバに接続する場合の例を示す
図。
INパルス変調トランシーバに接続する場合の例を示す
図。
【図6】本発明に係るNRDガイド円偏波アンテナをF
M送受信機に接続する場合の例を示す図。
M送受信機に接続する場合の例を示す図。
【図7】本発明による誘電体ロッドアンテナをパラボラ
アンテナの1次放射器とした場合の構成例を示す図。
アンテナの1次放射器とした場合の構成例を示す図。
【図8】従来のNRDガイドの構成及び電磁界分布を示
す図。
す図。
【図9】従来のNRDガイド直線偏波アンテナの構成を
示す斜視図。
示す斜視図。
1,2 導体板
3 誘電体ストリップ
8 誘電体ロッド
10 円柱状部
11 円偏波発生用素子
12 長孔
13a,13b 導体板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
H01Q 1/36 H01Q 1/36
13/08 13/08
(72)発明者 佐藤 雋
埼玉県大宮市蓮沼1406番地 八木アンテ
ナ株式会社大宮工場内
(72)発明者 米山 務
宮城県仙台市太白区袋原字小平12−17
(56)参考文献 特開 平7−7320(JP,A)
特開 平4−369905(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01Q 13/24
H01P 1/17
H01P 3/16
H01P 5/02 607
H01P 5/08
H01Q 1/36
H01Q 13/08
Claims (2)
- 【請求項1】 平行配置した上下導体板間に誘電体スト
リップを配置し、LSM01モードで励振させたNRD
ガイドにおいて、上記誘電体ストリップ先端を円錐状に
形成して上記上下導体板より突出させて誘電体ロッドを
構成し、この誘電体ロッドの基部に円偏波発生用素子を
上記上下導体板に対してほぼ45°傾けて装着したこと
を特徴とし、且つ上記円偏波発生用素子は、誘電体ロッドの円柱状基
部の外径に短径が内接する大きさの長孔を設けた導体円
板により構成したことを特徴とする NRDガイド円偏波
アンテナ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のNRDガイド円偏波ア
ンテナをパラボラアンテナの1次放射器として用いたこ
とを特徴するNRDガイド円偏波アンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30001095A JP3442920B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | Nrdガイド円偏波アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
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