JP3959331B2 - ホーンアンテナ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホーンアンテナに関し、さらに詳しくは、ホーン開口部にフィードームを取り付けた気密溝造型のホーンアンテナの特性改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ホーンアンテナの前方にフィードームを装着して、ホーンアンテナへの積雪、雨雪、塵埃の付着などを防ぐことが行なわれている。そして、このようなフィードームとしては、FRP(Fiber Reinforced Plastics)繊維強化プラスチック、ポリプロピレン、ABS樹脂等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。一般に、フィードームはホーン開口部を遮るので、電波の透過損失の少ないことが要求される。即ちフィードームを構成する誘電体板での反射を小さくするように設計される。ここで、使用電波の自由空間波長をλo、使用する誘電体の比誘電率をεr、フィードームに対する電波の入射角をθinとすると、フィードームを構成する誘電体板の厚みdは式(1)で表される。
d=(Nλo)cosθin/(2εr1/2)・・・式(1)
なお、Nは自然数である。そして、フィードーム(誘電体板)を式(1)を満足する厚みdとすることで、フィードームでの反射を小さくし、使用する周波数の電波を低損失で透過するようにしている。
ここで、入射角θinを0°とすると、式(1)は
d=Nλ/2・εr1/2・・・式(2)
となり、比誘電率εrのフィードーム内の波長をλgとすると、
λg=λ/εr1/2・・・式(3)
であるので、式(2)は、
d=λg・N/2・・・式(4)
と表せる。つまり、誘電体板の厚みはフィードームの材質と使用周波数により一義的に決定される。
【0003】
図8は実開平5−36918号公報に記載の、従来のホーン開口部にフィードームを取り付けた気密構造型のホーンアンテナを示す断面図である。この構成は電波を発射及び受信するホーン11と、フィードーム12と、ホーン11内を気密にする気密用シート14とにより構成され、気密用シート14とフィードーム12を密接して、ホーン11に対する電波の入出力時の反射を抑えるためにその合計の厚さLcを、前記式(4)により使用周波数Cの1/2波長となるようにフィードームを形成している。つまり、Lc=λc/2の厚さに形成し、使用する周波数の電波を低損失で透過するようにしている。
図9は、図8のフィードーム構成によるホーンアンテナの反射損失特性を示す図であり、周波数帯Cにおいて反射損失が少なくなるような特性を示している。
【特許文献1】
実開平5−36918号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記実開平5−36918号公報のホーンは、以上のように横成されているため、フィードーム12を透過する電波が、ほぼ1/2波長となる周波数帯Cではフィードーム12による反射を抑え図8に示すような良好なVSWR(Voltage Standing Wave Ratio:電圧定在波比)特性を得ることができるが、2つ以上の周波数帯を共用する場合、全周波数帯で良好なVSWR特性を得ることは難しい。
本発明は、かかる課題に鑑み、フィードームを2枚以上並べ、その間隔を他の周波数帯で3/4波長とすることにより、他の周波数帯でも良好なVSWR特性を得ることができ、多周波数帯で共用することが可能となるホーンアンテナを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口端に第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1のフィードームと略同形状の第2のフィードームを備え、前記第1の周波数帯による反射波は、前記第1及び第2夫々のフィードームの表面と背面からの反射波が互いに打ち消し合うように構成され、前記第2の周波数帯による反射波は、前記第1及び第2の夫々のフィードームの表面からの反射波が互いに打ち消し合うように構成されていることを特徴とする。
第1のフィードームと第2のフィードームの厚さは第1の周波数帯では約1/2波長となるため、それぞれのフィードームの表面と背面からの反射波が互いに打ち消し合い、第1の周波数帯での反射を抑えることができる。また、第1のフィードームと第2のフィードームとの間隔を、第2の周波数帯で約3/4波長となるようにするため、それぞれのフィードーム表面からの反射波が互いに打ち消し合い、それぞれのフィードーム背面からの反射波も互いに打ち消し合う。したがって、第2の周波数帯でも反射を抑えることができる。
かかる発明によれば、第1と第2のフィードームの厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、第1と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに良好なVSWR特性が得ることができる。
請求項2は、前記ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆ったことを特徴とする。
ホーンアンテナの気密性を完全に保つためには、フィードームだけでは不十分である。そこで、フィードームに密接して極薄いシートをホーン全面に覆い、それにより気密性を確保する。かかる技術手段によれば、ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、第1と第2のフィードームの厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、第1と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに良好なVSWR特性が得ることができる。
【0006】
請求項3は、前記気密用部材の厚みは、前記第1の周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みに形成されることも本発明の有効な手段である。
前記で気密性を確保するために極薄いシートをホーン全面に覆ったが、電波の反射の点では好ましくない。そこで、使用する周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みで形成されるのが良い。かかる技術手段によれば、気密用部材の厚みは、前記第1の周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みに形成されるので、気密用部材による反射の影響を無視することができる。
請求項4は、前記気密用部材を含む第1のフィードームと前記第2のフィードームとの間隔が前記ホーンアンテナ開口端より前記第2の周波数帯の略3/4波長になるように構成したことを特徴とする
前記請求項2で気密用部材の厚みが、前記第1の周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みに形成されていれば、それに密接した第1のフィードームと第2のフィードームの間隔をホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長に形成しても差し支えないが、周波数帯によっては気密用部材の厚さが薄くても良好なVSWR特性を得ることができない場合がある。そこで、気密用部材と第1のフィードームの厚さの合計が第1の周波数帯の略1/2波長になるように形成されるのがより好ましい。かかる技術手段によれば、ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、この気密用部材と第1のフィードームの合計の厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、ホーンアンテナ開口端と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに更に良好なVSWR特性が得ることができる。
【0007】
請求項5は、前記ホーンアンテナ開口部全面と前記第2のフィードーム表面とを夫々気密用部材にて覆い、前記ホーンアンテナ開口端と前記第2のフィードームを覆った気密用部材までの間隔が前記ホーンアンテナ開口端より前記第2の周波数帯の略3/4波長になるように構成したことを特徴とする
前記請求項2〜4では気密部材を第1のフィードームにのみに密接したため、気密部材がVSWR特性に対して影響を及ぼす可能性がある。そこで、第2のフィードームにも同じように気密部材を設けることが好ましい。かかる技術手段によれば、第1のフィードームと第2のフィードームの両方に気密部材を設け、それらの間隔をホーンアンテナ開口端からそれぞれ第1の周波数帯の略1/2波長と第2の周波数帯の略3/4波長にしたので、第1及び第2のフィードームが同じ構成となり、完全な気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに更に良好なVSWR特性が得ることができる。
請求項6は、気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナで使用する周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを、前記ホーンアンテナ開口端より順次使用周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に複数配置し、複数の周波数帯で使用可能としたことを特徴とする。
請求項1では、フィードームを2枚使用して2種類の異なる周波数帯に対して対応したが、各フィードームの間隔を使用する周波数の3/4波長に設定すれば、複数の周波数帯に対応が可能となる。かかる技術手段によれば、周波数帯の略1/2波長の厚みを有するフィードームを、前記ホーンアンテナ開口端より順次前記周波数帯の略3/4波長の間隔に複数配置したので、さらに多くの周波数帯に対応可能となる。
【0008】
請求項7は、気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、前記気密用部材に密接して形成され第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、該第1のフィードームと前記気密用部材の接合面より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1のフィードームと略同形状のフィードームを複数配置したことを特徴とする。
請求項8は、気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、該気密用部材に密接して形成され前記ホーンアンテナ開口端よりフィードーム表面までの厚みが第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを所定の間隔を設けて複数配置したことを特徴とする。
これは、請求項7では気密部材の厚さを無視して各フィードームの間隔を決定したが、気密部材の厚さを合計してフィードームの間隔を決定するものである。かかる技術手段によれば、気密性を確保しつつ、さらに多くの周波数帯に対応可能となる。
請求項9は、気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を第1の気密用部材にて覆い、該第1の気密用部材に密接して形成され前記ホーンアンテナ開口端よりフィードーム表面までの厚みが第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に、気密用部材に密接して形成され前記気密用部材とフィードーム合計の厚さが前記第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを所定の間隔を設けて複数配置したことを特徴とする。
これは、各フィードームに気密部材を設けたものである。かかる技術手段によれば、気密性を確保しつつVSWR特性の向上を図り、さらに多くの周波数帯に対応可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明の第1の実施形態のホーンアンテナの断面図である。この構成は電波を発射及び受信するホーン1と、ホーン1の開口端に密接した第1のフィードーム2と、ホーン1の開口端よりLbの距離にスペーサ6を挟んで第2のフィードーム3により構成される。第1のフィードーム2と第2のフィードーム3の厚みLaは、電波の周波数Aの波長をλaとすると、La=λa/2に設定される。これは前記で説明した通り、反射波を打ち消して、使用する周波数Aの電波を低損失で透過するようにしている。また、これらフィードームの間隔Lbは、電波の周波数Bの波長をλbとすると、Lb=3・λb/4に設定される。
このように図1のホーンアンテナは、2周波数帯共用のホーンアンテナであり、フィードーム2、3それぞれの厚さが一つの周波数帯(周波数帯A)のほぼ1/2波長になっているため、周波数帯Aの透過する電波はフィードームにおいて反射の影響は少なく良好なVSWR特性が得られる。またもう一つの周波数帯(周波数帯B)では、透過する電波はフィードームの厚さが1/2波長とはならないためフィードーム2、3それぞれにおいて反射が発生するが、フィードーム2とフィードーム3との間隔が周波数帯Bにおいてほぼ3/4波長となっているため、各フィードームで発生する反射波が打ち消し合い、周波数帯Bにおいても良好なVSWR特性が得られる。また、周波数帯Aにおいては1枚のフィードームで反射を抑えているため、2枚のフィードームを並べてもvswR特性の劣化は少ない。
さらにこれらを詳細に説明するために図を用いて説明する。図5、6は2枚のフィードームにより反射した反射波が打ち消し合う様子を書いた図である。図5にてフィードーム2、3の厚さLaは周波数帯Aでは約1/2波長となるため、反射波11の位相に対して、反射波12は位相が2・La分遅れて反射されるため、逆転して反射波11と打ち消し合う。また、反射波13と反射波14も同様に相対的に2・Lb分位相が遅れるが前記と同じ理由により互いに打ち消し合う。したがって、周波数帯Aでは反射を抑えることができる。
図6ではフィードーム2とフィードーム3との間隔Lbは周波数帯Bで約3/4波長となるため、フィードーム2と3の表面からの反射波11と反射波13が打ち消し合い、また、フィードーム2と3の裏面からの反射波12と反射波14も打ち消し合う。したがって、周波数帯Bでは反射を抑えることができる。以上のことから、フィードーム2、3の厚さLaを周波数帯Aの1/2波長、2枚のフィードーム2、3の間隔Lbを周波数帯Bの3/4波長とすることにより、周波数帯A、周波数帯Bともに良好なVSWR特性が得られる。
【0010】
図2は、本発明の第2の実施形態のホーンアンテナの断面図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図2が図1と異なる点は、ホーン1の開口部を気密用シート4により覆った点である。そしてフィードーム2、3、それぞれの厚さLaが周波数帯Aのほぼ1/2波長であり、フィードーム2とフィードーム3との間隔Lbが周波数帯Bのほぼ3/4波長となっており、図1のホーンアンテナと同様に二つの周波数帯A、Bにおいて良好なVSWR特性が得られる。その理由は前記した通りである。ただし、気密用シート4による影響が全く無いわけではなく、多少発生する。
つまり、ホーンアンテナの気密性を完全に保つためには、フィードームだけでは不十分である。そこで、フィードームに密接して極薄いシートをホーン全面に覆い、それにより気密性を確保するようにすれば、気密性を確保しつつ、周波数帯A、周波数帯Bともに良好なVSWR特性が得ることができる。また、前記で気密性を確保するために極薄いシートをホーン全面に覆ったが、電波の反射の点では好ましくない。そこで、使用する周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みで形成すれば、気密用シート4による反射の影響を無視することができる。
【0011】
図3は、本発明の第3の実施形態のホーンアンテナの断面図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図3が図2と異なる点は、フィードーム2とフィードーム3との間隔Lbがホーン1の開口端からLbになるように、スペーサ7の厚みを気密用シート4の厚みだけ薄くしてある点である。つまり、図2で気密用シート4の厚みが、周波数帯Aの波長に比べて充分小さい厚みに形成されていれば、それに密接したフィードーム2とフィードーム3の間隔をホーンアンテナ開口端より周波数帯Bの略3/4波長に形成しても差し支えないが、周波数帯によっては気密用シート4の厚さが確保できない場合も発生する。そこで、気密用シート4とフィードーム2の厚さの合計が周波数帯Aの略1/2波長になるようにすれば、気密性を確保しつつ、周波数帯A、周波数帯Bともに更に良好なVSWR特性が得ることができる。
図4は、本発明の第4の実施形態のホーンアンテナの断面図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。図4が図3と異なる点は、2枚のフィードーム2、3それぞれに気密用シート4、5を密接した半波長フィードームを形成させ、半波長フィードームを周波数帯Aの1/2波長、気密用シート4と気密用シート5の間隔を周波数帯Bの3/4波長とするため、周波数帯A、Bにおいて良好なVSWR特性が得られ、気密用シートの影響を抑えることができる。
【0012】
図7は、本発明の実施形態1〜4によるホーンアンテナの反射損失(VSWR)特性を示す図である。縦軸は反射損失(dB)、横軸は使用周波数(GHz)であり、周波数帯A、Bで反射損失が急激に減少して良好なVSWR特性が得られている。この結果から本発明の有効性が実証できた。尚、図ではフィードーム間隔を設計する周波数帯Bを高い周波数としているが、フィードームの厚さを高い周波数で、フィードームの間隔を低い周波数で設計することもできる。
以上の説明ではフィードームが2枚の場合について説明したが、図1に示すホーンアンテナにおいては、更にフィードームを間隔Lbで複数個追加することにより、より多周波数帯で共用可能となる。また、図2、3に示すホーンアンテナにおいては、先頭のフィードームのみに気密用シートを密接させ、半波長フィードームを複数個追加することにより、気密性を保持しつつより多周波数帯で共用可能となる。また、図4に示すホーンアンテナにおいては、先頭のフィードームのみならず、全てのフィードームに気密用シートを密接させ、半波長フィードームを複数個追加することにより、気密性を保持しつつ更にVSWR特性の向上を図り、より多周波数帯で共用可能となる。
【0013】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項1、6は、第1と第2のフィードームの厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、第1と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに良好なVSWR特性が得ることができる。
また請求項2、7は、ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、第1と第2のフィードームの厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、第1と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに良好なVSWR特性が得ることができる。
また請求項3は、気密用部材の厚みは、前記第1の周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みに形成されるので、気密用部材による反射の影響を無視することができる。
また請求項4、8は、ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、この気密用部材と第1のフィードームの合計の厚さを、第1の周波数帯の1/2波長、ホーンアンテナ開口端と第2のフィードームの間隔を、第2の周波数帯の3/4波長とすることにより、気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに更に良好なVSWR特性が得ることができる。
また請求項5、9は、第1のフィードームと第2のフィードームの両方に気密部材を設け、それらの間隔をホーンアンテナ開口端からそれぞれ第1の周波数帯の略1/2波長と第2の周波数帯の略3/4波長にしたので、第1及び第2のフィードームが同じ構成となり、完全な気密性を確保しつつ、第1の周波数帯、第2の周波数帯ともに更に良好なVSWR特性が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のホーンアンテナの断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態のホーンアンテナの断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態のホーンアンテナの断面図である。
【図4】本発明の第4の実施形態のホーンアンテナの断面図である。
【図5】本発明の2枚のフィードームにより反射した反射波が打ち消し合う様子を書いた図である。
【図6】本発明の2枚のフィードームにより反射した反射波が打ち消し合う様子を書いた図である。
【図7】本発明の実施形態1〜4によるホーンアンテナの反射損失(VSWR)特性を示す図である。
【図8】従来のホーン開口部にフィードームを取り付けた気密構造型のホーンアンテナを示す断面図である。
【図9】従来のフィードーム構成によるホーンアンテナの反射損失特性を示す図である。
【符号の説明】
1 ホーン、2 第1のフィードーム、3 第2のフィードーム、6 スペーサ

Claims (9)

  1. 気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口端に第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1のフィードームと略同形状の第2のフィードームを備え、
    前記第1の周波数帯による反射波は、前記第1及び第2夫々のフィードームの表面と背面からの反射波が互いに打ち消し合うように構成され、前記第2の周波数帯による反射波は、前記第1及び第2の夫々のフィードームの表面からの反射波が互いに打ち消し合うように構成されていることを特徴とするホーンアンテナ。
  2. 前記ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆ったことを特徴とする請求項1に記載のホーンアンテナ。
  3. 前記気密用部材の厚みは、前記第1の周波数帯の波長に比べて充分小さい厚みに形成されることを特徴とする請求項2記載のホーンアンテナ。
  4. 前記気密用部材を含む第1のフィードームと前記第2のフィードームとの間隔が前記ホーンアンテナ開口端より前記第2の周波数帯の略3/4波長になるように構成したことを特徴とする請求項2又は3に記載のホーンアンテナ。
  5. 前記ホーンアンテナ開口部全面と前記第2のフィードーム表面とを夫々気密用部材にて覆い、前記ホーンアンテナ開口端と前記第2のフィードームを覆った気密用部材までの間隔が前記ホーンアンテナ開口端より前記第2の周波数帯の略3/4波長になるように構成したことを特徴とする請求項1又は3に記載のホーンアンテナ。
  6. 気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナで使用する周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを、前記ホーンアンテナ開口端より順次使用周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に複数配置し、複数の周波数帯で使用可能としたことを特徴とするホーンアンテナ。
  7. 気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、前記気密用部材に密接して形成され第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、該第1のフィードームと前記気密用部材の接合面より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1のフィードームと略同形状のフィードームを複数配置したことを特徴とするホーンアンテナ。
  8. 気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を気密用部材にて覆い、該気密用部材に密接して形成され前記ホーンアンテナ開口端よりフィードーム表面までの厚みが第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、
    前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に前記第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを所定の間隔を設けて複数配置したことを特徴とするホーンアンテナ。
  9. 気密構造型のホーンアンテナにおいて、該ホーンアンテナ開口部全面を第1の気密用部材にて覆い、該第1の気密用部材に密接して形成され前記ホーンアンテナ開口端よりフィードーム表面までの厚みが第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有する第1のフィードームと、
    前記ホーンアンテナ開口端より第2の周波数帯の略3/4波長を隔てた位置に、気密用部材に密接して形成され前記気密用部材とフィードーム合計の厚さが前記第1の周波数帯の略1/2波長に相当する厚みを有するフィードームを所定の間隔を設けて複数配置したことを特徴とするホーンアンテナ。
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