JPH01236703A - マイクロ波アンテナ装置 - Google Patents

マイクロ波アンテナ装置

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JPH01236703A
JPH01236703A JP6227788A JP6227788A JPH01236703A JP H01236703 A JPH01236703 A JP H01236703A JP 6227788 A JP6227788 A JP 6227788A JP 6227788 A JP6227788 A JP 6227788A JP H01236703 A JPH01236703 A JP H01236703A
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JP
Japan
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antenna
dielectric substrate
metal plate
coaxial cable
linear
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Application number
JP6227788A
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English (en)
Inventor
Akira Takahashi
章 高橋
Seiji Kato
精二 加藤
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Yagi Antenna Co Ltd
Original Assignee
Yagi Antenna Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、衛星放送等、マイクロ波帯の高い周波数の電
波の送受を行なうマイクロ波アンテナ装置に関する。
[従来の技術] 従来、マイクロ波帯の放送、例えば衛星放送の受信アン
テナに使用されるパラボラアンテナの一次放射器には通
常、電磁ホーンアンテナやへりカルアンテナ、スリット
アンテナ、バッチアンテナ等が用いられている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら上記ホーンアンテナは円偏波を発生させる
ための発生器が必要となり、−次放射器が大形化してし
まうという欠点があった。また、ヘリカルアンテナやス
リットアンテナ、パッチアンテナ等は周波数帯域特性が
狭く、広帯域に対応させることが困難であった 本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、小
型で広帯域の特性を有する一次放射器を備えたマイクロ
波アンテナ装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段及び作用]本発明は、同軸
ケーブルの外部導体を金属板に固定し、その金属板上に
線状アンテナを加工成形した誘電体基板を配設し、上記
同軸ケーブルの板を上記線状アンテナの各給電素子に接
続する一方、上記同軸ケーブルの他端を周波数変換器に
接続するようにしたものである。
[実施例] 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図はその第1構成例を示すもので、ここではDBS
 (直接受信衛星放送)用のアンテナ装置として使用さ
れるものを示す。同図でUは誘電体基板であり、この誘
電体基板11上には印刷加工により線状アンテナ12が
形成される。ここで示す線状アンテナ12は直線状に配
列された二対のアンテナ素子が直交するようにパターン
形成されたクロスダイポール型のもので、一対のアンテ
ナ素子の長さがλ/2、すなわち、12011z帯の放
送衛星では図示する如く約12.5■となり、各素子の
中心側に給電点12a−12dが設けられる。誘電体基
板11は金属板13上にここでは図示しない支持ビス等
によって支持され、線状アンテナ12の給電端子12a
〜12dの一端に形成されたスプリットバルンが金属板
13を貫通して配設される2本の同軸ケーブル14.1
4の一端に接続される。そし、て、同軸ケーブル14.
14の他端が周波数変換器15に接続される。
このDBS用のアンテナやCs(通信衛星)の使用する
Ku帯(1う〜14 G Hz帯)に用いられるアンテ
ナでは、アンテナ素子の標準である部分の一波長の長さ
が約12.5mmと非常に短くなってしまい、長さ、太
さの要求精度が大きくなる。
通常、低い周波数では金属棒を切断してアンテナを構成
していたが、この方法では寸法精度を上げることができ
ないため、ここではアンテナ素子を誘電体基板11上に
自動製図によって形成加工する。
誘電体基板Il上に線状アンテナ12を印刷形成するに
は、例えば厚さ75μm程度のポリエステルで構成され
る絶縁誘電体基板の表面全体に厚さ35μm程度の銅箔
あるいはアルミニウムを接着剤で貼付けた積層板を用い
、写真腐刻、凸版印刷あるいはスクリーン印刷等の手法
により必要なアンテナパターンの部分を残し、不要部を
化学腐蝕で取除いてアンテナを作る腐刻法や、絶縁誘電
体基板にアンテナ配線の部分だけ無電解メツキまたは電
解メツキを施す方法、絶縁誘電体基板上に導電性塗料を
印刷塗布し、加熱処理する方法、接着性フィルムで裏打
ちされた箔をアンテナパターンの金型治具で打抜くと共
にアンテナ構成部分を基板に加熱圧着するスタンピング
法などがある。
また、上記誘電体基板11の大きさはほぼ線状アンテナ
12の寸法にまで小さく設定することができるが、誘電
体基板11上に支持するために都合の良い大きさで構成
すればよい。
次に第2図により同軸ケーブル14の構成について示す
。同軸ケーブル14は、第2図に示すように線状アンテ
ナ12に接続される側の端部の外部導体14aに一対の
λ/2長のスロット14bが180゜対向して設けられ
、外部導体14aを2分するようになっており、その一
方がロー付された短絡棒14cによって内部導体14d
と接続され゛、スプリットバランを形成する。図示する
ように同軸ケーブル14の周波数変換器15と接続され
た他端からスリッ)14bの末端に至るまでが不平衡給
電部、スロット14bと短絡棒14cとが平衡−不平衡
変換部、短絡棒14cの上から線状アンテナ12に至る
までが平衡給電部となる。2本の同軸ケーブル14は、
その一方の外部導体14aと接続された内部導体14d
が線状アンテナ12の給電端子12aと、同内部導体1
4dと接続されない外部導体14aが給電端子12cと
接続され、他方の外部導体14aと接続された内部導体
14dが線状アンテナ12の給電端子12bと、同内部
導体14dと接続されない外部導体14aが給電端子1
2dと接続される。周波数変換器I5から2本の同軸ケ
ーブル14のうちの一方を他方に対して180°位相を
遅らせて給電すると線状アンテナ12では単一偏波を発
生し、また一方を他方に対して906位相を遅らせて給
電すると円偏波を発生する。一般にマイクロ波アンテナ
は単向性が多く、反射器と組合わせて使用する。金属板
13はこの反射器として使用されるもので、線状アンテ
ナ12への給電は同軸ケーブル14で行ない、その外部
導体が金属板13に強固に固定される。同軸ケーブル1
4からは線状アンテナ12に平衡系に変換された後、線
状アンテナ12の給電点12a−12dに給電される。
線状アンテナ12で受信された電波は増幅、混合後、周
波数変換器■5で中間周波数に変換されて図示しない受
信器に送出される。
次の第3図は発明の第2構成例として一対のアンテナ素
子のみによって構成したクロスダイポールアンテナを例
示したものである。同図で16は誘電体基板、17は誘
電体基板16上に印刷加工で形成された分岐クロスダイ
ポールアンテナ、18は誘電体基板1Bを支持する支持
ビス、19は第1図の誘電体基板11と同様、支持ビス
18によって誘電体基板1Bを載設した金属板、20は
上記同軸ケーブル14同様、外部導体を金属板19に固
定され、先端に形成したスプリッタバルンを介して分岐
クロスダイポールアンテナ17に接続され、これに平衡
給電を行なう同軸ケーブルである。分岐クロスダイポー
ルアンテナ17は、それぞれその分岐した部分が元の部
分に直交してクロスダイポールアンテナを構成する4分
の1波長の長さを有するものであり、分岐部分への給電
の位相が元の部分に比して90″遅れるように設定され
る。このため、このまま放送の受信を行なえば右旋円偏
波を受信可能であり、また、直径500■程度のパラボ
ラアンテナの一次放射器として用いれば左旋円偏波を受
信可能である。本アンテナは、軸比が1.5dB以下と
なる帯域幅は5〜6%の特性を得ると共に、利得は約7
.6dB得ることができる。
続く第4図は発明の第3構成例として分岐導体付ループ
アンテナを用いた例を示すものである。
同図で21は誘電体基板21.22は誘電体基!!1j
21上に印刷加工で形成された分岐導体付ループアンテ
ナ、23は発泡ポリエチレンで構成され、誘電体基板2
1を支持する支持部材、24は支持部材23によって誘
電体基板21を載設した金属板、25は分岐導体付ルー
プアンテナ22の給電点2Bに接続され、これに給電を
行なう同軸ケーブルである。分岐導体付ループアンテナ
22は、ループアンテナ本体22aに分岐導体22bを
付加して構成したものであり、給電点2Bで励振すると
、分岐導体22aと分岐導体22bに平衡モー′ド電流
と不平衡モード電流とが流れ、分岐導体22bの先端で
円偏波を発生するために必要な電圧が励起される。この
分岐導体付ループアンテナ2゛2はバラン等を介さず、
同軸ケーブル25で給電点26に直接給電することがで
きる。この種のアンテナは、分岐導体22bを取付ける
だけで軸比が1.5dB以下となる帯域幅を約20%得
ることができると共に、利得は約8dBと、単体のアン
テナとしては良好な特性を有している。
ところで、一般にDBS受信用アンテナとしては雪害を
考慮してオフセットパラボラアンテナが用゛いられるが
、その−次放射器の指向性はエツジでレベル(±35″
〜±50°)を−8〜−10dBとし、全体の指向性を
最適とすべきである。
そのためには上記第1図、第3図及び第4図で示した第
1乃至第3のアンテナ構成例では満足しないので、より
指向性を鋭くするためには、例えばその上部に導波器を
設置する必要がある。
第5図はその導波器を第3図に示した分岐クロスダイポ
ールアンテナ17の上部に設置した第4構成例を示すも
のである。基本的な構成は第3図のものと同様であるの
で、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する
。そして、誘電体基板1Bの上部に誘電体基板27を設
置する。この誘電体基板27には、上記分岐クロスダイ
ポールアンテナ17に対応した十字形の無給電クロスダ
イポール28が導波器として印刷加工によって形成され
るもので、その縦横それぞれのダイポールの長さは分岐
クロスダイポールアンテナ17と同様、4分の1波長と
する。誘電体基板27を誘電体基板16上に設置する方
法としては、誘電体基板1B同様プラスチツク性のビス
で支持するか、あるいは間に低損失の誘電体を充填する
方法が取られる。
上記のようにして構成した導波器を有する分岐クロスダ
イポールアンテナ17では、一般に次に示す特性を有す
る。すなわち、 (1)  導波器である無給電クロスダイポール28を
反射器である金属板19に近付けるとビーム幅は狭くな
る。
(II)  導波器を励振アンテナに近付けて結合を大
きくすると軸比は悪くなる。
(III)  励振アンテナである分岐クロスダイポー
ルアンテナ17を反射器に近付けると入力インピーダン
スは低くなるが、リアクタンスを抵抗で割った値は約1
.5とあまり変わらない。
なお、ここでは導波器となる無給電クロスダイポール2
8を分岐クロスダイポールアンテナ17上に設置する例
を示したが、これに限るものではなく、ダイポールアン
テナ、ループアンテナ、その他のアンテナでも同様な効
果を得ることができるのは勿論であり、さらに導波器を
1段のみではなく、複数段構成とすることでより一層ビ
ーム幅を狭くし、利得を上げることができる。
次いで第6図により上記したアンテナの実装例を示す。
図中、29はプラスチック製の蓋、30は金属板、31
は無給電素子を形成した誘電体基板、32は励振アンテ
ナを形成した誘電体基板、33は低損失誘電体である発
泡ポリエチレン、34は給電線となる同軸ケーブル、3
5は導波管である。金属板80の上に励振アンテナを形
成した誘電体基板32が複数の発泡ポリエチレン33を
介して支持される。さらにこの誘電体基板32上にやは
り発泡ポリエチレン33を介して導波器となる無給電素
子を形成した誘電体基板31が支持され、この誘電体基
板31が複数の発泡ポリエチレン33を介して蓋29に
より密閉される。誘電体基板31及び32はそれぞれ発
泡ポリエチレン33によって支持、絶縁された状態で密
閉されることとなるので、振動、衝撃に対して強く、ま
た、湿気による露結の対策ともなる。M29は低誘電率
で損失の少ない材質のものが使用されると共に、約λg
/2長(λgは誘電体中での電波の波長)の厚さで構成
することにより損失を充分に低いものとすることが可能
である。同軸ケーブル34の中心導体は導波管35のプ
ローブとして利用し、ここでは図示しない周波数変換器
を接続した導波管35を励振する。
この同軸ケーブル34部の詳細な構成を第7図に示す。
同軸ケーブル34の金属板30に接続する部分は上記第
2図で示したものと同様のスプリットバルンが形成され
、その4分の1波長の長さを有するスロット34aによ
って2分される外部導体の一方34bを誘電体基板32
上に形成されたアンテナの給電端子の一方に接続する。
また、外部導体の他方34cは半田付によって中心導体
34dに接続されると共に、やはり誘電体基板32上に
形成されたアンテナの給電端子の他方に接続される。誘
電体基板32と同軸ケーブル34の外部導体34b、 
34cとの間隔は特に一定に保つ必要があるので、第8
図に示す如く誘電体基板32と中心導体34dとの半田
付接続部は段付構造となる。
なお、同軸ケーブル34の先端部は誘電体基板32のア
ンテナの各給電端子に接続し、共晶半田などで半田付け
あるいは容量結合等で給電する方法も考えられる。この
ようにして各給電端子部の接続法としては、例えばリベ
ット止め、圧着接続、差込み接続、端子板合せ接続、モ
ールド及び金属成形による接続等がある。また、同軸ケ
ーブル34の先端をストリップライン状とし、誘電体基
板32と一体基板の構造とすることも可能である。
上記第3図、第5図で示した分岐クロスダイポールアン
テナの入力インピーダンスは、実験上、平衡系の特性イ
ンピーダンスを大きく設定した方が整合を取り易い。
また、上記スプリットバルンの他に平衡−不平衡変換回
路として、は、トラップ回路を用いたもの、Uバルンあ
るいは導波管の両端よりプローブで取出す方法などが用
いられる。
次いで第9図により上記アンテナを一次放射器として用
いたDBS受信用オフセットパラボラアンテナへの実装
例を示す。同図で36は支持柱、37はパラボラアンテ
ナ本体、38はアンテナ本体37を支持柱36に取付け
るための取付金具、39はパラボラアンテナ本体37の
外周下部に取付けられた支持アーム、40は支持アーム
39の先端で支持された周波数変換部、41は周波数変
換部40上部の焦点位置に設けられる一次放射器、42
は周波数変換部40と受信機とを接続する同軸ケーブル
である。取付金具38によって支持柱3Bに規定角度で
取付けられたパラボラアンテナ本体37に図中矢印Aで
示す衛星放送電波が送られてくると、その電波はパラボ
ラアンテナ本体37の鏡面で反射され、支持アーム39
によって支持される周波数変換部40の上部に設けられ
た一次放射器41に集約される。この−次放射器41が
上記第1図乃至第7図を用いて説明したアンテナで構成
されるもので、この−次放射器41で受信された電波は
周波数変換部40で中間周波数帯に変換された後、同軸
ケーブル42を介して受信器に送られる。
なお、以上はアンテナを形成した誘電体基板を支持する
と共に反射器としても用いられる金属板をすべて平板形
状として説明したが、これに限るものではなく、以下第
10図乃至第15図に示す応用例とすることも可能であ
る。
第10図、第11図は上記第9図に示したオフセットパ
ラボラアンテナの一次放射器41を例えば分岐クロスダ
イポールアンテナを用いて構成した場合の構造を示すも
ので、第10図は上面図、第11図は縦断面図である。
図中、43は円偏波の励振が容易な分岐クロスダイポー
ルアンテナをその上面に形成した誘電体基板、44は反
射器となる金属板、45は全体を保護するプラスチック
製の蓋、4Bは同軸ケーブルである。金属板44は図示
する如く同心円状に凸部が複数個、外部にいくに従って
高くなるよう形成されたコルゲートホーンの形状を有し
ており、6面、上面の半値角をほぼ等しくすることがで
きるので高い効率を得られると共に良好な軸比を得るこ
とができる。
続く第12図乃至第15図はそれぞれ上記第11図の金
属板44に形成したホーン形状の他の例を示す。第12
図はホーンを階段形状としたもので、階段面が円錐台状
となるものを示す。このホーン形状は通常ステップホー
ンと呼ばれるもので、高効率が得られ、円偏波の励振に
適する。
第13図はホーンを単純な円錐台形状としたもので、簡
単な構造で広い帯域を得ることができ、やはり円偏波の
励振に適する。
第14図はホーンを放物面形状としたもの、第15図は
ホーンを階段形状とし、且つ、その階段面が放物面状と
なるようにしたもので、いずれも高効率が得られ、円偏
波の励振に適する。
なお、ホーンを角錐形状あるいはそれに類する階段状等
の形状を与えたものとすれば、直交偏波の励振に適した
ものとなる。
以上第10図乃至第15図に示した如く金属板44を平
板ではなく立体的に構成する場合、同軸ケーブル4Gの
外部導体と一体化することにより、同軸ケーブル4Bが
金属板44に直交し、かつ、対称に構成することが可能
となり、軸比の良好なアンテナとすることができる。な
お、ここで示した誘電体基板43は薄く、軽量なもので
あるため、実装時には支持ビス等によらず、同軸ケーブ
ル4Bのみで支持される。そのため、蓋45と誘電体基
板43との間、誘電体基板43と金属板44との間に上
記第6図に示した如く低損失の誘電体部材を充填して誘
電体基板43を固定することも考えられる。
次いで、参考までに第16図及び第17図により分岐ク
ロスダイポールアンテナにおける上記第3図に示した反
射器(金属板)19と分岐クロスダイポールアンテナ1
7の特性と、第5図に示した反射器(金属板) 19と
誘電体基板16上に無給電クロスダイポールによる導波
器28を設けた場合の特性とを示す。
第16図は反射器(金属板) 19と分岐クロスダイポ
ールアンテナ17の特性を示すもので、横軸が指向角度
であり、縦軸が電解強度相対値でその最大指向性Ema
xで正規化したものである。金属板19と誘電体基板1
Bとの間隔は8IIlff11アンテナ長は約2分の1
波長である12.5■とし、入力インピーダンスZは Z=140+j174 [Ω〕 、利得は約6dB iである。上の実線は指向性を示し
、下の3本の線はDBSの周波数帯内の各周波数11.
850)Iz、11.70 G Hz及び12.00G
Hzでの逆偏波成分を示す。指向性が広く、開口角が1
40°〜180’のセンタフィールドパラボラアンテナ
の一次放射器として適当であることがわかる。
第17図は反射器(金属板) 19と分岐クロスダイポ
ールアンテナ17との上に無給電クロスダイポールによ
る導波器28を設けた場合の特性を示すもので、やはり
横軸が指向角度、縦軸が電解強度相対値でその最大指向
性Emaxで正規化したものである。金属板19と誘電
体基板16との間隔は8IllIIl、アンテナ長は約
2分の1波長である12.5iIIlとし、人力インピ
ーダンス2は Z−105+j147 rΩ] 利得は約10dBiである。上の実線は指向性を示し、
下の3本の線はDBSの周波数帯内の各周波数11.8
5GHz、11.70GHz及び12゜000)lzで
の逆偏波成分を示す。上記第16図に比して指向性が鋭
゛<、逆偏波特性も上記周波数帯で約20dB以上とな
っており、開口角が901′〜120°のセンタフィー
ルドパラボラアンテナあるいはオフセットパラボラアン
テナの一次放射器として適当であることがわかる。
のアンテナにも利用可能であることは勿論である。
また、アンテナを単数ではなくブロードサイドに並べて
複数配置し、給電することにより平面アンテナとしても
使用できる。
さらに、第6図、第10図乃至第15図に示した蓋29
 (45)は薄いほど損失が少ない傾向にあり、その厚
さが n×λg/2 (n:自然数、 λg:蓋内を通過する際の電波の波長)となる毎に減衰
量が小さくなる。
[発明の効果] 以上詳記した如く本発明によれば、同軸ケーブルの外部
導体を金属板に固定し、その金属板上に線状アンテナを
加工成形した誘電体基板を配設し、上記同軸ケーブルの
板を上記線状アンテナの各給電素子に接続する一方、上
記同軸ケーブルの他端を周波数変換器に接続するように
したので、小型で広帯域の特性を有する一次放射器を備
えたマイクロ波アンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図はクロスダ
イポールアンテナの構成を示す図、第2図はスプリット
バルンの構成を示す斜視図、第3図は分岐クロスダイポ
ールアンテナの構成を示す斜視図、第4図は分岐導体付
きループアンテナの構成を示す斜視図、第5図は導波器
付分岐クロスダイポールアンテナの構成を示す斜視図、
第6図はアンテナの実装構造を示す断面図、第7図は第
6図の同軸ケーブル部の詳細な構造を示す断面図、第8
図は第7図の内部導体と誘電体基板との接続構造を示す
図、第9図はオフセットパラボラアンテナへの実装を例
示する側面図、第10図乃至第15図は反射器のホーン
形状例を説明する図、第16図及び第17図はアンテナ
特性を示す図である。 11、1B、 21.27.31.32.43・・・誘
電体基板、12・・・線状アンテナ、12a〜12d・
・・給電端子、13.19゜24、30.44・・・金
属板、14.20.25.34.42.46・・・同軸
ケーブル、14a・・・外部導体、14b・・・スロッ
ト、14c・・・短絡棒、14d・・・内部導体、15
.40・・・周波数変換器、17・・・分岐クロスダイ
ポールアンテナ、18・・・支持ビス、22・・・分岐
導体付ループアンテナ、23・・・支持部材、26・・
・給電点、28・・・無給電クロスダイポール、29.
45・・・蓋、33・・・発泡ポリエチレン、35・・
・導波管35.3B・・・支持柱、37・・・パラボラ
アンテナ本体、38・・・取付金具、39・・・支持ア
ーム、41・・・−次放射器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 (a) (b) 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第 7 図 第9図 第10図 第11図 @12図 第 14 図 第15図

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同軸ケーブルの外部導体を固定した金属板と、こ
    の金属板上に支持された誘電体基板に加工形成され、上
    記同軸ケーブルの一端を各給電素子に接続した線状アン
    テナと、 上記同軸ケーブルの他端を接続した周波数変換器と を具備したことを特徴とするマイクロ波アンテナ装置。
  2. (2)上記線状アンテナは単一ダイポールアンテナで構
    成したことを特徴とする請求項(1)記載のマイクロ波
    アンテナ装置。
  3. (3)上記線状アンテナはクロスダイポールアンテナで
    構成したことを特徴とする請求項(1)記載のマイクロ
    波アンテナ装置。
  4. (4)上記線状アンテナはループアンテナで構成したこ
    とを特徴とする請求項(1)記載のマイクロ波アンテナ
    装置。
  5. (5)上記線状アンテナの上部に無給電素子からなる導
    波器を配置したことを特徴とする請求項(1)記載のマ
    イクロ波アンテナ装置。
  6. (6)上記誘電体基板と上記金属板との間に低損失誘電
    体を挿入することを特徴とする請求項(1)記載のマイ
    クロ波アンテナ装置。
  7. (7)上記同軸ケーブルの一端に平衡−不平衡変換器を
    形成して上記線状アンテナに給電することを特徴とする
    請求項(1)記載のマイクロ波アンテナ装置。
  8. (8)上記金属板の線状アンテナが加工成形された誘電
    体基板の支持位置周辺をコルゲートホーン形状としたこ
    とを特徴とする請求項(1)記載のマイクロ波アンテナ
    装置。
  9. (9)上記金属板の線状アンテナが加工成型された誘電
    体基板の支持位置周辺を円錐状ホーン形状としたことを
    特徴とする請求項(1)記載のマイクロ波アンテナ装置
  10. (10)上記金属板と同軸ケーブルの外部導体とを一体
    成形したことを特徴とする請求項(1)記載のマイクロ
    波アンテナ装置。
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