JPH03119807A - 広い入射角度のためのラドームおよびレンズ用２層整合誘電体 - Google Patents

広い入射角度のためのラドームおよびレンズ用２層整合誘電体

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JPH03119807A
JPH03119807A JP2256757A JP25675790A JPH03119807A JP H03119807 A JPH03119807 A JP H03119807A JP 2256757 A JP2256757 A JP 2256757A JP 25675790 A JP25675790 A JP 25675790A JP H03119807 A JPH03119807 A JP H03119807A
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JP2256757A
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Te-Kao Wu
テーカオ・ウ
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Raytheon Co
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Hughes Aircraft Co
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Lenses (AREA)

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］ 本発明はラドームおよびレンズ、特に２つのインピーダ
ンス整合層を具備したラドームおよびレンズに関する。
［従来技術］ レーダアンテナを含む電磁アンテナは種々の環境条件下
で使用されている。保護がない場合、これらのアンテナ
はアンテナが使用される場所に応じて雨、熱、腐食、圧
力およびその他の損傷原因の悪影響を受は易い。例えば
レーダアンテナは宇宙空間ベース、航空機搭載、艦船搭
載および地上ベースの適用で使用されている。これらの
各適用において、アンテナは異なる組合せの環境力にさ
らされ、そのいくつかに関しては保護されていないアン
テナは動作不可能か、またはかなりの損傷を被る。
環境の悪影響からアンテナを保護するために、アンテナ
は環境からアンテナを遮蔽するシェルによって包囲され
ている。アンテナの遮蔽は典型的にアンテナの走査動作
を妨害しない程度に十分に大きい比較的薄いシェル内に
それを収容することによって行われる。レーダアンテナ
に使用される遮蔽シェルは典型的にラドームと呼ばれる
。
特定のラドーム設計は周囲の環境からアンテナを保護し
、一方同時にアンテナへおよびそれから送られる信号を
妨害せず、アンテナが取付けられているシステムの全体
的な特性を妨害しないことを要求されている。例えば、
航空機搭載の場合にラドームは空気力学的な力および気
象」二の損傷からアンテナを保護し、一方同時にレーダ
送信および受信を行い、また一方でアンテナが取付けら
れている航空機の空気力学特性を妨げないようにする。
ラドームはまた艦船用において風および水の損傷および
近くにある銃砲の発射による圧力からアンテナを保護す
るために使用される。
レンズは電磁信号の送受信を容品にするためにホーンア
ンテナと共に使用される。レンズは典型的に電磁信号路
で、ホーンアンテナの正面に位置されている。レンズは
信号が送信または受信されたときに信号を屈曲または集
束するために使用される。
［発明の解決すべき課題］ ラドームまたはレンズを構成する際に使用される４イ料
の電磁特性は特に重要である。現在、ラドームまたはレ
ンズを構成するために使用される構造は自由空間または
大気と等しくない誘電率を有する。その結果として、イ
ンピーダンスの不整合がラドームまたはレンズの境界で
反射を発生させ、電磁信号中に歪みまたは損失を発生さ
せる可能性がある。インピーダンス不整合の悪影響は、
特に電磁信号がラドームまたはレンズに関して高い入射
角で送１Ｓまたは受信されるときに深刻である。
従来からラドームまたはレンズが接触している人気また
は自由空間との間のインピーダンス不整合の影響を最小
にすることが試みられている。例えば、 ラドームまたはレンズのε−４＊ε。
（ε。は自由空間の誘電率である）である誘電率を持つ
ラドームまたはレンズを整合するための従来の試みは、
ラドームまたはレンズと大気との間にｌｉ−のインピー
ダンス整合層を含んでいる。このインピーダンス整合層
は典型的に大気または自由空間とラドームまたはレンズ
の誘電率間にある値を持つ誘電率を有していた。これら
の従来のインピーダンス整合膜＝１゛は、入来した電磁
信号が小さい入射角を何する場合にのみ良好な特性を示
した。これらの従来設＝１はまた信号偏波に対して大き
い感応性を示した。
（課題解決のための手段コ 本発明は、レンズまたはラドームのような構造およびそ
の周囲の環境に対するインピーダンス整合設計を提供す
るものである。設：［は２つのインピーダンス整合層を
使用する。本発明は、最小の偏波感応性を呈する最適化
された伝送特性を提（ｊｔｉする。好ましい実施例にお
いて、自由空間より大きい誘電率を持つラドームまたは
レンズは２つの最適化インピーダンス整合層の使用によ
りその周囲の環境に整合される。
本発明の多層構造は、第１のインピーダンス整合層と接
触し、第１のインピーダンス整合層より高い誘電率を有
する第２のインピーダンス整合層と、第２のインピーダ
ンス整合層と接触し、第２のインピーダンス整合層より
高い誘電率をａするベース部材とを具備し、広い入射角
に対する電磁エネルギのトランスバース方向の電気的偏
波およびトランスバース方向の磁気的偏波に対して実質
的に最適化された伝送帯域幅を与える。
［実施例］ 第１図を参照すると、大気または自由空間のような隣接
した周辺誘電媒体と接触しているインピーダンス整合層
４および６を具備した支持部またはベース部材２が示さ
れている。支持部またはベース部材２の誘電率はε３で
あり、これはインピーダンス整合層４の誘電率より大き
い。インピーダンス整合層４の誘電率はε２であり、こ
れはインピーダンス整合層６の誘電率より大きい。イン
ピーダンス整合層６の誘電率はε１であり、これは隣接
した周辺誘電媒体８の誘電率より大きい。
隣接した周辺誘電媒体８の誘電率はε。であり、これは
典型的に大気または自由空間の誘電率に等しい。入射し
た電磁波ビームＩＯは隣接した周辺誘電媒体８を通って
進み、支持部またはベース部材２によって媒体８から受
信される電磁信号の通路を表す。しかしながら、電磁波
ビームｌＯの通路はまたベース部材２から媒体８へ送信
される電磁信号を表す。電磁波ビーム１０はインピーダ
ンス整合層６と隣接した周辺誘電媒体８との間の境界の
法線１２に関して入射角θ。をなす。
技術的に知られているように、電磁波ビームｌＯが隣接
した周辺誘電媒体８とインピーダンス整合層６との間の
境界を横断して進むと、電磁波ビーム１０はシュネル（
Ｓ　ｎｃｌｌ）の法則にしたがって屈折または屈曲され
る。したがって、インピーダンス整合層６が隣接した周
辺誘電媒体８より大きい誘電率を有しているため、角度
θ１は入射角θ。
より小さくなる。電磁波ビームＩＯがインピーダンス整
合層６とインピーダンス整合層４との間の境界を横断し
て進むと、それはまたシュネルの法則にしたがって屈折
される。電磁波ビーム１０はインピーダンス整合層４と
インピーダンス整合層６との間の境界の法線１４に関し
て角度θ１をなす。インピーダンス整合層４の誘電率は
インピーダンス整合層６のものより大きいから、角度θ
２は角度θ１より小さい。同様にして、電磁波ビーム１
０がインピーダンス整合層４と支持部またはベース部材
２との間の境界を横断して進むと、それはまたシュネル
の法則にしたがって屈折される。支持部またはベース部
材２の誘電率はインピーダンス整合層４より大きいため
、インピーダンス整合層４と支持部またはベース部材２
との間の境界の法線１６に関する角度θ３は角度θ２よ
り小さい。
特に有効な実施例（それに限定されない）において、層
４および６は第１図に示されているように周波数６にＨ
ｚの電磁信号に対して同調されるようにインピーダンス
整合層６の厚さＸ、は１，４４１ｃＬＩ！であり、イン
ピーダンス整合層４の厚さＸ２は０．８３３ｃｍである
。第１図に示されているように支持部またはベース部材
２の誘電率ε３は隣接した周辺誘電媒体８の誘電率ε。
の４倍である（４＊ε。）。この支持部またはベース部
材２の誘電率に基くと、インピーダンス整合層４に対す
る最適誘電率ε２は隣接した周辺誘電媒体８の誘電率ε
０の３倍である（３＊ε。）。同様にして、インピーダ
ンス整合層６に対する最適誘電率ε１は隣接した周辺誘
電媒体８の誘電率ε。の　１．５倍である（　１．５＊
ε。）。当業者は、インピーダンス整合層４の厚さＸ２
およびインピーダンス整合層６の厚さＸ、が６ＧＨｚ以
外の周波数で入射した電磁信号に対してこれらのインピ
ーダンス整合層を同調するように変えられることができ
ることを容易に理解するであろう。同様にして、誘電率
ε。の隣接した周辺誘電媒体８へまたはそれからの電磁
信号のトランスバース方向の磁気的偏波およびトランス
バース方向の電気的偏波に対する最適な伝送特性はイン
ピーダンス整合層４に対する誘電率ε２およびインピー
ダンス整合層６に対する誘電率ε１の以下の関係を使用
することによって所定の誘電率ε３の支持部またはベー
ス部材２に対して得ることができる。入射角０≦θ。≦
８０”マイクロ波から光周波数までの範囲の電磁信号、
および同調周波数の近くで６０％の伝送帯域幅に関して
、 ε０≦ε３に対して： ε。−自由空間または大気の誘電率； εｌ／ε２ｗｍＥＴフ］］； ５３≦ε２≦ε、； 第１図は平面的または平坦な形状を有する本発明の実施
例を示すが、本発明は湾曲したラドームまたはレンズの
ような湾曲した多層構造に効果的に適用されることがで
きることを理解すべきである。湾曲したラドームまたは
レンズは、その曲率が入射したまたは送信された電磁信
号に関して“電気的に大きい“ならば本発明の利点を実
現するであろう。技術的に知られているように、多層構
造の曲率半径が所定の電磁信号の波長より著しく大きい
ならば湾曲した多層構造は所定の信号に関して電気的に
大きい。技術的に知られているように、多層構造が電気
的に大きい場合、それは第１図に示された平面的または
平坦な形状と部分的に類似する。
第２図を参照すると、トランスバース方向の磁気偏波の
電磁信号に対する、第１図のような２層の最適化された
インピーダンス整合層を持つ支持部またはベース部材２
を含む多層構造の伝送特性が示されている。デシベル１
１１−位の伝送特性は、軸２０４に沿ったＧＨｚ単位の
信号周波数の関数として輔２０２に沿って示されている
。曲線２０６は、インピーダンス整合層６上で６０°の
入射角θ。におする６ＧＨｚの近くの信号周波数範囲お
よび隣接した周辺誘電媒体８との間で送受信される電磁
信号に対する伝送特性を示す。第２図の伝送特性は、イ
ンピーダンス整合層６および４の厚さＸ、およびＸ２、
支持部またはベース部材２の誘電率並びに隣接した周辺
誘電媒体８の誘電率が全て第１図に示されたものに等し
い状態を示す。
第３図を参照すると、トランスバース方向の電気偏波の
電磁信号に対する、第１図のような２層の最適化された
インピーダンス整合層を持つ支持部またはベース部材２
を含む多層構造の伝送特性が示されている。デシベル単
位の伝送特性は、第２図の特性を発生するために使用さ
れたものと同じ表面に対して軸３０４に沿ったＧＨｚ単
位の信号周波数の関数として軸３０２に沿って示されて
いる。
曲線３０６は、インピーダンス整合層６上で８０”の入
射角θ。における６ＧＨｚの近くの信号周波数範囲およ
び隣接した周辺誘電媒体８との間で送受信される電磁信
号に対する伝送特性を示す。第３図の伝送特性は、イン
ピーダンス整合層６および４の厚さＸ、およびＸ２およ
び誘電率、支持部またはベース部材２の誘電率、並びに
隣接した周辺誘電媒体８の誘電率が全て第１図に示され
たちのに等しい状態を示す。
第４図を参照すると、トランスバース方向の磁気偏波の
電磁信号に対する、第１図のような２層の最適化された
インピーダンス整合層を持つ支持部またはベース部材２
を含む多層構造の伝送特性か示されている。デシベル単
位の伝送特性は、第２図の特性を発生するために使用さ
れたものと同し表面に対して輔４０４に沿ったＧＨｚ単
位の信号周波数の関数として軸４０２に沿って示されて
いる。
曲線４０６は、インピーダンス整合層６上で５０″の入
射角θ。における６ＧＨｚの近くの信号周波数範囲およ
び隣接した周辺誘電媒体８との間で送受信される電磁信
号に対する伝送特性を示す。第４図の伝送特性は、イン
ピーダンス整合層６および４の厚さＸｌおよびＸ２およ
び誘電率、支持部またはベース部材２の誘電率、並びに
隣接した周辺誘電媒体８の誘電率が全て第１図に示され
たものに等しい状態を示す。
第５図を参照すると、トランスバース方向の電気偏波の
電磁信号に対する、第１図のような２層の最適化された
インピーダンス整合層を持つ支持部またはベース部材２
を含む多層構造の伝送特性が示されている。デシベル単
位の伝送特性は、第２図の特性を発生するために使用さ
れたものと同じ表面に対して輔５０４に沿ったＧ　Ｈｚ
　４１位の信号周波数の関数として軸５０２に沿って示
されている。
曲線５０Ｂは、インピーダンス整合層６上で５０’の入
射角θ。における６ＧＨｚの近くの信号周波数範囲およ
び隣接した周辺誘電媒体８との間で送受信される電磁信
号に対する伝送特性を示す。同様にして、第５図の伝送
特性はインピーダンス整合層６および４の厚さＸｌおよ
びＸ２および誘電率、支持部またはベース部材２の誘電
率、並びに隣接した周辺誘電媒体８の誘電率が全て第１
図に示されたものに等しい状態を示す。
第６図および第７図を参照すると、本発明の原理にした
がって構成された２層の環境的な観点の実施例を示す。
第６図は、本発明の原理により構成された飛行動体のラ
ドームの使用を示す。レーダアンテナ６０４はラドーム
内に収容されている。
ラド−ムロ０６は部分的に切取られて示されており、ラ
ド−ムロ０Ｂを形成するために使用される構造の層を見
せている。層６０８は実質的に第１図の層６と同じ第１
のインピーダンス整合層である。層６１０は実質的に第
１図の層４と同じインピーダンス整合層である。シェル
８１２は、実質的に第１図のベース部材２と同じベース
部材である。層６１４は実質的に第１図の層４と同じイ
ンピーダンス整合層である。同様にして、層６１６は実
質的に第１図の層６と同じインピーダンス整合層である
。典型的なラドームにおいて、シェル６１２の両側は典
型的に大気または自由空間があるのでその周囲の環境に
整合されなければならない。所定のシェル６１２の両側
は隣接した周辺誘電媒体との間で電磁エネルギを通さな
ければならないから、本発明にしたがって形成された典
型的なラドームは所定のシェルの各鋼上で２つのインピ
ーダンス整合層を使用する。
第７図は、ホーンアンテナ７０２を備えた本発明の原理
にしたがって形成された集束装置７０Ｂの使用を示す。
４つのインピーダンス整合層７１０　、７１２．７１Ｂ
および７１８並びにレンズ７１４で構成された集束装置
７０Ｂが示されている。層７１０は第１図の層６と実質
的に同じインピーダンス整合層である。層７１２は第１
図の層４と実質的に同じインピーダンス整合層である。
層７１６は第１図の層４と実質的に同じインピーダンス
整合層である。同様にして、層７１８は第１図の層６と
実質的に同じインピーダンス整合層である。レンズ７１
４は第１図のベース部材２に相当する。インピーダンス
整合層７１０．７１２．７１Ｇおよび７１８を持たない
場合、レンズ７１４の両側は周囲の環境において大気ま
たは自由空間のような隣接した周辺誘電媒体と接触して
いる。周囲の環境とレンズ７１４の誘電率を整合するた
めに、集束装置７０６は本発明にしたがって形成され、
レンズ７１４の各側に２つのインピーダンス整合層を含
む。
集束装置７０６に入射している実質的な平面波７０８が
示されている。波７０８は、それがレンズを通過したと
きにレンズ７１４によって湾曲される。実質的な球面波
７０４は集束装置７０Ｂからホーンアンテナ７０２に伝
送される。典型的にホーンアンテナ７０２は電磁信号を
受信するだけでなく、それを送信することができる。第
７図は送信および受信を示す。送信のときには、ホーン
アンテナ７０２は実質的に球面波７０４を放射する。波
７０４は集束装置７０６に入射する。集束装置７０６は
波７０４を湾曲させて、実質的な平面波７０８を送信す
る。
本発明は特定の実施例に関して記載されたが、当業者は
明細書、図面および添付された特許請求の範囲の各請求
項を検討することによりその他の修正を認識することを
理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、増加する誘電率の４つの読電体を通る電磁波
ビームの軌跡である。 第２図は、６０°の入射角に対する２つの最適化インピ
ーダンス整合層を有する構造に対するトランスバース方
向の磁気偏波における電磁エネルギの伝送特性を示すグ
ラフである。 第３図は、６０６の入射角に対する第２図と同じ２つの
最適化インピーダンス整合層を有する構造に対するトラ
ンスバース方向の電気偏波における電磁エネルギの伝送
特性を示すグラフである。 第４図は、５０’の入射角に対する第２図と同じ２つの
最適化インピーダンス整合層を有する構造に対するトラ
ンスバース方向の磁気偏波における電磁エネルギの伝送
特性を示すグラフである。 第５図は、５０″の入射角に対する第２図と同じ２つの
最適化インピーダンス整合層を有する構造に対するトラ
ンスバース方向の電気偏波における電磁エネルギの伝送
特性を示すグラフである。 第６図は本発明の原理にしたがって形成された航空機上
に取付けられているラドームを示す。 第７図は本発明の原理にしたがって形成された入出力電
磁信号を湾曲するためにホーンアンテナと共に使用され
る集束装置を示す。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）隣接した周辺誘電媒体との間で入射した電磁エネ
    ルギを送受信するためのベースまたは支持部材を有する
    多層構造において、 前記隣接した周辺誘電媒体と接触し、前記隣接した周辺
    誘電媒体より高い誘電率を有する第１のインピーダンス
    整合層と、 前記第１のインピーダンス整合層と接触し、前記第１の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有する第２のイ
    ンピーダンス整合層と、 前記第２のインピーダンス整合層と接触し、前記第２の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有する前記ベー
    ス部材とを具備し、 広い入射角に対する前記電磁エネルギのトランスバース
    方向の電気的偏波およびトランスバース方向の磁気的偏
    波に対して実質的に最適化された伝送帯域幅を与える多
    層構造。
  2. （２）前記第２のインピーダンス整合層の前記誘電率は
    前記支持部またはベース部材の前記誘電率の平方根より
    大きく、前記第１のインピーダンス整合層の前記誘電率
    と前記第２のインピーダンス整合層の前記誘電率との比
    は前記隣接した周辺誘電媒体の前記誘電率の平方根と前
    記支持部またはベース部材の前記誘電率の平方根との比
    に等しい請求項１記載の多層構造。
  3. （３）前記２つのインピーダンス整合層およびラドーム
    またはレンズは、０乃至６０°の入射角に対する前記電
    磁エネルギのトランスバース方向の電気的偏波およびト
    ランスバース方向の磁気的偏波に対して実質的に最適化
    された伝送帯域幅を与える請求項１記載の多層構造。
  4. （４）ベース部材はラドームのシェルである請求項１記
    載の多層構造。
  5. （５）ベース部材は集束装置のレンズである請求項１記
    載の多層構造。
  6. （６）隣接した周辺誘電媒体との間で入射した電磁エネ
    ルギを送受信するラドームにおいて、前記隣接した周辺
    誘電媒体と接触し、前記隣接した周辺誘電媒体より高い
    誘電率を有する第１のインピーダンス整合層と、 前記第１のインピーダンス整合層と接触し、前記第１の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有する第２のイ
    ンピーダンス整合層と、 前記第２のインピーダンス整合層と接触し、前記第２の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有するシェルと
    を具備し、 前記２つのインピーダンス整合層は０乃至６０°の入射
    角に対する前記電磁エネルギのトランスバース方向の電
    気的偏波およびトランスバース方向の磁気的偏波に対し
    て実質的に最適化された伝送帯域幅を与えるように前記
    シェルと共同して動作するラドーム。
  7. （７）さらに前記シェルの前記第２の層と接触している
    表面と反対側の表面と接触し、前記第２の層の前記誘電
    率に等しい誘電率を有する第３のインピーダンス整合層
    と、 前記第３の層と一側で接触し、前記隣接した周辺誘電媒
    体と反対の側で接触し、前記第１の層の前記誘電率に等
    しい誘電率を有する第４のインピーダンス整合層とを具
    備し、 前記４つのインピーダンス整合層は０乃至６０°の入射
    角に対する前記電磁エネルギのトランスバース方向の電
    気的偏波およびトランスバース方向の磁気的偏波に対し
    て実質的に最適化された伝送帯域幅を与えるように前記
    シェルと共同して動作する請求項６記載のラドーム。
  8. （８）前記第２のインピーダンス整合層の前記誘電率は
    前記シェルの前記誘電率の平方根より大きく、前記第１
    のインピーダンス整合層の前記誘電率と前記第２のイン
    ピーダンス整合層の前記誘電率との比は前記隣接した周
    辺誘電媒体の前記誘電率の平方根と前記シェルの前記誘
    電率の平方根との比に等しい請求項７記載の多層構造。
  9. （９）隣接した周辺誘電媒体との間で入射した電磁エネ
    ルギを送受信用の集束装置において、前記隣接した周辺
    誘電媒体と接触し、前記隣接した周辺誘電媒体より高い
    誘電率を有する第１のインピーダンス整合層と、 前記第１のインピーダンス整合層と接触し、前記第１の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有する第２のイ
    ンピーダンス整合層と、 前記第２のインピーダンス整合層と接触し、前記第２の
    インピーダンス整合層より高い誘電率を有するレンズと
    を具備し、 前記２つのインピーダンス整合層は０乃至６０°の入射
    角に対する前記電磁エネルギのトランスバース方向の電
    気的偏波およびトランスバース方向の磁気的偏波に対し
    て実質的に最適化された伝送帯域幅を与えるように前記
    レンズと共同して動作する集束装置。
  10. （１０）さらに前記レンズの前記第２の層と接触してい
    る表面と反対側の表面と接触し、前記第２の層の前記誘
    電率に等しい誘電率を有する第３のインピーダンス整合
    層と、 前記第３の層と一側で接触し、前記隣接した周辺誘電媒
    体と反対側で接触し、前記第１の層の前記誘電率に等し
    い誘電率を有する第４のインピーダンス整合層とを具備
    し、 前記４つのインピーダンス整合層は０乃至６０°の入射
    角に対する前記電磁エネルギのトランスバース方向の電
    気的偏波およびトランスバース方向の磁気的偏波に対し
    て実質的に最適化された伝送帯域幅を与えるように前記
    レンズと共同して動作する請求項９記載の集束装置。
JP2256757A 1989-09-26 1990-09-26 広い入射角度のためのラドームおよびレンズ用２層整合誘電体 Pending JPH03119807A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/412,703 US5017939A (en) 1989-09-26 1989-09-26 Two layer matching dielectrics for radomes and lenses for wide angles of incidence
US412,703 1989-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03119807A true JPH03119807A (ja) 1991-05-22

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