JPH08250925A - 広帯域線状アンテナ - Google Patents

広帯域線状アンテナ

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JPH08250925A
JPH08250925A JP7832295A JP7832295A JPH08250925A JP H08250925 A JPH08250925 A JP H08250925A JP 7832295 A JP7832295 A JP 7832295A JP 7832295 A JP7832295 A JP 7832295A JP H08250925 A JPH08250925 A JP H08250925A
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JP
Japan
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conductor
radiation conductor
radiation
ground
short
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Application number
JP7832295A
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English (en)
Inventor
Hisamatsu Nakano
久松 中野
Toru Matsuoka
徹 松岡
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NIPPON DENGIYOU KOSAKU KK
Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Original Assignee
NIPPON DENGIYOU KOSAKU KK
Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】構造が、極めて小形で、効率の高い広帯域性を
有するアンテナを実現する。 【構成】接地導体面と平行な線状導体より成る放射導体
の後端部側を折り曲げて短辺部分を形成し、放射導体の
前端部側を折り曲げて屈曲部を形成してある。放射導体
の短辺部分の下端部を接地導体に穿った貫通孔に通し、
接地導体の裏面に取り付けた同軸接栓の内部導体に接続
して給電点を形成してある。放射導体のうち、接地導体
と平行な部分の適宜箇所を接地導体に接続してある。給
電態様が、電流給電か、電圧給電かに応じて、放射導体
の屈曲部の先端を開放又は短絡してある。放射導体の形
成する面の前面および背面に、放射導体の形状と相似の
形状を有する無給電素子を設け、各無給電素子の短辺部
分の下端を接地すると共に、無給電素子の各短辺部分お
よび放射導体の短辺部分が、ほぼ同一面に含まれるよう
に形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば移動通信方式の
端末装置におけるアンテナのように小形で、放射周波数
特性が効率の高い広帯域性を有することが要求されるア
ンテナとして好適な広帯域線状アンテナに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の線状アンテナ、一般に逆
F形アンテナと呼ばれるアンテナを示す斜視図で、11
は線状導体をL字形に折り曲げて形成した放射導体で、
L字形導体のうち、長辺部分(水平部分)を接地導体1
4とほぼ平行に保ち、折り曲げ部分と反対側の一端を開
放端とし、L字形の短辺部分(垂直部分)の下端部を接
地導体14に接続し、この接地端から開放端までの長さ
を、電気長で、放射波長のほぼ1/4 に選んである。13
は、接地導体14に穿った貫通孔で、接地導体14の裏
面のうち、この貫通孔13の穿設部分に同軸接栓(図示
していない)を取り付け、その外部導体を貫通孔13の
周りの接地導体14に接続し、内部導体は、接地導体1
4と接触することのないように貫通孔13内に通した垂
直導体12を介して放射導体11に接続してある。L字
形放射導体11の短辺部分の接地端と給電点(垂直導体
12と同軸接栓の内部導体との接続点)との間隔Lp
長さに応じて、給電点から垂直導体12側を見たインピ
−ダンスが変化し、間隔Lp の長さを長くすると給電点
から垂直導体12側を見たインピ−ダンスが高くなり、
間隔Lp の長さを短くすると給電点から垂直導体12側
を見たインピ−ダンスが低くなる傾向があるので、間隔
pの長さを適当に調整することによって、垂直導体1
2と同軸接栓との間のインピ−ダンスを整合させること
ができる。また、L字形放射導体11の長辺部分と接地
導体14との間隔Hf を大にすると放射帯域幅を拡げる
ことができるので、要求される帯域幅に応じて間隔Hf
を定めている。図7もまた従来の線状アンテナを示す斜
視図で、11は放射導体、12は垂直導体、13は貫通
孔、14は接地導体で、これらは図6に示したものと同
じものである。151 および152 は無給電素子で、放
射導体11と同様の材質より成るとともに、放射導体1
1の形状とほぼ相似の形状を有し、放射導体11の前後
に各適宜間隔を隔てて平行に設けてある。図8は、本発
明者等が先に提案した線状アンテナを示す斜視図で、1
6は短絡導体で、他の符号は図7と同様である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した従来の線
状アンテナは、構造が簡潔で、姿勢が低いという特長を
有するが、共振形アンテナであるため放射周波数特性が
狭帯域で、姿勢を低く形成するほど、すなわち、放射導
体11の長辺部分と接地導体14との間隔Hf を狭くす
るほど放射周波数特性が狭帯域となる。したがって、送
受信帯域の異なる移動通信方式に用いられるアンテナの
ように広帯域に亙って安定した放射特性が要求されるア
ンテナとしては、甚だ不適である。図7に示した従来の
アンテナは、無給電素子151 および152 を設けるこ
とによって広帯域化を図ったものであるが、放射導体1
1の接地端と給電点との間隔Lp の長さを変化させて
も、図6に示した従来のアンテナの場合のように垂直導
体12と同軸接栓との間のインピ−ダンスを整合させる
ことが不可能で、また、放射導体11と無給電素子15
1 との間隔および放射導体11と無給電素子152 との
間隔を変化させても、矢張り、垂直導体12と同軸接栓
との間のインピ−ダンスの整合を良好にすることができ
ない。図9は、図7における放射導体11の接地端と給
電点との間隔Lp の変化に対する給電点における入力イ
ンピ−ダンスの変化を観測した結果を示すもので、横軸
は間隔Lp で、自由空間における放射波長(λ)の比で
表わしてある。縦軸は入力インピ−ダンス(Ω)、実線
は入力インピ−ダンスの実数部、破線は入力インピ−ダ
ンスの虚数部で、図から明らかなように、間隔Lp を変
えても特性インピ−ダンスが50Ωの同軸ケ−ブルとの
整合は不可能である。図10は、図7における放射導体
11と無給電素子151 との間隔および放射導体11と
無給電素子152 との間隔を共にLy とし、この間隔L
y の変化に対する給電点における入力インピ−ダンスの
変化の観測結果を示すもので、横軸は間隔Ly で、自由
空間における放射波長(λ)の比で表してある。縦軸は
入力インピ−ダンス(Ω)、実線は実数部、破線は虚数
部で、図から明らかなように、間隔Ly を変えても特性
インピ−ダンスが50Ωの同軸ケ−ブルとの整合は矢張
り不可能である。そこで、図7に示した従来のアンテナ
においては、給電回路にインピ−ダンスの整合回路を付
加するか、放射導体11を固体誘電体上に形成して電磁
界分布に変化を与える等の改善手段を講ずる必要があ
り、その結果、給電回路が複雑となり、固体誘電体上に
放射導体を形成する場合には、電磁界分布に与える変化
を定めることが困難で、製作に当たって、カットアンド
トライ方式を採用するほかはないから、製作に多くの時
間と労力を必要とし、コスト高となるのを免れることが
できない。
【0004】図6および図7に示したアンテナの欠点を
除くために、図8に示したアンテナにおいては、L字形
放射導体11の短辺部分(垂直部分)の下端部を、接地
導体14に接触しないようにして貫通孔13に挿通し、
接地導体14の裏面のうち、貫通孔13に対応する箇所
に取り付けた同軸接栓の内部導体に放射導体11の短辺
部分(垂直部分)の下端部を接続し、放射導体11の長
辺部分(水平部分)のうち、折り曲げ箇所に比較的近い
箇所と接地導体14との間を短絡導体16で接続してあ
る。図11は、図8における放射導体11、無給電素子
151 および152 を形成する導体の横断面の半径を
0.006λ0 (λ0 は設計周波数f0 に対応する自由
空間波長)に選び、放射導体11の給電点(放射導体1
1の短辺部分の下端部と同軸接栓の内部導体との接続
点)と短絡導体16の接地端との間隔Lp を0.035
2λ0 に、放射導体11と無給電素子151 との間隔お
よび放射導体11と無給電素子152 との間隔をLy
し、この間隔Ly を0.0222λ0 に、放射導体1
1、無給電素子151 および152 の各長辺部分と接地
導体14との間隔Hf を0.0912λ0 に、放射導体
11、無給電素子151 および152の各長辺部分の長
さを0.176λ0 に、それぞれ選定した場合における
特性インピ−ダンスが50Ωの同軸ケ−ブルに対する電
圧定在波比(VSWR)の周波数特性を示したもので、
横軸は設計周波数f0 に対する任意の周波数fの比(f
/f0 )、縦軸は電圧定在波比(VSWR)で、図から
明らかなように、電圧定在波比(VSWR)が1.5以
下における比帯域幅が11.1%で、広帯域特性を呈し
ている。図12ないし図14は、図11に示した電圧定
在波比(VSWR)が1.5以下の周波数帯域における
指向性を観測したもので、図12の使用周波数は0.9
47f0 、図13の使用周波数は1.0f0 、図14の
使用周波数は1.058f0 で、図12ないし図14の
各図における図(a)はX−Z面の指向性、図(b)は
Y−Z面の指向性で、各図の指向性はいずれもほぼ相似
で、広帯域に亙って安定した特性であることを示してい
る。図8に示したアンテナは、図11ないし図14に示
した特性図から明らかなように、良好な広帯域性を有し
ているが、更に、このアンテナを小形化しようとする
と、次のような問題を生じて小形化が妨げられる欠点を
避けることができない。すなわち、図8に示したアンテ
ナを小形化する有効な手段は、放射導体11、無給電素
子151 および152 の各長辺部分(水平部分)を短縮
することであるが、長辺部分を短縮した場合、その放射
中心周波数は、短縮長辺部分と短辺部分(垂直部分)の
合計電気長のほぼ4倍の波長に対応し、使用しようとす
る周波数より高い周波数となり、使用しようとする周波
数における特性が劣化する欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、接地導体面か
ら適宜間隔を隔てて接地導体面にほぼ平行に設けられ、
前端部側を折り曲げて屈曲部に形成し、後端部側を接地
導体面に向かって折り曲げ、この折り曲げ箇所から下方
に向かう短辺部分の下端部を給電点に形成した放射導体
と、放射導体のうち、接地導体面とほぼ平行に設けられ
た長辺部分の前端部側における折り曲げ箇所と後端部側
の折り曲げ箇所との間の適宜箇所を接地導体面に接続す
る短絡導体と、放射導体によって形成される面の前面お
よび背面に設けられ、それぞれ放射導体とほぼ相似の形
状に形成され、各長辺部分が、放射導体における長辺部
分とほぼ平行で、各短辺部分の下端が接地導体面に接続
されるとともに、各短辺部分と放射導体における短辺部
分とがほぼ同一平面を形成する無給電素子とを備えたア
ンテナを実現することによって、従来のアンテナの欠点
を除こうとするものである。
【0006】
【作用】本発明アンテナにおいては、下端部を給電点に
形成した放射導体の後端部側における短辺部分と、各下
端部を接地した無給電素子の各後端部側における短辺部
分とがほぼ同一平面を成すように形成してあるので、放
射導体の後端部側における短辺部分と、無給電素子の各
後端部側における短辺部分とが、近接して配設されるこ
ととなり、したがって、放射導体と無給電素子との電磁
的結合を密にすることができるから、放射導体に供給さ
れた比較的大電流が無給電素子の後端部側における短辺
部分に密に結合し、その結果、無給電素子が比較的強共
振状態となり、放射導体と無給電素子との配設関係を適
当にすることによって、放射周波数特性の広帯域化とと
もに、入力インピ−ダンスを自在に変化させて同軸ケ−
ブルとの整合を容易にすることができるばかりでなく、
本発明アンテナにおいては、放射導体および無給電素子
の各長辺部分の前端部側を折り曲げて屈曲部を形成して
あるので、この屈曲部の長さだけ放射導体および無給電
素子の各長辺部分を短縮して全体を小形化することがで
き、また、放射導体の長辺部分の後端部側の短辺部分、
長辺部分および前端部側の屈曲部の各長さの合計電気長
を使用周波数に対応するほぼ一波長の1/4 に形成するこ
とによって放射波の周波数を所要の周波数に一致させる
ことができ、更に、放射導体の前端部側の屈曲部に流れ
る電流は小なるため、前端部側を折り曲げたことによっ
て放射に影響を与えるおそれはほとんどない。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の要部を示す斜視
図で、1はΓ字形の放射導体で、長辺部分(水平部分)
を接地導体4の面と適宜間隔を隔てて接地導体4の面と
ほぼ平行となるように設けてある。3は接地導体4に穿
った貫通孔で、接地導体4の裏面のうち、この貫通孔3
の穿設部分に同軸接栓(図示していない)を取り付け、
その外部導体を貫通孔3の周りの接地導体4に接続し、
内部導体には、放射導体1の後端部側を折り曲げて形成
した短辺部分(図において左側の垂直部分)の下端を接
続してある。この場合、同軸接栓を貫通孔3と同軸状に
取り付け、放射導体1の短辺部分が貫通孔3のほぼ中心
を通り、接地導体4に接触することのないように形成し
てある。放射導体1の短辺部分を、接地導体4の裏面に
取り付けた同軸接栓の内部導体の延長部分によって形成
してもよい。2は短絡導体で、放射導体1の長辺部分の
うち、長辺部分と短辺部分の境界となる折り曲げ箇所に
比較的近い適宜箇所と接地導体4との間を接続する。そ
して本発明においては、放射導体1の前端部側を折り曲
げて屈曲部(図において右側の垂直部分)を形成してあ
る。この屈曲部の折り曲げ方向は接地導体4側に(図に
おいて下側に)、または接地導体4と反対側(図におい
て上側)の何れの方向に折り曲げても本発明を実施する
ことができる。放射導体1の全長、すなわち、放射導体
1の短辺部分の下端と同軸接栓の内部導体との接続点
(給電点)から短辺部分、長辺部分を経て長辺部分の前
端部側における屈曲部の先端に到る長さを、電気長で、
放射波長のほぼ1/4 に形成してある。なお、放射導体1
の後端部側における短辺部分の下端と同軸接栓の内部導
体との接続点(給電点)における給電態様が電流給電の
場合には、放射導体1の前端部側における屈曲部の先端
を接地導体4と接続することなく開放状態に保ち、給電
点における給電態様が電圧給電の場合には、放射導体1
の前端部側における屈曲部の先端を短絡状態に保つ。5
1 および52 は無給電素子で、それぞれ放射導体1とほ
ぼ相似の形状、すなわち、短絡導体2を除いた放射導体
1のみのΓ字形とほぼ相似の形状を有し、放射導体1の
前後に適宜間隔を隔てて放射導体1とほぼ平行(長辺部
分がほぼ平行)となるように設け、無給電素子51 およ
び52 の各後端部側における短辺部分の下端を接地導体
4に接続するとともに、放射導体1、無給電素子51
よび52 の各後端部側における短辺部分がほぼ同一平面
を形成するように構成してある。無給電素子を放射導体
1の前面および背面に設ける代わりに、放射導体1の前
面にのみ設けるか、または背面にのみ設けるようにして
も本発明を実施することができる。放射導体1、短絡導
体2、無給電素子51 および52 は、それぞれ金属製の
線、条、帯状の板または管等で形成するが、いずれの材
料で形成する場合にも、アンテナの姿勢、特に、放射導
体1、無給電素子51 および52 の各長辺部分の姿勢
を、所要の機械的強度で水平に保つことが困難な場合に
は、放射導体1、無給電素子51 および52 の各長辺部
分と接地導体4との間に固体誘電体より成るスペ−サ
(図示していない)を介在させ、このスペ−サの下面を
接地導体4の表面に固定するとともに、スペ−サの上面
に放射導体1、無給電素子51 および52の各長辺部分
を固着し、スペ−サの側面に放射導体1、無給電素子5
1 および52 の各後端部側の短辺部分および各前端部側
の屈曲部を固着し、更に、スペ−サを貫いて短絡導体2
を取り付けるか、スペ−サに設けたスル−ホ−ルによっ
て短絡導体2を形成することによって、比較的高度の機
械的強度でアンテナ全体を所要の姿勢に保たせることが
できる。また、接地導体4に穿った貫通孔3の内壁と放
射導体1の短辺部分の下端部との間に適当な絶縁物を充
填して、放射導体1の短辺部分と接地導体4間の電気的
絶縁を確保することが望ましい。放射導体1、無給電素
子51 および52 を上記のような金属製の線、条、帯状
の板または管等で形成する代わりに、角型の固体誘電体
ブロックの上面に蒸着等の手段によって金属薄層を付着
させて放射導体1、無給電素子51 および52 の各長辺
部分を形成し、角型の固体誘電体ブロックの側面に同様
の手段で付着させた金属薄層によって放射導体1、無給
電素子51 および52 の各後端部側の短辺部分および前
端部側の屈曲部を形成し、角型の固体誘電体ブロックの
下面に適宜面積の金属板を固着するか、固体誘電体ブロ
ックの下面全域に金属薄層を付着させて接地導体4と
し、角型の固体誘電体ブロックの一部に設けたスル−ホ
−ルによって放射導体1の長辺部分と接地導体4間の短
絡導体2を形成することにより、機械的強度が高く、小
形化された本発明アンテナを形成することができる。
【0008】図2は、図1における放射導体1、無給電
素子51 および52 等を形成する各導体(金属製の線、
条、帯状の板または管等)の横断面の半径(または等価
半径)を0.006λ0 (λ0 は設計周波数f0 に対応
する自由空間波長)に選び、放射導体1の給電点と短絡
導体2の接地端との間隔Lp を0.032λ0 に、放射
導体1と無給電素子51 および52 との間隔Ly を0.
024λ0 に、放射導体1、無給電素子51 および52
の各長辺部分と接地導体4との間隔Hf を0.0912
λ0 に、放射導体1、無給電素子51 および52 の各前
端部側における屈曲部の長さLz を0.0528λ0
に、放射導体1、無給電素子51 および52 の各長辺部
分の長さを0.176λ0 −0.0528λ0 =0.1
232λ0に、それぞれ選定した場合における特性イン
ピ−ダンスが50Ωの同軸ケ−ブルに対する電圧定在波
比(VSWR)の周波数特性を示したもので、横軸は設
計周波数f0 に対する任意の周波数fの比(f/f
0 )、縦軸は電圧定在波比(VSWR)で、図から明ら
かなように、全体としてわずかに高域側に良好となる周
波数帯がほぼ5%シフトしているが、電圧定在波比(V
SWR)が1.5以下における比帯域幅が13.0%に
も及んでいる。
【0009】図3ないし図5は、図2に示した電圧定在
波比(VSWR)が1.5以下の周波数帯域における指
向性を観測したもので、図3の使用周波数は0.947
0、図4の使用周波数は1.0f0 、図5の使用周波
数は1.058f0 である。また、図3ないし図5の各
図における図(a)はX−Z面の指向性、図(b)はY
−Z面の指向性で、各図の指向性はいずれもほぼ相似
で、広帯域に亙って安定した特性であることを示してい
る。図2ないし図5は、放射導体1、無給電素子51
よび52 の各長辺部分の長さがすべて等しく、放射導体
1、無給電素子51 および52 の各長辺部分と接地導体
4との間隔もまたすべて等しく、放射導体1と無給電素
子51 との間隔および放射導体1と無給電素子52 との
間隔が互いに等しく、放射導体1、無給電素子51 およ
び52 を形成する導体(金属製の線、条、帯状の板また
は管等)の太さが互いに等しく形成した場合の観測結果
であるが、放射導体1、無給電素子51 および52 の各
長辺部分の長さ、放射導体1、無給電素子51 および5
2 の各長辺部分と接地導体4との間隔、放射導体1と無
給電素子51 との間隔および放射導体1と無給電素子5
2 との間隔、放射導体1、無給電素子51 および52
形成する導体(金属製の線、条、帯状の板または管等)
の太さがそれぞれ互いに異なるように形成しても本発明
を実施することができる。例えば、無給電素子51 およ
び52 の各長辺部分の長さを、放射導体1の長辺部分の
長さに比して適宜短く形成することによって、放射周波
数特性を、更に、広帯域化することができ、電圧定在波
比(VSWR)が1.5以下における比帯域幅がほぼ1
8%のアンテナを実現することができた。
【0010】
【発明の効果】本発明アンテナは、構造が簡潔小形かつ
堅牢で、特に姿勢が低く、不平衡線路より成る給電回路
との整合性に優れているから効率の高い広帯域性を有す
るもので、移動通信方式の端末装置におけるアンテナと
して特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の要部を示す斜視図である。
【図2】本発明アンテナの給電点における電圧定在波比
の一例を示す図である。
【図3】本発明アンテナの指向性を示す図である。
【図4】本発明アンテナの指向性を示す図である。
【図5】本発明アンテナの指向性を示す図である。
【図6】従来のアンテナの要部を示す図である。
【図7】従来のアンテナの要部を示す図である。
【図8】従来のアンテナの要部を示す図である。
【図9】従来のアンテナにおける放射導体の給電点およ
び接地端の間隔と入力インピ−ダンスとの関係を示す図
である。
【図10】従来のアンテナにおける放射導体および無給
電素子の間隔と入力インピ−ダンスとの関係を示す図で
ある。
【図11】従来のアンテナの給電点における電圧定在波
比の一例を示す図である。
【図12】従来のアンテナの指向性を示す図である。
【図13】従来のアンテナの指向性を示す図である。
【図14】従来のアンテナの指向性を示す図である。
【符号の説明】
1 放射導体 2 短絡導体 3 貫通孔 4 接地導体 51 、52 無給電素子 11 放射導体 12 垂直導体 13 貫通孔 14 接地導体 151 、152 無給電素子 16 短絡導体

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】接地導体面から適宜間隔を隔てて前記接地
    導体面にほぼ平行に設けられ、前端部側を折り曲げて屈
    曲部に形成し、後端部側を前記接地導体面に向かって折
    り曲げ、この折り曲げ箇所から下方に向かう短辺部分の
    下端部を給電点に形成した放射導体と、 前記放射導体のうち、前記接地導体面とほぼ平行に設け
    られた長辺部分における前記前端部側の折り曲げ箇所と
    前記後端部側の折り曲げ箇所との間の適宜箇所を前記接
    地導体面に接続する短絡導体と、 前記放射導体によって形成される面の前面および背面に
    設けられ、それぞれ前記放射導体とほぼ相似の形状に形
    成され、各長辺部分が、前記放射導体における長辺部分
    とほぼ平行で、各短辺部分の下端が前記接地導体面に接
    続されるとともに、各短辺部分と前記放射導体における
    短辺部分とがほぼ同一平面を形成する無給電素子とを備
    えたことを特徴とする広帯域線状アンテナ。
  2. 【請求項2】放射導体における前端部側の屈曲部の向き
    が、接地導体面側に向き、屈曲部の先端が開放状態に保
    持される請求項1に記載の広帯域線状アンテナ。
  3. 【請求項3】放射導体における前端部側の屈曲部の向き
    が、接地導体面と反対側に向き、屈曲部の先端が開放状
    態に保持される請求項1に記載の広帯域線状アンテナ。
  4. 【請求項4】放射導体における前端部側の屈曲部の先端
    が、接地導体面に接触するように形成された請求項1に
    記載の広帯域線状アンテナ。
  5. 【請求項5】無給電素子を放射導体の前面にのみ設けて
    成る請求項1に記載の広帯域線状アンテナ。
  6. 【請求項6】無給電素子を放射導体の背面にのみ設けて
    成る請求項1に記載の広帯域線状アンテナ。
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