JPH11225013A - セクタアンテナ装置 - Google Patents

セクタアンテナ装置

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JPH11225013A
JPH11225013A JP10023193A JP2319398A JPH11225013A JP H11225013 A JPH11225013 A JP H11225013A JP 10023193 A JP10023193 A JP 10023193A JP 2319398 A JP2319398 A JP 2319398A JP H11225013 A JPH11225013 A JP H11225013A
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JP
Japan
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microstrip antenna
dielectric substrate
conductor
antenna elements
dielectric
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Application number
JP10023193A
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English (en)
Inventor
Toshiya Saito
俊哉 斉藤
Masanobu Yukimatsu
正伸 行松
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体を小形化すると共に、アンテナ切換
スイッチをマイクロ波集積回路で構成し、しかも、配線
構成を簡単化する。 【解決手段】 本発明のセクタアンテナ装置11は、誘
電体基板12と、この誘電体基板12の一方の面上に設
けられた複数のマイクロストリップアンテナ素子13
と、前記誘電体基板12の一方の面上に設けられ前記マ
イクロストリップアンテナ素子13の指向性を横方向へ
向ける導体反射板14とを備えて構成されている。この
構成によれば、MICで構成したアンテナ切換スイッチ
17と複数のマイクロストリップアンテナ素子13とを
接続する配線構成が簡単なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高速無線通
信システムに用いるアンテナ装置として好適するセクタ
アンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高速無線通信システムにおいては、マル
チパスフェージングによる通信品質の劣化や、シャドウ
イングによる通信の遮断が大きな問題となっており、こ
の問題を解決するために、セクタアンテナ装置が使用さ
れている。このセクタアンテナ装置は、複数のアンテナ
素子を、それらの指向性が360度の方向をすべてカバ
ーするように配設して構成されていると共に、電波環境
に応じて複数のアンテナ素子の中から1つのアンテナ素
子を選択するためのアンテナ切換スイッチを備えてい
る。
【0003】このようなセクタアンテナ装置を小形化す
るために、複数のアンテナ素子として複数のマイクロス
トリップアンテナ素子を用いた構成があり、この構成の
一例として、「1997年電子情報通信学会通信ソサイ
エティ大会講演論文集,B−1−117」に記載された
セクタアンテナ装置がある。この装置は、図10に示す
ように、矩形状の誘電体基板1上に2個のマイクロスト
リップアンテナ素子2を設けると共に、このような構成
の誘電体基板1を3個用いて3角筒状のユニット3を形
成し、更に、このユニット3を2段積みしたものを、ア
ンテナ切換スイッチを収容するスイッチユニット4の上
に配設して構成されている。
【0004】また、他の例として、「1996年電子情
報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集,B−6
5」に記載されたセクタアンテナ装置がある。この装置
は、図11に示すように、3角形状の誘電体基板1上に
1個のマイクロストリップアンテナ素子2を設けると共
に、このような構成の誘電体基板1を4個用いて4角錐
状のユニット5を形成して構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さて、近年、マイクロ
波集積回路(以下、MICと称す)技術が進歩してお
り、これにより無線装置の小形化及び低コスト化が実現
されている。そこで、上記した2つのセクタアンテナ装
置のアンテナ切換スイッチをMICで構成し、小形化及
び低コスト化を図ることが容易に考えられる。しかし、
上記した2つのセクタアンテナ装置の場合、図10及び
図11に示すように、アンテナ素子側の構成が立体構造
であるため、アンテナ切換スイッチをMICで構成して
平面回路としたとしても、この平面回路と上記立体構造
の複数のアンテナ素子とを接続する複数の接続線が必要
となる。このため、アンテナ切換スイッチをMICで構
成しても、複雑な配線構成が残ってしまうという問題点
がある。
【0006】そこで、本発明の目的は、装置全体を小形
化すると共に、アンテナ切換スイッチをマイクロ波集積
回路で構成し、しかも、配線構成を簡単化することがで
きるセクタアンテナ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、誘電体基板の一方の面上に設けた複数のマイクロス
トリップアンテナ素子の指向性を、反射部材により横方
向へ向けるように構成したので、複数のマイクロストリ
ップアンテナ素子の指向性が360度の方向をすべてカ
バーするように構成することが可能である。そして、こ
の構成の場合、複数のマイクロストリップアンテナ素子
が誘電体基板の一方の面上に設けられているから、MI
Cで構成したアンテナ切換スイッチを誘電体基板の一方
の面または他方の面側に配設すれば、アンテナ切換スイ
ッチと複数のマイクロストリップアンテナ素子とを接続
する配線構成は導体パターンで実現可能となる。従っ
て、配線構成は簡単なものとなる。
【0008】請求項2の発明によれば、複数のマイクロ
ストリップアンテナ素子に給電する給電線路が配設され
た給電線路用誘電体基板を、誘電体基板の他方の面に接
地導体を挟んで設け、この給電線路用誘電体基板のうち
の給電線路側の面にMICで構成されたアンテナ切換ス
イッチを設けた。この構成によれば、アンテナ切換スイ
ッチと複数のマイクロストリップアンテナ素子とを接続
する配線構成をより一層簡単化し得る。
【0009】ところで、隣接するマイクロストリップア
ンテナ素子間の相互結合が生ずると、各マイクロストリ
ップアンテナ素子の指向性が乱れるため、各マイクロス
トリップアンテナ素子が不要な電波を受信してしまうと
いう問題がある。これに対して、請求項3の発明によれ
ば、誘電体基板の一方の面上に、複数のマイクロストリ
ップアンテナ素子間の相互結合を抑制する相互結合抑制
部材を設けたので、複数のマイクロストリップアンテナ
素子の独立性を向上させることができる。これにより、
各マイクロストリップアンテナ素子が不要な電波を受信
してしまうことを防止できる。
【0010】請求項4の発明によれば、マイクロストリ
ップアンテナ素子と反射部材との間の空間部に誘電体を
設けたので、反射部材の配設強度を高くすることができ
ると共に、製造性を向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施例につ
いて図1ないし図5を参照しながら説明する。まず、図
1及び図2はセクタアンテナ装置11の概略全体構成を
示す図である。これら図1及び図2において、セクタア
ンテナ装置11の誘電体基板12は、例えばフッ素樹脂
から形成されていると共に、円板状をなすように構成さ
れている。この誘電体基板12の一方の面(図1中上
面)には、複数である例えば6個のマイクロストリップ
アンテナ素子13が設けられている。この場合、6個の
マイクロストリップアンテナ素子13は、円周上に等間
隔に配置(円形配置)されている。各マイクロストリッ
プアンテナ素子13は、例えばCuやAu等からなる矩
形状の導体パターン(導体箔)により構成されている。
【0012】そして、誘電体基板12の上面には、各マ
イクロストリップアンテナ素子13の指向性を横方向
(誘電体基板12の板面に沿う方向)へ向ける反射部材
として6個の導体反射板14が配設されている。これら
導体反射板14は、マイクロストリップアンテナ素子1
3の上方側へ傾斜するように設けられていると共に、一
体化された構成となっている。導体反射板14の傾斜角
度や外径寸法等については後述する。この構成の場合、
上記6個の導体反射板14によって6個のマイクロスト
リップアンテナ素子13の指向性を横方向に向けること
により、6個のマイクロストリップアンテナ素子13の
指向性が360度の方向をすべてカバーするように構成
されている。
【0013】尚、導体反射板14は、例えばCuやAu
等の導体の板材により形成されており、そのマイクロス
トリップアンテナ素子13に対向する側の面はマイクロ
波やミリ波等の電磁波を効率良く反射する反射面となる
ように仕上げられている。この場合、6個の導体反射板
14は、例えば導体板を切り抜き加工したり、折り曲げ
加工したり、必要に応じて端部を接着したりすることに
より、図1に示すような立体形状に形成した後、この形
成物を誘電体基板12に接着することにより、誘電体基
板12に取り付けられている。
【0014】また、上記誘電体基板12の他方の面(図
1中下面)には、接地導体15が設けられている。この
接地導体15は、例えばCuやAu等からなる円形の導
体パターン(導体箔)により構成されており、誘電体基
板12の下面のほぼ全面を覆うように設けられている。
そして、誘電体基板12の下面には、接地導体15を挟
んで給電線路用誘電体基板16が取り付けられている。
この給電線路用誘電体基板16の下面には、図2に示す
ように、その中央部にマイクロ波集積回路から構成され
たアンテナ切換スイッチ17が配設され、このアンテナ
切換スイッチ17から放射状に延びるように6個の給電
線路18が配設され、更に、アンテナ切換スイッチ17
からその左方に延びるように伝送線路19が配設されて
いる。
【0015】この場合、給電線路18及び伝送線路19
は、例えばCuやAu等からなるライン状の導体パター
ン(導体箔)により構成されており、マイクロストリッ
プ線路となっている。また、6個の給電線路18の各先
端部は、図3に示すように、6個のマイクロストリップ
アンテナ素子13の直下部まで延びている。そして、接
地導体14における給電線路18の先端部とマイクロス
トリップアンテナ素子13との間に位置する部位には、
スロット20が形成されている。これらスロット20を
介して、各マイクロストリップアンテナ素子13と対応
する給電線路18が電磁結合されている。
【0016】上記6個の給電線路18の基端部は、図5
に示すように、アンテナ切換スイッチ17の6個の切換
端子17a〜17fに接続されている。また、伝送線路
19の図2中左端部は、外部回路に接続するための端子
19a(図5参照)となっており、図2中右端部は、図
5に示すように、アンテナ切換スイッチ17の共通端子
17gに接続されている。
【0017】尚、図1に示すように、誘電体基板12の
上面には、カップ状をなすカバー(レドームとも称す)
21がマイクロストリップアンテナ素子13及び導体反
射板14を覆うように取り付けられている。このカバー
21は、マイクロ波やミリ波等の電磁波を効率良く透過
させる部材により形成されている。
【0018】さて、アンテナ切換スイッチ17の電気回
路構成について、図5を参照して説明する。アンテナ切
換スイッチ17は、6個の切換端子17a〜17fと共
通端子17gとの間にそれぞれ設けられた6個のスイッ
チング素子22と、これら6個のスイッチング素子22
をオンオフ動作させる周知構成のバイアス回路(図示し
ない)とから構成されている。上記各スイッチング素子
22は、例えば2個のダイオード22a、22bを直列
接続して構成されている。これら2個のダイオード22
a、22bは、上記バイアス回路によって順方向または
逆方向に適切なバイアス電圧が切換印加されることによ
り、導通状態または遮断状態となるように構成されてい
る。尚、スイッチング素子22を構成するダイオード2
2a、22bの個数は、1個でも良いし、或いは3個以
上でも良い。
【0019】ここで、前記導体反射板14の傾斜角度及
び外形寸法、マイクロストリップアンテナ素子13の外
形寸法、スロット20の外形寸法、誘電体基板12、1
6の厚み寸法等の具体的な設定方法について、図3及び
図4を参照して簡単に説明する。尚、図4は導体反射板
14を上方から見た上面図であり、図3は図4中III−I
II 線に沿う縦断面図である。
【0020】まず、図4に示すように、導体反射板14
の外形の寸法Wr、Lr及び扇形に開く角度φr、マイ
クロストリップアンテナ素子13の外形の寸法Wp、L
p、スロット20の外形の寸法Ws、Ls、給電線路1
8の幅寸法Wfをそれぞれ定義する。また、図3に示す
ように、導体反射板14の傾斜角度θr、誘電体基板1
2、16の厚み寸法Hp、Hfをそれぞれ定義する。そ
して、例えば市販の電磁界シミュレータを用いて、上記
各パラメータの値を変化させて解析することにより、マ
イクロストリップアンテナ素子13、導体反射板14、
給電線路18、スロット20としてそれぞれ必要とする
好ましい特性が得られるように上記各パラメータの値を
設定すれば良い。
【0021】次に、上記構成のセクタアンテナ装置11
の動作について説明する。まず、ミリ波またはマイクロ
波等の電波を上記セクタアンテナ装置11を用いて送信
する場合について説明する。この場合、外部回路から供
給された送信電波は、誘電体基板12の伝送線路19を
通ってアンテナ切換スイッチ17の共通端子17gに与
えられる。ここで、セクタアンテナ装置11の6個のマ
イクロストリップアンテナ素子13の中から、周囲の電
波環境に応じて最適な電波の送受信を実行できる1つの
マイクロストリップアンテナ素子13が予め選択されて
いる。そして、この選択されたマイクロストリップアン
テナ素子13に接続された給電線路18に接続された切
換端子(切換端子17a〜17fのうちのいずれか1
つ)と共通端子17gとの間に設けられたスイッチング
素子22が導通状態となり、且つ、他のスイッチング素
子22が遮断状態となるように、アンテナ切換スイッチ
17が切換動作されている。
【0022】これにより、アンテナ切換スイッチ17の
共通端子17gに供給された送信電波は、上記導通状態
のスイッチング素子22及びこのスイッチング素子22
に接続された給電線路18を通り、この給電線路18に
スロット20を介して電磁結合されたマイクロストリッ
プアンテナ素子13に給電される。そして、給電された
送信電波はマイクロストリップアンテナ素子13から放
射され、更に、この放射された送信電波は、導体反射板
14により反射され、横方向に向けられて放射されるよ
うになる。一方、電波を受信する場合は、上述した動作
と逆の順序で受信動作が実行されるように構成されてお
り、ここでは説明を省略する。
【0023】このような構成の本実施例によれば、誘電
体基板12の上面に設けた6個のマイクロストリップア
ンテナ素子13の指向性を、導体反射板14により横方
向へ向けるように構成したので、6個のマイクロストリ
ップアンテナ素子13の指向性が360度の方向をすべ
てカバーするように構成することができる。そして、こ
の実施例の場合、6個のマイクロストリップアンテナ素
子13が誘電体基板12の上面に設けられていると共
に、誘電体基板12の下面に接地導体15を挟んで設け
られた給電線路用誘電体基板16の下面にMICで構成
されたアンテナ切換スイッチ17が設けられている。こ
のため、アンテナ切換スイッチ17と各マイクロストリ
ップアンテナ素子13とを接続する配線構成は、給電線
路18及びスロット20で実現することができる。従っ
て、従来構成(図10及び図11参照)に比べて、配線
構成は大幅に簡単なものとなる。
【0024】尚、上記実施例では、マイクロストリップ
アンテナ素子13と給電線路18との接続をスロット2
0を介して行うように構成したが、これに代えて、誘電
体基板12、16にスルーホール等を設け、このスルー
ホール等を介して接続するように構成しても良い。ま
た、上記実施例では、6個のマイクロストリップアンテ
ナ素子13を誘電体基板12上に円形配置するように構
成したが、これに限られるものではなく、例えば楕円や
クローズしたループ等の周上に適当な間隔で配置するよ
うに構成しても良い。更に、上記実施例では、マイクロ
ストリップアンテナ素子13の個数を6個としたが、こ
れに代えて、2〜5個、或いは、7個以上としても良
い。
【0025】また、上記実施例では、反射部材として導
体反射板14を用いたが、これに限られるものではな
く、例えば誘電体基板に導体の薄膜をメッキした反射板
を用いても良い。更に、図1に示す6個の導体反射板1
4の組立体の内部の空間と同じ形状の物体を、誘電体や
適当な材料で形成し、この形成体のうちの各導体反射板
14に対応する各面にミリ波やマイクロ波等の電波を効
率良く反射する反射膜(または反射板)を形成し、そし
て、このように形成した形成体を誘電体基板12の上面
に接着するように構成しても良い。
【0026】更にまた、図1に示す6個の導体反射板1
4の組立体の内部の空間と同じ形状の物体を、CuやA
u等の導体で形成し、この導体形成体のうちの各導体反
射板14に対応する各面を鏡面仕上げして、これら各面
によりミリ波やマイクロ波等の電波を効率良く反射させ
るように構成しても良い。尚、上記実施例及び各変形態
様では、導体製の反射膜や反射板を用いたが、これに限
られるものではなく、ミリ波やマイクロ波等の電波を効
率良く反射する反射膜または反射板であれば、導体以外
の材料製の反射膜や反射板を用いても良い。
【0027】図6は本発明の第2の実施例を示すもので
あり、第1の実施例と異なるところを説明する。尚、第
1の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第2の実施例では、図6に示すように、誘電体基板1
2の上面にマイクロストリップアンテナ素子13間を仕
切る6個の導体仕切板23を立設するように構成した。
これら各導体仕切板23の上辺部は、導体反射板14の
両辺部に接着等により連結されている。そして、各導体
仕切板23は、例えばCuやAu等の導体製の板材によ
り構成されている。上記導体仕切板23が相互結合抑制
部材を構成している。
【0028】上記第2の実施例の場合、導体仕切板23
により、隣接するマイクロストリップアンテナ素子13
間の相互結合を抑制することができる。これにより、各
マイクロストリップアンテナ素子13の独立性を向上さ
せることができる。ところで、隣接するマイクロストリ
ップアンテナ素子間の相互結合が生ずると、各マイクロ
ストリップアンテナ素子の指向性が乱れるため、マイク
ロストリップアンテナ素子が不要な電波を受信してしま
うという問題がある。これに対して、上記第2の実施例
によれば、各マイクロストリップアンテナ素子13の独
立性が高くなるから、マイクロストリップアンテナ素子
13が上記不要な電波を受信してしまうという問題を防
止することができる。
【0029】尚、上記第2の実施例では、導体仕切板2
3を6個設けたが、これに限られるものではなく、マイ
クロストリップアンテナ素子13の配設個数に応じて導
体仕切板23の個数を適宜調節することが好ましい。ま
た、相互結合抑制部材として導体仕切板23を設けるよ
うに構成したが、これに代えて、隣接するマイクロスト
リップアンテナ素子13間の相互結合を抑制できる特性
を有する部材を設けるように構成すれば良い。
【0030】図7は本発明の第3の実施例を示すもので
あり、第2の実施例と異なるところを説明する。尚、第
2の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第3の実施例では、図7に示すように、マイクロスト
リップアンテナ素子13と導体反射板14と導体仕切板
23とで囲まれる空間部に誘電体24を満たすように設
けている。この誘電体24は、誘電体基板12、16と
同じ材料、即ち、例えばフッ素樹脂で形成されている。
【0031】上記第3の実施例のセクタアンテナ装置1
1を製造する場合、先に、図7に示す形状の誘電体24
を形成しておき、これら誘電体24のうちの導体反射板
14及び導体仕切板23に対応する各面に、導体反射板
14及び導体仕切板23を接着したり、または、導体の
膜をメッキしたりした後、これら誘電体24を誘電体基
板12の上面に接着して取り付けるように構成すること
が好ましい。このように構成すると、製造性を大幅に向
上させることができる。また、マイクロストリップアン
テナ素子13と導体反射板14との間の空間部に誘電体
24が設けられているので、即ち、導体反射板14が誘
電体24の上に強固に支持される構成となり、導体反射
板14の設置強度を高くすることができる。更に、導体
仕切板23が誘電体24の間に埋設されて強固に支持さ
れる構成となるので、導体仕切板23の設置強度を高く
することができる。
【0032】ここで、上記した第3の実施例のセクタア
ンテナ装置11の6個のマイクロストリップアンテナ素
子13のうちの1個のマイクロストリップアンテナ素子
13当たりの指向性を、有限要素法による電磁界シミュ
レーションにより求めた結果を図8(a)、(b)に示
す。図8(a)は水平面(X−Y平面)内の指向性を示
し、図8(b)は垂直面(X−Z平面)内の指向性を示
している。ここで、セクタアンテナ装置11の設計パラ
メータは、次の通りに設定した。また、電波の周波数を
25GHzとした。
【0033】Lp=3mm Wp=3mm Ls=2mm Ws=0.2mm Lf=2.2mm Wf=0.8mm Lr=7mm Wr=7mm φr=60° θr=45° Hp=0.381mm Hf=0.254mm そして、誘電体基板12、16及び誘電体24の比誘電
率=2.2とした。上記図8(a)、(b)から、各マ
イクロストリップアンテナ素子13の指向性が横方向に
向けられていることを明確に確認することができる。
【0034】尚、上記第3の実施例では、誘電体24の
間に導体仕切板23を配設するように構成したが、これ
に代えて、誘電体24の間に導体仕切板23を配設しな
いような構成、即ち、第1の実施例において、マイクロ
ストリップアンテナ素子13と導体反射板14との間の
空間部に誘電体24を満たすように設ける構成も好まし
い構成である。
【0035】図9は本発明の第4の実施例を示すもので
あり、第1の実施例と異なるところを説明する。尚、第
1の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第4の実施例では、図9に示すように、誘電体基板1
2の上面にアンテナ切換スイッチ17、給電線路18、
伝送線路19を配設するように構成している。各給電線
路18の先端部は各マイクロストリップアンテナ素子1
3に直接接続されている。この構成の場合、給電線路用
誘電体基板16を省略することができる。
【0036】そして、上述した以外の第4の実施例の構
成は、第1の実施例の構成と同じ構成となっている。従
って、第4の実施例においても、第1の実施例とほぼ同
じ作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すもので、セクタア
ンテナ装置を上方から見た斜視図
【図2】セクタアンテナ装置を下方から見た斜視図
【図3】図4中III −III 線に沿う縦断面図
【図4】導体反射板及びその周辺を示す上面図
【図5】アンテナ切換スイッチの電気回路図
【図6】本発明の第2の実施例を示す図1相当図
【図7】本発明の第3の実施例を示す図1相当図
【図8】(a)はマイクロストリップアンテナ素子13
の指向性のうちの水平面(X−Y平面)内の指向性を示
し、(b)は垂直面(X−Z平面)内の指向性を示す
【図9】本発明の第4の実施例を示す図1相当図
【図10】従来構成のセクタアンテナ装置の斜視図
【図11】異なる従来構成のセクタアンテナ装置の斜視
【符号の説明】
11はセクタアンテナ装置、12は誘電体基板、13は
マイクロストリップアンテナ素子、14は導体反射板、
15は接地導体、16は給電線路用誘電体基板、17は
アンテナ切換スイッチ、18は給電線路、19は伝送線
路、23は導体仕切板(相互結合抑制部材)、24は誘
電体を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板と、 この誘電体基板の一方の面上に設けられた複数のマイク
    ロストリップアンテナ素子と、 前記誘電体基板の一方の面上に設けられ前記マイクロス
    トリップアンテナ素子の指向性を横方向へ向ける反射部
    材とを備えて成るセクタアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 前記誘電体基板の他方の面に接地導体を
    挟んで設けられ、前記複数のマイクロストリップアンテ
    ナ素子に給電する給電線路が配設された給電線路用誘電
    体基板と、 この給電線路用誘電体基板のうちの給電線路側の面に設
    けられ、前記複数のマイクロストリップアンテナ素子の
    中の1つを選択するためのスイッチであってマイクロ波
    集積回路から構成されたアンテナ切換スイッチとを備え
    たことを特徴とする請求項1記載のセクタアンテナ装
    置。
  3. 【請求項3】 前記誘電体基板の一方の面上に、前記複
    数のマイクロストリップアンテナ素子間の相互結合を抑
    制する相互結合抑制部材を設けたことを特徴とする請求
    項1または2記載のセクタアンテナ装置。
  4. 【請求項4】 前記マイクロストリップアンテナ素子と
    前記反射部材との間の空間部に誘電体を設けたことを特
    徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のセクタア
    ンテナ装置。
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