JPH11266118A - パッチアレイアンテナ - Google Patents
パッチアレイアンテナInfo
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- JPH11266118A JPH11266118A JP6729098A JP6729098A JPH11266118A JP H11266118 A JPH11266118 A JP H11266118A JP 6729098 A JP6729098 A JP 6729098A JP 6729098 A JP6729098 A JP 6729098A JP H11266118 A JPH11266118 A JP H11266118A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- line
- power supply
- array
- respect
- array antenna
- Prior art date
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 共平面給電方式によるパッチアレイアンテナ
では、給電線路を配置するために放射素子と放射素子の
間隔を広くする必要がある。このため、アレイ間隔が広
くなり指向性が所望の半値幅より狭くなる。 【解決手段】 裏面を接地導体板3とする誘電体基板2
の表面に配置された2個の放射素子1からなるサブアレ
イアンテナ5に対して、この放射素子と同一面内に形成
された給電線路4がこのサブアレイを構成する2個の放
射素子の間に配置されないようにアレイの両外側から給
電を行う構成とする。この構成により、給電線路を配置
するために放射素子と放射素子の間隔を広くする必要が
ないのでアレイ間隔を狭くすることができ、このアレイ
方向の指向性半値幅を広くすることができる。
では、給電線路を配置するために放射素子と放射素子の
間隔を広くする必要がある。このため、アレイ間隔が広
くなり指向性が所望の半値幅より狭くなる。 【解決手段】 裏面を接地導体板3とする誘電体基板2
の表面に配置された2個の放射素子1からなるサブアレ
イアンテナ5に対して、この放射素子と同一面内に形成
された給電線路4がこのサブアレイを構成する2個の放
射素子の間に配置されないようにアレイの両外側から給
電を行う構成とする。この構成により、給電線路を配置
するために放射素子と放射素子の間隔を広くする必要が
ないのでアレイ間隔を狭くすることができ、このアレイ
方向の指向性半値幅を広くすることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主として無線通信に
用いられるパッチアンテナのうち、複数のパッチアンテ
ナ素子からなるパッチアレイアンテナに関するものであ
る。
用いられるパッチアンテナのうち、複数のパッチアンテ
ナ素子からなるパッチアレイアンテナに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】無線通信用のアンテナとして、薄型、軽
量なパッチアンテナが用いられることが多い。パッチア
ンテナ素子の給電方法の一つとして、パッチアンテナ素
子とマイクロストリップ線路からなる給電線路を誘電体
基板の同一平面上に構成する共平面給電方式がある。同
一平面上にアンテナ素子と給電線路を形成することがで
きるのでアンテナの製作が簡単にできる。
量なパッチアンテナが用いられることが多い。パッチア
ンテナ素子の給電方法の一つとして、パッチアンテナ素
子とマイクロストリップ線路からなる給電線路を誘電体
基板の同一平面上に構成する共平面給電方式がある。同
一平面上にアンテナ素子と給電線路を形成することがで
きるのでアンテナの製作が簡単にできる。
【0003】一般に、放射素子単体のパッチアンテナで
は比較的広い指向性をもつ。指向性半値幅をこれより鋭
くする必要がある場合には複数の放射素子によるアレイ
構成とする方法がある。図5は従来の共平面給電方式を
用いたパッチアレイアンテナのパターン例を示してい
る。図5に示すように、誘電体基板2の裏面に地導体3
を、表面に放射素子1によるアレイアンテナを構成し、
この放射素子1に給電線路4より給電している。図5
(a)は、放射素子の同一側より給電している例であ
り、図5(b)は、放射素子の対向する内側より給電し
ている例である。図5(a)、図5(b)どちらも放射
素子と放射素子の間に給電線路4が配置されている。
は比較的広い指向性をもつ。指向性半値幅をこれより鋭
くする必要がある場合には複数の放射素子によるアレイ
構成とする方法がある。図5は従来の共平面給電方式を
用いたパッチアレイアンテナのパターン例を示してい
る。図5に示すように、誘電体基板2の裏面に地導体3
を、表面に放射素子1によるアレイアンテナを構成し、
この放射素子1に給電線路4より給電している。図5
(a)は、放射素子の同一側より給電している例であ
り、図5(b)は、放射素子の対向する内側より給電し
ている例である。図5(a)、図5(b)どちらも放射
素子と放射素子の間に給電線路4が配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成の
共平面給電方式によるパッチアレイアンテナでは、給電
線路を配置するために、素子と素子の間隔を広くする必
要がある。このため、アレイ間隔が広くなり指向性が所
望の半値幅より狭くなるという課題があった。
共平面給電方式によるパッチアレイアンテナでは、給電
線路を配置するために、素子と素子の間隔を広くする必
要がある。このため、アレイ間隔が広くなり指向性が所
望の半値幅より狭くなるという課題があった。
【0005】本発明は、従来の共平面給電方式のパッチ
アレイアンテナが有する上述した課題を考慮し、アレイ
方向の指向性半値幅を広くすることが可能なパッチアレ
イアンテナを提供することを目的とするものである。
アレイアンテナが有する上述した課題を考慮し、アレイ
方向の指向性半値幅を広くすることが可能なパッチアレ
イアンテナを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、請求項1の本発明は、誘電体基板と、前記誘電体
基板の表面に形成された2個の放射素子により構成され
るサブアレイアンテナを少なくとも1組と、前記表面に
形成され、前記各サブアレイアンテナを構成する前記2
個の放射素子に対して、それぞれの前記放射素子が対向
する側と反対の側から給電を行う給電線路と、前記誘電
体基板の裏面に形成された接地導体板とを備えることを
特徴とするパッチアレイアンテナである。
ため、請求項1の本発明は、誘電体基板と、前記誘電体
基板の表面に形成された2個の放射素子により構成され
るサブアレイアンテナを少なくとも1組と、前記表面に
形成され、前記各サブアレイアンテナを構成する前記2
個の放射素子に対して、それぞれの前記放射素子が対向
する側と反対の側から給電を行う給電線路と、前記誘電
体基板の裏面に形成された接地導体板とを備えることを
特徴とするパッチアレイアンテナである。
【0007】この構成により、給電線路を配置するため
に放射素子と放射素子の間隔を広くする必要がないの
で、従来の共平面給電方式のパッチアレイアンテナに比
べて放射素子のアレイ間隔を狭くすることができる。そ
の結果、アレイ方向の指向性半値幅を広くすることがで
きる。
に放射素子と放射素子の間隔を広くする必要がないの
で、従来の共平面給電方式のパッチアレイアンテナに比
べて放射素子のアレイ間隔を狭くすることができる。そ
の結果、アレイ方向の指向性半値幅を広くすることがで
きる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【0009】(第1の実施の形態)まず、本発明の第1
の実施の形態を図面を参照して説明する。
の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0010】図1は本発明の第1の実施形態におけるパ
ッチアレイアンテナを示す斜視図である。図1におい
て、2は誘電体基板、3は前記誘電体基板2の裏面に設
置された接地導体板、1は前記誘電体基板2の表面に配
置された2個の放射素子であり、この2個の放射素子に
よりアレイアンテナを構成している。4は前記放射素子
1と同一面に形成されたマイクロストリップ線路による
給電線路である。このとき給電線路4は、前記2個の放
射素子からなるアレイの両外側から給電し、放射素子と
放射素子の間に給電線路4が配置されないようにしてい
る。
ッチアレイアンテナを示す斜視図である。図1におい
て、2は誘電体基板、3は前記誘電体基板2の裏面に設
置された接地導体板、1は前記誘電体基板2の表面に配
置された2個の放射素子であり、この2個の放射素子に
よりアレイアンテナを構成している。4は前記放射素子
1と同一面に形成されたマイクロストリップ線路による
給電線路である。このとき給電線路4は、前記2個の放
射素子からなるアレイの両外側から給電し、放射素子と
放射素子の間に給電線路4が配置されないようにしてい
る。
【0011】このように構成することにより、アレイ間
隔を従来よりも広い範囲で設計することが可能となり、
アレイ間隔を狭くした場合にはアレイ方向の指向性半値
幅を広くすることができる。
隔を従来よりも広い範囲で設計することが可能となり、
アレイ間隔を狭くした場合にはアレイ方向の指向性半値
幅を広くすることができる。
【0012】本実施の形態の効果を、以下の実施例につ
いて確認した。
いて確認した。
【0013】誘電体基板としては、比誘電率2.6、厚
さ0.5mmのテフロン基板を使用した。放射素子は直
線偏波を放射する方形パッチとした。素子の長さbは約
λg/2(λgは誘電体基板上における使用周波数の波
長)である。ここでは使用周波数を25GHzとしてい
るので、素子の大きさはa=6mm、b=3.4mmと
した。また、2個の放射素子のアレイ間隔をD=6mm
とした。したがって、両放射素子間のギャップは2.6
mmとなる。このとき、アレイ方向で約60度の指向性
半値幅が得られた。
さ0.5mmのテフロン基板を使用した。放射素子は直
線偏波を放射する方形パッチとした。素子の長さbは約
λg/2(λgは誘電体基板上における使用周波数の波
長)である。ここでは使用周波数を25GHzとしてい
るので、素子の大きさはa=6mm、b=3.4mmと
した。また、2個の放射素子のアレイ間隔をD=6mm
とした。したがって、両放射素子間のギャップは2.6
mmとなる。このとき、アレイ方向で約60度の指向性
半値幅が得られた。
【0014】図2はアレイ間隔Dを変えたときの指向性
半値幅の変化を示した図である。ただし、横軸は自由空
間波長λ0で規格化してある。従来の構成のパッチアレ
イアンテナでは、給電線路を配置するために、放射素子
間のギャップを少なくとも素子長さb程度とする必要が
あり、アレイ間隔Dは約7mm(D/λ0=0.58)
となる。その場合、半値幅は約50度となってしまい、
それ以上の広い指向性を得ることができない。しかし、
本実施の形態の構成によれば、アレイ間隔を狭くするこ
とができ、従来の構成のパッチアレイアンテナと比べて
アレイ方向の指向性半値幅を広くすることができること
が確認された。
半値幅の変化を示した図である。ただし、横軸は自由空
間波長λ0で規格化してある。従来の構成のパッチアレ
イアンテナでは、給電線路を配置するために、放射素子
間のギャップを少なくとも素子長さb程度とする必要が
あり、アレイ間隔Dは約7mm(D/λ0=0.58)
となる。その場合、半値幅は約50度となってしまい、
それ以上の広い指向性を得ることができない。しかし、
本実施の形態の構成によれば、アレイ間隔を狭くするこ
とができ、従来の構成のパッチアレイアンテナと比べて
アレイ方向の指向性半値幅を広くすることができること
が確認された。
【0015】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
が上述した第1の実施の形態と異なる点は、本発明のサ
ブアレイアンテナを複数組備えることおよび外部から給
電線路への給電位置に関する点である。したがって、本
実施の形態において、第1の実施の形態と同様の物につ
いては、同一符号を付与し、特に説明のないものについ
ては、第1の実施の形態と同じとする。
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
が上述した第1の実施の形態と異なる点は、本発明のサ
ブアレイアンテナを複数組備えることおよび外部から給
電線路への給電位置に関する点である。したがって、本
実施の形態において、第1の実施の形態と同様の物につ
いては、同一符号を付与し、特に説明のないものについ
ては、第1の実施の形態と同じとする。
【0016】図3は、本発明の第2の実施形態における
パッチアレイアンテナを示す斜視図である。図3におい
て、2は誘電体基板、3は前記誘電体基板2の裏面に設
置された接地導体板、1は前記誘電体基板2の表面に配
置された放射素子であり、2個の放射素子で1組のサブ
アレイアンテナ5を構成している。そして、図3に示す
ように前記サブアレイアンテナ5を横方向に複数個配置
している。4は前記放射素子1と同一面に形成されたマ
イクロストリップ線路による給電線路である。このとき
給電線路4は、前記サブアレイアンテナ5を構成する2
個の放射素子に対してアレイの両外側から給電し、サブ
アレイアンテナ5を構成する2個の放射素子と放射素子
の間に給電線路4が配置されないようにしている。な
お、中心線6は、本発明の所定の直線に対応するもので
ある。
パッチアレイアンテナを示す斜視図である。図3におい
て、2は誘電体基板、3は前記誘電体基板2の裏面に設
置された接地導体板、1は前記誘電体基板2の表面に配
置された放射素子であり、2個の放射素子で1組のサブ
アレイアンテナ5を構成している。そして、図3に示す
ように前記サブアレイアンテナ5を横方向に複数個配置
している。4は前記放射素子1と同一面に形成されたマ
イクロストリップ線路による給電線路である。このとき
給電線路4は、前記サブアレイアンテナ5を構成する2
個の放射素子に対してアレイの両外側から給電し、サブ
アレイアンテナ5を構成する2個の放射素子と放射素子
の間に給電線路4が配置されないようにしている。な
お、中心線6は、本発明の所定の直線に対応するもので
ある。
【0017】このように構成することにより、サブアレ
イアンテナ内のアレイ方向の指向性半値幅を広くするこ
とができるとともに、サブアレイアンテナを配置した方
向では、サブアレイアンテナの個数、配置する間隔を変
えることで、指向性半値幅を自由に設計することができ
る。
イアンテナ内のアレイ方向の指向性半値幅を広くするこ
とができるとともに、サブアレイアンテナを配置した方
向では、サブアレイアンテナの個数、配置する間隔を変
えることで、指向性半値幅を自由に設計することができ
る。
【0018】また、図3において、給電線路4はアレイ
の中心線6に対して線対称に配置され、給電線路4と中
心線6の交点である給電線中心点7よりλg/4だけ離
れた位置8で給電を行っている。給電にはセミリジッド
ケーブルなどの同軸ケーブルを使用し、基板の裏面より
貫通させた同軸ケーブルの内導体を給電線路4に、外導
体を接地導体板3に接続する。
の中心線6に対して線対称に配置され、給電線路4と中
心線6の交点である給電線中心点7よりλg/4だけ離
れた位置8で給電を行っている。給電にはセミリジッド
ケーブルなどの同軸ケーブルを使用し、基板の裏面より
貫通させた同軸ケーブルの内導体を給電線路4に、外導
体を接地導体板3に接続する。
【0019】このとき、図の上側の放射素子に対しては
給電線中心点7より見て給電線路がλg/4短く、下側
の放射素子に対しては給電線中心点7より見て給電線路
がλg/4長くなる。このことにより、上下放射素子へ
の給電線路の長さの差はλg/2となり、放射素子1へ
の給電位相は180度ずれることになる。給電線路はア
レイの両外側より給電を行っているので、給電線中心点
7で給電した場合には図4(a)のように電界が互いに
打ち消すように、すなわち位相が180度ずれて励振さ
れるが、上記構成とすることにより、図4(b)のよう
に電界が同相で励振されて、基板の正面方向に電波を強
く放射させることができる。
給電線中心点7より見て給電線路がλg/4短く、下側
の放射素子に対しては給電線中心点7より見て給電線路
がλg/4長くなる。このことにより、上下放射素子へ
の給電線路の長さの差はλg/2となり、放射素子1へ
の給電位相は180度ずれることになる。給電線路はア
レイの両外側より給電を行っているので、給電線中心点
7で給電した場合には図4(a)のように電界が互いに
打ち消すように、すなわち位相が180度ずれて励振さ
れるが、上記構成とすることにより、図4(b)のよう
に電界が同相で励振されて、基板の正面方向に電波を強
く放射させることができる。
【0020】上記の給電位置以外に、給電線中心点7よ
りさらにNλg/2(Nは整数)だけ離れた位置で給電
した場合でも上記の効果を得ることができるが、上下放
射素子への給電線路長の差が大きくなる。このため給電
線路の損失で放射素子の励振振幅に差が生じてしまうの
で対称性の良い指向性を得るには適さない。このような
理由より上記構成の、給電線中心点7よりλg/4だけ
離れた位置で給電するのが最適である。
りさらにNλg/2(Nは整数)だけ離れた位置で給電
した場合でも上記の効果を得ることができるが、上下放
射素子への給電線路長の差が大きくなる。このため給電
線路の損失で放射素子の励振振幅に差が生じてしまうの
で対称性の良い指向性を得るには適さない。このような
理由より上記構成の、給電線中心点7よりλg/4だけ
離れた位置で給電するのが最適である。
【0021】また、図3において、給電を給電線中心点
7を除き、給電線中心点7より−λg/4から+λg/
4(図において−を下側、+を上側とする)の範囲のど
こかで行った場合、上下の放射素子の励振位相を変える
ことができ、ビーム方向をチルトさせることができる。
例えば、上記範囲内で給電線中心点7より上側の位置で
給電を行った場合、上側の放射素子の給電位相が下側の
放射素子の給電位相よりも遅れることになり、上方にチ
ルトしたビームとなる。逆に下側の位置で給電した場合
には下方にチルトする。ここで、前にも述べたように、
放射素子の励振振幅の差を小さくするためには給電線中
心点7より−λg/4から+λg/4の範囲内で給電を
するの良く、上記の構成が最適である。
7を除き、給電線中心点7より−λg/4から+λg/
4(図において−を下側、+を上側とする)の範囲のど
こかで行った場合、上下の放射素子の励振位相を変える
ことができ、ビーム方向をチルトさせることができる。
例えば、上記範囲内で給電線中心点7より上側の位置で
給電を行った場合、上側の放射素子の給電位相が下側の
放射素子の給電位相よりも遅れることになり、上方にチ
ルトしたビームとなる。逆に下側の位置で給電した場合
には下方にチルトする。ここで、前にも述べたように、
放射素子の励振振幅の差を小さくするためには給電線中
心点7より−λg/4から+λg/4の範囲内で給電を
するの良く、上記の構成が最適である。
【0022】なお、図3の説明ではサブアレイアンテナ
の数を2つとしているが、サブアレイアンテナの数は任
意に選ぶことができる。すなわち、上述した第1の実施
の形態においても、給電線路を、本発明の所定の直線に
対して線対称に配置し、外部から給電線路への給電位置
を、前記所定の直線と前記給電線路の交点より前記所定
の直線に対してλg/4だけ離れた前記給電線路上の位
置、もしくは、前記所定の直線と前記給電線路の交点よ
り前記所定の直線に対してλg/4だけ離れた前記給電
線路上の位置と前記交点との間の前記給電線路上のいず
れかの位置とすることによって、上記と同様の効果が得
られる。また図3において、給電位置は中心点より上側
としているが下側でも同じ効果を得ることができる。
の数を2つとしているが、サブアレイアンテナの数は任
意に選ぶことができる。すなわち、上述した第1の実施
の形態においても、給電線路を、本発明の所定の直線に
対して線対称に配置し、外部から給電線路への給電位置
を、前記所定の直線と前記給電線路の交点より前記所定
の直線に対してλg/4だけ離れた前記給電線路上の位
置、もしくは、前記所定の直線と前記給電線路の交点よ
り前記所定の直線に対してλg/4だけ離れた前記給電
線路上の位置と前記交点との間の前記給電線路上のいず
れかの位置とすることによって、上記と同様の効果が得
られる。また図3において、給電位置は中心点より上側
としているが下側でも同じ効果を得ることができる。
【0023】なお、以上の説明では放射素子を方形とし
たが、放射素子の形状は必ずしも方形である必要はな
く、例えば円形でもよい。また、放射電波の偏波につい
ても、直線偏波としたが、円偏波でもよい。
たが、放射素子の形状は必ずしも方形である必要はな
く、例えば円形でもよい。また、放射電波の偏波につい
ても、直線偏波としたが、円偏波でもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、放射素子のアレイ間隔を従来のものより
狭くできることによって、アレイ方向の指向性半値幅を
広くすることが可能なパッチアレイアンテナを提供する
ことができる。
に、本発明は、放射素子のアレイ間隔を従来のものより
狭くできることによって、アレイ方向の指向性半値幅を
広くすることが可能なパッチアレイアンテナを提供する
ことができる。
【図1】本発明の第1の実施形態におけるパッチアレイ
アンテナを示す斜視図である。
アンテナを示す斜視図である。
【図2】2素子のパッチアレイアンテナにおいて、アレ
イ間隔と半値幅の関係を示す図である。
イ間隔と半値幅の関係を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施形態におけるパッチアレイ
アンテナを示す斜視図である。
アンテナを示す斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施形態におけるパッチアレイ
アンテナの給電点の位置による電界の励振方向を示す平
面図である。
アンテナの給電点の位置による電界の励振方向を示す平
面図である。
【図5】従来の共平面給電方式のパッチアレイアンテナ
の構成を示す斜視図である。
の構成を示す斜視図である。
1 放射素子 2 誘電体基板 3 接地導体板 4 給電線路 5 サブアレイアンテナ 6 中心線 7 給電線中心点 8 給電点 9 電界励振方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 喜照 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目3番1 号 松下通信工業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項1】 誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に
形成された2個の放射素子により構成されるサブアレイ
アンテナを少なくとも1組と、前記表面に形成され、前
記各サブアレイアンテナを構成する前記2個の放射素子
に対して、それぞれの前記放射素子が対向する側と反対
の側から給電を行う給電線路と、前記誘電体基板の裏面
に形成された接地導体板とを備えることを特徴とするパ
ッチアレイアンテナ。 - 【請求項2】 前記1組のサブアレイアンテナを構成す
る前記2個の放射素子の位置は、所定の直線に関して互
いに線対称の関係にあり、前記サブアレイアンテナは、
複数組あり、前記複数組のサブアレイアンテナは、前記
所定の直線と実質的に同じ方向に配列されていることを
特徴とする請求項1に記載のパッチアレイアンテナ。 - 【請求項3】 前記1組のサブアレイアンテナを構成す
る前記2個の放射素子の位置は、所定の直線に関して互
いに線対称の関係にあり、前記誘電体基板上における使
用周波数の波長をλgとすると、前記給電線路は、前記
所定の直線に対して線対称に配置され、外部から前記給
電線路への給電は、前記所定の直線と前記給電線路の交
点より前記所定の直線に対してλg/4だけ離れた前記
給電線路上の位置において行われることを特徴とする請
求項1または2に記載のパッチアレイアンテナ。 - 【請求項4】 前記1組のサブアレイアンテナを構成す
る前記2個の放射素子の位置は、所定の直線に関して互
いに線対称の関係にあり、前記誘電体基板上における使
用周波数の波長をλgとすると、前記給電線路は、前記
所定の直線に対して線対称に配置され、外部から前記給
電線路への給電は、前記所定の直線と前記給電線路の交
点より前記所定の直線に対してλg/4だけ離れた前記
給電線路上の位置と、前記交点との間の、前記給電線路
上のいずれかの位置において行われることを特徴とする
請求項1または2に記載のパッチアレイアンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6729098A JPH11266118A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | パッチアレイアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6729098A JPH11266118A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | パッチアレイアンテナ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11266118A true JPH11266118A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13340714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6729098A Withdrawn JPH11266118A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | パッチアレイアンテナ |
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