JP2880435B2 - 円偏波導波管アンテナ - Google Patents
円偏波導波管アンテナInfo
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- JP2880435B2 JP2880435B2 JP26044595A JP26044595A JP2880435B2 JP 2880435 B2 JP2880435 B2 JP 2880435B2 JP 26044595 A JP26044595 A JP 26044595A JP 26044595 A JP26044595 A JP 26044595A JP 2880435 B2 JP2880435 B2 JP 2880435B2
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- Japan
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- waveguide
- circularly polarized
- antenna
- wavelength
- dielectric
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として衛星放送
通信等に用いられる導波管タイプの円偏波導波管アンテ
ナに関する。
通信等に用いられる導波管タイプの円偏波導波管アンテ
ナに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、導波管内における直線偏波/円偏
波変換技術としては、図4のように円偏波生成素子を備
えた円形導波管1と、この円形導波管1を矩形導波管に
変換する部分2と矩形導波管3から成るものがあり、こ
れは矩形導波管3から矩形/円形導波管変換部2を経て
入力された直線偏波の偏波面4に対して45度斜め方向
に図4(a)のように導波管壁5からピン(容量ポス
ト)6を突き出す方法と、図4(b)のようにピン6の
代わりに管壁5に凸部7を設ける方法と、図4(c)の
ように同じくピン6の代わりに誘電体板8を斜めに挿入
する方法がある。矩形導波管3から入力された直線偏
波、すなわちTE10モード波は矩形/円形導波管変換
部2を経てTE11モード波に変換され、円偏波生成素
子の部分ではピン6や凸部7の対向方向や誘電体板8に
沿った方向の電界成分の伝搬速度が遅くなり、この電界
成分と直交する電界成分との間に位相差を生じ、この位
相差が90度になると円偏波が生成される。
波変換技術としては、図4のように円偏波生成素子を備
えた円形導波管1と、この円形導波管1を矩形導波管に
変換する部分2と矩形導波管3から成るものがあり、こ
れは矩形導波管3から矩形/円形導波管変換部2を経て
入力された直線偏波の偏波面4に対して45度斜め方向
に図4(a)のように導波管壁5からピン(容量ポス
ト)6を突き出す方法と、図4(b)のようにピン6の
代わりに管壁5に凸部7を設ける方法と、図4(c)の
ように同じくピン6の代わりに誘電体板8を斜めに挿入
する方法がある。矩形導波管3から入力された直線偏
波、すなわちTE10モード波は矩形/円形導波管変換
部2を経てTE11モード波に変換され、円偏波生成素
子の部分ではピン6や凸部7の対向方向や誘電体板8に
沿った方向の電界成分の伝搬速度が遅くなり、この電界
成分と直交する電界成分との間に位相差を生じ、この位
相差が90度になると円偏波が生成される。
【0003】さらに、図5のように円形導波管9を2本
の矩形導波管10、あるいは2本の励振ピンでそれぞれ
の電界が直交するように入力部を設け、この直交する電
波の位相を90度違える方法がある。
の矩形導波管10、あるいは2本の励振ピンでそれぞれ
の電界が直交するように入力部を設け、この直交する電
波の位相を90度違える方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】21GHz帯、あるい
はそれ以上の周波数帯において高利得、高効率で広い周
波数帯域幅を持つ平面アンテナとしては、損失の少ない
導波管のような導波路でアンテナ素子を並列給電した平
面アンテナを構成する必要があり、素子もできるだけ簡
単で損失が少なく、アンテナの厚みを薄くするために背
の低いものを使用する必要がある。
はそれ以上の周波数帯において高利得、高効率で広い周
波数帯域幅を持つ平面アンテナとしては、損失の少ない
導波管のような導波路でアンテナ素子を並列給電した平
面アンテナを構成する必要があり、素子もできるだけ簡
単で損失が少なく、アンテナの厚みを薄くするために背
の低いものを使用する必要がある。
【0005】従来の導波管内で円偏波を生成する技術を
平面アンテナにそのまま応用することはできない。何故
ならば、平面配列された導波管の開口部のそれぞれに従
来の技術を適用するとアンテナの奥行きが大きくなり、
一所でこのような変換器を使用しようとするならば、給
電回路網となる導波管が細くできないので素子間隔があ
まりにも広くなって、グレーティング・ローブを抑えき
れなくなり、利得が低下する等の難点がある。
平面アンテナにそのまま応用することはできない。何故
ならば、平面配列された導波管の開口部のそれぞれに従
来の技術を適用するとアンテナの奥行きが大きくなり、
一所でこのような変換器を使用しようとするならば、給
電回路網となる導波管が細くできないので素子間隔があ
まりにも広くなって、グレーティング・ローブを抑えき
れなくなり、利得が低下する等の難点がある。
【0006】本発明の目的は、厚みを薄くすることがで
き、高い周波数帯域において損失が少なく、高い利得を
実現することができる円偏波導波管アンテナを提供する
ことである。
き、高い周波数帯域において損失が少なく、高い利得を
実現することができる円偏波導波管アンテナを提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、約1/2管内
波長の導波管の片方を短絡し、反対側は開口して電波の
放射部とし、この導波管の軸線に直角な断面は、各辺c
を有する方形の対向する2つの角16a,16bを、開
口部から短絡部まで万遍に詰めて6角形とし、この導波
管の短絡部から前記軸線の方向に約1/4管内波長の部
分で導波管の前記辺cの側壁から、矩形の給電導波路に
よって給電し、開口部に誘電体を装荷したことを特徴と
する円偏波導波管アンテナである。
波長の導波管の片方を短絡し、反対側は開口して電波の
放射部とし、この導波管の軸線に直角な断面は、各辺c
を有する方形の対向する2つの角16a,16bを、開
口部から短絡部まで万遍に詰めて6角形とし、この導波
管の短絡部から前記軸線の方向に約1/4管内波長の部
分で導波管の前記辺cの側壁から、矩形の給電導波路に
よって給電し、開口部に誘電体を装荷したことを特徴と
する円偏波導波管アンテナである。
【0008】
【0009】
【0010】本発明に従えば、図1のように放射用導波
管の長さdeは管内波長において約1/2波長とし、片
方を短絡して短絡部とし、反対側は開口して電波の放射
部とし、この導波管の短絡部から1/4管内波長の部分
の前記辺cの側壁より給電すると、この導波管は丁度片
面開放のQの低いキャビティとなっている。この方形導
波管の対向する2つの角16a,46bを図1のように
開口部から底(短絡部)まで図1のように万遍に詰めて
丁度6角形の導波管とする。給電用矩形導波管で給電さ
れた電界成分Exを図1(b)のようにベクトル的にE
1,E2成分に分解して考えると、E1成分は導波管の
E2方向、すなわち角の詰った方向の管壁の間隔は詰ま
っていない方向に比べて狭くなっている。したがって、
E1成分の管内波長は長くなり、位相定数は小さくな
る。逆にE2成分は摂動理論により管内波長は短くな
り、位相定数は大きくなる。したがってこの放射用導波
管の長さはE1成分の管内波長とE2成分の管内波長の
中間の1/2波長となっており、E1成分の放射が早く
なり、E2成分が遅れる。図1(b)においてE1成分
よりE2成分が位相において90度遅れると右旋円偏波
を放射する。このようにE1成分とE2成分の位相差に
90度の差を付けられるものには、図1、すなわち図2
の構成のものがある。
管の長さdeは管内波長において約1/2波長とし、片
方を短絡して短絡部とし、反対側は開口して電波の放射
部とし、この導波管の短絡部から1/4管内波長の部分
の前記辺cの側壁より給電すると、この導波管は丁度片
面開放のQの低いキャビティとなっている。この方形導
波管の対向する2つの角16a,46bを図1のように
開口部から底(短絡部)まで図1のように万遍に詰めて
丁度6角形の導波管とする。給電用矩形導波管で給電さ
れた電界成分Exを図1(b)のようにベクトル的にE
1,E2成分に分解して考えると、E1成分は導波管の
E2方向、すなわち角の詰った方向の管壁の間隔は詰ま
っていない方向に比べて狭くなっている。したがって、
E1成分の管内波長は長くなり、位相定数は小さくな
る。逆にE2成分は摂動理論により管内波長は短くな
り、位相定数は大きくなる。したがってこの放射用導波
管の長さはE1成分の管内波長とE2成分の管内波長の
中間の1/2波長となっており、E1成分の放射が早く
なり、E2成分が遅れる。図1(b)においてE1成分
よりE2成分が位相において90度遅れると右旋円偏波
を放射する。このようにE1成分とE2成分の位相差に
90度の差を付けられるものには、図1、すなわち図2
の構成のものがある。
【0011】利得を増加させるために誘電率の低い誘電
体を装荷した場合は、放射用導波管の長さdeや角16
a,16bを万遍に詰めた部分e(図1(b)参照)の
寸法調整で軸比の良い円偏波が得られる。なお、円偏波
には真円および楕円が含まれる。
体を装荷した場合は、放射用導波管の長さdeや角16
a,16bを万遍に詰めた部分e(図1(b)参照)の
寸法調整で軸比の良い円偏波が得られる。なお、円偏波
には真円および楕円が含まれる。
【0012】従来の導波管による直線偏波/円偏波変換
器は図4のように直線偏波の入出力部となる矩形導波管
3と矩形/円形導波管変換部2と直線偏波/円偏波変換
部1が直列接続されているために長くなっている。これ
を短くして平面アンテナに適用できるようにするために
直線偏波入出力部を直線偏波/円偏波変換器の側面で接
続することにより短くする。これにより奥行きの寸法
は、電波放射用導波管の管内波長の約1/2波長に短縮
できる。文献「T. Tsugawa, M. Kawahara Y. Sugio, an
d Y. Yamada.“Experimentalstudy of dielectric load
ed planar antenna fed by waveguide network,”IEEE,
AP-S, Inter. Symp., Vol.1, pp.480-483, June, 199
4」において、管内波長の約1/2波長の長さのアンテ
ナ素子となる導波管の側面から給電導波管回路網で給電
して効率の良い直線偏波平面アンテナを構成したよう
に、管内波長の約1/2波長の長さの導波管の中に円偏
波が生成できる構造物を設けて円偏波アンテナ素子とす
れば、高利得で高効率な円偏波アンテナがで実現でき
る。
器は図4のように直線偏波の入出力部となる矩形導波管
3と矩形/円形導波管変換部2と直線偏波/円偏波変換
部1が直列接続されているために長くなっている。これ
を短くして平面アンテナに適用できるようにするために
直線偏波入出力部を直線偏波/円偏波変換器の側面で接
続することにより短くする。これにより奥行きの寸法
は、電波放射用導波管の管内波長の約1/2波長に短縮
できる。文献「T. Tsugawa, M. Kawahara Y. Sugio, an
d Y. Yamada.“Experimentalstudy of dielectric load
ed planar antenna fed by waveguide network,”IEEE,
AP-S, Inter. Symp., Vol.1, pp.480-483, June, 199
4」において、管内波長の約1/2波長の長さのアンテ
ナ素子となる導波管の側面から給電導波管回路網で給電
して効率の良い直線偏波平面アンテナを構成したよう
に、管内波長の約1/2波長の長さの導波管の中に円偏
波が生成できる構造物を設けて円偏波アンテナ素子とす
れば、高利得で高効率な円偏波アンテナがで実現でき
る。
【0013】
【発明の実施の形態】図1(a)は本発明の実施の一形
態の斜視図であり、11a,11bはアンテナの加工の
都合上、上下に2分割された導体板であり、これらの導
体板11には上記のようにアンテナ素子となる穴と給電
回路となる溝が彫られており、2枚の導体板11の穴は
穴同士、溝は溝同士が合わされ放射用導波管と給電導波
管が構成されている。なお、導体板11a,11bは、
少なくともその表面が導体であればよく、したがって、
たとえばプラスチック基板に上述した穴および溝を形成
し、その表面に金属(銅など)めっきを施して構成して
もよい。12はアンテナとなる放射用導波管の開口部で
あり、13は同じ導波管の短絡部であり、この開口部と
短絡部の間隔はdeで示されており、約1/2管内波長
である。14は給電用矩形導波管であり、15は装荷さ
れる誘電体であり、直径をd、高さをt、開口面と誘電
体の間隔をhとして示している。誘電体15は、ポリプ
ロピレンのような誘電率の低い誘電体が用いられる。
態の斜視図であり、11a,11bはアンテナの加工の
都合上、上下に2分割された導体板であり、これらの導
体板11には上記のようにアンテナ素子となる穴と給電
回路となる溝が彫られており、2枚の導体板11の穴は
穴同士、溝は溝同士が合わされ放射用導波管と給電導波
管が構成されている。なお、導体板11a,11bは、
少なくともその表面が導体であればよく、したがって、
たとえばプラスチック基板に上述した穴および溝を形成
し、その表面に金属(銅など)めっきを施して構成して
もよい。12はアンテナとなる放射用導波管の開口部で
あり、13は同じ導波管の短絡部であり、この開口部と
短絡部の間隔はdeで示されており、約1/2管内波長
である。14は給電用矩形導波管であり、15は装荷さ
れる誘電体であり、直径をd、高さをt、開口面と誘電
体の間隔をhとして示している。誘電体15は、ポリプ
ロピレンのような誘電率の低い誘電体が用いられる。
【0014】図1の16a,16bは円偏波を生成する
ために導波管の対角の一対を狭くした角の部分であり、
図1(b)はこの導波管の開口部の上面図である。bは
給電用矩形導波管の電界方向寸法で導波管規格の寸法よ
り狭くしている。cは方形導波管の各辺の開口寸法であ
り、eは方形導波管の角をとった部分の寸法である。
ために導波管の対角の一対を狭くした角の部分であり、
図1(b)はこの導波管の開口部の上面図である。bは
給電用矩形導波管の電界方向寸法で導波管規格の寸法よ
り狭くしている。cは方形導波管の各辺の開口寸法であ
り、eは方形導波管の角をとった部分の寸法である。
【0015】図2は、図1に関連して説明した円偏波を
生成する形態の上面図である。
生成する形態の上面図である。
【0016】 (実施例) 図3(a),(b)は、図1(a)の方式のアンテナに
おいて、放射用導波管の深さdeを22(mm)とし、
この開口部分に直径d=30(mm)、高さt=35.
3(mm)の円柱状の誘電体(ポリプロピレンで比誘電
率εr は2.26)15をh=0、すなわち、開口部1
2に密着させて装荷した場合の利得と円偏波の軸比の周
波数特性を示す。利得は誘電体を装荷することにより約
6〜8(dB)増加し、1(dB)低下の周波数帯域幅
は約1.5(GHz)である。円偏波の軸比が2dB以
下になる帯域幅は300(MHz)を越えており、誘電
体の装荷、非装荷により差異を生じている。ここで、直
径dは空間波長λ0の1.2倍程度に選ばれ、高さtは
空間波長λ0の1.4倍程度に選ばれる。
おいて、放射用導波管の深さdeを22(mm)とし、
この開口部分に直径d=30(mm)、高さt=35.
3(mm)の円柱状の誘電体(ポリプロピレンで比誘電
率εr は2.26)15をh=0、すなわち、開口部1
2に密着させて装荷した場合の利得と円偏波の軸比の周
波数特性を示す。利得は誘電体を装荷することにより約
6〜8(dB)増加し、1(dB)低下の周波数帯域幅
は約1.5(GHz)である。円偏波の軸比が2dB以
下になる帯域幅は300(MHz)を越えており、誘電
体の装荷、非装荷により差異を生じている。ここで、直
径dは空間波長λ0の1.2倍程度に選ばれ、高さtは
空間波長λ0の1.4倍程度に選ばれる。
【0017】
【発明の効果】上記のように、約1/2管内波長の導波
管型の円偏波アンテナを平面配列し、規格よりE面方向
の寸法が狭い矩形導波管で並列給電しなければならない
が、素子間隔は上記E面方向の寸法をあまり狭くすると
損失が増加するので限度がある。したがって素子間隔も
1空間波長以上となりグレーティング・ローブを生ず
る。このグレーティング・ローブは配列された導波管円
偏波アンテナ素子のそれぞれに誘電体を装荷して利得を
増加させればグレーティング・ローブの方向に出るべき
パワーは正面方向により多く放射されるので小さくする
ことができる。
管型の円偏波アンテナを平面配列し、規格よりE面方向
の寸法が狭い矩形導波管で並列給電しなければならない
が、素子間隔は上記E面方向の寸法をあまり狭くすると
損失が増加するので限度がある。したがって素子間隔も
1空間波長以上となりグレーティング・ローブを生ず
る。このグレーティング・ローブは配列された導波管円
偏波アンテナ素子のそれぞれに誘電体を装荷して利得を
増加させればグレーティング・ローブの方向に出るべき
パワーは正面方向により多く放射されるので小さくする
ことができる。
【0018】このアンテナはアンテナ素子となる穴と、
給電導波管回路となる溝のある2枚の導体板(プラスチ
ックに金属鍍金でも良い)を重ね、これに誘電体を取り
付ければよく、製造工程が比較的簡単であり、並列給電
方式が採用でき、周波数帯域幅が広いので工作誤差も比
較的許され、周波数が高くなって導波管の寸法が小さく
なっても損失はあまり増えないのでミリ波帯の平面アン
テナとしても有効である。また、導波管なので、マイク
ロストリップパッチアンテナに比べて損失が少なく、利
得を大きくできる。
給電導波管回路となる溝のある2枚の導体板(プラスチ
ックに金属鍍金でも良い)を重ね、これに誘電体を取り
付ければよく、製造工程が比較的簡単であり、並列給電
方式が採用でき、周波数帯域幅が広いので工作誤差も比
較的許され、周波数が高くなって導波管の寸法が小さく
なっても損失はあまり増えないのでミリ波帯の平面アン
テナとしても有効である。また、導波管なので、マイク
ロストリップパッチアンテナに比べて損失が少なく、利
得を大きくできる。
【0019】特に本発明によれば、導波管の軸線に直角
な断面は前述のように6角形であり、これによって構成
を簡略化し、剛性を向上することができるという優れた
効果が達成される。本件発明者は、このような6角形の
導波管を用いて、円偏波を実現することを、世界で初め
て、究明した。
な断面は前述のように6角形であり、これによって構成
を簡略化し、剛性を向上することができるという優れた
効果が達成される。本件発明者は、このような6角形の
導波管を用いて、円偏波を実現することを、世界で初め
て、究明した。
【図1】円偏波発生のために方形導波管の角を欠いた形
の誘電体装荷6角形導波管円偏波アンテナの斜視図であ
る。
の誘電体装荷6角形導波管円偏波アンテナの斜視図であ
る。
【図2】図1に関連して説明した側壁からの給電方式の
導波管円偏波アンテナの上面図である。
導波管円偏波アンテナの上面図である。
【図3】誘電体装荷6角形導波管円偏波アンテナの誘電
体装荷時と非装荷時の諸特性を示すグラフであり、
(a)は利得の周波数特性を示し、(b)は軸比の周波
数特性を示す。
体装荷時と非装荷時の諸特性を示すグラフであり、
(a)は利得の周波数特性を示し、(b)は軸比の周波
数特性を示す。
【図4】従来の導波管による直線偏波/円偏波変換装置
を示す図である。
を示す図である。
【図5】従来の導波管による直線偏波/円偏波変換装置
の他の構成を示す図である。
の他の構成を示す図である。
11a,11b 導体板 12 開口部 13 短絡部 14 給電用矩形導波管 15 誘電体 16a,16b 導波管の対角の一対を狭くした部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−244625(JP,A) 特開 平6−244624(JP,A) 特開 平4−267603(JP,A) 特開 平5−102702(JP,A) 特開 平2−288405(JP,A) 特開 平2−156707(JP,A) 特開 昭62−36905(JP,A) 特開 昭59−32204(JP,A) 実開 昭61−64717(JP,U) Y.Sugio et.al.,”E xperimental Study of Dielectric Load ed Planar Antenna Fed by Waveguide N etwork”,IEEE AP−S Int.Symp.,1994,pp.480 −483 電子情報通信学会論文誌 ’92/3, Vol.J−75−B−▲II▼,No. 3,pp.208−210 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 13/06
Claims (1)
- 【請求項1】 約1/2管内波長の導波管の片方を短絡
し、反対側は開口して電波の放射部とし、 この導波管の軸線に直角な断面は、各辺cを有する方形
の対向する2つの角16a,16bを、開口部から短絡
部まで万遍に詰めて6角形とし、 この導波管の短絡部から前記軸線の方向に約1/4管内
波長の部分で導波管の前記辺cの側壁から、矩形の給電
導波路によって給電し、 開口部に誘電体を装荷したことを特徴とする円偏波導波
管アンテナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26044595A JP2880435B2 (ja) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | 円偏波導波管アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26044595A JP2880435B2 (ja) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | 円偏波導波管アンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09107225A JPH09107225A (ja) | 1997-04-22 |
JP2880435B2 true JP2880435B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=17348043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26044595A Expired - Fee Related JP2880435B2 (ja) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | 円偏波導波管アンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2880435B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1319036B1 (it) * | 1999-11-03 | 2003-09-23 | Technology Finance Corp Pro Pr | Dispositivo dielettrico di riscaldamento |
JP3415817B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2003-06-09 | アーベル・システムズ株式会社 | 太陽電池 |
EP3813188A1 (de) | 2019-10-24 | 2021-04-28 | VEGA Grieshaber KG | Hohlleiteranordnung und antenne |
-
1995
- 1995-10-06 JP JP26044595A patent/JP2880435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Y.Sugio et.al.,"Experimental Study of Dielectric Loaded Planar Antenna Fed by Waveguide Network",IEEE AP−S Int.Symp.,1994,pp.480−483 |
電子情報通信学会論文誌 ’92/3,Vol.J−75−B−▲II▼,No.3,pp.208−210 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09107225A (ja) | 1997-04-22 |
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