JPH06112721A - 誘電体1/4波長励振型アンテナ用整合導体を備えたアンテナ装置 - Google Patents

誘電体1/4波長励振型アンテナ用整合導体を備えたアンテナ装置

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JPH06112721A
JPH06112721A JP26176392A JP26176392A JPH06112721A JP H06112721 A JPH06112721 A JP H06112721A JP 26176392 A JP26176392 A JP 26176392A JP 26176392 A JP26176392 A JP 26176392A JP H06112721 A JPH06112721 A JP H06112721A
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JP
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conductor
antenna
dielectric
ant
horizontal
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JP26176392A
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Inventor
Hiroshi Takemoto
博 竹本
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MIZUTANI PURINTEKUSU KK
Original Assignee
MIZUTANI PURINTEKUSU KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電体1/4波長励振型アンテナと給電ケー
ブルとを広帯域に整合させること。 【構成】 誘電体1/4波長励振型アンテナANTに、
該誘電体1/4波長励振型アンテナと所定の角度をなし
て延び、接地電位にある第1の導体5と、アンテナAN
Tに関して第1の導体5と逆方向に延び、接地電位にあ
る第2の導体6と、第2の導体6に電気的に接続されア
ンテナANTに垂直な平面内にある第1の導体素子71
と、第2の導体6に電気的に接続されアンテナANTと
同じ方向に且つ平行に延びる第2の導体素子72とを有
する逆T字型導体7とが装着された整合導体8が設けら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特にUHF帯の送受
信に適した小型な誘電体1/4波長型励振型アンテナの
放射指向特性の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】本出願人は、特願平4−号として図15
に示す新規な誘電体1/4波長励振型アンテナ(以下、
アンテナANTと呼ぶ)を提案した。このアンテナAN
Tは適当な長さと内・外径とを有する誘電体製の筒体1
01を備える。筒体101の上部外周面の一部には、銀
メタライズ等の適宜の方法により外周面電極102が形
成される。筒体101の上端面には、外周面電極102
と外周縁が接続された片端面電極103が形成され、更
に、筒体101の内周面全体に内周面電極104が形成
され、片端面電極103の内周縁は内周面電極104に
接続される。こうして、筒体101の外周面は外周面電
極102が形成された部分とその残りの誘電部105と
に分けられ、外周面電極102と誘電部105との面積
比を適切に選定することにより、所望のアンテナ特性を
得ることができる。
【0003】このように電極が形成された筒体101の
中に、適当な直径の給電導体106を筒体101と同軸
状に挿入し、筒体101の下端を接続栓107に固定す
る。接続栓107の中心導体08は給電導体106と電
気的・機械的に接続される。一方、給電導体106の上
端部は内周面電極104と電気的に接触する接触部10
9を持つ固定用金具110によって固定され、こうして
給電導体106は内周面電極104に対して同軸状に保
持される。
【0004】このアンテナATTは、従来の定在波型ア
ンテナとは電波を放射する過程が異なる。従来の定在型
アンテナは、高周波電流をアンテナに流すことによって
アンテナ表面上に磁界を発生させ、電界→磁界→電界→
・・・という連鎖状態により電波を発生させる。一方、
図15のアンテナANTは高誘電率の筒体101に電極
を設け、TEMモードで圧縮した1/4波長で励振する
ため、筒体101の周辺は共振エネルギーの層、つま
り、強電界の層に包まれる。このアンテナANTは点波
源アンテナと考えられ、従来仮想されている等方向性ア
ンテナと同様に、有効放射範囲内では、電波の等位相面
が同一球面上にあるので、アンテナANTを空中にほぼ
完全に浮かして設置した場合、垂直、水平といった固有
の波面は存在せず、その放射は球面形であることが判明
した。
【0005】図16は、従来の標準ダイポールの放射パ
ターン(点線)、1/2波長ホイップアンテナの放射パ
ターン(一点鎖線)と共に図15のアンテナANTの放
射パターン(実線)を示す図である。なお、図16で
は、アンテナANTは金属製の支柱により支持されてい
たため、支柱の軸方向にヌルが生じている。図16か
ら、アンテナの放射パターンは上下に広がり、その断面
積はダイポールやホイップの約1、3倍になることがわ
かる。更に、アンテナANTで垂直偏波、45度偏波及
び水平偏波を受信したところ、受信感度はそれぞれ70
dB,75dB,70dBであり、偏波面に関係しない
ことが実験的に確認された。
【0006】しかし、このアンテナANTには次ぎのよ
うな欠点がある。(1)アンテナANTと給電用同軸ケ
ーブルとの整合が良好で、SWR値が最小であっても、
固有の偏波面を持たないために、アンテナANTからの
下部放射はアンテナの放射効率を低下させることにな
る。(2)アンテナANTの周辺の反射物体及び吸収物
体によりアンテナ自体の整合が崩れ、SWR値が大きく
なる。(3)アンテナANTが小型であるため、アンテ
ナ内部の整合調整を外部から行うことが困難である。
(4)アンテナANTからの下部放射が周辺の物体によ
り反射、吸収されるような位置(例えば、車両の屋根や
鉄柱の上など)に設置すると、打ち上げ角が大きくな
り、球面形の放射ではなく半球面形の放射が行われるよ
うになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
は、上記の課題を解決するために成されたもので、給電
導体と外部的に簡単に整合させることができる誘電体1
/4波長励振型アンテナを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明のアンテナ装置は、誘電体1/4波長励
振型アンテナと、前記誘電体1/4波長励振型アンテナ
と所定の角度をなして延び、接地電位にある第1の導体
と、前記誘電体1/4波長励振型アンテナに関して前記
第1の導体と逆方向に延び、接地電位にある第2の導体
と、前記第2の導体に電気的に接続され前記誘電体1/
4波長励振型アンテナに垂直な平面内にある第1の導体
素子と、前記第2の導体に電気的に接続され前記誘電体
1/4波長励振型アンテナと同じ方向に且つ平行に延び
る第2の導体素子とを有する逆T字型導体とを具備し、
前記第1の導体の長さを調整することにより前記誘電体
1/4波長励振型アンテナの整合を取ることを特徴とす
る。
【0009】この発明のアンテナ装置は、一実施例にお
いては、前記誘電体1/4波長励振型アンテナ、前記第
1の導体、前記第2の導体及び前記逆T字型導体を固定
するテフロン製の台を備える。
【0010】
【作用】第1の導体、第2の導体及び逆T字型導体の3
つの導体は、それらの長さを調整することにより、広帯
域にわたり誘電体1/4波長励振型アンテナの整合導体
として機能する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明に係る整合
導体付き誘電体1/4波長励振型アンテナの一実施例の
構成と動作とを説明する。
【0012】図1aは、この発明に係る整合導体付き誘
電体1/4波長励振型アンテナの一実施例の構成を概略
的に示す図であり、図1bは、図1aにおける同軸管体
支柱の構造を示す図である。以下、整合導体付き誘電体
1/4波長励振形アンテナを垂直に設置したものとし
て、その構成を説明する。図1a,図1bにおいて、同
軸管体1の下端部にはP型接栓2が、上端部にはJ型接
栓3が設けられ、J型接栓3に図15で説明したアンテ
ナANTが装着される。つまり、同軸管体1の内部導体
4とアンテナANTの給電導体106とが電気的に接続
される。
【0013】J型接栓3には、同軸管体1の外部導体
4′と電気的に接続され同軸管体1から水平に延びる適
宜の長さの直線状の水平導体5が装着される。また、ア
ンテナANTに関して第1の水平導体5とは反対側に、
第1の水平導体5と同一線上にあり同軸管体1の外部導
体4′と電気的に接続された第2の水平導体6が設けら
れる。更に、第2の水平導体6には、第2の水平導体6
に垂直で水平方向に延びる水平な辺71と、第2の水平
導体6からアンテナANTと平行に上向きに植立された
垂直な辺72とを有する逆T字型導体7が電気的且つ機
械的に接続される。これら第1、第2の水平導体5、6
及び逆T字型導体7により、アンテナATTの整合導体
8が構成される。なお、導体5、6、7のそれぞれの長
さについては後に詳細に説明する。
【0014】ここで、この発明に係る整合導体付き誘電
体1/4波長励振型アンテナと従来の定在波型の地線付
きアンテナとの動作の相違について説明する。ここで注
目すべきは、従来の地線付きアンテナとこの発明に係る
整合導体付き誘電体1/4波長励振形アンテナアンテナ
とは、外形が似てはいても、アンテナ自体の励振方法が
異なるがために、その動作が全く異なるということであ
る。
【0015】従来の定在波型アンテナは、金属導体上に
高周波電流の定在波を載せてアンテナ表面に磁界を発生
させ、電界→磁界→電界→磁界・・・といった連鎖で電
磁波を発生させる。その一例であるダイポールアンテナ
は、その長さ方向に偏波面を有するドーナツ(8の字)
型の放射パターンを有することは周知のとおりであり、
これを地線付きとするには、同軸ケーブルの内部導体を
1/4波長だけ延長して放射素子を構成し、給電用の同
軸ケーブルの外部導体の開放部に2本又は4本の地線を
放射状に配置する(図2a)のが普通である。地線を設
けない場合、帰電流が同軸ケーブルの外周面導体の外側
に流れ、不規則な放射が発生する。そこで、この帰電流
を防ぐために地線導体が配置される。このように、地線
導体を設置すると、同一線上にある向かい合った地線に
は互いに反対方向の電流が流れる。したがって地線導体
からの放射は殆どない。しかも、地線導体の長さは約1
/4波長であるから、同軸ケーブルの外部導体との接点
からみたインピーダンスは非常に低く(理論上は0.8
−j2.8Ωである)地線は直接接地されたに等しい。
【0016】しかし、この放射素子の給電点でのインピ
ーダンスは20.4+j4.1Ωという小さい値である
ので、放射素子は特性インピーダンスが50Ωの通常の
同軸ケーブルとは整合しない。そこで、従来から、放射
素子と同軸ケーブルとの整合を取るために、放射素子を
折り返しダイポールにしたり(図2b)、給電点の位置
を変えたり(図2c)、それぞれの地線導体を同軸ケー
ブルと90度よりも小さい角度をなすように下向きにし
たり(図2d)する工夫がなされている。しかし、地線
は放射素子の共振に影響するので、地線付きの定在波ア
ンテナには、広帯域な特性を持つことはできないという
特性上の致命的な欠点がある。
【0017】これに対して、図15に示すアンテナAN
Tは前記のとおり、TEMモードで圧縮された1/4波
長で励振されるため、アンテナの周辺には共振エネルギ
ーの層つまり強電界の層に包まれる。このため、アンテ
ナANTは点波源とみなされ、球面形の放射を行う。こ
の点は、従来の定在波型アンテナとは決定的に相違する
ところである。しかし、その下部放射により高周波電流
が給電用同軸ケーブルに流れ、アンテナANTの放射効
率を低下させるという欠点がある。そこで、発明者は、
こうした欠点を従来の地線により克服しようと試み、同
軸接栓に支持されたアンテナANTに、図3aに示すよ
うに従来通りの1/4波長の長さの4本の導体S1
2,L1,L2を放射状に設置して下部放射を調整し、
同軸接栓の外部導体の外面に流れる高周波電流を阻止し
ようとした。しかし、反射波が大きく、SWR値が高く
てアンテナANTと同軸接栓との整合を取ることはでき
なかった。図3bのように、2本の1/4波長の導体L
1,L2を設けた場合も、結果は同様であった。
【0018】しかしながら、従来の地線とは全く異なる
構造の導体の組み合わせにより、アンテナANTと同軸
接栓とをほぼ完全に整合させることができることを見出
した。即ち、図3cに示すように、相対向する対をなす
水平導体S1、S2を0.2346波長に取り、残りの相
対向する水平導体L1、L2の組を1/4波長よりも長く
していくと、0.2837波長付近で、アンテナANT
と同軸接栓とをほぼ完全に近く、しかも広帯域に整合さ
せることができた。
【0019】これは、アンテナANTは点波源アンテナ
であり、アンテナの周辺は共振エネルギーの層つまり強
電界の層によって包まれるので、等位相の電界の層の中
に図3a、図3b及び図3cの導体を置いた場合、それ
ぞれの導体の表面に磁界が発生され、発生された磁界が
相互に干渉し合って各導体のリアクタンスを打ち消し合
うので、各導体の電気長が極端に短縮され、その結果、
アンテナANTの共振周波数(同調周波数)が高くなっ
たと考えられる。このため、従来と同じ地線を設けた図
3a及び図3bの場合にはアンテナANTとの整合がで
きなかった。これに対し、図3cの場合には、導体
1,S2,L1,L2の配置による磁界に面積も関係して
くると考えられるので、ほぼ完全に広帯域に整合が取れ
ることが判明した。これは、図3cの導体S1、S2,L
1,L2は従来の地線とは異なる作用をアンテナANTに
及ぼしていることを物語っている。
【0020】導体S1,S2,L1,L2の組み合わせはク
リティカルである。これを表1に示す。
【0021】
【表1】 表1は、図3a,図3b及び図3cの場合について測定
したSWR値を示したものである。これによると、
1,L2の長さが0.2837波長、S1,S2の長さが
0,2346波長の場合には広い帯域にわたって整合が
取れていることがわかる。この理由は上記のとおりであ
る。一方、水平導体L1,L2のみの場合及び水平導体S
1,S2のみの場合には、1組の水平導体が減った分だけ
相互の干渉が減り、各水平導体の磁界の占める面積も関
係するので、狭帯域な共振となる。更に、4本共同じ長
さにした場合には、アンテナANTの共振周波数が高く
なり、整合が取れないことを示している。
【0022】そこで、一方の組の水平導体L1,L2の長
さを一定にして他方の組の水平導体S1,S2の長さを
O.5mmずつ変化させたときのSWR値を測定した。
その結果は表2に示すとおりである。
【0023】
【表2】 これによると、水平導体S1,S2がある程度短くなる
と、広い帯域にわたって良好な整合が取れることがわか
る。
【0024】しかし、図3cのように水平導体を装着し
たのでは、アンテナ全体の占める空間が大きいという不
都合がある。そこで、発明者は、図4aのように、一本
の水平導体L1のみを残し、アンテナANTに関して水
平導体L1の反対側にT字形の導体Tを装着し(これら
導体L1及びTが同軸接栓Cの外部導体と電気的に接続
されていることは勿論である)、更に、T字形導体Tを
なす2つの導体の交点から同軸接栓Cに沿って下向きに
垂直導体Uを設けた(図4b)。下記の表3は、垂直導
体Uの長さを一定にして水平導体L1の長さを変えたと
きのSWR値の測定値である。
【0025】
【表3】 この場合には、これらの導体L1,T,UがアンテナA
NTの下部放射の電界の層の中に置かれたことになり、
それぞれの導体によって生じた磁界が相互に干渉して導
体のリアクタンスを打ち消し合う結果、目的とする周波
数に共振することがわかる。しかし、垂直導体Uは同軸
接栓Cと平行であるから、その間に浮遊容量が生じ、容
量性リアクタンスを増加させるので、水平導体L1を長
くして誘導性リアクタンスを増し、容量性リアクタンス
を打ち消さなければならず、整合導体は小型化されな
い。
【0026】そこで、下向きの垂直導体Uの代わりに、
図5に示すように、上向きの垂直導体Vを設けることに
より、同軸接栓Cと垂直導体Vとの間の浮遊容量を無く
し、同軸接栓Cからの影響を除去することができ、それ
によって水平導体L1も短くて済むことが確認された。
このようにして、図1に示す整合導体付き誘電体1/4
波長励振型アンテナが考案された。
【0027】ここで図1の整合導体付き誘電体1/4波
長励振型アンテナに戻り、その特性を種々の実験結果に
基づいて以下に説明する。
【0028】表4は、第1の水平導体5の長さA及び逆
T字型導体7の垂直な辺72の長さBを一定にして第2
の水平導体6の長さ、したがってアンテナANTと垂直
な辺72との間隔Xを変化させた時のSWR値を示して
いる。
【0029】
【表4】 表4は、アンテナANTと垂直な辺72との間隔Xがア
ンテナの整合に微妙に影響してくることを示している。
アンテナANTの中間部放射の中に置かれた垂直な辺7
2の磁界の方が、下部放射の中に置かれた第1及び第2
の水平導体5、6による磁界よりも強いためであると考
えられる。
【0030】表5は、表4においてSWR値が良好とな
ることが確認された第1の水平導体5の長さAと間隔X
とを一定に保って垂直な辺72の長さBを変化させた場
合のSWR値を示している。
【0031】
【表5】 表5から、1260〜1300MHzの範囲にわたって
良好な整合が取れていることがわかる。
【0032】表6は、垂直な辺72の長さBと間隔Xと
を一定にして第1の水平導体5の長さAを変化させたと
きのSWR値を示す。
【0033】
【表6】 表6によると、1260〜1300MHzの範囲で良好
な整合が可能であり、第1の水平導体5の長さをある程
度変化させても、例えばSWR値を1.10以下に保つ
ことができることがわかる。
【0034】次に、図6〜図9により、この発明に係る
整合導体付き誘電体1/4波長励振型アンテナを実際に
組み立てるための部品を説明する。図6a,b,cは、
アンテナANT、第1の水平導体5、第2の水平導体6
及び逆T字型導体7を固定するためのテフロン製の台9
を示している。台9はアンテナANTを挿入するための
貫通穴10と、アンテナANTを固定するためのネジを
螺入するための穴11と、第1の水平導体5を螺入する
ための穴12と、第2の水平導体6を螺入するための穴
13とを有する。
【0035】図7は、第1の水平導体5を示しており、
その一端には、穴12に螺入されるネジ14が形成され
ている。第1の水平導体5を穴12に螺入することによ
り、第1の水平導体5の固定と共に同軸接栓1の外部導
体との接続が行われる。
【0036】第2の水平導体6は、図8に示すように、
実際には、逆T字型導体7(図9)を固定する作用をも
行う金属製のネジである。第2の水平導体6により逆T
字型導体7の1つの辺71を台9の後面にネジ止めする
ことにより、第2の水平導体6と同軸接栓1の外部導体
との接続も行われる。
【0037】以上の部品を使用して整合導体付き誘電体
1/4波長励振型アンテナを組み立てた状態を図10に
示す。アンテナANTは台9にネジ15により固定さ
れ、第1の水平導体5は台9の前面の穴12に螺入され
て固定される。第2の水平導体6は台9の穴13に螺入
され、これによって逆T字型導体7が固定される。更
に、逆T字型導体7の水平な辺71の両端部はネジ16
により台9に固定される。
【0038】以下、この発明に係る整合導体付き誘電体
1/4波長励振型アンテナの種々の変更例を説明する。
図11は、アンテナANTの上端に近接して水平に円形
導体16を設け、これを逆T字型導体7の垂直な辺72
の上端に電気的且つ機械的に接続したものである。これ
により、アンテナANTからの上方への放射が抑えら
れ、その分、下部放射が増大するので、例えば移動無線
の固定局のアンテナに使用すると有用である。図12
は、逆T字型導体7の垂直な辺72に矩形の平面反射板
17を装着した例である。これにより、後方への放射を
抑え、前方への放射を増すことができる。更に、図13
は、垂直な辺72の上端からアンテナATTの方へ傾斜
した平面反射板18を設けて後方及び上方への放射を抑
えた例を示す。図14は、アンテナATTの後方を覆う
コーナーリフレクタと斜め上方を覆う平面反射板とを有
する反射器19を設けた例である。これにより、アンテ
ナANTの前方への放射特性を向上させることができ
る。
【0039】これら図11〜図14の場合のように種々
の反射板を設けた場合であっても、整合導体の長さを調
整することにより、アンテナANTと同軸接栓1との整
合を取ることができる。
【0040】
【発明の効果】以上、この発明に係る整合導体付き誘電
体1/4波長励振型アンテナについて実施例と実験例と
により詳細に説明したところから明らかなとおり、この
発明は以下の格別な効果を奏する。
【0041】(1)誘電体1/4波長励振型アンテナの
インピーダンスが設置条件によって変化しても、整合導
体を構成する導体の長さを調節することにより、給電ケ
ーブルとの整合を外部的に、広帯域にわたってほぼ完全
に取ることができる。
【0042】(2)整合導体を構成する導体は使用波長
に比べて短く、しかも誘電体1/4波長励振型アンテナ
自体も小形であるから、整合導体を装着してもアンテナ
全体が大型にならず、例えばトランシーバ等の小形な無
線機に有用である。
【0043】(3)偏波面に依存しないアンテナなの
で、その感度は、ビルの谷間のような複雑な偏波面の中
でもフェーディングの影響をほとんど受けず、安定した
動作を行うことができる。
【0044】(4)構造が簡単であり、廉価に製作する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】aは、この発明に係る整合導体付き誘電体1/
4波長励振型アンテナの一実施例の全体的構成を示す図
であり、bは、そこに使用される同軸接栓を示す図であ
る。
【図2】a,b,c,dはそれぞれ図1のアンテナを説
明するための図である。
【図3】a,b、cは、それぞれ図1のアンテナを説明
するための図である。
【図4】a,bは、それぞれ図1のアンテナを説明する
ための図である。
【図5】図1のアンテナの原型を示す図である。
【図6】a,b,cはそれぞれ、図1のアンテナに使用
されるテフロン製の台の平面図、側面図、後面図を示す
図である。
【図7】図1のアンテナに使用される第1の水平導体を
示す図である。
【図8】図1のアンテナに使用される第2の水平導体を
示す図である。
【図9】図1のアンテナに使用される逆T字型導体を示
す図である。
【図10】この発明に係る誘電体1/4波長励振型アン
テナの実際の構造を示す平面図である。
【図11】a,b,cはそれぞれ、図10のアンテナに
円形導体を設けたこの発明の1つの変形例を示す正面
図、側面図、平面図である。
【図12】a,bはそれぞれ、図10のアンテナに平面
反射板を設けたこの発明の他の変形例を示す正面図、側
面図である。
【図13】a,bはそれぞれ、図10のアンテナに斜め
に平面反射板を設けたこの発明の別の変形例を示す正面
図、側面図である。
【図14】a,bはそれぞれ、図10のアンテナにコー
ナーリフレクタと斜めの平面反射板とを設けたこの発明
の更に別の変形例を示す正面図、側面図である。
【図15】誘電体1/4波長励振型アンテナの構造を示
す図である。
【図16】図15のアンテナの放射パターンを示す図で
ある。
【符号の説明】
1:同軸接栓、 ANT:誘電体1/4波長励振型アン
テナ、5:第1の水平導体、 6:第2の水平導体、
7:逆T字型導体 8:整合導体、 9:テフロン製の台

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体1/4波長励振型アンテナと、 前記誘電体1/4波長励振型アンテナと所定の角度をな
    して延び、接地電位にある第1の導体と、 前記誘電体1/4波長励振型アンテナに関して前記第1
    の導体と逆方向に延び、接地電位にある第2の導体と、 前記第2の導体に電気的に接続され前記誘電体1/4波
    長励振型アンテナに垂直な平面内にある第1の導体素子
    と、前記第2の導体に電気的に接続され前記誘電体1/
    4波長励振型アンテナと同じ方向に且つ平行に延びる第
    2の導体素子とを有する逆T字型導体とを具備し、前記
    第1の導体の長さを調整することにより前記誘電体1/
    4波長励振型アンテナの整合を取ることを特徴とするア
    ンテナ装置。
  2. 【請求項2】 前記誘電体1/4波長励振型アンテナ、
    前記第1の導体、前記第2の導体及び前記逆T字型導体
    を固定するテフロン(登録商標)製の台を更に備える請
    求項1記載のアンテナ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011035832A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Yagi Antenna Co Ltd アンテナ用支柱

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JP2011035832A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Yagi Antenna Co Ltd アンテナ用支柱

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