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技術 アンテナ装置

出願人 ミツミ電機株式会社
発明者 斉藤一成清水耕造土井槙悟
出願日 2017年4月3日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2017-073535
公開日 2018年11月15日 (2年0ヶ月経過) 公開番号 2018-182362
状態 未査定
技術分野 導波管型アンテナ アンテナの細部 アンテナの支持 線状基本アンテナ
主要キーワード 開いたループ 施工機器 磁性誘電体 正方形板 給電パッド 無人機 導体ピン 総合特性
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2018年11月15日)のものです。
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図面 (13)

課題

簡素な構成により異なる周波数帯電波をそれぞれ同時に受信可能にする。

解決手段

アンテナ装置1は、第1の周波数帯(L1帯)の信号を受信するための導電体からなる第1アンテナ21Aと、第1アンテナとの間に誘電体によるギャップG3を介して配置され、第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯(L2帯)の信号を受信するための導電体からなる第2アンテナ21Bと、第1アンテナとの間に誘電体による第1のギャップG1を介して配置され、第2アンテナとの間に誘電体による第2のギャップG2を介して配置され、第1アンテナに第1のギャップを介して給電するとともに、第2アンテナに第2のギャップを介して給電する共通の給電パッド23とを備える。

概要

背景

従来、異なる周波数帯電波のそれぞれに対応したアンテナを備えた多周波数複合型アンテナ装置が提案されている。
特許文献1に記載のアンテナ装置にあっては、第1の周波数を持つ信号を送受信する第1のパッチには、第1の給電線が接続され、第2の周波数を持つ信号を送受信する第2のパッチには、第2の給電線が接続される。

概要

簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能にする。アンテナ装置1は、第1の周波数帯(L1帯)の信号を受信するための導電体からなる第1アンテナ21Aと、第1アンテナとの間に誘電体によるギャップG3を介して配置され、第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯(L2帯)の信号を受信するための導電体からなる第2アンテナ21Bと、第1アンテナとの間に誘電体による第1のギャップG1を介して配置され、第2アンテナとの間に誘電体による第2のギャップG2を介して配置され、第1アンテナに第1のギャップを介して給電するとともに、第2アンテナに第2のギャップを介して給電する共通の給電パッド23とを備える。

目的

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能にするアンテナ装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

少なくとも異なる2以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナ別個に備えるとともに、そのうち少なくとも2つのアンテナにギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたアンテナ装置

請求項2

第1の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第1アンテナと、前記第1アンテナとの間にギャップを介して配置され、前記第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第2アンテナと、前記第1アンテナとの間に第1のギャップを介して配置され、前記第2アンテナとの間に第2のギャップを介して配置され、前記第1アンテナに前記第1のギャップを介して給電するとともに、前記第2アンテナに前記第2のギャップを介して給電する共通の給電パッドとを備える請求項1に記載のアンテナ装置。

請求項3

前記第1アンテナ及び前記第2アンテナはともに、ループ状に形成されている請求項2に記載のアンテナ装置。

請求項4

前記第1アンテナ、前記第2アンテナ及び前記共通の給電パッドはともに、誘電体基体の同一面に形成されている請求項3に記載のアンテナ装置。

請求項5

前記第1の周波数帯が前記第2の周波数帯より高い周波数帯であるとして、前記第1アンテナ及び前記共通の給電パッドは、前記第2アンテナによるループに囲まれ、前記共通の給電パッドは、前記第1アンテナによるループの外に配置されている請求項4に記載のアンテナ装置。

請求項6

前記第1アンテナが形成するループは、ミアンダ部を有する請求項5に記載のアンテナ装置。

請求項7

前記共通の給電パッドに、異なる2以上の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路が接続された請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載のアンテナ装置。

技術分野

0001

本発明は、アンテナ装置に関する。

背景技術

0002

従来、異なる周波数帯電波のそれぞれに対応したアンテナを備えた多周波数複合型のアンテナ装置が提案されている。
特許文献1に記載のアンテナ装置にあっては、第1の周波数を持つ信号を送受信する第1のパッチには、第1の給電線が接続され、第2の周波数を持つ信号を送受信する第2のパッチには、第2の給電線が接続される。

先行技術

0003

特開2013−098786号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、従来の2周波数帯複合型のアンテナ装置にあっては、給電点が2つであるため、アクティブアンテナを構成する場合も各周波数帯に対応するため低雑音増幅回路(LNA:Low Noise Amplifier)が2ブロック必要であり、最終段ダイプレクサが必要である。

0005

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能にするアンテナ装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0006

以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、少なくとも異なる2以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナを別個に備えるとともに、そのうち少なくとも2つのアンテナにギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたアンテナ装置である。

0007

請求項2記載の発明は、第1の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第1アンテナと、
前記第1アンテナとの間にギャップを介して配置され、前記第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第2アンテナと、
前記第1アンテナとの間に第1のギャップを介して配置され、前記第2アンテナとの間に第2のギャップを介して配置され、前記第1アンテナに前記第1のギャップを介して給電するとともに、前記第2アンテナに前記第2のギャップを介して給電する共通の給電パッドとを備える請求項1に記載のアンテナ装置である。

0008

請求項3記載の発明は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナはともに、ループ状に形成されている請求項2に記載のアンテナ装置である。

0009

請求項4記載の発明は、前記第1アンテナ、前記第2アンテナ及び前記共通の給電パッドはともに、誘電体基体の同一面に形成されている請求項3に記載のアンテナ装置である。

0010

請求項5記載の発明は、前記第1の周波数帯が前記第2の周波数帯より高い周波数帯であるとして、前記第1アンテナ及び前記共通の給電パッドは、前記第2アンテナによるループに囲まれ、前記共通の給電パッドは、前記第1アンテナによるループの外に配置されている請求項4に記載のアンテナ装置である。

0011

請求項6記載の発明は、前記第1アンテナが形成するループは、ミアンダ部を有する請求項5に記載のアンテナ装置である。

0012

請求項7記載の発明は、前記共通の給電パッドに、異なる2以上の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路が接続された請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載のアンテナ装置である。

発明の効果

0013

本発明によれば、共通の給電パッドから、2つのアンテナにそれぞれギャップを介して給電するので、給電点が一つになり、低雑音増幅回路(LNA:Low Noise Amplifier)を共通化することができ、従って簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能である。
また、多周波数帯複合型のアンテナ装置は、PCVフェーズセンタバリエーション)が同一である必要があるという懸案があるが、本発明のアンテナ装置ではその懸案は不要となる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の断面図である。
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の平面図である。
本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれる回路基板の平面図である。
本発明例のアンテナ装置の周波数に対する軸比及び利得を示す図である。
本発明例のアンテナ装置のL1帯の総合特性指向性を示す図である。
本発明例のアンテナ装置のL1帯の総合特性の指向性を示す図である。
本発明例のアンテナ装置のL2帯の総合特性の指向性を示す図である。
本発明例のアンテナ装置のL2帯の総合特性の指向性を示す図である。
本発明の変形例に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の斜視図である。

実施例

0015

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

0016

図1図3を参照して、アンテナ装置1の全体構成を説明する。図1に、アンテナ装置1の分解構成を示す。図2に、アンテナ装置1の断面構成を示す。図3に、アンテナ装置1の斜視構成を示す。

0017

本実施の形態のアンテナ装置1は、異なる2つの周波数帯の規格としてのGPSのL1帯(第1の周波数帯)のループアンテナ及びGPSのL2帯(第2の周波数帯)のループアンテナを複合したものである。GPSのL1帯の搬送波の周波数帯は、1575.42±1.023[MHz]であり、その中心周波数が1575.42[MHz]である。GPSのL2帯の搬送波の周波数帯は、1227.60±1.023[MHz]であり、その中心周波数が1226.60[MHz]である。また、GPSは、右旋円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。

0018

アンテナ装置1は、移動体としての自動車ダッシュボード等に取り付けられる。図1及び図2に示すように、アンテナ装置1は、アンテナ素子2Aと、基板部3と、シールドケース4と、クッションシート5と、トップカバー6と、ブラケット7と、螺子8と、を備える。

0019

アンテナ素子2Aは、アンテナ装置1のループアンテナの本体部分であり、衛星から送信されたGPSのL1帯及びL2帯の無線信号受信アンテナである。アンテナ素子2Aは、例えば、40×40×4t[mm]の正方形板形状を有する。

0020

基板部3は、アンテナ素子2Aの下面(裏面)に取り付けられたPCB(PrintedCircuit Board)であり、同軸ケーブル3aの一端が接続されている。同軸ケーブル3aの他端は、GPSの受信機アンテナ接続端子に接続される。基板部3の形状は、アンテナ素子2Aの下面に対応した面積正方形又はアンテナ素子2Aの下面よりも小さな面積を有する形状とされる。アンテナ素子2Aは、例えば、両面テープにより基板部3に貼り付けられて固定される。

0021

シールドケース4は、基板部3を下面から覆うケースであり、外部から基板部3への電波等の侵入遮断し、基板部3を流れる信号にノイズがのることを防ぐ。シールドケース4は、ブリキ等の金属製の導電体で構成される。クッションシート5は、シールドケース4をブラケット7に取り付ける際、それらの間に挟み込まれクッションとなるシートである。クッションシート5は、例えば、両面テープにより構成される。

0022

トップカバー6は、アンテナ素子2A、基板部3、シールドケース4及びクッションシート5を上面(表面)から覆うカバーである。トップカバー6は、樹脂により形成され、外部の衝撃等からアンテナ素子2A、基板部3、シールドケース4及びクッションシート5を保護する。トップカバー6には、螺子8に対応する4箇所の雌螺子部(図示略)を有する。また、トップカバー6には、アンテナ素子2A及び基板部3を取り付けるためのフック(図示略)を有する。アンテナ素子2A及び基板部3をトップカバー6のフックで止めることにより、トップカバー6に対するアンテナ素子2A及び基板部3の位置決めを正確に行うことができる。トップカバー6は、例えば、44.2×44.2×12.5t[mm]の正方形板形状を有する。

0023

ブラケット7は、接地板と、ダッシュボード等へのアンテナ装置1の取り付けの固定金具と、を兼ねる。ブラケット7は、銅等の金属導体で構成され、接地される。ブラケット7には、螺子8用の4つの通し穴7aがあけられている。ブラケット7は、例えば、70[mm]又は90[mm]角の正方形板形状を有する。

0024

螺子8は、トップカバー6をブラケット7に取り付けるための4本の雄螺子である。螺子8は、ブラケット7にあけられた通し穴7aに通され、トップカバー6の雌螺子部に螺合される。このため、ブラケット7に対するトップカバー6の位置決めを正確に行うことができる。これにより、ブラケット7に対するアンテナ素子2A及び基板部3の位置決めも正確となる。

0025

図3に示すように、組み立て後のアンテナ装置1において、同軸ケーブル3a、トップカバー6、ブラケット7(及び螺子8)が露出する。

0026

さらに、図4図6を参照して、アンテナ素子2A及び基板部3につき説明する。図4に、アンテナ素子2Aの斜視構成を示す。図5に、アンテナ素子2Aの平面構成を示す。図6に、基板部3の回路部32の平面構成を示す。

0027

図4及び図5に示すようにアンテナ素子2Aについて、X軸、Y軸、Z軸をとる。Z軸は、アンテナ素子2Aの平面上の中心にとられている。

0028

図4及び図5に示すように、アンテナ素子2Aは、第1アンテナ21Aと、第2アンテナ21Bと、アンテナ基体22と、共通の給電パッド23と、を有する。第1アンテナ21A及び第2アンテナ21B並びに共通の給電パッド23は、アンテナ基体22の上面(表面)に形成された金属導体の電極である。すなわち、第1アンテナ21A、第2アンテナ21B及び共通の給電パッド23はともに、アンテナ基体22の同一面に形成されている。

0029

また、第1アンテナ21A及び第2アンテナ21Bはともに、ループ状に形成されている。
より高い周波数帯に対応した第1アンテナ21A及び共通の給電パッド23は、第2アンテナ21Bによるループに囲まれ、共通の給電パッド23は、第1アンテナ21Aによるループの外に配置されている。
第2アンテナ21Bは、矩形状のループを形成している。第2アンテナ21Bにより囲まれた面において、第1アンテナ21Aと、共通の給電パッド23とが一方向(X方向)に並んで配置される。
X軸の負の方向側において、第1アンテナ21Aの一辺部21A1、共通の給電パッド23及び第2アンテナ21Bの一辺部21B1は、互いに平行に、ストレートに形成されている。

0030

共通の給電パッド23と第1アンテナ21Aの一辺部21A1との間の第1のギャップG1は所定寸法とされ、共通の給電パッド23から第1アンテナ21Aに第1のギャップG1を介して給電する。第1のギャップG1の寸法により、L1帯のインピーダンスが調整されている。
共通の給電パッド23と第2アンテナ21Bの一辺部21B1との間の第2のギャップG2は所定寸法とされ、共通の給電パッド23から第2アンテナ21Bに第2のギャップG2を介して給電する。第2のギャップG2の寸法により、L2帯のインピーダンスが調整されている。
本実施形態では、第1のギャップG1よりも第2のギャップG2が大きく形成されており、共通の給電パッド23は、第1アンテナ21Aの一辺部21A1側寄りの位置している。

0031

第1アンテナ21Aと第2アンテナ21Bとの間にギャップG3を設けることにより、L1帯とL2帯との結合を弱くし、L1帯の利得を増大させている。ギャップG3をより大きく設けるために、第1アンテナ21Aが形成するループは、ミアンダ部21A2,21A3を有する。本実施形態では、ミアンダ部21A2,21A3は、共通の給電パッド23に対向する一辺部21A1に離接する2辺部に形成されている。これに拘わらず、一辺部21A1の対辺部21A4にもミアンダ部を形成してもよい。

0032

第2アンテナ21Bは、例えば、アンテナ基体22の上面よりも小さな、X方向32.55×Y方向31.6[mm]の長方形銀箔でアンテナ基体22にパターン形成されている。その場合に、第1アンテナ21Aは、例えば、X方向22.9×Y方向24.1[mm]の外形寸法をとり、銀箔でアンテナ基体22にパターン形成されている。共通の給電パッド23のY方向寸法は、共通の給電パッド23に対向する一辺部21A1のY方向寸法より短くされている。
第1アンテナ21A及び第2アンテナ21Bには、給電パッド23が電磁的に結合される。なお、第1アンテナ21A及び第2アンテナ21Bには、角部をC面(三角形状に切欠き)として、摂動素子が形成されている。

0033

アンテナ基体22は、所定の比誘電率を有する誘電体で形成された板である。アンテナ基体22の比誘電率εrは、例えば、6.8である。この比誘電率εrによる波長短縮効果により、アンテナ素子2Aを小型化できる。アンテナ基体22は、誘電体に限定されるものではなく、所定の比透磁率μrを有する磁性体としたり、所定の比誘電率εr及び比透磁率μrを有する磁性誘電体としてもよい。比透磁率μrでも波長短縮効果が生ずる。アンテナ基体22は、例えば、40×40×4t[mm]の正方形板形状を有する。

0034

共通の給電パッド23は、金属導体からなり、アンテナ基体22に貫通形成された導体ピン23aを介して、基板部3の回路部32の入力端子32aに接続される。
基板部3は、基板本体部31と、回路部32と、を備える。回路部32は、給電パッド23と接続される接続端子である入力端子32aと、同軸ケーブル3aと接続される接続端子である出力端子32bとを有する。
基板本体部31は、ガラス繊維エポキシ樹脂を染み込ませたFR(Flame Retardant Type)4等の絶縁体の基板である。
回路部32は、低雑音増幅回路(LNA:Low Noise Amplifier)であり、給電パッド23及び同軸ケーブル3aに接続されている。回路部32は、給電パッド23から出力された電気信号増幅して同軸ケーブル3aへ出力する。LNA構成として、例えば、初段アンプ+フィルタ+2ndAMP+π型ATT が適用される。
回路部32の低雑音増幅回路は、L1、L2の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路である。以下にアンテナ特性を示す。

0035

図7に、以上の実施形態のアンテナ装置1に従う本発明例のアンテナ装置の周波数に対する軸比及び利得を示す。図8及び図9に、同本発明例のアンテナ装置のL1帯の総合特性の指向性を示す。図10及び図11に、同本発明例のアンテナ装置のL2帯の総合特性の指向性を示す。
図7に示すように、L1帯及びL2帯で、5〔dB〕以下の低い軸比と、0〔dBic〕以上の高い利得が得られ、図8及び図9に示すようにL1帯における良好な指向性、図10及び図11に示すようにL2帯における良好な指向性が得られた。

0036

(変形例)
上記アンテナ装置1に対する変形例のアンテナ装置は、上記アンテナ装置1のアンテナ素子2Aに対して図12に示すアンテナ素子2Bを適用したものである。図12に示すようにアンテナ素子2Bは、第3アンテナ21Cが付加されているとともに、共通の給電パッド23Bを3バンドに対応してH形に変形したものである。但し、第2アンテナ21Bは、GPSのL5帯に対応し、第3アンテナ21CがGPSのL2帯に対応する。第1アンテナ21Aは、上記アンテナ装置1と同様にGPSのL1帯に対応する。
上記アンテナ装置1と同様に、第2アンテナ21Bのループの中に第1アンテナ21Aのループが形成される。第3アンテナ21Cは、共通の給電パッド23Bとともに、第1アンテナ21Aと第2アンテナ21Bの間に配置される。
共通の給電パッド23Bは、第1アンテナ21Aの一辺部21A1に対して第1のギャップG1を介して対向配置されたストレート部23B1と、第2アンテナ21Bの一辺部21B1に対して第2のギャップG2を介して対向配置されたストレート部23B2と、これら両者の中央部をX方向に繋ぐブリッジ部23B3とからなるアルファベットのH形に形成されている。
第3アンテナ21Cは、開いたループ状に形成されており、その2つの端部21C1,21C2を、共通の給電パッド23BのH形構造の上下にできる凹部に侵入させており、給電パッド23Bとの間に各3辺でギャップG4が形成されている。その他の構成は、上記アンテナ装置1と同様である。

0037

以上のように、本発明のアンテナ装置は、少なくとも異なる2以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナを別個に備えるとともに、そのうち少なくとも2つのアンテナに誘電体によるギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたものとして実施することができる。2バンド以上の各アンテナに対して給電パッド及びLNAを共通化することができる。
図12に示すアンテナ装置は、アンテナ及び給電パッドを一面上においてコンパクトに構成するためにアンテナループ内に他のアンテナループを配置する条件で構成された3重構造の例である。これに拘わらず、各アンテナをループ状に、かつ、互いに外部に形成し、それぞれにギャップを介して共通の給電パッドを近接配置してもよい。

0038

(効果、応用等)
以上の実施形態のアンテナ装置によれば、共通の給電パッド(23,23B)から、2つのアンテナ(21A,21B)にそれぞれ誘電体(22)によるギャップを介して給電するので、給電点が一つになり、低雑音増幅回路(32)を共通化することができ、従って簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能である。
また、多周波数帯複合型のアンテナ装置は、PCV(フェーズセンターバリエーション)が同一である必要があるという懸案があるが、本アンテナ装置ではその懸案は不要となる。
L1帯アンテナとL2帯アンテナを複合することにより、従来のL1帯のみを使用したGPS(GNSS)アンテナより、位置精度が向上する。
本アンテナ装置にL5帯(1176.45MHz)アンテナやL6帯(LEX)アンテナを複合することにより、センチメーター級と言われるGPS(GNSS)アンテナを構成することが可能となる。
センチメーター級と言われる位置精度のGPS(GNSS)アンテナを構成できることから、ADAS(先進運転システム)や、無人機農業機器自動運転無人農業、IT施工機器;無人で切削等の工事等)のGPS(GNSS)アンテナに本発明を利用可能である。

0039

1アンテナ装置
2A,2Bアンテナ素子
3基板部
3a同軸ケーブル
4シールドケース
5クッションシート
6トップカバー
7ブラケット
8螺子
21A 第1アンテナ
21B 第2アンテナ
21A2,21A3ミアンダ部
21C 第3アンテナ
22アンテナ基体
23給電パッド
23B 給電パッド
32回路部
32a入力端子
32b出力端子
G1 第1のギャップ
G2 第2のギャップ

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