JP2010503357A - パッチアンテナおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比誘電率の低い誘電体（低誘電体）を用いて小型化および大量生産を図るために、パッチと接地板との間の誘電体層を一つの誘電体膜で形成するが、一つ以上の孔を単一のパンチングによって該誘電体膜に形成させたパッチアンテナおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】このような構成の本発明によれば、誘電体層として低誘電率の誘電体を用いても既存の高誘電率のアンテナと同じ共振周波数特性を有するアンテナを実現することができ、従来の高誘電体を用いたパッチアンテナとは異なり、低誘電体を用いて孔／スロットによって共振周波数および小型化の比率を変化させることができるため、所望のサイズおよび周波数を充足できる小型化したアンテナを製造することができる。

Description

本発明はパッチアンテナに関し、より詳しくは、低誘電率の誘電体を用いて小型化を図るようにしたパッチアンテナに関する。

無線通信技術が発達するに伴い、携帯電話、ＰＤＡ、ＧＰＳ受信機などのような情報通信端末の大衆化が可能になった。これらの情報通信端末には、小型軽量で、平面型に薄く製造可能なパッチアンテナが主に使われる。

図１は従来のパッチアンテナの一例を示す図である。図１のパッチアンテナはセラミック誘電体基板を使うためにセラミックパッチアンテナともいう。図１のパッチアンテナは、所定厚さで形成される誘電体基板１０を間に置き、一面（上面）にはアンテナの役割をする平面形状のパッチが設けられ、他面（底面）には接地板１４が設けられる。

ここで、パッチ１２の形状は四角形、円形、楕円形、三角形、環型などの様々な形状であり得るが、主に四角形または円形のものが用いられる。

パッチ１２への給電は、マイクロストリップラインを設けて給電する方式またはプローブ（Ｐｒｏｂｅ）を設けて給電する方式がある。マイクロストリップライン（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｌｉｎｅ）を用いる給電方式は、給電位置により、アンテナの特性および入力インピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が変わる。よって、給電線とパッチとの間のマッチングが重要な要素として作用するが、製作が容易であるという利点がある。また、プローブを用いる給電方式は、最もマッチングがうまくなされる地点を探してその位置に給電することができるために別途の整合回路が必要ない。

一般的に、パッチアンテナの大きさは設計周波数の波長に比例する。同一周波数に対してパッチアンテナの大きさを減らして小型化するためには、比誘電率の高い誘電体基板を使わなければならない。

しかし、比誘電率の高い誘電体を使えば、アンテナの放射特性が低下し、その結果、利得（Ｇａｉｎ）が低下する限界がある。

また、誘電体における比誘電率が高くなれば、相対的に製造原価が上昇することは勿論、生産収率が急激に低下する。よって、比誘電率の高い誘電体を用いてアンテナの大きさを短縮するにも限界がある。

このような問題を解決するためのパッチアンテナが様々な構造で提示されている。その一例として、韓国登録特許第１０−０５６２７８８号に提示されたパッチアンテナがある。

上記韓国登録特許第１０−０５６２７８８号のアンテナは、一つ以上の端部を「コ」形状または「Ｅ」形状で形成するパッチと；該パッチから所定間隔をおいて設けられ、一つ以上の端部を、該パッチの端部を囲むように「コ」形状で形成する接地板と；該接地板とパッチとの間に設けられる誘電体層とを含む。該パッチは、所定の平面形状を有するパッチ本体と該パッチ本体の端部を２回折り曲げて「コ」形状または「Ｅ」形状で形成する垂直部および水平部からなる。該接地板は、所定の平面形状を有する板本体と該板本体の端部から延長して折り曲げられる垂直部および水平部からなる。該接地板の水平部は該パッチを間に置き、該板本体の反対側に位置する。

上記韓国登録特許第１０−０５６２７８８号は折り畳み（Ｆｏｌｄｅｄ）式のアンテナパッチであり、該誘電体層を空気層として利用する場合には製作および製造工程を簡便にすることができる。しかし、小型化という目的を達成するために、誘電体層を空気以外の比誘電率の高い誘電体を用いれば、製作および製造工程が複雑になる短所がある。

そこで、その代案として、誘電体積層工程を用いたパッチアンテナ（韓国登録特許第１０−０５６２７８６号）がある。

上記韓国登録特許第１０−０５６２７８６号のパッチアンテナは、接地板と；該接地板から所定間隔をおいて設けられるパッチと；該接地板とパッチとの間に設けられる誘電体層と；該パッチおよび／または接地板に所定間隔で配列され、所定高さで設けられる複数の突出片とを含んでなる。

上記韓国登録特許第１０−０５６２７８６号のパッチアンテナは、図２に示すように、薄肉に形成される誘電体薄膜５０を積層する。最も上側に位置する誘電体薄膜５０にパッチ２０を印刷（コーティング）する。パッチ２０が印刷された誘電体薄膜５０および他の誘電体薄膜５０に所定パターンで突出片孔５４を複数形成して所定高さで誘電体薄膜５０を積層する。その次、前記突出片孔５４に導電材料を充填し加熱して溶融焼成することにより、複数の突起が連続してなされる突出片を形成する。参照符号２２は接地板であり、参照符号５６は給電のために形成された孔である。

図２に示されたパッチアンテナは、必要とする複数の誘電体膜５０を準備し、それぞれの誘電体膜５０に突出片孔５４を形成した後、所望の厚さで積層させる構造である。これは、従来パッチアンテナの製作工程に比べて複雑な工程になる。

特に、一般的なパッチアンテナが一定以上の利得特性を有するためには、パッチ面と接地面との間に置かれている誘電体層の厚さが一定厚さ以上に形成されなければならない。しかし、誘電体積層工程を利用して完成させた図２のパッチアンテナを見てみれば、積層させた誘電体膜５０の全体厚さを所望の厚さに作る工程および突出片の形成工程が必要である。このような工程は高価の製造装置を用いなければ不可能である。そのため、製造原価が上昇し、商用市場におけるＰＤＡ端末および車両用ＧＰＳアンテナの要求事項である低価の製品を満足することが難しくなる。

本発明は前記従来の問題点を解決するために導き出されたものであり、比誘電率の低い誘電体を用いて小型化および大量生産を図るようにしたパッチアンテナおよびその製造方法を提供することをその目的とする。

前記のような目的を達成するための本発明に係るパッチアンテナは、給電線が連結されるパッチ；前記パッチから所定間隔をおいて設けられる接地板；および前記パッチと前記接地板との間に設けられ、所定深さを有する一つ以上の孔が形成された単一誘電体層を含む。

特に、前記誘電体層に形成されるそれぞれの孔の内側面は導電材で塗布されることが好ましい。

また、前記孔の上部開口部は前記パッチの底面縁部と接することが好ましい。

一方、本発明に係るパッチアンテナは、給電線が連結されるパッチ；前記パッチから所定間隔をおいて設けられる接地板；および前記パッチと接地板との間に設けられた単一誘電体層を含み、前記パッチと誘電体層には所定深さを有する一つ以上の孔が形成され、前記孔には導電材が挿入されることを特徴とする。

一方、本発明に係るパッチアンテナの製造方法は、一つの誘電体膜からなる所定厚さの誘電体層を準備するステップ；前記誘電体層に一つ以上の孔を単一のパンチングによって形成するステップ；前記孔の内側面を導電材で塗布するステップ；および前記孔が形成された誘電体層の上面にパッチを設け、前記誘電体の下面に接地板を設けるステップを含む。

特に、前記孔が形成された誘電体層の上面にパッチを設ける場合、前記孔の上部開口部が前記パッチの底面縁部と接することが好ましい。

一方、本発明に係るパッチアンテナの製造方法は、一つの誘電体膜からなる所定厚さの誘電体層を準備するステップ；前記誘電体層の上面にパッチを設けるステップ；前記パッチと誘電体層を一体にして、一つ以上の孔を単一のパンチングによって前記パッチと誘電体層に形成するステップ；前記孔に導電材を挿入するステップ；および前記誘電体層の底面に接地板を設けるステップを含む。

一方、本発明に係るパッチアンテナは、上部パッチ；複数のパッチ群に分離され、それぞれのパッチ群は複数のスロットによって複数のパッチ薄片に分離された下部パッチ；前記上部パッチと下部パッチとの間に設けられた第１誘電体層；および前記下部パッチの底部に設けられた第２誘電体層を含み、前記上部パッチと前記下部パッチは前記第１誘電体層を貫通する孔によって互いに電気的に接続されることを特徴とする。

特に、前記第２誘電体層の底部に設けられる接地板をさらに含むことが好ましい。

また、前記孔は第１誘電体層の縁部を貫通するように形成されることが好ましい。

また、前記孔には導電材が挿入されることが好ましい。

また、前記孔の内側面は導電材で塗布されることが好ましい。

また、前記下部パッチの複数のパッチ群は互いに対向するパッチ群同士で対称形状に形成されることが好ましい。

また、前記第１誘電体層の厚さが前記第２誘電体層の厚さに比べて厚いことが好ましい。

また、前記第２誘電体層の比誘電率が前記第１誘電体層の比誘電率に比べて高いことが好ましい。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば次のような効果がある。

第１実施形態の場合、一つの薄膜からなる低誘電率の誘電体層に複数の孔をパンチングで形成してアンテナを実現する。よって、既存の誘電体積層方式に比べ、遥かに簡単にアンテナを製造できるだけでなく、低価の製造工程によって大量生産が可能である。

第２実施形態の場合、パッチと低誘電率の誘電体層に各々孔を形成した後、そのそれぞれの孔をメッキせず、金属ピン等を利用してパッチと連結する。よって、簡便に小型化および低価のパッチアンテナを大量に生産することができる。

第３実施形態の場合、パッチを複数の孔が開口された上部パッチと下部パッチとし、二つの低誘電率の誘電体層を用いて該下部パッチにスロットを形成する。よって、既存の折り畳み式パッチアンテナに比べて放射効率および利得特性などに優れる。また、既存の折り畳み式パッチアンテナより小さいサイズで実現しようとする共振周波数の実現が可能である。

第４実施形態の場合、接地板を除去して放射利得は向上し、所望の周波数は満足させながらも小型化したパッチアンテナを提供することができる。よって、低価の製造工程によって大量生産が可能である。

また、第１〜第４実施形態は、低誘電率の誘電体を用いても既存の高誘電率のアンテナと同一の共振周波数を有するアンテナの実現が可能になる。

また、第１〜第４実施形態は、従来の高誘電体を用いたパッチアンテナとは異なって低誘電体を用い、孔およびスロットによって共振周波数および小型化の比率を変化させることができるため、所望のサイズおよび周波数を充足できる小型化したアンテナを製造することができる。

従来アンテナの構成を説明するための斜視図である。 従来のアイリスパッチアンテナにおいて、誘電体膜を利用してパッチアンテナを形成する方法を概略的に説明するための分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。 図３の結合斜視図である。 図４のＡ−Ａ線の断面図である。 図５の平面図である。 本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの構成を説明するための分解斜視図である。 図７の変形例を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態または第２実施形態によるパッチアンテナによって従来のような反射損失を得ることができるということを説明するためのグラフである。 本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。 図１０の結合状態図である。 （ａ）は図１１に示された第１誘電体層の上面部を示す図である、（ｂ）は図１１に示された第１誘電体層の底面部を示す図である。 従来のパッチアンテナと本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの帯域幅を比較するためのグラフであり、（ａ）は従来パッチアンテナの帯域幅を示すグラフ、（ｂ）は本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの帯域幅を示すグラフである。 従来の折り畳み式パッチアンテナと本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの反射損失を比較したグラフであり、（ａ）は従来の折り畳み式パッチアンテナの反射損失を示すグラフ、（ｂ）は本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの反射損失を示すグラフである。 従来のパッチアンテナと本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの利得特性を比較するためのグラフであり、（ａ）は従来のパッチアンテナの利得特性を示すグラフ、（ｂ）は本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの利得特性を示すグラフである。 従来の折り畳み式パッチアンテナと本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの利得特性を比較するためのグラフであり、（ａ）は従来の折り畳み式パッチアンテナの利得特性を示すグラフ、（ｂ）は本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの利得特性を示すグラフである。 本発明の第４実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。 図１７の結合状態図である。 図１８に示された第１誘電体層の底面部を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明のパッチアンテナを説明すれば次の通りである。

（第１実施形態）
図３は本発明の第１実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図であり、図４は図３の結合斜視図であり、図５は図４のＡ−Ａの断面図であり、図６は図５の平面図である。

第１実施形態のパッチアンテナは、貫通孔７０ａが形成され、給電線９６が貫通孔７０ａを介して給電点（図示せず）に連結されるパッチ７０；貫通孔８０ａが形成され、パッチ７０から所定間隔をおいて設けられる接地板８０；およびパッチ７０と接地板との間に設けられ、少なくとも一つ以上の孔（９２，９４）がパンチングによって形成された誘電体層（または誘電体基板）９０を含む。

ここで、パッチ７０は銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度の高い金属材質の薄板である。

接地板８０の貫通孔８０ａの直径は給電線９６の直径に比べて大きい。これは、給電線９６との短絡を防止するためである。

また、誘電体層９０は複数のシート（誘電体膜）で所望の厚さの層を作ることもでき、第１実施形態では一つのシートで所望の厚さの層を作ることにする。

また、誘電体層９０には貫通孔９０ａが形成され、貫通孔９０ａを介してパッチ７０に電源を供給するための給電線９６が挿設される。挿設された給電線９６の一端はパッチ７０の給電点（図示せず）に連結される。給電線９６の他端は接地板８０の貫通孔８０ａを貫通して通常的にＰＣＢ基板（図示せず）に連結される。

また、誘電体層９０に形成された孔（９２，９４）は誘電体層９０の縁部（より詳しくは、パッチ７０と対面する時、その対面した部位のうちの最外郭に該当する部位）に形成される。これはパンチングによって簡単に形成される。第１実施形態では、誘電体層９０の上面左側部分に複数の孔（９２ａ〜９２ｎ；９２）をパンチングによって直下方向に形成する。また、誘電体層９０の上面右側部分に複数の孔（９４ａ〜９４ｎ；９４）をパンチングによって直下方向に形成する。

図３では誘電体層９０の上面左側／右側に孔（９２，９４）を形成させたが、誘電体層９０の上面縁部（より詳しくは、パッチ７０と対面する時、その対面した部位のうちの最外郭に該当する部位）に沿って全体的に孔を形成してもよい。孔（９２，９４）は誘電体層９０に所定深さを有するように形成される。

また、孔（９２，９４）の内側面はパッチ７０との電気的な接続のために導電材で塗布される。

孔（９２，９４）の形状としては円形、三角形、四角形、五角形など、様々な形状で構成することができる。

また、孔（９２，９４）の直径および個数などは所望する共振周波数に応じて異なり得る。言い換えれば、孔（９２，９４）の大きさ、個数、長さの変化によって共振周波数の変化も可能である。よって、孔（９２，９４）の直径および個数などは実現しようとする共振周波数によって変わる。また、孔（９２，９４）の数が多いほど、孔（９２，９４）の間隔が狭いほど、孔（９２，９４）の直径が大きいほど、パッチアンテナの小型化比率は高くなる。また、孔（９２，９４）が貫通するように形成されない場合、すなわち、所定深さで形成された場合には、孔（９２，９４）の深さを深く形成すればするほど、小型化比率が高くなる。

このように構成される本発明の第１実施形態のパッチアンテナを製造するためには多様な方法を採択することができるが、以下ではその中の一つの方法を説明する。

先ず、比誘電率が、例えば、７．５であり、サイズが２５＊２５ｍｍであり、厚さが４ｍである誘電体層９０を準備する。

次に、前記で準備した誘電体層９０の縁部に孔（９２，９４）を通常のパンチング機（例えば、ＰＣＢ基板の製造工程に用いられるパンチング機；図示せず）またはドリルを利用して形成する。この時、形成される孔（９２，９４）は誘電体層９０を貫通してもよく、一定深さ（例えば、３．２ｍｍ）で形成してもよい。

その次、孔（９２，９４）の内側面は導電材で塗布される。

また、孔（９２，９４）が形成された誘電体層９０の上面にはパッチ７０を設け、誘電体層９０の下面には接地板８０を設ける。孔（９２，９４）が形成された誘電体層９０の上面にパッチ７０を設ける場合、孔（９２，９４）の上部開口部がパッチ７０の底面縁部と接するようにする。

（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの構成を説明するための分解斜視図である。

上述した本発明の第１実施形態では、誘電体層９０の縁部に孔（９２，９４）を形成し、孔（９２，９４）の内側面を導電材で塗布した。しかし、本発明の第２実施形態では、パッチ７０と誘電体層９０に所定直径の孔９５を形成し、孔９５に金属ピン１００を挿入した。

すなわち、図７ではパッチ７０の縁部に沿って所定直径の孔９５が穿孔される。また、誘電体層９０の縁部（すなわち、パッチ７０の孔位置と対応する位置）にもパッチ７０の孔と同一直径の孔９５が所定深さで形成される。

ここで、誘電体層９０に形成されたそれぞれの孔９５は誘電体層９０を貫通してもよく、所定深さを有してもよい。また、誘電体層９０に形成されたそれぞれの孔９５の深さは互いに同一なものとみなす。

孔９５を形成する時には、誘電体層９０の上にパッチ７０を積層させた後、通常のパンチング機を利用して孔を形成することがより低価の製品（パッチアンテナ）を作るのに好ましい。

また、金属ピン１００が孔９５に挿入される。該金属ピン１００は中央部が空洞であってもよい。また、該金属ピン１００は前記パッチ７０と直接連結されるか、はんだ付け（Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）等で連結される。

図８は図７の変形例を示す分解斜視図である。図８は図７の変形例であって、孔９５の深さおよび金属ピン１００の長さに差がある。

すなわち、図７では誘電体層９０に形成されたそれぞれの孔９５の深さが互いに同一であったが、図８では差が出るようにした。それにより、金属ピン１００の深さにも差が出る。

図８では誘電体層９０が四角形の平面を有するものとして示されている。それに基づいて説明すれば、誘電体層９０のそれぞれの辺には７個ずつの孔９５が形成され、その７個の孔９５のうちの中央の孔の深さが最も深く、その中央の孔から遠くなるほど深さが浅くなるようにした。これは、各孔９５の深さを異にして給電部から放射体までの長さを異にすることにより、円形偏波を実現するためである。勿論、必要によっては該孔９５の深さを逆にしてもよい。このように誘電体層９０の各辺に孔９５を形成する理由はその部位の電界の強さが最も強いためである。よって、その部位に変形を加えれば、共振周波数をするように調整することができる。所望の共振周波数を得るための一つの方便として、該孔９５の深さを調整すれば良いのである。これにより、該孔９５に挿入される金属ピン１００の長さもまた挿入される孔９５の深さに対応するように互いに差が出る。

特に、上述した図７および図８では金属ピン１００を利用するために孔９５の内側面をメッキする必要がなくなる。言い換えれば、本発明の第１実施形態では孔の内側面をメッキしたが、本発明の第２実施形態およびその変形実施形態では金属ピンを利用した。孔の内側面を導電材で塗布しなくても良いため、本発明の第１実施形態より簡便に低価のパッチアンテナを実現することができる。

このように構成される本発明の第２実施形態およびその変形実施形態のパッチアンテナを製造するために様々な方法を採択することができるが、以下ではその中の一つの方法を説明する。

先ず、比誘電率が、例えば、７．５であり、サイズが２５＊２５ｍｍであり、厚さが４ｍｍである誘電体層９０を準備する。

次に、前記誘電体層９０の上面にパッチ７０を設ける。

その次、前記パッチ７０と誘電体層９０を一体にして、縁部に複数の孔９５を通常のパンチング機（例えば、ＰＣＢ基板の製造工程に用いられるパンチング機；図示せず）またはドリルを利用して形成する。この時、その形成される孔９５は前記誘電体層９０を貫通してもよく、所定深さ（例えば、３．２ｍｍ）で形成してもよい。勿論、前記誘電体層９０に形成されるそれぞれの孔９５の深さを互いに異なるようにしてもよい。

また、前記孔９５に金属ピン１００のような導電材を挿入させる。

最後に、前記誘電体層９０の底面に接地板８０を設ける。

図９は、本発明の第１実施形態または第２実施形態によるパッチアンテナにより、従来のような反射損失を得ることができるということを説明するためのグラフである。

図９において、ａは既存ＧＰＳアンテナ（例えば、誘電体層のサイズが２５＊２５ｍｍであり、誘電体層の厚さが４ｍｍであり、比誘電率が２０であるアンテナ）の反射損失を示すグラフであり、ｂは従来誘電体積層およびアイリス（Ｉｒｉｓ）を用いたＧＰＳアンテナ（例えば、誘電体層のサイズが２５＊２５ｍｍであり、誘電体層の厚さが４ｍｍであり、比誘電率が２０であるアンテナ）の反射損失を示すグラフである。

図９を見てみれば、同一のサイズと幅および比誘電率を用いた場合、従来誘電体積層およびアイリスを用いたＧＰＳアンテナの共振周波数（ｂ）が既存のＧＰＳアンテナの共振周波数（ａ）から約５００ＭＨｚ以上低周波側に移動したことが分かる。これは、アイリスによってアンテナの長さが長くなった効果を示すということを意味する。

したがって、本発明の第１実施形態または第２実施形態によるパッチアンテナは既存ＧＰＳアンテナの共振周波数帯域において共振するが、その大きさはより小型化することができる。例えば、第１実施形態のパッチアンテナの場合、パッチ７０のサイズを２２＊２２ｍｍ、誘電体層９０のサイズを２５＊２５＊４ｍｍ、誘電体層９０の比誘電率を７．５、誘電体層９０の孔（９２，９４）を各々７個ずつ、孔（９２，９４）の深さを３．２ｍｍにしてパッチアンテナを実現する場合、既存ＧＰＳアンテナの共振周波数帯域で共振するようになる。

すなわち、該誘電体層９０の孔（９２，９４）の個数および長さなどによって共振周波数の変化が可能である。よって、比誘電率の低い誘電体（低誘電体）を採用しても比誘電率の高い誘電体（高誘電体）を採用するのと同じ放射特性および電気的特性を満足させることができる。これは、生産収率の低下およびそれによる製品単価の上昇などの問題を解決できるということを意味する。

（第３実施形態）
図１０は本発明の第３実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図であり、図１１は図１０の結合状態図であり、図１２ａは図１１に示された第１誘電体層の上面部を示す図であり、図１２ｂは図１１に示された第１誘電体層の底面部を示す図である。

第３実施形態によるパッチアンテナは、上部パッチ１１０、下部パッチ１２０、第１誘電体層１３０、第２誘電体層１４０、および接地板１５０を含む。

上部パッチ１１０は銅、アルミニウム、金、銀などのような電気伝導度の高い金属材質の薄板であり、貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２を介して給電線（図示せず）が給電点（図示せず）に連結される。また、上部パッチ１１０の縁部（例えば、４ヶ所）には所定直径の孔１３２が穿孔される。

下部パッチ１２０は上部パッチ１１０と同一材質の薄板である。該下部パッチ１２０は複数のパッチ群（図１１においては４個のパッチ群）に分離形成され、それぞれのパッチ群は複数のスロット１２２によって複数のパッチ薄片１２１に分離される。下部パッチ１２０の複数のパッチ群は互いに離隔するように形成される。図１０では互いに対向するパッチ群同士で対称形状に形成されたが、非対称形状に形成されてもよい。また、下部パッチ１２０のそれぞれのパッチ群の最外郭部（すなわち、パッチ薄片１２１の最外側）には所定直径の孔１３２が穿孔される。

ここで、スロット１２２間の間隔が狭ければ狭いほど、その間に形成されるキャパシタ値が大きくなるため、より低い共振周波数特性を得るようになる。

第１誘電体層１３０は上部パッチ１１０と下部パッチ１２０との間に設けられる。該第１誘電体層１３０の縁部（例えば、上部パッチ１１０と下部パッチ１２０の孔１３２の位置と対応する位置）には所定直径の孔１３２が直下方向に穿孔される。この時、孔１３２は第１誘電体１３０を貫通することが好ましいが、所定深さを有するように形成してもよい。

ここで、上部パッチ１１０と下部パッチ１２０および第１誘電体層１３０に形成された孔１３２は互いに同一位置に形成される。また、上部パッチ１１０と下部パッチ１２０を電気的に接続させるために、孔１３２には金属ピン１６０のような導電材が挿入される。前記金属ピン１６０は中央部が空洞であってもよい。

すなわち、図１０の場合には金属ピン１６０を利用して前記上部パッチ１１０と下部パッチ１２０を電気的に接続させたが、金属ピン１６０がなくても該上部パッチ１１０と下部パッチ１２０との間の連結が可能である。例えば、孔１３２を導電材で塗布して、該上部パッチ１１０と下部パッチ１２０を連結させることもできる。これは、別途の図面を提示しなくても当業者であれば十分に理解できるはずである。第３実施形態の場合、金属ピン１６０を追加するよりは、パンチング後、孔を導電材で塗布することが製造工程数を減らすという面でより好ましい。

このように第１誘電体層１３０を間に置いて上部パッチ１１０と下部パッチ１２０を各々分離すれば、物理的には既存の折り畳み式パッチアンテナ（韓国登録特許第１０−０５６２７８８号）と同じパッチ面積を有する。しかし、下部パッチ１２０に形成されたスロット１２２によってパッチ薄片１２１同士のカップリング現象によって広帯域特性を有するようになる。よって、図１３のように、本発明の第３実施形態によるパッチアンテナのバンド幅（（ｂ）参照）は４０ＭＨｚであり、既存の折り畳み式パッチアンテナのバンド幅（（ａ）参照）の２０ＭＨｚに比べて広帯域特性を示す。

また、図１４を見てみれば、既存の折り畳み式パッチアンテナの共振周波数（１．７９１９６８７５ＧＨｚ；（ａ）参照）と第３実施形態のパッチアンテナの共振周波数（１．５７５ＧＨｚ；（ｂ）参照）が異なることが分かる。これは、既存の折り畳み式パッチアンテナに共振周波数１．５７５ＧＨｚの特性を持たせるためには、既存の折り畳み式パッチアンテナのパッチサイズを本発明の第３実施形態のパッチサイズより大きくすべきであることが分かる。

一方、図１０において、第１誘電体層１３０の厚さは第２誘電体層１４０の厚さより厚い。例えば、第１誘電体層１３０の厚さが３．２ｍｍであれば、前記第２誘電体層１４０の厚さは約０．８ｍｍ程度である。第２誘電体層１４０にも貫通孔１１２が形成される。一定厚さで上部に位置した誘電体層が厚いほど共振周波数が低くなる現象が発生するが、小型化のために、第３実施形態では上部に位置した第１誘電体層１３０の厚さを下部に位置した第２誘電体層１４０の厚さより厚くした。

第３実施形態では第２誘電体層１４０の比誘電率を第１誘電体層１３０の比誘電率より高くする。第１誘電体層１３０と第２誘電体層１４０の比誘電率を同一にしてもよいが、異にすることが好ましい。その理由は、パッチアンテナをより小型化するためである。言い換えれば、第２誘電体層１４０の比誘電率を高くすることにより、下部パッチ１２０の物理的な長さを電気的に長くする効果を得ることができる。よって、アンテナをより小型化することができる。また、利得特性の場合、比誘電率を高くしつつ小型化を実現する既存の構造に比べて向上する長所を有する。

また、第１誘電体層１３０と第２誘電体層１４０の厚さを合わせたものが既存パッチアンテナの厚さとなる。

接地板１５０には給電線（図示せず）の直径に比べて大きい直径の貫通孔１１２が形成される。貫通孔１１２を介して上部パッチ１１０の給電点（図示せず）に連結される給電線（図示せず）が挿設される。その挿設された給電線（図示せず）の一端は上部パッチ１１０の給電点（図示せず）に連結され、前記給電線（図示せず）の他端は接地板１５０の貫通孔１１２を貫通して通常的にＰＣＢ基板（図示せず）に連結される。

図１５は第３実施形態のパッチアンテナの利得特性と既存のパッチアンテナの利得特性を互いに比較した図である。図１５に示すように、第３実施形態のパッチアンテナの利得特性（（ｂ）参照）が既存パッチアンテナの利得特性（（ａ）参照）に比べて多少落ちる。しかし、既存の折り畳み式パッチアンテナと比較してみれば、図１６に示すように、既存の折り畳み式パッチアンテナの利得特性（（ａ）参照）は−０．０９ｄＢｉであり、第３実施形態によるパッチアンテナの利得特性（（ｂ）参照）は２．９７ｄＢｉである。約３ｄＢｉの利得特性の差がある。よって、第３実施形態のパッチアンテナによれば、既存の折り畳み式パッチアンテナにおける放射特性の低下問題が改善されたことが分かる。

（第４実施形態）
図１７は本発明の第４実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図であり、図１８は図１７の結合状態図であり、図１９は図１７に示された第１誘電体層の底面部を示す図である。

第４実施形態によるパッチアンテナは、上部パッチ２１０、下部パッチ２２０、第１誘電体層２３０、および第２誘電体層２４０を含む。

上部パッチ２１０、第１誘電体層２３０、および第２誘電体層２４０は、第３実施形態における上部パッチ１１０、第１誘電体層１３０、および第２誘電体層１４０と同じ構成および機能を有すると見てもよい。よって、上部パッチ２１０、第１誘電体層２３０、および第２誘電体層２４０に対する説明は第３実施形態の内容に代替する。このような代替は当業者には明らかな事実である。

以下では、第３実施形態によるパッチアンテナと比較し、第４実施形態によるパッチアンテナが有する他の構成および機能を中心に説明する。

市場では常に放射利得（Ｇａｉｎ）が良く、サイズは小型化したパッチアンテナを要求する。このような要求に応じるためにアンテナ製作企業等は多くの努力を傾けている。

一般的に、パッチアンテナから接地板を除去すればパッチアンテナの放射利得が向上する。そのため、接地板を除去してパッチアンテナを実現することがアンテナの特性を良くするのに好ましい。しかし、接地板を除去する場合、パッチアンテナの共振周波数帯域も増加するため、パッチアンテナのサイズを大きくせずには所望の共振周波数を実現し難かった。すなわち、従来には放射利得の良いパッチアンテナを実現しようとすれば、パッチアンテナのサイズを大きくしてパッチサイズを大きく形成することにより、所望の共振周波数に下げなければならなかった。

しかし、本発明の第４実施形態によるパッチアンテナは、下部パッチ２２０の構造および形状の変更により、パッチアンテナのサイズを大きくしなくても所望の共振周波数および放射利得を満足するパッチアンテナを提供することができる。

下部パッチ２２０は第１誘電体層２３０の底面に形成される。また、下部パッチ２２０は上部パッチ２１０と同一材質の薄板である。下部パッチ２２０は複数のパッチ群（図１９では４個のパッチ群）に分離形成され、それぞれのパッチ群は複数のスロット２２２によって複数のパッチ薄片２２１に分離される。下部パッチ２２０の複数のパッチ群は互いに離隔するように形成される。ここで、スロット２２２および下部パッチ２２０の複数のパッチ群間の間隔が狭ければ狭いほど、その間に形成されるキャパシタ値が大きくなるため、より低い共振周波数で共振するようになる。よって、本発明の第４実施形態によるパッチアンテナは、本発明の第３実施形態におけるパッチアンテナよりスロット２２２および下部パッチ２２０の複数のパッチ群間の間隔を狭くして、その間に形成されるキャパシタ値を増加させる。これは、パッチアンテナのサイズを大きくしなくてもより低い共振周波数で共振することができるということを意味する。したがって、本発明の第４実施形態は放射利得が向上しつつ、所望の周波数を満足する小型化したパッチアンテナを提供することができる。

図１９において、下部パッチ２２０は互いに対向するパッチ群同士で対称形状に形成されているが、非対称形状に形成されてもよい。また、下部パッチ２２０の形状は、図１９に示された形状に限定されず、当業者が本明細書通じて容易に類推できる全ての形状を含む。

また、下部パッチ２２０のそれぞれのパッチ群の最外郭部（すなわち、パッチ薄片２２１の最外側）には所定直径の孔２３２が穿孔される。

一方、高誘電率の誘電体層（例えば、比誘電率２０以上）を採用するパッチアンテナの場合、接地板が形成されていなければ生産ステップで共振周波数を正確に測定することが容易ではない。高誘電体が採用されたパッチアンテナの場合、接地程度に応じて測定される共振周波数が大きく変わるためである。言い換えれば、パッチアンテナに接地板が形成されていなければ、ジグ（Ｊｉｇ）を利用してパッチアンテナを接地面に完全に接地させることが容易ではない。接地が完全になされていなければ、高誘電体の特性上、正確な共振周波数の測定が難しい。したがって、高誘電率の誘電体層（高誘電体）を採用するパッチアンテナは一般的に誘電体層の底面に接地板が形成される。

しかし、本発明の第４実施形態によるパッチアンテナは、低誘電体（例えば、比誘電率５）の誘電体層（２３０，２４０）を採用する。低誘電体が採用されたパッチアンテナの場合には、接地程度とは関係なく、測定される共振周波数がほぼ一定である。したがって、生産時、測定ステップで接地が完全になされなくても比較的に正確な共振周波数の測定が可能である。このような理由により、低誘電体を採用する本発明の第４実施形態によるパッチアンテナは誘電体層の底面に接地板が形成されなくてもよい。

一方、本発明は、上述した実施形態だけに限定されず、本発明の要旨を逸脱いない範囲内で修正および変形して実施することができ、また、このような修正および変形が加えられた技術思想も以下の特許請求の範囲に属すると見るべきである。

７０：パッチ
８０：接地板
９０：誘電体層
９２，９４，９５，１３２，２３２：孔
１００，１６０，２６０：金属ピン
１１０，２１０：上部パッチ
１１２，２１２：貫通孔
１２０，２２０：下部パッチ
１２１，２２１：パッチ薄片
１２２，２２２：スロット
１３０，２３０：第１誘電体層
１４０，２４０：第２誘電体層
１５０：接地板

Claims (15)

1. 給電線が連結されるパッチ；
   前記パッチから所定間隔をおいて設けられる接地板；および
   前記パッチと前記接地板との間に設けられ、所定深さを有する一つ以上の孔が形成された単一誘電体層を含むことを特徴とするパッチアンテナ。
2. 前記誘電体層に形成されるそれぞれの孔の内側面は導電材で塗布されることを特徴とする、請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記孔の上部開口部は前記パッチの底面縁部と接することを特徴とする、請求項１に記載のパッチアンテナ。
4. 給電線が連結されるパッチ；
   前記パッチから所定間隔をおいて設けられる接地板；および
   前記パッチと接地板との間に設けられた単一誘電体層を含み、
   前記パッチと誘電体層には所定深さを有する一つ以上の孔が形成され、前記孔には導電材が挿入されることを特徴とするパッチアンテナ。
5. 一つの誘電体膜からなる所定厚さの誘電体層を準備するステップ；
   前記誘電体層に一つ以上の孔を単一のパンチングによって形成するステップ；
   前記孔の内側面を導電材で塗布するステップ；および
   前記孔が形成された誘電体層の上面にパッチを設け、前記誘電体層の下面に接地板を設けるステップを含むことを特徴とするパッチアンテナの製造方法。
6. 前記孔が形成された誘電体層の上面にパッチを設ける場合、前記孔の上部開口部が前記パッチの底面縁部と接することを特徴とする、請求項５に記載のパッチアンテナの製造方法。
7. 一つの誘電体膜からなる所定厚さの誘電体層を準備するステップ；
   前記誘電体層の上面にパッチを設けるステップ；
   前記パッチと誘電体層を一体にして、一つ以上の孔を単一のパンチングによって前記パッチと誘電体層に形成するステップ；
   前記孔に導電材を挿入するステップ；および
   前記誘電体層の底面に接地板を設けるステップを含むことを特徴とするパッチアンテナの製造方法。
8. 上部パッチ；
   複数のパッチ群に分離され、それぞれのパッチ群は複数のスロットによって複数のパッチ薄片に分離された下部パッチ；
   前記上部パッチと下部パッチとの間に設けられた第１誘電体層；および
   前記下部パッチの底部に設けられた第２誘電体層を含み、
   前記上部パッチと前記下部パッチは前記第１誘電体層を貫通する孔によって互いに電気的に接続されることを特徴とするパッチアンテナ。
9. 前記第２誘電体層の底部に設けられる接地板をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
10. 前記孔は第１誘電体層の縁部を貫通するように形成されることを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
11. 前記孔には導電材が挿入されることを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
12. 前記孔の内側面は導電材で塗布されることを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
13. 前記下部パッチの複数のパッチ群は互いに対向するパッチ群同士で対称形状に形成されることを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
14. 前記第１誘電体層の厚さが前記第２誘電体層の厚さに比べて厚いことを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。
15. 前記第２誘電体層の比誘電率が前記第１誘電体層の比誘電率に比べて高いことを特徴とする、請求項８に記載のパッチアンテナ。

Images