JP2011517915A - 平面多層アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

一次パッチ要素(53)と、付加的な二次パッチ要素(55)との少なくとも２部分をパッチ装置(13)に設け、一次パッチ要素(53)と付加的な二次パッチ要素(55)とを少なくとも部分的に入れ子構造で互いに接近可能に嵌合し、パッチ装置の全高さ(114)を変更でき、別体の保持及び支持装置、好ましくはアンテナ配置全体を覆うカバー(61)により付加的な二次パッチ要素(55)を保持する改良された多層アンテナ。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載する平面多層アンテナ装置に関する。

基本的技術概念を有する多層アンテナは、下記特許文献１から公知である。

平面多層アンテナ装置は、導電性の接地面と、導電性の放射面（接地面に対して平行にかつ一定距離離間して配置される）と、接地面と放射面との間に挟持される誘電性支持体とを備える。放射面の上方に配置される支持装置上に導電性のパッチ要素が配置される。パッチ要素用の支持装置は、パッチ要素の厚み又は高さよりも小さい厚み又は高さを有する。

パッチ要素自体は、三次元構造体で中実に形成することができる。切断又は打抜きにより金属板又は金属薄板からパッチ要素を形成でき、パッチ要素は、例えば、誘電性の支持体と、支持体を一周しかつ支持体から離間する方向に延伸する側壁又は端縁とを備える。

この種のアンテナは、特に自動車アンテナとして、例えば、衛星デジタル・オーディオ・ラジオ・サービス（ＳＤＡＲＳ）にも適する。そのため、共通の基礎装置上の他のサービス用の他のアンテナ放射器の他に、基礎装置に対して別体の通常垂直上方に延伸するアンテナ構造等の上にこの種のパッチアンテナを設けることができる。

この種のアンテナ装置全体は、例えば下記特許文献２から公知のカバーの下方に設けられる。

例えば、特許文献１に開示されるパッチアンテナを使用するこの種のアンテナ装置では、ある程度の許容誤差又は公差を見込む必要がある点に注意しなければならない。即ち、１−２mmの僅かな付加的な寸法をカバーの内部に与えて、許容誤差を補償し、内部空間の不完な全形成を回避しなければならない。しかしながら、被覆形状にカバーを形成するとき、カバーの所与の湾曲形状により最少高さが僅かに増大しても、これにより全体としてカバーハウジングが不都合に拡幅され、拡大するため、カバーは、全体として大型化する欠陥が生ずる。

また、小型の広周波数帯域アンテナは、下記特許文献３から公知である。特許文献３の図４と図５に示されるように、パッチアンテナ装置は、接地面と、誘電性基板を介して接地面の上方に配置された面形状の能動パッチアンテナとを有し、その上方に一定距離を空けて平面的な寄生パッチアンテナが配置される。また、外壁周面を有する接地面の上方に誘電性の基板を有するレーダドームの下側又は内側に平面形状の寄生パッチアンテナが固定される。

下記非特許文献２と同様に、Ｈ字形状のパッチアンテナ装置が先に公開された下記非特許文献１から公知である。最後に挙げる非特許文献１では、放射面に対してパッチ要素を可変間隔で配置する利点がある。

独国特許第１０２００６０２７６９４号公報 欧州特許第１,６１６,３６７号公報 欧州特許公開第１,７９３,４５１号公報

ジェー・アングエラ；ボアダ・エル；シー・プエンテ；シー・ボルヤ；ジェー・ソレル:「積層Ｈ形マイクロストリップパッチアンテナ」、電気電子技術者協会（IEEE）「アンテナと伝播の処理法」、５２巻、４号、９８３−９９３頁、２００４年４月 マウサ・アイ・ケー；モハメド・ディー・エー・イー；バドラン・アイ:「積層型矩形マイクロストリップアンテナの分析」、連邦無線学会、２００７．１−１１頁、１３−１５頁、２００７年３月

従って、本発明の課題は、最適にアンテナ受信を行うと共に、見込むべき許容誤差を減少できる更に改良された平面多層アンテナ装置を提供することにある。

本発明では、請求項１に記載する特徴によりこの課題を解決する。本発明の好適な実施の形態を下位請求項に記載する。

平面多層アンテナ装置は、特許文献１から公知の各構造に相当する。その限りでは、前記先行技術文献の開示内容を引用しかつ本特許出願の明細書の一部とする。

平面パッチアンテナの支持装置19の上方に設けられる寄生パッチ装置は、第一の一次パッチ要素と付加的な第二の二次パッチ要素とを有する少なくとも２部分に分割されて、改良を実現できる。第一の一次パッチ要素と付加的な第二の二次パッチ要素とを入れ子構造で互いに嵌合して、一方を他方に対して種々の異なる距離だけ移動できるが、例えば、一方のパッチ要素を他方のパッチ要素中に異なる距離だけ嵌合させて、２つのパッチ要素の全体高さを変更することができる。その場合に、基礎部と、基礎部を一周しかつ基礎部から上方に向かって延伸する側壁とを備え、側壁は、開放する端縁を形成する箱状又は箱類似の形状に一方のパッチ要素を形成することが好ましい。付加的な二次パッチ要素とも称する第二のパッチ要素は、例えば、同様に三次元構造体の箱状に形成された電磁波放射要素となり又は電磁波放射要素を有し、互いに接近して種々の異なる位置に２つのパッチ要素を位置決めして、一方のパッチ要素が他方の中に、位置決めした箇所まで所定の高さだけ言わば「降下する」。換言すれば、２つのパッチ要素の少なくとも１方の長さ及び／又は幅は、一周し又は通常一周して包囲する側壁を有する他方のパッチ要素の内側寸法よりも、少なくとも僅かに小さく、必要に応じて所定の寸法だけ他方のパッチ要素内に嵌合できることが好ましい。前記の通り、三次元構造体として又は下方に向かい開放する箱状要素として、寄生放射器装置となる付加的な二次パッチ要素を形成することもできる。しかしながら、この場合に、特に三次元構造体として又は例えば、特に下方に向かい開放する箱状のパッチ要素として下方のパッチ要素も形成でき、上方の付加的な二次パッチ要素よりも下方のパッチ要素を僅かに小さく（縦方向及び横方向に）、特に、上方の付加的な二次パッチ要素内に下方のパッチ要素を入れ子構造で嵌合して位置決めすることができる。

次に、支持装置上に配置される付加的な第二のパッチ要素は、特にアンテナ装置全体の上を覆うカバーの内側で第二のパッチ装置の直上に配置されるパッチ取付装置に取り付けられ固定されかつ／又は保持される。その場合に、側面から観察して、支持装置上に配置されるパッチ装置の端縁又は側壁と、その上に配置されるパッチ取付装置との間には間隙を形成しないことが好ましい。しかしながら、許容誤差がずれると、支持装置上に配置される箱状のパッチ要素内に上方のパッチ取付装置を異なる深さで嵌合でき又はパッチ要素とパッチ取付装置との間に間隙が生じる。

例えば、カバーに固定されるパッチ要素をより大きい寸法で設計して、通常包囲して一周する端縁又は側壁をパッチ要素に設けかつ必要に応じて、パッチアンテナの本来上方に保持されるパッチ要素を前記パッチ要素の下に配置して、入れ子構造で異なる距離で嵌合するように、基本的にパッチ要素の配置を逆にすることもできる。

本発明による平面多層パッチアンテナ装置では、許容誤差のずれに対して、たとえ僅かでも付加的な高さ寸法を付与する必要がないから、全体としてカバーをより低く構成することができる。許容誤差にずれが生ずるとき、支持装置上に取り付けられかつ二次パッチ要素の下方に配置される箱状のパッチ装置内にカバーの内側に保持される付加的な二次パッチ要素を勿論嵌合できる。

しかしながら、パッチ要素と第二のパッチ要素とに２分割されるパッチ装置は、特許文献１に開示される基本的技術概念を有する一体パッチ要素と同様の電気的作用を生ずる。

本発明の他の利点、詳細及び特徴は、本発明の下記説明から明らかとなろう。

付加的な二次パッチ要素を有する本発明による平面多層アンテナ装置の断面図 図１に示す実施の形態の図式的な平面図 開放する箱状に形成される一次パッチ要素と、一次パッチ要素内に嵌合される付加的な二次パッチ要素とを有する本発明によるパッチアンテナの斜視図 付加的な二次パッチ要素を除去した図３と同様の斜視図 全パッチ装置を覆うカバー内に配置した図３のパッチアンテナを示す断面図 異なる幾何学形状を有するカバーと付加的な二次パッチ要素用の別の保持装置とを設けた図５とは異なる断面図 図２とは異なる実施の形態を示す平面図 上部に配置した付加的な二次パッチ要素の中央面に切欠きを形成した図３とは異なる実施の形態を示す斜視図

垂直軸線Zに沿って互いに積層して配置される面と層を有するパッチアンテナを示す図１〜図４について、本発明の実施の形態をまず説明する。この種のパッチ要素の原理は、特許文献１から公知であり、特許文献１の全開示範囲を本明細書に引用する。特許文献１から公知のパッチ要素は、本発明に基づく付加的な二次パッチ要素を有する２つに分割される寄生パッチ装置を勿論備えていない。

図１に示す図式的断面図に示すように、パッチアンテナAは、下側又は取付け側1に設けられる導電性の接地面3を有する。接地面3上に又は接地面3に対して側方（高さ方向又は垂直方向）に変位して誘電支持体5が配置され、誘電支持体5は、上方から見て接地面3の外側輪郭3'に相当する外側輪郭5'を通常有する。しかしながら、より大きく又はより小さく誘電支持体5の寸法を決定することができかつ／又は接地面3の外側輪郭3'とは異なる外側輪郭5'を誘電支持体5に設けることもできる。接地面3の外側輪郭3'を通常ｎ角形に形成できかつ／又は一般的ではないが、部分的に又は全体的に湾曲形状に形成することもできる。

上面5aと下面5bとを有する誘電支持体5は、通常、接地面3の厚みの数倍に相当する十分な高さ又は厚みを有するので、近似的に二次元面のみで構成される接地面3とは異なり、誘電支持体5は、十分な高さと厚みを有する三次元構造体に形成される。

基体5とは異なる誘電層として空気層を形成し又は他の誘電基体に加えて空気層を有する他種の誘電体又は他種の誘電構造体を設けることができる。誘電体として空気を使用するには、パッチアンテナの他の部分を支持しかつ保持する例えば幅止め、ボルト、柱等を有する必要な後述の支持体装置を更に勿論設ける必要がある。

同様に近似的に二次元面とみなせる導電性の放射面7を下面5b（接地面3に隣接する）の反対側の誘電支持体5の上面5a上に形成できる。給電線9を介して電力が供給される放射面7は、電気的に励起され、放射面7に対して横方向、特に垂直に下方から誘電支持体5を通る孔又は通路5c内に給電線9を延伸させることが好ましい。

通常下方に配置される接続箇所11（詳細には図示しない同軸ケーブルを接続箇所11に接続できる）では、図示しない同軸ケーブルの内側導体を給電線9に接続して、給電線9が放射面7に電気−化学電気的に接続される。その場合に、図示しない同軸ケーブルの外側導体は、下方に配置される接地面3に電気−化学電気的に接続される。

図１以降に図示する実施の形態は、誘電体5と上方から見て矩形のパッチアンテナを示す。しかしながら、図示の形状又はそれに対応する輪郭又は輪郭線5'を矩形とは異なる一般にｎ角形の形状に形成することもできる。一般的ではないが、いわば湾曲形状の外側境界を設けることができる。

誘電体5上に取り付けられる放射面7に、下方の誘電体5と同一の輪郭又は輪郭線7'を付与することができる。図示の実施の形態では、同様に、誘電体5の輪郭線5'に変更又は調節して矩形の基本形状に形成されるが、ほぼ二等辺直角三角形を切り取る面取り7"を対向する２つの角部に形成してもよい。従って、通常ｎ角形の輪郭線又は輪郭で輪郭線7'又は特に湾曲する外側境界7'を形成できる。

厚みが小さくかつ全体的に「三次元構造体」とは言えない接地面3と放射面7を「二次元」面と称する場合もある。通常１mm未満、即ち通常０.５mm未満、特に０.２５mm、０.２０mm、０.１０mm未満で接地面3と放射面7の厚みを変更できる。

例えば、一般に市販されるパッチアンテナ、好適には所謂セラミックパッチアンテナによりパッチアンテナAを構成でき、従って、セラミック材料により誘電支持体層5を構成できる。換言すれば、パッチアンテナAとは異なり、第一の一次パッチ要素53と第二の二次パッチ要素55とを有するパッチ装置13を上方の放射面7に対して側方変位又は高さ変位をもって付加的に設ける積層パッチアンテナとしてパッチアンテナを形成できる。その場合に、接地面3と放射面7とは異なり、より大きい高さ又は厚みを備える三次元構造体に第一の寄生パッチ要素53が形成される。

厚み又は高さ17を有する支持装置19、特に誘電支持装置19を介して一次パッチ要素53を放射面7上に保持し支持することが好ましい。例えば、両面で接着する付着層又は取付層19'により誘電支持装置19を構成することが好ましい（図６）。そのために、適切な厚みを有する一般に市販される両面接着可能な接着テープ、発泡テープ又は接着パッド等を使用できる。両面接着材を使用することにより、一般に市販されるパッチアンテナ、特に一般に市販されるセラミック製パッチアンテナの上側にパッチ要素53を簡便に固定し取り付けることができる。

例えば、図１に太線で表す自動車アンテナの支持基体等の基体B上に前記積層パッチアンテナを位置決めし、自動車アンテナ中に本発明による平面多層アンテナ装置を組み込み、場合により異なる作動を行う他のアンテナと共に組み込むことができる。例えば、特に、地球基準で静止位置決めするためかつ／又は例えば、衛星デジタル・オーディオ・ラジオ・サービス（ＳＤＡＲＳ）の人工衛星信号又は地文信号を受信するアンテナとして本発明による平面多層アンテナ装置を使用することができる。しかしながら、他の作動への使用は、制限されない。

例えば、上方に向かって開放されて必要に応じて縦方向と横方向とに延伸しかつ十分な高さを有する導電性の箱形金属基体により一次パッチ要素53を構成できる。

図３と図４の斜視図に示すように、必要な輪郭53'を備える矩形又は方形の構造に一次パッチ要素53を構成することができる。

図示の実施の形態では、一方で、放射面7の縦方向と横方向の長さより大きく、かつ／又は他方で、誘電支持体5及び／又はその下方の接地面3の縦方向寸法と横方向寸法より大きい、縦方向寸法と横方向寸法が一次パッチ要素53に付与される。

図示のように、寄生パッチ装置13は、第一の一次パッチ要素53と、第二の二次パッチ要素55との２部分で構成され、図４に示すように、支持装置19上に取り付けられ又は固定・保持される一次パッチ要素53は、上方に向かって開放する箱状に形成される。また、図示の実施の形態では、一次パッチ要素53は、接地面3に平行な基礎面又は中央面153と、中央面153に接続されかつ中央面153から一周して横方向、特に垂直に起立し隆起する側縁又は側壁53b（即ち、通常必要な隆起部53b）とを備える。例えば、導電性の金属薄板を切断し、周縁部を折り曲げてパッチ要素53を形成でき、その場合、例えば半田付けにより互いに電気的／化学電気的に一周する側壁53bの角部領域を結合することができる（更に凹部を中央面153内に設ける点は、以下に詳述する）。

図示の実施の形態では、特に必要な長さ、幅及び高さを有する三次元構造体で同様に箱形に形成される二次パッチ要素55は、一次パッチ要素53上に設けられる。例えば、一次パッチ要素53の一周する側壁53bの自由な内側の長さ及び横の長さより少なくとも僅かに小さい寸法で、二次パッチ要素55の長さと幅の寸法が設計される。これにより、異なる寸法の二次パッチ要素55、即ち付加的な二次パッチ要素を下方のパッチ要素53の内部空間53a内に嵌合できる。換言すれば、二次パッチ要素55の最下位置に配置されるレベル、即ち最下位置の境界平面55'を一次パッチ要素53の内部空間53a内に配置し、側壁53bの上方で一周する上縁により予め決められる上部境界平面53'の下方に境界平面55'を配置することができる。

下方の一次パッチ要素53と同様に、内部空間55a（図５及び図６）及び一周する側縁又は側壁55b（通常一周する隆起部55b）を有する開放する箱形に付加的な二次パッチ要素55を形成するが、一次パッチ要素53の三次元構造体とは異なり、開放側を下方に向け、付加的な二次パッチ要素55は、上部に配置される底155により閉鎖される。

次に、アンテナ装置を覆って収容するカバー又はハウジング61'形式の別体支持装置61により付加的な二次パッチ要素55を保持することが好ましい。

その場合に、別体支持装置61の上部に配置されるカバー上壁61aに平坦な内側61bを設け、基礎面又は中央面155を形成した上側13aを付加的な二次パッチ要素55に設け、別体の係止装置又は固定装置、例えば接着により二次パッチ要素55の上側13aを別体支持装置61の内側61bに保持し固定する第１の実施の形態の断面図を図５に示し、図５は、は、パッチアンテナの接地面3に対して直角、放射面7に対して垂直な断面図である。

この実施の形態では、パッチアンテナの構造全体及びカバー61の高さ及びカバー61の下部に付与される内側寸法により、一次パッチ要素53と二次パッチ要素55とを個別に形成し、下方の一次パッチ要素53内に付加的な二次パッチ要素55を嵌合する際の不均一な嵌合距離の許容誤差を容易に吸収して、許容誤差を補償することができる。

図６は、ほぼ台形断面の異なる形状を有するカバー61'の実施の形態を示す。この実施の形態では、一次パッチ要素53上に配置される付加的な二次パッチ要素55は、別体の支持装置63を介してカバー61'の上側61aに懸架される。任意の機械的な保持機構及び／又は係止機構及び／又はクランプ機構を使用して、上方の付加的な二次パッチ要素55を支持し固定することができる。

このように、前記構造では、異なる許容誤差条件に対応して、パッチ装置13の全高さ114を極めて容易に変更できる。前記構造では、パッチ要素53と付加的な二次パッチ要素55との分割される少なくとも２つの構成部品によりパッチ装置13を構成し、入れ子構造により一次パッチ要素53と二次パッチ要素55とを互いに嵌合して、２つの構成部品を種々の異なる相対的間隔で互いに対して位置決めできる。

接地面3の厚み及び／又は放射面7の厚みの２倍、３倍、４倍又は５倍等の寸法をパッチ装置13全体の厚みに付与することが好ましいが、パッチ装置13の全厚みは、接地面3の厚み及び／又は放射面7の厚みの特に１０倍、２０倍、３０倍、４０倍、５０倍、６０倍、７０倍、８０倍、９０倍及び／又は１００倍及びそれ以上でもよい。

図示の実施の形態では、パッチ装置13全厚み又は全高さ114は、パッチ要素53の下側と放射面7の上側の間の間隔17（図１）に等しいか又はそれより大きい。他面、間隔117は、０.５mmより小さくてはならず、０.６mmより大きく、０.７mm、０.８mm、０.９mm又は１mmに等しいか又はそれらより大きいことが好ましい。１.５mmを中心とする値、従って、間隔117は、通常１mmから２mmの間又は１mmから３mm、４mm又は５mmまでの値で、完全に十分である。

また、三次元構造体のパッチ装置13の全高さ又は厚み114は、誘電支持体5の高さ又は厚み15よりも小さいことが好ましい。誘電支持体5の高さ又は厚み15の９０%よりも少なく、特に８０%よりも少なく、７０%、６０%、５０%又は特に４０%よりも少なく、必要に応じて３０%又は２０%より少ない寸法をパッチ装置13の全厚み又は全高さ114に付与することが好ましい。

更に、パッチ装置13の全高さ又は厚み114への限定は、必ずしも必要ではない。その目的で、三次元構造体のパッチ装置13の高さ又は厚み114は、誘電支持体5の厚み又は高さ15より大きい、特に顕著に大きくてもよい。換言すれば、例えば、誘電支持体5の高さ又は厚み15の１.５倍、２倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍及び／又は１０倍又はそれ以上に誘電支持体5の高さ又は厚み15を設定できる。

他面、放射面7とパッチ要素13の下側13bとの間の間隔17よりパッチ装置13の全厚み又は全高さ114を大きく設定することが好ましい。

一次のパッチ要素53の高さ114aと二次のパッチ要素55の高さ114bを等しくして、最大の許容誤差を補償できることが好ましい。付加的な二次パッチ要素55の高さ114aに対するパッチ要素53の高さ114b（図５）の相違は、互いに対して５０%より少なく、４０%より少なく、３０%、３０%、特に１０%より少ないことが好ましい。

上方の付加的な二次パッチ要素55も、勿論導電性を有し又は導電性の外側若しくは必要に応じて導電性の内側を備える中空室基体を設けてもよい。その目的で、同様に金属、樹脂材料又は誘電基体により中空室基体を構成し、必要に応じて導電性層により誘電基体を被覆してもよい。その場合、実際には、下方のパッチ要素53の上方の境界面53'の高さ又は特にその僅か上方に上方の第二のパッチ要素55の下部境界平面55'を単に配置して、カバーの内部に組み込む場合もある。

本発明を完全に説明するために異なる構造を説明すると、例えば、より小さく寸法で設計される上方のパッチ要素55を支持装置19上に取り付け、下方に示すパッチ要素53をカバーに固定及び／又は保持して、下方と上方のパッチ要素の全体構造を外側輪郭について逆に配置することができ、換言すれば、下方に配置されるパッチ要素に上方に配置されるパッチ要素を被せて、入れ子構造で下方のパッチ要素を上方のパッチ要素内に嵌合できる。しかしながら、カバーの寸法が大形化する点でこの構造は、原則的に余り望ましくない。

パッチ装置13の一次パッチ要素又は付加的な二次パッチ要素（開放する箱状に形成される）を入れ子構造で一次パッチ要素内に嵌合するより小さく寸法の部分を三次元構造体（中実物体）状又は同様に片側に向かって開放する箱状に原則的に形成できよう。その場合に、箱状の一次パッチ要素53又は付加的な二次パッチ要素55の開放側を相手のパッチ要素に向かって配置することが好ましい。換言すれば、パッチ要素53と付加的な二次パッチ要素55の開放側は、２つの互いに向き合う側に配置される。特に、付加的な二次パッチ要素55をより小さく寸法で設計すると、一次パッチ要素53とは反対側に二次パッチ要素55の開放側を原則的に配置することもできる。

最後に、上方の放射面7の形状に対するのみでなく、入れ子構造で互いに嵌合される２つのパッチ要素53、55を異なる幾何学的形状と輪郭に形成できる基本的な例を図７について説明する。

図７に示す実施の形態では、パッチ要素53の対向する少なくとも２つの角部領域に面取り153'を設けると共に、付加的な二次パッチ要素55の対向する少なくとも２つの角部領域に面取り155'を設ける矩形又は方形の構造とは異なる形状に一次パッチ要素53を形成することができる。２つのパッチ要素53、55の輪郭形状は、基本的に入れ子構造で互いに最適に嵌合できかつ高さを調節できる類似の形状を通常有するものであることは勿論である。

前記の通り、少なくとも部分的に入れ子構造で嵌合する一次パッチ要素53と付加的な二次パッチ要素55とを有するパッチ装置13の実施の形態を図面について説明した。前記のように、上方のパッチ要素55の下方の境界平面55'と下方のパッチ要素53の上方の境界平面53'とを正に単一平面内に配置し又は特に２つの境界平面55'、53'間に一定の間隔を形成して、２つのパッチ要素53、55を配置することもできる。その場合に、付加的な二次パッチ要素55の高さ114bの５倍より小さく、付加的な二次パッチ要素55の高さ114bの４倍より小さく、３倍、２倍及び特に１倍であり又は更に高さ114bの半分よりも小さく、一次パッチ要素53の上方の境界平面53'と付加的な二次パッチ要素55の下方の境界平面55'との間の最大の間隔を設定することが好ましい。

更に、最後に、本発明の実施の形態の可能な変形を十分に考慮する目的で、例えば付加的な二次パッチ要素55の上方の基礎面又は中央面155内に凹部又は切欠き55"を形成する実施の形態を図８に示す。図示の実施の形態では、切欠き55"は、丸穴状又は円形に形成される。

(3)・・接地面、 (5)・・誘電支持体、 (7)・・放射面、 (9)・・給電線、 (13)・・パッチ装置、 (19)・・支持装置、 (53)・・一次パッチ要素（パッチ要素）、 (53b)・・側壁、 (55)・・二次パッチ要素、 (61)・・カバー、 (153)・・中央部（中央面）、

マイクロストリップアンテナアレイは、欧州特許公開第０,２７９,０５０号公報からも公知である。このアンテナアレイは、能動パッチアンテナ要素と、能動パッチアンテナ要素から上方に一定距離離間しかつ誘電体を介在させて配置される第一の板状寄生要素と、更にその上に一定距離離間して配置される第二の板状寄生要素とを備える。この構造により広周波数帯域のアンテナ装置を実現できる。
しかし、本発明の課題は、最適なアンテナ受信が可能である上、更に維持すべき許容誤差を減少できる更に改良された多層アンテナ装置を開発することである。

平面パッチアンテナの支持装置19の上方に設けられる寄生パッチ装置は、第一の一次パッチ要素と付加的な第二の二次パッチ要素とを有する少なくとも２部分に分割されて、改良を実現できる。入れ子構造を形成する２つのパッチ要素のうち、一方のパッチ要素を他方のパッチ要素内に異なる距離だけ嵌合して、パッチ要素の様々な全高さを実現できる。その場合に、基礎部と、基礎部を一周しかつ基礎部から上方に向かって延伸する側壁とを備え、側壁は、開放する端縁を形成する箱状又は箱類似の形状に一方のパッチ要素を形成することが好ましい。付加的な二次パッチ要素とも称する第二のパッチ要素は、例えば、同様に三次元構造体の箱状に形成された電磁波放射要素となり又は電磁波放射要素を有し、互いに接近して種々の異なる位置に２つのパッチ要素を位置決めして、一方のパッチ要素が他方の中に、位置決めした箇所まで所定の高さだけ言わば「降下する」。換言すれば、２つのパッチ要素の少なくとも１方の長さ及び／又は幅は、一周し又は通常一周して包囲する側壁を有する他方のパッチ要素の内側寸法よりも、少なくとも僅かに小さく、必要に応じて所定の寸法だけ他方のパッチ要素内に嵌合できることが好ましい。前記の通り、三次元構造体として又は下方に向かい開放する箱状要素として、寄生放射器装置となる付加的な二次パッチ要素を形成することもできる。しかしながら、この場合に、特に三次元構造体として又は例えば、特に下方に向かい開放する箱状のパッチ要素として下方のパッチ要素も形成でき、上方の付加的な二次パッチ要素よりも下方のパッチ要素を僅かに小さく（縦方向及び横方向に）、特に、上方の付加的な二次パッチ要素内に下方のパッチ要素を入れ子構造で嵌合して位置決めすることができる。

しかしながら、下方のパッチ要素53と同様に、内部空間又は収容室55a（図５及び図６）と、一周する端縁又は一周する側壁55b（一般に、一周する隆起部55b）とを有する開放する箱状に付加的な二次パッチ要素55も形成でき、一次パッチ要素の三次元構造体形式とは異なり、付加的な二次パッチ要素55の開放側は、下方を向き、かつ上部は、底155により閉鎖される。

Claims (20)

1. 導電性の接地面(3)と、
   接地面(3)に対して側方の間隔をもって配置されかつ接地面(3)に対して平行に延伸することが好ましい導電性の放射面(7)と、
   接地面(3)と放射面(7)との間に配置されかつ少なくとも部分高さ内及び／又は部分領域内に空気層を形成することもある誘電支持体(5)と、
   放射面(7)に接続される導電性の給電線(9)と、
   接地面(3)とは反対側の放射面(7)上に直接又は間接的に設けられる支持装置(19)と、
   放射面(7)とは反対側の支持装置(19)上に設けられる導電性のパッチ装置(13)とを備え、
   支持装置(19)は、パッチ装置(13)の厚み又は高さ(114)より小さい厚み又は高さ(17)を有し、
   パッチ装置(13)は、基礎部又は中央部(153)と、中央部(153)に対して横方向に延伸する隆起部、端縁及び／又は側壁(53b)とを有する箱状又は箱に類似する形状に形成されるパッチ要素(53)を備え、
   互いに側方変位をもって又は側方変位なしで軸線(Z)に沿って配置される複数の面及び／又は層を有する平面多層アンテナ装置、特に、好ましくは反転式Ｆアンテナを除く平面多層パッチアンテナにおいて、
   パッチ装置(13)は、一次パッチ要素(53)に加えて、一次パッチ要素(53)に対してパッチ装置(13)を少なくとも２つに分割する付加的な二次パッチ要素(55)を有し、
   少なくとも部分的に嵌合可能な入れ子構造で一次パッチ要素(53)と付加的な二次パッチ要素(55)を互いに接近させてパッチ装置の全体高さ(114)を変更でき、
   別体の保持支持装置、好ましくはアンテナ装置全体を覆うカバー(61)により、付加的な二次パッチ要素(55)を保持することを特徴とする平面多層アンテナ装置。
2. 一次パッチ要素(53)の上方の境界平面(53')と同一の高さ又はその下方に付加的な二次パッチ要素(55)の下方の境界平面(55')を配置する請求項１に記載の平面多層アンテナ装置。
3. 特に、付加的な二次パッチ要素(55b)の高さ(114b)の４倍、３倍又は２倍よりも小さい及び特にそれより小さく、かつ好ましくは付加的な二次パッチ要素(55)の高さ(114b)の半分よりも小さい最大の間隔をもって、付加的な二次パッチ要素(55)の下方の境界平面(55')を一次パッチ要素(53)の上方の境界平面(53')の上方に配置する請求項１に記載の平面多層アンテナ装置。
4. 一次パッチ要素(53)の中央面(153)と、好適には中央面(153)の一周する隆起部、端縁及び／又は側壁(53b)とにより収容室を形成し、
   パッチ要素(53)の収容室(53a)内に付加的な二次パッチ要素を入れ子構造で嵌合可能に付加的な二次パッチ要素(55)の長さ及び／又は幅の寸法を設定した請求項１〜３の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
5. 付加的な二次パッチ要素(55)の長さと幅は、パッチ要素(53)の収容室(53a)の内側寸法より僅かに小さい請求項１〜４の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
6. パッチ要素(53)の高さ(114a)と付加的な二次パッチ要素(55)の高さ(114b)は、互いに等しく又は互いに対して５０%よりも小さく、特に４０%、３０%、２０%又は特に１０%より小さい請求項１〜５の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
7. 一次パッチ要素(53)の長さ及び／又は幅は、パッチ要素(55)の長さ及び／又は幅より４０%小さく、特に３０%、２０%、１０%又は５%少なく、特に２%小さい請求項１〜６の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
8. パッチ装置(13)の全体高さ(114)は、接地面(3)と放射面(7)のとの間の誘電支持体(5)の厚み又は高さ(15)より小さい請求項１〜７の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
9. パッチ装置(13)の全高さ(114)は、接地面(3)と放射面(7)との間の誘電支持体(5)の厚み又は高さより大きく、パッチ装置(13)の厚み又は高さ(114)は、誘電支持体(5)の厚み又は高さ(15)の１倍、２倍、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍に相当し又は１０倍以上に相当する請求項１〜８の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
10. 放射面(7)の縦方向の寸法及び／又は横方向に対して、パッチ要素(53)及び／又は付加的な二次パッチ要素(55)は、誘電支持体(5)の縦方向の寸法及び／又は横方向の寸法に等しく又はそれより大きくかつ／又は接地面(3)の縦方向の寸法又は横方向の寸法より大きい寸法を有する請求項１〜９の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
11. パッチ装置(13)の全厚み又は全高さ(144)は、接地面(3)の厚み及び／又は放射面(7)の厚みの２倍より大きく、３倍より大きく、４倍又は５倍、特に６倍より大きく、７倍、８倍、９倍又は１０倍かつ特に２０倍より大きく、３０倍、４０倍、５０倍、６０倍、７０倍、８０倍、９０倍又は１００倍以上である請求項１〜１０の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
12. パッチ要素(53)及び／又は付加的な二次パッチ要素(55)を導電性材料、特に金属により構成した請求項１〜１１の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
13. パッチ要素(53)及び／又は付加的な二次パッチ要素(55)は、非導電性材料により構成されかつ導電性層により全体又は部分的に被覆され、少なくとも中央部又は基礎部及び／又は一周する側境界及び／又は端縁及び／又は側壁に導電性層を設けた請求項１〜１２の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
14. パッチ要素(53)は、中央部(153)と、中央部を一周して包囲し又は部分的に形成された端縁又は側壁(53b)とによって包囲される少なくとも近似的に箱状に形成され、放射面(7)又は接地面(3)の反対側に箱状のパッチ要素(53)の開放側を向けた請求項１〜１３の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
15. 付加的な二次パッチ要素(55)は、中央部(153)と、中央部を一周して包囲し又は部分的に形成された端縁又は側壁(55b)とによって包囲される少なくとも近似的に箱状に形成され、好ましくは放射面(7)又は接地面(3)に箱状の付加的な二次パッチ要素(55)の開放側を向けた請求項１〜１４の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
16. 互いに接触せずに又は接触しながら、一次パッチ要素(53)と付加的な二次パッチ要素(55)とを入れ子構造で互いに嵌合させて、パッチ装置の全高さ(114)を変更又は調節して、一次パッチ要素(53)と付加的な二次パッチ要素(55)とを異なる位置に位置決めする請求項１〜１５の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
17. 中央部(153)と、中央部から放射面(7)から離間する方向に延伸して中央部を包囲する端縁又は側壁(53b)とを備えるパッチ要素(53)を支持装置(19)上に配置し、
    パッチ要素より小さい外側寸法を有する付加的な二次パッチ要素をパッチ要素内に入れ子構造で嵌合させかつ別体の支持装置(61,61')を介して付加的な二次パッチ要素を保持する請求項１〜１６の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
18. 特に、接着又は機械的な固定装置、係止装置又は把持装置により、２つのパッチ要素(53,55)の少なくとも１つ、好ましくは付加的な二次パッチ要素(55)をカバー(61)の内側に固定し保持する請求項１〜１７の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
19. カバー(61)の内側に設けられる別体の支持装置及び／又は固定装置(63)により、好ましくは付加的な二次パッチ要素(55)の形式の隣接するパッチ要素を固定する請求項１〜１７の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。
20. 付加的な二次パッチ要素(55)の基礎面又は中央面(155)に凹部(55")、好ましくは円形の凹部を形成する請求項１〜１９の何れか１項に記載の平面多層アンテナ装置。

Images