JP7232324B2 - パッチアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、電子機器のパッチアンテナに関し、より詳しくは、ＧＰＳ周波数帯域およびＧＮＳＳ周波数帯域の信号を含む超広帯域で周波数を受信するパッチアンテナに関する。

車両用シャークアンテナは、車両内に設けられる電子機器の信号受信率を向上させるために設けられる。車両用シャークアンテナは、車両の外部に設けられる。

一般的な車両用シャークアンテナには、車両で主に用いられる位置情報サービスを提供するためのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナが含まれる。最近は、ＤＭＢ、オーディオなどの電子機器が設けられることにより、車両用シャークアンテナにもＧＮＳＳ（例えば、ＧＰＳ（米国）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア））、ＳＤＡＲＳ（Ｓｉｒｉｕｓ、ＸＭ）、Ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ、ＦＭ、Ｔ－ＤＭＢなどの周波数帯域の信号を受信する多数のアンテナが内蔵されている。

最近、市場および使用者の要求によりパッチアンテナの大きさが小型化されている。パッチアンテナのサイズが小型化されると反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）が増加する。パッチアンテナは、給電ピン間の間隔を近くして反射損失を最小化できるが、給電ピンが近くなると、給電ピン間で干渉が発生してアンテナの性能が低下する問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、下部パッチと給電ピンとの間にカップリングギャップを形成して、アンテナの性能を最大化するようにしたパッチアンテナを提供することにある。すなわち、本発明は、下部パッチと給電ピンとの間にカップリングギャップを形成して、反射損失を最小化しながら給電ピン間の干渉を最小化してアンテナの性能を最大化するようにしたパッチアンテナを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するためになされた本発明の一態様によるパッチアンテナは、ベース層と、ベース層の上面に配置された上部パッチと、ベース層の下面に配置された下部パッチと、ベース層、上部パッチ、および下部パッチを貫通する給電ピンとを含み、給電ピンは、上部パッチから離隔してカップリングギャップを形成することを特徴とする。

上部パッチには、給電ピンが貫通する給電ホールが形成され、給電ピンは、上部パッチに形成された給電ホールから離隔してカップリングギャップを形成し得る。この時、カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であってもよい。

給電ピンは、上部パッチに形成された第３給電ホールを貫通する第１給電ピンと、上部パッチに形成された第４給電ホールを貫通する第２給電ピンとを含み、カップリングギャップは、第１給電ピンと第３給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、第２給電ピンと第４給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを含み得る。この時、第１カップリングギャップの幅は、第２カップリングギャップの幅に等しい。

上記の目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるパッチアンテナは、ベース層と、ベース層の上面に配置された上部パッチと、給電ホールが形成されてベース層の下面に配置された下部パッチと、給電ホールに挿入されてベース層の下面に配置された給電パッチとを含み、給電ホールは、給電パッチから離隔してカップリングギャップを形成することを特徴とする。

給電ホールの面積は、給電パッチの面積よりも広く形成され、給電パッチの外周は、給電ホールから離隔して離隔領域を形成し、離隔領域は、カップリングギャップを形成し、カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であってもよい。

下部パッチは、第１給電ホールおよび第２給電ホールが形成され、給電パッチは、第１給電ホールに挿入される第１給電パッチと、第２給電ホールに挿入される第２給電パッチとを含み、カップリングギャップは、第１給電パッチと第１給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、第２給電パッチと第２給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを含み得る。この時、第１カップリングギャップの幅は、第２カップリングギャップの幅に等しい。

上記の目的を達成するためになされた本発明のさらに他の態様によるパッチアンテナは、ベース層と、ベース層の上面に配置された上部パッチと、ベース層の下面に配置された下部パッチと、ベース層および下部パッチに形成された給電ホールを貫通して上部パッチに接触した給電ピンとを含み、給電ピンは、下部パッチから離隔してカップリングギャップを形成することを特徴とする。

下部パッチに形成された給電ホールの面積は、給電ピンの水平断面の面積よりも広く形成され、給電ピンの外周は、下部パッチに形成された給電ホールから離隔して離隔領域を形成し、離隔領域は、カップリングギャップを形成し得る。この時、カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であってもよい。

ベース層は、第１給電ホールおよび第２給電ホールが形成され、下部パッチは、第３給電ホールおよび第４給電ホールが形成され、給電ピンは、第１給電ホールおよび第３給電ホールを貫通する第１給電ピンと、第２給電ホールおよび第４給電ホールを貫通する第２給電ピンとを含み、カップリングギャップは、第１給電ピンと第３給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、第２給電ピンと第４給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを含み得る。この時、第１カップリングギャップの幅は、第２カップリングギャップの幅に等しい。

本発明によれば、パッチアンテナは、下部パッチと給電部材（給電パッチ、給電ピン）との間に０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の幅を有するカップリングギャップを形成することにより、サイズが減少したパッチアンテナにおいて反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）の低下を防止してアンテナの性能を向上させる効果がある。

また、本発明によるパッチアンテナは、下部パッチと給電部材（給電パッチ、給電ピン）との間に０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の幅を有するカップリングギャップを形成することにより、サイズが減少したパッチアンテナにおいて送信効率を向上させる効果がある。

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１の下部パッチを説明するための図である。 図１の第１給電パッチ、第２給電パッチ、およびカップリングギャップを説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態によるパッチアンテナの側面図である。 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６のベース層を説明するための図である。 図６の上部パッチを説明するための図である。 図６のパッチアンテナの断面図である。 図６の第１給電ピン、第２給電ピン、およびカップリングギャップを説明するための図である。 サイズの減少によるパッチアンテナの反射損失を測定したグラフである。 カップリングギャップの有無によるパッチアンテナの反射損失を測定したグラフである。 カップリングギャップの幅（サイズ）によるパッチアンテナの反射損失を測定したグラフである。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を図面を参照しながら説明する。まず、各図面の構成要素に参照符号を付すにあたり、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されてもできるだけ同一の符号を有するようにしている。また、本発明を説明するにあたり、公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにしうると判断された場合は、その詳細な説明は省略する。

図１～図３を参照すると、本発明の第１実施形態によるパッチアンテナは、ベース層１１０と、上部パッチ１２０と、下部パッチ１３０と、第１給電パッチ１４０と、第２給電パッチ１５０とを含んで構成される。

ベース層１１０は、誘電体または磁性体で構成される。すなわち、ベース層１１０は、高誘電率および低い熱膨張係数などの特性を有するセラミックからなる誘電体基板で形成されるか、またはフェライトなどの磁性体からなる磁性体基板で形成される。

上部パッチ１２０は、ベース層１１０の上面に形成される。すなわち、上部パッチ１２０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層１１０の上面に形成される。この時、上部パッチ１２０は、四角形、三角形、円形、八角形などの多角形状に形成される。

上部パッチ１２０は、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間のカップリング給電によって駆動され、ＧＰＳ衛星およびＧＬＯＮＡＳＳ衛星から送出される信号（すなわち、位置情報を含む周波数）を受信する。

下部パッチ１３０は、ベース層１１０の下面に形成される。すなわち、下部パッチ１３０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層１１０の下面に形成される。

下部パッチ１３０には、第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０が挿入される複数の給電ホールが形成される。すなわち、下部パッチ１３０には第１給電ホール１３２および第２給電ホール１３４が形成される。第１給電ホール１３２には第１給電パッチ１４０が挿入され、第２給電ホール１３４には第２給電パッチ１５０が挿入される。この時、第１給電ホール１３２と下部パッチ１３０の中心点とを結ぶ仮想線と、第２給電ホール１３４と下部パッチ１３０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上１１０度以下の範囲に形成されても構わない。

第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０は、下部パッチ１３０に形成された給電ホールに挿入して形成される。すなわち、第１給電パッチ１４０は、下部パッチ１３０の第１給電ホール１３２の内部に挿入して形成され、第２給電パッチ１５０は、下部パッチ１３０の第２給電ホール１３４に挿入して形成される。この時、第１給電パッチ１４０は、第１給電ホール１３２の外周から所定間隔離隔して形成され、第２給電パッチ１５０は、第２給電ホール１３４の外周から所定間隔離隔して形成される。

第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０は、下部パッチ１３０の中心を基準として設定角度を有するように配置される。すなわち、図３を参照すると、第１給電パッチ１４０と下部パッチ１３０の中心点Ｃとを結ぶ仮想線Ａと、第２給電パッチ１５０と下部パッチ１３０の中心点Ｃとを結ぶ仮想線Ｂとは、交差して設定角度θをなすように形成される。この時、設定角度θは、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上１１０度以下の範囲に形成されても構わない。ここで、図３のｆは、第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０の中心点間のｙ軸（Ｗ２）方向の距離を意味する。

この時、パッチアンテナの大きさが２５×２５（Ｗ１＝２５ｍｍ、Ｗ２＝２５ｍｍ）以上の面積で形成された場合、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間に干渉が発生せず、パッチアンテナの性能に影響を及ぼさない。

しかし、パッチアンテナの大きさが２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ）以下の面積で形成された場合、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間の間隔が狭くなるので、干渉が発生してパッチアンテナの性能が低下する。

すなわち、パッチアンテナの大きさが減少すると、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間の離隔間隔が狭くなるので、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間に干渉が発生する。パッチアンテナは、第１給電パッチ１４０と第２給電パッチ１５０との間の干渉の発生によって反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）が減少し、結果としてアンテナの性能が低下する。

そこで、本発明の第１実施形態によるパッチアンテナは、下部パッチ１３０と給電パッチ（すなわち、第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０）との間にカップリングギャップ（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｇａｐ）を形成して、基準（２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ））以下のサイズに形成されてもアンテナの性能が低下しないようにする。

カップリングギャップは、第１カップリングギャップ１６０と、第２カップリングギャップ１７０とを含む。

第１カップリングギャップ１６０は、下部パッチ１３０と第１給電パッチ１４０との間に形成される。すなわち、第１給電ホール１３２は、第１給電パッチ１４０よりも大きい（広い）面積で形成される。第１給電ホール１３２は、第１給電パッチ１４０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第１給電ホール１３２と第１給電パッチ１４０との間には第１カップリングギャップ１６０（すなわち、離隔領域）が形成される。

第２カップリングギャップ１７０は、下部パッチ１３０と第２給電パッチ１５０との間に形成される。すなわち、第２給電ホール１３４は、第２給電パッチ１５０よりも大きい面積で形成される。第２給電ホール１３４は、第２給電パッチ１５０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第２給電ホール１３４と第２給電パッチ１５０との間には第２カップリングギャップ１７０（すなわち、離隔領域）が形成される。

第１カップリングギャップ１６０の幅Ｄ１および第２カップリングギャップ１７０の幅Ｄ２は、設定範囲内の幅に形成される。この時、第１カップリングギャップ１６０の幅Ｄ１および第２カップリングギャップ１７０の幅Ｄ２は、約０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の幅に形成されることを一例とする。第１カップリングギャップ１６０の幅Ｄ１は、第２カップリングギャップ１７０の幅Ｄ２に等しく形成される。もちろん、第１カップリングギャップ１６０の幅Ｄ１と第２カップリングギャップ１７０の幅Ｄ２とは、互いに異なる幅に形成されてもよい。

第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０は一般的に円形に形成されるため、第１カップリングギャップ１６０および第２カップリングギャップ１７０は、円形のドーナツ形状に形成される。もちろん、第１給電パッチ１４０および第２給電パッチ１５０が三角形、四角形などの多角形に形成された場合、第１カップリングギャップ１６０および第２カップリングギャップ１７０は、三角形、四角形などの多角形のドーナツ形状に形成される。

図４および図５を参照すると、本発明の第２実施形態によるパッチアンテナは、ベース層２１０と、上部パッチ２２０と、下部パッチ２３０と、第１給電ピン２４０と、第２給電ピン２５０とを含んで構成される。

ベース層２１０は、誘電体または磁性体で構成される。すなわち、ベース層２１０は、高誘電率および低い熱膨張係数などの特性を有するセラミックからなる誘電体基板で形成されるか、またはフェライトなどの磁性体からなる磁性体基板で形成される。

ベース層２１０には複数の給電ホールが形成される。すなわち、ベース層２１０には第１給電ピン２４０が貫通挿入される第１給電ホール２１２と、第２給電ピン２５０が貫通挿入される第２給電ホール２１４とが形成される。この時、第１給電ホール２１２とベース層２１０の中心点とを結ぶ仮想線と、第２給電ホール２１４とベース層２１０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上１１０度以下の範囲に形成されても構わない。

上部パッチ２２０は、ベース層２１０の上面に形成される。すなわち、上部パッチ２２０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層２１０の上面に形成される。この時、上部パッチ２２０は、四角形、三角形、円形、八角形などの多角形状に形成される。

上部パッチ２２０の下面は、ベース層２１０および下部パッチ２３０を貫通した給電ピンと電気的に連結される。上部パッチ２２０は、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０による給電またはカップリング給電によって駆動され、ＧＰＳ衛星およびＧＬＯＮＡＳＳ衛星から送出される信号（すなわち、位置情報を含む周波数）を受信する。

下部パッチ２３０は、ベース層２１０の下面に形成される。すなわち、下部パッチ２３０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層２１０の下面に形成される。

下部パッチ２３０には、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０が貫通挿入される複数の給電ホールが形成される。すなわち、下部パッチ２３０には第３給電ホール２３２および第４給電ホール２３４が形成される。第３給電ホール２３２には第１給電ピン２４０が貫通挿入され、第４給電ホール２３４には第２給電ピン２５０が貫通挿入される。この時、第３給電ホール２３２と下部パッチ２３０の中心点とを結ぶ仮想線と、第４給電ホール２３４と下部パッチ２３０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上１１０度以下の範囲に形成されても構わない。

第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、一側が下部パッチ２３０およびベース層２１０を貫通して上部パッチ２２０の下面に接触する。すなわち、第１給電ピン２４０は、下部パッチ２３０の第３給電ホール２３２およびベース層２１０の第１給電ホール２１２を貫通して上部パッチ２２０の下面に接触する。第２給電ピン２５０は、下部パッチ２３０の第４給電ホール２３４およびベース層２１０の第２給電ホール２１４を貫通して上部パッチ２２０の下面に接触する。

第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、他側が電子機器の給電部（図示せず）に連結されて給電電源が供給される。第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、ベース層２１０の上面に形成された上部パッチ２２０の下面に接触して上部パッチ２２０に給電電源を供給する。

第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、下部パッチ２３０およびベース層２１０の中心部を基準として設定角度を有するように配置される。すなわち、第１給電ピン２４０と下部パッチ２３０の中心点とを結ぶ仮想線と、第２給電ピン２５０と下部パッチ２３０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成され、第１給電ピン２４０とベース層２１０の中心点とを結ぶ仮想線と、第２給電ピン２５０とベース層２１０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上１１０度以下の範囲に形成されても構わない。

この時、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質を用いてピン形状に予め作製される。もちろん、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０は、ベース層２１０、上部パッチ２２０、下部パッチ２３０を積層して小体を形成した後、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質をベース層２１０の給電ホールおよび下部パッチ２３０の給電ホールに注入して形成されてもよい。

この時、パッチアンテナの大きさが２５×２５（Ｗ１＝２５ｍｍ、Ｗ２＝２５ｍｍ）以上の面積で形成された場合、第１給電ピン２４０と第２給電ピン２５０との間に干渉が発生せず、パッチアンテナの性能に影響を及ぼさない。

しかし、パッチアンテナの大きさが２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ）以下の面積で形成された場合、第１給電ピン２４０と第２給電ピン２５０との間の間隔が狭くなるので、干渉が発生してパッチアンテナの性能が低下する。

すなわち、パッチアンテナの大きさが減少すると、第１給電ピン２４０と第２給電ピン２５０との間の離隔間隔が狭くなるので、第１給電ピン２４０と第２給電ピン２５０との間に干渉が発生する。パッチアンテナは、第１給電ピン２４０と第２給電ピン２５０との間の干渉の発生によって反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）が減少し、結果としてアンテナの性能が低下する。

そこで、本発明の第２実施形態によるパッチアンテナは、下部パッチ２３０と給電ピン（すなわち、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０）との間にカップリングギャップ（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｇａｐ）を形成して、基準（２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ））以下のサイズに形成されてもアンテナの性能が低下しないようにする。

カップリングギャップは、第１カップリングギャップ２６０と、第２カップリングギャップ２７０とを含む。

第１カップリングギャップ２６０は、下部パッチ２３０と第１給電ピン２４０との間に形成される。すなわち、第３給電ホール２３２は、第１給電ピン２４０の水平断面よりも大きい面積で形成される。第３給電ホール２３２は、第１給電ピン２４０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第３給電ホール２３２と第１給電ピン２４０との間には第１カップリングギャップ２６０（すなわち、離隔領域）が形成される。

第２カップリングギャップ２７０は、下部パッチ２３０と第２給電ピン２５０との間に形成される。すなわち、第４給電ホール２３４は、第２給電ピン２５０の水平断面よりも大きい面積で形成される。第４給電ホール２３４は、第２給電ピン２５０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第４給電ホール２３４と第２給電ピン２５０との間には第２カップリングギャップ２７０（すなわち、離隔領域）が形成される。

第１カップリングギャップ２６０の幅Ｄ３および第２カップリングギャップ２７０の幅Ｄ４は、設定範囲内の幅に形成される。この時、第１カップリングギャップ２６０の幅Ｄ３および第２カップリングギャップ２７０の幅Ｄ４は、約０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の幅に形成されることを一例とする。第１カップリングギャップ２６０の幅Ｄ３は、第２カップリングギャップ２７０の幅Ｄ４に等しく形成される。もちろん、第１カップリングギャップ２６０の幅Ｄ３と第２カップリングギャップ２７０の幅Ｄ４とは、互いに異なる幅に形成されてもよい。

第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０の垂直断面は一般的に円形に形成されるため、第１カップリングギャップ２６０および第２カップリングギャップ２７０は、円形のドーナツ形状に形成される。もちろん、第１給電ピン２４０および第２給電ピン２５０の垂直断面が三角形、四角形などの多角形に形成された場合、第１カップリングギャップ２６０および第２カップリングギャップ２７０は、三角形、四角形などの多角形のドーナツ形状に形成される。

図６～図１０を参照すると、本発明の第３実施形態によるパッチアンテナは、ベース層３１０と、上部パッチ３２０と、下部パッチ３３０と、第１給電ピン３４０と、第２給電ピン３５０とを含んで構成される。

ベース層３１０は、誘電体または磁性体で構成される。すなわち、ベース層３１０は、高誘電率および低い熱膨張係数などの特性を有するセラミックからなる誘電体基板で形成されるか、またはフェライトなどの磁性体からなる磁性体基板で形成される。

ベース層３１０には、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０が挿入される複数の給電ホールが形成される。すなわち、図７を参照すると、ベース層３１０には第１給電ホール３１２および第２給電ホール３１４が形成される。第１給電ホール３１２には第１給電ピン３４０が挿入され、第２給電ホール３１４には第２給電ピン３５０が挿入される。この時、第１給電ホール３１２とベース層３１０の中心点とを結ぶ仮想線と、第２給電ホール３１４とベース層３１０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上３１０度以下の範囲に形成されても構わない。

上部パッチ３２０は、ベース層３１０の上面に形成される。すなわち、上部パッチ３２０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層３１０の上面に形成される。この時、上部パッチ３２０は、四角形、三角形、円形、八角形などの多角形状に形成される。

上部パッチ３２０には、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０が挿入される複数の給電ホールが形成される。すなわち、図８を参照すると、上部パッチ３２０には第３給電ホール３２２および第４給電ホール３２４が形成される。第３給電ホール３２２には第１給電ピン３４０が挿入され、第４給電ホール３２４には第２給電ピン３５０が挿入される。この時、第３給電ホール３２２と上部パッチ３２０の中心点とを結ぶ仮想線と、第４給電ホール３２４と上部パッチ３２０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上３１０度以下の範囲に形成されても構わない。

上部パッチ３２０は、第１給電ピン３４０と第２給電ピン３５０との間のカップリング給電によって駆動され、ＧＰＳ衛星およびＧＬＯＮＡＳＳ衛星から送出される信号（すなわち、位置情報を含む周波数）を受信する。

下部パッチ３３０は、ベース層３１０の下面に形成される。すなわち、下部パッチ３３０は、銅、アルミニウム、金、銀などのように電気伝導度が高い導電性材質の薄板であって、ベース層３１０の下面に形成される。

下部パッチ３３０には、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０が貫通する複数の給電ホールが形成される。すなわち、下部パッチ３３０には第５給電ホール３３２および第６給電ホール３３４が形成される。第５給電ホール３３２には第１給電ピン３４０が貫通し、第６給電ホール３３４には第２給電ピン３５０が貫通する。この時、第５給電ホール３３２と下部パッチ３３０の中心点とを結ぶ仮想線と、第６給電ホール３３４と下部パッチ３３０の中心点とを結ぶ仮想線とは、交差して設定角度をなすように形成される。この時、設定角度は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上３１０度以下の範囲に形成されても構わない。

図９を参照すると、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０は、ベース層３１０、上部パッチ３２０、および下部パッチ３３０に形成された給電ホールに挿入される。第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０のヘッドは、ベース層３１０の上面に配置され、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０のボディは、ベース層３１０、上部パッチ３２０および下部パッチ３３０の内部に挿入配置される。

第１給電ピン３４０は、ベース層３１０の第１給電ホール３１２、上部パッチ３２０の第３給電ホール３２２、および下部パッチ３３０の第５給電ホール３３２の内部に挿入配置される。第２給電ピン３５０は、ベース層３１０の第２給電ホール３１４、上部パッチ３２０の第４給電ホール３２４、および下部パッチ３３０の第６給電ホール３３４の内部に挿入配置される。

この時、第１給電ピン３４０の外周は、第１給電ホール３１２、第３給電ホール３２２、および第５給電ホール３３２の外周（すなわち、内壁面）から所定間隔離隔するように配置され、第２給電ピン３５０の外周は、第２給電ホール３１４、第４給電ホール３２４、および第６給電ホール３３４の外周（すなわち、内壁面）から所定間隔離隔するように配置される。

第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０は、パッチアンテナの中心を基準として設定角度を有するように配置される。すなわち、図１０を参照すると、第１給電ピン３４０とパッチアンテナの中心点Ｃ’とを結ぶ仮想線Ａ’と、第２給電ピン３５０とパッチアンテナの中心点Ｃ’とを結ぶ仮想線Ｂ’とは、交差して設定角度θ’をなすように形成される。この時、設定角度θ’は、９０度に形成されることが好ましいが、７０度以上３１０度以下の範囲に形成されても構わない。ここで、図１０のｆ’は、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０の中心点間のｙ軸（Ｗ２）方向の距離を意味する。

第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０は、上部パッチ３２０と電磁気的にカップリング連結される。

この時、パッチアンテナの大きさが２５×２５（Ｗ１＝２５ｍｍ、Ｗ２＝２５ｍｍ）以上の面積で形成された場合、第１給電ピン３４０と第２給電ピン３５０との間に干渉が発生せず、パッチアンテナの性能に影響を及ぼさない。

しかし、パッチアンテナの大きさが２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ）以下の面積で形成された場合、第１給電ピン３４０と第２給電ピン３５０との間の間隔が狭くなるので、干渉が発生してパッチアンテナの性能が低下する。

すなわち、パッチアンテナの大きさが減少すると、第１給電ピン３４０と第２給電ピン３５０との間の離隔間隔が狭くなるので、干渉が発生する。パッチアンテナは、第１給電ピン３４０と第２給電ピン３５０との間の干渉の発生によって反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）が減少し、結果としてアンテナの性能が低下する。

そこで、本発明の第３実施形態によるパッチアンテナは、上部パッチ３２０と給電ピン（すなわち、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０）との間にカップリングギャップ（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｇａｐ）を形成して、基準（２０×２０（Ｗ１＝２０ｍｍ、Ｗ２＝２０ｍｍ））以下のサイズに形成されてもアンテナの性能が低下しないようにする。

カップリングギャップは、第１カップリングギャップ３６０を含む。第１カップリングギャップ３６０は、上部パッチ３２０と第１給電ピン３４０との間に形成される。すなわち、第３給電ホール３２２は、第１給電ピン３４０よりも大きい面積で形成される。第３給電ホール３２２は、第１給電ピン３４０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第３給電ホール３２２と第１給電ピン３４０との間には第１カップリングギャップ３６０（すなわち、離隔領域）が形成される。

カップリングギャップは、第２カップリングギャップ３７０をさらに含む。第２カップリングギャップ３７０は、上部パッチ３２０と第２給電ピン３５０との間に形成される。すなわち、第４給電ホール３２４は、第２給電ピン３５０よりも大きい面積で形成される。第４給電ホール３２４は、第２給電ピン３５０から所定間隔離隔して離隔領域を形成する。それにより、第４給電ホール３２４と第２給電ピン３５０との間には第２カップリングギャップ３７０（すなわち、離隔領域）が形成される。

第１カップリングギャップ３６０の幅Ｄ３および第２カップリングギャップ３７０の幅Ｄ４は、設定範囲内の幅に形成される。この時、第１カップリングギャップ３６０の幅Ｄ３および第２カップリングギャップ３７０の幅Ｄ４は、約０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の幅に形成されることを一例とする。第１カップリングギャップ３６０の幅Ｄ３は、第２カップリングギャップ３７０の幅Ｄ４に等しく形成される。もちろん、第１カップリングギャップ３６０の幅Ｄ３と第２カップリングギャップ３７０の幅Ｄ４とは、互いに異なる幅に形成されてもよい。

一般的に、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０のヘッド部分は円形に形成されるため、第１カップリングギャップ３６０および第２カップリングギャップ３７０は、円形のドーナツ形状に形成される。

もちろん、第１給電ピン３４０および第２給電ピン３５０のヘッド部分が三角形、四角形などの多角形に形成された場合、第１カップリングギャップ３６０および第２カップリングギャップ３７０は、三角形、四角形などの多角形のドーナツ形状に形成される。

図１１を参照すると、２５×２５、第１給電ラインと第２給電ラインとの間の間隔を約２．６ｍｍに作製されたパッチアンテナは、約－１１．６ｄＢの反射損失を有し、約９３％の送信効率を有する。ここで、第１給電ラインおよび第２給電ラインは、本発明の第１実施形態の第１給電パッチおよび第２給電パッチ、並びに本発明の第２実施形態および第３実施形態の第１給電ピンおよび第２給電ピンに対応する。

この時、第１給電ラインと第２給電ラインとの間の間隔を約２．６ｍｍに維持したまま、大きさを２０×２０に縮小して作製したパッチアンテナは、２５×２５の大きさのパッチアンテナに比べて約７．９ｄＢ増加した、約－３．７ｄＢの反射損失を有し、送信効率が約６６％に減少する。

これは、パッチアンテナのサイズの減少によって第１給電ラインと第２給電ラインとの間に干渉が発生するからである。

本発明の実施形態によるパッチアンテナは、上述した問題点を解消するために、カップリングギャップを形成する。

図１２を参照すると、２０×２０のサイズ（ｆ＝２．６ｍｍ）に作製されたパッチアンテナにカップリングギャップを形成しない場合、約－３．７ｄＢの反射損失と約６６％の送信効率を有する。

この時、同じサイズのパッチアンテナにカップリングギャップを形成すると、カップリングギャップが形成されないパッチアンテナに比べて約１６．７ｄＢ減少した約－２０．４ｄＢの反射損失を有し、約３３％増加した約９９％の送信効率を有する。

このように、本発明の実施形態によるパッチアンテナは、カップリングギャップを形成して、市場で要求される反射損失および送信効率を満たす。

一方、図１３を参照すると、２０×２０のサイズ（ｆ＝２．６ｍｍ）に作製されたパッチアンテナに形成されたカップリングギャップの幅を約０．５ｍｍ単位で増加させると、パッチアンテナの反射損失および送信効率が向上することが分かる。

すなわち、カップリングギャップの幅を約０．５ｍｍに形成したパッチアンテナは、約－１０．９ｄＢの反射損失と約９２％の送信効率を有する。

カップリングギャップの幅を増加させて約１．０ｍｍに形成したパッチアンテナは、０．５ｍｍの幅であるパッチアンテナに比べて反射損失が約９．５ｄＢ減少して約－２０．４ｄＢの反射損失を有し、送信効率が約７％増加して約９９％の送信効率を有する。

カップリングギャップの幅を増加させて約１．５ｍｍに形成したパッチアンテナは、０．５ｍｍの幅であるパッチアンテナに比べて反射損失が約１１．４ｄＢ減少して約－２２．３ｄＢの反射損失を有し、送信効率が約７．４％増加して約９９．４％の送信効率を有する。

このように、パッチアンテナは、カップリングギャップの幅が約０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下に形成された時、アンテナ市場で要求される反射損失および送信効率を満たすことができる。

この時、カップリングギャップの幅が約０．５ｍｍ未満であるか、１．５ｍｍを超える場合、反射損失が増加して送信効率が低下するため、アンテナ市場で要求される反射損失および送信効率を満たすことができない。

したがって、本発明の実施形態によるパッチアンテナは、カップリングギャップの幅を約０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下に形成する。

以上、本発明による好ましい実施形態について説明したが、本発明は多様な形態に変形可能であり、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術範囲を逸脱しない範囲内で多様な変形例および修正例を実施できることが理解される。

１１０、２１０、３１０ ベース層
１２０、２２０、３２０ 上部パッチ
１３０、２３０、３３０ 下部パッチ
１３２、２１２、３１２ 第１給電ホール
１３４、２１４、３１４ 第２給電ホール
１４０ 第１給電パッチ
１５０ 第２給電パッチ
１６０、２６０、３６０ 第１カップリングギャップ
１７０、２７０、３７０ 第２カップリングギャップ
２３２、３２２ 第３給電ホール
２３４、３２４ 第４給電ホール
２４０、３４０ 第１給電ピン
２５０、３５０ 第２給電ピン
３３２ 第５給電ホール
３３４ 第６給電ホール

Claims (16)

1. ベース層と、
   前記ベース層の上面に配置された上部パッチと、
   前記ベース層の下面に配置された下部パッチと、
   前記ベース層、前記上部パッチ、および前記下部パッチを貫通する給電ピンとを含み、
   前記給電ピンは、前記上部パッチから離隔してカップリングギャップを形成し、
   前記ベース層の横の長さは２０ｍｍ以下、縦の長さは２０ｍｍ以下であり、
   前記カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であり、
   前記給電ピンは、
   前記上部パッチに形成された第３給電ホールを貫通する第１給電ピンと、
   前記上部パッチに形成された第４給電ホールを貫通する第２給電ピンとを含むことを特徴とするパッチアンテナ。
2. 前記上部パッチには、前記給電ピンが貫通する給電ホールが形成され、
   前記給電ピンは、前記上部パッチに形成された前記給電ホールから離隔して前記カップリングギャップを形成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。
3. 前記カップリングギャップは、
   前記第１給電ピンと前記第３給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、
   前記第２給電ピンと前記第４給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
4. 前記第１カップリングギャップの幅は、前記第２カップリングギャップの幅に等しいことを特徴とする請求項３に記載のパッチアンテナ。
5. ベース層と、
   前記ベース層の上面に配置された上部パッチと、
   給電ホールが形成されて前記ベース層の下面に配置された下部パッチと、
   前記給電ホールに挿入されて前記ベース層の下面に配置された給電パッチとを含み、
   前記給電ホールは、前記給電パッチから離隔してカップリングギャップを形成し、
   前記ベース層の横の長さは２０ｍｍ以下、縦の長さは２０ｍｍ以下であり、
   前記カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であることを特徴とするパッチアンテナ。
6. 前記給電ホールの面積は、前記給電パッチの面積よりも広く形成されたことを特徴とする請求項５に記載のパッチアンテナ。
7. 前記給電パッチの外周は、前記給電ホールから離隔して離隔領域を形成し、前記離隔領域は、カップリングギャップを形成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。
8. 前記下部パッチは、第１給電ホールおよび第２給電ホールが形成され、
   前記給電パッチは、
   前記第１給電ホールに挿入される第１給電パッチと、
   前記第２給電ホールに挿入される第２給電パッチとを含むことを特徴とする請求項５に記載のパッチアンテナ。
9. 前記カップリングギャップは、
   前記第１給電パッチと前記第１給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、
   前記第２給電パッチと前記第２給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを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. 前記第１カップリングギャップの幅は、前記第２カップリングギャップの幅に等しいことを特徴とする請求項９に記載のパッチアンテナ。
11. ベース層と、
    前記ベース層の上面に配置された上部パッチと、
    前記ベース層の下面に配置された下部パッチと、
    前記ベース層および前記下部パッチに形成された給電ホールを貫通して前記上部パッチに接触した給電ピンとを含み、
    前記給電ピンは、前記下部パッチから離隔してカップリングギャップを形成し、
    前記ベース層の横の長さは２０ｍｍ以下、縦の長さは２０ｍｍ以下であり、
    前記カップリングギャップの幅は、０．５ｍｍ以上かつ、１．５ｍｍ以下であることを特徴とするパッチアンテナ。
12. 前記下部パッチに形成された前記給電ホールの面積は、前記給電ピンの水平断面の面積よりも広く形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のパッチアンテナ。
13. 前記給電ピンの外周は、前記下部パッチに形成された前記給電ホールから離隔して離隔領域を形成し、前記離隔領域は、カップリングギャップを形成することを特徴とする請求項１１に記載のパッチアンテナ。
14. 前記ベース層は、第１給電ホールおよび第２給電ホールが形成され、
    前記下部パッチは、第３給電ホールおよび第４給電ホールが形成され、
    前記給電ピンは、
    前記第１給電ホールおよび前記第３給電ホールを貫通する第１給電ピンと、
    前記第２給電ホールおよび前記第４給電ホールを貫通する第２給電ピンとを含むことを特徴とする請求項１１に記載のパッチアンテナ。
15. 前記カップリングギャップは、
    前記第１給電ピンと前記第３給電ホールとの間の離隔空間に形成された第１カップリングギャップと、
    前記第２給電ピンと前記第４給電ホールとの間の離隔空間に形成された第２カップリングギャップとを含むことを特徴とする請求項１４に記載のパッチアンテナ。
16. 前記第１カップリングギャップの幅は、前記第２カップリングギャップの幅に等しいことを特徴とする請求項１５に記載のパッチアンテナ。
    

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