KR102487335B1 - 경량 패치 안테나 - Google Patents

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Abstract

유전체, 상부 패치 및 하부 패치에 홈을 형성하여 경량화하면서 안테나 성능을 유지하도록 한 경량 패치 안테나를 제시한다. 제시된 경량 패치 안테나는 유전체, 유전체의 상면에 적층된 상부 패치, 유전체의 하면에 적층된 하부 패치 및 유전체, 상부 패치 및 하부 패치가 적층된 적층체의 외주에서 적층체의 일부를 제거하여 형성된 복수의 경량화 홈을 포함한다.

Description

경량 패치 안테나{LIGHTWEIGHT PATCH ANTENNA}
본 발명은 패치 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS, GNSS 등의 주파수 대역 신호를 수신하는 경량 패치 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 패치 안테나는 차량, 드론, 정보통신 단말기 등에 설치되어 GPS(Global Positioning System), GNSS(Global Navigation Satellite System) 등의 주파수 대역에서 신호를 송수신한다.
일반적으로, 패치 안테나는 소정의 두께로 형성되는 유전체와, 유전체의 상면에 적층되어 안테나의 역할을 하는 평면 형상의 상부 패치 및 유전체의 하면에 적층되는 하부 패치로 구성된다. 여기에서, 유전체는 고유전율 및 낮은 열팽창계수 등의 특성이 우수하여 고주파용 부품으로 많이 사용되는 세라믹이 주로 사용되기 때문에 패치 안테나를 세라믹 패치 안테나라고도 한다.
상부 패치 및 하부 패치의 형상은 사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 고리형 등 다양한 형상으로 형성되는데, 주로 사각형 또는 원형이 사용된다. 이때, 상부 패치 및 하부 패치는 세라믹 유전체와의 도전율이 높은 도전성 재질로 형성된다. 상부 패치 및 하부 패치의 구조로는 멀티레이어(multilayer), 벌크 타입(bulk type) 등이 있다.
최근에는, 자동차, 드론 등의 경량화 추세에 따라 패치 안테나의 경량화가 요구되고 있으나, 패치 안테나는 경량화되는 경우 반사 손실, 이득(Gain) 등의 안테나 특성이 저하되는 문제점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진　종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허 제10-2015-0012632(명칭: 차량용 패치 안테나)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유전체, 상부 패치 및 하부 패치에 홈을 형성하여 경량화하면서 안테나 성능을 유지하도록 한 경량 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 복수의 유전체 홈이 형성된 유전체, 유전체의 상부에 배치되고, 유전체 홈과 중첩되는 위치에 상부 홈이 형성된 상부 패치 및 유전체의 하부에 배치되고, 유전체 홈과 중첩되는 위치에 하부 홈이 형성된 하부 패치를 포함한다.
유전체는 유전체의 제1 변에 형성된 제1 유전체 홈 및 유전체의 제2 변에 형성되고, 유전체의 중심점을 사이에 두고 제1 유전체 홈과 대향 배치된 제2 유전체 홈을 포함할 수 있다. 유전체는 유전체의 제3 변에 형성된 제3 유전체 홈, 유전체의 제4 변에 형성되고, 유전체의 중심점을 사이에 두고 제3 유전체 홈과 대향 배치된 제4 유전체 홈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 복수의 유전체 홈은 유전체의 외주에서 유전체의 중심점 방향으로 파인 형상일 수 있다.
상부 패치는 상부 패치의 제1 변에 형성되고, 유전체에 형성된 제1 유전체 홈과 중첩된 제1 상부 홈 및 상부 패치의 제2 변에 형성되고, 상부 패치의 중심점을 사이에 두고 제1 상부 홈과 대향 배치되고, 유전체에 형성된 제2 유전체 홈과 중첩된 제2 상부 홈을 포함할 수 있다. 상부 패치는 상부 패치의 제3 변에 형성되고, 유전체에 형성된 제3 유전체 홈과 중첩된 제3 상부 홈, 상부 패치의 제4 변에 형성되고, 상부 패치의 중심점을 사이에 두고 제3 상부 홈과 대향 배치되고, 유전체에 형성된 제4 유전체 홈과 중첩된 제4 상부 홈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 상부 홈은 상부 패치의 외주에서 상부 패치의 중심점 방향으로 파인 형상일 수 있다.
하부 패치는 하부 패치의 제1 변에 형성되고, 유전체에 형성된 제1 유전체 홈과 중첩된 제1 하부 홈 및 하부 패치의 제2 변에 형성되고, 하부 패치의 중심점을 사이에 두고 제1 하부 홈과 대향 배치되고, 유전체에 형성된 제2 유전체 홈과 중첩된 제2 하부 홈을 포함할 수 있다. 하부 패치는 하부 패치의 제3 변에 형성되고, 유전체에 형성된 제3 유전체 홈과 중첩된 제3 하부 홈, 하부 패치의 제4 변에 형성되고, 하부 패치의 중심점을 사이에 두고 제3 하부 홈과 대향 배치되고, 유전체에 형성된 제4 유전체 홈과 중첩된 제4 하부 홈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이때, 하부 홈은 하부 패치의 외주에서 하부 패치의 중심점 방향으로 파인 형상일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 유전체, 유전체의 상면에 적층된 상부 패치, 유전체의 하면에 적층된 하부 패치 및 유전체, 상부 패치 및 하부 패치가 적층된 적층체의 외주에서 적층체의 일부를 제거하여 형성된 복수의 경량화 홈을 포함한다. 이때, 경량화 홈은 적층체의 외주에서 적층체의 중심점 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 적층체의 제1 변에 형성된 제1 경량화 홈 및 제1 변과 대향 배치된 적층체의 제2 변에 형성되고, 제1 경량화 홈과 대향 배치된 제2 경량화 홈을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 양단이 제1 변 및 제2 변의 제1 단부에 각각 연결된 적층체의 제3 변에 형성된 제3 경량화 홈 및 제3 변과 대향 배치된 적층체의 제4 변에 형성되고, 제3 경량화 홈과 대향 배치된 제4 경량화 홈 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이때, 경량화 홈의 장축 길이와 경량화 홈의 단축 길이의 비율은 8:5이고, 경량화 홈의 장축과 평행한 적층체의 변 길이와 경량화 홈의 장축 길이의 비율은 25:8이고, 경량화 홈의 단축과 평행한 적층체의 변 길이와 경량화 홈의 단축 길이의 비율은 5:1일 수 있다.
본 발명에 의하면, 경량 패치 안테나는 복수의 홈이 형성된 유전체, 상부 패치 및 하부 패치를 적층하여 안테나의 일부를 제거한 형태의 경량화 홈을 형성함으로써, 종래의 패치 안테나에 비해 무게를 감소시키면서 종래의 패치 안테나와 동등한 안테나 성능을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 경량 패치 안테나는 중심점을 사이에 두고 대향되는 네 개의 경량화 홈을 형성함으로써, 종래의 패치 안테나에 비해 대략 20% 내지 30% 정도 무게를 경량화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 유전체를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 상부 패치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1의 하부 패치를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나를 경량화하기 위한 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 도 5의 경량화 홈을 설명하기 위한 도면.
도 8 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나를 경량화하기 위한 다른 구조를 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나의 안테나 성능을 종래의 패치 안테나와 비교 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 유전체(100), 유전체(100)의 상부에 배치된 상부 패치(200) 및 유전체(100)의 하부에 배치된 하부 패치(300)를 포함하여 구성된다.
유전체(100)는 유전율을 갖는 유전체(100) 또는 자성체로 구성된다. 유전체(100)는 고유전율 및 낮은 열팽창계수 등의 특성이 있는 세라믹으로 구성되는 유전체(100) 기판으로 구성될 수 있다. 유전체(100)는 페라이트 등의 자성체로 구성되는 자성체 기판으로 구성될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 유전체(100)에는 제1 급전 홀(420), 제1 유전체 홈(120), 제2 유전체 홈(140), 제3 유전체 홈(160) 및 제4 유전체 홈(180)이 형성된다.
제1 급전 홀(420)은 유전체(100)를 관통하여 형성된다. 제1 급전 홀(420)은 유전체(100)의 중심점과 소정 간격 이격된 위치에서 유전체(100)를 관통하여 형성된다.
제1 유전체 홈(120)은 유전체(100)의 일부를 제거하여 형성된다. 제1 유전체 홈(120)은 유전체(100)의 제1 변에서 유전체(100)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 유전체 홈(140)은 유전체(100)의 일부를 제거하여 형성된다. 제2 유전체 홈(140)은 유전체(100)의 제2 변에서 유전체(100)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제2 변은 유전체(100)의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되고, 제2 유전체 홈(140)은 유전체(100)의 중심점을 사이에 두고 제1 유전체 홈(120)과 대향 배치된다.
제3 유전체 홈(160)은 유전체(100)의 일부를 제거하여 형성된다. 제3 유전체 홈(160)은 유전체(100)의 제1 변에서 유전체(100)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제4 유전체 홈(180)은 유전체(100)의 일부를 제거하여 형성된다. 제4 유전체 홈(180)은 유전체(100)의 제4 변에서 유전체(100)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제4 변은 유전체(100)의 중심점을 사이에 두고 제3 변과 대향되고, 제4 유전체 홈(180)은 유전체(100)의 중심점을 사이에 두고 제3 유전체 홈(160)과 대향 배치된다.
상부 패치(200)는 유전체(100)의 상부에 배치된다. 상부 패치(200)는 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질의 박판으로 구성된다.
경량 패치 안테나에는 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)를 관통하여 형성된 급전 홀(400)이 형성된다. 급전 홀(400)에는 상부 패치(200)의 급전을 위한 급전 핀(미도시)이 관통 삽입된다. 상부 패치(200)는 급전 핀(미도시)을 통해 급전되어 GPS 신호, 글로나스 신호 등을 수신하는 방사체로 동작한다.
한편, 경량 패치 안테나가 급전 홀(400)이 형성되지 않는 구조이면, 상부 패치(200)는 유전체(100)의 하부에 배치되는 급전 점(미도시)과의 전자기적 커플링을 통해 급전되어 방사체로 동작할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상부 패치(200)에는 제2 급전 홀(440), 제1 상부 홈(220), 제2 상부 홈(240), 제3 상부 홈(260) 및 제4 상부 홈(280)이 형성된다.
제2 급전 홀(440)은 상부 패치(200)를 관통하여 형성된다. 제2 급전 홀(440)은 상부 패치(200)의 중심점과 소정 간격 이격된 위치에서 상부 패치(200)를 관통하여 형성된다.
제1 상부 홈(220)은 상부 패치(200)의 일부를 제거하여 형성된다. 제1 상부 홈(220)은 상부 패치(200)의 제1 변에서 상부 패치(200)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 상부 홈(240)은 상부 패치(200)의 일부를 제거하여 형성된다. 제2 상부 홈(240)은 상부 패치(200)의 제2 변에서 상부 패치(200)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제2 변은 상부 패치(200)의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되고, 제2 상부 홈(240)은 상부 패치(200)의 중심점을 사이에 두고 제1 상부 홈(220)과 대향 배치된다.
제3 상부 홈(260)은 상부 패치(200)의 일부를 제거하여 형성된다. 제3 상부 홈(260)은 상부 패치(200)의 제1 변에서 상부 패치(200)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제4 상부 홈(280)은 상부 패치(200)의 일부를 제거하여 형성된다. 제4 상부 홈(280)은 상부 패치(200)의 제4 변에서 상부 패치(200)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제4 변은 상부 패치(200)의 중심점을 사이에 두고 제3 변과 대향되고, 제4 상부 홈(280)은 상부 패치(200)의 중심점을 사이에 두고 제3 상부 홈(260)과 대향 배치된다.
하부 패치(300)는 유전체(100)의 하면에 배치된다. 즉, 하부 패치(300)는 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질의 박판으로 구성된다. 하부 패치(300)는 유전체(100)의 하면보다 좁은 면적을 갖도록 형성되되 상부 패치(200)보다 넓은 면적을 갖도록 형성된다. 이때, 하부 패치(300)는 그라운드를 형성하기 위해 일정 이상의 면적 확보가 필요하기 때문에 유전체(100)의 하면 전체에 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 하부 패치(300)에는 제3 급전 홀(460), 제1 하부 홈(320), 제2 하부 홈(340), 제3 하부 홈(360) 및 제4 하부 홈(380)이 형성된다.
제3 급전 홀(460)은 하부 패치(300)를 관통하여 형성된다. 제3 급전 홀(460)은 하부 패치(300)의 중심점과 소정 간격 이격된 위치에서 하부 패치(300)를 관통하여 형성된다.
제1 하부 홈(320)은 하부 패치(300)의 일부를 제거하여 형성된다. 제1 하부 홈(320)은 하부 패치(300)의 제1 변에서 하부 패치(300)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 하부 홈(340)은 하부 패치(300)의 일부를 제거하여 형성된다. 제2 하부 홈(340)은 하부 패치(300)의 제2 변에서 하부 패치(300)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제2 변은 하부 패치(300)의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되고, 제2 하부 홈(340)은 하부 패치(300)의 중심점을 사이에 두고 제1 하부 홈(320)과 대향 배치된다.
제3 하부 홈(360)은 하부 패치(300)의 일부를 제거하여 형성된다. 제3 하부 홈(360)은 하부 패치(300)의 제1 변에서 하부 패치(300)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제4 하부 홈(380)은 하부 패치(300)의 일부를 제거하여 형성된다. 제4 하부 홈(380)은 하부 패치(300)의 제4 변에서 하부 패치(300)의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다. 이때, 제4 변은 하부 패치(300)의 중심점을 사이에 두고 제3 변과 대향되고, 제4 하부 홈(380)은 하부 패치(300)의 중심점을 사이에 두고 제3 하부 홈(360)과 대향 배치된다.
여기서, 제1 급전 홀(420), 제2 급전 홀(440) 및 제3 급전 홀(460)은 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 서로 중첩되어 급전 핀이 관통 배치되는 급전 홀(400)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라, 경량 패치 안테나에는 제1 경량화 홈(520), 제2 경량화 홈(540), 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈이 형성된다.
제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제1 유전체 홈(120), 제1 상부 홈(220) 및 제1 하부 홈(320)이 중첩되어 제1 경량화 홈(520)을 형성한다. 제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 제1 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제2 유전체 홈(140), 제2 상부 홈(240) 및 제2 하부 홈(340)이 중첩되어 제2 경량화 홈(540)을 형성한다. 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 제2 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 변은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되는 변이므로, 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치된다.
제3 경량화 홈(560)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제3 유전체 홈(160), 제3 상부 홈(260) 및 제3 하부 홈(360)이 중첩되어 제3 경량화 홈(560)을 형성한다. 제3 경량화 홈(560)은 경량 패치 안테나의 제3 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제4 경량화 홈은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제4 유전체 홈(180), 제4 상부 홈(280) 및 제4 하부 홈(380)이 중첩되어 제4 경량화 홈을 형성한다. 제4 경량화 홈은 경량 패치 안테나의 제4 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제4 변은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 제3 변과 대향되므로, 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치된다.
도 6을 참조하면, 유전체(100)의 변 길이와 경량화 홈의 장축(LS, major axis) 길이는 대략 25 대 8 정도의 비율을 갖도록 형성되고, 유전체(100)의 변 길이와 경량화 홈의 단축(SS, minor axis) 길이는 대략 5 대 1 정도의 비율을 갖도록 형성된다. 이에, 경량화 홈은 장축(LS)과 단축(SS)이 대략 8 대 5 정도의 비율을 갖도록 형성된다. 이때, 유전체(100)와 경량화 홈의 길이 비율을 유전체(100)를 구성하는 복수의 변들 중에서 경량화 홈의 장축(LS)과 평행한 변(S1)의 길이와 경량화 홈의 장축(LS) 길이 사이의 비율을 의미하고, 유전체(100)를 구성하는 복수의 변들 중에서 경량화 홈의 단축(SS)과 평행한 변(S2)의 길이와 경량화 홈의 단축 길이 사이의 비율을 의미한다.
일례로, 도 7을 참조하면, 유전체(100)의 가로 길이 및 세로 길이가 대략 25mm 정도이면, 제1 경량화 홈(520)의 장축(LS)은 대략 8mm 정도의 길이를 갖고, 제1 경량화 홈(520)의 단축(SS)은 대략 5mm 정도의 길이를 갖는다.
이처럼, 경량 패치 안테나는 홈이 형성된 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층되어 패치 안테나의 일부를 제거한 형태의 제1 경량화 홈(520) 내지 제4 경량화 홈이 형성됨으로써, 종래의 패치 안테나에 비해 대략 20% 내지 30% 정도의 무게를 감소시켜 경량화된 패치 안테나를 제공할 수 있다.
이상에서 경량화를 위해 경량 패치 안테나에 4개의 경량화 홈이 형성된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치되는 한 쌍의 경량화 홈을 포함하여 구성될 수도 있다.
일례로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 경량 패치 안테나에는 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)이 형성된다.
제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제1 유전체 홈(120), 제1 상부 홈(220) 및 제1 하부 홈(320)이 중첩되어 제1 경량화 홈(520)을 형성한다. 제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 제1 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제2 유전체 홈(140), 제2 상부 홈(240) 및 제2 하부 홈(340)이 중첩되어 제2 경량화 홈(540)을 형성한다. 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 제2 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 변은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되는 변이므로, 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치된다.
여기서, 도 8 및 도 9에서는 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)이 형성된 경량 패치 안테나를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 경량 패치 안테나에는 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈이 형성될 수도 있다.
경량 패치 안테나는 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치되는 한 쌍의 경량화 홈과 다른 하나의 경량화 홈을 포함하여 세 개의 경량화 홈을 포함하여 구성될 수도 있다.
일례로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 경량 패치 안테나에는 제1 경량화 홈(520), 제2 경량화 홈(540) 및 제3 경량화 홈(560)이 형성된다.
제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제1 유전체 홈(120), 제1 상부 홈(220) 및 제1 하부 홈(320)이 중첩되어 제1 경량화 홈(520)을 형성한다. 제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 제1 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제2 유전체 홈(140), 제2 상부 홈(240) 및 제2 하부 홈(340)이 중첩되어 제2 경량화 홈(540)을 형성한다. 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 제2 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
제2 변은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 제1 변과 대향되는 변이므로, 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치된다.
제3 경량화 홈(560)은 경량 패치 안테나의 일부를 제거하여 형성된다. 이때, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층됨에 따라 제3 유전체 홈(160), 제3 상부 홈(260) 및 제3 하부 홈(360)이 중첩되어 제3 경량화 홈(560)을 형성한다. 제3 경량화 홈(560)은 경량 패치 안테나의 제3 변에서 경량 패치 안테나의 내부 방향(또는 중심점 방향)으로 파인 형상을 갖는다.
여기서, 도 10 및 도 11에서는 제1 경량화 홈(520), 제2 경량화 홈(540) 및 제3 경량화 홈(560)이 형성된 경량 패치 안테나를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 경량 패치 안테나에는 제1 경량화 홈(520), 제2 경량화 홈(540) 및 제4 경량화 홈이 형성되거나, 제1 경량화 홈(520), 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈이 형성되거나, 제2 경량화 홈(540), 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈이 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나는 중심점을 사이에 두고 서로 대향 배치되는 한 쌍의 경량화 홈을 포함하며, 실장되는 기기에서 요구되는 무게에 따라 경량화 홈이 추가로 형성될 수 있다.
경량 패치 안테나는 다양한 형상의 경량화 홈이 형성될 수 있다. 이때, 경량화 홈은 라운드 사각형, 원형, 타원형 등과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 경량화 홈의 형상은 경량 패치 안테나를 상부(또는 하부)에서 바라볼 때의 형상이다.
일례로, 도 12 및 도 13을 참조하면, 경량 패치 안테나에는 라운드 사각형 형상의 경량화 홈이 형성될 수 있다. 유전체(100) 홈, 상부 홈 및 하부 홈은 네 개의 꼭지점을 갖는 직사각형 형상으로 형성된다. 이때, 유전체(100) 홈, 상부 홈 및 하부 홈은 경량 패치 안테나의 중심점 방향으로 배치된 두 꼭지점이 원호 형상으로 형성되어 라운드 사각형 형상으로 형성된다. 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층되어 경량 패치 안테나를 구성함에 따라, 제1 경량화 홈(520) 내지 제4 경량화 홈은 라운드 사각형 형상으로 형성된다.
다른 일례로, 도 14 및 도 15를 참조하면, 경량 패치 안테나에는 타원형(원형) 형상의 경량화 홈이 형성될 수 있다. 유전체(100) 홈, 상부 홈 및 하부 홈은 타원형(원형)의 절반 정도를 갖는 반타원형(반원형) 형상으로 형성된다. 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층되어 경량 패치 안테나를 구성함에 따라, 제1 경량화 홈(520) 내지 제4 경량화 홈은 반타원형 또는 반원형 형상으로 형성된다.
경량 패치 안테나는 모서리에 경량화 홈이 형성될 수도 있다. 일례로, 도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 유전체 홈(120)은 유전체(100)의 제1 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제2 유전체 홈(140)은 유전체(100)의 제2 변과 제3 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다. 제3 유전체 홈(160)은 유전체(100)의 제1 변과 제2 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제4 유전체 홈(180)은 유전체(100)의 제3 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다.
제1 상부 홈(220)은 상부 패치(200)의 제1 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제2 상부 홈(240)은 상부 패치(200)의 제2 변과 제3 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다. 제3 상부 홈(260)은 상부 패치(200)의 제1 변과 제2 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제4 상부 홈(280)은 상부 패치(200)의 제3 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다.
제1 하부 홈(320)은 하부 패치(300)의 제1 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제2 하부 홈(340)은 하부 패치(300)의 제2 변과 제3 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다. 제3 하부 홈(360)은 하부 패치(300)의 제1 변과 제2 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제4 하부 홈(380)은 하부 패치(300)의 제3 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다.
유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층되어 경량 패치 안테나를 구성함에 따라, 경량 패치 안테나는 네 개의 모서리가 일부 제거되어 더하기 기호 형상으로 형성된다.
이때, 경량 패치 안테나는 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)에 대응되는 제1 변, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)의 제2 변에 대응되는 제2 변, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)의 제3 변에 대응되는 제3 변, 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)의 제4 변에 대응되는 제4 변을 갖는 것으로 가정한다.
이 경우, 제1 경량화 홈(520)은 경량 패치 안테나의 제1 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 제2 변과 제3 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다. 제3 경량화 홈(560)은 경량 패치 안테나의 제1 변과 제2 변의 모서리를 일부 제거하여 형성되고, 제4 경량화 홈은 경량 패치 안테나의 제3 변과 제4 변의 모서리를 일부 제거하여 형성된다.
이에, 제1 경량화 홈(520) 및 제2 경량화 홈(540)은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 대향 배치되고, 제3 경량화 홈(560) 및 제4 경량화 홈은 경량 패치 안테나의 중심점을 사이에 두고 대향 배치된다.
이처럼, 경량 패치 안테나는 홈이 형성된 유전체(100), 상부 패치(200) 및 하부 패치(300)가 적층되어 패치 안테나의 일부를 제거한 형태의 제1 경량화 홈(520) 내지 제4 경량화 홈이 형성됨으로써, 종래의 패치 안테나에 비해 대략 20% 내지 30% 정도의 무게를 감소시켜 경량화된 패치 안테나를 제공할 수 있다.
도 18은 경량화 홈이 형성되지 않은 종래의 패치 안테나와 본 발명의 실시 예에 따른 경량 패치 안테나의 반사 손실과 정점 이득(Gain Zenith)을 측정한 데이터이다. 이때, 도 18에 도시된 반사 손실과 정점 이득은 GPS와 GNSS의 주요 주파수 대역인 1575Mhz 및 1602MHz에서 수회 반복하여 측정한 평균값이다.
반사 손실에 있어, 경량 패치 안테나는 1575Mhz 주파수 대역에서 종래의 패치 안테나에 비해 대략 0.16 정도 크며, 1602MHz 주파수 대역에서 종래의 패치 안테나에 비해 대략 1.56 정도 작다. 일반적으로, 반사 손실이 10dB 이상이면 수치가 증가하더라도 안테나의 성능에 미치는 영향이 미미하기 때문에 경량 패치 안테나는 종래의 패치 안테나와 동등한 수준의 반사 손실 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
정점 이득에 있어, 경량 패치 안테나는 1575Mhz 주파수 대역에서 종래의 패치 안테나에 비해 대략 1.08 정도 작고, 1602MHz 주파수 대역에서 종래의 패치 안테나에 비해 대략 1.12 정도 작다. 일반적으로, 정점 이득은 -3dBic 이상이면 GPS, GNSS의 위성 안테나로 사용할 수 있기 때문에, 경량 패치 안테나는 종래의 패치 안테나에 비해 정점 이득이 다소 저하되지만 위성 안테나 사용하기에는 충분함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 유전체 200: 상부 패치
300: 하부 패치 400: 급전 홀
520: 제1 경량화 홈 540: 제2 경량화 홈
560: 제3 경량화 홈 580: 제4 경량화 홈

Claims (20)

  1. 복수의 유전체 홈이 형성된 유전체;
    상기 유전체의 상부에 배치되고, 상기 복수의 유전체 홈과 중첩되는 위치에 복수의 상부 홈이 형성된 상부 패치; 및
    상기 유전체의 하부에 배치되고, 상기 복수의 유전체 홈과 중첩되는 위치에 복수의 하부 홈이 형성된 하부 패치를 포함하고,
    상기 유전체, 상기 상부 패치 및 상기 하부 패치가 적층됨에 따라 유전체 홈, 상부 홈 및 하부 홈이 중첩되어 경량화 홈을 형성하는 경량 패치 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는,
    상기 유전체의 제1 변에 형성된 제1 유전체 홈; 및
    상기 유전체의 제2 변에 형성되고, 상기 유전체의 중심점을 사이에 두고 상기 제1 유전체 홈과 대향 배치된 제2 유전체 홈을 포함하는 경량 패치 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유전체는,
    상기 유전체의 제3 변에 형성된 제3 유전체 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체는,
    상기 유전체의 제4 변에 형성되고, 상기 유전체의 중심점을 사이에 두고 상기 제3 유전체 홈과 대향 배치된 제4 유전체 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 홈은 상기 유전체의 외주에서 상기 유전체의 중심점 방향으로 파인 형상인 경량 패치 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 패치는,
    상기 상부 패치의 제1 변에 형성되고, 상기 유전체에 형성된 제1 유전체 홈과 중첩된 제1 상부 홈; 및
    상기 상부 패치의 제2 변에 형성되고, 상기 상부 패치의 중심점을 사이에 두고 상기 제1 상부 홈과 대향 배치되고, 상기 유전체에 형성된 제2 유전체 홈과 중첩된 제2 상부 홈을 포함하는 경량 패치 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 패치는,
    상기 상부 패치의 제3 변에 형성되고, 상기 유전체에 형성된 제3 유전체 홈과 중첩된 제3 상부 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 패치는,
    상기 상부 패치의 제4 변에 형성되고, 상기 상부 패치의 중심점을 사이에 두고 상기 제3 상부 홈과 대향 배치되고, 상기 유전체에 형성된 제4 유전체 홈과 중첩된 제4 상부 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 홈은 상기 상부 패치의 외주에서 상기 상부 패치의 중심점 방향으로 파인 형상인 경량 패치 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 패치는,
    상기 하부 패치의 제1 변에 형성되고, 상기 유전체에 형성된 제1 유전체 홈과 중첩된 제1 하부 홈; 및
    상기 하부 패치의 제2 변에 형성되고, 상기 하부 패치의 중심점을 사이에 두고 상기 제1 하부 홈과 대향 배치되고, 상기 유전체에 형성된 제2 유전체 홈과 중첩된 제2 하부 홈을 포함하는 경량 패치 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부 패치는,
    상기 하부 패치의 제3 변에 형성되고, 상기 유전체에 형성된 제3 유전체 홈과 중첩된 제3 하부 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하부 패치는,
    상기 하부 패치의 제4 변에 형성되고, 상기 하부 패치의 중심점을 사이에 두고 상기 제3 하부 홈과 대향 배치되고, 상기 유전체에 형성된 제4 유전체 홈과 중첩된 제4 하부 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하부 홈은 상기 하부 패치의 외주에서 상기 하부 패치의 중심점 방향으로 파인 형상인 경량 패치 안테나.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 경량화 홈은 상기 유전체, 상기 상부 패치 및 상기 하부 패치가 적층된 적층체의 외주에서 상기 적층체의 중심점 방향으로 형성된 경량 패치 안테나.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 제1 유전체 홈, 상기 상부 패치의 제1 상부 홈 및 상기 하부 패치의 제1 하부 홈이 중첩되어 구성되고, 상기 유전체, 상기 상부 패치 및 상기 하부 패치가 적층된 적층체의 제1 변에 형성된 제1 경량화 홈; 및
    상기 유전체의 제2 유전체 홈, 상기 상부 패치의 제2 상부 홈 및 상기 하부 패치의 제2 하부 홈이 중첩되어 구성되고, 상기 제1 변과 대향 배치된 상기 적층체의 제2 변에 형성되고, 상기 제1 경량화 홈과 대향 배치된 제2 경량화 홈을 포함하는 경량 패치 안테나.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유전체의 제3 유전체 홈, 상기 상부 패치의 제3 상부 홈 및 상기 하부 패치의 제3 하부 홈이 중첩되어 구성되고, 양단이 상기 제1 변 및 상기 제2 변의 제1 단부에 각각 연결된 상기 적층체의 제3 변에 형성된 제3 경량화 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유전체의 제4 유전체 홈, 상기 상부 패치의 제4 상부 홈 및 상기 하부 패치의 제4 하부 홈이 중첩되어 구성되고, 상기 제3 변과 대향 배치된 상기 적층체의 제4 변에 형성되고, 상기 제3 경량화 홈과 대향 배치된 제4 경량화 홈을 더 포함하는 경량 패치 안테나.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 경량화 홈의 장축 길이와 상기 경량화 홈의 단축 길이의 비율은 8:5인 경량 패치 안테나.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 유전체, 상기 상부 패치 및 상기 하부 패치가 적층되어 적층체를 구성하고,
    상기 경량화 홈의 장축과 평행한 상기 적층체의 변 길이와 상기 경량화 홈의 장축 길이의 비율은 25:8이고, 상기 경량화 홈의 단축과 평행한 상기 적층체의 변 길이와 상기 경량화 홈의 단축 길이의 비율은 5:1인 경량 패치 안테나.
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