KR20090014277A - 평면 구조를 갖는 다층 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음과 같은 특징들을 포함하는 평탄 구조를 갖는 다층 안테나에 관한 것이다: 도전성 접지 면(3)이 제공되고, 전도성 방사 면(7)이 제공되며, 상기 전도성 방사 면은 접지 면(3)에 대하여 측면 간격을 두고 배치되어 있고 상기 접지 면에 대하여 실제로 평행하게 진행하며, 유전성 캐리어가 제공되고, 상기 유전성 캐리어는 접지 면(3)과 방사 면(7) 사이에 배치되어 있으며, 상기 방사 면(7) 위에는 지지 장치(19)가 제공되어 있고, 상기 지지 장치(19) 위에는 도전성 패치 소자(13)가 제공되어 있으며, 상기 지지 장치(19)는 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)보다 작은 두께 또는 높이를 갖는다.

Description

평면 구조를 갖는 다층 안테나 {MULTILAYER ANTENNA HAVING A PLANAR DESIGN}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 평탄 구조를 갖는 다층 안테나에 관한 것이다.

패치 안테나 또는 소위 마이크로스트립-안테나는 충분히 공지되어 있다. 상기 안테나들은 통상적으로 도전성 베이스 면, 상기 베이스 면 위에 배치된 유전성 캐리어 재료 그리고 상기 유전성 캐리어 재료의 상부 면에 제공된 도전성 방사 면을 포함한다. 상부 방사 면은 일반적으로 전술된 평면 및 층에 대하여 가로로 진행하는 전력 공급 라인에 의해서 여기 된다. 접속 케이블로서는 다른 무엇보다도 동축 케이블이 이용되며, 상기 동축 케이블의 외부 도체는 한 접속부에서 접지 도체에 전기적으로 접속된 반면, 상기 동축 케이블의 내부 도체는 위에 있는 방사 면에 전기적으로 접속되어 있다.

평면 구조의 다층 안테나는 예를 들어 소위 "스택"-패치 안테나로서 공지되어 있다. 이와 같은 타입의 안테나에 의해서는 상기와 같은 방식의 안테나의 대역 폭을 높일 수 있거나 또는 두 가지 이상의 주파수 영역으로의 공진을 보장할 수 있다. 이와 같은 방식의 안테나에 의해서는 안테나 수득도 개선될 수 있다.

공개문 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. AP-27, NO. 2, MARCH 1979, 270-273 페이지에 따르면, 두 가지 주파수 영역으로의 공진을 가능케 하는 다층 패치 안테나가 기재되어 있다. 상기 간행물에서 패치 안테나는 예를 들어 아래에 놓인 접지 면 그리고 상기 접지 면에 대하여 변위 배치된 및 전력 공급 라인을 통해서 여기 되는 방사 면 이외에, 방사 면 위에서 상기 방사 면에 대하여 측방으로 변위 배치된 패치 면을 갖는다. 접지 면과 방사 면 사이에 있는 캐리어 재료 그리고 방사 면과 그 위에 놓인 패치 면 사이에 있는 캐리어 재료는 각각 동일한 유전 상수를 갖는 기판으로 이루어진다.

상이한 유전 상수를 갖는 캐리어 층을 갖춘 패치 안테나는 예를 들어 공개문 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 47, NO. 12, DECEMBER 1999, 1780-1784 페이지에 공지되어 있다. 상부 금속 면(패치 면)을 위한 상부 캐리어 층으로서는 포움(foam)이 이용된다. 상부 패치 면과 그 아래에 놓인 방사 면의 간격은 방사 면과 하부 접지 면의 간격에 상응한다.

다층 패치 안테나에 의해서 안테나 수득이 증가할 수 있다는 사실은 다른 무엇보다도 사전 공개문 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 47, NO. 12, DECEMBER 1999, 1767-1771 페이지에 공지된 내용으로서 인용될 수 있다.

마지막으로, 다층 구조를 갖는 동류의 안테나는 예를 들어 US 5,880,694 A호에 공지되어 있다. 상기 안테나는 하부 접지 면 및 그 위에 놓인 유전성 캐리어 몸체를 포함하며, 상기 유전성 캐리어 몸체의 상부 면에는 방사 면이 존재한다. 방사 면 위에는 추가의 유전성 몸체가 배치되어 있고, 상기 추가의 유전성 몸체상 에서 하부 접지 면에 대하여 떨어져 있는 측에는 도전성 패치 면이 제공되어 있다.

사전에 공지된 상기와 같은 모든 안테나 어레이에서의 단점은 비교적 복잡한 구조다. 접지 면, 상기 접지 면 상에 있는 전기 캐리어 몸체(기판) 및 상기 기판 위에 있는 방사 면을 갖는 통상적인 패치 안테나를 사용하는 경우에는, 상기와 같은 안테나를 하나의 다층 안테나로 보완하는 것이 항상 복잡하다. 적어도 하나의 하부 접지면, 예컨대 세라믹과 같은 유전성 재료로 이루어진 기판, 및 상기 기판상에 있는 방사 면을 포함하는 통상적인 패치 안테나를 사용하는 경우에는, 상기 추가 유전성 지지층의 상부 면에 나중에 도전성 패치 면을 배치하기 위하여 경우에 따라서는 상이한 두께를 갖는 유전성 캐리어 층이 만들어질 수밖에 없고, 상기 유전성 캐리어 층이 예를 들어 통상적인 패치 안테나의 방사 면 상에 위치 설정되어 고정될 수밖에 없다. 상기와 같은 구조와 다르지만 마찬가지로 매우 복잡한 구조물, 예를 들어 안테나 하우징 - 상기 안테나 하우징 아래에는 통상적인 패치 안테나가 장치되어 있음 - 에 추가의 도전성 패치 면이 설치될 수 있으나, 이와 같은 구조도 마찬가지로 복잡한 추가의 구조적인 조치를 필요로 한다.

본 발명의 과제는, 공지된 전기적 특성들을 성취하기 위하여 방사 면 위에 제공된 패치 방사체를 구비하고, 전체적으로 더 단순하게 구성되었으며 그리고/또는 개선된 전기적 특성을 갖는 평면 구조의 개선된 다층 안테나, 특히 패치 안테나를 제조하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1에 제시된 특징들에 상응하게 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 제시되어 있다.

본 발명에 따른 해결책에 의해서는 다수의 장점들이 구현될 수 있다.

중요한 장점은 - 아주 놀랍게도 - 본 발명에 따른 안테나가 단순한 보통의 패치 안테나에 비해 훨씬 더 개선된 안테나 특성을 갖는다는 것이다. 더욱 놀라운 점은, 패치 안테나의 최상부에 제공된 방사선 구조물이 패치 안테나의 방사 면 위에 극도로 작은 간격을 두고 배치되어 있고, 한 바람직한 실시예에서는 심지어 그 아래에 있는 방사 면보다 더 큰 세로- 및 가로-연장부를 가질 수 있다는 것이다. 다시 말하자면, 상기와 같은 경우에는 최상부에 있는 패치 면이 방사선 다이어그램에 단점적인 영향을 미친다는 내용을 예상할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나의 추가의 중요한 장점은, 접지 면 및 방사 면 그리고 상기 접지 면과 방사 면 사이에 있는 유전체, 바람직하게는 예를 들어 소위 세라믹-패치 안테나를 갖추고 있고 구조적으로 변경될 필요가 없는 통상적인 패치 안테나가 아무 문제없이 사용될 수 있다는 것이다. 다만, 필요한 것은, 최상부에 있는 패치 면의 본 발명에 따른 3차원적인 도전성 구조물을 적합한 접착층 및/또는 고정 층에 의해서 통상적인 패치 안테나 상에 고정하는 것이다.

다른 말로 말하면, 상기 패치 면을 고정하기 위하여 추가의 캐리어 구조물 또는 후드가 전혀 필요 없다는 것이다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에서 통상적인 패치 안테나와 최상부에 있는 전도성 3차원 패치 소자 사이에서는 양면이 접착되는 접착 밴드의 형태로 된 또는 그와 대등한 접착 장치 혹은 점착 장치의 형태로 된 점착 층이 점착 구조물로서 사용되며, 그로 인해 최상부에 놓인 패치 소자는 종래의 패치 안테나 상에 아무 문제없이 고정될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 패치 안테나의 방사 면과 3차원 패치 소자의 간격은 0.5 mm보다, 특히 1 mm보다, 예를 들어 1.5 mm만큼 더 큰 간격을 갖는다. 이 간격은 더 클 수도 있지만, 기본적으로 다층 패치 안테나의 3차원 패치 소자와 방사 면 사이에 상기와 같이 작게 치수 설계된 간격은 완전히 충분하다.

패치 소자의 3차원 구조물은 예를 들어 소위 부피가 큰 벌크(bilk) 몸체에 의해서 구현될 수 있는데, 상기 벌크 몸체는 자신의 평탄한 연장부 외에 (예를 들어 종래의 소형 금속 플레이트 또는 금속 층과 대등하게) 추가로 1 mm 또는 수 mm의 훨씬 더 큰 높이 또는 두께를 갖는다.

하지만, 대안적으로는 예를 들어 방사 면 위에 배치된 상기와 같은 3차원 패치 소자에 전체적으로 또는 부분적으로 주변을 둘러싸는 에지 또는 돌출 에지가 설치됨으로써 3차원적인 구조물과 유사한 구조물이 구현될 수도 있다. 이와 같은 사실은 3차원 구조물을 구비한 패치 소자가 시트 또는 천공부에 의해서 형성될 수 있다는 가능성을 열어주는데, 상기 시트 또는 천공부 내에서는 평탄한 소자로부터 주변을 둘러싸는 에지 섹션이 위를 향해 세워지고, 상기 에지 섹션은 패치 소자에 대하여 가로로 그리고 바람직하게는 수직으로 정렬되어 있다. 에지에서는 개별 플랜지 섹션 또는 에지 섹션들이 서로 전기적으로 또는 갈바니 전기적으로 강제로 접속될 필요가 없다. 세워진 에지 소자로부터 이웃하는 에지 소자까지 제공되는 전기 접속은 실제로 그 아래에 있는 방사 면 및 접지 면과 평행하게 정렬된 패치 소자의 중앙 섹션을 통해서 이루어진다.

상기 3차원 구조물(상기 구조물이 선행 기술에 따라 사용되는 소형 금속 플레이트 또는 금속 박막에 비해 훨씬 더 큰 재료 두께 또는 재료 높이를 갖기 때문에 "3차원" 구조물이라 불림)은 전체 몸체가 반드시 소위 벌크 몸체로서 형성되어야 한다거나 또는 주변을 둘러싸는 전술한 에지가 반드시 패치 구조물의 전체 에지 영역에서 주변을 둘러싸도록 형성되어야만 한다는 요구를 하지는 않는다. 섹션 방식의 에지 소자 또는 돌출 소자로도 충분하다. 그와 마찬가지로 패치 면 자체 내에는 리세스 또는 심지어 예를 들어 그 아래에 있는 방사 면을 향하도록 배치된 패치 면의 오목한 형상부도 제공될 수 있다. 그러나 리세스가 패치 면 내에 형성될 수도 있는데, 상기 리세스는 예를 들어 주변을 둘러싸는 에지로부터 패치 면 안으로 돌출한다.

또한, 예를 들어 도전성 층으로 코팅되었고 플라스틱으로 이루어진 유전성 몸체의 사용도 가능하다. 예를 들어 바람직하게 0.5 mm 또는 1 mm 이상, 특히 1.5 mm 이상의 두께 또는 높이를 갖는 상기와 같은 "벌크 몸체"를 사용하는 경우에 상기 벌크 몸체는 적어도 방사 면과 평행한 측에, 바람직하게는 방사 면과 이웃하는 측에 그리고 주변을 둘러싸는 자신의 벽 섹션 혹은 에지 섹션에 도전성 층을 구비해야만 한다. 필요한 경우에는 패치 안테나의 방사(radiation) 면으로 변형된 비도전성 몸체의 상부 측에도 도전성 층이 제공될 수 있다.

본 발명의 추가의 장점, 세부 사항 및 특징들은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 선행 기술에 따른 종래의 패치 안테나의 개략적인 축 방향 횡단면도고,

도 2는 선행 기술에 공지된 도 1에 따른 패치 안테나의 개략적인 평면도며,

도 3은 본 발명에 따른 스택-패치 안테나의 개략적인 가로도 또는 측면도고,

도 4는 도 3에 따른 실시예의 개략적인 평면도며,

도 5는 위에 올려진 패치 소자를 위한 상이한 실시예를 갖는 본 발명에 따른 패치 안테나의 도 4에 상응하는 평면도고,

도 6은 상부 패치 소자를 위해 사용된 지지 장치를 재현하는 본 발명에 따른 패치 안테나의 도 3에 상응하는 측면도 또는 횡단면도며,

도 7은 도 6과 상이한 실시예의 개략적인 측면도 및/또는 횡단면도고,

도 8은 도 7에 따른 실시예에서의 추가 처리시에 적용되는 바와 같은 패치 소자의 개략적인 평면도며,

도 9a는 도 7과 상이한 실시예고,

도 9b는 도 9a에 따른 실시예의 평면도며,

도 10은 도 7, 도 9a 및 도 9b와 재차 상이한 실시예고,

도 11은 도 7, 도 9a, 도 9b 및 도 10과 재차 상이한 실시예며, 그리고

도 12는 훨씬 더 큰 높이 또는 두께의 패치 소자를 갖는 변형 실시예다.

도 1에는 통상적인 패치 방사체(A)(패치 안테나)의 기본 구조가 개략적인 측 면도로 도시되어 있고, 도 2에는 상기 기본 구조가 개략적인 평면도로 도시되어 있으며, 상기 구조는 도 4.3 이하를 참조하여 하나의 다층 패치 안테나(스택-패치-안테나)로 확장된다.

도 1 및 도 2에 도시된 패치 안테나는 축 방향 축(Z)을 따라 적층된 다수의 면 및 층을 포함하며, 상기 면 및 층은 이하에서 기술된다.

도 1에 따른 개략적인 횡단면도로부터는 패치 안테나(A)가 자신의 소위 하부 측 또는 설치 측(1)에 도전성 접지 면(3)을 갖는다는 것을 알 수 있다. 통상적으로 평면도로 볼 때 접지 면(3)의 외부 윤곽(3')에 상응하는 외부 윤곽(5')을 갖는 유전성 캐리어(5)가 접지 면(3) 상에 또는 상기 접지 면에 대하여 측방 변위된 상태로 배치되어 있다. 그러나 상기 유전성 캐리어(5)는 더 크게 또는 더 작게 치수 설계될 수도 있고 그리고/또는 접지 면(3)의 외부 윤곽(3')과 상이한 외부 윤곽(5')을 가질 수도 있다. 일반적으로 접지 면의 외부 윤곽(3')은 n-다각형일 수 있고 그리고/또는 심지어 통상적이지는 않지만 곡선의 섹션을 갖거나 또는 곡선으로 형성될 수 있다.

유전성 캐리어(5)는 일반적으로 접지 면(3) 두께의 수 배에 상응하는 충분한 높이 또는 두께를 갖는데, 다시 말하자면 거의 2차원 면으로만 이루어진 접지 면(3)과 달리 상기 유전성 캐리어(5)는 충분한 높이 및 두께를 갖는 3차원 몸체로 형성되었다.

(접지 면(3)에 대하여 이웃하여 배치될 수 있는) 하부 측(5b)에 마주 놓인 상부 측(5a)에는 도전성 방사 면(7)이 형성되어 있고, 상기 도전성 방사 면도 마찬 가지로 재차 거의 2차원 면으로서 이해될 수 있다. 상기 방사 면(7)은 전력 공급 라인(9)을 통해 전력을 공급받아 여기 되며, 상기 전력 공급 라인은 바람직하게 가로 방향으로, 특히 방사 면(7)에 대하여 수직으로 아래로부터 유전성 캐리어(5)를 거쳐 상응하는 보어 또는 상응하는 채널(5c) 내부로 뻗는다.

일반적으로 아래에 놓여 있고 도면에 상세하게 도시되지 않은 동축 케이블이 접속될 수 있는 접속부(11)에 의해서는 도면에 도시되지 않은 동축 케이블의 내부 도체가 전력 공급 라인(9)에 갈바니 전기적으로 그리고 그와 더불어 방사 면(7)에 접속되어 있다. 도면에 도시되지 않은 동축 케이블의 외부 도체는 아래에 놓인 접지 면(3)에 갈바니 전기적으로 접속되어 있다.

도 1 이하에 따른 실시예에는 유전체(5) 및 평면도로 볼 때 정방형의 형태를 갖는 패치 안테나가 기술되어 있다. 그러나 상기 형태 또는 상응하는 윤곽 또는 테두리 선(5')은 정방형의 형태로부터 벗어날 수도 있고, 일반적으로는 n-다각형의 형태를 가질 수 있다. 통상적이지는 않지만, 심지어는 곡선의 외부 한계가 제공될 수도 있다.

유전체(5) 상에 올려지는 방사 면(7)은 그 아래에 있는 유전체(5)와 동일한 윤곽 또는 테두리 선(7')을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서는 기본 형상도 마찬가지로 유전체(5)의 테두리 선(5')에 적응되어 정방형으로 형성되었으나, 마주 놓인 두 개의 단부에 평탄부(7")를 가지며, 상기 평탄부는 동일한 암으로 이루어진 직각 삼각형을 제거함으로써 형성되었다. 다시 말해, 일반적으로는 테두리 선(7')도 n-다각형의 테두리 선 혹은 윤곽이 될 수 있거나 또는 심지어는 곡선의 외부 한 계(7')를 가질 수 있다.

그러나 전술한 접지 면(3) 및 방사 면(7)도 부분적으로는 "2차원의" 면으로 표기되는데, 그 이유는 상기 면들이 "벌크 몸체"로 표기될 수 없을 정도로 상기 면들의 두께가 얇기 때문이다. 접지 면 및 방사 면(3, 7)의 두께는 통상적으로 1 mm 미만으로 변동되는데, 다시 말해 일반적으로는 0.5 mm 미만으로, 특히 0.25 mm 미만, 0.20 mm 미만, 0.10 mm 미만으로 변동된다.

예를 들어 통상적인 패치 안테나(A), 바람직하게는 소위 세라믹-패치 안테나(이 경우 유전체 캐리어 층(5)은 세라믹 재료로 이루어짐)로 이루어질 수 있는 상기와 같이 형성된 패치 안테나(A) 위에는, 도 3 및 도 4에 상응하는 본 발명에 따른 스택-패치 안테나의 경우에 상부 방사 면(7)에 대하여 측면 변위된 또는 높이 변위된 상태로 추가의 패치 소자(13)가 배치되어 있으며(도 3), 상기 패치 소자는 전술한 접지 면(3) 및 방사 면(7)에 대하여 확연하게 상이한, 다시 말해 확연하게 더 큰 높이 또는 두께를 갖는 3차원 구조물을 포함한다.

상기와 같이 형성된 스택-패치 안테나는 예를 들어 도 3에 단지 선으로만 표시된 섀시(B) 상에 위치 설정되어 있고, 상기 섀시는 예를 들어 자동차-안테나를 위한 베이스-섀시가 될 수 있으며, 상기 베이스-섀시 내에서는 본 발명에 따른 안테나가 경우에 따라 다른 서비스를 위한 추가의 안테나 옆에 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 스택-패치 안테나는 예를 들어 특히 정지(geostationary) 위치 설정을 위해서 그리고/또는 위성-서비스 혹은 지상-서비스의 수신을 위해서, 예를 들면 소위 SDARS-서비스의 수신을 위해서 사용될 수 있다. 하지만, 다른 서비스들을 위한 사용도 제한되지 않는다.

패치 소자(13)는 예를 들어 도전성 금속 몸체, 다시 말해 예를 들어 상응하는 세로- 및 가로 연장부 그리고 충분한 높이 또는 두께를 갖는 직육면체로 이루어질 수 있다.

그러나 도 4에 따른 평면도에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 패치 소자(13)는 직사각형 형태의 또는 정방형의 구조물로부터 벗어나는 테두리(13')를 가질 수도 있다. 다시 말하자면 공지된 바와 같이 에지 영역, 예를 들어 도 4에서 볼 수 있는 모서리 영역(13a)을 가공함으로써 패치 안테나의 소정의 적응이 실행될 수 있다.

도시된 실시예에서 패치 소자(13)는 세로 연장부 및 가로 연장부를 가지며, 상기 세로 연장부 및 가로 연장부는 한편으로는 방사 면(7)의 세로 연장부 및 가로 연장부보다 더 크고 그리고/또는 다른 한편으로는 유전성 캐리어(5)의 세로 연장부 및 가로 연장부 및/또는 그 아래에 있는 접지 면(3)의 세로 연장부 및 가로 연장부보다도 더 크다.

아주 일반적으로 패치 소자(13)는 전체적으로 또는 부분적으로 볼록한 또는 오목한 그리고/또는 그 밖의 곡선의 테두리 선 또는 n-다각형의 테두리를 갖거나 또는 도 5에 따른 변형 실시예에 대한 평면도에 개략적으로만 도시된 바와 같이 두 가지 형태가 혼합된 형태를 가질 수 있으며, 이 경우 패치 소자(13)는 불규칙한 외부 윤곽 또는 불규칙한 테두리(13')를 갖는다.

패치 소자(13)의 두께는 접지 면(3)의 두께 및/또는 방사 면(7)의 두께의 2 배, 3배, 4배 또는 5배 등의 치수를 가질 뿐만 아니라 다른 무엇보다도 10배, 20배, 30배, 40배, 50배, 60배, 70배, 80배, 90배 및/또는 100배 이상의 치수를 갖기도 한다.

도시된 실시예에서 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 상기 패치 소자(13)의 하부면(13b) 및 방사 면(7)의 상부면(7a)에 의해서 형성된 간격(17)과 같거나 상기 간격보다 더 크다.

다른 한편으로 상기 간격(17)은 또한 0.5 mm보다 작아서도 안 되는데, 바람직하게는 0.6 mm 이상, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm 또는 1 mm와 같거나 또는 그 이상이어야 한다. 1.5 mm 만큼의 값, 다시 말해 일반적으로 1 mm 내지 2 mm의 값 또는 1 mm 내지 3 mm의 값, 1 mm 내지 4 mm 또는 1 mm 내지 5 mm의 값은 완전히 충분하다.

다른 한편으로 3차원 패치 소자(13)의 높이 또는 두께가 바람직하게는 유전성 캐리어(15)의 높이 또는 두께(15)보다 더 작다는 것도 알 수 있다. 바람직하게 최상부에 놓인 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 캐리어 소자(5)의 높이 또는 두께(15)의 90 % 미만, 특히 80 %, 70 %, 60 %, 50 % 미만 또는 심지어 40 % 미만 그리고 경우에 따라서는 30 % 미만 또는 20 % 미만에 상응한다.

다른 한편으로 전술된 높이에 대한 사전 제한은 반드시 필요하지는 않다. 그렇기 때문에 3차원 패치 소자(13)의 높이 또는 두께(114)도 유전성 캐리어(5)의 두께보다 더 큰 그리고 특히 훨씬 더 큰 높이 또는 두께를 가질 수 있다. 다른 말로 말하자면 상기 캐리어 소자(5)의 높이 또는 두께(15)는 예를 들어 캐리어 소 자(5)의 높이 또는 두께(15)의 1.5배, 2배, 4배, 5배, 6배, 7배, 8배, 9배 및/또는 10배 이상에 상응하는 치수도 가질 수 있다.

다른 한편으로 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 바람직하게 방사 면(7)과 패치 소자(13)의 하부 면(13b)의 간격 치수(17)보다 더 커야 한다.

바람직하게는 지지 장치(19), 특히 유전성 지지 장치(19)가 사용되며, 상기 지지 장치를 통해 패치 소자(13)가 고정 및 지지된다. 상기 유전성 지지 장치(19)는 바람직하게 예를 들어 소위 양면이 접착되는 점착 층 및 조립 층(19')으로 형성될 수 있는 점착- 또는 조립 층(19')(도 6)으로 이루어진다. 이 목적을 위해서는 전술한 상응하는 두께를 갖는 통상적인 양면 접착식 접착 밴드 또는 양면 접착식 포움 밴드, 접착 패드 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 밴드 또는 패드는 전술한 패치 소자(13)가 통상적인 패치 안테나, 특히 통상적인 세라믹-패치 안테나의 상부 면에 고정 및 조립할 수 있는 간단한 가능성을 열어준다.

그러나 완전히 도전성인 금속 몸체를 패치 소자(13)로서 사용하는 대신에 예를 들어 도전성 외부 층의 적층에 의해 도전성 하부면(13b) 및 주변을 둘러싸는 도전성 측면 제한부(13c)가 제공된 플라스틱 몸체도 사용될 수 있다. 상기와 같이 형성된 비도전성 패치 소자(13)의 전체 표면에 주변을 둘러싸는 도전성 층이 제공될 수 있음에도 불구하고, 상부면(13d)은 반드시 도전성일 필요는 없다.

도 7을 참조한 변형예에서는 3차원 패치 소자(13)가 벌크 몸체로서 형성되지 않고, 오히려 주변을 둘러싸는 측면- 또는 에지 릿지(14)를 구비한 플레이트 모양의 패치 소자(13)로서 형성되었다.

이와 같은 형태의 패치 소자(13)는 예를 들어 도 8의 평면도에 도시된 바와 같이 금속 시트로부터 천공 및 에지 처리에 의해서 제조될 수 있다.

도 8은 예를 들어 거의 정방형 금속 부분의 테두리 선을 보여주고 있으며, 이 경우 모서리 영역에서는 모서리(25)가 펀칭 된다. 그 다음에 에지 선(27)을 따라서 상기와 같이 형성된 에지 영역 또는 에지 릿지(14)가 패치 소자(13)의 베이스 면(113)에 대하여 설치됨으로써, 상기 에지 영역 또는 에지 릿지(14)는 패치 소자(13)의 베이스 면에 대하여 가로로 그리고 바람직하게는 상기 베이스 면에 대하여 수직으로 진행하게 된다. 이와 같이 형성된, 원주 방향으로 상호 이웃하여 놓인 그리고 도시된 실시예에서는 상호 수직으로 진행하는 두 개의 에지 릿지(14) 사이의 절단 선은 자체 절단선 및/또는 접촉 선에서 납땜에 의해 서로 갈바니-전기적으로 연결될 필요가 없다. 패치 소자(13)의 평탄한 중앙 섹션(113)을 통한 전기 접속으로 충분하다.

이 경우에도 상기와 같이 형성된 패치 소자(13)의 하부면(13b)은 지지 장치에 의해서, 예를 들어 층 모양의 유전성 지지 장치(19)에 의해서 바람직하게는 점착- 또는 조립 캐리어(19')의 형태로 예를 들어 통상적인 패치 안테나(A)의 상부 면에 고정되며, 이 경우 통상적인 패치 안테나(A)의 자체 방사 면(7)의 상부면은 계속해서 유전체 층으로 코팅될 수 있으나 반드시 코팅될 필요는 없다.

도 9a를 참조하여 도시된 개략적인 횡단면도 그리고 도 9b를 참조하여 도시된 개략적인 평면도로부터는, 예를 들어 도 7 및 도 8을 참조하여 기술된 패치 소자(13)의 평탄한 하부 면(13b)에 리세스 또는 홀(29)이 제공될 수 있다는 내용을 알 수 있다. 상기 리세스 또는 상기 홀(29)은 바람직하게 일반적으로 납땜에 의해서 전력 공급 라인(9)이 방사 면(7)에 연결된 모든 영역에 제공되어 있다. 그 이유는 상기 장소에는 통상적으로 방사 면(7)의 표면 위로 돌출하는 납땜 융기부(31)가 형성되어 있기 때문이다. 심지어 단 하나의 매우 얇은 지지 장치(19)가 바람직하게 점착- 또는 조립 캐리어(91')의 형태로 사용되는 경우에는, 그로 인해 상기 장소에서 한편으로는 패치 소자(13)와 그 아래에 있는 일반적으로 통상적인 패치 안테나 사이에 바람직하게 점착- 및 조립 층(19')의 형태로 된 지지 장치(19)를 통해 우수한 기계적 점착 결합이 만들어질 수 있고, 다른 한편으로는 납땜 융기부(31)와 패치 소자(13) 사이의 전기적인 콘택팅이 확실하게 피해질 수 있다. 개관을 명확하게 할 목적으로 도 9a에서는 (그러나 아래에서 더 논의되는 도 10 및 도 11에서도 마찬가지로) 지지 장치(19)가 바람직하게 점착- 및/또는 조립 층(19')의 형태로 도시되어 있지 않다. 개관을 명확하게 하기 위하여 도 9b에서는 상부 패치(13)가 거의 "투명하게" 도시됨으로써, 전술한 리세스 또는 홀(29)은 단지 상응하는 테두리 선에 의해서만 표시되어 있다.

유사한 장점들은 도 10에 상응하는 한 실시예에 의해서도 성취될 수 있다. 도 10에서 패치 소자(13)의 도전성 하부 평면(13b)에는 위로 볼록하게 돌출하는 성형부(33)가 형성되어 있고, 상기 성형부는 바람직하게 전력 공급 라인(9)과 전력 공급 면(7) 사이의 도전 접속부 위에 놓일 수 있는데, 구체적으로 말하자면 일반적으로 납땜 융기부(31)가 형성된 장소에 놓일 수 있다.

마지막으로 도 11을 참조해서는, 도시된 실시예에서 각각 패치 소자(13)의 패치 면의 주변을 둘러싸는 외부 에지(113')에 제공된 전술한 에지 섹션(14)이 패치 소자(13)의 베이스 면(113)에 대하여 수직으로 정렬될 필요가 없고, 오히려 예를 들어 도 11을 참조하여 도시된 바와 같이 수직선을 벗어나는 각도 설정 방향으로 제공될 수 있다는 내용이 설명된다. 도 11에 따른 실시예에서 에지 측면 제한부(14)는 축의 설치 방향(A)(도 1)을 따라 분산 방식으로, 구체적으로 말하자면 베이스- 또는 중앙 면(113)으로부터 방사(radiation) 방향으로 상호 멀어지도록 정렬되어 있다. 그러나 정확히 말하자면 에지 측면 섹션들은 또한 서로를 향하도록 정렬될 수도 있다. 정확히 말하자면 한 측에서는 측면 제한부(14)가 예를 들어 다른 방향(A)으로 패치(13)의 중앙 섹션(113)을 향해 더 많이 구부러질 수 있고, 다른 측에서는 중앙 면(113)으로부터 멀어지도록 정렬될 수 있다. 마지막으로 상기 릿지 또는 에지 섹션(14)은 반드시 최외곽 테두리 에지(113')에 제공될 필요는 없으며, 오히려 예를 들어 도 11에서 베이스 면(113)에 대하여 가로로 진행하는 릿지 또는 다른 형태의 융기부(14')를 위하여 파선으로 도시된 바와 같이 상기 최외곽 테두리 에지에 대하여 더 안쪽으로 변위된 상태로 놓이도록 형성될 수 있으며, 상기 다른 형태의 융기부는 외부 제한부(113')에 대하여 더 안쪽으로 변위된 상태로 패치 소자 상에 놓이도록 배치되어 있다. 그러나 도 11에 도시된 상기 릿지 또는 융기부(14')는 또한 재차 수직선으로부터 벗어나서 오히려 외부로 또는 오히려 내부로 기울어진 상태로 진행하도록 정렬될 수 있다. 그밖에 상기 릿지 또는 융기부는 또한 횡단면도로 볼 때 릿지(ridge) 모양으로 또는 밴드 모양으로 형성될 필요가 없고, 오히려 3각형 횡단면에서는 부피가 있는 횡단면 또는 임의로 형성된 횡단 면 형상을 가질 수 있다.

마지막으로, 예를 들어 도 3 또는 도 6에 따른 실시예와 대등한 벌크 몸체를 사용하는 경우에도 주변을 둘러싸는 제한 면(13')(측면 제한부(13c))은 패치 소자(13)의 하부 면(13b) 또는 상부 면(13d)에 대하여 수직으로 정렬될 필요가 없고, 오히려 도 11에서 기울어진 상태로 진행하는 에지 또는 릿지(14)와 동일하게, 마찬가지로 비스듬하게 진행하는 측면으로 형성될 수 있다는 내용도 알 수 있다.

본 발명에 따른 스택-패치 안테나는 바람직하게 자동차-안테나의 범주 안에 있는 안테나로서 다른 서비스를 위한 추가의 안테나 옆에 사용될 수 있다. 하지만, 이와 관련된 제한은 전혀 없다. 상기 본 발명에 따른 스택-패치 안테나의 범주 안에서 사용되는 통상적인 패치 안테나(A)는 바람직하게 - 전술된 바와 같이 - 유전성 캐리어(5)로 이루어지고, 상기 캐리어의 상부면 또는 하부면은 금속 또는 전도성 층(7 또는 3)으로부터 형성되어 캐리어(5) 상에 고정되어 있다.

마지막으로 추가의 실시예가 도시되어 있는 도 12가 참조된다. 본 실시예에서는 위에 놓인 패치 소자(13)가 사용되며, 상기 패치 소자는 - 도면에서 알 수 있는 바와 같이 - 심지어 유전성 캐리어(5)의 두께 또는 높이보다 더 큰 두께 또는 높이(14)를 갖는다. 이와 같이 비교적 큰 높이 또는 기판 면과 평행한 더 큰 연장부에도 불구하고, 상기와 같이 형성된 패치 안테나도 개선된 전기적 특성들을 갖는다.

전술된 실시예들을 참조하면 패치 소자(13)가 유전성 캐리어(5)보다 더 크거나 또는 같다는 사실이 명확해진다. 도시된 실시예에서 패치 소자(13)는 접지 면(3)보다도 더 크고, 방사 면(7)보다 더 크다.

이하에서는 유전성 캐리어(5), 접지 면(3) 또는 방사 면(7)에 비례하는 패치 소자(13)의 크기와 관련된 데이터가 제시되며, 이 경우 이하의 크기 데이터 및 크기 비율들은 각각 패치 소자(13), 캐리어(5), 접지 면(3) 그리고 방사 면(7)의 세로- 및/또는 가로 방향으로의 연장 방향(특히 상호 수직으로 서 있는 두 개의 에지 길이와 평행함)과 관련이 있는데, 구체적으로 말하자면 선형의 크기 비율을 제시하는 것이지 평탄한 크기 비율을 제시하는 것은 아니다.

바람직하게 상기 배열 상태는 패치 소자(13)가 유전성 캐리어(5)보다 13 내지 100 %까지 더 크도록 그리고/또는 접지 면(3)보다 200 %까지 더 크도록 그리고/또는 방사 면(7)보다 200 %까지 더 크도록 선택되어야만 한다.

상기 크기들은 추가의 한 바람직한 변형예에서 대안적으로 또는 보완적으로, 최소의 크기를 가져야만 하는 패치 소자(일반적으로는 유전성 캐리어(5)보다 더 큼)가 유전성 캐리어(5)보다 20 % 더 작도록 그리고/또는 접지 면(3)보다 5 %까지 더 작도록 그리고/또는 방사 면(7)보다 5 %까지 더 작도록 선택될 수 있다. 하지만, 통상적으로 상응하는 크기들은 전술된 최하부 값들보다는 더 크다.

바람직한 값들은 예를 들어 패치 소자(13)가 유전성 캐리어(5)보다 4 % 내지 16 %만큼, 특히 6 % 내지 12 %만큼 그리고 특히 8 %만큼 더 크도록 그리고/또는 패치 소자(13)가 접지 면(3)보다 8 % 내지 34 %만큼 그리고 특히 12 % 내지 28 %만큼, 다시 말해 17 %만큼 더 크도록 그리고/또는 방사 면(7)보다 21 % 내지 84 %만큼, 특히 30 % 내지 60 %만큼, 다른 무엇보다도 42 %만큼 더 크도록 설정된다.

Claims (22)

1. 축 방향 축(Z)을 따라 상호 측방 변위된 상태로 또는 측방 변위 되지 않은 상태로 배치된 다수의 면 및/또는 층을 갖춘, 평면 구조를 갖는 다층 안테나, 특히 패치 안테나로서,

   - 도전성 접지 면(3)이 제공되며,

   - 전도성 방사 면(7)이 제공되고, 상기 방사 면은 접지 면(3)에 대하여 측면 간격을 두고 배치되어 실질적으로 상기 접지 면과 평행하게 진행하며,

   - 유전성 캐리어(5)가 제공되고, 상기 캐리어는 접지 면(3)과 방사 면(7) 사이에 배치되어 있으며,

   - 상기 방사 면(7)이 도전성 전력 공급 라인(9)에 전기적으로 접속되어 있으며,

   - 상기 접지면(3)에 마주 놓인 상기 방사 면(7)의 측면에 직접 또는 간접적으로 제공된 지지 장치(19)를 구비하며,

   - 상기 방사 면(7)에 마주 놓인 상기 지지 장치(19)의 측면에 제공된 도전성 패치 소자(13)를 구비하며,

   상기 지지 장치(19)는 상기 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)보다 더 작은 두께 또는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 접지 면(3)과 방사 면(7) 사이에 있는 유전성 캐리어(5)의 두께 또는 높이(15)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 접지 면(3)과 방사 면(7) 사이에 있는 유전성 캐리어(5)의 두께 또는 높이(15)보다 더 크며, 이 경우 상기 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 상기 유전성 캐리어(5)의 두께 또는 높이(15)의 1배, 2배, 3배, 4배, 5배, 6배, 7배, 8배, 9배 또는 10배 그리고 그 이상에 상응하는 것을 특징으로 하는, 안테나.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,

   상기 패치 소자(13)는 적어도 실질적으로 상기 방사 면(7)의 세로- 및/또는 가로 연장부를 가지며, 상기 방사 면의 세로- 및/또는 가로 연장부는 상기 유전성 캐리어(5)의 세로- 및/또는 가로 연장부보다 더 크거나 같고 그리고/또는 상기 접지 면(3)의 세로- 및/또는 가로 연장부보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 안테나.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 패치 소자(13)의 두께 또는 높이(114)는 접지 면(3)의 두께의 그리고/또는 방사 면(7)의 두께의 2배 이상, 3배, 4배 또는 5배 이상, 특히 6배, 7배, 8 배, 9배 또는 10배 이상 그리고 특히 20배, 30배, 40배, 50배, 60배, 70배, 80배, 90배 또는 100배 이상인 것을 특징으로 하는, 안테나.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유전성 지지 장치(19)의 두께 또는 높이는 0.5 mm보다 더 크고, 바람직하게는 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm보다 더 크거나 또는 바람직하게는 1 mm보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 안테나.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 유전성 지지 장치(19)의 두께 또는 높이는 5 mm 미만, 특히 4 mm, 3 mm 미만 또는 2 mm 미만인 것을 특징으로 하는, 안테나.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유전성 지지 장치(19)는 점착- 또는 조립 층(19')으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 안테나.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 유전성 지지 장치(19)는 양면이 접착되는 점착- 또는 조립 장치(19'), 특히 양면이 접착되는 접착 밴드, 포움 밴드, 아크릴-접착 밴드 또는 접착 패드로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 안테나.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 3차원 벌크 몸체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 안테나.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 금속 시트 모양의, 박막 모양의 또는 층 모양의 베이스 섹션(113)을 포함하며, 이 경우 베이스- 또는 중앙 섹션(113) 상에는 상기 섹션의 면에 대하여 가로로 돌출하는 융기부, 에지 및/또는 릿지(14)가 형성된 것을 특징으로 하는, 안테나.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 융기부, 에지 및/또는 릿지(14)는 패치 소자(13)의 중앙- 또는 베이스 섹션(113)의 주변을 둘러싸는 에지(113')에 형성된 것을 특징으로 하는, 안테나.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 융기부, 에지 및/또는 릿지(14)는 패치 소자(13)의 중앙- 또는 베이스 섹션(113)의 외부 에지(113')에서 더 안쪽으로 변위된 상태로 놓이도록 제공된 것을 특징으로 하는, 안테나.
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 금속 플레이트로 이루어지고, 상기 금속 플레이트의 릿지 또는 에지(14)는 절단 또는 천공 그리고 그 다음에 이어지는 에지 처리에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는, 안테나.
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 에지 또는 릿지(14)는 패치 소자(13)의 중앙- 또는 베이스 섹션(113)의 면에 대하여 수직으로 정렬된 것을 특징으로 하는, 안테나.
16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 에지 또는 릿지(14)는 패치 소자(13)의 중앙- 또는 베이스 섹션(113)의 면에 대하여 수직선을 벗어나는 각도로 정렬된 것을 특징으로 하는, 안테나.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13) 내에는 리세스 또는 홀(29) 또는 홈(33)이 제공되며, 상기 리세스 또는 홀 또는 홈은 패치 소자(13)의 하부 평면(13b) 위로 그 아래에 있는 방사 면(7)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 안테나.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 홀 또는 리세스(29) 또는 홈(33)은 평면도로 볼 때 전력 공급 라인(9) 이 방사 면(7)과 콘택팅 되는 영역에 제공된 것을 특징으로 하는, 안테나.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 도전성 재료, 특히 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 안테나.
20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 비도전성 재료로 이루어지고, 도전성 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 코팅되며, 이 경우 적어도 중앙- 또는 베이스 섹션(113) 및 주변을 둘러싸는 측면 제한부(13') 또는 형성된 에지 또는 릿지(14)에 도전성 층이 제공된 것을 특징으로 하는, 안테나.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 유전성 캐리어(5)보다 100 %까지 더 길고 그리고/또는 더 넓으며, 접지 면(3)보다 200 %까지 더 길고 그리고/또는 더 넓으며, 방사 면(7)보다 200 %까지 더 길고 그리고/또는 더 넓은 것을 특징으로 하는, 안테나.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 패치 소자(13)는 최소값과 같거나 또는 최소값보다 더 큰 길이 및/또는 폭을 가지며, 이 경우 상기 최소값은 패치 소자(13)의 길이 및/또는 폭을 기준으로 할 때 유전성 캐리어(5)의 길이 및/또는 폭의 80 %에 상응하고, 접지 면(3)의 길이 및/또는 폭의 95 %에 상응하며, 방사 면(7)의 길이 및/또는 폭의 95 %에 상응하는 것을 특징으로 하는, 안테나.

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