JP2021022927A

JP2021022927A - フラットパネルアンテナ

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Publication number: JP2021022927A
Application number: JP2020122837A
Authority: JP
Inventors: ミンクンチェ，; Min-Geun Choi; ソンリュルパク，; Seung-Ryull Park; スインチョ，; Soo-In Jo; レポンチャン，; Lae-Bong Jang
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: CN112310639B; KR20210012418A; US11437725B2; CN112310639A; US20210028545A1; TW202105831A; KR102670834B1; JP6980861B2; TWI748562B

Abstract

【課題】アンテナ利得および帯域幅を増加させ、カップリング損失およびクロストークを低減させること。【解決手段】放射パッチ（１１１）および接地面（１１２）が備えられる第１基板（１１０）と、第２基板（１２０）と、第１基板と第２基板との間に配置される液晶層（１３０）と、第２基板に隣接して配置される給電部（１４０）とを含み、接地面はスロット（１１３）を含み、給電部（１４０）は、第１離隔部および第２離隔部と、第１離隔部と第２離隔部との間に配置される給電線（１４１）とを含み、第１基板の厚さは、第２基板の厚さより大きい、フラットパネルアンテナ（１００）を提供する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、フラットパネルアンテナに関するものであって、特に液晶を含むフラットパネルアンテナに関するものである。

アンテナは、電気信号を電磁波に変換し、または大気のような自由空間で伝達される電磁波を電気信号に変換し、伝送線路で出力される信号を自由空間へ伝達する媒体の役割を果たす。

一般的に、アンテナの性能を測定するパラメータには、特定の方向への放射強度を全方向について放射強度で割ったものである指向性（Ｄ）、アンテナから放射される電力をアンテナに供給される電力で割ったものである放射効率（η）、伝送線路からアンテナに供給した電力を特定の方向へ放射する能力を表し、指向性（Ｄ）と放射効率（η）との積であるアンテナ利得（Ｇ＝Ｄ×η）、独立した線路間で伝達されるエネルギーの減少量であるカップリング損失（Ｌ）、前記パラメータなどが好適な値を示し、アンテナを効率的に動作させる周波数範囲である帯域幅（ＢＷ）などがある。

かかるパラメータを有するアンテナは、供給される電力に対して、特定の方向に放射する電力の効率を向上させるため、アンテナ利得（Ｇ）および帯域幅（ＢＷ）を増加させ、カップリング損失（Ｌ）を減らす必要がある。

本発明の目的は、アンテナ利得および帯域幅を増加させ、カップリング損失を低減させたフラットパネルアンテナを提供することである。

本発明は、放射パッチおよび接地面が備えられる第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置される液晶層と、前記第２基板に隣接して配置される給電部とを含み、前記接地面は、スロットを含み、前記給電部は、第１離隔部および第２離隔部と、前記第１離隔部と前記第２離隔部との間に配置される給電線とを含み、前記第１基板の厚さは、前記第２基板の厚さより大きい、フラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第１基板および前記第２基板は、ガラスからなり、同じ誘電率を有するフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第１基板の厚さは、０．５ｍｍであるフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第２基板の厚さは、０．２ｍｍであるフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第２基板の厚さは、アンテナの共振周波数に対応する波長の０．００８倍から０．０１８倍であるフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第１基板はガラスで形成され、前記第２基板はポリイミドで形成されたフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記スロットは第１方向に形成され、前記給電線は前記第１方向に直交する第２方向に配置され、前記第１離隔部および前記第２離隔部は前記第２方向に配置されるフラットパネルアンテナを提供する。

また、前記第１離隔部および前記第２離隔部の幅は、前記給電線の幅の２倍以上に形成されたフラットパネルアンテナを提供する。

本発明のフラットパネルアンテナにより、アンテナ利得および帯域幅を向上させることができ、カップリング損失を減らすことができる。

また、給電線と給電部の離隔距離を、給電線の幅の２倍以上に形成することにより、クロストークを減らすことができる。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナの構造を概略的に示す斜視図である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナの構造を示す分解斜視図である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける電磁波の放射を示す図である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナの等価回路を示す図である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第１基板の厚さに対応するアンテナ利得および帯域幅を示す表である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第１基板の厚さが０．２ｍｍであるときの放射パターンを示す図である。第１基板の厚さが０．５ｍｍであるときの放射パターンを示す図である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第２基板の厚さに対応するカップリング損失を示す表である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第２基板の厚さを、放射される電磁波の波長の倍数に対応して形成したときのカップリング損失を示す表である。本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける給電線と給電部の離隔距離に対応するクロストークを示す表である。

以下、図面を参照し、本発明を詳細に説明する。

図１ａは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００の構造を概略的に示す斜視図であり、図１ｂは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００の構造を示す分解斜視図である。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００は、第１基板１１０と、第２基板１２０と、液晶層１３０と、給電部１４０とを備える。

第１基板１１０は、第１厚さＨ１を有し、電場内で極性を持つ絶縁体である誘電体であり得る。

また、第１基板１１０は、第１誘電率ε_１を有するガラスからなる基板であり得る。

第１基板１１０上には、放射パッチ１１１および接地面１１２が備えられる。放射パッチ１１１は、第１基板１１０の第１面に備えることができ、接地面１１２は、第１基板１１０の第２面に備えることができる。一例として、第１基板１１０の第１面は、第１基板１１０の上面であり、第１基板１１０の第２面は、第１基板１１０の下面であり得る。したがって、第１基板１１０の上部には放射パッチ１１１が配置され、第１基板１１０の下部には接地面１１２が配置され得る。

放射パッチ１１１と接地面１１２との間には、フリンジフィールドが形成され得る。そして、放射パッチ１１１の縁部と接地面１１２との間で発生する電場は、放射パッチ１１１の上部に露出され、自由空間へ放射され得る。

接地面１１２は、開口部であるスロット１１３を含み、スロット１１３は、矩形状であり得る。

スロット１１３が矩形状である場合、スロット１１３は、第１方向Ｄ１に形成することができる。すなわち、スロット１１３の長辺は第１方向Ｄ１に形成することができ、短辺は第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に形成することができる。

スロット１１３は、インピーダンス変圧器および並列ＬＣ回路として働き、給電部１４０によって形成された電場を通過させ、この電場が放射パッチ１１１に伝達されることで、放射パッチ１１１に電流が流れるように誘導することができる。

第２基板１２０は、第２厚さＨ２を有し、第１基板１１０と同様に電場内で極性を持つ絶縁体である誘電体であり得る。

また、第２基板１２０は、第２誘電率ε_２を有するガラスからなる基板であってもよく、ポリイミドからなる基板であってもよい。

第２基板１２０がガラスからなる基板である場合、第２基板１２０の第２誘電率ε_２は、第１基板１１０の第１誘電率ε_１と同じであり得る。

第１基板１１０と第２基板１２０との間には、液晶層１３０を配置することができ、液晶層１３０の内部には液晶分子が含まれ、液晶層１３０に印加される電圧によって液晶分子の配列が変わり得る。

給電部１４０は、給電線１４１と、給電線１４１と給電部１４０の両側との間に設けられた離隔空間である第１離隔部ａｐ１および第２離隔部ａｐ２とを含み、給電部１４０は、第２基板１２０の下部に配置することができる。かかる給電線１４１と第１離隔部ａｐ１および第２離隔部ａｐ２は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に配置することができる。すなわち、給電線１４１の長辺と第１離隔部ａｐ１および第２離隔部ａｐ２の長辺が、第２方向Ｄ２に平行であり得る。

さらに詳細には、給電線１４１は、第１方向Ｄ１に第１幅Ｗ１を有し、給電線１４１の長辺を第２方向Ｄ２に配置することができ、フラットパネルアンテナ１００の平面視において、給電線１４１の長辺を、放射パッチ１１１の長辺およびスロット１１３の長辺と交差するように配置することができる。

また、給電線１４１は、外部から印加された電圧によって電場を形成し、形成された電場がスロット１１３を通過して放射パッチ１１１に達することで、放射パッチ１１１に電流が流れるように誘導することができる。すなわち、給電線１４１と放射パッチ１１１がカップリングし、給電線１４１に印加されたエネルギーを放射パッチ１１１に伝達することができる。

第１離隔部ａｐ１および第２離隔部ａｐ２は、第１方向Ｄ１に第２幅Ｗ２を有し、給電線１４１と平行な長辺を第２方向Ｄ２に配置することができ、第１離隔部ａｐ１と第２離隔部ａｐ２との間に給電線１４１を配置することができる。

接地面１１２と給電線１４１との間に印加される電圧により、液晶層１３０に含まれた液晶分子の配列が変わり得る。また、それによって液晶層１３０の誘電率も変わり得る。

液晶層１３０の誘電率が変わると、電磁波の位相速度が変わるので、液晶層１３０に含まれた液晶分子の配列を変えることで、フラットパネルアンテナ１００で送受信する信号の位相を変化させることができる。

このように、接地面１１２と給電線１４１および液晶層１３０は、アンテナで送信受信する信号の位相を変化させる位相シフター（ｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｒ）の役割を果たすことができる。

また、放射パッチ１１１および接地面１１２を第１基板１１０に備え、給電線１４１を第２基板１２０に隣接して配置することで、フラットパネルアンテナ１００は、パッチアンテナとしての役割を果たすことができる。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００は、図１ａおよび図１ｂに示すように、放射パッチ１１１と接地面１１２、および給電線１４１をそれぞれ１つずつ備え、１つのパッチアンテナとして示されているが、本発明はこれに限定されることなく、放射パッチと接地面、および給電線をそれぞれ２つ以上備えてもよい。それぞれの放射パッチと接地面、および給電線は、第１基板および第２基板を介在して複数のパッチアンテナを構成し、複数のパッチアンテナは、アレイアンテナを構成することができる。すなわち、複数の放射パッチが第１基板の上面に備えられ、複数の接地面が第１基板の下面に備えられ、複数の給電線が第２基板の下面に備えられることができる。互いに対応し、重畳する複数の放射パッチと、複数の接地面、および複数の給電線は、複数のパッチアンテナをそれぞれ構成することができる。

そのとき、給電部１４０は、印刷回路基板からなる電力分配部（不図示）をさらに含むことができ、電力分配部（不図示）は、Ｔ分岐型電力分配器（Ｔ‐ｊｕｎｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒｄｉｖｉｄｅｒ）、またはウィルキンソン電力分配器（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎｐｏｗｅｒｄｉｖｉｄｅｒ）などを適用することができる。

図２は、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００における電磁波の放射を示す図である。

アンテナは、共振現象によって電磁波を放射し、または自由空間で伝達される電磁波に感応して動作する。共振現象は、アンテナの固有振動数と電磁波の振動数が一致した際に生じる。アンテナの固有振動数を共振周波数というが、この共振周波数はアンテナの構造によって異なり得る。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００は、放射パッチ１１１の両端が開放された回路で終端され、共振器として動作することができる。

具体的に、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）は、外部から印加された電圧によって電場を形成することができ、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）によって形成された電場がスロット（図１ａおよび図１ｂのスロット１１３）を通過し、放射パッチ１１１に達することで、放射パッチ１１１に電流が流れるように誘導することができる。

また、電流が誘導された放射パッチ１１１は、接地面１１２との間において電場Ｅを形成することができる。

放射パッチ１１１の両端Ｓ１、Ｓ２においては、放射パッチ１１１と接地面１１２との間に形成されるフリンジフィールドＦ１、Ｆ２が放射パッチ１１１の上部に露出され、放射パッチ１１１の上部に露出されたフリンジフィールドＦ１、Ｆ２により、フラットパネルアンテナ１００が共振周波数を有する電磁波を放射することができるようになる。

かかるフラットパネルアンテナ１００は、放射パッチ１１１の長さＬ１が共振周波数に対応し、長さＬ１は、共振周波数に対応する、第１基板１１０内の管内波長（ｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）の長さ（λ_ｄ）の半分であり得る。

また、図２に示すように、放射パッチ１１１の両端Ｓ１、Ｓ２に形成され得るフリンジフィールドＦ１、Ｆ２が放射パッチ１１１の有効長さを増加させるため、放射パッチ１１１の長さＬ１は、第１基板１１０内の管内波長の長さ（λ_ｄ）の半分よりも短くてもよい。

ここで、下記の数式（１）は、放射パッチ１１１の長さＬ１の近似値Ｌを表したものであって、放射パッチ１１１の長さＬ１の近似値Ｌは第１基板１１０内の管内波長（λ_ｄ）の０．４９倍となり得る。特定の誘電体内における管内波長は、自由空間における波長を、誘電体の誘電率の平方根で割ったものであるので、放射パッチ１１１の長さＬ１の近似値Ｌは、共振周波数に対応する、自由空間における波長の長さ（λ）を、第１基板１１０の誘電率（ε_１）の平方根で割った値の０．４９倍となり得る。

このように、放射パッチ１１１の両端Ｓ１、Ｓ２間の距離は、半波長に近似するので、放射パッチ１１１の両端Ｓ１、Ｓ２に形成され得るフリンジフィールドＦ１、Ｆ２の位相差は１８０°程度となり得る。また、フリンジフィールドＦ１、Ｆ２の大きさは同じであり得る。

図３は、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００の等価回路を示す図である。

放射パッチ（図１ａ、図１ｂ、および図２の放射パッチ１１１）の両端（図２の両端Ｓ１、Ｓ２）は、抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２とそれぞれ並列接続されたキャパシタＣｓ１、Ｃｓ２を含むＲＣ回路であり得る。

スロット（図１ａおよび図１ｂのスロット１１３）は、インピーダンス変圧器ＴとＬＣ回路であり得る。そして、ＬＣ回路は、インダクタＬｓとキャパシタＣｓとが並列接続された並列ＬＣ回路であり得る。

ＬＣ回路のインダクタＬｓおよびキャパシタＣｓとインピーダンス変圧器Ｔは、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）に相当する入力端Ｉに接続することができる。

入力端Ｉに電圧が印加されると、ＬＣ回路は第１共振周波数ｆ１に応じて共振し、インピーダンス変圧器Ｔを通して周波数を変更し、第２共振周波数ｆ２に応じて共振する電圧をＲＣ回路に伝達する。

そのとき、ＲＣ回路のキャパシタＣｓ１、Ｃｓ２は、フリンジフィールド（図２のフリンジフィールドＦ１、Ｆ２）を形成し、放射パッチ（図１ａ、図１ｂおよび図２の放射パッチ１１１）の両端で電磁波を放射することができるようにする。

このような原理で、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナ１００は、電磁波を放射することができる。そして、以下に説明するように、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）と第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）を利用してアンテナ利得Ｇおよび帯域幅ＢＷを増加させ、カップリング損失Ｌを減少させることができる。

図４ａは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第１基板の厚さに対応するアンテナ利得および帯域幅を示す表である。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナに備えられた第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）は、誘電体であり得る。

誘電体の厚さが増加するにつれて、アンテナから放射される電磁波の波長が大きくなるので、共振周波数は減少し得る。

また、誘電体の厚さが増加するにつれて、漏れ出す電場の大きさが増加し、それによって共振におけるＱ値（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）が減少し得る。

Ｑ値が減少するにつれて帯域幅ＢＷが増加するので、誘電体である第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の厚さが増加するほど、広帯域の電磁波を放射することができる。

図４ａは、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１が０．２ｍｍから０．７ｍｍまでの帯域幅ＢＷを０．１ｍｍ毎に示している。図４ａに示すように、第１厚さＨ１が０．２ｍｍから０．７ｍｍまで増加すると、帯域幅ＢＷが０．６４ＧＨｚ（６４０ＭＨｚ）から０．７６ＧＨｚ（７６０ＭＨｚ）へと大きくなる。また、図４ａに示すように、第１厚さＨ１が０．２ｍｍから０．７ｍｍまで増加するにつれて、共振周波数ｆが１１．６２ＧＨｚから１０．６８ＧＨｚへと減少する。

特に、第１厚さＨ１が０．５ｍｍであるとき、帯域幅ＢＷが７８０ＭＨｚと最大となるので、アンテナを広帯域で利用するためには、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１は、好ましくは０．５ｍｍであり得る。

誘電体の厚さが増加して漏れ出す電場の大きさが増加すると、放射電力が増加し得る。それにより、アンテナ利得Ｇが大きくなる。したがって、誘電体である第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の厚さが増加すると、アンテナ利得Ｇが増加し得る。

図４ａは、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１が０．２ｍｍから０．７ｍｍまでのアンテナ利得Ｇを０．１ｍｍ毎に示している。図４ａに示すように、第１厚さＨ１が０．２ｍｍから０．７ｍｍまで増加すると、アンテナ利得Ｇが１．９８ｄＢｉから３．０３ｄＢｉへと大きくなる。

特に、第１厚さＨ１が０．５ｍｍであるとき、アンテナ利得Ｇが３．３５ｄＢｉと最大となるので、アンテナの放射効率を向上させるためには、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１は、好ましくは０．５ｍｍであり得る。

図４ｂは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第１基板の第１厚さが０．２ｍｍであるときの放射パターンを示す図であり、図４ｃは、第１基板の第１厚さが０．５ｍｍであるときの放射パターンを示す図である。

第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１が０．２ｍｍである図４ｂでは、水平線における放射パターンの色が黄色に近く、アンテナ利得Ｇの値が−５．０ｄＢから−２．５ｄＢの間である。

一方、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１が０．５ｍｍである図４ｃでは、水平線における放射パターンの色がオレンジ色に近く、アンテナ利得Ｇの値が−２．５ｄＢから０ｄＢの間であって、第１厚さＨ１が０．２ｍｍである場合より増加している。

このように、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナでは、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１を増加させ、好ましくは０．５ｍｍにしたときに、帯域幅ＢＷおよびアンテナ利得Ｇを最大にすることができる。

図５ａは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第２基板の厚さに対応するカップリング損失を示す表である。

第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の下部に取り付けられる給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）は、外部から印加された電圧によって電場を形成し、形成された電場が、スロット（図１ａおよび図１ｂのスロット１１３）を通過して放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）に達することで、放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）に電流が流れるように誘導することができる。

給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）と放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）との間の距離が増加するにつれて、放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）に及ぶ電場の大きさが小さくなるので、カップリング損失Ｌが増加し得る。

したがって、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）と放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）との間に位置し得る第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の厚さが増加すると、カップリング損失Ｌが増加し得る。

図５ａは、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が０．１ｍｍから０．５ｍｍまでの共振周波数（１１ＧＨｚ、１１．５ＧＨｚ、１２ＧＨｚ）によるカップリング損失Ｌを０．１ｍｍ毎に示している。平均の共振周波数で比べると、第２厚さＨ２が０．１ｍｍから０．５ｍｍまで増加すると、平均のカップリング損失Ｌが大きくなり、第２厚さＨ２が０．５ｍｍから０．１ｍｍまで減少すると、平均のカップリング損失Ｌが−５．５６ｄＢから−１．７７ｄＢへと小さくなる。

特に、第２厚さＨ２が０．２ｍｍであるとき、平均カップリング損失Ｌが−１．３２ｄＢと最小になるので、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）から放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）へ給電する際の伝達効率を向上させるためには、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２は、好ましくは０．２ｍｍであり得る。

図５ｂは、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける第２基板の第２厚さを、放射される電磁波の波長の倍数に対応して形成するときのカップリング損失を示す表である。

図５ｂの表では、第２基板の第２厚さＨ２を４つの帯域に分け、カップリング損失Ｌを示した。

放射される電磁波の波長（λ）が２７３００μｍであるとき、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が波長（λ）の０．０１８倍から０．０２６倍である場合には、カップリング損失Ｌが−１．５７０５ｄＢであるが、第２厚さＨ２の帯域が低くなり、波長（λ）の０．００７倍から０．０１５倍である場合には、カップリング損失Ｌが−１．０６２４ｄＢと最小になる。

しかしながら、第２厚さＨ２が波長（λ）の０．００７倍以下である場合には、カップリング損失Ｌが−１．６２４７ｄＢと増加する。

放射される電磁波の波長（λ）が２６１００μｍであるとき、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が波長（λ）の０．０１９倍から０．０２７倍である場合には、カップリング損失Ｌが−１．８１５７ｄＢであるが、第２厚さＨ２の帯域が低くなり、波長（λ）の０．００８倍から０．０１５倍である場合には、カップリング損失Ｌが−０．６９５９ｄＢと最小になる。

しかしながら、第２厚さＨ２が波長（λ）の０．００８倍以下である場合には、カップリング損失Ｌが−０．８２９９ｄＢと増加する。

放射される電磁波の波長（λ）が２５０００μｍであるとき、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が波長（λ）の０．０２０倍から０．０２８倍である場合には、カップリング損失Ｌが−１３．３１１７ｄＢであるが、第２厚さＨ２の帯域が低くなり、波長（λ）の０．００８倍から０．０１６倍である場合には、カップリング損失Ｌが−０．６９８７ｄＢと最小になる。

しかしながら、第２厚さＨ２が波長（λ）の０．００８倍以下である場合は、カップリング損失Ｌが−０．９１０６ｄＢと増加する。

図５ｂでは、第２基板の第２厚さＨ２の帯域が最も高いとき（０．０１８λ〜０．０２６λ、０．０１９λ〜０．０２７λ、または０．０２０λ〜０．０２８λ）と、最も低いとき（〜０．００７λ、または〜０．００８λ）にカップリング損失Ｌが増加し、その間の帯域では、カップリング損失Ｌが減少している。

これは、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が増加すると、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）と放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）との間の距離が増加し、放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）に及ぶ電場の大きさが小さくなるためである。また、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が所定の範囲より小さくなると、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）で形成され、放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）に及ぶ電場が接地面（図１ａおよび図１ｂの接地面１１２）の影響を受け、カップリング損失Ｌが増加し得るためである。

したがって、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２が、図５ｂにおける最低帯域中の最大値である０．００８倍から最高帯域中の最小値である０．０１８倍の範囲であるとき、カップリング損失Ｌを最小化することができる。

このように、本発明の実施例では、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の第１厚さＨ１を増加させ、または第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の第２厚さＨ２を減少させることで、全体の厚さを一定に保つことができ、第１基板（図１ａおよび図１ｂの第１基板１１０）の厚さが、第２基板（図１ａおよび図１ｂの第２基板１２０）の厚さより大きい、非対称形に形成することができる。

図６は、本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナにおける給電線と給電部の離隔距離に対応するクロストークを示す表である。

給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）と放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）は接続されておらず、独立した線路であって、エネルギーを互いに伝達することにより、カップリングすることができる。

ところが、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）が放射パッチ（図１ａおよび図１ｂの放射パッチ１１１）とカップリングせず、他の構成とカップリングしてエネルギーを伝達するクロストークが発生することがある。かかるクロストークは、アンテナの効率を低下させる原因となる。

本発明の実施例に係るフラットパネルアンテナでは、第１離隔部（図１ａおよび図１ｂの第１離隔部ａｐ１）および第２離隔部（図１ａおよび図１ｂの第２離隔部ａｐ２）を含み、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）と、導電性を帯びた他の構成との距離を離隔させることで、クロストークを減らすことができる。

図６では、共振周波数（１１ＧＨｚ、１１．５ＧＨｚ、または１２ＧＨｚ）別でクロストークを示している。共振周波数が１１ＧＨｚであるとき、第１離隔部（図１ａおよび図１ｂの第１離隔部ａｐ１）および第２離隔部（図１ａおよび図１ｂの第２離隔部ａｐ２）の第２幅Ｗ２が、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）の第１幅Ｗ１の２倍以上である場合には、クロストークは−１．０６２４ｄＢまたは−１．０６８４ｄＢであるが、２倍未満である場合には、クロストークが−１．０７４９ｄＢと、より大きいことが分かる。共振周波数が１１．５ＧＨｚまたは１２ＧＨｚであるときにも同様の傾向がある。

したがって、クロストークを最小化するため、第１離隔部（図１ａおよび図１ｂの第１離隔部ａｐ１）および第２離隔部（図１ａおよび図１ｂの第２離隔部ａｐ２）の第２幅Ｗ２を、給電線（図１ａおよび図１ｂの給電線１４１）の第１幅Ｗ１の２倍以上にすることができる。

以上、実施例を挙げ、本発明について説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々に変更し、実施することができる。

１００フラットパネルアンテナ
１１０第１基板
１１１放射パッチ
１１２接地面
１１３スロット
１２０第２基板
１３０液晶層
１４０給電部
１４１給電線
ａｐ１第１離隔部
ａｐ２第２離隔部

Claims

放射パッチおよび接地面が備えられる第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置される液晶層と、
前記第２基板に隣接して配置される給電部とを含み、
前記接地面は、スロットを含み、
前記給電部は、第１離隔部および第２離隔部と、前記第１離隔部と前記第２離隔部との間に配置される給電線とを含み、
前記第１基板の厚さは、前記第２基板の厚さより大きい、フラットパネルアンテナ。
前記第１基板および前記第２基板は、ガラスからなり、同じ誘電率を有する、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。
前記第１基板の厚さは、０．５ｍｍである、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。
前記第２基板の厚さは、０．２ｍｍである、請求項３に記載のフラットパネルアンテナ。
前記第２基板の厚さは、アンテナの共振周波数に対応する波長の０．００８倍から０．０１８倍である、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。
前記第１基板はガラスで形成され、前記第２基板はポリイミドで形成された、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。
前記スロットは、第１方向に形成され、
前記給電線、前記第１離隔部および前記第２離隔部は、前記第１方向に直交する第２方向に配置される、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。
前記第１離隔部および前記第２離隔部の幅は、前記給電線の幅の２倍以上に形成された、請求項１に記載のフラットパネルアンテナ。