TWI518999B - 開迴路全球定位系統天線 - Google Patents

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Description

開迴路全球定位系統天線
本發明是有關於一種全球定位系統天線，且特別是有關於一種開迴路全球定位系統天線。
隨著科技的進步，目前大眾的通訊方式已漸漸改為無線通訊，像是手機(Cell Phone)、具有無線上網的個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、全球定位系統(Global Positioning System,GPS)等等，皆是無線通訊的範疇，然而通常無線通訊需要利用天線來傳遞訊息。
天線的架構有不同的種類，像是偶極天線(Dipole Antenna)、領結形天線(Bow-Tie Antenna)、喇叭天線(Horn Antenna)等等，具有各自的特色與效能，其中，偶極天線具有全方向的場型，領結形天線的操作頻帶較寬，喇叭天線的增益較大。然而各種天線也有其相對而言的缺點，像是偶極天線的增益較小且操作頻帶較窄，領結形天線的場型在各頻率操作時較不一致，喇叭天線不適用於行動通訊等等。所以天線的設計必須要根據各種無線通訊的實際需求。
以全球定位系統天線而言，目前大部分的全球定位系統天線使用頻率共振於1575.42兆赫(MHz)且材質為右旋極化陶瓷介質材料的陶瓷平板天線(patch type antenna)。陶瓷平板天線包括陶瓷天線及低雜訊信號模組 (LNA)等元件。目前，市面上的陶瓷平板天線的長寬尺寸約在1.2公分x1.2公分至2.5公分x2.5公分之間。現今的全球定位系統電子裝置對於輕薄短小的要求越來越趨於嚴格，由於陶瓷平板天線的重量與尺寸較難縮減，其會佔據無線電子裝置一定的體積，這對於輕薄短小的設計要求來說，無疑是種限制。此外，陶瓷平板天線之成本亦較高。
本發明提供一種開迴路全球定位系統天線，其具有重量輕、體積小且低成本之優點。
本發明提出一種開迴路全球定位系統天線(open-loop type GPS antenna)，適於配置於一絕緣物件上，該開迴路全球定位系統天線包括一饋入端(feed)、一高頻線路、一低頻線路及一接地端(ground)。高頻線路包括一第一端及一第二端，該高頻線路之該第一端連接於該饋入端。低頻線路包括一第三端及一第四端，該低頻線路之該第三端平行地設置於該高頻線路之該第二端，以與該高頻線路之該第二端耦合，並於耦合處產生電容效應以傳遞訊號。接地端連接於該低頻線路之該第四端。
在本發明之一實施例中，上述之該高頻線路之線寬大於該低頻線路之線寬。
在本發明之一實施例中，上述之該高頻線路之該第二端及該低頻線路之該第三端與該接地端反向。
在本發明之一實施例中，上述之該高頻線路與該低頻 線路之長度總合約為5公分。
在本發明之一實施例中，上述之該低頻線路之長度約為3公分。
在本發明之一實施例中，上述之該低頻線路之該第三端的線寬大於該低頻線路之該第四端的線寬，以使該低頻線路之該第三端的線寬符合阻抗匹配的需求。
在本發明之一實施例中，上述之該低頻線路包括平行配置的兩區段，該兩區段之間距至少為1公厘。
在本發明之一實施例中，該開迴路全球定位系統天線更包括一軟性電路板，該高頻線路與該低頻線路配置於該軟性電路板上，該饋入端與該接地端分別配置於該軟性電路板的側邊以連接於該高頻線路與該低頻線路。
在本發明之一實施例中，上述之該軟性電路板以黏合的方式固定於該絕緣物件上。
在本發明之一實施例中，上述之該軟性電路板包括一第一定位部，該絕緣物件包括對應於該第一定位部之一第二定位部。
基於上述，本發明之該開迴路全球定位系統天線可藉由導電材料在該軟性電路板上製作出該高頻線路及該低頻線路，訊號自該開迴路全球定位系統天線之該饋入端饋入後經過該高頻線路，由於該低頻線路之該第三端與該高頻線路之該第二端耦合，在該高頻線路與該低頻線路之耦合處可產生電容效應以將訊號傳遞至低頻線路。該高頻線路及該低頻線路藉由開迴路的方式配置可形成較佳的天線輻 射場型，以獲得較大的訊號接收與發送範圍。此外，本發明之該開迴路全球定位系統天線可藉由控制該高頻線路與該低頻線路的長度，來使該開迴路全球定位系統天線在頻率為1575.42兆赫共振，並且藉由調整該低頻線路之該第三端的線寬以達到阻抗匹配，以符合全球定位系統電子裝置的使用需求。另外，由於該軟性電路板可依據該絕緣物件的形狀彎折且黏合於其上，該開迴路全球定位系統天線具有所佔的空間小、重量輕且能提供彈性較大之配置方式的優點，並且在組裝於該絕緣物件上時，藉由該軟性電路板之該第一定位部對位於該絕緣物件之該第二定位部，可有效確保組裝的正確性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明之一實施例之一種開迴路全球定位系統天線的示意圖。圖2是圖1之開迴路全球定位系統天線配置於絕緣物件的示意圖。請參閱圖1及圖2，本實施例之該開迴路全球定位系統天線100，適於配置於一絕緣物件10上。在本實施例中，該絕緣物件10為一塑膠件，在其他實施例中，該絕緣物件10之材料亦可為陶瓷等，該絕緣物件10之種類並不以此為限制。該絕緣物件10可為一全球定位系統電子裝置(未繪示)內的一元件，由於該開迴路全球定位系統天線100的體積小且可彎折，該開迴 路全球定位系統天線100可依據該絕緣物件10的構形直接貼附於其上以接收與發送全球定位系統的訊號，此部份將於下面詳述。
如圖1所示，本實施例之該開迴路全球定位系統天線100包括一饋入端110、一高頻線路120、一低頻線路130及一接地端140。該饋入端110、該高頻線路120、該低頻線路130及該接地端140可由導電材料製作，導電材料例如是金屬，在本實施例中，該高頻線路120與該低頻線路130之材質為金或是銅，但該高頻線路120與該低頻線路130之材質並不以此為限制。
該高頻線路120包括一第一端122及一第二端124，該高頻線路120之該第一端122連接於該饋入端110。該低頻線路130包括一第三端132及一第四端134，該低頻線路130之該第三端132平行地設置於該高頻線路120之該第二端124，以使該低頻線路130之該第三端132與該高頻線路120之該第二端124耦合，並於耦合處產生電容效應以傳遞訊號。接地端140連接於該低頻線路130之該第四端134。
在本實施例中，藉由該低頻線路130之該第三端132與該高頻線路120之該第二端124平行設置而相互耦合，以模擬電容的效果，而在耦合處產生電容效應，藉以縮短該高頻線路120與該低頻線路130之長度。
在本實施例中，該高頻線路120之線寬大於該低頻線路130之線寬，以使訊號之阻抗較小(但在本實施例中， 該高頻線路120之線寬並未大於該低頻線路130之該第三端132之線寬，此部份將於後面敘述說明)。此外，如圖2所示，該高頻線路120之該第二端124及該低頻線路130之該第三端132分別與該接地端140反向，也就是說，該高頻線路120之該第二端124及該低頻線路130之該第三端132不指向該接地端140，以避免訊號直接在該高頻線路120之該第二端124與該低頻線路的130之該第三端132流向該接地端140。
依據全球定位系統天線(GPS antenna)之頻率為1575.42兆赫，在本實施例中，該開迴路全球定位系統天線100之基模態(fundamental mode)操作於四分之一波長(也就是以四分之一波長共振)，所計算出的該高頻線路120與該低頻線路130之長度總合約為5公分，其中該低頻線路130之長度約為3公分。製造者可藉由調整該高頻線路120與該低頻線路130之長度以控制該開迴路全球定位系統天線100之共振頻率。當然，該高頻線路120與該低頻線路130之長度並不以上述為限制。在其他實施例中，該開迴路全球定位系統天線100亦可以1/2波長共振來計算出所需的該高頻線路120與該低頻線路130之長度。
此外，如圖1所示，該低頻線路130之該第三端132的線寬大於該低頻線路130之該第四端134的線寬，以使該低頻線路130之該第三端132的線寬符合阻抗匹配的需求，也就是說，藉由加寬該低頻線路130之該第三端132的線寬以與該開迴路全球定位系統天線100的輸入點的阻 抗(50歐姆)匹配。
另外，在本實施例中，為了使該低頻線路130的長度可配置在限定空間內，該低頻線路130會彎折以減少其分布的空間。因此，如圖1所示，該低頻線路130包括平行配置的兩區段136，為了避免在該低頻線路130之平行的兩區段136上發生訊號相互干擾的情況，該兩區段136之間距需要大於1公厘。當然，在其他實施例中，若空間大小足夠，該低頻線路130亦可不需彎折且如同圖1所示地平行地配置(例如可以單一直線的形式配置)，以避免該低頻線路130的不同區段因過於靠近，而發生訊號容易干擾的狀況。
在本實施例中，該開迴路全球定位系統天線100更包括一軟性電路板150，該高頻線路120與該低頻線路130配置於該軟性電路板150上，該饋入端110與該接地端140分別配置於該軟性電路板150的側邊以連接於該高頻線路120與該低頻線路130。在本實施例中，該軟性電路板150以黏合的方式固定於該絕緣物件10上，但在其他實施例中，該軟性電路板150亦可以卡合或螺接的方式固定於該絕緣物件10，該軟性電路板150固定於該絕緣物件10之方式並不上述為限制。
該軟性電路板150包括一第一定位部152，該絕緣物件10包括對應於該第一定位部152之一第二定位部12。當該開迴路全球定位系統天線100黏合於該絕緣物件10上時，可藉由該軟性電路板150之該第一定位部152對位 於該絕緣物件10之該第二定位部12，以確保該開迴路全球定位系統天線100設置在該絕緣物件10上的正確位置。
本實施例之該開迴路全球定位系統天線100可藉由導電材料在該軟性電路板150上製作出相耦合的該高頻線路120及該低頻線路130，並藉由調整該高頻線路120及該低頻線路130的線長與線寬以達到與頻率1575.42兆赫共振且阻抗匹配的特性。相較於習知的陶瓷平板天線，本實施例之該開迴路全球定位系統天線100具有重量輕、體積小以及配置彈性高的優點。
為了確保本實施例之該開迴路全球定位系統天線100實際上可滿足現今的全球定位系統電子裝置的使用需求，下面將透過模擬的方式，比較本實施例之該開迴路全球定位系統天線100的天線輻射場型以及習知之陶瓷平板天線的天線輻射場型。
圖3是習知之陶瓷平板天線的天線輻射場型的模擬示意圖。請參閱圖3，習知之陶瓷平板天線的天線輻射場型在圖面上的Z軸的上方與下方分別形成兩個分別接近球狀的圖形(也就是所謂的上場型及下場型)，如圖3所示，上場型的球形較大且完整，而下場型的球形較小。習知之陶瓷平板天線藉由球形較大且完整的上場型可接收與發送較大範圍的全球定位系統之訊號，以提供良好的全球定位系統服務。
圖4是圖1之開迴路全球定位系統天線的天線輻射場型的模擬示意圖。請參閱圖4，本實施例之該開迴路全球 定位系統天線100之上場型的球形與下場型的球形的大小較為接近，但上場型的球形相較於下場型的球形而言仍然較大且完整。因此，本實施例之該開迴路全球定位系統天線100亦可滿足現今的全球定位系統電子裝置的使用需求，並可提供較小的體積與重量，以使全球定位系統電子裝置可具有更小的外型與更彈性的內部配置。
此外，為了說明本實施例之該開迴路全球定位系統天線100的該高頻線路120與該低頻線路130以開迴路的方式配置可提供較佳的全球定位系統服務。此處針對另一種習知的倒F型平面天線(Planar Inverted F antenna,PIFA)來進行天線輻射場型的模擬。圖5是習知之倒F型平面天線的天線輻射場型的模擬示意圖。請參閱圖5，習知之倒F型平面天線之上場型明顯地小於下場型，也就是說，習知之倒F型平面天線在接收與發送全球定位系統之訊號的範圍較小。因此，相較於習知的倒F型平面天線，本實施例之該開迴路全球定位系統天線100藉由該高頻線路及該低頻線路以開迴路的方式配置而提供較佳的全球定位系統服務。
綜上所述，本發明之該開迴路全球定位系統天線可藉由導電材料在該軟性電路板上製作出該高頻線路及該低頻線路，訊號自該開迴路全球定位系統天線之該饋入端饋入後經過該高頻線路，由於該低頻線路之該第三端與該高頻線路之該第二端耦合，在該高頻線路與該低頻線路之耦合處可產生電容效應以將訊號傳遞至低頻線路。該高頻線路 及該低頻線路藉由開迴路的方式配置可形成較佳的天線輻射場型，以獲得較大的訊號接收與發送範圍。此外，本發明之該開迴路全球定位系統天線可藉由控制該高頻線路與該低頻線路的長度，來使該開迴路全球定位系統天線在頻率為1575.42兆赫共振，並且藉由調整該低頻線路之該第三端的線寬以達到阻抗匹配，以符合全球定位系統電子裝置的使用需求。另外，由於該軟性電路板可依據該絕緣物件的形狀彎折且黏合於其上，該開迴路全球定位系統天線具有所佔的空間小、重量輕且能提供彈性較大之配置方式的優點，並且在組裝於該絕緣物件上時，藉由該軟性電路板之該第一定位部對位於該絕緣物件之該第二定位部，可有效確保組裝的正確性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧絕緣物件
12‧‧‧第二定位部
100‧‧‧開迴路全球定位系統天線
110‧‧‧饋入端
120‧‧‧高頻線路
122‧‧‧第一端
124‧‧‧第二端
130‧‧‧低頻線路
132‧‧‧第三端
134‧‧‧第四端
136‧‧‧兩區段
140‧‧‧接地端
150‧‧‧軟性電路板
152‧‧‧第一定位部
圖1是依照本發明之一實施例之一種開迴路全球定位系統天線的示意圖。
圖2是圖1之開迴路全球定位系統天線配置於絕緣物件的示意圖。
圖3是習知之陶瓷平板天線的天線輻射場型的模擬示意圖。
圖4是圖1之開迴路全球定位系統天線的天線輻射場型的模擬示意圖。
圖5是習知之倒F型平面天線的天線輻射場型的模擬示意圖。
100‧‧‧開迴路全球定位系統天線
110‧‧‧饋入端
120‧‧‧高頻線路
122‧‧‧第一端
124‧‧‧第二端
130‧‧‧低頻線路
132‧‧‧第一端
134‧‧‧第二端
136‧‧‧區段
140‧‧‧接地端
150‧‧‧軟性電路板
152‧‧‧第一定位部

Claims (8)

  1. 一種開迴路全球定位系統天線(open-loop type GPS antenna)，適於配置於一絕緣物件上，該開迴路全球定位系統天線包括：一饋入端(feed)；一高頻線路，包括一第一端及一第二端，該高頻線路之該第一端連接於該饋入端；一低頻線路，包括一第三端及一第四端，該低頻線路之該第三端平行地設置於該高頻線路之該第二端，以與該高頻線路之該第二端耦合，並於耦合處產生電容效應以傳遞訊號，其中該高頻線路之線寬大於該低頻線路之線寬，該高頻線路之該第二端及該低頻線路之該第三端分別與該接地端反向；以及一接地端(ground)，係連接於該低頻線路之該第四端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該高頻線路與該低頻線路之長度總合約為5公分。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該低頻線路之長度約為3公分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該低頻線路之該第三端的線寬大於該低頻線路之該第四端的線寬，以使該低頻線路之該第三端的線寬符合阻抗匹配的需求。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該低頻線路包括平行配置的兩區段，該兩區段之間距至少為1公厘。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之開迴路全球定位系統天線，更包括一軟性電路板，該高頻線路與該低頻線路配置於該軟性電路板上，該饋入端與該接地端分別配置於該軟性電路板的側邊以連接於該高頻線路與該低頻線路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該軟性電路板以黏合的方式固定於該絕緣物件上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之開迴路全球定位系統天線，其中該軟性電路板包括一第一定位部，該絕緣物件包括對應於該第一定位部之一第二定位部。
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