CN101071905A - 接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置，包含：L形接地面，设置在一电路板上；以及全向性芯片天线，设置于该电路板上的该L形接地面的缺口中并与该L形接地面电性连接。本发明使用全向性芯片天线，达到全方位接收全球卫星定位信号，并且通过L形接地面与全向性芯片天线产生电磁耦合效应，使得接收的信号强度增加，来提高使用此芯片天线装置定位的准确度。

Description

接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置

技术领域

本发明涉及一种接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置，特别是涉及一种包含L形接地面的接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置。

背景技术

随着无线通信产业的快速发展，各类电子设备，例如：移动电话、计算机、网络等，目前都已具备利用无线通信来达到信号传输的功能。在各种无线通信产业应用范围中，例如将全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)功能加入手机之中，使得手机也具有定位功能，可提高手机的应用价值。

然而，具备全球卫星定位系统功能的手机，其全球卫星定位系统天线却无法与手机共享。一方面因为两者频带不同，例如：全球移动通信系统(GlobalSystem for Mobile Communications，GSM)频段为900MHz与1800MHz，而全球卫星定位系统频段则为1575MHz。另一方面，因为全球卫星定位系统是圆形偏极化(circular polarization)信号，与手机的线性极化信号不同。因此，需另行内建全球卫星定位系统天线，并直接联机至全球卫星定位系统接收器的电路。

现有全球卫星定位系统天线型式是采用平板天线(patch antenna)，来接收全球卫星定位系统的圆形偏极化信号。此平板天线为指向性天线(directional antenna)，用以接收天线上方的无线信号。然而，将全球卫星定位系统功能加入通信手机之中，使用者使用手机时只能接收特定方向的卫星信号。此时，对于行动中的使用者，由于手机的位置与角度不定，所以使用指向性天线将无法持续接收特定方位的卫星信号。如此一来，将会产生信号接收中断以致无法定位的问题。

因此，具备全球卫星定位系统功能的手机，需要改进现有所使用的全球卫星定位系统天线只能接收特定方向信号的缺点，来解决天线接收信号强度太弱而造成无法定位的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置，使用全向性芯片天线(omni-directional chip antenna)以达到全方位接收全球卫星定位信号，并且，通过L形接地面与全向性芯片天线产生电磁耦合效应，使得接收的信号强度增加，来提高使用此芯片天线装置定位的精确度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置，其特点在于，包含：一L形接地面，设置在一电路板上；以及一全向性芯片天线，设置于该电路板上的该L形接地面的缺口中并与该L形接地面电性连接。

上述接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特点在于，该全向性芯片天线具有一馈入端，通过该馈入端接收该全向性芯片天线的信号至该电路板。

上述接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特点在于，该L形接地面与该全向性芯片天线间具有一定的距离。

上述接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特点在于，该L形接地面的材料为金属、合金或其它导电材料。

本发明的功效，在于使用全向性芯片天线，达到全方位接收全球卫星定位信号，并且，通过L形接地面与全向性芯片天线产生电磁耦合效应，使得接收的信号强度增加，来提高使用此芯片天线装置定位的精确度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的示意图；

图2为本发明的另一较佳实施例的示意图；

图3A为图1的全向性芯片天线在X-Z平面所形成的辐射场型图；

图3B为图1的全向性芯片天线在Y-Z平面所形成的辐射场型图；

图4A为图2的全向性芯片天线在X-Z平面所形成的辐射场型图；

图4B为图2的全向性芯片天线在Y-Z平面所形成的辐射场型图；

图5为图1与图2的芯片天线装置的天线反射损失的频率响应图；

图6A为图1的芯片天线装置在X-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图6B为图1的芯片天线装置在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图7A为图2的芯片天线装置在X-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图7B为图2的芯片天线装置在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图8为本发明的另一较佳实施例的示意图；

图9为本发明的另一较佳实施例的示意图；

图10A为图8的全向性芯片天线在X-Z平面所形成的辐射场型图；

图10B为图8的全向性芯片天线在Y-Z平面所形成的辐射场型图；

图11A为图9的全向性芯片天线在X-Z平面所形成的辐射场型图；

图11B为图9的全向性芯片天线在Y-Z平面所形成的辐射场型图；

图12为图8与图9的芯片天线装置的天线反射损失的频率响应图；

图13A为图8的芯片天线装置在X-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图13B为图8的芯片天线装置在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图14A为图9的芯片天线装置在X-Z平面所形成的圆极化轴比图；

图14B为图9的芯片天线装置在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图。

其中，附图标记：

100：芯片天线装置

110：L形接地面           120：全向性芯片天线

122：馈入端              130：电路板

140：缺口                150：传输线

200：芯片天线装置

210：L形接地面           220：全向性芯片天线

222：馈入端              230：电路板

240：缺口                250：传输线

502：频率响应曲线        504：频率响应曲线

800：芯片天线装置

810：L形接地面           820：全向性芯片天线

822：馈入端              830：电路板

840：缺口                850：传输线

900：芯片天线装置

910：L形接地面        920：全向性芯片天线

922：馈入端           930：电路板

940：缺口             950：传输线

1202：频率响应曲线    1204：频率响应曲线

具体实施方式

请参照图1，为本发明一较佳实施例的接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置的示意图。接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置100包含L形接地面110及全向性芯片天线120。L形接地面110设置在电路板130上，而全向性芯片天线120设置于电路板130上的L形接地面110的缺口140中，并与L形接地面110电性连接。

芯片天线装置100中的全向性芯片天线120可用以接收全球卫星定位系统的信号，并且全向性芯片天线120可360°接收信号而不受方向的影响，可增加信号的涵盖范围。

另外，全向性芯片天线120具有馈入端122，以通过馈入端122传输信号至电路板130。一般而言，全向性芯片天线120可以天线的线路端点或任一部分作为馈入端，以供传输信号。

请参照图1所示，全向性芯片天线120位于L形接地面110缺口140中，也即全向性芯片天线120位于手机使用者的右上角。此外，L形接地面110的缺口140的两侧面长度较佳为延伸至能全面包覆全向性芯片天线120的长度。另外，L形接地面110的缺口140的两侧面长度可以相等或不相等。

当全向性芯片天线120接收全球卫星定位系统时，由于L形接地面110及全向性芯片天线120之间会产生电磁耦合效应，而使得接收的圆形偏极化信号的强度增强。另外，全向性芯片天线120与L形接地面110间的距离不为零，也即在全向性芯片天线120的周围预留净空区域，以避免L形接地面110严重影响全向性芯片天线120的接收效能。

由于目前的全球卫星定位系统信号以右旋圆形偏极化(right-handedcircular polarization，RHCP)来传送。因此，芯片天线装置100通过L形接地面110与全向性芯片天线120的配置，可通过增强接收全球卫星定位系统信号的右旋圆形偏极化的信号强度。

此外，由于地面的反射效应，右旋圆形偏极化信号经过一次反射后会变为左旋圆形偏极化，所以全球卫星定位系统的信号由地面反射后，其极性会改变。不过，芯片天线装置100的上方接收右旋圆形偏极化的信号而下方则可接收左旋圆形偏极化的信号，因此，地面反射信号也可被全向性芯片天线120所接收。

另外，根据本发明的另一较佳实施例，还可以将L形接地面反转后设置在电路板230上，如图2所示，为本发明另一较佳实施例的接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置的示意图，其中凡图标符号比图1中的较佳实施例大100，则都表示相同或类似的元件。

如图2所示，接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置200包含L形接地面210及全向性芯片天线220。全向性芯片天线220位于L形接地面210的缺口240中。此时，全向性芯片天线220位于手机使用者的左上角，用以接收全球卫星定位系统信号。因此，熟知此领域者还可根据所需来选择全向性芯片天线220及L形接地面210，并选择设置于电路板230上的较佳位置。

另外，L型接地面110、210的材料可为金属、合金或其它导电材料，例如常用的金属铜等。全向性芯片天线120、220的基板的材料可为介电材料，例如常用的FR4等，其线路的材料可为金属、合金或其它导电材料，例如常用的金属铜等。

图3A为图1所示的芯片天线装置100在X-Z平面所形成的辐射场型图，而图3B则为芯片天线装置100在Y-Z平面所形成的辐射场型图。图4A为图2所示的芯片天线装置200在X-Z平面所形成的辐射场型图，而图4B为芯片天线装置200在Y-Z平面所形成的辐射场型图。

由这些辐射场型图可知，全向性芯片天线120与220的辐射场型为全方位的。当使用者使用结合全球卫星定位系统及全球移动通信系统的手机时，不需对准特定方向即可接收全球卫星定位系统信号。

图5为芯片天线装置100及200的天线反射损失的频率响应图，其中，纵轴为天线反射损失，单位为分贝(dB)，而横轴为天线频率，单位为百万赫兹(MHz)。如图5，芯片天线装置100的频率响应曲线502与芯片天线装置200的频率响应曲线504并不相同。也就是说，全向性芯片天线与L形接地面之间不同的设置位置会影响其天线反射损失的频率响应。

图6A为芯片天线装置100在X-Z平面所形成的圆极化轴比图，图6B为芯片天线装置100在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图，其中，纵轴为圆极化轴比，而横轴为角度，单位为度(deg)。图7A为芯片天线装置200在X-Z平面所形成的圆极化轴比图，而图7B为芯片天线装置200在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图，其中，纵轴为圆极化轴比，而横轴为角度，单位为度(deg)。

由上述芯片天线装置100和200的圆极化轴比可知，全向性芯片天线及L形接地面在电路板上的设置方式会影响辐射场型的圆形偏极化特性。因此，接收直接与反射信号时，可在电路板上的合适位置设置全向性芯片天线及L形接地面，以增强接收直接与反射信号的强度。

以下实施例则说明L型接地面的缺口尺寸，即芯片天线周围的净空区域大小，也会改变芯片天线装置的圆形偏极化特性、天线反射损失的频率响应以及辐射场型图等。而且，更进一步地说，不同的接地面大小也会对芯片天线装置的圆形偏极化特性、天线反射损失的频率响应以及辐射场型图等造成不同程度的改变。

请参照图8，其为本发明另一较佳实施例的接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置的示意图。接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置800包含L形接地面810及全向性芯片天线820。L形接地面810设置在电路板830上，而全向性芯片天线820设置于电路板830上的L形接地面810的缺口840中，并与L形接地面810电性连接。

全向性芯片天线820具有馈入端822，以通过馈入端822传输信号至电路板830。一般而言，全向性芯片天线820可以天线的线路端点或任一部份作为馈入端，以供传输信号。

请参照图8所示，全向性芯片天线820位于手机使用者的右上角。此外，L形接地面810的缺口840的两侧面长度较佳为延伸至能全面包覆全向性芯片天线820的长度。另外，L形接地面810的缺口840的两侧面长度可以相等或不相等。当全向性芯片天线820接收全球卫星定位系统时，由于L形接地面810及全向性芯片天线820之间会产生电磁耦合效应，而使得接收的圆形偏极化信号的强度增强。另外，全向性芯片天线820与L形接地面810间的距离为零。

由于目前的全球卫星定位系统信号以右旋圆形偏极化(right-handedcircular polarization，RHCP)来传送。因此，芯片天线装置800通过L形接地面810与全向性芯片天线820的配置，可通过增强接收全球卫星定位系统信号的右旋圆形偏极化的信号强度。

此外，由于地面的反射效应，右旋圆形偏极化信号经过一次反射后会变为左旋圆形偏极化，所以全球卫星定位系统的信号由地面反射后，其极性会改变。不过，芯片天线装置800的上方接收右旋圆形偏极化的信号而下方则可接收左旋圆形偏极化的信号，因此，地面反射信号也可被全向性芯片天线820所接收。

另外，根据本发明的另一较佳实施例，还可以将L形接地面反转后设置在电路板930上，如图9所示，其为本发明另一较佳实施例的接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置的示意图，其中，凡图标符号比图8中的较佳实施例大100，则表示相同或类似的元件。

如图9所示，接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置900包含L形接地面910及全向性芯片天线920。全向性芯片天线920位于L形接地面910的缺口940中。此时，全向性芯片天线920位于手机使用者的左上角，用以接收全球卫星定位系统信号。因此，熟知此领域者还可根据所需来选择全向性芯片天线920及L形接地面910，并选择设置于电路板930上的较佳位置。

另外，L型接地面810、910的材料可为金属、合金或其它导电材料，例如常用的金属铜等。全向性芯片天线820、920的基板的材料可为介电材料，例如常用的FR4等，其线路的材料可为金属、合金或其它导电材料，例如常用的金属铜等。

图10A为图8所示的芯片天线装置800在X-Z平面所形成的辐射场型图，而图10B则为芯片天线装置800在Y-Z平面所形成的辐射场型图。图11A为图9所示的芯片天线装置900在X-Z平面所形成的辐射场型图，而图11B为芯片天线装置900在Y-Z平面所形成的辐射场型图。

由这些辐射场型图可知，全向性芯片天线820与920的辐射场型为全方位的。当使用者使用结合全球卫星定位系统及全球移动通信系统的手机时，不需对准特定方向即可接收全球卫星定位系统信号。

图12为芯片天线装置800及900的天线反射损失的频率响应图，其中，纵轴为天线反射损失，单位为分贝(dB)，而横轴为天线频率，单位为百万赫兹(MHz)。如图12所示，芯片天线装置800的频率响应曲线1202与芯片天线装置900的频率响应曲线1204并不相同。也就是说，全向性芯片天线与L形接地面之间不同的设置位置会影响其天线反射损失的频率响应。

图13A为芯片天线装置800在X-Z平面所形成的圆极化轴比图，图13B为芯片天线装置800在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图，其中纵轴为圆极化轴比，而横轴为角度，单位为度(deg)。图14A为芯片天线装置900在X-Z平面所形成的圆极化轴比图，而图14B为芯片天线装置900在Y-Z平面所形成的圆极化轴比图，其中，纵轴为圆极化轴比，而横轴为角度，单位为度(deg)。

由上述芯片天线装置800和900的圆极化轴比可知，全向性芯片天线及L形接地面在电路板上的设置方式会影响辐射场型的圆形偏极化特性。因此，接收直接与反射信号时，可在电路板上的合适位置设置全向性芯片天线及L形接地面，以增强接收直接与反射信号的强度。

由上述本发明较佳实施例可知：本发明一方面就是在提供一种接收全球卫星定位系统的芯片天线装置。此接收全球卫星定位系统的芯片天线装置中，使用全向性芯片天线，以全方位地接收全球卫星定位信号。另一方面，全向性芯片天线位于L形接地面的缺口中，该芯片天线与L形接地面会产生电磁耦合效应，以增强接收全球卫星定位的圆形偏极化信号的强度，而可提高芯片天线装置定位的精确度。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1、一种接收全球卫星定位系统信号的芯片天线装置，其特征在于，包含：

一L形接地面，设置在一电路板上；以及

一全向性芯片天线，设置于该电路板上的该L形接地面的缺口中并与该L形接地面电性连接。

2、根据权利要求1所述的接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特征在于，该全向性芯片天线具有一馈入端，通过该馈入端接收该全向性芯片天线的信号至该电路板。

3、根据权利要求1所述的接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特征在于，该L形接地面与该全向性芯片天线间具有一定的距离。

4、根据权利要求1所述的接收全球卫星定位系统的芯片天线装置，其特征在于，该L形接地面的材料为金属、合金或其它导电材料。

Images