CN101399401A

CN101399401A - 天线模块

Info

Publication number: CN101399401A
Application number: CNA2007101617719A
Authority: CN
Inventors: 陈瞬贤
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: CN101399401B

Abstract

一种天线模块。包括一接地板、一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体设置在接地板之上，且第一辐射体用以接收或传送一第一信号。第一信号来自于至少一人造卫星。第二辐射体设置在接地板及第一辐射体之间，且第二辐射体用以接收或传递一第二信号。第二信号来自于任意方向。

Description

天线模块

技术领域

本发明关于一种天线模块，且特别关于一种可同时接收或传送来自于人造卫星及任意方向的信号的天线模块。

背景技术

随着无线通信科技发展，各式电子产品均搭载各式通信功能。无线通信的类型繁多，举凡GPS、RDS、DVB-T、DVB-H、802.11a/b/g/n、WiMAX、3G、GSM、GPRS、PHS、FM/AM、Zigee及Irda等，各式通信的类型均有其对应的操作频段。

无线通信科技是以各式天线接收或发送对应频段的信号。而当射频系统采用多频段操作时，大部份的天线均采用多组独立天线来达到天线分集的目的。但如此一来，将大幅增加系统复杂性，更降低许多的空间利用率。

即使组合两组天线，而形成一复合式天线，两组天线之间的干扰往往严重影响辐射频宽及辐射场型。甚至降低了各组天线原有的效能。

在电子装置所搭载的通信类型日趋繁忙的情况下，如何增加天线频宽与维持良好的辐射场型是一项相当困难的挑战。

发明内容

本发明关于一种天线模块，其利用第一辐射体及第二辐射体的组合，以接收或传送来自人造卫星及任意方向的信号。

根据本发明的一方面，提出一种天线模块。天线模块包括一接地板、一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体设置在接地板之上，且第一辐射体用以接收或传送一第一信号。第一信号来自于至少一人造卫星。第二辐射体设置在接地板及第一辐射体之间，且第二辐射体用以接收或传递一第二信号。第二信号来自于任意方向。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出依照本发明第一实施例的天线模块的示意图；

图2示出图1的天线模块的反射损失(Return Loss)与频率的关系图；

图3A～图3C示出图1的天线模块操作在1575MHz的辐射场型(Radiation Pattern)图；

图4A～图4C示出图1的天线模块操作在3432MHz的辐射场型图；

图5A～图5C示出图1的天线模块操作在3960MHz的辐射场型图；

图6A～图6C示出图1的天线模块操作在4488MHz的辐射场型图；

图7示出依照本发明第二实施例的天线模块的示意图；以及

图8示出依照本发明第三实施例的天线模块的示意图。

主要元件符号说明

100、200、300：天线模块

110、210、310：第一辐射体

111、211、311：第一辐射臂

112、212、312：第二辐射臂

113：辐射球

120：第二辐射体

121：第一辐射筒

122：第二辐射筒

130：接地板

140：连接杆

150：馈入点

S1：第一信号

S2：第二信号

L：连接杆的长度

L120：中心轴

P1、P2：辐射面

具体实施方式

第一实施例

请参照图1，其示出依照本发明第一实施例的天线模块100的示意图。天线模块100包括一接地板130、一第一辐射体110及一第二幅射体120。第一辐射体110设置在接地板130之上，且第一辐射体110用以接收或传送一第一信号S1。第一信号S1来自于至少一人造卫星(未示出)。第二辐射体120设置在接地板130及第一辐射体110之间，且第二辐射体120用以接收或传递一第二信号S2，第二信号S2来自于任意方向。由于第一辐射体110设置在第二辐射体120之上，第一辐射体110不至于受到第二辐射体120的影响。因此，仅需一支天线模块100即可接收或传送两种不同的信号，而不再需要分别设置两支天线结构，进而增加空间的使用效率。

此外，第一辐射体110谐振于一第一频率范围，第二幅射体120谐振于一第二频率范围，第一频率范围低于第二频率范围。如此，仅需一支天线模块100即可操作于第一频率范围及第二频率范围，更延伸了天线模块100的操作频宽。

第一辐射体110及第二幅射体120之间是以一连接杆140连接。在本实施例中，第一辐射体110所谐振的第一频率范围为1575.42MHz，亦即第一辐射体110、连接杆140、第二辐射体120及接地板130组成一全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线结构。第二辐射体120所谐振的第二频率范围为3.1GHz～10GHz，亦即第二辐射体120及接地板130组成超宽频(Ultra-Wideband，UWB)天线结构。其中，全球定位系统天线结构及超宽频天线结构共用一馈入点150。

优选地，连接杆140的长度L大于第一信号S1的波长λ₁及第二信号S2的波长λ₂较大者的二分之一。如下式(1)所述：

L>max(λ₁，λ₂)/2.............................(1)

在第一辐射体110及第二辐射体120保持一定的距离之下，第一辐射体110与第二辐射体120的场形不会相互影响。经过上式(1)的换算，连接杆140的长度大于100毫米时，即可避免第一辐射体110与第二辐射体120相互影响。在本实施例中，连接杆140是以140毫米(mm)为例做说明。

连接杆140实质上沿着第二辐射体120的一中心轴L120设置。第一辐射体110及第二辐射体120即以中心轴L120为中心，形成一360度的对称结构。如此一来，第一辐射体110及第二辐射体120均具有360度的辐射效果。

本实施例的第一辐射体110包括一第一辐射臂111及一第二辐射臂112。第一辐射臂111的一端连接于连接杆140，并且第一辐射臂111实质上垂直于连接杆140。第二辐射臂112连接于第一辐射臂111的另一端，并以第一辐射臂111的另一端为中心环绕于第二辐射体112之上。第一辐射体110采用第一辐射臂111及第二辐射臂112所弯折的结构即可减低第一辐射体110对第二辐射体120的屏蔽效果，以确保第一辐射体110及第二辐射体120均可正常操作。

在本实施例中，第一辐射臂111的长度为30毫米(mm)。第二辐射臂112是以第一辐射臂111与连接杆140的连接处为中心，环绕成一圆环状结构。第一辐射臂111的长度即为圆环状结构的半径，第二辐射臂112的长度即为圆环状结构的周长。第一辐射臂111的长度经过调整后，即可调整第一辐射体110的总长度，进而调整第一辐射体110谐振的频率范围。目前人造卫星所发出的GPS信号位于1575.42MHz的谐振频率，因此设计者可将第一辐射体110的谐振的频率范围调整为1575.42MHz，即可接收GPS信号。

再者，本实施例的连接杆140、第一辐射臂111及第二辐射臂112的截面的直径均为1毫米(mm)。连接杆140、第一辐射臂111及第二辐射臂112是直接以直径为1毫米的金属杆弯折而成，并不需要铸模等复杂的制造过程。不仅制造方法简单，材料成本亦相当地低廉。

此外，如图1所示，圆环状结构位于一辐射面P1，辐射面P1实质上垂直于连接杆140。接地板130亦实质上垂直于连接杆140。当桌面实质上平行于水平面时，使用者仅需将天线模块110置于桌面上，辐射面P1将会朝向天空。如此一来，第一辐射体110即可顺利地接收来自人造卫星所发出的第一信号S1。

优选地，第一辐射体110还包括一辐射球113。辐射球113设置在第二辐射臂112的末端。辐射球113可增加第一辐射体110的辐射方向。在本实施例中，辐射球113的直径为3毫米(mm)。圆环状结构具有一缺口G，缺口G的长度为10毫米(mm)。辐射球113与第一辐射臂111保持一定的距离，以避免辐射球113与第一辐射臂111之间相互影响。

第二辐射体120包括一第一辐射筒121及一第二辐射筒122。第一辐射筒121实质上为一圆柱状结构。第二辐射筒122连接于第一辐射筒121及接地板130，第二辐射筒122实质上为一圆锥状结构。

其中，第二辐射筒122的直径是由第一辐射筒122朝向接地板130逐渐缩小，而形成一倒圆锥结构。在本实施例中，第一辐射筒121的直径为10毫米(mm)，第一辐射筒121沿中心轴L120的长度为30毫米(mm)，第二辐射筒122沿中心轴L120的长度为10毫米(mm)。通过第一辐射筒121及第二辐射筒122沿中心轴L120的长度的调整，即可调整第二辐射体120的谐振频率范围。

请参照图2，其示出图1的天线模块100的反射损失(Return Loss)与频率的关系图。如图2可知，天线模块100在1575.42MHz及3.1GHz～10GHz的频率范围操作良好。可见第一辐射体110及第二幅射体120的组合并未影响两者的谐振频率范围。也就是说，一支天线模块100即可同时操作在1575.42MHz及3.1GHz～10GHz的频率范围。

请参照图3A～图3C，其示出图1的天线模块100操作在1575MHz的辐射场型(Radiation Pattern)图。由图3A～图3C可知，天线模块100操作在1575MHz时，具有良好的辐射场型。尤其是对于来自天空的人造卫星，更是具有一定的辐射效率，而没有受到第二辐射体120的影响。

请参照图4A～图6C，图4A～图4C示出图1的天线模块100操作在3432MHz的辐射场型图，图5A～图5C示出图1的天线模块100操作在3960MHz的辐射场型图，图6A～图6C示出图1的天线模块100操作在4488MHz的辐射场型图。由图4A～图6C可知，天线模块100操作在3432MHz、3960MHz及4488MHz时，均具有良好的辐射场型，可见第一辐射体110并未屏蔽第二辐射体120。

跟据本实施例，虽然天线模块100的尺寸及结构是以图1为例作说明，然其并非用以限缩本发明。天线模块100可依据设计需求来调整尺寸，以获得适合的辐射场型及谐振频率范围。

第二实施例

请参照图7，其示出依照本发明第二实施例的天线模块200的示意图。本实施例的天线模块200与第一实施例的天线模块100不同之处在于第一辐射体210的结构，其余相同之处沿用相同标号，并不再重述。

如图7所示，第一辐射体210的第二辐射臂212逐渐向外环绕成一漩涡状结构。漩涡状结构实质上位于同一辐射面P2，辐射面P2实质上垂直于连接杆140。当桌面实质上平行于水平面时，使用者仅需将天线模块200置于桌面上，辐射面P2将会朝向天空。如此一来，第一辐射体210即可顺利地接收来自人造卫星所发出的第一信号。

第二辐射臂212逐渐向外环绕两圈，而形成漩涡状结构。通过第一辐射臂211的长度的调整，及第二辐射臂212所环绕的圈数与各圈间距的调整，均可调整第一辐射体210的谐振频率范围。

此外，本实施例的第一辐射体210并不会屏蔽第二幅射体120，因此第二辐射体120仍可顺利的接收第二信号S2。

第三实施例

请参照图8，其示出依照本发明第三实施例的天线模块300的示意图。本实施例的天线模块300与第一实施例的天线模块100不同之处在于第一辐射体310的结构，其余相同之处沿用相同标号，并不再重述。

如图8所示，第一辐射体310的第二辐射臂312是以第二辐射体120的中心轴L120为轴心，环绕成一螺旋状结构。当桌面实质上平行于水平面时，使用者仅需将天线模块300置于桌面上，中心轴L120将会朝向天空。如此一来，第一辐射体310即可顺利地接收来自人造卫星所发出的第一信号S1。

第二辐射臂312逐渐向上环绕数圈，而形成螺旋状结构。通过第一辐射臂311的长度的调整以及第二辐射臂312所环绕的圈数与各圈间距的调整，均可调整第一辐射体310的谐振频率范围。

此外，本实施例的第一辐射体310并不会屏蔽第二幅射体120，因此第二辐射体120仍可顺利的接收第二信号S2。

根据上述实施例，虽然天线模块的结构与尺寸是以图1、图7及图8为例做说明。然该发明所属技术领域中具有通常知识者均可明了本发明的天线模块并非局限于此。天线模块的结构与尺寸亦可依据设计需求调整结构及尺寸。只要是将第一辐射体设置于第二辐射体之上，以接收来自人造卫星及各种方向的信号，均不脱离本发明所属技术范围。

本发明上述实施例所公开的天线模块，其利用第一辐射体及第二辐射体的结合，使得天线模块具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下：

1.由于第一辐射体设置在第二辐射体之上，因此第一辐射体不至于受到第二辐射体的影响。因此，仅需一支天线模块即可接收或传送两种不同的信号，而不再需要分别设置两支天线结构，进而增加空间的使用效率。

2.第一辐射体谐振于一第一频率范围，第二幅射体谐振于一第二频率范围，第一频率范围低于第二频率范围。天线模块可操作于第一频率范围及第二频率范围，更延伸了天线模块的操作频宽。

3.在第二辐射体及第一辐射体保持一定的距离之下，第一辐射体与第二辐射体的场型不会相互影响。

4.第二辐射体及第一辐射体即以中心轴为中心，形成一360度的对称结构。如此，第二辐射体及第一辐射体具有360度的辐射效果。

5.第一辐射体采用第一辐射臂及第二辐射臂所弯折的结构即可减低第一辐射体对第二辐射体的屏蔽效果，以确保第一辐射体及第二辐射体均可正常操作。

6.连接杆、第一辐射臂及第二辐射臂的截面的直径均为1毫米。连接杆、第一辐射臂及第二辐射臂是直接以直径为1毫米的金属杆弯折而成，并不需要铸模等复杂的制造过程。不仅制造方法简单，材料成本亦相当地低廉。

7.圆环状结构的第一辐射体的辐射面实质上垂直于连接杆，漩涡状结构的第一辐射体的辐射面实质上垂直于连接杆，且螺旋状的第一辐射体的延伸方向平行于连接杆。因此，当桌面实质上平行于水平面时，使用者仅需将天线模块置于桌面上，第一辐射体将会朝向天空。如此一来，第一辐射体即可顺利地接收来自人造卫星所发出的第一信号。

8.辐射球更可增加第一辐射体的辐射方向。且辐射球与第一辐射臂保持一定的距离，亦可避免辐射球与第一辐射臂之间相互影响。

9.经过实验证明，天线模块可同时操作在1575.42MHz及3.1GHz～10GHz的频率范围，且获得良好的辐射场型。在现今通信产品多元化的发展下，上述实施例所公开的天线模块提供宽广的操作频率范围以及良好的辐射场型，更具有高度产品竞争力。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种天线模块，包括：

一接地板；

一第一辐射体，设置在该接地板之上，且该第一辐射体用以接收或传送一第一信号，该第一信号来自于至少一人造卫星；以及

一第二辐射体，设置在该接地板及该第一辐射体之间，且该第二辐射体用以接收或传递一第二信号，该第二信号来自于任意方向。

2.根据权利要求1所述的天线模块，其中该第一辐射体谐振于一第一频率范围，该第二幅射体谐振于一第二频率范围，该第一频率范围低于该第二频率范围。

3.根据权利要求1所述的天线模块，还包括：

一连接杆，连接该第一辐射体及该第二辐射体，该第一辐射体、该连接杆、该第二辐射体及该接地板组成一全球定位系统天线结构，该第二辐射体及该接地板组成一超宽频天线结构。

4.根据权利要求3所述的天线模块，其中该连接杆的长度大于该第一信号的波长及该第二信号的波长较大者的二分之一。

5.根据权利要求3所述的天线模块，其中该连接杆的长度大于100毫米。

6.根据权利要求3所述的天线模块，其中该连接杆的长度为140毫米。

7.根据权利要求3所述的天线模块，其中该连接杆的截面的直径为1毫米。

8.根据权利要求3所述的天线模块，其中该连接杆实质上沿着该第二辐射体的一中心轴设置。

9.根据权利要求3所述的天线模块，其中该第一辐射体包括：

一第一辐射臂，一端连接于该连接杆，并且该第一辐射臂实质上垂直于该连接杆；以及

一第二辐射臂，连接于该第一辐射臂的另一端，并以该第一辐射臂的该另一端为中心环绕于该第二辐射体之上。

10.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第一辐射臂的长度为30毫米。

11.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第一辐射臂及该第二辐射臂的截面的直径为1毫米。

12.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第二辐射臂环绕成一圆环状结构。

13.根据权利要求12所述的天线模块，其中该圆环状结构实质上位于一第一平面，该第一平面实质上垂直于该连接杆。

14.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第二辐射臂逐渐向外环绕成一漩涡状结构。

15.根据权利要求14所述的天线模块，其中该漩涡状结构实质上位于一第二平面，该第二平面实质上垂直于该连接杆。

16.根据权利要求14所述的天线模块，其中该第二辐射臂逐渐向外环绕两圈，而形成该漩涡状结构。

17.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第二辐射臂是以该连接杆的延伸方向为轴心，环绕成一螺旋状结构。

18.根据权利要求9所述的天线模块，其中该第一辐射体还包括：

一辐射球，设置在该第二辐射臂的末端。

19.根据权利要求1所述的天线模块，其中该第二辐射体包括：

一第一辐射筒，该第一辐射筒实质上为一圆柱状结构；以及

一第二辐射筒，连接于该第一辐射筒及该接地板，该第二辐射筒实质上为一圆锥状结构。

20.根据权利要求19所述的天线模块，其中该第二辐射筒的直径由该第一辐射筒朝向该接地板逐渐缩小。