CN103840246B - 开回路全球定位系统天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开回路全球定位系统天线，适于配置在一绝缘物件上，开回路全球定位系统天线包括一馈入端、一高频线路、一低频线路及一接地端。高频线路包括一第一端及一第二端，第一端连接在馈入端。低频线路包括一第三端及一第四端，第三端平行地设置在第二端，以与第二端耦合，并在耦合处产生电容效应以传递信号。接地端连接在第四端。

Description

开回路全球定位系统天线

技术领域

本发明是有关于一种全球定位系统天线，且特别是有关于一种开回路全球定位系统天线。

背景技术

随着科技的进步，目前大众的通信方式已渐渐改为无线通信，像是手机(CellPhone)、具有无线上网的个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，简称PDA)、全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS)等等，皆是无线通信的范畴，然而通常无线通信需要利用天线来传递信息。

天线的架构有不同的种类，像是偶极天线(DipoleAntenna)、领结形天线(Bow-TieAntenna)、喇叭天线(HornAntenna)等等，具有各自的特色与效能，其中，偶极天线具有全方向的场型，领结形天线的操作频带较宽，喇叭天线的增益较大。然而各种天线也有其相对而言的缺点，像是偶极天线的增益较小且操作频带较窄，领结形天线的场型在各频率操作时较不一致，喇叭天线不适用于移动通信等等。所以天线的设计必须要根据各种无线通信的实际需求。

以全球定位系统天线而言，目前大部分的全球定位系统天线使用频率共振于1575.42兆赫(MHz)且材质为右旋极化陶瓷介质材料的陶瓷平板天线(patchtypeantenna)。陶瓷平板天线包括陶瓷天线及低噪声放大器(LowNoiseAmplifier，简称LNA)等元件。目前，市面上的陶瓷平板天线的长宽尺寸约在1.2厘米x1.2厘米至2.5厘米x2.5厘米之间。现今的全球定位系统电子装置对于轻薄短小的要求越来越趋于严格，由于陶瓷平板天线的重量与尺寸较难缩减，其会占据无线电子装置一定的体积，这对于轻薄短小的设计要求来说，无疑是种限制。此外，陶瓷平板天线的成本也较高。

发明内容

本发明提供一种开回路全球定位系统天线，其具有重量轻、体积小且低成本的优点。

本发明提供一种开回路全球定位系统天线(open-looptypeGPSantenna)，适于配置在一绝缘物件上，该开回路全球定位系统天线包括一馈入端(feed)、一高频线路、一低频线路及一接地端(ground)。高频线路包括一第一端及一第二端，该高频线路的该第一端连接在该馈入端。低频线路包括一第三端及一第四端，该低频线路的该第三端平行地设置在该高频线路的该第二端，以与该高频线路的该第二端耦合，并在耦合处产生电容效应以传递信号。接地端连接在该低频线路的该第四端。

在本发明的一实施例中，上述的该高频线路的线宽大于该低频线路的线宽。

在本发明的一实施例中，上述的该高频线路的该第二端及该低频线路的该第三端与该接地端反向。

在本发明的一实施例中，上述的该高频线路与该低频线路的长度总和约为5厘米。

在本发明的一实施例中，上述的该低频线路的长度约为3厘米。

在本发明的一实施例中，上述的该低频线路的该第三端的线宽大于该低频线路的该第四端的线宽，以使该低频线路的该第三端的线宽符合阻抗匹配的需求。

在本发明的一实施例中，上述的该低频线路包括平行配置的两区段，该两区段的间距至少为1毫米。

在本发明的一实施例中，该开回路全球定位系统天线还包括一软性电路板，该高频线路与该低频线路配置在该软性电路板上，该馈入端与该接地端分别配置在该软性电路板的侧边以连接该高频线路与该低频线路。

在本发明的一实施例中，上述的该软性电路板以黏合的方式固定在该绝缘物件上。

在本发明的一实施例中，上述的该软性电路板包括一第一定位部，该绝缘物件包括对应于该第一定位部的一第二定位部。

基于上述，本发明的该开回路全球定位系统天线可通过导电材料在该软性电路板上制作出该高频线路及该低频线路，信号自该开回路全球定位系统天线的该馈入端馈入后经过该高频线路，由于该低频线路的该第三端与该高频线路的该第二端耦合，在该高频线路与该低频线路的耦合处可产生电容效应以将信号传递至低频线路。该高频线路及该低频线路通过开回路的方式配置可形成较佳的天线辐射场型，以获得较大的信号接收与发送范围。此外，本发明的该开回路全球定位系统天线可通过控制该高频线路与该低频线路的长度，来使该开回路全球定位系统天线在频率为1575.42兆赫共振，并且通过调整该低频线路的该第三端的线宽以达到阻抗匹配，以符合全球定位系统电子装置的使用需求。另外，由于该软性电路板可依据该绝缘物件的形状弯折且黏合在其上，该开回路全球定位系统天线具有所占的空间小、重量轻且能提供弹性较大的配置方式的优点，并且在组装在该绝缘物件上时，通过该软性电路板的该第一定位部对位于该绝缘物件的该第二定位部，可有效确保组装的正确性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的一种开回路全球定位系统天线的示意图；

图2是图1的开回路全球定位系统天线配置于绝缘物件的示意图；

图3是现有的陶瓷平板天线的天线辐射场型的模拟示意图；

图4是图1的开回路全球定位系统天线的天线辐射场型的模拟示意图；

图5是现有的倒F型平面天线的天线辐射场型的模拟示意图。

附图标记说明：

10：绝缘物件；

12：第二定位部；

100：开回路全球定位系统天线；

110：馈入端；

120：高频线路；

122：第一端；

124：第二端；

130：低频线路；

132：第三端；

134：第四端；

136：两区段；

140：接地端；

150：软性电路板；

152：第一定位部。

具体实施方式

图1是依照本发明的一实施例的一种开回路全球定位系统天线的示意图。图2是图1的开回路全球定位系统天线配置于绝缘物件的示意图。请参照图1及图2，本实施例的该开回路全球定位系统天线100，适于配置在一绝缘物件10上。在本实施例中，该绝缘物件10为一塑胶件，在其他实施例中，该绝缘物件10的材料也可为陶瓷等，该绝缘物件10的种类并不以此为限制。该绝缘物件10可为一全球定位系统电子装置(未示出)内的一元件，由于该开回路全球定位系统天线100的体积小且可弯折，该开回路全球定位系统天线100可依据该绝缘物件10的构形直接贴附在其上以接收与发送全球定位系统的信号，此部分将在下面详述。

如图1所示，本实施例的该开回路全球定位系统天线100包括一馈入端110、一高频线路120、一低频线路130及一接地端140。该馈入端110、该高频线路120、该低频线路130及该接地端140可由导电材料制作，导电材料例如是金属，在本实施例中，该高频线路120与该低频线路130的材质为金或铜，但该高频线路120与该低频线路130的材质并不以此为限制。

该高频线路120包括一第一端122及一第二端124，该高频线路120的该第一端122连接在该馈入端110。该低频线路130包括一第三端132及一第四端134，该低频线路130的该第三端132平行地设置在该高频线路120的该第二端124，以使该低频线路130的该第三端132与该高频线路120的该第二端124耦合，并在耦合处产生电容效应以传递信号。接地端140连接在该低频线路130的该第四端134。

在本实施例中，通过该低频线路130的该第三端132与该高频线路120的该第二端124平行设置而相互耦合，以模拟电容的效果，而在耦合处产生电容效应，藉以缩短该高频线路120与该低频线路130的长度。

在本实施例中，该高频线路120的线宽大于该低频线路130的线宽，以使信号的阻抗较小(但在本实施例中，该高频线路120的线宽并未大于该低频线路130的该第三端132的线宽，此部分将在后面叙述说明)。此外，如图1和图2所示，该高频线路120的该第二端124及该低频线路130的该第三端132分别与该接地端140反向，也就是说，该高频线路120的该第二端124及该低频线路130的该第三端132不指向该接地端140，以避免信号直接在该高频线路120的该第二端124与该低频线路130的该第三端132流向该接地端140。

依据全球定位系统天线(GPSantenna)的频率为1575.42兆赫，在本实施例中，该开回路全球定位系统天线100的基模态(fundamentalmode)操作于四分之一波长(也就是以四分之一波长共振)，所计算出的该高频线路120与该低频线路130的长度总和约为5厘米，其中该低频线路130的长度约为3厘米。制造者可通过调整该高频线路120与该低频线路130的长度以控制该开回路全球定位系统天线100的共振频率。当然，该高频线路120与该低频线路130的长度并不以上述为限制。在其他实施例中，该开回路全球定位系统天线100也可以1/2波长共振来计算出所需的该高频线路120与该低频线路130的长度。

此外，如图1所示，该低频线路130的该第三端132的线宽大于该低频线路130的该第四端134的线宽，以使该低频线路130的该第三端132的线宽符合阻抗匹配的需求，也就是说，通过加宽该低频线路130的该第三端132的线宽以与该开回路全球定位系统天线100的输入点的阻抗(50欧姆)匹配。

另外，在本实施例中，为了使该低频线路130的长度可配置在限定空间内，该低频线路130会弯折以减少其分布的空间。因此，如图1所示，该低频线路130包括平行配置的两区段136，为了避免在该低频线路130的平行的两区段136上发生信号相互干扰的情况，该两区段136的间距需要大于1毫米。当然，在其他实施例中，若空间大小足够，该低频线路130也可不需弯折且如同图1所示的平行地配置(例如可以单一直线的形式配置)，以避免该低频线路130的不同区段因过于靠近，而发生信号容易干扰的状况。

在本实施例中，该开回路全球定位系统天线100还包括一软性电路板150，该高频线路120与该低频线路130配置在该软性电路板150上，该馈入端110与该接地端140分别配置在该软性电路板150的侧边以连接于该高频线路120与该低频线路130。在本实施例中，该软性电路板150以黏合的方式固定在该绝缘物件10上，但在其他实施例中，该软性电路板150也可以卡合或螺接的方式固定于该绝缘物件10，该软性电路板150固定于该绝缘物件10的方式并不上述为限制。

该软性电路板150包括一第一定位部152，该绝缘物件10包括对应于该第一定位部152的一第二定位部12。当该开回路全球定位系统天线100黏合在该绝缘物件10上时，可通过该软性电路板150的该第一定位部152对位于该绝缘物件10的该第二定位部12，以确保该开回路全球定位系统天线100设置在该绝缘物件10上的正确位置。

本实施例的该开回路全球定位系统天线100可通过导电材料在该软性电路板150上制作出相耦合的该高频线路120及该低频线路130，并通过调整该高频线路120及该低频线路130的线长与线宽以达到与频率1575.42兆赫共振且阻抗匹配的特性。相较于现有的陶瓷平板天线，本实施例的该开回路全球定位系统天线100具有重量轻、体积小以及配置弹性高的优点。

为了确保本实施例的该开回路全球定位系统天线100实际上可满足现今的全球定位系统电子装置的使用需求，下面将通过模拟的方式，比较本实施例的该开回路全球定位系统天线100的天线辐射场型以及现有的陶瓷平板天线的天线辐射场型。

图3是现有的陶瓷平板天线的天线辐射场型的模拟示意图。请参照图3，现有的陶瓷平板天线的天线辐射场型在图面上的Z轴的上方与下方分别形成两个分别接近球状的图形(也就是所谓的上场型及下场型)，如图3所示，上场型的球形较大且完整，而下场型的球形较小。现有的陶瓷平板天线通过球形较大且完整的上场型可接收与发送较大范围的全球定位系统的信号，以提供良好的全球定位系统服务。

图4是图1的开回路全球定位系统天线的天线辐射场型的模拟示意图。请参照图1和图4，本实施例的该开回路全球定位系统天线100的上场型的球形与下场型的球形的大小较为接近，但上场型的球形相较于下场型的球形而言仍然较大且完整。因此，本实施例的该开回路全球定位系统天线100也可满足现今的全球定位系统电子装置的使用需求，并可提供较小的体积与重量，以使全球定位系统电子装置可具有更小的外型与更弹性的内部配置。

此外，为了说明本实施例的该开回路全球定位系统天线100的该高频线路120与该低频线路130以开回路的方式配置可提供较佳的全球定位系统服务。此处针对另一种现有的倒F型平面天线(PlanarInvertedFantenna，简称PIFA)来进行天线辐射场型的模拟。图5是现有的倒F型平面天线的天线辐射场型的模拟示意图。请参照图5，现有的倒F型平面天线的上场型明显地小于下场型，也就是说，现有的倒F型平面天线在接收与发送全球定位系统的信号的范围较小。因此，相较于现有的倒F型平面天线，本实施例的该开回路全球定位系统天线100通过该高频线路及该低频线路以开回路的方式配置而提供较佳的全球定位系统服务。

综上所述，本发明的该开回路全球定位系统天线可通过导电材料在该软性电路板上制作出该高频线路及该低频线路，信号自该开回路全球定位系统天线的该馈入端馈入后经过该高频线路，由于该低频线路的该第三端与该高频线路的该第二端耦合，在该高频线路与该低频线路的耦合处可产生电容效应以将信号传递至低频线路。该高频线路及该低频线路通过开回路的方式配置可形成较佳的天线辐射场型，以获得较大的信号接收与发送范围。此外，本发明的该开回路全球定位系统天线可通过控制该高频线路与该低频线路的长度，来使该开回路全球定位系统天线在频率为1575.42兆赫共振，并且通过调整该低频线路的该第三端的线宽以达到阻抗匹配，以符合全球定位系统电子装置的使用需求。另外，由于该软性电路板可依据该绝缘物件的形状弯折且黏合在其上，该开回路全球定位系统天线具有所占的空间小、重量轻且能提供弹性较大的配置方式的优点，并且在组装在该绝缘物件上时，通过该软性电路板的该第一定位部对位于该绝缘物件的该第二定位部，可有效确保组装的正确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种开回路全球定位系统天线，其特征在于，适于配置在一绝缘物件上，该开回路全球定位系统天线包括：

一馈入端；

一高频线路，包括一第一端及一第二端，该高频线路的该第一端连接在该馈入端；

一低频线路，包括一第三端及一第四端，该低频线路的该第三端平行地设置在该高频线路的该第二端，以与该高频线路的该第二端耦合，并在耦合处产生电容效应以传递信号；

一接地端，连接在该低频线路的该第四端，该高频线路的线宽大于该低频线路的线宽，该高频线路的该第二端及该低频线路的该第三端分别与该接地端反向，该低频线路的该第三端的线宽大于该低频线路的该第四端的线宽，以使该低频线路的该第三端的线宽符合阻抗匹配的需求；以及

一软性电路板，该高频线路与该低频线路配置在该软性电路板上，该馈入端与该接地端分别配置在该软性电路板的侧边以连接该高频线路与该低频线路。

2.根据权利要求1所述的开回路全球定位系统天线，其特征在于，该高频线路与该低频线路的长度总和约为5厘米。

3.根据权利要求1所述的开回路全球定位系统天线，其特征在于，该低频线路的长度约为3厘米。

4.根据权利要求1所述的开回路全球定位系统天线，其特征在于，该低频线路包括平行配置的两区段，该两区段的间距至少为1毫米。

5.根据权利要求1所述的开回路全球定位系统天线，其特征在于，该软性电路板以黏合的方式固定在该绝缘物件上。

6.根据权利要求5所述的开回路全球定位系统天线，其特征在于，该软性电路板包括一第一定位部，该绝缘物件包括对应于该第一定位部的一第二定位部。