CN106329134B - 螺旋天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种螺旋天线结构包括：一基板，具有若干第一穿孔及若干第二穿孔，该些第一穿孔排列成一第一列，该些第二穿孔排列成一第二列，该第一列平行该第二列；一信号输出电路，设置于该基板；一地线，设置于该基板且位于该第一列与该第二列之间，并连接至该信号输出电路；一螺旋天线，旋转穿过该些第一穿孔及该些第二穿孔，以环设于该基板的部份面积，且该螺旋天线的一端电性连接至该信号输出电路。利用本发明的螺旋天线结构，不仅方便螺旋天线组装至基板上，而且不易因形变而影响螺旋天线的结构参数。

Description

螺旋天线结构

【技术领域】

本发明关于一种天线结构，特别是关于一种于基板上的螺旋天线结构。

【背景技术】

某些电子装置基于如全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的通讯方式，利用绕行地球轨道的二十四颗卫星对地面发射的GPS信号来定位，客户端可持有并使用对应的GPS电子装置接收三颗以上的卫星所发射的GPS信号，借此计算出客户端所在位置。为了实现无线通信，电子装置必须设置天线，以天线来接收或发送信号。天线的型态与种类繁多，以GPS应用领域为例，GPS电子装置的天线可为平板天线(Patch antenna)或螺旋天线(Helix antenna)，其中平板天线有带宽过窄的问题，螺旋天线具有较大带宽，且更适于接收GPS信号。

然而，由于螺旋天线的线体材料较软之故，螺旋天线的形状与结构的稳定性与固定性先天上本来就易受到外力的影响而发生变形。若将螺旋天线组装到电子装置上时，可能因为人为或非人为等外力挤压或碰撞的各种因素而导致螺旋天线的螺距或倾斜角等结构参数产生变动。熟悉本领域技术的通常知识者应当了解，天线的结构或参数一旦受到些微的变动便可能影响到天线收发信号的质量。但是，若想要螺旋天线能够在不使原先设计良好的螺旋天线的结构发生形变的条件下进行组装，那么生产在线的操作员势必要花费很多时间小心翼翼地组装，或是成品运送过程中要极度小心地避免发生碰撞。这似乎有点不切实际。

有鉴于此，为解决上述的问题，如何方便螺旋天线组装至基板上，而且不易因形变而影响螺旋天线的结构参数，乃为业界亟需解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提出一种螺旋天线结构，以期方便螺旋天线组装至基板上，而且不易因形变而影响螺旋天线的结构参数。

为达成上述目的，本发明提出一种螺旋天线结构，其包括基板、信号输出电路、地线与螺旋天线。基板具有若干第一穿孔及若干第二穿孔，该些第一穿孔排列成第一列，该些第二穿孔排列成第二列，第一列平行第二列。信号输出电路设置于基板。地线设置于基板且位于第一列与第二列之间，并连接至信号输出电路。螺旋天线旋转穿过该些第一穿孔及该些第二穿孔，以环设于基板的部份面积，且螺旋天线的一端连接至信号输出电路。

在本发明一实施例中，该些第一穿孔及该些第二穿孔的孔径实质上等于该螺旋天线的线径。

在本发明一实施例中，所述第一列的各第一穿孔间具有第一间距，第一间距实质上等于所述螺旋天线的螺距。

并且，所述第二列的各第二穿孔间具有第二间距，第二间距实质上等于第一间距。除此之外，第一列与第二列间的距离为第三间距，第三间距实质上等于螺旋天线的内径。

在本发明一实施例中，所述螺旋天线适于一工作带宽，所述工作带宽包括最高频率与最低频率，最高频率与最低频率的平均为一中心频率，最高频率减去该最低频率的差为一带宽，所述中心频率除以带宽的值与所述第三间距成正比。

在本发明一实施例中，所述基板包括前侧部与后侧部，前侧部与后侧部相邻，该些第一穿孔与该些第二穿孔位于前侧部，所述信号输出电路位于后侧部。

并且，所述基板还包括前侧边，前侧边位于所述前侧部背离后侧部的一边，所述第一列与第二列的一端邻近前侧边，第一列与第二列的另一端邻近后侧部。

在本发明一实施例中，所述信号输出电路包括滤波器与低噪声放大器，螺旋天线连接至滤波器，滤波器连接至低噪声放大器。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技艺者暸解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的螺旋天线结构的一侧面的示意图。

图2为本发明一实施例的螺旋天线结构的另一侧面的示意图。

图3为本发明一实施例的螺旋天线组装到基板的过程的示意图一。

图4为本发明一实施例的螺旋天线组装到基板的过程的示意图二。

图5为本发明一实施例的螺旋天线结构的方框图。

图6为本发明另一实施例的螺旋天线结构的示意图。

【具体实施方式】

请参照图1与图2。图1为本发明一实施例的螺旋天线结构的一侧面的示意图，而图2为本发明一实施例的螺旋天线结构的另一侧面的示意图。在本发明一实施例中，螺旋天线结构10包括基板100、信号输出电路200、地线310与螺旋天线400。基板100包括相对的第一表面101与第二表面102，而基板100又包括若干第一穿孔110及若干第二穿孔120。在本实施例中，该些第一穿孔110与该些第二穿孔120为穿透基板100的第一表面101与第二表面102。该些第一穿孔110排列成第一列，该些第二穿孔120排列成第二列，第一列平行第二列。

信号输出电路200设置于基板100，其可用以连接至特定电子装置的无线模块，以便将无线信号(如GPS信号)，传输至所述无线模块。地线310设置于基板100且位于所述第一列与第二列之间，并连接至信号输出电路200。在本实施例中，地线310为印刷电路(PrintedCircuit)。螺旋天线400旋转穿过该些第一穿孔110及该些第二穿孔120，以环设于基板100的部份面积并固定在基板100上，螺旋天线400的线体贯穿基板100的第一表面101与第二表面102而同时位于基板100的两侧，且螺旋天线400的头端401电性连接至信号输出电路200。基板100可区分为前侧部103与后侧部104。如图1所示，前侧部103在图中左边，后侧部104在图中右边，前侧部103与后侧部104相邻。该些第一穿孔110与该些第二穿孔120位于前侧部103，信号输出电路200位于后侧部104。并且，基板100还包括前侧边105，前侧边105位于前侧部103背离后侧部104的一边。所述第一列与第二列的一端邻近前侧边105，第一列与第二列的另一端邻近后侧部104且靠近信号输出电路200。

请参照图1、图3与图4。图3与图4所示分别为本发明一实施例的螺旋天线400组装到基板100的过程的示意图一与示意图二。如图3所示，当螺旋天线400要组装到基板100时，先将螺旋天线400的头端401对齐起始穿孔。起始穿孔是该些第一穿孔110与该些第二穿孔120中最靠近基板100的前侧边105的孔。在本实施例中，起始穿孔是第二列的第二穿孔120中最靠近前侧边105的一个，当螺旋天线400的头端401对齐起始穿孔后，即可以顺时针方向(由图3的左侧往右侧看为基准)将螺旋天线400旋入第一穿孔110与第二穿孔120。如图4所示，螺旋天线400由起始穿孔进入后依序穿过该些第一穿孔110与该些第二穿孔120，直到螺旋天线400的头端401进入终端穿孔。如图1所示，终端穿孔是该些第一穿孔110与该些第二穿孔120中最靠近信号输出电路200的孔，且基板100的第一表面101上设置有馈入线路320，馈入线路320电性连接于信号输出电路200与终端穿孔之间。当螺旋天线400的头端401旋转并进入终端穿孔后，可利用焊接方式将螺旋天线400的头端401焊接在终端穿孔中，借此螺旋天线400可电性连接信号输出电路200。

如图1所示，在本实施例中，当螺旋天线400完全组装到基板100上后，该些第一穿孔110与第二穿孔120的一部分(靠近信号输出电路200的部份)会穿设有螺旋天线400，该些第一穿孔110与该些第二穿孔120的另一部分(靠近前侧边105的部份)则仅于组装过程中被螺旋天线400经过而最终不会穿设有螺旋天线400。在其他实施例中，螺旋天线可具有较长的长度，因此可穿设于所有的第一穿孔110与第二穿孔120中；或是，螺旋天线可具有还长的长度，因此螺旋天线的一部分可穿设于所有的第一穿孔110与第二穿孔120中，而螺旋天线400的另一部份则未穿入第一穿孔110与第二穿孔120中。还进一步地，螺旋天线400穿设于第一穿孔110与第二穿孔120的部份与未穿入的另一部份，可分别具有不同的螺距、与基板所成的倾斜角等不同结构参数。在本实施例中，除了终端穿孔以外的第一穿孔110与第二穿孔120，皆未进行焊接程序。在其他实施例中，螺旋天线可以与所有穿设于其中的第一穿孔110与第二穿孔120焊接在一起，以增加固定性。

在本实施例中，该些第一穿孔110及该些第二穿孔120的孔径实质上等于螺旋天线400的线体的线径，因此螺旋天线400的线体位于第一穿孔110与第二穿孔120中可被其内的孔壁完整环绕，借此，可以加强稳定螺旋天线400的固定性。在其他实施例中，螺旋天线的线体的线径也可小于第一穿孔110与第二穿孔120的孔径。如此，当螺旋天线组装到基板上时会更加容易，且第一穿孔110与第二穿孔120仍可发挥导引的效果，避免螺旋天线400的结构在组装时发生明显变形；或是，螺旋天线400的线体的线径也可略大于第一穿孔110与第二穿孔120的孔径。因此当螺旋天线400组装到基板100后，第一穿孔110与第二穿孔120其内的孔壁与穿设于其中的螺旋天线400的线体之间彼此紧密贴合，借此也可稳定螺旋天线400的固定性。

如图1所示，在本实施例中，第一列的各第一穿孔110间具有第一间距131，第一间距131实质上等于所述螺旋天线400的螺距。并且，第二列的各第二穿孔120间具有第二间距132，第二间距132实质上等于第一间距131，第二间距132也相当于螺旋天线400的螺距。除此之外，第一列与第二列间的距离为第三间距133，第三间距133实质上等于螺旋天线400的内径。

请参照图5，图5所示为本发明一实施例的螺旋天线结构10的方框图。基板100上设置有螺旋天线400、馈入线路320、地线310和信号输出电路200，其中信号输出电路200包括滤波器210与低噪声放大器220。螺旋天线400通过馈入线路320连接至滤波器210，滤波器210连接至低噪声放大器330，地线310也连接至信号输出电路200。在本实施例中，螺旋天线400作为信号馈入之用，螺旋天线400与地线310的配合可用于接收特定频率/带宽的信号。在本实施例中，因螺旋天线400环设于基板100，相当于基板100位在螺旋天线400的螺旋结构的中间，因此螺旋天线结构10可产生较圆的辐射场型(radiation pattern)，其用于接收信号时具有较广的方向性。

在本实施例中，螺旋天线400适于一工作带宽，所述工作带宽包括最高频率与最低频率，最高频率与最低频率的平均为一中心频率，最高频率减去该最低频率的差为一带宽，中心频率除以带宽的值为Q值(Quality Factor)。表一为三种螺旋天线结构10(分别以螺旋天线结构A、螺旋、螺旋天线结构B以及螺旋天线结构C表示)以及其各种量测值与计算值。此三种螺旋天线结构10的螺旋天线400的线体各具有不同的内径(即直径)，表一的三种螺旋天线结构10可模拟于第1至5图所示的螺旋天线结构10。

表一：螺旋天线结构10的参数、量测值与计算值

	螺旋天线结构A	螺旋天线结构B	螺旋天线结构C
				直径(m)	0.008	0.01	0.012
最高频率(GHz)	1.731635	1.72259	1.701485
				最低频率(GHz)	1.39697	1.403	1.41506
带宽(GHz)	0.334665	0.31959	0.286425
				中心频率(GHz)	1.585	1.585	1.585
Q值	4.736	4.959	5.534

由表一可以看出，本实施例的螺旋天线结构10的量测与计算结果，其带宽约为0.3GHz左右，比传统陶瓷天线的带宽(约为0.03GHz左右)多了十倍。除此之外，当螺旋天线400的内径愈大，则Q值愈高，换言之，Q值与螺旋天线400的内径呈正比，也即，中心频率除以带宽的值与第三间距133成正比。如减少螺旋天线400的内径，则可适用于更大的带宽。

请参照图6。图6所示为本发明另一实施例的螺旋天线结构10’的示意图。螺旋天线结构10’相似于第1至5图所示的螺旋天线结构10，两者差异在于，螺旋天线结构10’的基板100’上的第一穿孔110’之间的间距比第一间距131还小。同样的，第二穿孔120’之间的间距也比第二间距132还小，而第一穿孔110’与第二穿孔120’两列之间的垂直距离也小于第三间距133。换言之，螺旋天线结构10’的螺旋天线400’具有比螺旋天线400还小的螺距与直径，借此可改变螺旋天线结构10’的参数与量测值。除此之外，第一穿孔110’最靠近左侧(参照图6的方向)的一个位于前侧边105’，因此其孔壁并非封闭式而有缺口，且其孔壁连接前侧边105’。

综上所述，本发明的螺旋天线结构，不仅方便螺旋天线组装至基板上，而且不易因形变而影响螺旋天线的结构参数。也就是说，将螺旋天线结构再组装到电子装置上时，螺旋天线基于基板与其上的第一穿孔与第二穿孔的辅助，不容易受到挤压等各种因素影响，因而螺旋天线的螺距或倾斜角等结构参数得以维持不变，借此确保预定设计的天线特性与信号收发上的效率。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种螺旋天线结构，其特征在于，包括：

一基板，具有若干第一穿孔及若干第二穿孔，该些第一穿孔排列成一第一列，该些第二穿孔排列成一第二列，该第一列平行该第二列；

一信号输出电路，设置于该基板；

一地线，以印刷电路的方式设置于该基板且位于该第一列与该第二列之间，并连接至该信号输出电路；以及

一螺旋天线，旋转穿过该些第一穿孔及该些第二穿孔，以环设于该基板的部份面积，且该螺旋天线的一端电性连接至该信号输出电路，其中该地线接地，而该螺旋天线始终作为信号馈入之用。

2.如权利要求1所述的螺旋天线结构，其特征在于，该些第一穿孔及该些第二穿孔的孔径实质上等于该螺旋天线的线径。

3.如权利要求1所述的螺旋天线结构，其特征在于，该第一列的各该第一穿孔间具有一第一间距，该第一间距实质上等于该螺旋天线的螺距。

4.如权利要求3所述的螺旋天线结构，其特征在于，该第二列的各该第二穿孔间具有一第二间距，该第二间距实质上等于该第一间距。

5.如权利要求1所述的螺旋天线结构，其特征在于，该第一列与该第二列间的距离为一第三间距，该第三间距实质上等于该螺旋天线的内径。

6.如权利要求5所述的螺旋天线结构，其特征在于，该螺旋天线适于一工作带宽，该工作带宽包括一最高频率与一最低频率，该最高频率与该最低频率的平均为一中心频率，该最高频率减去该最低频率的差为一带宽，该中心频率除以该带宽的值与该第三间距成正比。

7.如权利要求1所述的螺旋天线结构，其特征在于，该基板包括一前侧部与一后侧部，该前侧部与该后侧部相邻，该些第一穿孔与该些第二穿孔位于该前侧部，该信号输出电路位于该后侧部。

8.如权利要求7所述的螺旋天线结构，其特征在于，该基板还包括一前侧边，该前侧边位于该前侧部背离该后侧部的一边，该第一列与该第二列的一端邻近该前侧边，该第一列与该第二列的另一端邻近该后侧部。

9.如权利要求1所述的螺旋天线结构，其特征在于，该信号输出电路包括一滤波器与一低噪声放大器，该螺旋天线连接至该滤波器，该滤波器连接至该低噪声放大器。