CN2499986Y

CN2499986Y - 天线模块

Info

Publication number: CN2499986Y
Application number: CN 01264304
Authority: CN
Inventors: 邓天隆; 蔡孝明
Original assignee: Asustek Computer Inc
Current assignee: Asustek Computer Inc
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2011-09-27

Abstract

一种天线模块,包括电路板、差分型放大器及偶极子天线,偶极子天线由形成在电路板上的两电极所组成,设计发射天线时,可将两电极直接耦合至差分型放大器的输出端以发射信号,设计接收天线时,则可将偶极子天线的两电极直接耦合至差分型放大器的输入端以接收信号。再者,若主功能芯片中已内建有差分型功率放大器或低噪声放大器,即可利用上述方式将偶极子天线直接与差分型功率放大器或低噪声放大器耦合,以组成具有无线信号收发功能的电路模块。

Description

天线模块

技术领域

本实用新型涉及一种天线装置，特别涉及一种配置在电路板上的天线装置。

背景技术

近年来，科技发展日新月异，不但使生活更加便利，通信技术的蓬勃发展，也使得人与人之间的距离更加接近。从前，家庭电话与公用电话是与人联系最常用的工具，虽然尚称便利，但因为其不具机动性，因此常无法与人及时联络，容易漏失重要信息。随着时代的进步，移动电话(即俗称的手机)也日渐普及，俨然成为个人通信配备的新标准；近年来更由于蓝牙技术的发展，使得短距离无线通信技术更上一层楼，也让无线网络的结构更为具体。就科技发展的经验来看，将有线化为无线绝对是必然的趋势，但无线技术的突破与创新并非一蹴而就，常需要将各领域中学有所成的研发工程师加以结合，才能获得成果。简单地说，无线电路至少会包括主功能电路及天线模块两部分，主功能电路负责信号处理，而天线模块则负责信号的发射与接收，因此，如何在主功能电路与天线模块整合后仍然能使电路的效能保持在一定的水准之上，甚至在不影响效能的前提之下降低生产成本，便成为研发人员的一大挑战。

请参照图1A，其表示偶极子(dipole)天线的示意图。偶极子天线100具有两个电极：电极110及电极150，且两电极的长度各为激发信号的四分之一波长。激发天线时，必须让馈入两电极的信号彼此相位相反，亦即需要使馈入点F1的相位与馈入点F2的相位差180度，方能使信号辐射出去；为了让两电极的信号差180度，实际上可利用不同长度的信号路径造成180度的相位延迟，其具体作法将在下文中配合附图加以说明。

请参照图1B，其表示利用单端(single ended)输入的方式激发偶极天线的情形。如图所示，若将信号自馈入点F馈入，则信号馈入电极110所经过的距离将比馈入电极150的距离多出了(L1-L2)，由于电磁波在传输时符合C＝fλ的关系式，因此若馈入天线的信号频率为f，当L1-L2＝C/2f时，馈入两电极的信号其相位便会差半波长，亦即与馈入电极150的信号相较之下，馈入电极110的信号会落后180度，刚好符合信号辐射的要求。

请参照图2A，其表示一种利用同轴电缆制作的偶极子天线。制作时，可将同轴电缆(coaxial cable)200的绝缘层及地线剥除一部份使芯线露出，以作为电极210。接着，可将导体套管如图式般套接在同轴电缆200上并与地线290耦合连接，以作为电极250；很明显地，在设计时若让电极210与电极250的长度同为激发信号的1/4波长，此等结构便是一个简易的偶极子天线。接着请参照图2B，其表示将图2A中的天线沿2B-2B切线切下后所形成的剖面图。由附图可清楚看出电极210与电极250的长度均为λ/4，激发天线时，可将信号馈入芯线并让地线290接地，由于芯线与地线的信号相差180度，因此馈入电极210的信号也会与电极250的信号相差180度。由于此等设计方式相当简便，因此在无线电路的设计上应用得十分广泛，目前几乎所有的手机天线都是采用这样的设计。

一般说来，信号在辐射出去前通常会先利用功率放大器(poweramplifier，PA)把信号的功率加以提升之后，再利用天线将信号辐射出去，而为了增强功率放大器对于噪声的抵抗能力，设计时常会采用差分(differential)信号作为功率放大器的输出信号，也就是以正(positive)、负(negative)输出端取代传统的信号端与接地端，并以正输出端与负输出端的信号差值作为功率放大器的输出信号大小，增加其对于共模(common mode)信号的抵抗力。需要注意的是，若功率放大器的输出信号为差分型态(differential type)，当天线需要采用单端输入的方式加以激发时，信号在馈入天线前就必须先经过转换，使差分信号转换为单端信号后才能馈入天线。接着请参照图3A，其表示传统的发射天线组成示意图。如图3A所示，差分功率放大器320具有正输出端P及负输出端N，且正输出端P与负输出端N构成一差分对(differentialpair)。如上文所述，目前业界所惯用的天线是利用同轴电缆制成，因此必须先将差分功率放大器320的输出信号转换为单端信号后，方能馈入天线370加以辐射。在做法上，可在放大器与天线之间接上适当的转换器(transformer)320，以作为差分信号与单端信号间的转换媒介，目前专为此等信号转换所量身定做的转换器已十分常见，例如业界所惯用的balun(不平衡变压器)即为其中的代表而被广泛地使用。

另一方面，就接收天线的运作而言，信号被天线接收时其强度通常十分微弱，因此当信号被接收之后，便需要利用低噪声放大器(low noiseamplifier，LNA)将信号放大后才能加以处理。同样的，为增加低噪声放大器对噪声的抵抗能力，其输入端也会采用差分对方式加以设计，因此在接收天线的设计上也同样会面临信号转换的问题。请参照图3B，其表示传统的接收天线组成示意图。如图所示，天线370将信号接收进来之后，会先通过转换器330将其转换为差分信号，然后再将此差分信号馈入差分型低噪声放大器340加以处理，其中，差分型低噪声放大器340具有正输入端P及负输入端N，且正输入端P与负输入端N的信号相位相差180度以构成差分对，避免受噪声所干扰。

以目前的做法而言，由于功率放大器与低噪声放大器皆为差分型态，因此与天线耦合时势必要通过转换器进行信号转换的工作，以生产者的角度看来，转换器的使用虽然无法避免，但也因此而增加了产品的制造成本，降低了商场上的竞争力；不但如此，转换器本身必定会有功率损耗，所以加装转换器后一定会使效率降低。除此之外，利用同轴电缆制作的偶极子天线需要精确控制其长度以达成阻抗匹配(impedance matching)，不但调整费时且由于其体积较大，并不适合与印刷电路板(printed circuitboard，PCB)结合，因此对电路微小化的贡献极为有限。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的旨在提供一种天线模块，将偶极天线直接形成在印刷电路板上以节省空间。

本实用新型的另一目的旨在提供一种天线模块，将偶极子天线与放大器或主功能芯片直接耦合来降低生产成本。

根据本实用新型的上述目的，提出一种天线模块并简述如下：

发射天线模块包括电路板、差分型功率放大器及偶极子天线，差分型功率放大器配置在电路板上且具有正输出端及负输出端，两输出端构成一差分对。此外，偶极子天线则可由两电极所组成，设计时，可将偶极子天线直接形成在电路板上，并将一电极耦合至正输出端，将另一电极耦合至负输出端，如此一来，发射信号时两电极的信号相位自然就会相差180度，并借以将信号辐射出去。另一方面，接收天线模块包括电路板、差分型低噪声放大器及偶极子天线，差分型低噪声放大器配置在电路板上且具有正输入端及负输入端，两输入端构成一差分对。此外，偶极子天线则可由两电极所组成，设计时可将偶极子天线直接形成在电路板上，并将一电极耦合至正输入端，将另一电极耦合至负输入端，接收信号时，由于两电极的信号相位相差180度，因此可通过此等耦合方式将天线所接收的信号直接馈入低噪声放大器的差分输入端，以进行后续的信号处理工作。再者，若主功能芯片中已内建有差分型功率放大器或低噪声放大器，即可利用上述方式将偶极子天线直接与差分型功率放大器或低噪声放大器耦合，以组成具有无线信号收发功能的电路模块。

本实用新型上述实施例所揭露的天线模块，至少具有以下优点：

一、偶极子天线直接形成在印刷电路板上，可节省空间。

二、偶极子天线与放大器或主功能芯片直接耦合，不需通过转换器来进行信号转换工作，可降低生产成本。

为让本实用新型的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A表示偶极子天线示意图；

图1B表示利用单端输入的方式激发偶极子天线的情形；

图2A表示一种利用同轴电缆制作的偶极子天线；

图2B表示图2A中以同轴电缆制作的偶极子天线剖面图；

图3A表示传统的发射天线组成示意图；

图3B表示传统的接收天线组成示意图；

图4A表示依照本实用新型的实施例一所提供的一种发射天线模块示意图。

图4B表示依照本实用新型的实施例二所提供的一种接收天线模块示意图。

图5表示依照本实用新型的实施例三所提供的一种具有无线信号收发功能的电路模块示意图。

具体实施方式

如上文所述，信号发射时，会利用功率放大器将信号的功率提升后再馈入天线，而接收信号时，则会利用低噪声功率放大器将信号放大后再加以处理，此时若功率放大器与低噪声功率放大器本身即是差分型态，表示其与天线耦合的两端点相位差180度(差分信号特性)，既然如此，当可直接利用放大器的差分输出/输入端直接耦合至偶极子天线的两电极，而不再通过转换器对信号加以转换，如此一来，除可节省组件降低成本外，更可降低功率损失以提升电路的效能。

实施例一

请参照图4A，其表示依照本实用新型的实施例一所提供的一种发射天线模块示意图。发射天线模块400包括电路板405、差分型(differential type)功率放大器(power amplifier，PA)320及偶极(dipole)天线401，差分型功率放大器320配置在电路板405上，且具有正输出端P及负输出端N，发射信号时，正输出端P的信号与负输出端N的信号相位相差180度以构成差分对(differential pair)，避免信号受噪声所干扰。另一方面，偶极子天线401可由电极410及电极450组成，电极410耦合至正输出端P，而电极450耦合至负输出端N，如此一来，发射信号时电极410与电极450的信号相位自然就会相差180度，并借以将信号辐射出去。举例来说，在实际应用上电路板405可以是印刷电路板(printed circuit board)，并利用蚀刻的方式将电极410及电极450直接形成在电路板405上以分别与正输出端P及负输出端N耦合，并无实际操作上的困难。

实施例二

请参照图4B，其表示依照本实用新型的实施例二所提供的一种接收天线模块示意图。接收天线模块490包括电路板405、差分型低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)340及偶极子天线401，差分型低噪声放大器340配置在电路板405上，且具有正输入端P及负输入端N，正输入端P及负输入端N为一差分对。此外，偶极天线401由电极410及电极450组成，在实际应用上，可将电极410及电极450直接形成在电路板上，并将电极410耦合至正输入端P，将电极450耦合至负输入端N，接收信号时，由于电极410与电极450的信号相位相差180度，因此可通过此等耦合方式将天线所接收的信号直接馈入低噪声放大器340中，以进行后续的信号处理工作。

实施例三

现今已有许多的芯片将差分型功率放大器及差分型低噪声放大器整合进去，例如蓝牙(blue tooth)芯片即是，因此在设计天线时，仅需在芯片的输出输入端直接以布线(layout)的方式将天线形成在电路板上，便可组成具有无线信号收发功能的电路模块。接着请参照图5，其表示依照本实用新型的实施例三所提供的一种具有无线信号收发功能的电路模块示意图。具有无线信号收发功能的电路模块500包括电路板505、主功能芯片510、接收天线502及发射天线504，配置在电路板505上的主功能芯片510例如是蓝牙芯片，并包括有差分型低噪声放大器520及差分型功率放大器540，差分型低噪声放大器520具两差分输入端，正输入端Pi耦合至接收天线502的电极521，负输入端Ni则耦合至接收天线502的电极525。另一方面，差分型功率放大器540具有两差分输出端，正输出端Po耦合至发射天线504的电极541，负输出端No则耦合至发射天线504的电极545。如上文所述，此等电路模块在设计时可将接收天线502与发射天线504直接形成在电路板505(例如印刷电路板)上，而信号的发射与接收方式亦已在前文中加以说明，于此便不多加赘述。

综上所述，虽然本实用新型已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种发射天线模块，其特征在于包括：

一电路板；

一差分型功率放大器，配置在该电路板上，其中，该差分型功率放大器具有一正输出端及一负输出端，且该正输出端与该负输出端构成差分对；以及

一偶极子天线，形成在该电路板上并耦合至该差分型功率放大器，该偶极天线包括：

一第一电极，耦合至该正输出端；及

一第二电极，耦合至该负输出端。

2.如权利要求1所述的发射天线模块，其特征在于所述的电路板是印刷电路板。

3.一种接收天线模块，其特征在于包括：

一电路板；

一差分型低噪声放大器，配置在该电路板上，其中，该差分型低噪声放大器具有一正输入端及一负输入端，且该正输入端与该负输入端构成差分对；以及

一偶极子天线，形成在该电路板上并耦合至该差分型低噪声放大器，该偶极天线包括：

一第一电极，耦合至该正输入端；及

一第二电极，耦合至该负输入端。

4.如权利要求3所述的接收天线模块，其特征在于所述的电路板是印刷电路板。

5.一种具有无线信号收发功能的电路模块，其特征在于包括：

一电路板；

一主功能芯片，配置在该电路板上，该主功能芯片包括：

一差分型功率放大器，具有一正输出端及一负输出端，且该正输出端与该负输出端构成差分对；及

一差分型低噪声放大器，具有一正输入端及一负输入端，且该正输入端与该负输入端构成差分对；

一发射天线，形成在该电路板上并耦合至该差分型功率放大器，该发射天线包括：

一第一电极，耦合至该正输出端；及

一第二电极，耦合至该负输出端；以及

一接收天线，形成在该电路板上并耦合至该差分型低噪声放大器，该接收天线包括：

一第三电极，耦合至该正输入端；及

一第四电极，耦合至该负输入端。

6.如权利要求5所述的电路模块，其特征在于所述的主功能芯片是蓝牙芯片。

7.如权利要求5所述的电路模块，其特征在于所述的电路板是印刷电路板。