TWI397209B - 全球定位系統接收裝置及其天線結構 - Google Patents

Description

全球定位系統接收裝置及其天線結構

本發明是有關於一種全球定位系統接收裝置及其天線結構，更特別是有關於一種將天線結構隱藏於殼體內部之全球定位系統接收裝置及其天線結構。

在科技發展日新月異的現今時代中，各式電子裝置帶給人們生活上無限的便利。尤其是全球定位系統(global positioning system，GPS)接收裝置，其接收衛星所傳遞之GPS訊號，可以讓使用者透過其瞭解交通、地理狀況。

請參照第1A圖，其繪示傳統之全球定位系統接收裝置之示意圖。全球定位系統接收裝置100包括一殼體110及一天線120。天線120係為一平板天線(Patch Antenna)。天線120之一端係與殼體110樞軸式耦接，另一端係可相對殼體110旋轉(如箭頭A所示)。天線120內部具有一接地面，接地面之設計良莠係影響訊號接收品質很大。另外，當使用者欲使用全球定位系統接收裝置100時，使用者必須翻折天線120以使其表面朝向天空，方可使用。

請參照第1B圖，其繪示另一種傳統之全球定位系統接收裝置之示意圖。全球定位系統200包括一殼體210及一天線220。天線220係為一單耦極天線(Monopole Antenna)。天線220凸出於殼體210外，以接收GPS訊號。

然而，第1A圖之天線120與第1B圖之天線220分別外露於殼體110及殼體210之外部，其不僅破壞整體外觀，更經常因碰撞而造成天線120、220損毀。另外，天線120在使用時必須被翻折，以使其表面朝向天空方向後，方可使用。

再者，傳統之天線120、220乃外加式的配置方式，全球定位系統接收裝置須另外挪出空間來配置天線120、220。另外，天線120、220之結構複雜且體積龐大，更徒增許多製造成本。因此，如何解決上述種種問題實為目前研發重要方向之一。

有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種全球定位系統接收裝置，其將天線結構隱藏於殼體內部，如此不僅達到接收GPS訊號之目的，更具有攜帶方便、結構堅固、體積精簡、易於設計、收訊良好及不破壞整體外觀等優點。

根據本發明之一目的，提出一種全球定位系統接收裝置，其至少包括一殼體、一電路板及一天線結構。電路板係設置於殼體內，且其具有一接地端及一訊號饋入端。天線結構係設置於殼體內。天線結構包括一金屬板、第一導電元件及一第二導電元件。金屬板用以接收一GPS訊號。第一導電元件之一端係耦接於金屬板，另一端係與電路板上之該接地端耦接。第二導電元件之一端係耦接於金屬板，另一端係與電路板上之該訊號饋入端耦接，用以饋入GPS訊號至電路板。

根據本發明之再一目的，提出一種天線結構，係設置於一全球定位系統(Global Position System，GPS)接收裝置內。全球定位系統接收裝置包括一殼體及一電路板。電路板具有一接地端及一訊號饋入端。天線結構係設置於殼體內。天線結構包括一金屬板、一第一導電元件及一第二導電元件。金屬板用以接收一GPS訊號。第一導電元件之一端係耦接於金屬板，另一端係與電路板上之該接地端耦接。第二導電元件之一端係耦接於金屬板，另一端係與電路板上之該訊號饋入端耦接，用以饋入GPS訊號至電路板。

為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

實施例一

請參照第2A圖，其繪示依照本發明之實施例一的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。全球定位系統接收裝置300至少包括一殼體310、一電路板320、一天線結構330及一顯示面板340。電路板320及天線結構330係設置於殼體310內。顯示面板340係裸露於殼體310，用以顯示一資料影像。在本實施例中，天線結構330係為一平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)。天線結構330包括一金屬板331、一第一導電元件335及一第二導電元件336。金屬板331位於電路板320之一側，用以接收衛星傳送之GPS訊號。第一導電元件335之一端耦接於金屬板331，另一端係與電路板320之一接地端G耦接。第二導電元件336之一端耦接於金屬板331，另一端係與電路板320之一訊號饋入端F耦接，用以饋入GPS訊號至電路板320。

本發明係以電路板320之接地面作為天線結構330的接地端，但電路板320之接地面的形狀對本發明之天線結構330的影響不大。

如第2A圖所示，第一導電元件335及第二導電元件336係耦接於金屬板331之一角落。第一導電元件335及第二導電元件336之配置位置尤其以鄰近全球定位系統接收裝置300中心位置C(箭頭所指位置)之同一角落為佳。

如第2A圖所示，第一導電元件335及第二導電元件336係為彈簧頂針(Pogo Pin)。彈簧頂針之末端係固設於電路板320上，彈簧頂針尖端之銅球係可藉由內部之彈簧緊密抵靠於金屬板331。

為了避免其他電子元件或金屬元件的干擾，金屬板331可視情況閃避其他電子元件或金屬元件。如第2A圖所示，本實施例之金屬板331係設計為一L形結構以閃避殼體310外側表面之金屬標誌390。

金屬板331係配置於殼體310之內側表面。金屬板 331只需於既有的空間架構中，找出閒置、可利用之空間，將金屬板331配置進去即可，並不需改變原有的空間設計。

另外，金屬板331具有一定位孔331c，且殼體310具有一定位柱311。定位柱311插入定位孔331c，以固定金屬板331於殼體310之內側表面上。較佳地，金屬板331係為一磷青銅金屬片，且金屬板331之表面係鍍上一層金薄膜，以防止金屬板331氧化，更有助於訊號傳遞。

請參照第2B圖，其繪示第2A圖之天線結構的示意圖。金屬板331具有相鄰之一第一側邊331a及一第二側邊331b，第一側邊331a及第二側邊331b係位於金屬板331之外側邊緣。第一側邊331a之長度W331a及第二側邊331b之長度W331b之兩長度相加的和實質上約等於四分之一GPS訊號之波長，以接收GPS訊號。在本實施例中，GPS訊號之頻率約為1575.42MHz。金屬板331係可依照GPS訊號之頻率調整第一側邊331a之長度W331a及第二側邊331b之長度W331b，以達到正確接收GPS訊號之功效。

請同時參照第2B圖及第2C圖，第2C圖繪示全球定位系統接收裝置之方塊圖。衛星700發出GPS訊號S至天線結構330，GPS訊號S經由第二導電元件336傳遞至電路板320，且天線結構330係藉由第一導電元件335而耦接一接地端G。

請參照第2D圖，其繪示第2A圖之全球定位系統接收裝置之組合示意圖。殼體310組合後，天線結構330係隱藏於殼體310之內部。使得全球定位系統接收裝置300之 外觀保持完整，並可避免碰撞時天線結構遭到損毀。

請同時參照第3A~3C圖及第2D圖，第3A圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之X-Z平面之輻射場形圖(Radiation Pattern。第3B圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之Y-Z平面之輻射場形圖。第3C圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之X-Y平面之輻射場形圖。全球定位系統接收裝置300藉由天線結構330接收GPS訊號，並以頻率1575MHz量測各個方向之輻射場形(Radiation Pattern)。本實施例之隱藏式天線結構330在各個方向的增益值(Gain)約為-10dBi至5dBi之間，且呈現近似圓形之態樣以適用於GPS訊號之接收。由量測結果而知，本實施例之全球定位系統接收裝置的天線結構330在各個角度上均可獲得極佳收訊品質。

實施例二

請參照第4A~4B圖，第4A圖繪示依照本發明之實施例二的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。第4B圖繪示第4A圖之天線結構的示意圖。本實施例之全球定位系統接收裝置400與實施例一之全球定位系統接收裝置300不同處在於天線結構430，其餘相同之處沿用相同標號，並不再贅述。

如第4A圖所示，天線結構430包括一金屬板431、一第一導電元件335及一第二導電元件336。金屬板431包括一主體板432、一第一延伸板433及一第二延伸板 434。第一導電元件335及第二導電元件336之一端係耦接於主體板432。第一延伸板433係彎折於主體板432之一側，並配置於殼體310之上端，第一延伸板433之法線係垂直於主體板432之法線。第二延伸板434彎折於主體板432之另一側，並配置於殼體310之側端，第二延伸板434法線係垂直於主體板432之法線。

實施例三

請參照第5A~5B圖，第5A圖繪示依照本發明之實施例三的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。第5B圖繪示第5A圖之天線結構的示意圖。本實施例之全球定位系統接收裝置500與實施例一之全球定位系統接收裝置300不同處在於天線結構530，其餘相同之處沿用相同標號，並不再贅述。

如第5A圖所示，天線結構530包括一金屬板531、一第一導電元件535及一第二導電元件536。金屬板531係為一矩形結構，並承載於一承載件510上。承載件510設置於殼體310上。承載件510係可以為任何不影響天線結構530接收GPS訊號之材質。較佳地，承載件510係為一塑膠材料。承載件510承載金屬板531之方式，更可避免其他元件可能接觸金屬板531，而影響其功能。

另外，第一導電元件535及第二導電元件536係為金屬彈片，金屬彈片亦可達到電性連接之目的，且金屬彈片便於焊接至電路板320上。

根據以上三個實施例，雖然本發明之金屬板係以L形結構或矩形結構為例作說明，然本發明亦可依照量測結果調整金屬板之形狀。只要是以一PIFA天線結構設置於殼體內部，以達到接收GPS訊號之目的，皆不脫離本發明之技術範圍。

根據以上三個實施例，雖然本發明之第一導電元件及第二導電元件係以彈簧頂針為例作說明，然第一導電元件及第二導電元件更可以是金屬探針或金屬螺絲。只要是以電性連接元件作為第一導電元件及第二導電元件，使得金屬板分別電性連接至電路板之接地端及電路板之訊號饋入端，皆不脫離本發明之技術範圍。

本發明上述實施例所揭露之全球定位系統接收裝置及其天線結構，其將天線結構隱藏於殼體內部，以達到接收GPS訊號之目的。並具有下例之優點：第一，傳統之平板式天線只能在某些角度接收GPS訊號。本實施例之天線結構之第一電性連接元件及第二電性連接元件係配置於金屬板之角落，使得天線結構之場型接近於圓形，所以能夠接收GPS訊號的角度比傳統之天線廣泛許多。當然第一電性連接元件及第二電性連接元件可進一步調整，以使輻射場形更集中於上方，以增加GPS訊號的接收能力。

第二，傳統之天線必須翻折以使其表面朝向天空方向，方可使用。然本發明不需調整天線結構角度的動作，即可使用。對於使用者而言，使用上是相當方便的。

第三，本發明之另一個優點是：傳統之天線的接地面的設計良莠，影響訊號接收品質很大。本發明係使用電路板之接地面作為天線結構的接地面，且電路板之接地面的形狀對本發明之天線結構的影響不大。

第四，本發明之再一個優點是：傳統之天線乃外加式的配置方式，需另外挪出空間來配置天線。而本發明只需於既有的空間架構中，找出閒置、可利用之空間，將天線結構整合進去即可。並不需改變原有空間設計，故更具有易於設計之優點。

第五，本發明之天線結構隱藏於殼體內部，不僅不破壞整體外觀且具具有不易損壞之優點。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200．．．全球定位系統接收裝置

110、210．．．殼體

120、220．．．天線

300、400．．．全球定位系統接收裝置

310．．．殼體

311．．．定位柱

320．．．電路板

330、430、530．．．天線結構

331、431、531．．．金屬板

331a、431a．．．第一側邊

331b、431b．．．第二側邊

331c．．．定位孔

335、535．．．第一導電元件

336、536．．．第二導電元件

340．．．顯示面板

390．．．金屬標誌

432．．．主體板

433．．．第一延伸板

434．．．第二延伸板

510．．．承載件

700．．．衛星

C．．．中心位置

G．．．接地端

F．．．訊號饋入端

S．．．GPS訊號

第1A圖繪示傳統之全球定位系統接收裝置之示意圖。

第1B圖繪示另一種傳統之全球定位系統接收裝置之示意圖。

第2A圖繪示依照本發明之實施例一的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。

第2B圖繪示第2A圖之天線結構的示意圖。

第2C圖繪示全球定位系統接收裝置之方塊圖。

第2D圖繪示第2A圖之全球定位系統接收裝置之組合示意圖。

第3A圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之X－Z平面之輻射場形圖(Radiation Pattern)。

第3B圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之Y－Z平面之輻射場形圖。

第3C圖繪示依照第2D圖之全球定位系統接收裝置之X－Y平面之輻射場形圖。

第4A圖繪示依照本發明之實施例二的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。

第4B圖繪示第4A圖之天線結構的示意圖。

第5A圖繪示依照本發明之實施例三的全球定位系統接收裝置之分解示意圖。

第5B圖繪示第5A圖之天線結構的示意圖。

300．．．全球定位系統接收裝置

310．．．殼體

311．．．定位柱

320．．．電路板

330．．．天線結構

331．．．金屬板

331c．．．定位孔

335．．．第一導電元件

336．．．第二導電元件

340．．．顯示面板

C．．．中心位置

G．．．接地端

Claims (24)

1. 一種全球定位系統(Global Position System，GPS)手持式接收裝置，至少包括：一殼體，具有一第一表面及至少一定位柱；一電路板，係設置於該殼體內，該電路板具有一接地端及一訊號饋入端；以及一平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna)結構，係設置於該殼體內，該天線結構包括：一金屬板，係配置於該殼體之該第一表面上，用以接收一GPS訊號，該金屬板具有至少一定位孔，該殼體之該至少一定位柱插入該定位孔，用以固定該金屬板；一第一導電元件，一端係抵靠於該金屬板，另一端係與該電路板上之該接地端固定；及一第二導電元件，一端係抵靠於該金屬板，另一端係與該電路板上之該訊號饋入端固定，用以饋入該GPS訊號至該電路板；其中，該第一導電元件及該第二導電元件係抵靠於該金屬板之一角落，該角落係鄰近於該全球定位系統手持式接收裝置之一中心位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該金屬板具有相鄰之一第一側邊及一第二側邊，該第一側邊及該第二側邊之長度和實質上等於四分之一該GPS訊號之波長。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持 式接收裝置，其中該第一導電元件及該第二導電元件係為金屬彈片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該第一導電元件及該第二導電元件係為彈簧頂針(Pogo Pin)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該殼體更具有一第二表面，該第二表面係位於該殼體之上端並大致上垂直於該第一表面，該金屬板包括：一主體板，係配置於該第一表面上，其中該主體板具有一第一邊；以及一第一延伸板，係彎折於該主體板之該第一邊，並配置於該第二表面上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該殼體更具有一第三表面，該第三表面係大致上垂直於該第一表面和該第二表面，該主體板具有一第二邊，該金屬板更包括一第二延伸板，該第二延伸板係彎折於該主體板之該第二邊，該第二延伸板並配置於該第三表面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該第一延伸板沿著該第一邊的長度相同於該主體板之該第一邊的長度，該第二延伸板沿著該第二邊的長度小於該主體板之該第二邊的長度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之全球定位系統手持 式接收裝置，其中該第一導電元件和該第二導電元件係抵靠於該金屬板之一角落，該角落係遠離該主體板之該第一邊。
9. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該天線結構係配置於該全球定位系統手持式接收裝置之上端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該金屬板係為一矩形結構。
11. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，其中該金屬板係為一L形結構。
12. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，更包括：一承載件，係設置於該殼體內，用以承載該金屬板。
13. 如申請專利範圍第1項所述之全球定位系統手持式接收裝置，更包括一顯示面板裸露於該殼體，用以顯示一資料影像。
14. 一種平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna)結構，係設置於一全球定位系統(Global Position System，GPS)手持式接收裝置內，該全球定位系統接收裝置包括一殼體及一電路板，該殼體具有一第一表面及至少一定位柱，該電路板具有一接地端及一訊號饋入端，該天線結構係設置於該殼體內，該天線結構包括：一金屬板，係配置於該殼體之該第一表面上，用以接收一GPS訊號，該金屬板具有至少一定位孔，該殼體之該 至少一定位柱插入該定位孔，用以固定該金屬板；一第一導電元件，一端係抵靠於該金屬板，另一端係與該電路板上之該接地端固定；以及一第二導電元件，一端係抵靠於該金屬板，另一端係與該電路板之該訊號饋入端固定，用以饋入該GPS訊號至該電路板；其中，該第一導電元件及該第二導電元件係抵靠於該金屬板之一角落，該角落係鄰近於該全球定位系統手持式接收裝置之一中心位置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該金屬板具有相鄰之一第一側邊及一第二側邊，該第一側邊及該第二側邊之長度和實質上等於四分之一該GPS訊號之波長。
16. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該第一導電元件及該第二導電元件係為金屬彈片。
17. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該接地端及該第二導電元件係為彈簧頂針(Pogo Pin)。
18. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該殼體更具有一第二表面，該第二表面係位於該殼體之上端並大致上垂直於該第一表面，該金屬板包括：一主體板，係配置於該第一表面上，其中該主體板具 有一第一邊；以及一第一延伸板，係彎折於該主體板之該第一邊，並配置於該第二表面上。
19. 如申請專利範圍第18項所述之平面倒F型天線結構，其中該殼體更具有一第三表面，該第三表面係大致上垂直於該第一表面和該第二表面，該主體板具有一第二邊，該金屬板更包括一第二延伸板，該第二延伸板係彎折於該主體板之該第二邊，該第二延伸板並配置於該第三表面上。
20. 如申請專利範圍第19項所述之平面倒F型天線結構，其中該第一延伸板沿著該第一邊的長度相同於該主體板之該第一邊的長度，該第二延伸板沿著該第二邊的長度小於該主體板之該第二邊的長度。
21. 如申請專利範圍第18項所述之平面倒F型天線結構，其中該第一導電元件和該第二導電元件係抵靠於該金屬板之一角落，該角落係遠離該主體板之該第一邊。
22. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該天線結構係配置於該全球定位系統手持式接收裝置之上端。
23. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該金屬板係為一矩形結構。
24. 如申請專利範圍第14項所述之平面倒F型天線結構，其中該金屬板係為一L形結構。