TWI414105B - 寬頻數位電視天線結構 - Google Patents

Description

寬頻數位電視天線結構

本發明係有關於一種數位電視天線結構，尤指一種可寬頻操作，且可便於調整天線接收態樣之寬頻數位電視天線結構。

行動多媒體裝置的應用日漸增多，例如數位電視的推廣與普及，以提供使用者更為多樣化的應用功能，比如車用數位接收系統可以提供乘客數位電視的觀賞；一般用戶也可以隨時收看體育節目；或是隨選視訊節目等等。傳統的數位電視接收裝置通常會利用一接收天線才能接受上述之節目訊號，例如隨身數位電視接收機盒設有金屬棒的單極天線。

上述的金屬棒單極天線，高度一般介於13至17公分，並且會額外搭配一傳輸線，該傳輸線的長度一般介於100至150公分。然而這類天線通常係為窄頻天線，天線的阻抗頻寬僅有100至200MHz左右，因此，上述天線的頻寬並無法完全涵蓋較大的頻寬應用，例如470至862MHz之數位電視頻帶，是故，在數位電視廣播服務訊號較弱的區域，窄頻天線並無法發揮較佳的功效。

另一方面，外接式的數位電視接收天線又衍生出平面形式的偶極天線，其一方面同樣具有無法涵蓋全部的數位電視頻帶的問題，且由於該天線的固定型態，在一般的應用上，使用者必須移動該天線的整體才能調整到較佳的訊號接收，換言之，在使用上極為不便。

緣是，本發明人有感上述缺失之可改善，提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的，在於提供一種寬頻數位電視天線結構，其為一種複合式、且內建有高階模態匹配電路之偶極天線設計。本發明之寬頻數位電視天線結構利用偶極天線與高階模態匹配電路的整合，可產生一寬頻操作之天線結構，以獲致較佳的訊號品質。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種寬頻數位電視天線結構，包括：一基板；一輻射面，其成型於該基板之一表面上，該輻射面包括一第一輻射區域、一第二輻射區域及一形成於該第一輻射區域與該第二輻射區域之間的狹縫，其中該第一輻射區域具有一第一饋入點與一第一連接點，該第二輻射區域具有一第二饋入點及一第二連接點，該第二饋入點係對應該第一饋入點；一第一輻射元件，其樞接於該第一連接點；以及一第二輻射元件，其樞接於該第二連接點，其中該第一輻射元件與該第二輻射元件係建構成該寬頻數位電視天線結構之偶極天線結構，且該偶極天線結構係可相對於該輻射面進行樞轉，以提升訊號品質。

本發明具有以下有益的效果：本發明利用該輻射面之第一輻射區域、第二輻射區域與蜿蜒成型的狹縫所產生的高階模態匹配電路與金屬棒偶極天線的整合，使得高階模態可以被有效的激發，並與偶極天線的基本模態相結合，以達成一在寬闊頻帶下操作的天線結構。再者，本發明所提出之寬頻數位電視天線結構更具有易於收納，易於調整天線接收角度與位置的功能。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一圖及第一A圖，本發明係提供一種寬頻數位電視天線結構1，其係為一種內建有高階模態匹配電路的接收天線結構，並配合可調整方向的拉桿式金屬棒，以達成寬頻操作的數位電視接收天線。該寬頻數位電視天線結構1包括一基板10、一輻射面11、一第一輻射元件12及一第二輻射元件13。

其中，該基板10係為一種承載板體，其係用以成型上述之輻射面11，且該第一輻射元件12與該第二輻射元件13亦連接於該基板10上。而在一具體實施例中，該基板10係為一種介質基板，例如FR4之介電材質。

該輻射面11係成型於該基板10的一表面上，該輻射面11包括一第一輻射區域110、一第二輻射區域111及一形成於該第一輻射區域110與該第二輻射區域111之間的狹縫112。上述的第一輻射區域110、第二輻射區域111及狹縫112係可形成一種匹配電路，而藉由匹配電路的作用，可以成功的激發天線結構的第二共振模態(即高階模態)，且該狹縫112係蜿蜒成型於該第一輻射區域110與該第二輻射區域111之間，且該狹縫112具有至少一個彎折部，藉以延長天線結構在第二共振模態的有效共振路徑與電流路徑，進而大幅降低第二共振模態的操作頻率。

另一方面，該第一輻射區域110具有一第一饋入點1100與一第一連接點1101；該第二輻射區域111具有一第二饋入點1110及一第二連接點1111。該第二饋入點1110的位置係對應於該第一饋入點1100的位置，以利訊號之饋入。換言之，該寬頻數位電視天線結構1更進一步包括一饋入訊號線14，其中該饋入訊號線14包含一中心導體141及一外層接地導體142，該中心導體141連接於該第一饋入點1100，該外層接地導體142連接於該第二饋入點1110。

再者，第一輻射元件12係樞接於該第一連接點1101；同樣地，第二輻射元件13係樞接於該第二連接點1111。該第一輻射元件12與該第二輻射元件13均為一種拉桿式偶極金屬棒，故其為一種偶極天線的架構，換言之，該第一輻射元件12與該第二輻射元件13係可被激發產生基本共振模態(第一共振模態)。而本發明的目的即在於利用輻射面11所形成的匹配電路激發天線結構之第二共振模態(即高階模態)，並降低第二共振模態的操作頻率，使第二共振模態的操作頻率接近於偶極天線的基本共振模態(第一共振模態)頻率，以達成寬頻操作之寬頻數位電視天線結構1。而該第一輻射元件12與該第二輻射元件13係建構成該寬頻數位電視天線結構1之偶極天線結構，換言之，本發明之寬頻數位電視天線結構1具有除了可拉伸亦可旋動之偶極天線結構，藉以調整上述偶極天線結構的空間角度與位置，以解決傳統之平面形式的固定偶極天線所造成之訊號不佳以及調整不易的問題。

請復參考第一圖，其為本發明之第一實施例。在本具體實施例中，該輻射面11之該第一輻射區域110與該第二輻射區域111係為成型於該基板10之同一表面的金屬結構；如第一圖所示，該狹縫112則蜿蜒形成一種位於上述兩金屬結構之間的類似U字型之結構，且該狹縫112係為一種等寬結構，其寬度係介於0.3公釐至5公釐。再者，本發明利用狹縫112的蜿蜒態樣，可將第一輻射區域110與該第二輻射區域111的形狀、面積形成特定的關係，例如在本實施例中，該第一輻射區域110係為一多邊形的金屬結構，該第二輻射區域111係為等寬度的金屬帶結構，且第一輻射區域110的面積係大於該第二輻射區域111的面積。但第一輻射區域110與該第二輻射區域111的特徵不以上述為限，例如該第一輻射區域110可為一不規則多邊形的金屬結構，而該第二輻射區域111可為不等寬度的金屬帶結構。

以下以第一圖的方位架構說明該狹縫112的結構，如圖所示，該基板10係為一四邊形結構，而該狹縫112的一端係位於該四邊形結構的一長邊，且由該狹縫112的一端朝下延伸，再彎折延伸以形成平行該四邊形結構之短邊的結構，而後再彎折朝上延伸，以使該狹縫112的另一端鄰近於該基板10的一短邊，進而形成類似U字形之結構的狹縫112。另外，該第一饋入點1100與該第二饋入點1110係對應地設於該狹縫112位於該長邊的一端；而一饋入訊號線14之中心導體141係連接於該第一饋入點1100，該饋入訊號線14之外層接地導體142係連接於該第二饋入點1110。

另一方面，該第一連接點1101係鄰近於該第一輻射區域110的頂緣，該第二連接點1111係鄰近於該第二輻射區域111的頂緣，且該第一連接點1101與該第二連接點1111係大致位於同一水平面，該第一連接點1101與該第二連接點1111更彼此遠離，例如分別位於基板10同側的兩個角落位置；而該第一輻射元件12係為一金屬材質的伸縮棒體，該第一輻射元件12係可樞轉地連接於第一連接點1101，同樣地，該第二輻射元件13係為一金屬材質的伸縮棒體，且該第二輻射元件13係可樞轉地連接於該第二連接點1111。換言之，該第一輻射元件12係可相對於該第一連接點1101進行二維或三維旋動；該第二輻射元件13係可相對於第二連接點1111進行二維或三維旋動，藉以調整第一輻射元件12與第二輻射元件13的空間角度，以改善數位電視的訊號接收與極化條件。在本發明之實施例中，該第一輻射元件12與該第二輻射元件13在一預定平面(如平行該基板10的平面)上的張角θ(如第四圖所示)係介於45度至180度，以獲致較佳的收訊品質。由於本發明之第一輻射元件12與該第二輻射元件13均可進行三維的樞轉，當兩者位於不同的平面上，兩者的張角θ較不易界定，因此本發明之實施例僅界定兩者在同一平面上的張角θ，換言之，當該第一輻射元件12與該第二輻射元件13位於同一平面上，例如平行該基板10的平面(請參考第四圖)，該張角θ的範圍可介於45度至180度，但不以上述為限。

請參考第二圖、第三圖以及附件一，以下將說明上述之寬頻數位電視天線結構1的天線特性。第二圖係為該寬頻數位電視天線結構1之返回損失(return loss)的測試圖，其顯示在3：1 VSWR的定義下產生一寬頻操作UHF頻帶(470至862MHz)，而上述頻帶可涵蓋大多數區域的廣播數位電視頻道。第三圖則為該寬頻數位電視天線結構1的天線增益41與輻射效率42的量測曲線圖，其中天線增益41在數位電視的接收頻段中約在1dBi至3dBi間；而輻射效率42在數位電視的接收頻段中亦約在70%以上，因此本發明之寬頻數位電視天線結構1可滿足於數位電視的接收需求。附件一係為該寬頻數位電視天線結構1操作於666MHz的3D輻射場型量測圖，其中寬頻數位電視天線結構1的最大功率值約介於2dBi至3dBi之間(可同時參考第三圖之該寬頻數位電視天線結構1的天線增益41)。綜合上述的量測結果，該寬頻數位電視天線結構1可利用輻射面11所形成的匹配電路激發天線結構之第二共振模態(即高階模態)，並降低第二共振模態的操作頻率，使第二共振模態的操作頻率接近於偶極天線的基本共振模態頻率，以達成在寬頻下操作的天線結構。

請參考第四圖，其顯示該寬頻數位電視天線結構1之第一輻射元件12與第二輻射元件13不同的張角態樣。在本發明之實施例中，該第一輻射元件12與該第二輻射元件13在一預定平面(如平行該基板10的平面)上的張角θ係介於45度至180度，以獲致較佳的收訊品質。本發明係將輻射面11所形成的高階模態匹配電路與金屬棒偶極天線(即上述之第一輻射元件12與第二輻射元件13)加以整合，而該金屬棒偶極天線可激發出基本共振模態頻率，且將第一輻射元件12與第二輻射元件13以樞接的方式結合於該輻射面11上，讓使用者可任意調整該第一輻射元件12與第二輻射元件13的空間角度，以達成較佳的數位電視訊號的接收。

請參考第五圖，其為本發明之第二實施例，其中該狹縫112亦為一種類似於U字形的結構，但其蜿蜒的方向相反於第一實施例，且狹縫112的位置接近於該基板10的中間位置，而使第一輻射區域110的面積略大於該第二輻射區域111的面積。請參考第六圖，其為本發明之第三實施例，其中，與第一實施例不同之處在於，該輻射面11之狹縫112形成一種類似於W字形的結構，而與第一實施例同樣的作用，該蜿蜒的狹縫112係用以延長天線結構在第二共振模態的有效共振路徑與電流路徑，進而大幅降低第二共振模態的操作頻率。

因此，綜合上述實施例，該狹縫112的功能係在於延長天線結構在第二共振模態的有效共振路徑與電流路徑，以大幅降低第二共振模態的操作頻率，故本發明之狹縫112並不限於上述的態樣，例如在一變化實施例中，該狹縫112可以是非等寬的結構。換言之，該狹縫112的特徵在於，其具有至少一個彎折部，以使該狹縫112所延伸的距離具有一預定的長度，而該長度可用以調整該寬頻數位電視天線結構1之第二共振模態的操作頻率。

請參考第七圖及第八圖，該寬頻數位電視天線結構1更包括一外殼體2，該基板10係設於該外殼體2之中，且第一輻射元件12與第二輻射元件13則穿設於該外殼體2而裸露於外，藉此，使用者可以方便於調整該第一輻射元件12與第二輻射元件13的空間角度，或是伸縮該第一輻射元件12及/或第二輻射元件13的長度，以達成較佳的數位電視收視品質。再者，該外殼體上更設有第一收容槽20與第二收容槽21，其用以分別收納第一輻射元件12與第二輻射元件13。換言之，在不使用的狀態下，該第一輻射元件12與第二輻射元件13可收容於該第一收容槽20與第二收容槽21，以避免第一輻射元件12與第二輻射元件13因碰撞而損壞。另外，該第一收容槽20與該第二收容槽21的側壁上更佳地設有至少一定位凸點22，其可用於緊密地將輻射元件12與13分別卡合收納於收容槽20與21之中。而如第八圖所示，該第一收容槽20與該第二收容槽21係位於該外殼體2的同一側面，或是該第一收容槽20與該第二收容槽21亦可設於該外殼體2的相對兩側面(如第七圖所示)。

另外，該第一輻射元件12與第二輻射元件13與該基板10的連接態樣可利用球軸、樞軸等各種具有樞接功能的機構所達成，以使該第一輻射元件12與第二輻射元件13可根據實施的應用情況進行二維或三維旋動，進而達成較佳的收視品質與方便收納的功能。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1、本發明一種複合式的天線架構，利用介質基板與偶極金屬棒的配合，以整合高階模態匹配電路與拉桿式偶極金屬棒，降低被激發的高階模態之操作頻率，使其接近於拉桿式偶極金屬棒的基本共振模態，以達成寬頻數位電視接收天線。

2、本發明之寬頻數位電視天線結構的架構簡單，使其具有輕巧的特性，且可任意調整拉桿式偶極金屬棒的空間位置、相對角度，以達到較佳的訊號接收與極化；另外，該拉桿式偶極金屬棒亦可收納於外殼體的收容槽中，更使該天線易於攜帶。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

1．．．寬頻數位電視天線結構

10．．．基板

11．．．輻射面

110．．．第一輻射區域

1100．．．第一饋入點

1101．．．第一連接點

111．．．第二輻射區域

1110．．．第二饋入點

1111．．．第二連接點

112．．．狹縫

12．．．第一輻射元件

13．．．第二輻射元件

14．．．饋入訊號線

141．．．中心導體

142．．．外層接地導體

2．．．外殼體

20．．．第一收容槽

21．．．第二收容槽

22．．．定位凸點

θ．．．張角

第一圖與第一A圖係為本發明之第一實施例之寬頻數位電視天線結構的示意圖。

第二圖係為本發明之寬頻數位電視天線結構之返回損失(return loss)的測試圖。

第三圖係本發明之寬頻數位電視天線結構的天線增益與輻射效率的量測曲線圖。

第四圖係為第一輻射元件與第二輻射元件呈現不同張角的示意圖。

第五圖係為本發明之第二實施例之寬頻數位電視天線結構的示意圖。

第六圖係為本發明之第三實施例之寬頻數位電視天線結構的示意圖。

第七圖與第八圖係為本發明之寬頻數位電視天線結構裝設於外殼體中之示意圖。

1．．．寬頻數位電視天線結構

10．．．基板

11．．．輻射面

110．．．第一輻射區域

1100．．．第一饋入點

111．．．第二輻射區域

1110．．．第二饋入點

112．．．狹縫

12．．．第一輻射元件

13．．．第二輻射元件

14．．．饋入訊號線

141．．．中心導體

142．．．外層接地導體

Claims (19)

1. 一種寬頻數位電視天線結構，包括：一基板；一輻射面，其成型於該基板之一表面上，該輻射面包括一第一輻射區域、一第二輻射區域及一形成於該第一輻射區域與該第二輻射區域之間的狹縫，其中該第一輻射區域具有一第一饋入點與一第一連接點，該第二輻射區域具有一第二饋入點及一第二連接點，該第二饋入點係對應該第一饋入點，且該狹縫具有至少一彎折，該狹縫係蜿蜒成型於該第一輻射區域與該第二輻射區域之間；一第一輻射元件，其樞接於該第一連接點以相對於該輻射面進行樞轉；一第二輻射元件，其樞接於該第二連接點以相對於該輻射面進行樞轉，其中該第一輻射元件與該第二輻射元件係建構成該寬頻數位電視天線結構之偶極天線結構，以產生一第一共振模態；以及一饋入訊號線，包含一中心導體及一外層接地導體，該中心導體連接於該第一饋入點，該外層接地導體連接於該第二饋入點；其中該輻射面所形成的一匹配電路係用以激發該寬頻數位電視天線結構之一第二共振模態，並降低該第二共振模態的操作頻率，使該第二共振模態的操作頻率接近於該偶極天線結構的第一共振模態頻 率，以達成寬頻操作，並且該第一輻射元件係為一伸縮棒體，其可相對於該第一連接點進行三維旋動；該第二輻射元件係為另一伸縮棒體，其可相對於該第二連接點進行三維旋動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一輻射元件與該第二輻射元件在一預定平面上的張角係介於45度至180度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該狹縫的寬度係介於0.3公釐至5公釐。
4. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該狹縫所延伸的距離具有一預定的長度，而該長度可用以調整該寬頻數位電視天線結構之該第二共振模態的操作頻率。
5. 如申請專利範圍第4項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該狹縫係具有類似於U字形或W字形的結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該基板係為一四邊形結構，該狹縫的一端係位於該四邊形結構之基板的一長邊，而該狹縫則蜿蜒成型以使該狹縫的另一端位於該基板的一短邊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一連接點係鄰近於該第一輻射區域的頂緣，該第二連接點係鄰近於該第二輻射區域的頂緣，且該第一連接點與該第二連接點係大致位於同一水平面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一輻射區域的面積大於該第二輻射區域的面積。
9. 如申請專利範圍第8項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一輻射區域係為一多邊形的金屬結構。
10. 如申請專利範圍第9項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第二輻射區域係為等寬度的金屬帶結構。
11. 如申請專利範圍第8項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一輻射區域係為一不規則多邊形的金屬結構。
12. 如申請專利範圍第11項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第二輻射區域係為不等寬度的金屬帶結構。
13. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，更包括一外殼體，其中該基板係設於該外殼體之中，且該第一輻射元件與該第二輻射元件係穿設於該外殼體而裸露於外。
14. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻數位電視天線結構，更包括一外殼體，其中該基板係設於該外殼體之中，且該第一輻射元件與該第二輻射元件係穿設於該外殼體而裸露於外。
15. 如申請專利範圍第13項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該外殼體上更設有一收容該第一輻射元件與該第二輻射元件的第一收容槽與第二收容槽。
16. 如申請專利範圍第15項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一收容槽與該第二收容槽係設於該外殼體的相對兩側面。
17. 如申請專利範圍第15項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一收容槽與該第二收容槽係設於該外殼體的同一側面。
18. 如申請專利範圍第16項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一收容槽與該第二收容槽的側壁上均設有至少一定位凸點。
19. 如申請專利範圍第17項所述之寬頻數位電視天線結構，其中該第一收容槽與該第二收容槽的側壁上均設有至少一定位凸點。