TWI624993B - 倒ｆ形天線結構及具有該天線結構的可攜式電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種倒F形天線結構，其設置於一電路板上，該倒F形天線結構包括訊號饋入端、接地端、第一共振臂和第二共振臂，該第一共振臂與第二共振臂彼此正交並相互連接，該訊號饋入端和接地端設置於臨近所述第一共振臂和所述第二共振臂彼此正交處。另，本發明還提供一種具有該倒F形天線結構的可攜式電子裝置。
Description
本發明涉及一種天線結構，尤其涉及一種倒F形天線結構及具有該天線結構的可攜式電子裝置。
以目前一般GPS天線設計型態而言，因為GPS衛星訊號是以右旋圓極化波傳遞，因此傳統GPS圓極化接收天線在設計上多為平面天線型態，該型態的天線優點是具有圓極化特性且指向性高，但以目前市面現有天線產品設計來說，至少需要佔用一整片約12×12mm2矩形設計面積，不利於現有移動通信裝置空間安排，特別是智慧型手錶這類型小體積裝置，因此一般設計多以線性極化倒F形天線設計為主，但此類型設計在接收圓極化GPS衛星訊號時會增加最多約3dB的極化損失，因此，如何利用有限設計空間設計出圓極化天線，是一項發展課題。
鑒於以上情況，本發明提供一種具有圓極化特性的倒F形天線結構。
另，還有必要提供一種具有該天線結構的可攜式電子裝置。
一種倒F形天線結構，其設置於一電路板上，該天線結構包括訊號饋入端、接地端、第一共振臂和第二共振臂，該第一共振臂與第二
共振臂彼此正交並相互連接，該訊號饋入端和接地端設置於臨近所述第一共振臂和所述第二共振臂彼此正交處。
一種可攜式電子裝置，其包括電路板，該可攜式電子裝置還包括倒F形天線結構，所述倒F形天線結構包括訊號饋入端、接地端、第一共振臂和第二共振臂，該第一共振臂與第二共振臂彼此正交並相互連接，該訊號饋入端和接地端設置於臨近所述第一共振臂和所述第二共振臂彼此正交處。
本發明通過彼此接近正交的兩共振臂實現雙路徑倒F形天線結構設計，產生兩種振幅大小相當，向量接近正交的共振電流，並通過微調所述天線結構的兩共振臂長度差異，造成兩共振電流產生90度相位差，進而達成圓極化天線激發條件，且在天線空間位置上佈置於所述可攜式電子裝置的內側邊，因此可以留出更多完整的空間供其他電路元件佈局，提高了可攜式電子裝置內部空間利用率。
1、1’‧‧‧可攜式電子裝置
11‧‧‧電路板
111‧‧‧天線淨空區域
12‧‧‧顯示幕
13‧‧‧電路遮罩組件
14‧‧‧機殼
142‧‧‧容置空間
15、15’‧‧‧倒F形天線結構
151、151’‧‧‧第一共振臂
152、152’‧‧‧第二共振臂
153、153’‧‧‧訊號饋入端
154、154’‧‧‧訊號饋入點
155、155’‧‧‧接地端
156、156’‧‧‧接地點
41‧‧‧散射參數曲線
51‧‧‧軸比曲線
61‧‧‧右圓極化增益曲線
62‧‧‧左圓極化增益曲線
71‧‧‧理想輻射效率曲線
72‧‧‧總輻射效率曲線
圖1為本發明第一實施例的倒F形天線結構的立體圖。
圖2為圖1所示的倒F形天線結構的平面示意圖。
圖3為本發明第二實施例的倒F形天線結構的立體圖。
圖4為圖1所示的倒F形天線結構的散射參數曲線圖。
圖5為圖1所示的倒F形天線結構的軸比圖。
圖6為圖1所示的倒F形天線結構的峰值圓極化增益圖。
圖7為圖1所示的倒F形天線結構的天線輻射效率圖。
請參閱圖1與圖2，本發明第一實施例提供一種具有圓極化特性的雙路徑倒F形天線結構15，其應用於一可攜式電子裝置1。該可攜式電子裝置1可以為手機、平板電腦、手錶等。該可攜式電子裝置1還進一步包括電路板11、顯示幕12、電路遮罩組件13及機殼14。
在本實施例中，該機殼14為矩形框體，其開設一容置空間142，用於容置電路板11、顯示幕12、電路遮罩組件13及雙路徑倒F形天線結構15於其內，進而裝載和保護所述所有元件。
該電路板11呈方形結構，且固定於所述機殼14的底端。在該電路板11上靠近其一個角的兩側邊，分別設置一天線淨空區域111，以提高所述雙路徑倒F形天線結構15的輻射效率。該電路遮罩組件13固定於所述電路板11上，用於對該電路板11上的電路進行遮罩保護，防止其受到外界電磁干擾。該顯示幕12固定於所述電路遮罩組件13上，並與所述電路板11電性連接。
該雙路徑倒F形天線結構15設置於所述電路板11上與所述天線淨空區域111對應的位置。該雙路徑倒F形天線結構15包括第一共振臂151、第二共振臂152、訊號饋入端153以及接地端155。在本實施例中，該第一共振臂151與第二共振臂152均為條狀片體結構，彼此大致呈現L形正交相連且位於同一平面。該第一共振臂151的長度l 1接近或相等於第二共振臂152的長度l 2，且兩共振臂長度皆臨近於共振頻率四分之一波長長度。該訊號饋入端153垂直連接於該第一共振臂151與電路板11之間，其相對第一共振臂151的一端設有一訊號饋入點154，用以從電路板11獲取
射頻訊號。該接地端155垂直連接於該第二共振臂152與電路板11之間，其相對第二共振臂152的一端設有一接地點156，用於連接所述電路板11。在本實施例中，該訊號饋入端153與接地端155臨近於該第一共振臂151與第二共振臂152彼此正交處，且該訊號饋入端153所在的平面與該接地端155所在的平面垂直。此外，該訊號饋入點154可連接至匹配電路、切換器電路或包含可變電容的可調整式匹配電路。在本實施例中，該雙路徑倒F形天線結構15可為金屬片、軟性電路板，或使用濺鍍射出等方式將金屬面製作於塑膠機殼上。
請參閱圖2，以本實施例而言，所述可攜式電子裝置1為一智慧型手錶，其機殼14的尺寸為長46.2mm，寬46.2mm，厚13.7mm；電路板11使用厚度為1mm的複合材料基板，其尺寸為長40mm，寬40mm，二個天線淨空區域111的寬度d皆為1.6mm；該雙路徑倒F形天線結構15的第一共振臂151的長度l 1為30.7mm，第二共振臂152的長度l 2為30.2mm，且兩共振臂的寬度皆為1mm，該第一共振臂151與顯示幕12的距離g 1和該第二共振臂152與顯示幕12的距離g 2皆為4mm。
請參閱圖3，本發明第二實施例提供另一雙路徑倒F形天線結構15’，其應用於可攜式電子裝置1’中，該可攜式電子裝置1’還進一步包括電路板11、顯示幕12、電路遮罩組件13及機殼14，該機殼14為矩形框體，其開設一容置空間142，該電路板11上靠近其一個角的兩側邊，分別設置一天線淨空區域111。該雙路徑倒F形天線結構15’與第一實施例的雙路徑倒F形天線結構15結構相似，其不同之處在於：該雙路徑倒F形天線結構15’上的訊號饋入端153’與接地端155’相互間隔地垂直連接於
所述第一共振臂151’與所述電路板11之間，且臨近於該第一共振臂151’與該第二共振臂152’相互正交處，該訊號饋入端153’所在的平面與該接地端155’所在的平面共面。該訊號饋入端153’相對於該第一共振臂151’的一端設置有一訊號饋入點154’，該接地端155’相對於該第一共振臂151’的一端設置有一訊號接地點156’。
請一併參閱圖2和圖4，圖4所示為本發明第一實施例雙路徑倒F形天線結構15的散射參數曲線。當第一共振臂151的長度l 1為30.7mm，第二共振臂152的長度l 2為30.2mm時，可以看到本發明第一實施例雙路徑倒F形天線結構15的散射參數曲線41的共振模態中心頻率點落在1575MHz附近，適合用於接收目前商用全球定位系統GPS衛星訊號L1頻段。
請一併參閱圖2和圖5，由於一般圓極化天線特性要求軸比值低於3dB，用以確認該共振模態是由兩振輻相當接近的分量模態所構成。就本發明第一實施例的雙路徑倒F形天線結構15而言，當第一共振臂151的長度l 1為30.7mm，第二共振臂152的長度l 2為30.2mm時，可以看到本發明雙路徑倒F形天線結構15的軸比曲線51的中心頻率點1575MHz約為0.5dB，也說明本發明雙路徑倒F形天線結構15在1575MHz GPS L1訊號頻段，符合圓極化天線特性要求，適合接收目前全球定位系統GPS圓極化衛星訊號。
請一併參閱圖2和圖6，圖6所示為本發明第一實施例雙路徑倒F形天線結構15的峰值圓極化增益圖，其中，本發明雙路徑倒F形天線結構15的最大輻射角度theta為45度，phi為345度，右圓極化增益曲線
61為在該最大輻射角度時的右旋圓極化增益值(RHCP Peak Gain)，左圓極化增益曲線62為在該最大輻射角度時的左旋圓極化增益值(LHCP Peak Gain)。當本發明雙路徑倒F形天線結構15的第一共振臂151的長度l 1為30.7mm，第二共振臂152的長度l 2為30.2mm，其共振模態的中心頻率為1575MHz時，右旋圓極化增益值為-4.2dBic，左旋圓極化增益值為-35.4dBic，兩者落差遠大於15dB，說明本發明雙路徑倒F形天線結構15在中心頻率1575MHz的共振模態是以右旋圓極極化為主要極化模態，除了符合圓極化天線特性要求，也適合接收目前全球定位系統GPS右旋圓極化衛星訊號，而其中，互換訊號饋入端153與接地端155位置可以變換成以左旋圓極化為主要極化模態。
請一併參閱圖2和圖7，圖7所示為本發明第一實施例的雙路徑倒F形天線結構15的輻射效率圖，其中，理想輻射效率曲線71為不考慮匹配損失的理想輻射效率值，總輻射效率曲線72為考慮匹配損失的總輻射效率值，當本發明雙路徑倒F形天線結構15的第一共振臂151的長度l 1為30.7mm，第二共振臂152的長度l 2為30.2mm時，其共振頻率在1575MHz時的總輻射效率約為-5.2dB，說明本發明雙路徑倒F形天線結構15在1575MHz的共振模態，除了符合圓極化特性需求外，其輻射特性亦適用於目前市面上的手機、平板電腦、手錶等可攜式電子裝置，而適當的增加天線淨空區域111的寬度d即可再提高輻射效率，以滿足不同市場需求。
本發明的雙路徑倒F形天線結構15，通過兩接近四分之一波長共振長度且彼此正交相連的第一共振臂151和第二共振臂152，產生兩種振幅大小相當，向量接近正交的共振電流，並通過微調所述共振臂的長度
差異，造成兩共振電流產生90度的相位差，進而達成圓極化天線的激發條件，且所述雙路徑倒F形天線結構15在空間位置上佈置於所述可攜式電子裝置1的內側邊，可以留出更多完整的空間供其他電路元件佈局，提高了裝置內部的空間利用率。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，並非是對本發明作任何形式上的限定。另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
Claims (9)
- 一種倒F形天線結構，其設置於一電路板上，所述電路板上靠近其一個角的兩側邊分別設置一天線淨空區域，其改良在於：所述倒F形天線結構包括訊號饋入端、接地端、第一共振臂和第二共振臂，所述第一共振臂與所述第二共振臂分別設置於所述電路板上與所述天線淨空區域對應的位置，所述第一共振臂與所述第二共振臂彼此正交並相互連接，所述訊號饋入端和所述接地端設置於臨近所述第一共振臂和所述第二共振臂彼此正交處。
- 如申請專利範圍第1項所述之倒F形天線結構，其中所述訊號饋入端垂直連接於所述第一共振臂和所述電路板之間，所述接地端垂直連接於所述第二共振臂和所述電路板之間，且所述訊號饋入端所在的平面與所述接地端所在的平面垂直。
- 如申請專利範圍第1項所述之倒F形天線結構，其中所述訊號饋入端和所述接地端相互間隔地垂直連接於所述第一共振臂和所述電路板之間，且所述訊號饋入端所在的平面與所述接地端所在的平面共面。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述之倒F形天線結構，其中所述訊號饋入端相對於所述第一共振臂的一端設置有一訊號饋入點，所述接地端相對於所述第二共振臂或所述第一共振臂的一端設置有一訊號接地點。
- 如申請專利範圍第1項所述之倒F形天線結構，其中所述第一共振臂與第二共振臂為條狀片體結構，二者大致呈L形彼此正交相連，且位於同一平面。
- 一種可攜式電子裝置，其包括電路板，其改良在於：所述電路板上靠近其一個角的兩側邊分別設置一天線淨空區域，所述可攜式電子裝置 還包括倒F形天線結構，所述倒F形天線結構包括訊號饋入端、接地端、第一共振臂和第二共振臂，所述第一共振臂與所述第二共振臂分別設置於所述電路板上與所述天線淨空區域對應的位置，所述第一共振臂與第二共振臂彼此正交並相互連接，所述訊號饋入端和所述接地端設置於臨近所述第一共振臂和所述第二共振臂彼此正交處。
- 如申請專利範圍第6項所述之可攜式電子裝置，其中所述訊號饋入端垂直連接於所述第一共振臂和所述電路板之間，所述接地端垂直連接於所述第二共振臂和所述電路板之間，且所述訊號饋入端所在的平面與所述接地端所在的平面垂直。
- 如申請專利範圍第6項所述之可攜式電子裝置，其中所述訊號饋入端和所述接地端相互間隔地垂直連接於所述第一共振臂和所述電路板之間，且所述訊號饋入端所在的平面與所述接地端所在的平面共面。
- 如申請專利範圍第6項所述之可攜式電子裝置，其中所述可攜式電子裝置還包括顯示幕、電路遮罩組件及機殼，所述顯示幕及所述電路遮罩組件相互重疊地設置於所述電路板上，所述機殼用於容置所述電路板、電路遮罩組件、顯示幕及所述倒F形天線結構。
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