专利名称：全球定位系统天线及应用其的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种全球定位系统天线，且特别是有关于一种具有全球定位系统天线的电子装置。
背景技术：
随着通讯科技技术的进步，使得电子装置及其无线应用功能愈加广泛使用，例如 3G智能型手机与个人数字助理(PDA)等电子产品，频繁地出现在日常周遭之中。尤其是全球定位系统(GPQ天线的整合与应用，凭借其提供准确的定位功能，从而大幅提升生活上的便利性。在已知技术中，GPS天线是采用平板天线(Patch Antenna)或PIFA天线设计结构，以实现并接收卫星信号。但是，就天线设计与实作而言，平板天线必须对应使用于一无限大的接地面，并且需设置于接地面的中央处。然而，在于现今日趋规格缩小化的通讯产品需求下，系统接地面往往是有限大且不对称，将严重影响GPS天线的辐射场型及收讯效果，而难以实现之。另一方面，一般I^atch天线则需两信号馈入点，且另外接移相器(phase shifter)，方能够产生圆型极化电磁波，以有效接收信号，因此将提高制作成本，而不具市场竞争力。此外，一般PIFA天线结构虽然可克服配置空间的限制，但其辐射场型往往易于在正Z方向会产生零点(null point)，致使于信号接收上产生死角。
发明内容
本发明的目的是在提供一种全球定位系统天线及应用其的电子装置，通过单一馈入点与一个短路点以及适切走线的配置，来予以实现移相器的作用，在共振路径上产生两相互正交的线性极化电磁波，进而等效近似一圆型极化波或一椭圆极化波，以改善其GPS 信号的接收效能。本发明的一方面是提出一种全球定位系统天线，包含一电路板、一第一走线以及一第二走线。电路板部分平行于一接地层。第一走线形成于电路板上，并具有一馈入点，用以馈入一信号。馈入点位于第一走线的一起始端。第二走线形成于电路板上，并具有一短路点位于第二走线的一起始端，且短路点电性连接至接地层，其中第二走线的起始端连接第一走线的末端。并且其中第一走线与第二走线的长度皆约为GPS天线的一操作频率的四分之一波长，且第一走线用以提供所馈入的信号一约90度的相位位移。本发明的另一方面是提出一种电子装置，其包含一壳体、一接地层以及一 GPS天线。GPS天线包含一电路板、一第一走线以及一第二走线。电路板配置于壳体的一底面上， 且部分平行于一接地层。第一走线形成于电路板上，并具有一馈入点，用以馈入一信号。馈入点位于第一走线的一起始端。第二走线形成于电路板上，并具有一短路点位于第二走线的一起始端，且短路点电性连接至接地层，其中第二走线的起始端连接第一走线的一末端。 并且其中第一走线与第二走线的长度皆约为GPS天线的一操作频率的四分之一波长，且第一走线用以提供所馈入的信号一约90度的相位位移。
透过上述的配置设计，电子装置得以在有限且不对称的系统接地面上，改善增强 其GPS信号的收讯效果外，亦能够通过仅使用单ー馈入点的方式，且馈入点也无需限制对 应在接地面的中央处，从而可降低成本提高市场竞争力，同时愈是提供整体电子装置的外 观设计与其内部天线架构配置更高的弾性空间。
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说 明如下图IA是绘示根据本发明一实施例的全球定位系统(GPS)天线的立体示意图；图IB是绘示图IA中GPS天线的展开平面示意图；图IC是绘示图IB中GPS天线于操作频段下的共振路径；图2是绘示图IA中GPS天线于实际量测所得的S11參数大小值；图3是绘示图IA中GPS天线于实际量测所得的辐射场型；图4A是绘示根据本发明一实施例的电子装置的立体示意图；图4B是绘示图4A中GPS天线的展开平面示意图。主要组件符号说明100:GPS 天线130:第二走线110:软性薄膜131:短路点111 凹折部132 起始端111，凹折部133:弯折部112:第一面140:第一连接部113:第二面150 第二连接部114:第三面200:系统接地面120 第一走线210 信号传输线121 馈入点300 天线载体122 弯折部310 表面123 起始端320 侧面124 末端330 底面125:狭縫400:电子装置
具体实施例方式为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可參照所附的附图及以下所述各种实施 例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另ー方面，众所周知的组件与步骤并未描述 于实施例中，以避免造成本发明不必要的限制。 关于本文中所使用的“约” 一般通常是指数值的误差或范围于百分之二十以内，较 好地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内，并且于此误差范围内亦能具有其 相同功能作用。 请同时參照图IA与图1B，图IA是绘示根据本发明一实施例的全球定位系统 (GPS)天线的立体示意图，图IB绘示图IA中GPS天线的展开平面示意图。如图所示，ー种GPS天线100，包含一软性薄膜110、一第一走线120以及一第二走线130。软性薄膜110部分平行于一系统接地面200。第一走线120形成于软性薄膜110上，并具有一馈入点121， 用以馈入一信号。馈入点121位于第一走线120的一起始端123。第二走线130形成于软性薄膜110上，并具有一短路点131位于第二走线130的一起始端132，且短路点131电性连接至系统接地面200，其中第二走线130的起始端132电性连接至第一走线120的一末端 124。并且其中第一走线120与第二走线130的长度皆约为GPS天线100的一操作频率的四分之一波长，且该第一走线120用以提供所馈入的信号约90度的一相位偏移。请继续参照图IA与图1B。第一走线120还具有一弯折部122，并且第一走线120 的末端1 是自弯折部122所延伸，进而与起始端123相互间隔形成一狭缝125。在另一实施例中，狭缝125的宽度小于GPS天线100的操作频率的十分之一波长，使得从馈入点121 所馈入的信号能量可直接部分耦合至第一走线120的末端124以及第二走线130的起始端 132。此外，第二走线130亦可包含至少一弯折部133，致使部分的第二走线130平行于第一走线120，以具有更为弹性灵活的设计结构。另外，第一走线120与第二走线130可部分相邻接于如图IA中的连线1A-1A’与图IB中的连线1B-1B’之处。通过此配置设计，不仅可使第一走线120的末端IM与第二走线130的起始端132相连接，更是让GPS天线100于周遭机构所局限的空间中，得以在第一走线120与第二走线130不影响软性薄膜110上的外部组件的配置布局下，仍可提供充足适切的共振路径长度，从而提升设计上的自由度与整合度。再者，软性薄膜110可为一软性印刷电路板，而第一走线120与第二走线130皆以印刷制成方式将金属材质(例如铜箔)形成于该软性薄膜110上。然而，由于软性薄膜110 为软性材质且具有可挠性，得以适切地予以弯折或弯曲；其次，软性薄膜110可包含一凹折部111及凹折部111，，以形成一第一面112、一第二面113与一第三面114，其中第一面112 与第三面114大致平行于系统接地面层200，而第二面113与第一面112、第三面114的夹角约90度，并且第三面114上具有馈入点121与短路点131，即如图IA所示。此外，GPS天线100还包含一第一连接部140与第二连接部150。第一连接部140 电性连接至短路点131与系统接地面200，而第二连接部150电性连接至馈入点121与一信号传输线210。然而，图IA中GPS天线100的第一连接部140与第二连接部150则皆为导电弹片，用以分别连接至系统接地面200与信号传输线210。通过上述的设计结构，GPS天线100则可通过第一走线120，等效实现一移相器 (phase shifter)的效果功能，进而予以调整其辐射场型。更进一步来说，馈入信号从馈入点121传递到短路点131的过程间，通过路径变化进而产生一相位偏移。并且，由于第一走线120的长度约为GPS天线100的中心频率1575MHz的四分之一波长，因而可通过第一走线120，使传递至短路点131上的馈入信号产生90度相位差，其相位关系公式则为θ = i3L =(2 31 / λ ) X ( λ /4) = 31/2。接着，请参照图1C，其绘示图IB中GPS天线100于操作频段下的共振路径。如图 IC所示，通过第一走线120与第二走线130则可提供两频率相近，但互不相同的频率的两共振路径，得以于GPS天线100的操作频段中产生彼此正交的两线性极化波。更明确地说，在本实施例中，第一走线120与第二走线130分别提供一第一共振路径(Li)与一第二共振路径(L2)，并且其中第一共振路径是对应于第一共振频率(Frequency 1 = 1622MHz)，而第二共振路径则是对应于第二共振频率(Frequency 2 = 1575MHz)。然而，当GPS天线100于其操作频段下，第一走线120与第二走线130则可产生相互正交的两线性极化电磁波，即为一垂直极化与一水平极化电磁波，进而组合等效形成一近似圆型极化电磁波或一椭圆极化电磁波。因此，GPS天线100于接收外部信号时，即可有效克服解决多路径误差(multipatherror)、极化旋转(polarization rotation)与信号衰减等问题。接着，请参照图2，其绘示图IA中GPS天线100于实际量测所得的S11参数大小值。 其中，S11参数是代表反射损失(Return Loss)。如图所示，当频率为1575百万赫兹(MHz) 时，S11参数的SWR值为1.074，而当频率为1622百万赫兹(MHz)时，S11参数的SWR值为 1.487。据此，即可充分明了到，本发明所提供的GPS天线于其操作频宽中，仅需单一个信号馈入点及一个短路点，即能在有限大且不对称的系统接地面上，且信号馈入点亦不限定对应配置于接地面的中央处，即能辐射产生出相位相差90度的两线性极化电磁波，如此不仅可减少信号馈入点对阻抗匹配的影响，亦可进而等效为一近似圆型极化电磁波或一椭圆极化电磁波。请参照图3，其绘示图IA中GPS天线100于实际量测所得的辐射场型。由图中所示的量测场型可知，上述的GPS天线100的设计结构于其操作频率下，可使得辐射场型在 XYZ方向皆相当饱满，并且实际所量测到平均增益为-3. 9dBi，而能够大幅改善信号接收能力。此外，由于本发明GPS天线100的配置设计，致使系统接地面对应产生一感应电流I，其分布即如图IA中的箭头符号所示，提供另一水平极化电磁波，以加强Z轴方向的场型与其收讯效果。请参照图4A与图4B，图4A是绘示根据本发明一实施例的电子装置的立体示意图， 图4B是绘示图4A中GPS天线的展开平面示意图。如图所示，一种电子装置400包含一天线载体300、一系统接地面200以及一 GPS天线100。其中天线载体300可为电子装置的壳体(未绘示)的一部份或一独立于该壳体的承载件，GPS天线100包含一软性薄膜110、一第一走线120以及一第二走线130。软性薄膜110配置于天线载体300的一表面310上， 且部分平行于一系统接地面200。第一走线120形成于软性薄膜110上，并具有一馈入点 121，用以馈入一信号。馈入点121位于第一走线120的一起始端123。第二走线130形成于软性薄膜110上，并具有一短路点131位于第二走线130的一起始端132，且短路点131 电性连接至系统接地面200，其中第二走线130的起始端132电性连接至第一走线120的一末端124。并且其中第一走线120与第二走线130的长度皆约为GPS天线100的一操作频率的四分之一波长，且第一走线120用以提供所馈入的信号约90度的一相位偏移。此外，请参照图4A与图4B中的GPS天线100，第一走线120还具有一弯折部122， 并且第一走线120的末端IM是自弯折部122延伸，进而与起始端123相互间隔形成一狭缝125。在另一实施例中，狭缝125的宽度小于GPS天线100的操作频率的十分之一波长， 使得从馈入点121所馈入的信号能量可直接部分耦合至第一走线120的末端124以及第二走线130的起始端132。此外第二走线130亦可包含至少一弯折部133，致使第二走线130 部分平行于第一走线120，以具有更为弹性灵活的设计结构，而不局限于天线载体300的机构与其外部电路的匹配限制。然而，上述各实施例中，虽以具有一矩形外观的弯折部来予以阐述说明其特征，但本发明并不受限于此，其适切合宜的外观，是端视其所配置使用的空间与实际应用时的需求来决定之，例如蜿蜒状或环状等各种外观形状。另外，第一走线120与第二走线130可部分相邻接于如图4A中的连线4A-4A’与图4B中的连线4B-4B’之处。通过此配置设计，不仅可使第一走线120的末端IM与第二走线130的起始端132相连接，更是让GPS天线100于天线载体300所局限的空间中，得以在第一走线120与第二走线130不影响软性薄膜110上的外部组件的配置布局下，仍可提供充足适切的共振路径长度，从而提升设计上的自由度与整合度。再者，软性薄膜110可为一软性印刷电路板，而第一走线120与第二走线130皆以印刷制成方式将金属材质(例如铜箔)形成于该软性薄膜110上。然而，由于软性薄膜110 为软性材质且具有可挠性，得以适切地予以弯折或弯曲；其次，软性薄膜110可包含一凹折部111及凹折部111，，以形成一第一面112、一第二面113与一第三面114，其中第一面112 贴合配置于天线载体300的表面310，且大致平行于系统接地面200，而第二面113与第一面112的夹角约90度，同时贴合配置于天线载体300的侧面320，而第三面114贴合配置于天线载体300的底面330，且大致平行于系统接地面200，致使第三面114上具有馈入点 121与短路点131，即如图4A所示。此外，GPS天线100还包含一第一连接部140与第二连接部150。第一连接部140 的一端点延伸至天线载体300的下方，进而电性连接至短路点131，而第一连接部140的另一端点则与系统接地面200电性连接，而第二连接部150的结构与第一连接部140类似， 予以电性连接至馈入点121与一信号传输线210。然而，图4A中GPS天线100的第一连接部140与第二连接部150则皆为导电弹片，用以分别连接至系统接地面200与信号传输线 210。虽然，上述各实施方式中的第一连接部140与第二连接部150皆是以导电弹片显示说明其连接关系，但本发明并不受限于此，且亦可为贯穿孔与其它导电组件等。然而，由于GPS天线100的配置方式与其操作原理已在以上实施方式中具体揭露， 因此不再重复赘述之。因此，透过上述的配置设计，电子装置400得以在有限且不对称的系统接地面上，改善增强其GPS信号的收讯效果外，亦能够通过仅使用单一馈入点的方式，且馈入点也无需限制对应在接地面的中央处，从而可降低成本提高市场竞争力，同时愈是提供整体电子装置400的外观设计与其内部天线架构配置更高的弹性空间。虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种全球定位系统天线，其特征在于，包含 一软性薄膜，部分平行于一系统接地面；一第一走线，形成于该软性薄膜上，并具有一馈入点，用以馈入一信号，其中该馈入点位于该第一走线的一起始端；以及一第二走线，形成于该软性薄膜上，并具有一短路点位于该第二走线的一起始端，且该短路点电性连接至该接地面，其中该第二走线的该起始端电性连接该第一走线的一末端；其中该第一走线与该第二走线的长度皆约为该GPS天线的一操作频率的四分之一波长，且该第一走线用以提供该馈入信号约90度的一相位偏移。
2.根据权利要求1所述的全球定位系统天线，其特征在于，该第一走线还包含一弯折部，该第一走线的一末端自该弯折部延伸，进而与该馈入点相互间隔形成一狭缝，且该狭缝的宽度小于该操作频率的十分之一波长。
3.根据权利要求1所述的全球定位系统天线，其特征在于，该第二走线包含至少一弯折部。
4.根据权利要求1所述的全球定位系统天线，其特征在于，还包含一第一连接部与一第二连接部，其中该第一连接部电性连接至该短路点与该接地面，而该第二连接部电性连接至该馈入点与一信号传输线。
5.根据权利要求4所述的全球定位系统天线，其特征在于，该第一连接部为与该第二连接部分别为一导电弹片。
6.根据权利要求1所述的全球定位系统天线，其特征在于，该软性薄膜为一软性印刷电路板，且该第一走线与该第二走线皆为该软性薄膜上的金属印刷走线。
7.根据权利要求6所述的全球定位系统天线，其特征在于，该软性薄膜至少包含一凹折部，形成一第一面与一第二面，其中该第一面大致平行于该接地面，该第二面与该第一面的夹角约90度，并且该第二面上具有该馈入点与该短路点。
8.一种电子装置，其特征在于，包含 一壳体；一接地层；以及一 GPS天线，包含一电路板，配置于该壳体的一底面，且部分平行于该接地层；一第一走线，形成于该电路板上，并具有一馈入点，用以馈入一信号，其中该馈入点位于该第一走线的一起始端；以及一第二走线，形成于该电路板上，并具有一短路点位于该第二走线的一起始端，且该短路点电性连接至该接地层，其中该第二走线的该起始端连接该第一走线的一末端；并且其中该第一走线与该第二走线的长度皆约为该GPS天线的一操作频率的四分之一波长，且该第一走线用以提供该信号一约90度的相位位移。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，该第一走线还包含一弯折部，该第一走线的一末端自该弯折部延伸，进而与该馈入点相互间隔形成一狭缝，且该狭缝的宽度小于该操作频率的十分之一波长。
10.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，该第二走线包含至少一弯折部。
11.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，还包含一第一连接部与一第二连接部，其中该第一连接部电性连接该短路点与该接地层，而该第二连接部电性连接该馈入点与一信号传输线。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其特征在于，该第一连接部为与该第二连接部分别为一导电弹片。
13.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，该电路板为一软性印刷电路板，且该第一走线与该第二走线皆为该电路板上的印刷走线。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于，该电路板包含一凹折部，形成一第一面与一第二面，其中该第一面大致平行于该接地层，该第二面与该第一面的夹角约90 度，并且该第二面上具有该馈入点与该短路点。
全文摘要
本发明揭露一种全球定位系统(GPS)天线及应用其的电子装置。所述全球定位系统天线包含一电路板、一第一走线以及一第二走线。电路板部分平行于一系统接地面。第一走线形成于电路板上，并具有一馈入点，用以馈入一信号。馈入点位于第一走线的一起始端。第二走线形成于电路板上，并具有一短路点位于第二走线的一起始端，且短路点电性连接至接地层，其中第二走线的起始端连接第一走线的末端。并且其中第一走线与第二走线的长度皆约为GPS天线的一操作频率的四分之一波长，且第一走线用以提供所馈入的信号一约90度的相位位移。
文档编号H01Q9/04GK102377018SQ201010256009
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者邓佩玲, 陈奕君, 陈弘伦 申请人:宏达国际电子股份有限公司