圆极化天线及具有圆极化天线的电子装置 【技术领域】
本发明涉及一种圆极化天线,特别是一种可以微调共振中心及模拟轴比中心的圆极化天线。
背景技术
在现有技术中已经公开一种应用于接收卫星信号的圆极化(Circularly Polarized)天线。请参考图1A关于现有技术的圆极化天线的示意图。现有技术的圆极化天线90包括基板91、接地层92、介电本体93、辐射金属层94、馈入线95、及信号馈入点96及螺丝97。接地层92设置于基板91上。接地层92上再设置介电本体93,介电本体93上则贴附辐射金属层94。藉由辐射金属层94及接地层92的相互配合,即可产生天线辐射电磁场。馈入线95用以传递电性信号,且经由信号馈入点96,将馈入线95传递的能量馈入天线90。螺丝97则用以锁固上述的基板91及接地层92。而其中接地层92与辐射金属层94之间倾斜一特定角度。
一般而言,对于有限大小的介电本体93,天线场型的方向会受介电本体93的方位影响而倾斜一边。为了要让圆极化天线90所表现出的场形对所有方向能够对称,则会旋转介电本体93来让圆极化天线90的辐射场型具有对称特性。而旋转之后,接地层92与介电本体93,亦即与辐射金属层94之间倾斜一特定角度。另一方面,为了避免螺丝97的干涉作用,也可能会旋转介电本体93,以避开螺丝97。或者当接地层92为一长方形的形状,在长方形的两共振方向的共振长度会有所不同。上述的情形皆会使得圆极化天线90的共振中心与模拟轴比(Axial Ratio)中心两者对频率有分离的情形发生。
其图形即分别如图1B及图1C所示。请一并参考图1B及图1C关于现有技术的圆极化天线的相关特性图形。其中图1B为现有技术的圆极化天线的输入阻抗图,图1C为现有技术的圆极化天线的史密斯图。
图1B为馈入线95馈入信号到圆极化天线90之后,再反射出来的输入阻抗图。当反射系数为最小值,即图1B中最小值的频率时,定义为圆极化天线90的共振中心。此时圆极化天线90的传输能量最大。另一方面,图1C的史密斯图(Smith Chart)代表圆极化天线90在极坐标的输入阻抗值,即为一类似心形的图形。其类似心形的图形中心点即定义为圆极化天线90的模拟轴比中心。模拟轴比中心代表圆极化天线90的圆极化特性最好时的频率。此时模拟轴比很接近1或0dB,并且天线有最纯的极化特性。其中极化(Polarization)是天线电磁场对空间和时间的变化关系。一般天线有水平或垂直极化,两者互为独立。或者有左旋和右旋的电磁场方向,两者也互为独立。相同极化的天线互传时能量接收是最大的。因此,若极化特性不良会造成圆极化天线90无法有效地传输无线信号。
若共振中心及模拟轴比中心在相同的频率点时,代表圆极化天线90的传输能量最大,天线极化纯度最高。换言之,此时圆极化天线90具有最佳的特性。而在现有技术中,圆极化天线90的共振中心约为2.329GHz,模拟轴比中心约为2.345GHz,两者的偏移量约16MHz。如此一来,圆极化天线90就无法达到最佳的特性。
若是要配合特定的接地层92的形状来设计介电本体93,则会花费掉相当多的制造成本及时间。
因此,需要发明一种新的圆极化天线来解决现有技术所发生的缺失。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供圆极化天线,其具有可以微调共振中心及模拟轴比中心的效果。
本发明的另一主要目的在于提供一种电子装置,其具有一圆极化天线。
为达到上述的目的,本发明的电子装置包括无线信号模块与圆极化天线。圆极化天线与无线信号模块电性连接。圆极化天线包括基板、接地层、介电本体及辐射金属层。接地层设置于基板上。介电本体设置于接地层上。辐射金属层设置于介电本体上。其中辐射金属层包括第一槽孔及第二槽孔。第一槽孔及第二槽孔分别设置于辐射金属层上相对的侧边,并且实质上位于通过接地层的中心点的第一延伸线上,第一延伸线与接地层的侧边实质上互相平行。
根据本发明的圆极化天线具有可以微调共振中心及模拟轴比中心的效果。
【附图说明】
图1A为现有技术的圆极化天线地示意图。
图1B为现有技术的圆极化天线的输入阻抗图。
图1C为现有技术的圆极化天线的史密斯图。
图2A为本发明的圆极化天线的第一实施例的示意图。
图2B为本发明的圆极化天线的第一实施例的输入阻抗图。
图2C为本发明的圆极化天线的第一实施例的史密斯图。
图3A为本发明的圆极化天线的第二实施例的示意图。
图3B为本发明的圆极化天线的第二实施例的输入阻抗图。
图3C为本发明的圆极化天线的第二实施例的史密斯图。
图4A为本发明的圆极化天线的第三实施例的示意图。
图4B为本发明的圆极化天线的第三实施例的输入阻抗图。
图4C为本发明的圆极化天线的第三实施例的史密斯图。
图5为本发明的电子装置的系统方框图。
主要组件符号说明:
现有技术 介电本体13
圆极化天线90 辐射金属层14
基板91 馈入线15
接地层92 信号馈入点16
介电本体93 螺丝17
辐射金属层94 第一槽孔21a、21a’
馈入线95 第二槽孔21b、21b’
信号馈入点96 第三槽孔21c
螺丝97 第四槽孔21d
具有圆极化天线的电子装置30
本发明 无线信号模块31
圆极化天线10a、10b、10c 第一延伸线L1
基板11 第二延伸线L2
接地层12
【具体实施方式】
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举出本发明的具体实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
请先参考图2A,图2为本发明的圆极化天线的第一实施例的示意图。
本发明的第一实施例中,圆极化天线10a包括基板11、接地层(Grounding Layer)12、介电本体(Dielectric Body)13、辐射金属层(Radiating Patch Metal Layer)14、馈入线15、信号馈入点16及螺丝17。基板11为一种铝制的金属压铸件或马口铁的板金件,但本发明并不以此为限。接地层12为一种PCB电路板导电面制成的导电层,并藉由螺丝17或焊锡等方式设置于基板11上。接地层12上再设置介电本体13。介电本体13由陶瓷等介电材料所制成。介电本体13上则设置辐射金属层14。辐射金属层14为铜、银或金等金属材料所制成。藉由辐射金属层14及接地层12的相互配合,即可产生天线辐射电磁场,使得圆极化天线10a可传输无线信号。馈入线15与接地层12电性连接,用以馈入一电性信号,且经由信号馈入点16,将馈入线15传递的能量馈入天线10。馈入线15可为如RF电缆(RFCable)等电缆,但本发明并不以此为限。螺丝17用以锁固上述的基板11及接地层12。
为了要让圆极化天线10a所表现出的场形对所有方向能够对称,或者是要配合接地层12与介电本体13的形状,接地层12与介电本体13,亦即与辐射金属层14之间倾斜一特定角度。
辐射金属层14上具有第一槽孔21a及第二槽孔21b。第一槽孔21a及第二槽孔21b分别设置于辐射金属层14上相对的侧边,并且实质上位于第一延伸线L1上,与第一延伸线L1实质上互相平行。其中第一延伸线L1为通过接地层12的中心点并且与接地层12的侧边实质上互相平行的虚拟线。圆极化天线10a藉由第一槽孔21a及第二槽孔21b来微调其共振频率。第一槽孔21a及第二槽孔21b可使共振频率中心和模拟轴比中心两者互相接近。
接着同时请参考图2B及图2C关于本发明的圆极化天线的第一实施例的相关特性图形。其中图2B为本发明的圆极化天线的第一实施例的输入阻抗图,图2C为本发明的圆极化天线的第一实施例的史密斯图。
由图2B及图2C可知,在微调前,亦即不具有第一槽孔21a及第二槽孔21b的圆极化天线10a的共振中心约为2.329GHz,而模拟轴比中心约为2.345GHz,两者的偏移量约16MHz。而在利用第一槽孔21a及第二槽孔21b微调后,圆极化天线10a的共振中心及模拟轴比中心皆在2.3325GHz左右。因此微调后的圆极化天线10a具有较佳的特性。
需注意的是,可利用本发明第一槽孔21a及第二槽孔21b进行微调的情况并不限定于上述的接地层12及辐射金属层14的关系。若接地层12为一长方形或是其他不对称的形状,使得圆极化天线10a在互为垂直的两方向的共振长度不相同时,圆极化天线10a也会具有共振中心及模拟轴比中心分离的情形发生。在此情况下,圆极化天线10a也可以利用第一槽孔21a及第二槽孔21b来进行微调。
本发明的槽孔并不以第一实施例为限。接着请参考图3A关于本发明的圆极化天线的第二实施例的示意图。
相比较于圆极化天线10a,在本发明的第二实施例中圆极化天线10b的第一槽孔21a’及第二槽孔21b’的位置同样实质上位于第一延伸线L1上,但第一槽孔21a’及第二槽孔21b’与辐射金属层14的侧边实质上互相垂直。
在此情形之下,圆极化天线10b相关特性图形即如图3B及图3C所示。其中图3B为本发明的圆极化天线的第二实施例的输入阻抗图,图3C为本发明的圆极化天线的第二实施例的史密斯图。
由图3B及图3C可知,微调前圆极化天线10b的共振中心约为2.329GHz,而模拟轴比中心约为2.33875GHz,两者的偏移量约9.75MHz。而在利用第一槽孔21a’及第二槽孔21b’进行微调后,圆极化天线10b的共振中心及模拟轴比中心皆在2.3325GHz左右。因此微调后的圆极化天线10b具有较佳的特性。
接着请参考图4A关于本发明的圆极化天线的第三实施例的示意图。
在本发明的第三实施例中,当圆极化天线10c的第一槽孔21a’及第二槽孔21b’的范围过深,会使得圆极化天线10c原来的共振中心和模拟轴比中心两者重合之后又再分离。如此一来,即需利用第三槽孔21c及第四槽孔21d进行补偿修正。第三槽孔21c及第四槽孔21d同样分别位于辐射金属层14上相对的侧边,并且实质上位于第二延伸线L2上。第二延伸线L2为通过接地层12的中心点并且与第一延伸线L1实质上互相垂直的虚拟线。同样地,第三槽孔21c及第四槽孔21d与辐射金属层14的侧边互相垂直。
在此情形之下,圆极化天线10c相关特性图形即如图4B及图4C所示。其中图4B为本发明的圆极化天线的第三实施例的输入阻抗图,图4C为本发明的圆极化天线的第三实施例的史密斯图。
由图4B及图4C可知,微调前圆极化天线10c的共振中心约为2.323GHz,而模拟轴比中心约为2.3325GHz,两者的偏移量约9.5MHz。而在利用第一槽孔21a’及第二槽孔21b’调整后,会使得圆极化天线10c的共振中心和模拟轴比中心互相接近。但在进行调整的过程时,共振中心和模拟轴比中心又再度分离,因此再藉由第三槽孔21c及第四槽孔21d进行微调补偿,将圆极化天线10c的共振中心及模拟轴比中心皆微调回到2.3325GHz左右。如此一来,微调后的圆极化天线10c具有较佳的特性。以上的实施方式可说明出利用槽孔调整天线的灵活方式。
最后,请参考图5关于本发明的电子装置的系统方框图。
在本发明的一实施例中,电子装置30可为全球定位系统等移动装置,但本发明并不以此为限。如图5所示,本发明的电子装置30包括圆极化天线10a及无线信号模块31。电子装置30可利用RF电缆等馈入线15,馈入到圆极化天线10a,并与无线信号模块31电性连接,以藉由无线信号模块31来处理圆极化天线10a的信号,例如发射或接收信号。如此一来,电子装置30即可以藉由圆极化天线10a接收或者传送无线信号到其他的装置(图未示),以达到无线通信的目的。
此处需注意的是,电子装置30并不以具有圆极化天线10a为限。本发明亦可依照需求,以本发明的圆极化天线10b或圆极化天线10c其中任一种天线取代圆极化天线10a,以达到调整到效能的目的。
综上所陈,本发明无论就目的、手段及功效,处处均显示其迥异于公知技术的特征,恳请审查员明察,早日赐准专利,使嘉惠社会,实感德便。惟应注意的是,上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已,本发明所要求保护的权利范围自然应当以权利要求书范围所述为准,而非仅限于上述实施例。