环型天线 本发明是有关于一种环型天线(Loop Antenna)系统，特别是有关于利用接地导体板，使得环型天线感应相同电性的镜像电荷增强辐射传输效应。
在日益增加的无线传输装置中，天线的尺寸对无线传输的效率有极大影响，其尺寸必须达到无线电波长的数量级，然而在某些频段，其无线电波长远大于无线传输装置所能提供的天线长度，使得无线传输效率降低，为增加无线传输效率，必须使用更复杂的天线和射频电路，如此无线传输装置的成本便会提高，产品的生产良率下降，耗电量增加，丧失无线传输的优点。为改善天线传输效率必须利用无线装置中接地导体板，以及驱动天线信号源的极化型态。
传统环型天线大部分是磁偶源激发，其应用在其下方具有接地金属板的环境时，传输效应受到严重影响。
传统磁偶源环型天线应用于无线鼠标的系统方块图，如图1所示，在此用以说明无线鼠标的操作过程，其包括射频模组220，其中包括放大器520，锁相环电路450、滤波器470、压控振荡器(voltage control oscillatorVCO)480。基频电路包括中央处理器420，位移解码器300，存储器440(非挥发存储器如EEPROM)，开关550。环型天线240第一端耦接到放大器520信号端，环型天线240第二端则耦接到放大器520接地端。
当无线鼠标开始操作时，中央处理器420从存储器440读出无线传输通道频率，光检出器310的取样频率，以及无线鼠标的识别码(identificationcode)，其用以便主电脑在相同的传输区域中相同传输频率得以辨别不同的无线鼠标，在同一主电脑所以每一个无线鼠标有一识别码。当无线鼠标打开电源开始使用时，存储器440用以记录无线鼠标更新的电脑周边识别码。
中央处理器420借由控制锁相环电路450的调制频率，得以控制无线传输通道频率。中央处理器420由存储器440读取既定传输通道频率资料，再将传输通道频率资料写入锁相环电路450，使其产生具有传输通道频率的载波信号，可以由使用者按下通道选择键500改变存储器440内的传输通道频率资料。
中央处理器420提供开关和位移资料给调制器560，调制器560可以是压控晶体振荡器(VCXO)，其与振荡晶体(crystal)串联，可得到一可调制的参考频率，可以达成频率移位键控(frequency shift keying FSK)调制器，当参考频率由压控晶体振荡器产生调制频率，锁相环电路450、滤波器470以及压控振荡器480产生一反馈回路，该回路即可形成一频率合成电路，压控振荡器480产生一精准频率的射频载波信号(carrier)载有一调制信号，此射频载波信号经由放大器520输出至圆形环型天线241。调制器560的参考频率调制信号是借由切换参考频率振荡器(未图示)的共振电容，参考频率随共振电容改变，也就是频率移位键控调制，其频率切换的信号就是无线鼠标操作的编码资料。滤波器470必须有足够的频宽使其能够跟上参考频率的调制。
当无线鼠标若使用在一金属桌面上(该金属桌面可视为一接地导体板)会导致磁偶源(Magnetic dipole source)因金属板而抵消，影响环形天线240的输入阻抗，造成传输距离变短。其架构如图2所示，环型天线240于接地导体板230上使用，环型天线240第一端耦接到射频模组220的放大器520信号端，第二端耦接到射频模组220接地端；且环型天线240位于接地导体板230上方，平行靠近接地导体板230。环型天线240地电流方向平行于金属板230，由于接地导体板230是良导体，为维持接地导体板230的切线方向电场为零的边界条件(boundary condition)，所以该接地导体板230可等效地视为一方向相反的镜像电流源，其产生镜像磁偶源的方向相反于环型天线240产生的磁偶源，如图3所示，因此镜像磁偶源会减弱环型天线240的辐射强度。尤其一般无线鼠标都是贴近桌面使用，鼠标与金属桌面之间不可能相隔很大的距离(相对于波长)，在此状况下，环型天线240与接地导体板230的距离D越近，其相消性干涉效果越强。
有鉴于此，本发明则提出一种环型天线系统，适用于一无线传输装置具有信号端和接地端，其用以传递一传输讯号，其包括：(a)接地导体板，其耦接于一接地端；与(b)环型天线，该环型天线是由一螺旋绕线环绕而形成一环体。该螺旋绕线具有一第一端耦接于该接地端，该环体具有一主轴AX1，一次主轴AX2，主轴AX1垂直于该接地导体板，而次主轴AX2平行于该接地导体板。当该传输讯号的射频波长远大于该环型天线尺寸时，该环型天线的磁流是沿着次主轴AX2分布，该环型天线的电偶极是沿着该主轴AX1分布，而垂直于该接地导体板。
附图说明
图1表示传统环型天线应用于无线鼠标的系统方块图。
图2表示传统无线鼠标的环型天线系统示意图。
图3表示传统环型天线的磁偶源和镜像磁偶源示意图。
图4表示本发明实施例环型天线系统示意图。
图5表示本发明实施例“圆形环面，圆形截面”环型天线中环面螺旋绕线的立体图。
图6表示本发明实施例环型天线的电偶源和镜像电偶源示意图。
图7A-7C表示本发明实施例“圆形环面”环型天线应用示意图。
图8表示本发明实施例“圆形环面，四方形截面”环型天线中环面螺旋绕线的立体图。
图9表示本发明实施例“四方形环面，圆形截面”环型天线系统示意图。
图10表示本发明实施例“四方形环面，四方形截面”环型天线中环面螺旋绕线的立体图。
图11A-11C表示本发明实施例“四边形环面”环型天线应用示意图。符号说明200、201～圆形环体；202～四边形环体；200a～圆形截面；220～射频模组；230～接地导体板；240～环型天线；241、242～环型天线；250～无线鼠标；300～位移解码器；310～光检出器；420～中央处理器；440～存储器；450～锁相环电路；470～滤波器；480～压控振荡器；500～通道选择键；520～放大器；550～开关；560～调制器。
具体实施方式
本实施例的环型天线系统，主要是利用环型天线中螺旋绕线的电偶源和接地导体板感应相同方向的镜像电偶源以增强天线辐射强度。
由于垂直于接地导体板的磁偶源感应的镜像磁偶源是相反电性，减弱天线辐射能力。由电磁双重性(duality of electromagnetic)可以得知，利用磁偶源环型天线的电磁场，电场由磁场代替，磁场由相反方向电场代替，导磁系数由介电常数代替，介电常数由导磁常数代替，等效磁流(magnetic current)代替电流(electric current)，就可以得到电偶源(electric dipole source)环型天线的电磁场。
第一实施例
电偶源可以借由环面螺旋绕线(toroidal helix wire)的磁流激发，如图4中圆形环型天线241所示，披露“圆形环面，圆形截面”的实施例，也就是以磁流代替磁偶极环型天线的电流，磁流正比于螺旋绕线的磁通变化率，图5表示圆形环型天线241中环面螺旋绕线的立体图，圆形环型天线241是由一螺旋绕线环绕而形成一圆形环体(toroid)200。当自上方俯视，该圆形环体200具有一圆形环面，当自侧方方剖视，该圆形环体200具有一圆形截面200a。该圆形环体200中可以包含一环状圆形截面导磁铁心(如ferrite core)，或是圆形截面的中空空间。圆形环体200具有一主轴AX1，一次主轴AX2，一主半径R，以及一次半径r。主轴AX1垂直于圆形环体200所在的平面，次主轴AX2是主半径R所形成一圆，圆形环体200是由距离次主轴AX2一定距离r所构成的曲面。当磁通密度是均匀分布，磁流可以等效视为沿着次主轴AX2分布，也就是和磁偶极环型天线的电流分布一致，电偶极则和主轴AX1一致。平行于圆形环型天线241下方有一接地导体板230，当传输讯号射频的波长远大于圆形环型天线241，磁流环型天线可等效成一电偶源环型天线，并且垂直于接地导体板230。如图6所示，为了满足接地导体板230切线方向电场为零的边界条件，因此接地导体板230可以被视为一等效的镜像电偶源，且镜像电偶源和电偶源的方向相同；如此镜像电源对圆形环型天线241的辐射电场有加强的效果。当圆形环型天线241和接地导体板230的距离D越小，其加强效果越好，辐射电场越接近导体板230时，圆形环型天线2411辐射强度越加强。
第二实施例
图8表示圆形环型天线241中环面螺旋绕线的立体图，披露“圆形环面，四边形截面”的实施例。圆形环型天线241是由螺旋绕线环绕而形成圆形环体(toroid)201，当自上方俯视，该圆形环体200具有一圆形环面，当自侧方方剖视，该圆形环体200具有一四边形截面200b。该圆形环体201中，可以包含一环状四边形截面导磁铁心，或是一四边形截面的中空空间。圆形环体201具有一主轴AX1，一次主轴AX2，一主半径R，以及四边形截面的宽度w、高度h。主轴AX1垂直于圆形环体201所在的平面，次主轴AX2是主半径R所形成一圆，圆形环体201是由一具有宽度w高度h的四边形截面，距离主轴AX1一定距离R(也就是主半径)，绕主轴AX1旋转而构成的曲面。
如图7所示，是应用圆形环型天线241的无线鼠标的一实施例，接地导体板230位于无线鼠标250底部，圆形环型天线241第一端耦接到射频模组220信号端，其第二端耦接到射频模组220接地端，圆形环型天线241位于接地导体板230上方，平行靠近接地导体板230。接地导体板230耦接到射频模组220的接地，也就是射频模组220与金属板230有共同的接地。
由于接地导体板230是良导体，为了维持接地导体板230的切线方向电场为零，接地导体板230的效应可以视为是一相同电性并且等电荷量的镜像电偶源。圆形环型天线241的磁流方向是平行于金属板230，所以方向相同的镜像磁流所产生镜像电偶源的方向会相同于圆形环型天线241产生的电偶源，因此镜像电偶源会加强圆形环型天线241的辐射强度。
如图7B所示，是圆形环型天线无线鼠标应用于一金属电脑桌面环境的另一实施例，且假设该金属电脑桌面的面积远大于环形天线241的面积，故可将电脑桌的桌面视为一接地导体板230。圆形环型天线241第一端耦接到射频模组220的信号端，其第二端耦接到射频模组220的接地端。当该无线鼠标置于该金属电脑桌面上时，该圆形环型天线241位于接地导体板230上方，且平行靠近接地导体板230(金属电脑桌面)。
如图7C所示，是圆形环型天线241应用于电脑系统无线信号接收端中的另一实施例。接地导体板230位于电脑600，圆形环型天线241第一端耦接到射频模组220的信号端，其第二端耦接到射频模组220的接地端，圆形环型天线241位于接地导体板230上方，平行靠近接地导体板230。接地导体板230耦接到射频模组220的接地，也就是射频模组220与金属板230有共同的接地。
第三实施例
图9表示四边形环型天线242中环面螺旋绕线的立体图，披露一“四边形环面，圆形截面”的实施例。四边形环型天线242是由螺旋线圈绕成一四边形环体202，当自上方俯视，该圆形环体202具有一四边形环面，当自侧方方剖视，该四边形形环体202具有一圆形截面202a。四边形环体202中可以包含一圆形截面的导磁铁心，或是一圆形截面的中空空间。如图10所示，四边形环体202具有一主轴AX1，一次主轴AX2，次主轴AX2是一长方形具有长边a，短边b，以及截面的宽度w、高度h。主轴AX1垂直于四边形环体202所在的平面，次主轴AX2是由长边a以及短边b所形成一长方形，四边形环体202截面是为一圆形，垂直于次主轴AX2，其形心(centroid)沿次主轴AX2移动，所产生的曲面。
第四实施例
图10表示四边形环型天线242中螺旋绕线的立体图，披露“四边形环面，四边形截面”的实施例。四边形环型天线242是由螺旋线圈绕成一四边形环体202，当自上方俯视，该圆形环体202具有一四边形环面，当自侧方方剖视，该四边形环体202具有一四边形截面202b。该四边形环体202中可以包含一四边形截面的导磁铁心，或是一四边形截面的中空空间。四边形环体202具有一主轴AX1，一次主轴AX2，次主轴AX2是一长方形具有长边a，短边b，以及截面的宽度w、高度h。主轴AX1垂直于四边形环体202所在的平面，次主轴AX2是由长边a以及短边b所形成一长方形，四边形环体202是由一具有宽度w高度h的四边形截面，垂直于次主轴AX2，其型心(centroid)沿次主轴AX2移动，所产生的曲面。
如图11A所示，是应用四边形环型天线242的无线键盘的一实施例，四边形环型天线242第一端耦接到射频模组220信号端，其第二端耦接到射频模组220接地端。该无线键盘260下壳上方设置有一接地导体板230，而四边形环型天线242是设置于该无线键盘260上壳与接地导体板230之间，使得该四边形环型天线242位于接地导体板230上方，且实质平行地靠近接地导体板230。接地导体板230耦接到射频模组220的接地，也就是射频模组220与金属板230有共同的接地。
由于接地导体板230是良导体，为了维持接地导体板230的切线方向电场为零，接地导体板230的效应可以视为是一相同电性并且等电荷量的镜像电偶源。四边形环型天线242的磁流方向是平行于金属板230，所以方向相同的镜像磁流所产生镜像电偶源的方向会相同于四边形环型天线242产生的电偶源，因此镜像电偶源会加强四边形环型天线242的辐射强度。
如图11B所示，是四边形环型天线无线键盘应用于一金属电脑桌面环境的另一实施例，该四边形环型天线242是设置于该无线键盘260上壳与下壳之间[未图示]，且假设该金属电脑桌面的面积远大于环型天线242的面积，故可将电脑桌的桌面视为接地导体板230。四边形环型天线242第一端耦接到射频模组220的信号端，其第二端耦接到射频模组220的接地端。当该无线键盘置于该金属电脑桌面上时，该四边形环型天线242位于接地导体板230上方，且实质平行地靠近接地导体板230(金属电脑桌面)。
如图11C所示，是四边形环型天线242应用于电脑系统无线信号接收端中的另一实施例。接地导体板230位于电脑600，四边形环型天线242第一端耦接到射频模组220的信号端，其第二端耦接到射频模组220的接地端，四边形环型天线242位于接地导体板230上方，平行靠近接地导体板230。接地导体板230耦接到射频模组220的接地，也就是射频模组220与金属板230有共同的接地。
虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。