天线结构的制作方法

本发明是有关于一种天线结构，且特别是一种适于收发圆极化的射频信号的天线结构。
背景技术：
：一般而言，无线射频信号可具有线性极化或是圆极化的特性，并根据其应用而赋予无线射频信号不同的极化特性，例如在全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)的规范中，定义其定位信号的所有电磁波通常为圆极化特性。借此，为了接收具有圆极化特性的定位信号，定位信号的接收端所设置的天线可为平板天线(patchantenna)或是陶瓷天线等具有接收圆极化特性的天线，以期在对上述定位信号进行收发时产生良好的接收效果。上述两种天线的圆极化特性皆不差，而可运用于全球定位系统。然而，当上述两种天线所接收的定位信号必须同时也运用在全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)时，上述两种天线则有带宽过窄的问题。此外，陶瓷天线的制程较为耗时复杂，且其设计不易变更，使得设置者难以对陶瓷天线的收发频率进行微调。因此，随着电子装置趋向轻薄短小的设计，天线结构的设计除了要考虑到体积与所占空间之外，还需要兼俱具有圆极化特性，以及其所能运用的系统。技术实现要素：本发明提供一种天线结构，其适于收发圆极化的射频信号，并可增加收发信号的带宽。本发明的天线结构包括一中心地线以及一螺旋天线。中心地线呈一直线状，且其两端部分别具有一接地点以及一第一开路点。螺旋天线的两端部分别具有一馈入点以及一第二开路点。螺旋天线沿着中心地线从接地点朝向第一开路点环绕中心地线，以使第二开路点邻近第一开路点，且螺旋天线与中心地线之间相隔一轴距，以使天线结构收发一圆极化的射频信号。在本发明的一实施例中，上述的中心地线的一总长度等于圆极化的射频信号的四分之一波长。在本发明的一实施例中，上述的螺旋天线的一总长度等于圆极化的射频信号的波长。在本发明的一实施例中，上述的中心地线的接地点以及第一开路点之间的一直线距离实质上等于螺旋天线的馈入点以及第二开路点之间的一直线距离。在本发明的一实施例中，上述的圆极化的射频信号的一极化方向平行于中心地线且从接地点指向第一开路点。在本发明的一实施例中，上述的接地点连接一系统接地面。天线结构适于从一射频信号传送单元接收一射频信号，并通过馈入点至第二开路点以及第一开路点之间的电流路径共振射频信号，以发送圆极化的射频信号。在本发明的一实施例中，上述的螺旋天线与中心地线之间的轴距与圆极化的射频信号的一质量因子成正比。基于上述，本发明的天线结构包括中心地线以及螺旋天线。中心地线呈一直线状，且其两端部分别具有接地点以及第一开路点。螺旋天线的两端部分别具有馈入点以及第二开路点。螺旋天线沿着中心地线从接地点朝向第一开路点环绕中心地线，以使第二开路点邻近第一开路点，且螺旋天线与中心地线之间相隔轴距。借此，本发明的天线结构适于收发圆极化的射频信号，并可增加其所收发的圆极化的射频信号的带宽。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。【附图说明】图1是本发明一实施例的天线结构的示意图。图2是图1的天线结构的功能方框图。【具体实施方式】图1是本发明一实施例的天线结构的示意图。图2是图1的天线结构的功能方框图。请参考图1至图2，在本实施例中，天线结构100包括中心地线110以及螺旋天线120。中心地线110呈一直线状，且其两端部112与114分别具有接地点GND以及第一开路点OP1。螺旋天线120的两端部122与124分别具有馈入点FP以及第二开路点OP2。螺旋天线120沿着中心地线110从接地点GND朝向第一开路点OP1环绕中心地线110，以使第二开路点OP2邻近第一开路点OP1，且螺旋天线120与中心地线110之间相隔轴距D。借此，天线结构100可被设置于未绘示的电子装置，以使天线结构100收发圆极化的射频信号SIG(绘示于图2)。具体而言，在本实施例中，中心地线110呈直线状，且其材质为非陶瓷材料，较佳地是采用金属材料或者其他适用的材料，但本发明不以此为限制。另一方面，螺旋天线120呈螺旋状，且其材质为非陶瓷材料，较佳地是采用金属材料或者其他适用的材料，但本发明不以此为限制。中心地线110与螺旋天线120的相对关系为：螺旋状的螺旋天线120环绕呈直线状的中心地线110。详细而言，在本实施例中，螺旋天线120环绕中心地线110，其环绕方式为，以具有馈入点FP的端部122为起点而具有第二开路点OP2的端部124为终点，沿着中心地线110环绕中心地线110，而位在中心地线110的外侧，且其环绕方向为，从接地点GND朝向第一开路点OP1环绕。如此，螺旋天线120的馈入点FP邻近中心 地线110的接地点GND，且螺旋天线120的第二开路点OP2邻近中心地线110的第一开路点OP1。其中，环绕中心地线110的螺旋天线120不接触中心地线110，且螺旋天线120与中心地线110之间进一步相隔轴距D。再者，在本实施例中，中心地线110的总长度等于圆极化的射频信号SIG的四分之一波长，而螺旋天线120的总长度等于圆极化的射频信号SIG的波长。此外，在螺旋天线120环绕中心地线110之后，中心地线110的接地点GND以及第一开路点OP1之间的直线距离d1等于螺旋天线120的馈入点FP以及第二开路点OP2之间的直线距离d2。换言之，虽然螺旋天线120的总长度(等于圆极化的射频信号SIG的波长)大于中心地线110的总长度(等于圆极化的射频信号SIG的四分之一波长)，但在螺旋天线120环绕中心地线110之后，中心地线110的高度(相当于前述的直线距离d1)实质上等于螺旋天线120的高度(相当于前述的直线距离d2)。通过上述设计，天线结构100可用于收发圆极化的射频信号SIG。如图2所示，在本实施例中，天线结构100可连接系统接地面G，并适于从射频信号传送单元20接收射频信号SIG。其中，天线结构100以接地点GND连接系统接地面G，而天线结构100从射频信号传送单元20接收的射频信号SIG通过馈入点FP至第二开路点OP2以及第一开路点OP1之间的电流路径共振射频信号SIG，以发送圆极化的射频信号SIG。借此，圆极化的射频信号SIG的极化方向平行于中心地线110且从接地点GND指向第一开路点OP1。换言之，在本实施例中，天线结构100具有两条电流路径，分别为馈入点FP至第二开路点OP2以及馈入点FP至第一开路点OP1。此时，由于螺旋天线120环绕中心地线110，使得天线结构100从射频信号传送单元20接收的射频信号SIG可从馈入点FP至第二开路点OP2对馈入点FP至第一开路点OP1电流路径共振出电流并进而转换成圆极化的射频信号SIG，且圆极化的射频信号SIG的极化方向平行于中心地线110且从接地点GND指向第一开路点OP1。借此，于天线结构100的两路径电流之间产生90度的相位差，使得天线结构100在Z方向(标示于图1)可收发圆极化的射频信号SIG。更进一步地说，于天线结构100的两路径电流之间产生90度的相位差决定了收发的圆极化的射频信号SIG的圆极化特性为左手圆极化(LeftHandCircularPolarization，LHCP)或者右手圆极化(RightHandCircularPolarization，RHCP)。以常见的天线结构为例，其所收发的射频讯号在空间坐标系中的X、Y、Z方向上的电场Ex、Ey、Ez以及整体电场E符合下列公式：Ex＝Ey＝EzEx→(z,t)=i→E0cos(kz-ωt)]]>Ey→(z,t)=j→E0sm·(kz-ωt)]]>E→(z,t)=E0(i→cos(kz-ωt)-j→sin(kz-ωt))]]>kz=π4,ω=±2nπ-π2,n=0,1,2,..]]>相对地，本发明中的天线结构100相较于一般天线结构，还具备中心地线110配置在螺旋天线120中间，故其所收发的射频讯号SIG在空间坐标系中的X、Y与Z方向上的电场符合下列公式：Ex＝Ey＝E0-EzEx→(z,t)=i→E0cos(kz-ωt)]]>Ey→(z,t)=j→E0sin(kz-ωt)]]>Ez→(z,t)=h→k0E0]]>E→(z,t)=E0(i→cos(kz-ωt)-j→sin(kz-ωt))+h→k0E0]]>kz=π4,ω=±2nπ-π2,n=0,1,2,..]]>，其中k0为螺旋天线120与中心地线110的耦合常数。借此，天线结构100的电场在z方向产生分量，且其与天线结构100的直径(或轴距D)有关。当天线结构100用于收发射频信号SIG时，射频信号SIG在空间坐标系中的X方向上产生的电场Ex分量与其在Y方向上产生的电场Ey分量之间具有90度的相位差。如此，天线结构100适于发送圆极化的射频信号SIG。再者，依据上述公式可知，由于本实施例的天线结构100采用中心地线110设计于螺旋天线120内，使得天线结构100增加了在Z方向的电场Ez分量。借此，这样的设计可使天线结构100辐射出的射频信号SIG的天线场型更往Z方向集中，以得到良好的指向性。此外，通过本发明的中心地线110接地，并在螺旋天线120的一端馈入电流，以增加天线结构100的磁通量，而使天线结构100具有良好的天线匹配。简言之，本发明的天线结构100适于收发圆极化的射频信号SIG且其具有良好的指向性，并可增加轴距D而增加射频信号SIG的带宽，使天线结构100所收发的圆极化的射频信号SIG的能量增强。在本实施例中，实际进行量测，在相同参数(例如是天线结构100的直径(即两倍轴距D)为0.01公尺、螺旋天线120与中心地线110的线径为0.001公尺、参 数c为0.031415927公尺、螺旋天线120的节距(pitch)为0.004公尺、螺旋天线120的节距角(pitchangle)为0.126642538度、天线结构100的长度为0.031669551公尺、光速为3×108公尺/秒、波速为38197186.34公尺/秒等等)下比较不同天线结构所量测的结果如下表：螺旋天线圈数4321.75螺旋天线的长度(公尺)0.12670.09500.06330.0554中心地线的长度(公尺)0.0150.010.0050.0038中心频率(GHz)0.7290.8951.2221.575波长(公尺)0.05240.04270.03130.0243四分之一波长(公尺)0.01310.01070.00780.0061由此可知，在天线结构100中，中心地线110与螺旋天线120的长度以及螺旋天线120环绕中心地线110的圈数将影响天线结构100所收发的圆极化的射频信号SIG的中心频率与波长。另外，螺旋天线120与中心地线110之间的轴距D与天线结构100所收发的圆极化的射频信号SIG的质量因子(即Q值)有关，而可用于调整圆极化的射频信号SIG的质量因子。实际进行量测，在相同参数(例如是螺旋天线120的节距为0.0015公尺、螺旋天线120与中心地线110的线径为0.0005公尺等等)下比较不同天线结构所量测的结果如下表：样品123螺旋天线圈数1.751.451.25直径(即两倍轴距)(公尺)0.0080.010.012参数c(公尺)0.02510.03140.0377天线结构的长度(公尺)0.02520.03150.0377螺旋天线的节距角(度)0.05960.04770.0398螺旋天线的长度(公尺)0.04410.04560.0472中心地线的长度(公尺)0.00150.00090.0005第一频率(GHz)1.73161.72261.7015第二频率(GHz)1.39701.40301.4151带宽(GHz)0.33470.31960.2864中心频率(GHz)1.5851.5851.585品质因子4.7364.9595.534其中，天线结构100的带宽即为第一频率与第二频率的差值，中心频率为第一频率与第二频率的平均值，而所述质量因子(即Q值)为中心频率与带宽的比值。从上表可知，螺旋天线120与中心地线110之间的直径(即两倍轴距D)从样本1至3逐渐递增，而圆极化的射频信号SIG的质量因子从样本1至3逐渐递增，故 可知螺旋天线120与中心地线110之间的轴距D(即二分之一直径)与圆极化的射频信号SIG的质量因子有关，且实际上螺旋天线120与中心地线110之间的轴距D与圆极化的射频信号SIG的质量因子成正比。由此可知，通过调整螺旋天线120与中心地线110之间的轴距D(或调整天线结构100的直径)，例如降低螺旋天线120与中心地线110之间的轴距D，有助于降低天线结构100所收发的圆极化的射频信号SIG的质量因子；相对地，带宽也会随之增加。此外，比较本实施例的天线结构100与传统陶瓷天线：在相同参数条件(例如中心频率为1.585GHz)下，传统陶瓷天线所量测得的带宽为0.038GHz(第一频率约为1.608GHz、第二频率为1.57GHz)，而质量因子(为中心频率与带宽的比值)为41.71。相对地，本实施例的天线结构100所收发的圆极化的射频信号SIG的带宽从样本1至3分别为0.334665GHz、0.31959GHz、0.286425GHz，而质量因子(为中心频率与带宽的比值)从样本1至3分别为4.736、4.959、5.534。由此可知，传统陶瓷天线的带宽不足，导致其质量因子过高，而无法达到收发三频讯号的需求，甚至针对收发双频讯号也有瓶颈。所述三频例如是北斗(BeiDou)卫星讯号(带宽为1.561GHz)、全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)(带宽为1.575GHz)以及全球导航卫星系统(GLObalNavigationSatelliteSystem，GLONASS)(带宽为1.592至1.610GHz，中心频率为1.602GHz)。相对地，本实施例的天线结构100的质量因子低于传统陶瓷天线，且降低至将近十分之一。由于质量因子为中心频率与带宽的比值，故在同样的中心频率下，降低质量因子，可达到较宽的带宽。借此，具有上述设计的天线结构100适于收发圆极化的射频信号SIG，并可增加其所收发的圆极化的射频信号SIG的带宽(即具有宽带的效果)，进而提升收发圆极化的射频信号SIG的效率。综上所述，本发明的天线结构包括中心地线以及螺旋天线。中心地线呈一直线状，且其两端部分别具有接地点以及第一开路点。螺旋天线的两端部分别具有馈入点以及第二开路点。螺旋天线沿着中心地线从接地点朝向第一开路点环绕中心地线，以使第二开路点邻近第一开路点，且螺旋天线与中心地线之间相隔轴距。通过螺旋天线的设计，可使天线结构适于收发圆极化的射频信号，且通过中心地线的设计，有助于使射频信号SIG的天线场型往Z方向集中，而使天线结构具有良好的指向性。此外，相较于现有的技术，本发明的中心地线与馈入电流的位置对调可增加天线结构的磁通量，而使天线结构具有良好的天线匹配。借此，本发明的天线结构适于收发圆极化的射频信号，并可增加轴距D而增加射频信号SIG的带宽，使天线结构所收发的圆极化的射频信号SIG的能量增强。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属
技术领域：
中具有通常知识者，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，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。当前第1页1 2 3