專利名稱：：利用pifa天線制造圓形極化波的天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明揭露一種天線系統(tǒng)，尤指一種可以運(yùn)用線性極化天線PIFA制造圓形極化波的天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)今社會(huì)的科技一日千里，信息蓬勃發(fā)達(dá)，大量充斥的信息的傳遞，均靠當(dāng)今通訊技術(shù)的進(jìn)步。而簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，通訊系統(tǒng)可以分成三個(gè)部分，即是信息的傳送端、接收端，以及其間信息傳遞的路徑。而信息傳遞的路徑要透過(guò)襯種媒介來(lái)?yè)?dān)任呢？以現(xiàn)今最流行的無(wú)線通訊而言，傳遞信息的媒介是電磁波，而負(fù)責(zé)接收及傳遞電磁波的重要裝置就是天線。天線的好壞，直接影響數(shù)據(jù)傳輸及接收的質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)時(shí)不可不慎。在手持的通訊裝置的設(shè)計(jì)愈趨輕薄短小的今天，天線的機(jī)構(gòu)也進(jìn)一步的縮小，目前天線在手持的通訊裝置中有幾個(gè)常見的做法1.印刷式微帶(微型)天線可利用PCB的制程來(lái)生產(chǎn)，因此可以和系統(tǒng)機(jī)構(gòu)更進(jìn)一步的整合，或可稱為"印刷式天線"。2.額外附加的微型天線如平板式天線(PatchAntenna)、平面倒F型天線(PlannerInvertedFAntenna,PIFA)天線、表面|占著天線(SurfaceMountableAntenna)等等，其中壽支引人注目的PIFA天線，具有一短路結(jié)構(gòu)，可使天線的諧振長(zhǎng)度由變成入/4,使天線的尺寸進(jìn)一步縮小。3.芯片型天線如由陶瓷材料所制成的積層陶資芯片型天線(Multi-layerCeramicBaseChip)、平板型金屬芯片天線(PlanarMetal-plateChip)等等，其中陶瓷材料因其介電常數(shù)較大，介電損失較小，適合高頻通訊，而且天線本體體積亦較小。若依據(jù)天線所傳輸或接收的波類型劃分，則天線可分為線性極化天線以及圓形極化天線、橢圓形極化天線等等。線性極化天線顧名思義，其傳輸或接收的電磁波為線性極化波，如上述PIFA天線即為一線性極化天線，而圓形極化天線顧名思義，其傳輸或接收的電；茲波為圓形極化波，如上述Patch天線即為一圓形才及化天線。橢圓形極化天線顧名思義，其傳輸或接收的電磁波為橢圓形極化波。一般而言，手持裝置若其訊號(hào)的發(fā)射是透過(guò)平面基地臺(tái)，則大都使用線性極化波，如GSM等，因?yàn)槠矫嬷g訊號(hào)傳輸?shù)恼系K較多，若采用圓形極化波傳輸，遇到障礙物時(shí)，很容易造成訊號(hào)的衰減；但GPS的訊號(hào)傳遞中繼站為衛(wèi)星系統(tǒng)，由衛(wèi)星所傳輸?shù)挠嵦?hào)與地面接收器之間障礙少，故可采用圓形極化波。請(qǐng)參照?qǐng)D1,圖1為傳統(tǒng)技術(shù)的圓形極化天線的Patch天線的輻射場(chǎng)型的示意圖。線性極化天線的電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，天線費(fèi)用低，指向性高，但缺點(diǎn)也是因?yàn)橹赶蛐愿?，使得天線在接收數(shù)據(jù)時(shí)，需朝一特定方向接收線性極化波，因此定位所需的時(shí)間較長(zhǎng)，定位較緩慢。圓形計(jì)劃天線的電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，天線的費(fèi)用較高，但指向性較低，因此定位所需的時(shí)間很短，定位迅速，定位誤差較少，而且可以對(duì)抗多重路徑(multipath)。比較起來(lái)，線性極化天線對(duì)抗多重路徑的能力弱，在高樓林立的環(huán)境下，多重路徑干擾嚴(yán)重的環(huán)境下，所接收到訊號(hào)噪聲就很多。此兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何將此二天線的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，以制造一更完美的天線，實(shí)為當(dāng)今天線設(shè)計(jì)的一大課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種將線性極化天線與圓形極化天線優(yōu)點(diǎn)結(jié)合的天線系統(tǒng)，即利用PIFA(PlannerInvertedFAntenna)天線制造圓形極化波的天線系統(tǒng)，其包含一第一PIFA天線，一第二PIFA天線，一功率分配器，一相位轉(zhuǎn)換器，以及一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。該第一PIFA天線包含一第一饋入點(diǎn)，該第二PIFA天線包含一第二饋入點(diǎn)，該第二PIFA天線與該第一PIFA天線實(shí)質(zhì)上互相垂直，該第一PIFA天線的該第一饋入點(diǎn)與該第二PIFA天線的該第二饋入點(diǎn)相對(duì)，并且兩天線的末端彼此互相連接。該功率分配器耦接于該第一PIFA天線的第一饋入點(diǎn)及該第二PIFA天線的第二饋入點(diǎn)，用來(lái)平均分配饋入該第一PIFA天線及該第二PIFA天線的電場(chǎng)的功率。該相位轉(zhuǎn)換器耦接于該第二PIFA天線及該功率分配器之間，用來(lái)使該二PIFA天線的相位相差90度。該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)耦接于該功率分配器，用來(lái)校正該第一PIFA天線及該第二PIFA天線的中心頻率偏移。本發(fā)明的天線系統(tǒng)利用原本是線性極化天線的PIFA天線，改變其饋入的方式使其產(chǎn)生的電場(chǎng)場(chǎng)型同時(shí)具有圓形極化波和線性極化波的特點(diǎn)。因此本發(fā)明的天線系統(tǒng)不僅具備線性極化天線費(fèi)用低廉、容易生產(chǎn)、設(shè)計(jì)筒單的特點(diǎn)，更具備了圓形極化天線抵抗多重路徑、快速定位的優(yōu)勢(shì)。圖1為傳統(tǒng)技術(shù)的圓形極化天線的Patch天線的輻射場(chǎng)型的示意圖。圖2為顯示形成右旋的圓形極化波的電場(chǎng)示意圖。圖3為本發(fā)明的GPS天線系統(tǒng)的位置擺放示意圖。圖4為本發(fā)明的GPS天線系統(tǒng)的部分接線示意圖。圖5為圖3GPS天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方塊圖。圖6為根據(jù)圖3GPS天線系統(tǒng)的兩天線因?yàn)轳罱覶型功率分配器使得兩天線阻抗并聯(lián)而導(dǎo)致中心頻率偏移的結(jié)果示意圖。圖7為圖3GPS天線系統(tǒng)使用T型網(wǎng)絡(luò)的接線圖。圖8為圖3GPS天線系統(tǒng)使用橋接T型網(wǎng)絡(luò)的接線圖。圖9為圖3GPS天線系統(tǒng)的場(chǎng)型分布圖。圖10為圖3GPS天線系統(tǒng)的場(chǎng)型仿真示意圖。圖11為圖3GPS天線系統(tǒng)放置于XY平面，兩天線的電場(chǎng)相位相差90度，在垂直XY平面(E-theta)所測(cè)量到的場(chǎng)型圖。圖12為本發(fā)明的另一天線系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明是透過(guò)兩支實(shí)質(zhì)上互相垂直的具線性極化特征的PIFA天線，且兩PIFA天線的饋入點(diǎn)相對(duì)、兩天線的末端互相連接，再加上一電感使得此二天線彼此相位相差90度，以制造出圓形極化波的一天線系統(tǒng)。形成一圓形極化波的條件有l(wèi).兩電場(chǎng)(Ex，Ey)方向互相正交。2.電場(chǎng)方量大小相等且彼此的相位差為90度。若欲形成一右旋的圓形極化波，則條件要再加上3.水平電場(chǎng)Ex比垂直電場(chǎng)Ey超前兀/2(圓形^l化波前進(jìn)方向?yàn)?Z方向)。若^t形成一左;^走的圓形極化波，則條件要再加上3.水平電場(chǎng)Ex比垂直電場(chǎng)Ey落后Ti/2(圓形極化波前進(jìn)方向?yàn)?Z方向)。以一右4t的圓形4及化波為例，其電場(chǎng)可以以下列的式子表示Ex0=Ey0=E0其中ExO,EyO分別為電場(chǎng)Ex，Ey的方量大??；(px,(py分另'J為電場(chǎng)Ex，Ey的相位。請(qǐng)參考圖2。圖2顯示一形成右旋的圓形極化波的電場(chǎng)示意圖。因本實(shí)施例為一應(yīng)用于GPS的天線實(shí)施例，故采取右旋的圓形極化波(將一電感置于一第二PIFA天線的第二饋入點(diǎn)與一T型功率分配器之間)，但是并不表示本實(shí)施例的天線系統(tǒng)僅適用于右旋的圓形極化波，在其它實(shí)施例中，若采取左旋的圓形極化波的天線系統(tǒng)(將一電感置于一第一PIFA天線的第一饋入點(diǎn)與一T型功率分配器之間)，例如軍方所屬的通訊系統(tǒng)，屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的一般技術(shù)人員在參考本發(fā)明后所能輕易想到的，也應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。請(qǐng)參考圖3、圖4,以及圖5。圖3為本發(fā)明之一GPS天線系統(tǒng)8的具體實(shí)施例的兩天線位置擺放示意圖，圖4為GPS天線系統(tǒng)8的部分接線圖，圖5為GPS天線系統(tǒng)8的方塊圖。GPS天線系統(tǒng)8包含一第一PIFA天線IO(中心頻率1.575GHz)，一第二PIFA天線12(中心頻率1.575GHz)，一T型功率分配器14,一電感16,以及一兀型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18。第一PIFA天線10包含一第一饋入點(diǎn)；第二PIFA天線12包含一第二饋入點(diǎn)，第二PIFA天線12與第一PIFA天線10實(shí)質(zhì)上互相垂直，第一PIFA天線10的第一饋入點(diǎn)與第二PIFA天線12的第二饋入點(diǎn)相對(duì)，并且兩天線的末端彼此互相連接。請(qǐng)注意第二PIFA天線12與第一PIFA天線10實(shí)質(zhì)上互相垂直，但若實(shí)施上擺放的位置產(chǎn)生稍許偏移，而導(dǎo)致兩天線垂直角度并非正好90度，而有稍許幾度的角度誤差時(shí)，此時(shí)所形成的圓形極化波并非正圓形，而會(huì)約略變成橢圓形，但在本實(shí)施例中此情形也可適用。T型功率分配器H耦接于第一PIFA天線10的第一饋入點(diǎn)及第二PIFA天線12的第二饋入點(diǎn)(耦接的意思包含T型功率分配器14直接或間接與第一PIFA天線10的第一饋入點(diǎn)及第二PIFA天線12的第二饋入點(diǎn)相連接)，用來(lái)平均分配饋入第一PIFA天線10及第二PIFA天線12的電場(chǎng)的功率。圖3中可看出電流由第一PIFA天線10的末端流入第一饋入點(diǎn)及接地點(diǎn)，以及由第二PIFA天線12的末端流入第二饋入點(diǎn)及接地點(diǎn)，再加上電感16耦接于第二PIFA天線12及T型功率分配器14之間，才能形成第二PIFA天線12的相位落后第一PIFA天線10的相位90度。而Ti型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18耦接于功率分配器14,用來(lái)校正第一PIFA天線10及第二PIFA天線12的中心頻率偏移。本實(shí)施例中采用一T型功率分配器14來(lái)平均分配饋入第一PIFA天線10及第二PIFA天線12的電場(chǎng)的功率，^f旦是并不表示本實(shí)施例所應(yīng)用的功率分配器僅限于T型功率分配器，其它能達(dá)到同樣結(jié)果的功率分配器，屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的一般技術(shù)人員在參考本篇發(fā)明后所能輕易思及者，也應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。本實(shí)施例中采用一電感16耦接于第二PIFA天線12,來(lái)使二PIFA天線10、12的相位相差90度，本發(fā)明的另一實(shí)施例另采用一可取代8電感16的微帶線的等效電感的設(shè)計(jì)，以GPS系統(tǒng)而言，其訊號(hào)傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)為4.7cm左右，若要以微帶線繞成等效電感，則微帶線的長(zhǎng)度要繞成波長(zhǎng)的二分之一，即約2.35cm。本發(fā)明中提到采用一電感16或微帶線來(lái)使二PIFA天線10、12的相位相差90度，并不表示本發(fā)明的天線系統(tǒng)僅適用于以電感或微帶線來(lái)調(diào)整該二PIFA天線的相位差，其它能達(dá)到同樣結(jié)果的相位轉(zhuǎn)換器，屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員在參考本篇發(fā)明后所能輕易思及者，也應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。當(dāng)應(yīng)用T型功率分配器14于兩天線10、12上時(shí)，因?yàn)閮商炀€為并聯(lián)，因此當(dāng)兩天線的訊號(hào)結(jié)合后，阻抗會(huì)變成原天線阻抗(50Q)的二分之一(25D)，但是后端RF芯片的輸入仍需要50Q，因此天線中心頻率會(huì)因?yàn)樽杩共黄ヅ涞膯?wèn)題，而產(chǎn)生偏移，需要再利用一兀型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18將天線的中心頻率調(diào)回原1.575GHz。圖6即為根據(jù)本實(shí)施例，兩天線的中心頻率因?yàn)轳罱覶型功率分配器使得兩天線阻抗并聯(lián)而導(dǎo)致的偏移的結(jié)果示意圖。7i型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18中包含二并聯(lián)等效電阻R1,R2及一串聯(lián)等效電阻R3(兀型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的接線圖請(qǐng)參照?qǐng)D5)。本實(shí)施例中采用一；i型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)18來(lái)校正二PIFA天線10及12的中心頻率偏移，但是并不表示本實(shí)施例所應(yīng)用的阻抗匹配網(wǎng)*各<叉限于兀型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其它能達(dá)到同樣結(jié)果的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
普通技術(shù)人員在參考本篇發(fā)明后所能輕易思及者，也應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇。請(qǐng)參考圖7,圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例運(yùn)用一T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)20的接線圖。在圖7中，T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)20包含二串聯(lián)等效電阻R4,R5及一并聯(lián)等效電阻R6。圖8為本發(fā)明的另一實(shí)施例運(yùn)用一橋接T型網(wǎng)絡(luò)22的接線圖。在圖8中，橋接T型網(wǎng)絡(luò)22包含二串聯(lián)等效阻抗Zl，Z2及一并聯(lián)等效電阻R7，再橋接一等效電阻R8。請(qǐng)參考圖9。圖9為本實(shí)施例的GPS天線系統(tǒng)8的場(chǎng)型分布圖。比較根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所畫的Patch天線的輻射場(chǎng)型示意圖的圖1與圖9可以看出，Patch天線的輻射能量是集中在輻射面的上方，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須將輻射面往產(chǎn)品的上方設(shè)置，大大地增加了產(chǎn)品的厚度，及設(shè)計(jì)的不便。請(qǐng)參考圖9及圖10,圖IO為本實(shí)施例GPS天線系統(tǒng)8的場(chǎng)型仿真示意圖。由此二圖中可以看出本實(shí)施例的天線輻射場(chǎng)型近似一顆球體，因此設(shè)計(jì)時(shí)不需要將輻射面朝上，大大減少了產(chǎn)品的厚度，也不會(huì)造成設(shè)計(jì)的不便，增加擺放時(shí)的靈活性，不像一般的線性極化的GPS天線必須放在擋風(fēng)玻璃上。請(qǐng)參考圖11。圖11為本實(shí)施例GPS天線系統(tǒng)8放置于XY平面，兩天線的電場(chǎng)相位相差90度的條件下(即一天線形成水平電場(chǎng)Ex、另一天線形成垂直電場(chǎng)Ey)，于天線暗波實(shí)—瞼室中，在垂直XY平面(E-theta)上所測(cè)量到的電場(chǎng)的場(chǎng)型圖。圖IO中方形格點(diǎn)所形成的曲線為一發(fā)射水平線性極化波的PIFA天線所形成的水平電場(chǎng)Ex的場(chǎng)型，三角形格點(diǎn)所形成的曲線為另一發(fā)射垂直線性極化波的PIFA天線所形成的垂直電場(chǎng)Ey的場(chǎng)型。由圖中可以很明顯地看出電場(chǎng)場(chǎng)型在0~90度，150180度附近有相當(dāng)好的圓形極化波；也就是說(shuō)，在090度，150~180度附近，水平電場(chǎng)Ex和垂直電場(chǎng)Ey幾乎相同，才能共振出很好的圓形極化波。C本實(shí)施例GPS天線系統(tǒng)8所運(yùn)用的圓形極化波的主要范圍落于+60度至-60度之間)。請(qǐng)參考圖12。圖12為本發(fā)明另一實(shí)施例的天線系統(tǒng)，采取左旋的圓形極化波的方塊結(jié)構(gòu)圖。其運(yùn)作原理與上述實(shí)施例相同，因而在此不再贅述。本發(fā)明的天線系統(tǒng)利用原本是線性極化天線的PIFA天線，改變其饋入的方式使其產(chǎn)生的電場(chǎng)場(chǎng)型同時(shí)具有圓形極化波和線性極化波的特點(diǎn)。利用PIFA天線的印刷制成方式以減少產(chǎn)品的厚度，并利用其具有圓形極化波的特點(diǎn)，增加產(chǎn)品使用時(shí)擺放位置的彈性。除此之外，本天線系統(tǒng)可使用電感以減少天線的體積，同時(shí)也能令二PIFA天線形成90度的相位差。因此本發(fā)明的天線系統(tǒng)不僅具備線性極化天線費(fèi)用低廉、容易生產(chǎn)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，更具備了圓形極化天線抵抗多重路徑、快速定位的優(yōu)勢(shì)，實(shí)為一結(jié)合二天線優(yōu)點(diǎn)不可多得的天線系統(tǒng)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。權(quán)利要求1.一種利用PIFA(PlannerInvertedFAntenna)天線制造圓形極化波的天線系統(tǒng)，包含有一第一PIFA天線，包含一第一饋入點(diǎn)；一第二PIFA天線，包含一第二饋入點(diǎn)，該第二PIFA天線與該第一PIFA天線實(shí)質(zhì)上互相垂直，該第一PIFA天線的該第一饋入點(diǎn)與該第二PIFA天線的該第二饋入點(diǎn)相對(duì)，并且兩天線的末端彼此互相連接；一功率分配器，耦接于該第一PIFA天線的第一饋入點(diǎn)及該第二PIFA天線的第二饋入點(diǎn)，用來(lái)平均分配饋入該第一PIFA天線及該第二PIFA天線的電場(chǎng)的功率；一相位轉(zhuǎn)換器，耦接于該第二PIFA天線及該功率分配器之間，用來(lái)使該二PIFA天線的相位相差90度；以及一阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，耦接于該功率分配器，用來(lái)校正該第一PIFA天線及該第二PIFA天線的中心頻率偏移。2.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該相位轉(zhuǎn)換器為一電感，用來(lái)使饋入該第二PIFA天線的電場(chǎng)相位落后于該第一PIFA天線的電場(chǎng)相位90度。3.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該相位轉(zhuǎn)換器為一微帶線，其長(zhǎng)度為該二PIFA天線的共振波長(zhǎng)的二分之一。4.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該功率分配器為一T型功率分配器。5.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為一兀型阻4元匹配網(wǎng)全各。6.如外又利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為一T型阻抗匹配網(wǎng)。7.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為一橋4妄T型阻抗匹配網(wǎng)《各。8.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該第一PIFA天線設(shè)置于一水平方向上，該第一PIFA天線的末端為該第一PIFA天線的左端，該第二PIFA天線設(shè)置于一垂直方向上，該第二PIFA天線的末端為該第二PIFA天線的上端。9.如權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其特征在于該第二PIFA天線設(shè)置于一水平方向上，該第二PIFA天線的末端為該第二PIFA天線的左端，該第一PIFA天線設(shè)置于一垂直方向上，該第一PIFA天線的末端為該第一PIFA天線的上端。全文摘要本發(fā)明涉及的天線系統(tǒng)，應(yīng)用于信息傳輸領(lǐng)域，其兩支實(shí)質(zhì)上互相垂直的PIFA天線的饋入點(diǎn)相對(duì)，且兩PIFA天線的末端互相連接，另將一相位轉(zhuǎn)換器耦接于此二PIFA天線中的一天線以使彼此相位相差90度，以制造出圓形極化波。文檔編號(hào)H01Q21/24GK101483279SQ200810025830公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2008年1月12日優(yōu)先權(quán)日2008年1月12日發(fā)明者胡政吉,陳彥銘申請(qǐng)人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司