CN105789845A - 智能手表及其全频段调谐天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全频段调谐天线，其包括第一辐射体、第二辐射体和从所述第二辐射体延伸出的接地结构；靠近所述第二辐射体处设有馈电网络，所述第一辐射体和第二辐射体分别通过链路调谐系统接入所述馈电网络，所述第一辐射体与接地结构通过短接结构连接以实现接地。还公开一种智能手表，其包括主体部分和从所述主体部分延伸的穿戴部分，其中，还包括如前所述的全频段调谐天线。本发明的智能手表及其全频段调谐天线能够满足通话和上网的要求，让金属手表通话终端成为可能，并且天线性能也大大提高。

Description

智能手表及其全频段调谐天线

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体而言，本发明涉及一种智能手表及其全频段调谐天线。

背景技术

现有技术中，移动式通信终端、平板个人计算机、便携式计算机和车辆导航系统等电子装置集成了各种实用程序或嵌入式程序以实现各种不同的特定功能，随着这些电子装置的集成化进一步提高、高容量的存储设备的应用以及高速无线通信已经得到普遍使用，这些电子装置的集成度将进一步提高。

移动式通信终端的天线通常需要满足以下条件：(1)天线宽度尽可能大，但其高度要尽量地小；(2)天线要与其他金属物体保持一定的距离，越远越好，并且，覆盖天线的外壳不能使用金属材料制成，外壳的表面涂料也不能含有金属成分，否则要与天线保持较大的距离，这种要求即所谓“天线的净空需求”；(3)馈电点和接地点之间要尽可能多地填充空气，两者之间的支撑物也应尽可能地少；(4)避免设置在会产生其他频段电磁波的位置；(5)避免设置在电路板的中间位置，避免其他电路元件或其他构件对辐射波的干扰，影响通信效果；(6)天线的固定方式要可靠，避免反复拆装后降低或失去可靠性。

智能手表作为小型化的移动式通信终端的代表，对其内电子装置的集成度有更高的要求，特别是天线的设计。智能手表包括主体部分和穿戴部分，现有的智能手表通常将天线的主体部分内置在主体部分，并且使用非金属材料制造的表(底)盖，以满足上述(2)的要求，即便将天线的主要辐射单元设置在手表的主体部分之外，也只能满足WiFi/BT2.45GHz和GPS1.575GHz的要求，不能实现2G/3G通话功能，更无法利用3G/4G网络进行高速的网络通讯，无法满足现在对小型移动式通信终端的实用功能的要求。

发明内容

本发明的首要目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种全频段调谐天线。

本发明的次要目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种应用所述全频段调谐天线的智能手表。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

首先提供一种全频段调谐天线，其包括第一辐射体、第二辐射体和从所述第二辐射体延伸出的接地结构；靠近所述第二辐射体处设有馈电网络，所述第一辐射体和第二辐射体分别通过链路调谐系统接入所述馈电网络，所述第一辐射体与接地结构通过短接结构连接以实现接地。

具体地，所述第一辐射体上设有馈电点，所述馈电点与链路调谐系统以同轴电缆连接。

进一步地，所述短接结构的一端连接在所述第二辐射体和接地结构的连接处。

更进一步地，所述链路调谐系统包括多个串联和并联的谐振单元。

优选地，所述链路调谐系统还包括多个将所述谐振单元选择性接入该链路调谐系统的选择开关。

具体地，每个所述谐振单元包括相互并联或串联的电感和电容。

优选地，所述链路调谐系统和馈电网络印制在电路板上。

更优选地，所述第二辐射体、接地结构和短接结构一体成型。

其次提供一种智能手表，其包括主体部分和从所述主体部分延伸的穿戴部分，其中，还包括如前所述的全频段调谐天线。

该智能手表的结构具体为：所述主体部分包括表框、附接在该表框边缘的表耳、盖合在该表框端面的表面和盖合在该表框底面的表盖；所述穿戴部分包括分别通过所述表耳与所述表框连接的第一穿戴条和第二穿戴条；所述全频段调谐天线的第一辐射体设置在所述第一穿戴条上，所述第二辐射体设置在所述表框上，所述接地结构设置在所述表框和第二穿戴条上，所述馈电网络和链路调谐系统容纳在由所述表框、表面和表盖所限定的表腔内。

所述表耳至少包括用于连接所述第一穿戴条的第三表耳和第四表耳，所述第四表耳与所述表框之间以绝缘材料连接，所述第三表耳分别与所述第一穿戴条和表框电性连接。

优选地，所述第三表耳、第一穿戴条和表框一体成型。

所述表耳还包括用于实现所述表框和第二穿戴条电性连接的第一表耳和第二表耳。

优选地，所述表框、第二穿戴条、第一表耳和第二表耳一体成型。

更优选地，所述表框、第一穿戴条、第二穿戴条、第一表耳、第二表耳和第三表耳分别由金属材料制成。

可选择地，所述表盖由金属材料制成；所述表框和表盖一体成型。

优选地，所述表耳附接在靠近所述表框的端面的边缘处。

本发明提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

(1)本发明的全频段调谐天线，结构简单，电气性能优越，适用于多种小型化的电子装置，尤其是智能手表中；

(2)本发明的全频段调谐天线，附带了链路调谐系统，并且该链路调谐系统组成简单，调谐容易，通过调谐，该天线可以实现国内商用通信用到的所有频段：2/3/4G网络824—960MHz，1710—2690MHz；GPS1575.42±1.023MHz；WIFI2412—2472MHz；

(3)本发明的全频段调谐天线，通过调谐也能够提高各需求频段的天线性能，提高该天线的实用性；

(4)本发明的智能手表，采用了所述全频段调谐天线，使得该智能手表能够满足通话和上网的性能，可利用现有的2G/3G/4G甚至将来的5G网络；

(5)本发明的智能手表，对主体部分的制造材料的限制减少，特别是对于表(底)盖在制造材料上没有了限制，可以设计出更时尚的全金属外壳，满足当今审美要求；

(6)本发明的智能手表，由于可采用金属材料制造主体部分，因此也提高了智能手表的结构可靠性；

(7)本发明的智能手表，由于天线的主要结构设置在主体部分的表面和穿戴部分，大大简化了主体部分内部电子元件的堆叠难度，使内部设计简单化，并且可以增加其他附加的使用功能，使智能手表的设计更灵活、更多样化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明全频段调谐天线的结构示意图。

图2为本发明的全频段调谐天线的链路调谐系统的拓扑结构示意图。

图3为通过本发明的链路调谐系统优化的全频段调谐天线的回波损耗特性第一结果图。

图4为通过本发明的链路调谐系统优化的全频段调谐天线的回波损耗特性第二结果图。

图5为本发明智能手表的立体结构示意图。

图6为本发明的智能手表的电气结构示意图。

图7为通过调整本发明的智能手表的第一穿戴条和表框的距离得到的天线特性结果图。

图8为本发明的智能手表表面电流分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参考图1，本发明的全频段调谐天线1包括第一辐射体11、第二辐射体12、接地结构13、链路调谐系统14和馈电网络15。

其中，所述第一辐射体11分别设有馈电点111和接地点112，该第一辐射体11通过所述馈电点111以同轴电缆16与所述馈电网络15相接以实现馈电，该第一辐射体11通过所述接地点112与所述接地结构13的第一接口131连接以实现接地。

所述第二辐射体12分别设有馈电点121和接地点122，该第二辐射体12通过所述馈电点121与所述馈电网络15相接以实现馈电，该第二辐射体12通过所述接地点122与所述接地结构的第三接口133连接以实现接地。

常规地，所述馈电网络15需要与所述接地结构132连接以实现接地，具体地，所述馈电网络15连接在所述接地结构13的第二接口132上。

进一步地，参考图2，所述第一辐射体11与馈电网络15之间还连接了所述链路调谐系统14以实现对所述全频段调谐天线1的性能最优化，并且最终使该全频段调谐天线1实现全频段通信。所述链路调谐系统14包括主通路和多个谐振单元，所述谐振单元包括与所述主通路串联的谐振单元141a和与所述主通路并联的谐振单元141b，其中所述并联的谐振单元141b一端接地。为便于所述谐振单元141a和谐振单元141b的灵活组合，便于所述谐振单元141a和谐振单元141b可选择性接入所述主通路以实现满足实际的调谐需求，部分或全部的谐振单元141a和谐振单元141b还分别包括选择开关142a和选择开关142b。

具体地，所述选择开关142a与所述谐振单元141a并联，所述选择开关142a优选单刀单掷型的开关。当所述选择开关142a处于开路状态时，该选择开关142a所在的通路处于断路状态，输入所述主通路的信号沿所述谐振单元141a所在的通路传输，并且信号在经过该谐振单元141a之后会因为该谐振单元141a的调谐作用发生相应的调整，以满足通信要求；当某一个所述选择开关142a接通时，形成与所述谐振单元141a并行的直导通道，输入所述主通路的信号将直接通过所述直导通道，所述谐振单元141a没有信号通过，该谐振单元141a将不起作用，相当于主通路中没有串联该谐振单元141a。

所述选择开关142b与所述谐振单元141b串联，所述选择开关142b优选单刀双掷型开关，该选择开关142b一个输出端与所述谐振单元141b连通，另一个输出端与主通路连通。当所述选择开关142b与所述谐振单元141b导通时，输入所述主通路的信号将分流至所述谐振单元141b，并且该信号在经过该谐振单元141b之后会应为该谐振单元141b的调谐作用发生相应的调整，以满足通信需求；当某一个所述选择开关142b与主通路连通时，所述输出主通路的信号将不被分流至所述谐振单元141b，所述谐振单元141b没有信号通过，该谐振单元141b将不起作用，相当于主通路中没有并联该谐振单元141b。

进一步地，所述谐振单元包括串联或并联的电感和电容，具体地，电感和电容串联构成串联谐振电路，电感和电容并联构成并联谐振电路，串联谐振电路和并联谐振电路都可作为所述谐振单元参与链路调谐。可选择地，所述谐振单元141a可以包括多个串联谐振电路和/或并联谐振电路，所述谐振单元141b也可以包括多个串联谐振电路和/或并联谐振电路，以上的各个串联谐振电路或并联谐振电路之间的电路设计可以相同，也可以不同。

由此，所述链路调谐系统14一方面可以通过预先设置主通路上可串联和并联的所述谐振单元的个数来实现调谐，另一方面也可以通过所述选择开关来根据实际调谐需要来调整最终与主通路导通的串联和并联的所述谐振单元的个数和类型来实现进一步地调谐，该链路调谐系统14的实现方式灵活多样，本领域技术人员可以根据通信需求进行合理调整。

根据上述所描述的结构，所述全频段调谐天线1的工作原理具体为：所述第一辐射体11作为主辐射体与所述第二辐射体12耦合产生高频谐振，电源端通过所述链路调谐系统14连接到所述馈电点111再通过所述接地点112回到接地结构13以形成回路，并且由此产生低频谐振。该全频段调谐天线1所产生的高频谐振的效果和低频谐振的效果可以由所述链路调谐系统14进行优化调整。

具体地，参考图3和图4，所述全频段调谐天线1分别处于低频状态和高频状态时，在较宽的频率范围内具有良好的回波损耗特性(见图3)，并且从实验数据验证表明该全频段调谐天线1在对应频段具有良好的效率。本实施例中，在低频状态下，所述链路调谐系统14包括与主通路串联的0.5pF电容和与主通路并联的15pF电容；在高频状态下，该链路调谐系统14包括与主通路串联的0.5pF电容。进一步地，该全频段调谐天线1优化调整至覆盖GPS和WiFi所对应的频段时，也表现出良好的回波损耗特性(见图4)，表明该全频段调谐天线1可以实现GPS和WiFi通信。本实施例中，在GPS条件下，所述链路调谐系统14包括与主通路并联的1.5pF电容和与主通路串联的18nH电感；在WiFi条件下，所述链路调谐系统14包括与主通路并联的12nH电感和与主通路串联的0.5pF电容。

由此，该全频段调谐天线1可以满足国内2G、3G的通信频段需求，即824—2170MHz，甚至可以满足部分LTE通信频段，并且在GPS和WiFi频段上实现通信也无障碍。

所述全频段调谐天线1适合应用在小型移动式通信终端上，为优化该全频段调谐天线1的结构，与所述第一辐射体11相比较，所述第二辐射体12和接地结构13相互靠近的距离更小，甚至所述接地结构13可从所述第二辐射体12延伸而出，所述链路调谐系统14和馈电网络15通常印制在电路板上，并且置于靠近所述第二辐射体12的位置。由此，该全频段调谐天线1从组织结构上来说主要包括两个距离相对较大的部分：一个部分是所述第一辐射体11，另一部分是包括所述第二辐射体12、接地结构13和印制有所述链路调谐系统14和馈电网络15的电路板，所述第一辐射体11首先通过所述同轴电缆16与所述电路板连接以实现馈电，该第一辐射体11还通过短接结构与所述第二辐射体12和接地结构13的连接处连接以实现接地。

上述优化结构的全频段调谐天线1优选适合应用在智能手表上，以下以智能手表为例，对所述全频段调谐天线1的结构及功能作进一步地描述。

参考图5，本发明的智能手表2包括主体部分21和从该主体部分21延伸的穿戴部分22，所述全频段调谐天线1的各个构件嵌套或融合到该智能天线2的主体部分21和穿戴部分22中。

具体地，所述主体部分21包括表框211、附接在该表框211边缘的四个表耳(分别为第一表耳212a、第二表耳212b、第三表耳212c和第四表耳212d)、盖合在该表框211端面的表面213和盖合在该表框211底面的表盖214，所述表框211、表面213和表盖214共同限定了一个表腔(未图示)。所述穿戴部分22包括分别通过所述四个表耳与所述表框211连接的第一穿戴条221和第二穿戴条222，其中，所述第一穿戴条221通过第三表耳212c和第四表耳212d与所述表框211连接，所述第二穿戴条222通过所述第一表耳212a和第二表耳212b与所述表框211连接；所述第一穿戴条221和第二穿戴条222没有与所述表框211连接的一端彼此通过常规的搭扣进行可拆卸式连接，以形成可供手腕佩戴的环形结构。

参考图6，所述全频段调谐天线1的第一辐射体11设置在所述第一穿戴条221上，所述表框211、第一表耳212a、第二表耳212b和第二穿戴条222共同构成所述全频段调谐天线1的第二辐射体12和接地结构13，所述链路调谐系统14和馈电网络15印制在电路板(未图示)上并且容纳在所述表腔内。

进一步地，所述第一穿戴条221设有两个与所述表框211连接的连接位：一个连接位通过所述第三表耳212c与所述表框211连接，另一个连接位通过所述第四表耳212d与所述表框211连接。所述第三表耳212c的两端分别与所述第一穿戴条221和表框211电性连接，所述第四表耳212b通过内置的所述同轴电缆16实现所述第一穿戴条221与所述包含链路调谐系统14和馈电网络15的电路板的电性连接。由此可知，所述第一穿戴条221相当于所述第一辐射体11，该第一穿戴条221与所述第四表耳212d连接的连接位相当于所述第一辐射体11的馈电点111，该第一穿戴条221与所述第三表耳212c连接的连接位相当于所述第一辐射体11的接地点112。

所述第二穿戴条222也设有两个与所述表框211的连接位：一个连接位通过所述第一表耳212a与所述表框211电性连接，另一个连接位通过所述第二表耳212b与所述表框211电性连接。

在此需要进一步说明的是，上文所述的“电性连接”从物理构造上理解为完全接触，相互接触的两个构件之间不存在间隙。

由以上结构可知，所述第一穿戴条211相当于所述第一辐射体11，所述第三表耳212c相当于所述第一辐射体11接地的短接结构，所述第四表耳212d相当于所述同轴电缆16的支撑结构，所述第三表耳212c和第四表耳212d之间的部分表框211相当于所述第二辐射体12，所述表框211的其他部分和第一表耳212a、第二表耳212b，以及第二穿戴条222共同作为所述接地结构13。所述第一辐射体11一方面与所述馈电网络15连接以被供应电流，另一方面与所述接地结构13短接，由此实现了逆F天线(IFA)结构，有利于实现小型天线。

从所述智能手表2的制造材料上考虑，由于所述第一辐射体11设置在所述表腔之外，对原本承载辐射体的电路板没有了净空要求，因此对该智能手表2的外观设计的限制大大减少，只要求所述第四表耳212d采用绝缘材料制成，以实现该第四表耳212d和表框211之间的非电性连接，对该智能手表2的外部构件的制造材质没有严格限制，为了提高该智能手表2的电气性能，也为了提升其结构可靠性，也为了提高其外观的美观度和时尚感，所述表框211、表盖214、第一表耳212a、第二表耳212b、第三表耳212c、第一穿戴条221和第二穿戴条222都可由金属材料制成，并且全部构件或部分构件一体成型。可选择地，所述第三表耳212c、第一穿戴条221和表框211一体成型，或者，所述表框211、第一表耳212a、第二表耳212b和第二穿戴条222一体成型，或者，所述表框211和表盖214一体成型。

进一步地，由于所述第一辐射体11和第二辐射体12之间耦合产生高频谐振，该第一辐射体11和第二辐射体12之间的耦合量除了可以通过所述链路调谐系统14进行调节之外，该第一辐射体11和第二辐射体12之间的物理距离的调节也可以实现调谐，即通过合理设计所述智能手表2中的第一穿戴条221和表框211之间的距离，或者可以理解为所述调整所述第三表耳212c和第四表耳212d的长度，可以实现高频谐振和带宽的调整。如图7所示，可调整的频率范围可以从1.5GHz到2.8GHz。

参考图8，若该智能手表2采用全金属设计，其表面的电流区域将以所述第四表耳212d为中心进行分布，当所述表耳附接在靠近所述表框211端面的边缘处时，该智能手表2的表面电流的强电流区域接近所述表框211的端面，远离与人手接触的所述表盖214，一方面可提高该智能手表2佩戴的舒适度，避免人手收到强电流的影响，另一方面也可以避免人手影响所述全频段调谐天线1的辐射性能，减少辐射损耗。

本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的“终端”、“终端设备”既包括无线信号接收器的设备，其仅具备无发射能力的无线信号接收器的设备，又包括接收和发射硬件的设备，其具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备；PCS(PersonalCommunicationsService，个人通信系统)，其可以组合语音、数据处理、传真和/或数据通信能力；PDA(PersonalDigitalAssistant，个人数字助理)，其可以包括射频接收器、寻呼机、互联网/内联网访问、网络浏览器、记事本、日历和/或GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)接收器；常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备，其具有和/或包括射频接收器的常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备。这里所使用的“终端”、“终端设备”可以是便携式、可运输、安装在交通工具(航空、海运和/或陆地)中的，或者适合于和/或配置为在本地运行，和/或以分布形式，运行在地球和/或空间的任何其他位置运行。这里所使用的“终端”、“终端设备”还可以是通信终端、上网终端、音乐/视频播放终端，例如可以是PDA、MID(MobileInternetDevice，移动互联网设备)和/或具有音乐/视频播放功能的移动电话，也可以是智能电视、机顶盒等设备。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全频段调谐天线，其特征在于：其包括第一辐射体、第二辐射体和从所述第二辐射体延伸出的接地结构；靠近所述第二辐射体处设有馈电网络，所述第一辐射体和第二辐射体分别通过链路调谐系统接入所述馈电网络，所述第一辐射体与接地结构通过短接结构连接以实现接地。

2.如权利要求1所述的全频段调谐天线，其特征在于：所述第一辐射体上设有馈电点，所述馈电点与链路调谐系统以同轴电缆连接。

3.如权利要求1所述的全频段调谐天线，其特征在于：所述短接结构的一端连接在所述第二辐射体和接地结构的连接处。

4.如权利要求1所述的全频段调谐天线，其特征在于：所述链路调谐系统包括多个串联和并联的谐振单元。

5.一种智能手表，其包括主体部分和从所述主体部分延伸的穿戴部分，其特征在于：还包括如权利要求1～4任意一项所述的全频段调谐天线。

6.如权利要求5所述的智能手表，其特征在于：所述主体部分包括表框、附接在该表框边缘的表耳、盖合在该表框端面的表面和盖合在该表框底面的表盖；所述穿戴部分包括分别通过所述表耳与所述表框连接的第一穿戴条和第二穿戴条；所述全频段调谐天线的第一辐射体设置在所述第一穿戴条上，所述第二辐射体设置在所述表框上，所述接地结构设置在所述表框和第二穿戴条上，所述馈电网络和链路调谐系统容纳在由所述表框、表面和表盖所限定的表腔内。

7.如权利要求5所述的智能手表，其特征在于：所述表耳至少包括用于连接所述第一穿戴条的第三表耳和第四表耳，所述第四表耳与所述表框之间以绝缘材料连接，所述第三表耳分别与所述第一穿戴条和表框电性连接。

8.如权利要求7所述的智能手表，其特征在于：所述表耳还包括用于实现所述表框和第二穿戴条电性连接的第一表耳和第二表耳。

9.如权利要求8所述的智能手表，其特征在于：所述表框、第一穿戴条、第二穿戴条、第一表耳、第二表耳和第三表耳分别由金属材料制成。

10.如权利要求5所述的智能手表，其特征在于：所述表耳附接在靠近所述表框的端面的边缘处。