CN102187516B - 包括天线的腕佩设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及腕佩设备，其包括外壳体，外壳体具有后盖、与所述后盖平行的前盖以及在前盖和后盖之间的周向壁，所述壁垂直于后盖和前盖。所述设备还包括能够发送和接收电磁信号的至少一个缝隙天线，所述缝隙天线包括具有导电内表面并且安装在壳体内的罩。所述罩的一面由外表面限制，外表面与壳体的壁基本共面。在基本垂直于后盖和前盖的方向上延伸的缝隙形成在罩的所述外表面中，罩的内部由此形成缝隙天线的腔。

Description

包括天线的腕佩设备

技术领域

本发明涉及包括外壳体的腕佩设备，外壳体具有后盖、与所述后盖平行的前盖以及在前盖后盖之间的周向壁，所述壁基本垂直于前盖和后盖。腕佩设备可以例如是腕上计算机或手表。该设备还包括能够发送和接收电磁信号的至少一个天线。 

背景技术

现有的多种手表和腕上计算机包括用于将数据无线送入和送出设备的天线。 

例如，公开号为GB2431522A的英国专利申请公开了具有外壳体的腕佩设备，壳体上形成有缝隙来提供缝隙天线。缝隙的纵向平行于腕佩设备的表盘部分并且用于与通讯网络无线通讯。 

各种便携式雷达测速仪在现有技术中也是已知的。雷达测速仪通常包括与第一天线相联的雷达发射器和与第二天线相联的雷达接收器。通常，在这类应用中使用插片天线或杆状天线。这些天线技术的缺点是它们不太适于平齐组装在金属表壳上。此外，由于电容性负载，插片天线容易在人体组织附近失调；而杆状天线明显对其环境非常敏感，因此如果集成到腕佩设备内则会受腕佩设备内部构造的影响。 

发明内容

本发明的目的是将雷达测速仪集成到腕佩设备中。具体来说，这种集成应该可以独立于腕佩设备的外壳体所选用的材料，即对金属壳体和塑料壳体都适用。 

该目的通过这样的腕佩设备来实现，该腕佩设备具有至少一个缝隙天线，所述缝隙天线包括具有导电内表面并且安装在壳体内的罩。所述罩在一侧由外表面限制，该外表面与壳体的壁基本共面设置。在基本垂直于后盖和前盖的方向上延伸的缝隙形成在罩的所述外表面中以形成竖向缝隙，罩的内部由此形成缝隙天线的腔。 

具有导电内表面的缝隙天线的罩用作用于缝隙天线的腔。本发明可以用于具有由导电材料尤其是金属制成的壳体的腕佩设备，也可以用于具有塑料壳体的设备。针对表壳的内部变型，缝隙天线在辐射特性上非常稳定，因此特别适于雷达测速应用，如上所述。此外，可以获得宽度非常大的主束水平模式。 

本发明的优选实施例参见以下的描述。 

根据本发明的优选实施例，该设备包括两个缝隙天线，每个缝隙天线具有罩和形成在所述罩的外表面中的缝隙，其中周向壁包括位于两个罩的外表面之间的高阻抗部分。具有两个缝隙天线的实施例特别适于雷达测速应用，因为一个天线可以与雷达发射器相联而另一个则可以与雷达接收器相联。但应当注意，也可以仅使用一个缝隙天线。在这种情况下，需要在收发器侧上提供另外的雷达部件例如循环器。这种方案的成本比使用两个天线的方案的成本稍高，但由于美学和设计原因在某些情况下会是优选的。 

当采用两个缝隙天线时，位于两个罩的外表面之间的高阻抗部分降低了两个缝隙之间的表面耦合。 

第一天线的缝隙可以相对于第二天线的缝隙倾斜。这种布置可因设计原因而被选择。 

根据本发明的优选实施例，外壳体至少部分由导电材料尤其是金属制成，并且缝隙天线的罩与所述外壳体电绝缘。金属壳体中通常会发生的表壳和一个天线或多个天线之间的电容性耦合因此可以大大降低。 

根据本发明的替代性实施例，外壳体基本由非导电材料制成。例如，周向壁和后盖可以由塑料制成，而前盖可以由玻璃或具有透明部分的塑料制成。 

当使用这种塑料壳体时，该设备可以有利地包括在周向壁上的至少一个导电表面。该导电表面将与邻近的缝隙天线的罩的外表面一起形成连续的天线表面。这种更大的天线表面可以有助于改善辐射模式。 

根据本发明的优选实施例，该设备还包括屏蔽元件，该屏蔽元件位于后盖的平面中并且在缝隙天线之下的区域中从壁伸出。当设置两个缝隙天线时，可以在两个缝隙天线之下的区域中设置共用的屏蔽元件，或可以设置两个分离的屏蔽元件，每个缝隙天线下面设置一个屏蔽元件。屏蔽元件使主瓣的指向性倾斜，因此将辐射引导离开使用者的手腕。 

优选该设备还包括发射器、接收器和信号处理单元，发射器产生雷达信号并连接于第一缝隙天线，接收器连接于第二缝隙天线，信号处理单元连接于所述接收器。 

信号处理单元可以设置成利用由第二缝隙天线捕捉的信号来计算佩戴该腕佩设备的人的速度。该设备还可以包括显示装置，其设置成显示由信号处理单元所计算的速度和/或经过的距离。 

附图说明

在下面的描述中将参照附图更加详细地说明本发明的主题内容，其中： 

图1是根据本发明的设备的透视图；

图2是沿图1中II-II轴线的剖视图；以及

图3是图1和2中所示设备的电子部件的方框图。

具体实施方式

应当理解，以下的描述意在涉及本发明的一个具体实施例，该选择的实施例在图中已被示出，其并非用于限定或限制本发明，除了在所附权利要求中受到限制。 

图1示出了腕佩设备的透视图，在这里腕佩设备为腕表。该设备包括外壳体1，外壳体1具有后盖3和前盖4，前盖4在本例中为玻璃，用于覆盖具有指针6、7和电子显示器20的表盘。周向壁2位于后盖3和前盖4之间并使壳体1完整。所示该壁2基本垂直于前盖4和后盖3，但喇叭口型或圆筒型或表设计中已知的任何其它形状都是可行的。还应当注意，后盖3和前盖4示作圆形，但它们也可以是带有或不带有倒圆边缘的椭圆形或矩形而不脱离本发明的范围。 

图1所示设备包括两个缝隙天线8、9，每一个缝隙天线分别包括块状罩8b、9b和缝隙8a、9a。罩8b、9b由金属或具有金属内表面的其它材料制成并且形成用于缝隙天线8、9的腔。该腔可以填充具有高介电常数和低介电损耗的介电材料，例如Teflon?，介电陶瓷材料或合适的树脂。腔支撑型缝隙天线在本领域是已知的，因此将不在此论述其功能原理。但应当注意，所需的最小缝隙长度取决于雷达信号的波长、介电填充材料的介电常数和缝隙的形状。对于本申请来说，总体希望尽可能减小缝隙长度以能够减小腕佩设备的高度e（参见图1）。为此，可以改变缝隙的形状。例如可以使用包括如图所示的竖向主缝隙的缝隙并为其提供与该主缝隙垂直（即平行于前盖4和后盖3）的另外的缝隙结构。 

罩8b、9b均具有与壳体的周向壁2重合的外表面8c、9c，缝隙8a、9a分别形成在所述外表面中。外表面8c、9c被金属化或由金属制成并与邻近的金属板8d、9d一起形成天线表面，如下所述。在图1的实施例中，缝隙8a、9a均取向为垂直于后盖3和前盖4并因此相互平行。但是，缝隙8a、9a中的一个可以相对于缝隙8a、9a中的另一个轻微倾斜，这样将不会精确垂直于后盖3和前盖4。还可以使缝隙相对于竖向轴线倾斜。例如，与精确垂直于后盖3和前盖4相反，缝隙8a、9a可以设置为使前盖4和缝隙8a、9a之间的角度小于90°。在这种情况下，辐射被引导离开使用者的手腕。如上所述，缝隙8a、9a的长度取决于各种因素，但通常会仅稍微小于周向壁2的高度e，如图2所示。 

在图1所示的实施例中，壳体1以及尤其是壁2由塑料制成。缝隙天线8、9的两个罩8b、9b不直接相邻，而是以一定间距d设置，因此相互电绝缘。但是，本发明不局限于具有塑料壳体的设备，而壳体1可以完全由金属制成或包括金属部件。如果周向壁2由导电材料制成，那么在外表面8c、9c之间，壁2内将设置高阻抗部分。这种高阻抗部分避免了两个天线通过表面波耦合。简单的方案为将塑料插件或塑料元件在两个缝隙天线8、9之间施加于周向壁2的表面。或者，也可以使用金属壁2中形成的合适的几何形状的结构，例如光子带隙结构。 

在图1和2所示的实施例中，两个金属板8d、9d分别施加在天线8、9的每个外表面8c、9c的左侧和右侧的周向壁2上。这些金属板8d、9d的导电表面与缝隙天线8、9的相应外表面8c、9c一起形成连续的天线表面，由此改善了辐射模式。显然，如果壁2自身由导电材料例如不锈钢或其它金属制成，则无需施加金属板至设备的壳体1的周向壁2。在这种情况下，壳体1的部件，尤其是壁2的部件，可以直接成为天线表面的部分。 

水平辐射模式由图1中的参考标记10、11表示。如果合适地选择了与金属板9c、9d的尺寸相应的外表面8c、9c的尺寸，则水平模式的束宽α（参见图1）将大于150°，优选为大约180°或更大。必须选择两个缝隙天线8、9之间的合适距离以实现天线去耦所需的值。 

壳体1设有屏蔽元件5，屏蔽元件5位于后盖3的平面内并且在缝隙天线8、9之下以及在位于它们之间的壁2的部分之下从壁2伸出。当参看示出了沿图1中的II-II轴线的剖面的图2时，该屏蔽效果会变得很清楚。可以看到屏蔽元件5使主束指向的方向13相对于后盖3的平面倾斜，倾斜角由图2中的γ表示。这使得使用者免受该设备发出和接收的辐射，并且避免了信号在佩戴该设备的使用者的组织中衰减。所得竖向辐射模式示于图2并由参考标记12表示。竖向模式12的束宽β可以达到90°或更大。 

图3为方框图，示出了实现图1和图2示出的设备中的雷达测速仪所需的电子部件。与第一缝隙天线8相联的发射链14包括发射雷达信号的雷达发射器17，雷达信号由放大器16放大。放大的雷达信号将通过缝隙天线8发射。 

第二缝隙天线9为接收链15的一部分并通过接收器18和放大器16’连接于信号处理单元19，放大器16’放大由天线9接收的信号。信号处理单元19利用合适的算法计算佩戴图1所示设备的使用者的速度。基于该速度，信号处理单元还可以计算使用者经过的距离。速度和/或经过的距离于是可以由集成到设备内的显示器20进行显示。 

参考标记 

1                    壳体

2                    周向壁

3                    后盖

4                    前盖

5                    屏蔽元件

6、7              指针

8、9                缝隙天线

8a、9a            缝隙

8b、9b            罩

8c、9c            罩的外表面

8d、9d           导电表面

10、11           水平辐射模式

12                   竖向辐射模式

13                   主束指向的方向

14                   雷达发射单元

15                   雷达接收单元

16、16’       放大器

17                   雷达发射器

18                   雷达接收器

19                   信号处理单元

20                   显示器

α                   水平束宽

β                   竖向束宽

γ                   辐射倾斜角度

e                     壳体高度

d                     距离

Claims (15)

1.腕佩设备，包括外壳体（1），外壳体（1）具有后盖（3）、与所述后盖（3）平行的前盖（4）以及在前盖和后盖之间的周向壁（2），所述壁垂直于后盖（3）和前盖（4）并且由导电材料制成，所述设备还包括能够发送和接收电磁信号的两个缝隙天线（8、9），每个缝隙天线（8、9）包括具有导电内表面并且被安装在壳体（1）内的罩（8b、9b），所述罩（8b、9b）在一侧由外表面（8c、9c）限制，外表面（8c、9c）与壳体（1）的壁（2）基本共面设置，沿基本垂直于后盖（3）和前盖（4）的方向延伸的缝隙（8a、9a）形成在罩（8b、9b）的所述外表面（8c、9c）中，罩的内部由此形成缝隙天线（8、9）的腔，其特征在于，高阻抗部分设置在两个罩（8b、9b）的外表面（8c、9c）之间的周向壁（2）中。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，高阻抗部分包括由电绝缘材料形成的部分或避免表面耦合的几何形状的结构。

3.根据权利要求1的设备，其特征在于，罩（8b、9b）在从后盖（3）延伸至前盖（4）的方向上基本占据整个空间。

4.根据权利要求2的设备，其特征在于，罩（8b、9b）在从后盖（3）延伸至前盖（4）的方向上基本占据整个空间。

5.根据权利要求1的设备，其特征在于，其还包括屏蔽元件（5），屏蔽元件（5）位于后盖（3）的平面中并且在缝隙天线（8、9）之下的区域中从壁（2）伸出。

6.根据权利要求1的设备，其特征在于，外壳体（1）至少部分由导电材料制成。

7.根据权利要求6的设备，其特征在于，外壳体（1）至少部分由金属制成。

8.根据权利要求1的设备，其特征在于，后盖（3）由非导电材料制成。

9.根据权利要求8的设备，其特征在于，后盖（3）由塑料制成。

10.根据权利要求8或9的设备，其特征在于，其包括在周向壁（2）上的至少一个导电表面（8d、9d），所述导电表面（8d、9d）与邻近的缝隙天线（8、9）的外表面（8c、9c）一起形成连续的天线表面。

11.根据权利要求1的设备，其特征在于，第一缝隙天线（8）的缝隙（8a）相对于第二缝隙天线（9）的缝隙（9a）倾斜。

12.根据权利要求1的设备，其特征在于，其还包括发射器（17）和接收器（18），发射器（17）产生雷达信号并连接于第一缝隙天线（8），接收器（18）连接于第二缝隙天线（9），接收器的输出被传送至信号处理单元（19）。

13.根据权利要求12的设备，其特征在于，信号处理单元（19）设置成利用由第二缝隙天线（9）捕捉的信号来计算佩戴该腕佩设备的人的速度和/或经过的距离。

14.根据权利要求1的设备，其特征在于，其还包括设置成计算佩戴该设备的使用者的速度的信号处理单元（19）和设置成显示所述速度的显示装置（20）。

15.根据权利要求14的设备，其特征在于，信号处理单元（19）还设置成用于计算佩戴该设备的使用者经过的距离，显示装置（20）设置成显示所述速度和经过的距离。

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