CN102402183A - 一种表带与天线共形的手表 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表带与天线共形的手表，属于手表天线技术领域，主要解决了现有技术中传统贴片天线导致手表体积大、不利于手表小型化设计等问题。该表带与天线共形的手表，包括表盘和设置于表盘上的表带，所述表带内嵌入有与其共形的信号接收装置。本发明设计巧妙，结构简单，实现方便；将天线贴片内嵌于表带内，巧妙地实现了天线贴片与表带的共形一体化，既减小了手表的体积，实现了手表小型化设计，又提高了手表设计的灵活性。

Description

一种表带与天线共形的手表
技术领域
本发明涉及手表天线技术领域，具体地说，是涉及一种表带与天线共形的手表。
背景技术
天线，是用于无线电信号有效接收和发射的一种电子设备。我国北斗导航系统具有导航、定位、授时和短报文通信等功能，可以全天侯、连续实时地导航、定位和授时，覆盖范围广，使用方便。北斗导航卫星的时钟采用的是稳定度极高的原子钟信号，使得北斗导航系统传递的时间具有极高的精度，而经过北斗卫星授时后的手表，其时间便可以实现高精度同步运行。但是，这种与北斗导航系统进行时钟同步的手表对体积要求很高。传统的贴片天线位于表盘附近位置，占用了较大的体积，使得手表的小型化以及设计的灵活性受到了极大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表带与天线共形的手表，克服现有技术中存在的传统贴片天线导致手表体积大、不利于手表小型化设计等缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种表带与天线共形的手表，包括表盘和设置于表盘上的表带，所述表带内嵌入有与其共形的信号接收装置。通过将信号接收装置嵌入表带内部，并设置成类似于表带的形状，来实现微带天线与手表表带的共形，由于微带贴片天线不占用手表表盘的位置，可以有效地保证表盘的体积，提高手表设计的灵活性，从而为北斗导航卫星手表的小型化设计奠定基础。
所述信号接收装置包括与表带共形的天线贴片，以及设置于该天线贴片上的微带天线，而所述微带天线通过光刻或腐蚀所述天线贴片而成。
进一步地，为了提高微带天线的信号接收能力，所述表带为长方形，而微带天线也为长方形，而所述微带天线的馈电点位于微带天线的边缘。
为了进一步提高信号接收能力，尽可能地降低表带对微带天线接收信号的影响，所述表带由天然橡胶制成，制成手表表带的这种材料具有柔软、耐久、无害的特点，且对微带天线接收信号能力的影响较小。所述天线贴片由成分为聚酰亚胺的挠性板制成，由聚酰亚胺制成的挠性板，具有高介电常数、低损耗的性能，可以与表带材料实现层压。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 本发明设计巧妙，结构简单，实现方便；
2. 本发明中天线贴片体积小、质量轻，易实现与表带的共形，为减小手表的体积提供了可实现的基础；
3. 本发明将天线贴片内嵌于表带内，巧妙地实现了天线贴片与表带的共形一体化，既减小了手表的体积，实现了手表小型化设计，又提高了手表设计的灵活性；
4. 本发明中表带采用天然橡胶制成，其质地柔软、耐久、无害、成本低，而且具有较好的透波特性，对微带天线接收信号能力的影响较小；
5. 本发明对微带天线的形状及馈电点的设计，有效地提高了藏于表带内的微带天线的信号接收能力，保证了微带天线的正常工作。
附图说明
图1为本发明-表带与天线贴片结合的结构示意图；
图2为本发明-天线贴片上微带天线的结构示意图；
图3为本发明-实施例中计算矩形微带圆极化天线的坐标系示意图；
图4为本发明-实施例中计算矩形微带圆极化天线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1、2所示，本发明一种表带与天线共形的手表，包括表盘、表带1和表带内嵌有与其共形的信号接收装置三部分。其中，所述信号接收装置包括与表带1共形的天线贴片，以及设置于该天线贴片2上的微带天线3。
具体地说，表带1由天然橡胶制成，手表表带的这种材料具有柔软、耐久、无害的特点，且对微带天线接收信号能力的影响较小。在本发明中，最大的问题就是要解决微带天线与表带要实现层压，而且还不能影响到微带天线接受信号的能力。因此，天线贴片2采用挠性板，其成分为聚酰亚胺，这种天线贴片具有高介电常数、低损耗的性能，可以与表带材料实现层压。使用HFSS等工具将微带天线3的外形设计成长方形，且微带天线的馈电点4设置于微带天线的边缘，并利用光刻或腐蚀等方法在该天线贴片上制作微带天线3。这种设计的原理是通过馈电激励微带天线的两个幅度相等、相位相差90度的正交模式，形成圆极化工作模式，微带天线3的形状以及馈电点4的这个特殊位置的设计使得微带天线3能更好的接收到北斗卫星的信号。
微带天线3的馈电采用了传输线馈电的方式，具体位置如图2中附图标记4所示，微带天线设计的基本问题在于求解天线在周围空间建立的辐射场。在该微带天线3中，采用由微带天线上电流分布JS（X，Y）求辐射场的方法。
该方法首先是建立含微带天线上电流分布J S（r’）的积分方程，在积分方程中将含有微带结构的并矢格林函数，然后由矩量法解积分方程求出电流分布，再由如下过程计算远区辐射场：
矢量位                                                      
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE001
                 
远场           
Figure 376091DEST_PATH_IMAGE002
                     
该方法分析时可采用如图3所示的坐标系统。
本发明中，微带天线3的馈电采用了传输线馈电的方式，具体位置如图2中（4）所示，馈电点位置的确定具体如下：
微带辐射器的输入阻抗或输入导纳是一个基本的参数，精确地知道输入导纳，便能在单元和馈线之间作良好的匹配。
对于任意点的微带馈电，微带天线的输入导纳可以用以下公式计算：
辐射元电阻
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE003
              （3-1）
当W远小于λ0时，简化为，当W远大于λ0时，简化为。
辐射元电纳
Figure 800305DEST_PATH_IMAGE006
                （3-2）
其中
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE007
，，
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE009
，因为谐振时，输入导纳的虚部为零，所以谐振频率满足
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE011
                 （3-3）
那么输入导纳在谐振频率附近为
Figure 950511DEST_PATH_IMAGE012
  （3-4）
式中z为馈电点离拐角的距离。考虑到实际中的G/Y0远小于1和B/Y0远小于1，于是上式进一步简化为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，此式在
Figure 336361DEST_PATH_IMAGE014
之外均成立。
另外缝隙间的相互耦合互电导为，
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE015
    （3-5）
其中的是以x为自变量的零阶贝塞耳函数。加上互耦导纳后，输入导纳修正为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
                  （3-6）
可见，如果馈电点沿传输线谐振宽度移动，可使的输入阻抗大范围的变化，对实际的阻抗值，天线元就可以匹配。但是该模型没有考虑源点在谐振器长度方向上的位置。
对于同轴馈点单元，可以用下式计算输入导纳：
Figure 123238DEST_PATH_IMAGE018
 ，
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE019
 ，那么 
Figure 815250DEST_PATH_IMAGE020
。求出
Figure 2011103789580100002DEST_PATH_IMAGE021
后，再通过
Figure 742142DEST_PATH_IMAGE022
，换算后，可得出馈电点的输入导纳为，
Figure 390161DEST_PATH_IMAGE024
   （3-7）
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 757689DEST_PATH_IMAGE026
是微带线的特性阻抗。在同轴馈线处，探针可以用一个集中感抗来表示，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
                  （3-8）
因此输入阻抗为：
Figure 186265DEST_PATH_IMAGE028
。
工作于主模的矩形微带天线场结构可知，沿长度方向谐振输入电阻从一侧边的最大值到辐射贴片中心时的零值，即，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
                   （3-9）
式中为天线侧边的最大输入电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
是背离馈电点侧边的距离。于是可以用实验方法方便地在某一个
Figure 229493DEST_PATH_IMAGE031
处实现与50欧姆电线的匹配。
如图3、4所示，圆极化形成的过程如下：
微带天线产生圆极化波的关键是产生两个极化方向正交、幅度相等、相偎相差90°的线极化波。根据这种考虑，当前使用单点馈电的矩形微带贴片天线形成圆极化，其中馈电点F在x或y轴上，通过调整W和L的长度差Δs来形成圆极化，Δs称为简并分离单元，Δs=Δs1+Δs2。
    当矩形微带天线附加简并分离单元Δs之后，矩形微带天线激励起来的极化正交简并模的谐振频率发生了分离，分离的大小取决于Δs的大小。由于Δs相对W和L较小，分离出来的两模的谐振频率相差很小，所以在调整Δs的大小时，可以近似得到等幅、相差90°的两个正交模式，从而形成圆极化辐射。
将制作好微带天线4的天线贴片2层压到手表表带1内部，这样便实现了微带天线3与手表表带1的共形，由于微带天线不占用手表表盘的位置，从而减小了微带天线在手表中的体积，使得含北斗接收机的手表的设计更加灵活，也使手表向小型化趋势发展。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (7)

1.一种表带与天线共形的手表，包括表盘和设置于表盘上的表带（1），其特征在于，所述表带内嵌有与其共形的信号接收装置。
2.根据权利要求1所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述信号接收装置包括与表带（1）共形的天线贴片，以及设置于该天线贴片（2）上的微带天线（3）。
3.根据权利要求2所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述微带天线（3）通过光刻或腐蚀所述天线贴片（2）而成。
4.根据权利要求3所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述表带为长方形，而微带天线也为长方形。
5.根据权利要求4所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述微带天线（3）的馈电点（4）位于该微带天线的外侧。
6.根据权利要求5所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述表带（1）由天然橡胶制成。
7.根据权利要求2～6中任意一项所述的一种表带与天线共形的手表，其特征在于，所述天线贴片（2）由成分为聚酰亚胺的挠性板制成。
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