CN104638361B - 手表天线以及覆盖gps和蓝牙的智能手表 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手表天线以及覆盖GPS和蓝牙的智能手表，手表天线包括PCB板、连接部件和用作天线辐射主体的金属边框；所述金属边框环设于所述PCB板周围，所述金属边框与所述PCB板之间设置有第一缝隙，所述金属边框还设置有通过所述第一缝隙与所述PCB板连接的馈电部分以及接地部分；一显示屏的金属屏蔽层悬空设置在所述PCB板上，所述显示屏的金属屏蔽层通过所述连接部件与所述PCB板连接接地，所述显示屏的金属屏蔽层与所述金属边框之间设置有第二缝隙，所述显示屏的金属屏蔽层以及所述连接部件形成寄生部分。本发明利用手表金属边框和PCB板之间的缝隙产生双频谐振，设计出了能够覆盖GPS和蓝牙的智能手表天线。

Description

手表天线以及覆盖GPS和蓝牙的智能手表

技术领域

本发明涉及利用手表的金属边框作为天线的智能手表天线，具体地，涉及一种手表天线以及覆盖GPS和蓝牙的智能手表。

背景技术

可穿戴智能设备是电子消费产品新的发展方向，目前市面上出现了多种引导潮流的智能手表，如moto360等产品，为了提高外观的设计性并维持壳体的强度，使用由铝、镁等金属构成智能手表的边框，其圆形的金属表框能够吸引众多的消费者。而且在智能手表上安装的显示屏通常设置金属屏蔽层，该显示屏的金属屏蔽层能够为显示屏的显示效果提供良好的干扰屏蔽功能。但正是因为金属边框以及显示屏下方设置的金属屏蔽层的存在，使得这种金属边框的智能手表天线设计难度加大。在天线进行收发电磁波时，金属边框以及显示屏的金属屏蔽层引起的反射吸收等影响是传统天线无法应用于金属边框手表的主要原因。因此，在为金属边框且有显示屏的金属屏蔽层的手表设计天线时，需要对天线的结构、配置等进行针对性的研究。

目前其无线通信部分只有蓝牙功能，不具备GPS功能，给消费者带来不小的遗憾。同时，金属表框对智能手表天线设计提出了不小的挑战，传统的倒F型天线、倒L型天线、单极子天线、环状天线都难以同时覆盖GPS和蓝牙频段。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种手表天线以及覆盖GPS和蓝牙的智能手表。

根据本发明提供的一种手表天线，其特征在于，包括PCB板、连接部件和用作天线辐射主体的金属边框；

所述金属边框环设于所述PCB板周围，所述金属边框与所述PCB板之间设置有第一缝隙，所述金属边框还设置有通过所述第一缝隙与所述PCB板连接的馈电部分以及接地部分；

一显示屏的金属屏蔽层悬空设置在所述PCB板上，所述显示屏的金属屏蔽层通过所述连接部件与所述PCB板连接接地，所述显示屏的金属屏蔽层与所述金属边框之间设置有第二缝隙，所述显示屏的金属屏蔽层以及所述连接部件形成寄生部分。所述非金属介质环在所述金属边框和所述PCB板之间形成缝隙的同时，也使所述显示屏的金属屏蔽层和所述金属边框相互不接触。所述金属边框和PCB板通过所述缝隙产生双频谐振，通过设置所述显示屏的金属屏蔽层和所述连接部件形成的寄生部分以及金属边框的馈电部分以及接地部分可以调节天线的谐振频率，最终获得同时覆盖GPS和蓝牙频段的天线。

作为一种优化方案，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述显示屏的金属屏蔽层连接，所述电感部件与所述PCB板连接。

作为一种优化方案，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述PCB板连接，所述电感部件与所述显示屏的金属屏蔽层连接。

作为一种优化方案，所述连接部件接近所述显示屏的金属屏蔽层中心设置。

作为一种优化方案，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，两个所述接地部分设置在所述馈电部分的一侧。

作为一种优化方案，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，至少一个所述接地部分为弹性引脚。

作为一种优化方案，所述第一缝隙和/或第二缝隙中设有非金属介质。

作为一种优化方案，所述非金属介质为高分子聚合物。

作为一种优化方案，所述金属边框为圆形金属边框，或椭圆形金属边框，或方形金属边框。

作为一种优化方案，所述圆形金属边框的内径为21mm，外径为23mm，高为5-6mm；

所述PCB板的半径为20mm，厚度为2mm，所述PCB板与显示屏之间相对距离为2mm；

所述显示屏的金属屏蔽层是半径为20mm的圆形金属板，所述显示屏的金属屏蔽层厚度为0.7mm；

所述第一缝隙和/或第二缝隙的隙宽为1mm。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表，包含显示屏、前述的手表天线、电池和金属后盖；

所述显示屏内嵌于所述手表天线的金属框架内，所述手表天线通过所述手表天线的PCB板与所述电池相连，所述金属后盖与所述电池连接；

所述显示屏上表面设置有透明介质层，下表面设置有金属屏蔽层。

作为一种优化方案，所述电池底边为边长为28mm的正方形，所述电池高为3.5mm；

所述金属后盖为一金属圆盘，所述金属后盖的半径为20mm，厚度为1mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明利用手表金属边框和PCB板之间的缝隙产生双频谐振，设计出了能够覆盖GPS和蓝牙的智能手表天线。本发明提供的手表天线能够维持智能手表边框的强度的同时将金属边框用作手表天线的一部分，从而解除了对智能手表外壳的设计限制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为可选实施例中的一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表的三维结构示意图；

图2为图1在A方向的剖视图；

图3为可选实施例中的一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表馈电部分和接地部分位置设置示意图；

图4为可选实施例中的一种手表天线的回波损耗图；

图5为各频点的辐射效率曲线图；

图6为可选实施例中的一种椭圆形金属边框的智能手表的三维结构示意图；

图7为可选实施例中的一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表另一种连接部件实施例。

其中，图中各标号分别表示：1-金属边框，2-显示屏，3-PCB板，4-非金属介质环，5-电池，6-金属后盖，7-空气层，8-连接部件，9-馈电部分，10-第一接地部分，11-第二接地部分，21-透明介质层，22-显示屏的金属屏蔽层。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了解决金属边框智能手表无法同时覆盖GPS和蓝牙频段的技术问题，本发明提供了如图1所示的一种实施例，该实施例为一种手表天线，包括PCB板、连接部件和用作天线辐射主体的金属边框；

所述金属边框环设于所述PCB板周围，所述金属边框与所述PCB板之间设置有第一缝隙，所述金属边框还设置有通过所述第一缝隙与所述PCB板连接的馈电部分以及接地部分；

一显示屏的金属屏蔽层悬空设置在所述PCB板上，所述显示屏的金属屏蔽层通过所述连接部件与所述PCB板连接接地，所述显示屏的金属屏蔽层与所述金属边框之间设置有第二缝隙，所述显示屏的金属屏蔽层以及所述连接部件形成寄生部分。

所述非金属介质环在所述金属边框和所述PCB板之间形成缝隙的同时，也时所述显示屏的金属屏蔽层和所述金属边框相互不接触。所述金属边框和PCB板通过所述缝隙产生双频谐振，通过设置所述显示屏的金属屏蔽层和所述连接部件形成的寄生部分以及金属边框的馈电部分以及接地部分可以调节天线的谐振频率，最终获得同时覆盖GPS和蓝牙频段的天线。

作为一种实施例，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述显示屏的金属屏蔽层连接，所述电感部件与所述PCB板连接。

作为另一种实施例，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述PCB板连接，所述电感部件与所述显示屏的金属屏蔽层连接。作为一种实施例，所述连接部件接近所述显示屏的金属屏蔽层中心设置。

所述连接部件还可以设置在所述显示屏的金属屏蔽层的中心位置，也可以远离显示屏的金属屏蔽层中心设置，以上将连接部件接近显示屏的金属屏蔽层中心设置的设置实施例仅为一种较佳的设置方案，本发明的保护范围不应限于此。

作为一种实施例，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，两个所述接地部分设置在所述馈电部分的一侧。该实施例仅为一种方案，本发明不应限于此，天线的谐振频率与天线辐射主体以及寄生部分的设置都有关。因此，通过调节寄生部分的连接部件的位置、连接部件中电感的电感值大小、天线辐射主体的接地部分和馈电部分的位置，最终获得GPS和蓝牙双频段覆盖。

作为另一种实施例，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，至少一个所述接地部分为弹性引脚。该弹性引脚可以采用弹簧、弹片、弹块等弹性结构，弹性引脚可以保证金边框与PCB板的紧密接触，避免接地部分松动或脱落。本实施例中所述接地部分设置为弹簧引脚可以利用弹簧的张力保证金属边框与PCB板的短路接触，从而确保金属边框接地部分的稳定性。

作为一种实施例，所述第一缝隙和/或第二缝隙中设有非金属介质。作为一种实施例，所述非金属介质为高分子聚合物。

本实施例是在金属边框和PCB板之间设置了第一缝隙，使金属边框和PCB板无法直接接触导通，而仅通过前述馈电部分和接地部分电性连接。金属边框和PCB板通过第一缝隙获得双频谐振的天线性能，该第一缝隙隙宽越大越能获得优良的天线性能，但该第一缝隙隙宽是同时又是金属边框和PCB板之间的间距，受到手表体积的限制。作为一种穿戴设备，通常将手表设置小和薄。作为一种实施例，将该第一缝隙隙宽设置为1mm。第二缝隙使得显示屏的金属屏蔽层与金属边框不直接接触，显示屏的金属屏蔽层又与连接部件形成寄生部分，用于调节手表天线的谐振频率。

非金属介质为高分子聚合物，通常即塑料，也可以是橡胶等非金属介质，本发明不应限于此。高分子聚合物在此的作用与空气类似，也是使得金属边框和PCB板之间、金属边框和显示屏的屏蔽层之间不直接接触，形成了高分子聚合物缝隙，仅是这种高分子聚合物缝隙相对于空气构成的缝隙具有不同的介电常数。

作为一种实施例，所述金属边框为圆形金属边框，或椭圆形金属边框，或方形金属边框。如图6和图7所示的变形。

由于本实施例中的天线是一种由金属边框作为天线辐射主体，显示屏的金属屏蔽层和连接部件作为寄生部分的天线，因此金属边框形状允许在一定范围内做改变，通过调整其他天线部分可以最终获得覆盖GPS和蓝牙频段的天线谐振频段。

作为一种实施例，所述圆形金属边框的内径为21mm，外径为23mm，高为5-6mm，所述圆形金属边框的高是指该圆形边框在其中心主轴方向上的长度。

所述PCB板的半径为20mm，厚度为2mm，所述PCB板与显示屏之间相对距离为2mm。所述PCB板与显示屏之间高约2mm的空气层为布线区域，用于设置显示屏到PCB板的数据线。

所述显示屏的金属屏蔽层是半径为20mm的圆形金属板，所述显示屏的金属屏蔽层厚度为0.7mm。

所述第一缝隙和/或第二缝隙的隙宽为1mm。所谓第一缝隙的隙宽即金属边框到PCB板边缘的距离，所谓第二缝隙隙宽即所述金属边框到显示屏的金属屏蔽层边缘的距离。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表，包含包含显示屏、如权利要求1-10任一所述的手表天线、电池和金属后盖；

所述显示屏内嵌于所述手表天线的金属框架内，所述手表天线通过所述手表天线的PCB板与所述电池相连，所述金属后盖与所述电池连接；

所述显示屏上表面设置有透明介质层，下表面设置有金属屏蔽层。所述透明介质层为玻璃、透明树脂或其他透明的介质。所述显示屏下表面设置的屏蔽层能够为显示屏的显示提供干扰屏蔽的效果。所述透明介质与所述金属边框无缝配合，并且为了美观的效果，所述透明介质的上表面与所述金属边框的上表面齐平。

作为一种实施例，所述电池底边为边长为28mm的正方形，所述电池高为3.5mm；

所述金属后盖为一金属圆盘，所述金属后盖的半径为20mm，厚度为1mm。

本发明的关键点是：利用手表金属边框作为天线的一部分，最大限度地改善天线带宽，通过合理的电路设置（包括接地部分位置和连接部件位置的设置），实现GPS和蓝牙频率覆盖。如图4所示的回波损耗图中以-5dB的回波损耗为参考点，可见其高频带宽覆盖2370MHz到2550MHz，低频覆盖1530MHz到1588MHz。图4中的高频覆盖范围和低频覆盖范围分别覆盖了GPS和蓝牙频段。

从仿真实验的三维图谱中获得的结果为：在1570MHz频点上，在金属框架所在平面方向上获得较强的辐射强度，也即在显示屏所在的平面方向上辐射强度最强；在2450MHz频点上在垂直于金属框架的方向上获得较强的辐射强度，即在垂直显示屏的方向上辐射强度最强。

图5所示为各频点的辐射效率图，从图中可以看出高频段具有较高的辐射效率，低频段辐射效率略低，但都维持在-1.4dB以上，均有较强的辐射效率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (12)

1.一种手表天线，其特征在于，包括PCB板、连接部件和用作天线辐射主体的金属边框；

所述金属边框环设于所述PCB板周围，所述金属边框与所述PCB板之间设置有第一缝隙，所述金属边框还设置有通过所述第一缝隙与所述PCB板连接的馈电部分以及接地部分；

一显示屏的金属屏蔽层悬空设置在所述PCB板上，所述显示屏的金属屏蔽层通过所述连接部件与所述PCB板连接接地，所述显示屏的金属屏蔽层与所述金属边框之间设置有第二缝隙，所述显示屏的金属屏蔽层以及所述连接部件形成寄生部分。

2.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述显示屏的金属屏蔽层连接，所述电感部件与所述PCB板连接。

3.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述连接部件包括相互连接的金属圆柱和电感部件，所述金属圆柱与所述PCB板连接，所述电感部件与所述显示屏的金属屏蔽层连接。

4.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述连接部件接近所述显示屏的金属屏蔽层中心设置。

5.根据权利要求4所述的一种手表天线，其特征在于，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，两个所述接地部分设置在所述馈电部分的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述金属边框设置有一个所述馈电部分和两个所述接地部分，至少一个所述接地部分为弹性引脚。

7.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述第一缝隙和/或第二缝隙中设有非金属介质。

8.根据权利要求7所述的一种手表天线，其特征在于，所述非金属介质为高分子聚合物。

9.根据权利要求1所述的一种手表天线，其特征在于，所述金属边框为圆形金属边框，或椭圆形金属边框，或方形金属边框。

10.根据权利要求9所述的一种手表天线，其特征在于，

所述圆形金属边框的内径为21mm，外径为23mm，高为5-6mm；

所述PCB板的半径为20mm，厚度为2mm，所述PCB板与显示屏之间相对距离为2mm；

所述显示屏的金属屏蔽层是半径为20mm的圆形金属板，所述显示屏的金属屏蔽层厚度为0.7mm；

所述第一缝隙和/或第二缝隙的隙宽为1mm。

11.一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表，其特征在于，包含显示屏、如权利要求1-10任一所述的手表天线、电池和金属后盖；

所述显示屏内嵌于所述手表天线的金属边框内，所述手表天线通过所述手表天线的PCB板与所述电池相连，所述金属后盖与所述电池连接；

所述显示屏上表面设置有透明介质层，下表面设置有金属屏蔽层。

12.根据权利要求11所述的一种覆盖GPS和蓝牙的智能手表，其特征在于，所述电池底边为边长为28mm的正方形，所述电池高为3.5mm；

所述金属后盖为一金属圆盘，所述金属后盖的半径为20mm，厚度为1mm。