CN104701597A - 一种柔性gps智能穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性GPS智能穿戴设备，包括穿戴设备主体和GPS模块，GPS模块中的GPS天线为贴片天线、双波段天线、电磁带隙天线或编织材料天线，所述的GPS天线与所述穿戴部件上的金属部件之间有合适的距离。本发明在穿戴设备的相应适当区域设置GPS天线，并且具体设计了天线的形状、布置方向和位置以应对穿戴设备的正常弯曲，防止了天线因为过度弯曲而导致的接收性劣化。同时，各种天线布置均应对了天线与金属部件或人体发生的电耦合或屏蔽等问题，从而不会发生损耗。由此，根据本发明的穿戴设备，无论是电子表，背包、衣帽等都能够保持可靠的接收微波信号，且不影响穿戴设备本身的美观性。

Description

一种柔性GPS智能穿戴设备

技术领域

本发明属于带有GPS功能的穿戴设备技术领域。

背景技术

随着电子网络技术的不断发展，GPS功能应用到了越来越广泛的领域，无论是军工还是民用都离不开GPS的信息传输。显而易见，除了传统的各种移动终端，如手机、电脑等常用设备，穿戴设备领域的应用将日渐明显，并由于穿戴设备对于人的便捷性等先天优势，其GPS性能也将发挥极为重要的作用。

一般来说，可穿戴式系统没有平展型天线表面，因此，天线即使被频繁弯曲也必需保证其应有的功能，因此可编织性的小型化柔性GPS天线设计值得期待。

与传统移动终端如智能手机不同，常用的穿戴设备之一，如手表的做工的精细度和集成性都要远高于智能手机，而GPS的放置就显得尤为重要。对于影响GPS性能主要是两部分，一个是智能手表的金属后盖，一个是与人体接触，人体对天线部分的干扰和金属的屏蔽达到了8-10dBm的衰减。

关于GPS智能手表的专利文献，如日本特开2000-138607号公报和日本特许第4044898号公报等。在日本特开2000-138607号公报专利或日本特许第4044898号公报专利所记载的手表中，容纳天线的部位形成为可从外部看到的突起，因此导致装饰性及安装性下降，在使用便利性方面也存在问题。

发明内容

本发明的目的就是解决现有的技术问题，提供一种柔性GPS智能穿戴设备，既满足了美观上的要求，又使人体对天线部分的干扰降到最低，同时应用广泛，不受穿戴设备的形状和穿戴的部位限制。

为达上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种柔性GPS智能穿戴设备，包括穿戴设备主体和GPS模块，其特点在于，GPS模块中的GPS天线为贴片天线、双波段天线、电磁带隙天线或编织材料天线，所述的GPS天线与所述穿戴部件上的金属部件之间有合适的距离。

进一步的，上述柔性GPS智能穿戴设备，所述的穿戴设备可以是手表、衣帽、背包、鞋子等。GPS天线最好设置于穿戴设备弯曲度和平展度相对较高又不影响微波接收的部位，如手表的表链或表带靠近表盘的位置、衣帽上有相对固定形状的边缘位置、背包的上部、鞋子的鞋帮等部位，以减少天线弯曲的程度。

进一步的上述柔性GPS智能穿戴设备，GPS天线优选电磁带隙天线或编织材料天线。更进一步的，GPS天线为一种椭圆极化天线，当天线沿着长轴方向弯曲时，其结果将导致天线具有圆极化特性；对于圆极化天线，天线应相对弯曲轴线旋转±45，以此来减少极化失配或弯曲的影响。对于前面所述的几种天线情况，天线应放置在yz平面与弯曲轴线相吻合的位置，这样，天线的功能就和不弯曲的情况是一样的。总而言之，当沿着决定天线谐振长度方向弯曲时，天线的输人匹配和阻抗带宽偏移最大，最明显的是，天线辐射方向图也变宽了，这使得GPS功能在可穿戴系统中获得广泛的应用。

本发明的有益效果：

本发明在穿戴设备的相应适当区域设置GPS天线，并且具体设计了天线的形状、布置方向和位置以应对穿戴设备的正常弯曲，防止了天线因为过度弯曲而导致的接收性劣化。同时，各实施例的天线布置也应对了天线与金属部件或人体发生的电耦合或屏蔽等问题，从而不会发生损耗。由此，根据本发明的穿戴设备，无论是电子表，背包、衣帽等都能够保持可靠的接收微波信号，且不影响穿戴设备本身的美观性。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做清楚的说明：

附图说明

图1是GPS手表的GPS天线配置区示意图

图2是柔性天线在方位面的实测方向辐射图

图3是GPS手表电路图

具体实施方式

本发明公开的柔性GPS智能穿戴设备，包括穿戴设备主体和GPS模块，GPS模块中的GPS天线为小型化贴片天线、双波段天线、电磁带隙天线或编织材料天线，所述的GPS天线与所述穿戴部件上的金属部件之间有合适的距离。

本发明的柔性GPS智能穿戴设备可以是手表、衣帽、背包、鞋子等。GPS天线最好设置于穿戴设备弯曲度和平展度相对较高又不影响微波接收的部位，如手表的表链或表带靠近表盘的位置、衣帽上有相对固定形状的边缘位置、背包的上部、鞋子的鞋帮等部位，以减少天线弯曲的程度。见附图1，其中1为GPS天线设置区域。

图2是柔性天线在方位面的实测方向辐射图。无论是常规贴片天线还是电磁带隙天线，其输入匹配带宽随着天线的弯曲发生都会有一定变化，虽然电磁带隙天线带宽的变化特别小，明显优于贴片天线。但都会因为弯曲的直径越小，其对天线产生的影响就越大，所以天线是沿着决定谐振频率的尺寸方向弯曲，中心频率将向高端偏移。以用于穿戴式系统的圆极化GPS天线作为例子，那么天线弯曲将会损坏天线的圆极化特性，这种影响与贴片天线中的一样，因为它们采用相同的结构，而且天线的长度和宽度都处于谐振状态并有±90°的相移。因此解决方案就是设计出一种椭圆极化天线。当天线沿着长轴方向弯曲时，其结果将导致天线具有圆极化特性。当然，这一额外的长度与弯曲半径有一定的关系。如果同样的天线单元被设计为双极化工作，那么通常双极化天线要利用贴片天线两侧的长度，类似圆极化天线的约束在这里也适用。还应该注意到，天线放置在手表、衣帽、背包上的位置对天线的性能有重大影响，这些穿戴设备上都存在不少地方可以使天线的弯曲最小，因此应仔细考虑天线相对弯曲轴的旋转角度。例如，对于圆极化或双极化天线，天线应相对弯曲轴线旋转±45，以此来减少极化失配或弯曲的影响。对于前面提到的几种天线情况，天线应放置在yz平面与弯曲轴线相吻合的位置，这样，天线的功能就和不弯曲的情况是一样的。

既然弯曲对可穿戴式编织材料天线产生影响，则不得不考虑输入匹配、阻抗带宽、辐射效率和辐射方向图形状四个参数。这四个参数是设计可穿戴式天线时需要研究的至为重要的参数。结果表明，XZ平面，即E面的弯曲会对天线性能产生主要的影响，同样，这对其他天线也会具有类似的结果。总而言之，当沿着决定天线谐振长度方向弯曲时，天线的输人匹配和阻抗带宽偏移最大，最明显的是，天线辐射方向图也变宽了。编织材料天线在可穿戴式系统中将获得更广泛的应用。

图3是用于GPS手表的电路结构。GPS手表可以被设定为测时模式和定位模式中的任意一种模式，所述测时模式是接收来自GPS卫星的卫星信号，根据GPS时刻信息对内部时刻信息进行校正；所述定位模式是接收来自GPS卫星的卫星信号进行定位计算而求出当前所在地，根据由当前所在地确定的时差以及GPS时刻信息对内部时刻信息进行校正。即，GPS手表进行基于测时模式的时刻校正处理和基于定位模式的时刻校正处理(时差校正处理)中的任意一种处理。

GPS手表包括接收模块和GPS天线，接收模块与GPS天线连接。GPS天线设置在手表表带靠近表盘的部位，GPS天线是接收来自多个GPS卫星的卫星信号的天线。时刻显示装置以及电源供给装置。

另外，接收模块包括：SAW(Surface Acoustic Wave：表面弹性波)滤波器、RF(Radio Frequency：射频)部和基带部。SAW滤波器进行从GPS天线所接收的信号中提取卫星信号的处理。即，SAW滤波器被构成为可通过1.5GHz频带的信号的带通滤波器。基带部定为测时模式或定位模式时，在后述的卫星搜索处理中进行如下处理，即：产生与C/A码相同模式的本地码，取基带信号中包含的各C/A码与本地码之间的相关。而且，基带部对产生本地码的时机进行调整，使得相对于各本地码的相关值达到峰值，并且在相关值为阈值以上的情况下，判断为与该本地码的GPS卫星同步。这里，在GPS系统中采用CDMA(Code DivisionMultiple Access)方式，在CDMA方式中，所有GPS卫星使用不同的C/A码来发送同一频率的卫星信号。因此，可通过判别所接收的卫星信号中包含的C/A码，来搜索可捕捉的GPS卫星。此外，基带部60将与捕捉到的GPS卫星的C/A码相同模式的本地码和基带信号进行混频而解调出导航消息，取得导航消息中包含的轨道信息及GPS时刻信息等卫星信息，存储在SRAM中。

当设定为测时模式时，控制部(CPU)控制接收模块的动作，根据GPS时刻信息对内部时刻信息进行校正并存储在存储部内。更具体地说，将内部时刻信息校正为通过对所取得的GPS时刻信息加上UTC参数而求出的UTC(协定世界时间)。另外，当设定为定位模式时，控制部(CPU)控制接收模块的动作，基于GPS时刻信息、UTC参数以及根据当前所在地而求出的时差数据，对内部时刻信息进行校正并存储在存储部内。即，控制部(CPU)发挥本发明中的时刻信息校正部的功能。

Claims (9)

1.一种柔性GPS智能穿戴设备，包括穿戴设备主体和GPS模块，其特征在于，GPS模块中的GPS天线为贴片天线、双波段天线、电磁带隙天线或编织材料天线，所述的GPS天线与所述穿戴部件上的金属部件之间有合适的距离。

2.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，所述的穿戴设备可以是手表、衣帽、背包、鞋子。

3.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，GPS天线设置于穿戴设备弯曲度和平展度相对较高又不影响微波接收的部位。

4.如权利要求2所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，GPS天线设置于手表的表链或表带靠近表盘的位置。

5.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，GPS天线为电磁带隙天线或编织材料天线。

6.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，GPS天线为一种椭圆极化天线。

7.如权利要求6所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，GPS天线沿着长轴方向弯曲。

8.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，采用圆极化GPS天线时，天线相对弯曲轴线旋转±45。

9.如权利要求1所述的柔性GPS智能穿戴设备，其特征在于，布置天线时，沿着天线谐振长度方向弯曲。