CN106229690A - 一种自调谐式宽频带智能手表天线及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自调谐式宽频带智能手表天线及其方法，由机械部分和天线部分构成，机械部分由秒针、秒针转轴、秒轮、凸轮以及弹簧连接体组成；天线部分，包括天线馈电片以及天线辐射体；秒轮通过秒针转轴与秒轮的中心轴接，秒轮的中心另一侧设有凸轮，通过凸轮与天线部分连接，天线馈电片以及天线辐射体通过弹簧连接体实现物理连接，通过天线馈电片与天线辐射体的电容耦合实现馈电，并产生电磁辐射，利用秒针机械转动，改变天线馈电片与天线辐射体间距。本发明利用秒针机械转动，改变天线馈电片与天线辐射体间距，能够实现自调谐的多频段宽带宽性能的天线。该自调谐结构可以实现覆盖1.8GHz‑2.74GHz，覆盖4G TDD LTE常用频段及WIFI2.4GHz频段，并保证各个频点良好的效率。

Description

一种自调谐式宽频带智能手表天线及其方法
[技术领域]
本发明属于新型智能手表天线，涉及无源宽频天线技术。
[背景技术]
智能手表作为一种新型移动电子产品，为了满足应用要求，通常需要在较小的尺寸下同时工作于多个通信标准。现有智能手表天线产品一般采用多天线技术，内置多个天线来覆盖多个频段。但手表体积小，狭窄的可利用空间内多天线耦合非常严重，直接影响通信性能。由于4G LTE通信技术的发展，手表频段要求更多更宽，对于天线的要求更高。
[发明内容]
本发明提供了新型自调谐式宽频带智能手表天线，频率覆盖1.8GHz-2.74GHz，包含WIFI的2.4GHz频段以及4G TDD LTE band38，band39,band40和band41。利用秒针的转动牵引天线耦合馈距离，周期性改变耦合电容匹配，可实现不同频段的切换，各个频点最大效率很高，从而实现宽频带下高质量通信。
本发明提供了一种自调谐宽频带智能手表天线，该新型宽频带智能手表天线包括：机械部分,包括秒针1，秒针转轴2，秒轮3，凸轮4，弹簧连接体5；天线部分，包括天线馈电片6以及天线辐射体7；天线的馈电片以及天线辐射体都是金属成分，通过弹簧连接体实现物理连接，但不存在金属连接。机械部分和天线部分构成了整个天线系统。
其中，
机械部分:秒轮转动时带动秒针转轴及秒针旋转，同时使凸轮开始滑动。凸轮的滑动引起凸轮高度变化。凸轮、天线馈电片及弹簧连接体一同产生高度变化。即随着秒针转动，天线馈电片与天线辐射体相对位置发生周期性变化。
天线部分:天线馈电片和天线辐射体两部分之间没有直接的金属连接，中间为空气。馈点接在天线馈电片上，天线辐射主要靠馈电片和天线辐射体共同作用产生。天线馈电片与天线辐射体间可等效为随时间周期性变化的耦合电容。耦合电容的大小随天线馈电片和天线辐射体相对位置变化而变化。随着耦合电容值的变化，天线匹配状态发生改变，从而实现不同频段的切换工作，达到宽频输出效果。
通过天线馈电片与天线辐射体的电容耦合实现馈电，并产生电磁辐射。秒针转动通过秒轮改变凸轮的高低位置，并通过弹簧的拉伸与压缩改变天线馈电片与天线辐射体之间的相对位置。天线馈电片与天线辐射体距离的周期性变化统秒针转动同步。不同的耦合距离对应不同的耦合电容大小，即实现动态的天线匹配状态变化，从而实现天线不同匹配状态的切换，完成自调谐式宽频带范围覆盖。
本发明利用秒针机械转动，改变天线馈电片与天线辐射体间距，能够实现自调谐的多频段宽带宽性能的天线。该自调谐结构可以实现覆盖1.8GHz-2.74GHz，覆盖4G TDDLTE常用频段及WIFI2.4GHz频段，并保证各个频点良好的效率。
本发明的有益效果为：一种自调谐式宽频段智能手表天线，通过秒针转动改变天线辐射体与天线馈电片的耦合距离，实现不同频段切换使用，从而实现宽频率覆盖，达到宽频化的效果。此发明能够有效利用手表内部狭小的空间，在保证各个频点效率最大化基础上能够极大的拓宽高频部分的带宽。秒针旋转一周，随着馈电距离变化，天线总的动态频带范围可以达到1.8GHz到2.74GHz，能满足第四代移动通信标准4G TDD LTE常用频段及WIFI2.4GHz的频率覆盖要求，同时天线具有非常好效率与增益。
[附图说明]
图1为本发明装置结构示意图
图2为原理图
图3为自调谐式宽频带手表天线在不同耦合距离下在覆盖频段的端口回波损耗
图4为自调谐式宽频带手表天线在不同耦合距离下在覆盖频段的效率
图中标记说明
1秒针，2秒针转轴，3秒轮，4凸轮，5弹簧连接体，6天线馈电片，7天线辐射体
[具体实施方式]
现结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。
如图1、2所示，一种自调谐式宽频带智能手表天线，其特征在于，由机械部分和天线部分构成了整个天线系统，机械部分由秒针1、秒针转轴2、秒轮3、凸轮4以及弹簧连接体5组成；天线部分，包括天线馈电片6以及天线辐射体7；秒轮通过秒针转轴与秒轮的中心轴接，秒轮的中心另一侧设有凸轮，通过凸轮与天线部分连接，天线馈电片6以及天线辐射体7通过弹簧连接体实现物理连接，通过天线馈电片与天线辐射体的电容耦合实现馈电，并产生电磁辐射，利用秒针机械转动，改变天线馈电片与天线辐射体间距。
机械部分：秒轮通过秒针转轴与秒针及凸轮联动，凸轮的滑动引起凸轮高度变化，凸轮、天线馈电片及弹簧连接体一同产生高度变化，即随着秒针转动，天线馈电片与天线辐射体相对位置发生周期性变化。
天线部分：天线馈电片和天线辐射体两部分之间没有直接的金属连接，中间为空气。馈点接在天线馈电片上，天线辐射主要靠馈电片和天线辐射体共同作用产生，
天线馈电片与天线辐射体间等效为随时间周期性变化的耦合电容，耦合电容的大小随天线馈电片和天线辐射体相对位置变化而变化，随着耦合电容值的变化，天线匹配状态发生改变，从而实现不同频段的切换工作，达到宽频输出效果。
上述自调谐式宽频带智能手表天线的运作方法，其特征在于，该天线位于手表底面，通过与其上端天线馈电片的电容耦合实现馈电，随着秒针转动一周，天线馈电片上下周期性移动一次，天线馈电片与天线辐射体距离的变化改变天线馈电片与天线辐射体的耦合电容，两者距离越远，耦合电容越小，辐射频率向高频移动，从而实现不同天线匹配状态的切换，在较宽的频段范围实现宽频带高效率的天线辐射。
机械部分：秒轮转动时带动秒针转轴及秒针旋转，同时使凸轮开始滑动，凸轮的滑动引起凸轮高度变化，凸轮、天线馈电片及弹簧连接体一同产生高度变化，即随着秒针转动，天线馈电片与天线辐射体相对位置发生周期性变化。
天线部分：天线馈电片和天线辐射体两部分之间没有直接的金属连接，中间为空气。馈点接在天线馈电片上，天线辐射主要靠馈电片和天线辐射体共同作用产生，天线馈电片与天线辐射体间可等效为随时间周期性变化的耦合电容，耦合电容的大小随天线馈电片和天线辐射体相对位置变化而变化，随着耦合电容值的变化，天线匹配状态发生改变，从而实现不同频段的切换工作，达到宽频输出效果。
天线总的动态频带范围可以达到1.8GHz到2.74GHz。
图3为自调谐式宽频带手表天线在不同耦合距离下在覆盖频段的端口回波损耗。为方便解释，此处取四种倍数关系的距离：d0,2*d0，3*d0，4*d0，几种耦合距离的变化由秒针转动自动转换。根据此四点的回波损耗图可以看出，设计的天线可以达到940MHz带宽范围。
图4为自调谐式宽频带手表天线在不同耦合距离下在覆盖频段的效率。为方便观察与理解，这里仅取取四种倍数关系的距离下的效率值：d0,2*d0，3*d0，4*d0。实际工作状态耦合距离连续变动，效率值会更加平滑。由图四可知，本发明设计的天线在较宽的频段范围均可以达到非常好的效率。

Claims (8)

1.一种自调谐式宽频带智能手表天线，其特征在于，由机械部分和天线部分构成了整个天线系统，机械部分由秒针(1)、秒针转轴(2)、秒轮(3)、凸轮(4)以及弹簧连接体(5)组成；天线部分，包括天线馈电片(6)以及天线辐射体(7)；秒轮通过秒针转轴与秒轮的中心轴接，秒轮的中心另一侧设有凸轮，通过凸轮与天线部分连接，天线馈电片(6)以及天线辐射体(7)通过弹簧连接体实现物理连接，通过天线馈电片与天线辐射体的电容耦合实现馈电，并产生电磁辐射，利用秒针机械转动，改变天线馈电片与天线辐射体间距。
2.如权利要求1所述一种自调谐式宽频带智能手表天线，其特征在于，机械部分：秒轮通过秒针转轴与秒针及凸轮联动，凸轮的滑动引起凸轮高度变化，凸轮、天线馈电片及弹簧连接体一同产生高度变化，即随着秒针转动，天线馈电片与天线辐射体相对位置发生周期性变化。
3.如权利要求1所述一种自调谐式宽频带智能手表天线，其特征在于，天线部分：天线馈电片和天线辐射体两部分之间没有直接的金属连接，中间为空气。馈点接在天线馈电片上，天线辐射主要靠馈电片和天线辐射体共同作用产生。
4.如权利要求1所述一种自调谐式宽频带智能手表天线，其特征在于，天线馈电片与天线辐射体间等效为随时间周期性变化的耦合电容，耦合电容的大小随天线馈电片和天线辐射体相对位置变化而变化，随着耦合电容值的变化，天线匹配状态发生改变，从而实现不同频段的切换工作，达到宽频输出效果。
5.一种如权利要求1所述自调谐式宽频带智能手表天线的运作方法，其特征在于，该天线位于手表底面，通过与其上端天线馈电片的电容耦合实现馈电，随着秒针转动一周，天线馈电片上下周期性移动一次，天线馈电片与天线辐射体距离的变化改变天线馈电片与天线辐射体的耦合电容，两者距离越远，耦合电容越小，辐射频率向高频移动，从而实现不同天线匹配状态的切换，在较宽的频段范围实现宽频带高效率的天线辐射。
6.如权利要求5所述一种自调谐式宽频带智能手表天线的运作方法，其特征在于，机械部分：秒轮转动时带动秒针转轴及秒针旋转，同时使凸轮开始滑动，凸轮的滑动引起凸轮高度变化，凸轮、天线馈电片及弹簧连接体一同产生高度变化，即随着秒针转动，天线馈电片与天线辐射体相对位置发生周期性变化。
7.如权利要求5所述一种自调谐式宽频带智能手表天线的运作方法，其特征在于，天线部分：天线馈电片和天线辐射体两部分之间没有直接的金属连接，中间为空气。馈点接在天线馈电片上，天线辐射主要靠馈电片和天线辐射体共同作用产生，天线馈电片与天线辐射体间可等效为随时间周期性变化的耦合电容，耦合电容的大小随天线馈电片和天线辐射体相对位置变化而变化，随着耦合电容值的变化，天线匹配状态发生改变，从而实现不同频段的切换工作，达到宽频输出效果。
8.如权利要求5所述自调谐式宽频带智能手表天线的运作方法，其特征在于，天线总的动态频带范围可以达到1.8GHz到2.74GHz。
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