CN107546461A - 一种智能可穿戴产品的近场通信天线及智能可穿戴产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能可穿戴产品的近场通信天线及智能可穿戴产品，所述智能可穿戴产品具有至少一个可形成定向闭合电流路径的金属部件，所述通信天线包括辐射单元，与所述辐射单元耦合的馈电单元，其中，所述辐射单元接地，所述辐射单元为所述智能可穿戴产品的至少一个金属部件。在上述技术方案中，通过采用智能可穿戴产品的金属部件作为近场通信天线的辐射单元，降低了产生的涡流的可能性，提高了智能可穿戴产品的通信效果，同时，利用智能可穿戴产品上原来的存在的金属部件作为天线的一部分，无需增加天线线圈，便于智能可穿戴产品的薄型化发展。

Description

一种智能可穿戴产品的近场通信天线及智能可穿戴产品

技术领域

本发明涉及到通信的技术领域，尤其涉及到一种智能可穿戴产品的近场通信天线及智能可穿戴产品。

背景技术

随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念化走向商用化，新型可穿戴式设备不断推出，诸多科技公司也都开始在这个全新的领域深入探索。穿戴式智能设备是应用穿戴式设备对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如手表、手环、耳机、眼镜、手套、服饰及鞋等。而越来越多的穿戴式设备支持NFC(近场通信，Near Field Communication，NFC)支付功能，其NFC近场通信天线性能对提升用户体验至关重要。本文提出一种通过将差分信号转换成单端信号的元器件(例如巴伦元件)或电路利用智能可穿戴产品的金属部件来实现NFC近场通信天线性能的设计。

将传统NFC近场通信天线置于智能手表的屏幕下方方案，

NFC近场通信天线为常规线圈设计，置于屏幕和PCB之间，其中在PCB一面贴有铁氧体以抵消PCB上产生的涡流影响。

现有传统NFC近场通信天线置于屏幕底下的方案，其NFC性能受屏幕的影响很大；若手表带有金属表圈设计或有金属表体高于NFC近场通信天线的，则表圈和表体上产生的涡流也会使得NFC近场通信天线性能大打折扣；在智能手表及其他穿戴设备中布局空间往往非常紧张，而NFC近场通信天线的引入，会进一步增加整机厚度。

发明内容

本发明提供了一种智能可穿戴产品的近场通信天线及智能可穿戴产品，用以提高智能可穿戴产品的通信效果，并便于智能移动终端的薄型化发展。

本发明提供了一种智能可穿戴产品的近场通信天线，所述智能可穿戴产品具有至少一个可形成定向闭合电流路径的金属部件，所述通信天线包括辐射单元，与所述辐射单元耦合的馈电单元，其中，所述辐射单元接地，所述辐射单元为所述智能可穿戴产品的至少一个金属部件。

在上述技术方案中，通过采用智能可穿戴产品的金属部件作为近场通信天线的辐射单元，降低了产生的涡流的可能性，提高了智能可穿戴产品的通信效果，同时，利用智能可穿戴产品上原来的存在的金属部件作为天线的一部分，无需增加天线线圈，便于智能可穿戴产品的薄型化发展。

在一个具体的实施方案中，所述智能可穿戴产品为智能手表，智能可穿戴产品的金属部件可以为表体、表圈、表带、以及位于表体内的导电部件或者钢板等，在一个较佳的方案中，所述金属部件为所述智能可穿戴产品的表圈、表体或表带。

在本方案中，馈电单元为能够将差分信号转换成单端信号的元器件或电路将近场通信功能芯片输出的两路平衡差分信号转为非平衡单端信号馈到金属部件上一端，在具体选择时，所述馈电单元为巴伦元件。

在金属部件作为辐射单元时，为了提高通信的效果，所述金属部件具有至少一个缝隙，且所述金属部件形成每个缝隙的两端中一端与所述馈电单元耦合，另一端接地。即在具体制作时，可以选择具有一个缝隙或者多个缝隙的情况。

为了方便调整近场通信天线的频率，所述馈电单元的馈电点与所述辐射单元之间串联有用于调谐所述近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。或者采用所述辐射单元的接地点串联有用于调谐所述近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。

在一个具体的实施方案中，所述接地点的个数为多个。

作为一个优选的技术方案，所述辐射单元与所述智能可穿戴产品的印刷电路基板之间设置有用于抑制所述印刷电路基板引起的涡流的铁氧体。进一步的提高天线的通信效果。

本发明还提供了一种智能可穿戴产品，该产品包括表体、与所述表体连接的表带，以及上述任一项所述的近场通信天线，其中，所述馈电单元设置在所述表体内。

此外，该智能可穿戴产品还包括设置在所述表体内的高频天线，且所述高频天线的辐射单元与所述近场通信天线的辐射单元及馈电单元共用，且所述馈电单元的馈电点并联有电容及电感，其中，所述电容用于通高频并隔断近场信号，所述电感用于通近场信号并隔断高频；所述电容与所述高频天线连接的芯片连接，所述电感与所述近场通信天线连接的芯片连接。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能可穿戴产品的近场通信天线的拓扑图；

图2为本发明实施例提供的以表圈为辐射单元的近场通信天线的电流仿真图；

图3为本发明实施例提供的以表圈为辐射单元的近场通信天线的磁场仿真示意图；

图4为本发明实施例提供的以表圈为辐射单元的近场通信天线的调试结果示意图；

图5为本发明实施例提供的智能可穿戴产品的表体的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的以表体为辐射单元的近场通信天线的电流仿真图；

图7为本发明实施例提供的以不开缝的金属部件为辐射单元的近场通信天线的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的以表带为辐射单元的近场通信天线的结构框图。

附图标记：

1-芯片 2-馈电单元 3-辐射单元

4-表体 5-馈电点 6-电容 7-芯片

8-电感 9-电感 10-电容

11-表带 12-匹配电路

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种智能可穿戴产品的近场通信天线，智能可穿戴产品具有至少一个可形成定向闭合电流路径的金属部件，通信天线包括辐射单元，与辐射单元耦合的馈电单元，其中，辐射单元接地，辐射单元为智能可穿戴产品的至少一个金属部件。

在上述实施例中，通过采用智能可穿戴产品的金属部件作为近场通信天线的辐射单元，降低了产生的涡流的可能性，提高了智能可穿戴产品的通信效果，同时，利用智能可穿戴产品上原来的存在的金属部件作为天线的一部分，无需增加天线线圈，便于智能可穿戴产品的薄型化发展。

为了方便理解本发明实施例提供的智能可穿戴产品的天线的结构以及原理，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种智能手表、手环等智能可穿戴产品的NFC天线性能实现方案，在不增加整机厚度的情况下有效提升NFC天线性能，满足当前穿戴设备中NFC性能需求。

在本实施例中，提供了一种利用智能可穿戴产品(例如手表和手环等)中可形成定向闭合电流路径的金属部件(例如金属表圈、表体或表带等)作为NFC天线的辐射单元3。通过馈电单元2将芯片1(NFC功能芯片)输出的两路平衡差分信号转为非平衡单端信号馈到金属部件上一端、并在该金属部件的另一端接地而形成一电流回路，从而产生磁场来实现NFC天线性能。本发明实现的电路拓扑图如图1所示，其中，馈电单元2为能够将差分信号转换成单端信号的元器件或电路，在本实施例中，该馈电单元2为巴伦元件，该巴伦元件与辐射单元3耦合以传递信号。

在具体连接时，馈电和接地点的实现可以是弹脚、焊接、螺钉、BtoB、金属一体化等方式进行电连接；即通过现有技术中的连接方式实现电连接。

在实施方案中，智能可穿戴产品为智能手表，且该智能可穿戴产品的金属部件可以为表体、表圈、表带、以及位于表体内的导电部件或者钢板等，下面分别对其进行详细说明。

在一个具体的实施例中，为了提高通信的效果，金属部件具有至少一个缝隙，且金属部件形成每个缝隙的两端中的一端与所述馈电单元耦合，另一端接地。即在具体制作时，可以选择具有一个缝隙或者多个缝隙的情况。

以智能手表金属表圈作为NFC天线为例，在本实施例中，表圈进行了开封处理，通过巴伦元件将芯片1输出的NFC平衡信号转换为非平衡单端信号输出，在金属环上缝隙一端馈电、另一端接地，形成一电流回路，如图2所示，图2为仿真效果图，其中，battery为巴伦，PCB为芯片1，在表圈上形成顺时针方向的电流回路，从而产生图3所示磁场，其中，图3为本实施例提供的智能可穿戴产品的天线的磁场仿真示意图，在表圈内部产生向下的磁通量。

在本实施例中，表体和表圈没有直接电连接，通过将差分信号转换成单端信号的元器件或电路(即馈电单元2，例如巴伦元件)将芯片1输出的两路平衡信号转为非平衡信号馈到表圈上缝隙一端，在缝隙另一端接地，形成一电流回路。此外，为了方便调整近场通信天线的频率，馈电单元2的馈电点与辐射单元3之间串联有用于调谐近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。或者采用辐射单元3的接地点串联有用于调谐近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。即在馈点或接地点串联大电感来调谐此NFC天线的电感量和谐振长度，从而改变天线的通信频率。

该制具实验时阻抗调试结果如图4所示，图4为本发明实施例提供的以表圈为辐射单元的近场通信天线的调试结果示意图；在图4中可以看出，本实施例提供的天线可以满足芯片1所需的阻抗要求。POS机VIVOpay4800刷卡5cm以上，可通过EMVco Level1标准，通过软件优化寄存器可保证Level 1有一定余量，满足当前智能手表中的应用需求。

在另一个实施例中，如图5所示，利用智能手环的金属侧环(即表体4)作为NFC天线，手环底壳非金属，在金属侧环上开缝(表体4整体开缝)，通过将差分信号转换成单端信号的元器件或电路(即馈电单元2，例如巴伦元件)将芯片1输出的两路平衡信号转为非平衡信号馈到表圈上缝隙一端，在缝隙另一端接地，形成一电流回路，实现NFC天线性能。在接地点串联270nH大电感来调谐此NFC天线的电感量和谐振长度。

该制具调试结果，POS机VIVOpay4800刷卡7cm，可通过EMVco Level1标准，且余量充足，满足当前智能手环的使用场景。

在第三个具体的实施例中，差分信号转换成单端信号的元器件或电路(即馈电单元2，例如巴伦元件)将芯片1输出平衡信号转为一路非平衡信号直接馈到封闭(即无开缝)的表体或表圈上，在表体或表圈另一端较远处选择接地，如图6所示电流分布，会形成两条电流路径。根据右手螺旋定则，两个电流路径分别产生两个方向的磁场。

如图7所示实施例在产品中具体实现方案，可与其他通讯天线，即高频天线(如GPS、BT、WiFi、3G、LTE等)共用馈点及辐射单元3，其中通讯天线通路上串联大电容6通高频、隔NFC，NFC通路串联大电感8通NF C、隔高频。同时预留三个接地点，通路上预留出匹配位以便选择是否为其他通讯天线或NFC天线接地。

即该智能可穿戴产品还包括设置在表体4内的高频天线，且高频天线的辐射单元及馈电单元与近场通信天线的辐射单元及馈电单元共用，且馈电单元的馈电点5并联有电容6及电感8，其中，电容6用于通高频并隔断近场信号，电感8用于通近场信号并隔断高频；电容6与高频天线连接的芯片7连接，电感8与近场通信天线连接的芯片1连接。通过在馈点加合路器来实现NFC天线与其他天线共用馈点；并且通过串联电容6/电感8，利用其选频特性达到NFC天线和其他高频天线用同一结构件实现，并共用接地点和馈点的目的。此外，通过在接地点串联电容10或电感9实现调整天线的电感量和谐振长度，从而实现降低天线占用的空间面积，便于整个智能可穿戴产品的薄型化发展。

在第四个具体的实施例中，如图8所示，差分信号转换成单端信号的元器件或电路(即馈电单元2，例如巴伦元件)将芯片1输出平衡信号转为一路非平衡信号直接馈到可穿戴产品的表带11一角上，在表带11的另一角上接地，如图8所示所形成的电流路径，从而生成一定方向的磁场。

在一个具体的实施例中，如图8所示，表体和表带11为金属架构。金属表带11与金属表体间保留一定的间隙(或用绝缘部分隔离)，其中缝隙的大小为2.5mm×16mm。表带11和表体的连接处，一端通过线缆，穿过表体，并通过匹配电路12与表内部的芯片1连接，即为馈电端；另一端直接和表体的金属部分连接，即为接地端。

通过上述具体的四个实施例可以看出，在本实施例中可以采用智能可穿戴产品中的不同的金属部件作为NFC天线的辐射单元，具体的如下：

其智能可穿戴产品架构不局限于金属架构，也可以是非金属架构或部分金属部分非金属，具体实现包括但不局限于：

表圈和表体均为金属，利用表圈作为NFC天线，表圈和表体没有电连接，底壳可以是金属、非金属或部分金属；

表圈金属、表体非金属，利用表圈作为NFC天线，底壳可以是金属、非金属或部分金属；

表圈非金属、表体金属，利用表体作为NFC天线，底壳可以是金属、非金属或部分金属，底壳和表体没有电连接；

表圈和表体一体式，或无表圈，表体开缝或者不开缝，作为NFC天线，底壳可以是金属、非金属或部分金属，底壳和表体没有电连接；

表圈和表体均为非金属，可通过在结构件上的金属走线(如LDS、FPC、钢片或线圈等金属部件)实现。

可直接利用结构件本身实现，也可通过结构件与其他金属部件(如LDS、FPC、钢片或线圈等)结合的方式实现。

应当理解的是上述具体实施例仅仅是一个具体的实例列举，本发明实施例中提供的NFC的辐射单元包含任何采用智能可穿戴产品中的能够形成环形电路的任何一个金属部件。

此外，在具体设置时，为了避免印刷电路基板产生的涡流对通信造成的影响，在本实施例提供的智能可穿戴产品中还包括用于抑制印刷电路基板引起的涡流的铁氧体。在具体设置时，铁氧体设置在辐射单元与所述智能可穿戴产品的印刷电路基板之间，即通过添加铁氧体，以减弱金属或元器件对NFC天线性能的影响，从而改善天线的通信性能。

在一个具体的实施例方式中，NFC天线的单个金属部件可以有单点或者多点接地点，从而可以形成单个或者多个闭合电流路径，已改善天线的通信性能；

并且在本实施例提供的NFC天线中，辐射单元不仅限于一个金属部件，可以为多个，即NFC天线可以有多个金属部件、多个接地点和多个馈电点可并联实现，以改善天线的通信性能。

本发明实施例还提供了一种智能可穿戴产品，该产品包括表体、与表体连接的表带，以及上述任一项的近场通信天线，其中，馈电单元设置在表体内。

在上述实施例中，利用智能可穿戴产品中的金属件(例如金属表圈、表体或表带等)上作为NFC天线的设计方案，通过将差分信号转换成单端信号的元器件或电路(例如巴伦元件)将NFC功能芯片输出的两路平衡信号转为非平衡信号馈到金属件上一端，在金属件另一端接地，形成一电流环路作为NFC天线。从改善了天线的通信效果，并且便于智能可穿戴产品的薄型化发展。

此外，在本实施例中，智能可穿戴产品还包括设置在表体内的高频天线，且高频天线的辐射单元与近场通信天线的辐射单元及馈电单元共用，且馈电单元的馈电点并联有电容及电感，其中，电容用于通高频并隔断近场信号，电感用于通近场信号并隔断高频；电容与高频天线连接的芯片连接，电感与近场通信天线连接的芯片连接。通过在馈点加合路器来实现NFC天线与其他天线共用馈点；并且通过串联电容/电感元件，利用其选频特性达到NFC天线和其他高频天线用同一结构件实现，并共用接地点和馈点的目的。从而实现降低天线占用的空间面积，便于整个智能可穿戴产品的薄型化发展。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述智能可穿戴产品具有至少一个可形成定向闭合电流路径的金属部件，所述通信天线包括辐射单元，与所述辐射单元耦合的馈电单元，其中，所述辐射单元接地，所述辐射单元为所述智能可穿戴产品的至少一个金属部件。

2.如权利要求1所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述智能可穿戴产品为智能手表，所述金属部件为所述智能可穿戴产品的表圈、表体或表带。

3.如权利要求1所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述馈电单元为巴伦元件。

4.如权利要求2所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述金属部件具有至少一个缝隙，且所述金属部件形成每个缝隙的两端中的一端与所述馈电单元耦合，另一端接地。

5.如权利要求1所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述馈电单元的馈电点与所述辐射单元之间串联有用于调谐所述近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。

6.如权利要求1所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述辐射单元的接地点串联有用于调谐所述近场通信天线的电感量和谐振长度的电感或电容。

7.如权利要求1所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述接地点的个数为多个。

8.如权利要求1～7任一项所述的智能可穿戴产品的近场通信天线，其特征在于，所述辐射单元与所述智能可穿戴产品的印刷电路基板之间设置有用于抑制所述印刷电路基板引起的涡流的铁氧体。

9.一种智能可穿戴产品，其特征在于，包括表体、与所述表体连接的表带，以及如权利要求1～8任一项所述的近场通信天线，其中，所述馈电单元设置在所述表体内。

10.如权利要求9所述的智能可穿戴产品，其特征在于，还包括设置在所述表体内的高频天线，且所述高频天线的辐射单元与所述近场通信天线的辐射单元及馈电单元共用，且所述馈电单元的馈电点并联有电容及电感，其中，所述电容用于通高频并隔断近场信号，所述电感用于通近场信号并隔断高频；所述电容与所述高频天线连接的芯片连接，所述电感与所述近场通信天线连接的芯片连接。