CN111490345A - 可穿戴设备及其定位天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子通讯技术领域，提供一种定位天线及可穿戴设备，上述定位天线包括：环状辐射体，所述环状辐射体耦合连接有耦合体，所述耦合体沿所述环状辐射体的边缘延伸；与所述环状辐射体耦合连接的馈电枝节，所述馈电枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入射频信号；与所述环状辐射体耦合连接的接地枝节，所述接地枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入地电信号，上述定位天线的环状辐射体可产生右旋圆极化辐射，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时，环状辐射体所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。

Description

可穿戴设备及其定位天线
技术领域
本发明涉及电子通讯技术领域，尤其提供一种可穿戴设备及其定位天线。
背景技术
随着电子通信技术的不断发展，可穿戴设备越来越受到人们的青睐。
然而，可穿戴设备的定位精度却一直被人们所诟病。传统的可穿戴设备的定位天线多为线极化天线，但是导航卫星发出的信号通过电离层后为右旋圆极化信号，因此，可穿戴设备的定位天线无法全部接收导航卫星的信号；再者，导航卫星信号被地面、高楼、树木等奇次反射后，会变成左旋圆极化信号，产生的多径干扰会进一步降低影响可穿戴设备的定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可穿戴设备及其定位天线，旨在解决现有的可穿戴设备的定位精度较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种定位天线，包括：
环状辐射体，所述环状辐射体耦合连接有耦合体，所述耦合体沿所述环状辐射体的边缘延伸；
与所述环状辐射体耦合连接的馈电枝节，所述馈电枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入射频信号；
与所述环状辐射体耦合连接的接地枝节，所述接地枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入地电信号。
本发明提供的定位天线至少具有以下有益效果：通过馈电枝节进行耦合馈电，接地枝节耦合到地，同时利用沿环状辐射体的边缘延伸的耦合体与环状辐射体相互耦合，从而激励环状辐射体的两个辐射模式，两个辐射模式具有相同幅度和90度的相位差，即令环状辐射体产生右旋圆极化辐射，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时，环状辐射体所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。
在其中一实施例中，所述耦合体为通讯天线。
在其中一实施例中，所述耦合体的长度与所述环状辐射体的工作波长的对应。
在其中一实施例中，所述定位天线还包括设于所述环状辐射体的周缘上的多个电感器件。
在其中一实施例中，所述电感器件为集总电感或分布电感。
在其中一实施例中，所述馈电枝节与所述接地枝节在沿所述环状辐射体周缘的距离为所述环状辐射体的工作波长的0.125-0.375倍。
在其中一实施例中，所述馈电枝节为T型结构或L型结构。
在其中一实施例中，所述馈电枝节包括馈电臂和电容，所述电容设于所述馈电臂靠近所述环状辐射体的一端。
在其中一实施例中，所述接地枝节为T型结构或L型结构。
为实现上述目的，本发明还提供一种可穿戴设备，包括电路板和上述定位天线，所述定位天线的馈电枝节的馈源连接于所述电路板的射频端口，所述定位天线的接地枝节的接地脚连接于所述电路板的地电端口。
由于上述可穿戴设备采用了上述定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的可穿戴设备的结构示意图；
图2为图1所示可穿戴设备去掉壳体后的结构示意图；
图3为图1所示可穿戴设备去掉壳体和耦合体后的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的定位天线的S参数示意图；
图5为本发明实施例提供的定位天线的二维轴比示意图；
图6为本发明实施例提供的定位天线的二维轴比仿真图；
图7为本发明实施例提供的定位天线的二维右旋圆极化增益示意图；
图8为本发明实施例提供的定位天线的二维方向图。
其中，图中各附图标记：
10、定位天线，11、环状辐射体，111、第一边缘，112、第二边缘，12、耦合体，13、馈电枝节，131、第一耦合段，132、馈源段，14、接地枝节，141、第二耦合段，142、接地段，15、电感器件，20、电路板，30、壳体。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
请结合图1至图3所示，一种可穿戴设备，包括定位天线10和具有射频端口和地电端口的电路板20，可穿戴设备通过定位天线10接收导航卫星信号。
具体地，请结合图1所示，可穿戴设备还包括壳体30，电路板20和定位天线10均设于上述壳体30内。
下面结合附图对上述定位天线10进行详细描述。
请结合图1至图3所示，一种定位天线10，包括环状辐射体11、以及分别与环状辐射体11耦合连接的耦合体12、馈电枝节13和接地枝节14，环状辐射体11耦合连接有耦合体12，耦合体12沿环状辐射体11的边缘延伸，馈电枝节13远离环状辐射体11的一端连接于电路板20的射频端口，以接入射频信号，接地枝节14远离环状辐射体11的一端连接于电路板20的地电端口，以接入地电信号。
上述定位天线10通过馈电枝节13进行耦合馈电，接地枝节14耦合到地，同时利用沿环状辐射体11的边缘延伸的耦合体12与环状辐射体11相互耦合，从而激励环状辐射体11的两个辐射模式，两个辐射模式具有相同幅度和90度的相位差，即令环状辐射体11产生右旋圆极化辐射，从而使得定位天线10能够更好地接收导航卫星信号，同时，环状辐射体11所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线10的定位精度。
为实现定位天线10在中心频率为1575MHz的工作频段内谐振，环状辐射体11的周长设计为与工作波长相等。当然，环状辐射体11的周长也可根据定位天线10在不同的工作频段进行调整，在此不作具体限定。
具体地，请结合图1至图3所示，环状辐射体11为方形环状结构或圆环结构。当然，环状辐射体11也可采用诸如椭圆环状结构、圆角方形结构、矩形结构、圆角矩形结构等正交对称形状结构，在此不作具体限定。
在本实施例中，耦合体12为通讯天线。具体地，上述通讯天线可为可穿戴设备中诸如LTE(Long Term Evolution，长期演进)天线、WIFI(Wireless Fidelity，无线保真)天线等其它通讯天线，在此情形中，可穿戴设备中诸如LTE(Long Term Evolution，长期演进)天线、WIFI(Wireless Fidelity，无线保真)天线等其它通讯天线沿环状辐射体11的边缘延伸设置，以产生耦合效应，以此降低可穿戴设备中的其它天线使定位天线10的轴比恶化的风险，同时也可减少可穿戴设备中的部件数量，使可穿戴设备的结构更加紧凑。
当然，定位天线10也可采用结构金属件或电路板露铜作为耦合体12与环状辐射体11进行耦合，在此不作具体限定。
在本实施例中，耦合体12的长度与环状辐射体11的工作波长的对应。具体地，耦合体12的长度与环状辐射体11的工作波长基本相等，或者，耦合体12的长度为环状辐射体11的工作波长0.25倍。当然，耦合体12也可根据实际使用需要进行调整，在此不作具体限定。
在本实施例中，请结合图1至图3所示，定位天线10还包括设于环状辐射体11的周缘上的多个电感器件15。具体地，各电感器件15沿环状辐射体11的边缘间隔均匀地分布。由于可穿戴设备的内部安装空间紧凑，通过在环状辐射体11的本体上设置多个电感器件15，以缩小定位天线10尺寸，有效实现小型化，使定位天线10可适用于不同种类的可穿戴设备。
从图1至图3中可见，环状辐射体11上设有四个电感器件15，但并不仅限于此，定位天线10也可以根据不同的尺寸需要设置不同数量的电感器件15。
具体地，电感器件15为集总电感或分布电感。当电感器件15为分布电感时，环状辐射体11的边缘呈波浪状结构，以此保证环状辐射体11的周长达到设定值的同时，减少了环状辐射体11所占空间，以缩小定位天线10尺寸，有效实现小型化，使定位天线10可适用于不同种类的可穿戴设备。
在本实施例中，馈电枝节13与接地枝节14在沿环状辐射体11周缘的距离为环状辐射体11的工作波长的0.1倍～0.5倍，一般地选择0.125倍～0.375倍，可有效保证定位天线10的两种辐射模式的幅度相同特性和90度相位差特性。
当环形辐射体为方形结构、圆角方形结构、矩形结构或圆角矩形结构时，两个枝节分别耦合连接在环形辐射体两个相邻边。
在本实施例中，馈电枝节13为T型结构或L型结构。
具体地，请结合图1至图3所示，馈电枝节13包括用于与环状辐射体11耦合连接的第一耦合段131和与第一耦合段131相连接的馈源段132，馈源段132远离第一耦合段131的一端与电路板20的馈电端口连接，第一耦合段131的长边与环状辐射体11耦合连接。
更具体地，在馈电枝节13为T型结构的情形中，如图1至图3所示，馈电枝节13的横向段作为上述第一耦合段131与环状辐射体11耦合连接，馈电枝节13的竖向段作为上述馈源段132与电路板20的馈电端口连接；在馈电枝节13为L型结构的情形中，馈电枝节13的一线段作为上述第一耦合段131与环状辐射体11耦合连接，馈电枝节13的另一线段作为上述馈源段132与电路板20的馈电端口连接。
在本实施例中，接地枝节14为T型结构或L型结构。
具体地，请结合图1至图3所示，接地枝节14包括用于与环状辐射体11耦合连接的第二耦合段141和与第二耦合段141相连接的接地段142，接地段142远离第二耦合段141的一端与电路板20的地电端口连接，第二耦合段141的长边与环状辐射体11耦合连接。
更具体地，在接地枝节14为T型结构的情形中，接地枝节14的横向段作为上述第二耦合段141与环状辐射体11耦合连接，接地枝节14的竖向段作为上述接地段142与电路板20的地电端口连接；在接地枝节14为L型结构的情形中，接地枝节14的一线段作为上述第二耦合段141与环状辐射体11耦合连接，接地枝节14的另一线段作为上述接地段142与电路板20的地电端口连接。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：馈电枝节13包括馈电臂和电容，电容设于馈电臂靠近环状辐射体11的一端。其中，馈电臂远离电容的一端与电路板20的射频端口连接，馈电臂的另一端通过电容与环状辐射体11连接。
从图4可见，上述定位天线10在GPSL1频段-1575MHz处产生谐振，说明上述定位天线10有效实现了右旋圆极化辐射，对导航卫星信号接收良好。
从图5和图6可见，上述定位天线10工作在GPS L1频段-1575MHz时，定位天线10的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的轴比在1.5dB以下，上述定位天线10工作在GPS L1频段-1575MHz且切面为phi＝0°、90°时，在θ＝-60～70°范围内，定位天线10的轴比小于10dB，说明上述定位天线10的轴比特性较好，达到定位天线10的性能要求。
从图7和图8可见，上述定位天线10工作在GPS L1频段-1575MHz时，定位天线10的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的右旋圆极化增益在-4.3dB左右，比传统线极化天线的增益提高3dB左右，上述定位天线10的定位效果优于传统线极化天线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定位天线，其特征在于，包括：
环状辐射体，所述环状辐射体耦合连接有耦合体，所述耦合体沿所述环状辐射体的边缘延伸；
与所述环状辐射体耦合连接的馈电枝节，所述馈电枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入射频信号；
与所述环状辐射体耦合连接的接地枝节，所述接地枝节远离所述环状辐射体的一端用于接入地电信号。
2.根据权利要求1所述的定位天线，其特征在于：所述耦合体为通讯天线。
3.根据权利要求1所述的定位天线，其特征在于：所述耦合体的长度与所述环状辐射体的工作波长的对应。
4.根据权利要求1所述的定位天线，其特征在于：所述定位天线还包括设于所述环状辐射体的周缘上的多个电感器件。
5.根据权利要求4所述的定位天线，其特征在于：所述电感器件为集总电感或分布电感。
6.根据权利要求1所述的定位天线，其特征在于：所述馈电枝节与所述接地枝节在沿所述环状辐射体周缘的距离为所述环状辐射体的工作波长的0.125-0.375倍。
7.根据权利要求1-6任一项所述的定位天线，其特征在于：所述馈电枝节为T型结构或L型结构。
8.根据权利要求1-6任一项所述的定位天线，其特征在于：所述馈电枝节包括馈电臂和电容，所述电容设于所述馈电臂靠近所述环状辐射体的一端。
9.根据权利要求1-6任一项所述的定位天线，其特征在于：所述接地枝节为T型结构或L型结构。
10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括电路板和如权利要求1-9任一项所述的定位天线，所述定位天线的馈电枝节的馈源连接于所述电路板的射频端口，所述定位天线的接地枝节的接地脚连接于所述电路板的地电端口。
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