CN111585010B - 一种天线及可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线，该天线包括设置于介质层上的第一天线和第二天线，该天线还包括同轴线缆，同轴线缆中的中心导体为第一天线传输电流，外部导体为第二天线传输电流，以使第一天线和第二天线工作在不同的谐振频段，可见，本申请提供的天线仅需一个同轴线缆便可使得天线工作在双频段，在满足双频段的基础上，满足了天线小型化的需求，简化了天线的结构。本发明还公开了一种可穿戴设备，具有与上述天线相同的有益效果。

Description

一种天线及可穿戴设备
技术领域
本发明涉及天线设计技术领域，特别是涉及一种天线及可穿戴设备。
背景技术
随着可穿戴设备技术的发展，对可穿戴设备的功能需求也增多，相应地，可穿戴设备所需的天线数量及天线的频段等要求也随之增加，又考虑到可穿戴设备的空间有限，因此，还要求天线尽可能小型化，尽可能简单。因此，设计一种宽带多频、小型化且结构简单的天线成为目前的热点研究之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种天线及可穿戴设备，在满足双频段的基础上，满足了天线小型化的需求，简化了天线的结构。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种天线，包括介质层及设置于所述介质层上的工作在第一谐振频段的第一天线和工作在第二谐振频段的第二天线，还包括从内到外依次为中心导体、绝缘体、外部导体及外皮的同轴线缆，所述同轴线缆的一端与射频模组连接，所述同轴线缆的另一端的中心导体与所述第二天线的馈点连接，所述外部导体与所述第一天线的馈点连接。
优选地，所述第一天线包括第一辐射体和与所述第一辐射体连接的第二辐射体，所述第一天线的馈点设于所述第一辐射体上，所述第二辐射体为圆形；
所述第二天线包括第三辐射体和与所述第三辐射体连接的第四辐射体，所述第二天线的馈点设于所述第三辐射体上，所述第四辐射体为圆形。
优选地，所述第二辐射体和所述第四辐射体的半径相同。
优选地，所述第一辐射体为矩形辐射体；所述第三辐射体包括构成蛇形结构的第一子辐射段、第二子辐射段和第三子辐射段，所述第一子辐射段的一端与所述第四辐射体连接，另一端与所述第二子辐射段的一端连接，所述第二子辐射段的另一端与所述第三子辐射段的一端连接，所述第三子辐射段的另一端向第二天线方向延伸，所述第三子辐射段上设置有馈点，所述第一子辐射段与所述矩形辐射体的中心线共线，所述第二辐射体和所述第四辐射体的圆心均位于所述中心线上。
优选地，所述第二子辐射段与所述第一辐射段垂直，所述第三子辐射段与所述第一辐射段平行。
优选地，所述第一辐射体的长为1.41mm-1.45mm，宽为4.2mm-4.7mm，所述第二辐射体的半径为4.8mm-5.2mm。
优选地，所述第一子辐射段的长为13.03mm-13.43mm，宽为2.4mm-2.6mm，所述第二子辐射段的长为1.9mm-2.1mm，宽为0.4mm-0.6mm；所述第三子辐射段的长为6.3mm-6.7mm，宽为2.3mm-2.7mm。
优选地，所述第一谐振频段为5.725GHz-5.85GHz，第二谐振频段为2.42GHz-2.484GHz。
优选地，所述介质层为棉质介质层。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种可穿戴设备，包括如上述所述的天线。
本发明提供了一种天线，该天线包括设置于介质层上的第一天线和第二天线，该天线还包括同轴线缆，同轴线缆中的中心导体为第一天线传输电流，外部导体为第二天线传输电流，以使第一天线和第二天线工作在不同的谐振频段，可见，本申请提供的天线仅需一个同轴线缆便可使得天线工作在双频段，在满足双频段的基础上，满足了天线小型化的需求，简化了天线的结构。
本发明还提供了一种可穿戴设备，具有与上述天线相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种同轴线缆的内部组成示意图；
图2为本发明提供的一种天线的结构示意图；
图3为本发明提供的天线在通低频馈电流时的天线的电流分布图；
图4为本发明提供的天线在通高频馈电流时的天线的电流分布图；
图5为本发明提供的天线的反射系数图；
图6为本发明提供的天线的2.45G方向图；
图7为本发明提供的天线的5.8G方向图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种天线及可穿戴设备，在满足双频段的基础上，满足了天线小型化的需求，简化了天线的结构。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1和图2，其中，图1为本发明提供的一种同轴线缆的内部组成示意图，图2为本发明提供的一种天线的结构示意图，图2中的第一天线和第二天线为本实施例给出的一种具体结构，其中，图2中的三角形代表的是馈点。
该天线包括介质层1及设置于介质层1上的工作在第一谐振频段的第一天线2和工作在第二谐振频段的第二天线3，还包括从内到外依次为中心导体、绝缘体、外部导体及外皮的同轴线缆4，同轴线缆4的一端与射频模组连接，同轴线缆4的另一端的中心导体与第二天线3的馈点连接，外部导体与第一天线2的馈点连接。
为满足天线宽带多频及小型化的需求，本申请中，天线包括介质层1，介质层1上设置有第一天线2和第二天线3，其中，第一天线2工作在第一谐振频段，第二天线3工作在第二谐振频段。天线还包括同轴线缆4，同轴线缆4从内向外依次设置有中心导体、绝缘体、外部导体及外皮，同轴线缆4的一端与射频模组连接，同轴线缆4的另一端与天线连接，其中，中心导体与第二天线3的馈点连接，外部导体与第一天线2的馈点连接，天线工作时，中心导体和外部导体中均有电流，第一天线2和第二天线3接收到电流发生谐振。
在实际应用中，第一天线2和第二天线3可由0.05mm的铜带构成。此外，作为一种优选地实施例，第一谐振频段为5.725GHz-5.85GHz，第二谐振频段为2.42GHz-2.484GHz，可见，第一谐振频段和第二谐振频段覆盖了ISM(Industrial Scientific Medical)的带宽范围，覆盖了2.4GWiFi频段、5GWiFi频段和蓝牙频段。当然，这里的第一谐振频段和第二谐振频段还可以为其他频段，根据实际情况来定。
综上，本发的天线包括设置于介质层1上的第一天线2和第二天线3，该天线还包括同轴线缆4，同轴线缆4中的中心导体为第一天线2传输电流，外部导体为第二天线3传输电流，以使第一天线2和第二天线3工作在不同的谐振频段，可见，本申请提供的天线仅需一个同轴线缆4便可使得天线工作在双频段，在满足双频段的基础上，满足了天线小型化的需求，简化了天线的结构。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选地实施例，第一天线2包括第一辐射体21和与第一辐射体21连接的第二辐射体22，第一辐射体21上设置有馈点，第二辐射体22为圆形；
第二天线3包括第三辐射体和与第三辐射体连接的第四辐射体32，第三辐射体上设置有馈点，第四辐射体32为圆形。
具体地，本申请中，第一辐射体21上设置有馈点，接收到的电流在第一辐射体21和第二辐射体22上形成电场并辐射，本实施例中，第二辐射体22设置为圆形，可以使得电场辐射更均匀，有利于天线的全向辐射。
当然，这里的第二辐射体22还可以设置为其他形状，本申请在此不作特别的限定。
具体地，本申请中，第三辐射体上设置有馈点，接收到的电流在第三辐射体和第四辐射体32上形成电场并辐射，本实施例中，第四辐射体32设置为圆形，可以使得电场辐射更均匀，有利于天线的全向辐射。
当然，这里的第四辐射体32还可以设置为其他形状，本申请在此不作特别的限定。
作为一种优选地实施例，第二辐射体22和第四辐射体32的半径相同。
具体地，第二辐射体22和第四辐射体32均为圆形，本实施例中，第三辐射体和第四辐射体32的半径相等，从而进一步提高了天线的全向辐射性能。
作为一种优选地实施例，第一辐射体21为矩形辐射体；第三辐射体包括构成蛇形结构的第一子辐射段311、第二子辐射段312和第三子辐射段313，第一子辐射段311的一端与第四辐射体32连接，另一端与第二子辐射段312的一端连接，第二子辐射段312的另一端与第三子辐射段313的一端连接，第三子辐射段313的另一端向第二天线3方向延伸，第三子辐射段313上设置有馈点，第一子辐射段311与矩形辐射体的中心线共线，第二辐射体22和第四辐射体32的圆心均位于中心线上。
首先需要说明的是，本申请中，辐射段是指将天线的结构进行拆解，将相同方位结构划分为一段。
为了进一步减小天线的体积，本实施例中，第三辐射体设置为弯折结构，具体地，第三辐射体包括第一子辐射段311、第二子辐射段312和第三子辐射段313，且第一子辐射段311、第二子辐射段312和第三子辐射段313构成蛇形结构，该种设置在满足天线性能的基础上，进一步减小了天线的体积，节省了天线所占的空间。当然，这里的第三辐射体还可以设置成其他形状，根据实际情况来定。此外，第二辐射体22和第四辐射体32的圆心均位于中心线上，从而进一步提高了天线的全向辐射性能。
作为一种优选地实施例，第二子辐射段312与第一辐射段垂直，第三子辐射段313与第一辐射段平行。
具体地，为了进一步提高天线的全向辐射性能，本实施例中，第二子辐射段312与第一辐射段垂直，第三子辐射段313与第一辐射段平行。
作为一种优选地实施例，第一辐射体21的长为1.41mm-1.45mm，宽为4.2mm-4.7mm，第二辐射体22的半径为4.8mm-5.2mm。
作为一种优选地实施例，第一子辐射段311的长为13.03mm-13.43mm，宽为2.4mm-2.6mm，第二子辐射段312的长为1.9mm-2.1mm，宽为0.4mm-0.6mm；第三子辐射段313的长为6.3mm-6.7mm，宽为2.3mm-2.7mm。
在一种具体实现中，第一辐射体21的长为1.43mm，宽为4.5mm，第二辐射体22的半径为5mm；第一子辐射段311的长为13.23mm，宽为2.5mm，第二子辐射段312的长为2mm，宽为0.5mm；第三子辐射段313的长为6.5mm，宽为2.5mm。此外，馈点可以设置在距离第三子辐射段313与第二子辐射段312连接处向左5mm处，此时馈点还位于第一辐射体21的右下角处。
具体地，考虑到与第一天线和第二天线连接的射频前端的阻抗通常为50Ω，为了提高传输效率，本实施例中，通过上述第一辐射体21、第二辐射体22、第一子辐射段311、第二子辐射段312及第三子辐射段313的数值设计，将第一天线和第二天线的阻抗也均设置为50Ω，且由于第一天线和第二天线工作的谐振频段不同，因此，第一辐射体21、第二辐射体22、第一子辐射段311、第二子辐射段312及第三子辐射段313的宽度也不同。此外，为了使第一天线工作在高频段，第二天线工作在低频段，第一天线的长度比第二天线的长度要短。
请参照图3-图4，其中，图3为本发明提供的天线在通低频馈电流时的天线的电流分布图，图4为本发明提供的天线在通高频馈电流时的天线的电流分布图。
不难得到，在天线通低频馈电流时，馈电流此时主要流向第二天线3；在天线通高频馈电流时，馈电流此时主要流向第一天线2，不难得到，低频辐射主要在第二天线3上，高频辐射主要在第一天线2上。
请参照图5，图5为本发明提供的天线的反射系数图。
可见，本申请的天线谐振频率主要集中在2.5GHz和5.7GHz，带宽分别为373MHz和435MHz。
图6为本发明提供的天线的2.45G方向图，图7为本发明提供的天线的5.8G方向图。
不难得到，本申请提供的天线是一个全向辐射天线，方向性较好，能够满足实际需求。
对于天线的具体参数设置本申请在此不作特别的限定。
作为一种优选地实施例，介质层1为棉质介质层1。
具体地，本申请中，介质层1可以选用棉质介质层1，其中，棉质介质层1的介电常数可以但不仅限为1.44，基于该种设置，可以提高用户的穿戴舒适度，且重量更轻，更易于集成或者粘附到衣物上。当然，这里的介质层1还可以为其他类型的介质层1，根据实际情况来定。
本发明还提供了一种可穿戴设备，包括如上述的天线。
具体地，这里的可穿戴设备可以为移动式医疗检测设备，也可以是其他类型的可穿戴设备，本申请在此不作特别的限定。
对于本发明提供的可穿戴设备的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种天线，其特征在于，包括介质层及设置于所述介质层上的工作在第一谐振频段的第一天线和工作在第二谐振频段的第二天线，还包括从内到外依次为中心导体、绝缘体、外部导体及外皮的同轴线缆，所述同轴线缆的一端与射频模组连接，所述同轴线缆的另一端的中心导体与所述第二天线的馈点连接，所述外部导体与所述第一天线的馈点连接；
所述第一天线包括第一辐射体和与所述第一辐射体连接的第二辐射体，所述第一天线的馈点设于所述第一辐射体上，所述第二辐射体为圆形；
所述第二天线包括第三辐射体和与所述第三辐射体连接的第四辐射体，所述第二天线的馈点设于所述第三辐射体上，所述第四辐射体为圆形；
所述第一辐射体为矩形辐射体；所述第三辐射体包括构成蛇形结构的第一子辐射段、第二子辐射段和第三子辐射段，所述第一子辐射段的一端与所述第四辐射体连接，另一端与所述第二子辐射段的一端连接，所述第二子辐射段的另一端与所述第三子辐射段的一端连接，所述第三子辐射段的另一端向第二天线方向延伸，所述第三子辐射段上设置有馈点，所述第一子辐射段与所述矩形辐射体的中心线共线，所述第二辐射体和所述第四辐射体的圆心均位于所述中心线上。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二辐射体和所述第四辐射体的半径相同。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二子辐射段与所述第一辐射段垂直，所述第三子辐射段与所述第一辐射段平行。
4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体的长为1.41mm-1.45mm，宽为4.2mm-4.7mm，所述第二辐射体的半径为4.8mm-5.2mm。
5.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一子辐射段的长为13.03mm-13.43mm，宽为2.4mm-2.6mm，所述第二子辐射段的长为1.9mm-2.1mm，宽为0.4mm-0.6mm；所述第三子辐射段的长为6.3mm-6.7mm，宽为2.3mm-2.7mm。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一谐振频段为5.725GHz-5.85GHz，第二谐振频段为2.42GHz-2.484GHz。
7.如权利要求1至6任一项所述的天线，其特征在于，所述介质层为棉质介质层。
8.一种可穿戴设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的天线。
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