CN111725614A - 一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于手表的小型化全频段网络天线，包括：金属环、基板、主天线、GPS&WiFi天线；主天线馈电点与金属环一侧端可通信连接，GPS&WiFi天线馈电点与金属环的另一侧端可通信连接；金属环在主天线馈电点和GPS&WiFi天线馈电点之间设有天线隔离地点，天线隔离地点用于金属环和接地地面的电连接，以隔离金属环形成主天线臂和GPS&WiFi天线臂；金属环在主天线馈电点和天线隔离地点之间设有射频开关，射频开关分别与金属环和接地地面电连接，以调节控制主天线的工作频段；金属环在GPS&WiFi天线馈电点和天线隔离地点之间设有电容，电容分别与金属环和接地地面电连接，以调节GPS&WiFi天线谐振。本发明具有天线集成度高、结构轻薄、多信号发送接收、辐射范围广的技术特点。

Description

一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备
技术领域
本发明属于移动通讯领域，尤其涉及一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备。
背景技术
随着智能硬件的发展，硬件的功能越来越强大，移动终端设备的体积也越来越小。传统的电子产品通过继承智能硬件可以具有较多的功能。比如，智能手表除了具有传统手表显示时间的功能外，还可以具有接听电话的功能。一般的具有接听功能的手表尺寸都较大、较厚，所以新的移动终端设备需要有一个非常有吸引力的外表，以让使用者喜欢。这些产品通常有一个薄的外形，更理想的是这些产品能够具有金属部分，尤其是金属环，金属边框。但是，这些金属部分往往会减弱天线性能，因此如何能应用这些金属部分提高天线效率，甚至拓展产品使用功能都是一个技术难点。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备，具有天线集成度高、结构轻薄、多信号发送接收、辐射范围广的技术特点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种用于手表的小型化全频段网络天线，包括：金属环、基板、主天线、GPS&WiFi天线；
所述主天线包括主天线馈电点、主天线射频开关接地点、主天线臂，所述GPS&WiFi天线包括GPS&WiFi天线馈电点、GPS&WiFi天线对地串位点、GPS&WiFi天线臂，所述基板设有接地地面；
所述主天线馈电点与所述金属环一侧端可通信连接，所述主天线馈电点用于所述主天线的信号接收与发送，所述GPS&WiFi天线馈电点与所述金属环的另一侧端可通信连接，所述GPS&WiFi天线馈电点用于所述GPS&WiFi天线的信号接收与发送；
所述金属环在所述主天线馈电点和所述GPS&WiFi天线馈电点之间设有天线隔离地点，所述天线隔离地点用于所述金属环和所述接地地面的电连接，以隔离所述金属环形成所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂，其中，所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂的边界处至少设有一个所述天线隔离点；
所述金属环在所述主天线馈电点和所述天线隔离地点之间设有射频开关，所述射频开关分别与所述金属环和所述接地地面电连接，以形成所述主天线射频开关接地点，所述射频开关用于调节控制所述主天线的工作频段；
所述金属环在所述GPS&WiFi天线馈电点和所述天线隔离地点之间设有电容，所述电容分别与所述金属环和所述接地地面电连接，以形成所述GPS&WiFi天线对地串位点，所述电容用于调节GPS&WiFi天线谐振。
根据本发明一实施例，还包括BT(bluetooth，蓝牙)天线，所述BT天线包括BT天线馈电点、BT天线臂、BT天线接地点，所述BT天线臂设于所述基板的表面或所述手表的绝缘外表面，所述BT天线馈电点设于所述手表的所述BT天线臂侧，所述BT天线馈电点和所述BT天线臂可通信连接，所述BT天线馈电点用于所述BT天线对信号接收与发送。
根据本发明一实施例，所述BT天线臂设于所述绝缘外表面时，所述BT天线臂具体设于所述绝缘外表面的远离手腕侧，以减小手腕对天线的吸收损耗。
根据本发明一实施例，所述BT天线为单极子天线或者IFA天线或者环天线或者PIFA天线或者槽天线或者集成于PCB板的陶瓷天线。
根据本发明一实施例，所述金属环为一体化结构或者拼接结构，所述一体化结构为所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂一体成型的结构，所述拼接结构为所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂拼接而成的结构。
根据本发明一实施例，所述主天线臂包括第一天线臂和第二天线臂，所述第一天线臂和所述第二天线臂共用一个所述主天线馈电点，以实现2G/3G/4G信号的接收与发送。
根据本发明一实施例，所述GPS&WiFi天线臂包括第三天线臂和第四天线臂，所述第三天线臂和所述第四天线臂共用一个所述GPS&WiFi天线馈电点，以实现GPS信号、WiFi信号的接收与发送。
根据本发明一实施例，所述射频开关为单刀四掷开关，以实现所述GPS&WiFi天线的工作频段的调节控制。
一种可穿戴电子设备，其特征在于，包括上述任意一项实施例所述的用于手表的小型化全频段网络天线。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明的主天线和GPS&WiFi天线共用金属环作为天线臂，金属环可以为圆形、方形、多边形等各种形状，其辐射面广，且主天线臂共用一个主天线馈电点，GPS&WiFi天线臂共用一个GPS&WiFi天线馈电点，由于主天线和GPS&WiFi天线的天线臂在同一个金属环上，故通过天线隔离点接地，进行天线臂隔离划分，减小了天线所需走线的区域，简化了结构，达到了天线集成度高、结构轻薄、辐射范围广的技术效果；同时，通过射频开关改变控制电平改变开关上对地的电容/电感值，以使天线谐振往相应的工作频段进行偏移，实现对主天线的工作频段进行调节控制，满足2G/3G/4G网络的信号的接收与发送，通过电容对GPS&WiFi天线谐振调节，满足GPS/WiFi信号的接收与发送，达到了多信号发送接收的技术效果；
2)本发明的BT天线设于基板上或者绝缘外表面的上，绝缘外表面时选择远离手腕的一侧为BT天线臂的位置，减小手腕对天线的吸收损耗，达到了信号损失小、多信号发送接收的技术效果；
3)本发明的金属环为一体化结构或者拼接结构，一体化结构将主天线和GPS/WiFi天线一体成型，结构简单，达到热天线集成度高的技术效果，拼接结构将主天线和GPS/WiFi天线拼接形成金属环，降低了两天线臂之间的耦合作用，达到了信号干扰小的技术效果。
附图说明
图1为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的天线俯视结构图；
图2为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的天线截面结构图；
图3为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的主天线反射系数；
图4为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的GPS/WiFi天线反射系数；
图5为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的BT天线反射系数；
图6为本发明的一种用于手表的小型化全频段网络天线的主天线与GPS/WiFi天线隔离度。
附图标记说明：
1：金属环；21：主天线馈电点；22：主天线射频开关接地点；31：GPS&WiFi天线馈电点；32：GPS&WiFi天线对地串位点；4：天线隔离地点；5：基板；6：电池；7：扬声器；8：绝缘外表面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1，本实施例提供一种用于手表的小型化全频段网络天线，包括：金属环1、基板5、主天线、GPS&WiFi天线；
主天线包括主天线馈电点21、主天线射频开关接地点22、主天线臂，GPS&WiFi天线包括GPS&WiFi天线馈电点31、GPS&WiFi天线对地串位点32、GPS&WiFi天线臂，基板5设有接地地面；
主天线馈电点21与金属环1一侧端可通信连接，主天线馈电点21用于主天线的信号接收与发送，GPS&WiFi天线馈电点31与金属环1的另一侧端可通信连接，GPS&WiFi天线馈电点31用于GPS&WiFi天线的信号接收与发送；
金属环1在主天线馈电点21和GPS&WiFi天线馈电点31之间设有天线隔离地点4，天线隔离地点4用于金属环1和接地地面的电连接，以隔离金属环1形成主天线臂和GPS&WiFi天线臂，其中，主天线臂和GPS&WiFi天线臂的边界处至少设有一个天线隔离点；
金属环1在主天线馈电点21和天线隔离地点4之间设有射频开关，射频开关分别与金属环1和接地地面电连接，以形成主天线射频开关接地点22，射频开关用于调节控制主天线的工作频段；
金属环1在GPS&WiFi天线馈电点31和天线隔离地点4之间设有电容，电容分别与金属环1和接地地面电连接，以形成GPS&WiFi天线对地串位点32，电容用于调节GPS&WiFi天线谐振。
现对本实施例进行详细地说明：
参看图1，其示出了本实施例的一种典型的手表结构俯视图，此种手表的典型外径可以为45mm，此外，中手表的外径还可以大于45mm或者小于45mm，具体手表外径的数值取决于手表的外形，本实施例不对手表的外径进行限定。图1中手表包括腕带、金属环1、镜片和显示屏、手表按钮，塑料外壳，其中镜片可以由玻璃或其它透明介质制成，其设置在显示屏的旁边且位于外侧，金属环1设在手表远离手腕侧，金属环1在本实施例中未圆形，同样地，也可以为方型、椭圆形等等多边形和不规则形状。
参看图1，图中示出了主天线和GPS&WiFi天线的天线布局：主天线馈电点21设于金属环1的一侧端，与主天线对应的最少三处天线接地点，一处接地点通过射频开关与接基板5的接地地面的连接，形成主天线射频开关接地点22，剩余两处接地点与铺设有地面的基板5连接，形成天线隔离点；GPS&WiFi天线馈电点31设于金属环1的另一侧端，与GPS&WiFi天线对应的最少有四处天线接地点，两处接地点可和主天线的两处天线隔离点共用，或者再设两处与接地地面电连接的接地点作为天线隔离点，另两处接地点通过电容与基板5的接地地面电连接，其中，本实施例的基板5采用的是PCB板，同样地，还可以为FPC板等。
较优地，本实施例还包括BT天线，BT天线包括BT天线馈电点、BT天线臂、BT天线接地点，BT天线臂设于基板5的表面或手表的绝缘外表面8，BT天线馈电点设于手表的BT天线臂侧，BT天线馈电点和BT天线臂可通信连接，BT天线馈电点用于BT天线对信号接收与发送。具体地，BT天线可以设置在塑料外壳外壁或者内壁，也可以用陶瓷天线集成于PCB板端。
具体地，主天线、GPS&WiFi天线、BT天线分别具有独立的馈源，这些馈源可以通过孔或使用适当的触点(例如弹簧夹，弹簧引脚)连接至无线电发射器，可使用不同匹配电路与天线进行适当匹配以达到期望阻抗。
参看图2，可以看到：金属环1设置在塑料环外壳上方、镜片、显示屏(包括FPC)的外围。塑料环外壳作为金属环1的支撑结构，同时，从基板5上伸出金属弹脚与金属环1接触，金属环1可以由不锈钢、铝、铜及其它类型金属制备而成。基板5设置在显示屏的下方，基板5下方可装设有电池6，其中，基板5为主DC接地，Speaker Box(扬声器7)设置在塑料外壳与印刷电路板之间，通过弹脚与PCB地连接。
金属环1可以与PCB电隔离，或可以基于ESD/EMC目的可DC电连接到地，但金属环1必须与地射频隔离，通常，地可以为PCB的一部分，PCB具有多个不同的若干导电轨迹或是多层方式，它们的一部分可以用于DC接地和部分用于RF接地，最典型的地是PCB板上的一金属层；此外，地也可以通过其它方式实现。
较优地，金属环1为一体化结构或者拼接结构，一体化结构为主天线臂和GPS&WiFi天线臂一体成型的结构，拼接结构为主天线臂和GPS&WiFi天线臂拼接而成的结构。
本实施例的金属环1为一体化结构或者拼接结构，一体化结构将主天线和GPS/WiFi天线一体成型，结构简单，达到热天线集成度高的技术效果，拼接结构将主天线和GPS/WiFi天线拼接形成金属环1，降低了两天线臂之间的耦合作用，达到了信号干扰小的技术效果。
较优地，主天线臂包括第一天线臂和第二天线臂，第一天线臂和第二天线臂共用一个主天线馈电点21，以实现2G/3G/4G信号的接收与发送。
较优地，GPS&WiFi天线臂包括第三天线臂和第四天线臂，第三天线臂和第四天线臂共用一个GPS&WiFi天线馈电点31，以实现GPS信号、WiFi信号的接收与发送。
具体地，金属环1为一封闭式结构，天线部分包括主天线部分及GPS&WiFi天线部分，主天线有两条天线臂，两条天线臂分别对应824～960MHz、1710～2500MHz功能天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点；GPS&WiFi天线有两条天线臂，两条天线臂分别对应1575MHz功能天线臂和对应2400～2500MHz功能天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点。主天线与GPS&WiFi天线两条天线臂之间共用最少一个下地点，用以提高天线之间的隔离度。
具体地，金属环1为两开口相对的U形拼接结构，天线部分包括主天线及GPS&WiFi天线，主天线同时对应824～960MHz、1710～2500MHz功能天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点；GPS&WiFi天线同时对应1575MHz功能天线臂和对应2400～2500MHz功能天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点。
具体地，本实施例的金属环1为对称结构，馈电点的选择可以根据铺设有地面的基板5布局进行选择，不仅仅局限于固定的一点，而接地点的选择大致位于相应工作频段二分之一波长处。
具体地，本实施例的一体成型结构和拼接结构的两种金属环1结构，都需要添加相应的隔离地点，其中，一体成型结构的金属环1天线隔离地点4最少需要两个，而拼接结构的金属环1，可在两条天线臂末端各添加一接地点，以降低两天线臂之间的耦合作用，金属环1结构不仅仅局限于金属环1结构，还可以是封闭的金属框结构。
具体地，主天线的一条天线臂对应824～960MHz 1710～2500MHz频段，需要添加一个射频开关以拓宽低/中频带宽，射频开关的位置越靠近电流0点处，调谐作用越明显，但是，相应射频开关所需的耐压值也会升高。
较优地，BT天线臂设于绝缘外表面8时，BT天线臂具体设于绝缘外表面8的远离手腕侧，以减小手腕对天线的吸收损耗。
具体地，BT天线设置在金属环1手表塑料外表面或者设置在基板5上，如若设置于手表塑料外壳上，考虑到手/手腕对天线的吸收损耗，可以将天线放置于两侧表带其中一侧，以减小手腕对天线的吸收损耗。
本实施例的BT天线设于基板5上或者绝缘外表面8的上，绝缘外表面8时选择远离手腕的一侧为BT天线臂的位置，减小手腕对天线的吸收损耗，达到了信号损失小、多信号发送接收的技术效果。
较优地，BT天线为单极子天线或者IFA天线或者环天线或者PIFA天线或者槽天线或者集成于PCB板的陶瓷天线。
较优地，射频开关为单刀四掷开关，以实现GPS&WiFi天线的工作频段的调节控制。
具体地，射频开关类型可以为单刀四掷开关，通过改变控制电平值，射频开关工作状态最多可有8种，依据天线调谐特性，改变开关上对地的电容/电感值，使天线谐振往相应的工作频段进行偏移。
本实施例的主天线和GPS&WiFi天线共用金属环1作为天线臂，金属环1可以为圆形、方形、多边形等各种形状，其辐射面广，且主天线臂共用一个主天线馈电点21，GPS&WiFi天线臂共用一个GPS&WiFi天线馈电点31，由于主天线和GPS&WiFi天线的天线臂在同一个金属环1上，故通过天线隔离点接地，进行天线臂隔离划分，减小了天线所需走线的区域，简化了结构，达到了天线集成度高、结构轻薄、辐射范围广的技术效果；同时，通过射频开关改变控制电平改变开关上对地的电容/电感值，以使天线谐振往相应的工作频段进行偏移，实现对主天线的工作频段进行调节控制，满足2G/3G/4G网络的信号的接收与发送，通过电容对GPS&WiFi天线谐振调节，满足GPS/WiFi信号的接收与发送，达到了多信号发送接收的技术效果。
参看下表1，表1为主天线在不同频段下的总效率，可知本实施例的主天线在2G、3G、4G的通信频段(824-960MHz，1710-2700MHz)，天线性能上有较好的表现，能够满足2G、3G、4G的通信频段通信要求。
表1
Figure BDA0002003985760000091
参看下表2，表2为GPS&WiFi天线在不同频段下的总效率，可知本实施例的GPS&WiFi天线在GPS&WiFi的通信频段，天线性能上有较好的表现，能够满足GPS&WiFi的通信频段通信要求。
表2
Figure BDA0002003985760000101
参看下表3，表3为BT天线在不同频段下的总效率，可知本实施例的BT天线在蓝牙的通信频段，天线性能上有较好的表现，能够满足蓝牙的通信频段通信要求。
表3
Figure BDA0002003985760000102
图3至5示出了本实施例的各天线的自由的反射系数，图6示出了主天线与GPS&WiFi天线的隔离度。由三种天线的反射系数可知，本实施例的主天线能够满足国内2G、3G、4G的通信频段要求，即824-960MHz，1710-2700MHz，GPS&WiFi天线和BT天线能够实现GPS、WIFI以及BT频段通信上无障碍。由主天线与GPS&WiFi天线的隔离度可知，本实施例的天线隔离点可实现主天线与GPS&WiFi天线的一体集成且相互隔离。
实施例2
本实施例提供一种基于实施例1的可穿戴电子设备，该可穿戴电子设备采用如实施例1中任意一项要求的小型化全频段网络天线。
该可穿戴电子设备设有小型化全频段网络天线，可实现国内2G、3G、4G、GPS、WiFi、BT的通信。
设有小型化全频段网络天线的可穿戴设备在通信和结构上具有以下技术优势：
1)主天线和GPS&WiFi天线共用金属环作为天线臂，金属环可以为圆形、方形、多边形等各种形状，其辐射面广，且主天线臂共用一个主天线馈电点，GPS&WiFi天线臂共用一个GPS&WiFi天线馈电点，由于主天线和GPS&WiFi天线的天线臂在同一个金属环上，故通过天线隔离点接地，进行天线臂隔离划分，减小了天线所需走线的区域，简化了结构，达到了天线集成度高、结构轻薄、辐射范围广的技术效果；同时，通过射频开关改变控制电平改变开关上对地的电容/电感值，以使天线谐振往相应的工作频段进行偏移，实现对主天线的工作频段进行调节控制，满足2G/3G/4G网络的信号的接收与发送，通过电容对GPS&WiFi天线谐振调节，满足GPS/WiFi信号的接收与发送，达到了多信号发送接收的技术效果；
2)BT天线设于基板上或者绝缘外表面的上，绝缘外表面时选择远离手腕的一侧为BT天线臂的位置，减小手腕对天线的吸收损耗，达到了信号损失小、多信号发送接收的技术效果；
3)金属环为一体化结构或者拼接结构，一体化结构将主天线和GPS/WiFi天线一体成型，结构简单，达到热天线集成度高的技术效果，拼接结构将主天线和GPS/WiFi天线拼接形成金属环，降低了两天线臂之间的耦合作用，达到了信号干扰小的技术效果。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，包括：金属环、基板、主天线、GPS&WiFi天线；
所述主天线包括主天线馈电点、主天线射频开关接地点、主天线臂，所述GPS&WiFi天线包括GPS&WiFi天线馈电点、GPS&WiFi天线对地串位点、GPS&WiFi天线臂，所述基板设有接地地面；
所述主天线馈电点与所述金属环一侧端可通信连接，所述主天线馈电点用于所述主天线的信号接收与发送，所述GPS&WiFi天线馈电点与所述金属环的另一侧端可通信连接，所述GPS&WiFi天线馈电点用于所述GPS&WiFi天线的信号接收与发送；
所述金属环在所述主天线馈电点和所述GPS&WiFi天线馈电点之间设有天线隔离地点，所述天线隔离地点用于所述金属环和所述接地地面的电连接，以隔离所述金属环形成所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂，其中，所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂的边界处至少设有一个所述天线隔离点；
所述金属环在所述主天线馈电点和所述天线隔离地点之间设有射频开关，所述射频开关分别与所述金属环和所述接地地面电连接，以形成所述主天线射频开关接地点，所述射频开关用于调节控制所述主天线的工作频段；
所述金属环在所述GPS&WiFi天线馈电点和所述天线隔离地点之间设有电容，所述电容分别与所述金属环和所述接地地面电连接，以形成所述GPS&WiFi天线对地串位点，所述电容用于调节GPS&WiFi天线谐振。
2.根据权利要求1所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，还包括BT天线，所述BT天线包括BT天线馈电点、BT天线臂、BT天线接地点，所述BT天线臂设于所述基板的表面或所述手表的绝缘外表面，所述BT天线馈电点设于所述手表的所述BT天线臂侧，所述BT天线馈电点和所述BT天线臂可通信连接，所述BT天线馈电点用于所述BT天线的信号接收与发送。
3.根据权利要求2所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述BT天线臂设于所述绝缘外表面时，所述BT天线臂具体设于所述绝缘外表面的远离手腕侧，以减小手腕对天线的吸收损耗。
4.根据权利要求2所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述BT天线为单极子天线或者IFA天线或者环天线或者PIFA天线或者槽天线或者集成于PCB板的陶瓷天线。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述金属环为一体化结构或者拼接结构，所述一体化结构为所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂一体成型的结构，所述拼接结构为所述主天线臂和所述GPS&WiFi天线臂拼接而成的结构。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述主天线臂包括第一天线臂和第二天线臂，所述第一天线臂和所述第二天线臂共用一个所述主天线馈电点，以实现2G/3G/4G信号的接收与发送。
7.根据权利要求6所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述GPS&WiFi天线臂包括第三天线臂和第四天线臂，所述第三天线臂和所述第四天线臂共用一个所述GPS&WiFi天线馈电点，以实现GPS信号、WiFi信号的接收与发送。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的用于手表的小型化全频段网络天线，其特征在于，所述射频开关为单刀四掷开关，以实现所述GPS&WiFi天线的工作频段的调节控制。
9.一种可穿戴电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的用于手表的小型化全频段网络天线。
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