CN112332080B - 一种智能手表天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能手表天线，通过利用金属机身作为天线辐射部分，有效减小了金属对传统内部天线恶化影响。利用端口匹配、开关可重构技术、被动频率可重构技术、耦合馈电方式实现天线单元小型化、宽频化、多频段。满足了天线设计空间狭小，覆盖带宽增多的需求。

Description

一种智能手表天线
技术领域
本发明涉及智能手表天线技术领域，具体涉及一种智能手表天线。
背景技术
经过30多年来发展，终端天线经历了由外置天线到内置天线，由单频，窄带天线到多频、宽带天线，由单天线到 MIMO 天线的转变。天线的形式也从最初单极子天线到单极子天线、平面倒F天线、缝隙天线、环天线等多种天线形式混合为了提高移动通信数据传输速率、通信质量和信道容量，MIMO技术成为第四代移动通信的天线设计新需求，MIMO天线系统在理想条件下具有最大信道容量，只有当天线与天线之间隔离度越高、相关性系数越小，MIMO天线系统的信道容量才能接近理论峰值。
随着对终端产品外观要求越来越高的情况下，一般产品都采用金属机身，在具有金属机身的终端内部设计天线，为了有效减小金属对天线性能的影响，常常会利用金属机身作为天线一部分进行设计，然而当金属机身同时作为多副天线的一部分，金属上的表面电流会相互影响，从而恶化天线之间的隔离度，因此如何提高共用金属结构的 MIMO 天线之间的隔离度具有较强的工程实用研究价值，因此有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种智能手表天线，其具有高隔离度的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种智能手表天线，包括有介质板，所述介质板的上方设置有电路板，所述电路板由环状的金属边框环绕一周构成，所述介质板开设有两个圆形的缝隙，每个所述缝隙的一端设置有三个断点，所述缝隙的一端设置有天线开关，所述天线开关可与断点连接，所述介质板上设置有馈电枝节，所述馈电枝节、金属边框和介质板构成天线单元。
优选的，所述缝隙的宽度设置为0.4mm。
优选的，所述天线单元设置为两个并且形成正交极化。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明结合终端天线设计需求，在终端设备中两个或者多个天线单元同时激励同一个金属辐射体的 MIMO 天线。金属边框完整不开槽缝，两天线单元同时利用金属边框作为天线的一部分产生辐射。每个天线单元由馈电枝节、金属边框、介质板组成。馈电枝节通过耦合馈电方式激励起金属边框与介质板之间构成的金属环，利用环天线多模谐振特点，实现多频段覆盖，由于环模天线能覆盖带宽有限，同时采用天线开关进行频率可重构技术，实现天线在四种状态切换，从而实现七个频段覆盖；
2、本发明最终实现主天线全频段覆盖，两个天线单元采用简单倒 F 天线形式，馈电枝节直接耦合方式馈电，使得金属边框作为天线的主要辐射结构，分集和主天线单元共用同一段金属边框，为了改善单元之间的隔离度，同时采用不同的馈电结构，让两个天线形成正交极化，进一步提升隔离度；
3、天线开关与同一个缝隙中的不同的断点连接可以调节出不同长度的缝隙实现本发明工作在全频段（ 698-960/1800-1900/UMTS/LTE2300/LTE2500），低频段698-960MHz，高频为 1710-2690MHz；
4、第一天线单元和第二天线单元形成的两端口仿真的回波损耗曲线重合，同时第一天线单元和第二天线单元在低频段的隔离度大于 14d B，在高频段的隔离度高于 20dB。这是由于低频谐振是由最外围大金属环形成的环天线模式产生，当第一天线单元和第二天线单元同时工作在低频段时，金属环上电流强度比高频时大，并且由于两天线共用同一个不开缝金属边框，所以天线之间会存在耦合电流，虽然低频的耦合电流大于高频，但是隔离度任然有-15d B，这是由于环天线特性所致，环天线工作时电流集中在环附近，两天线只要距离足够，就能保证天线之间的隔离度足够高。采用环天线形式即可以很好的结合金属边框外形，使金属边框作为天线一部分，同时又可以保证共体 MIMO 天线之间有较高隔离度。对于低频段 698-960MHz，天线的增益在-0.32-1.4d Bi 之间，天线的效率高于 43%，满足终端天线对低频段辐射效率高于 40%要求；在高频段 （1710-2690MHz）内，天线的增益在1.6-4.8d Bi 之间，对应的天线总效率变化范围为 59%-72%。该天线的增益与总效率的测量结果满足终端机对天线性能要求；
5、金属边框上缝隙宽度变化对天线性能影响较大，当金属缝隙宽度加宽，更加利于电场能量辐射，但是考虑到缝隙太宽影响终端产品的美观， 折中考虑，选择缝隙宽度为0.4mm，不会影响产品的美观；
6、本发明利用金属机身作为天线辐射部分，有效减小了金属对传统内部天线恶化影响。利用端口匹配、开关可重构技术、被动频率可重构技术、耦合馈电方式实现天线单元小型化、宽频化、多频段。满足了天线设计空间狭小，覆盖带宽增多的需求。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为实施例的S参数仿真结果图。
附图标记：1、介质板；2、金属边框；3、缝隙；4、断点；5、天线开关；6、馈电枝节。
具体实施方式
参照附图对本发明做进一步说明。
一种智能手表天线，包括有介质板1，所述介质板1的上方设置有电路板，所述电路板由环状的金属边框2环绕一周构成，所述介质板1开设有两个圆形的缝隙3，每个所述缝隙3的一端设置有三个断点4，所述缝隙3的一端设置有天线开关5，所述天线开关5可与断点4连接，所述介质板1上设置有馈电枝节6，所述馈电枝节6、金属边框2和介质板1构成天线单元，采用0.8mm厚的FR4介质板1做基板。
述缝隙3的宽度设置为0.4mm。
所述天线单元设置为两个并且形成正交极化，两个所述天线单元分别为第一天线单元和第二天线单元。
金属边框2完整且没有任何断点4。
本发明还可设置的第一天线单元和第二天线单元，数量可以是1个，2个或者2个以上，位置可以不在顶端，侧面也可以放置，根据实际布局需要。缝隙3的宽度和长度可以做调整以适应不同的情况。
图2中的S11为第一天线单元的参数图，S22为第二天线单元参数图，S12为第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度。
从图2可以看出主天线在698-960MHz的频带内效率达到30%，比普通方式提升了10%左右，分集天线的效率低频效率也基本在23%左右，两天线之间的隔离度S12基本在-15dB以下,基本满足 MIMO 天线对天线辐射特性的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种智能手表天线，包括有介质板，其特征在于：所述介质板的上方设置有电路板，所述电路板由环状的金属边框环绕一周构成，所述介质板开设有两个圆形的缝隙，每个所述缝隙的一端设置有三个断点，所述缝隙的一端设置有天线开关，所述天线开关可与断点连接，所述介质板上设置有馈电枝节，所述馈电枝节、金属边框和介质板构成天线单元，所述缝隙的宽度设置为0.4mm，所述天线单元设置为两个并且形成正交极化，两个所述天线单元分别为第一天线单元和第二天线单元，结合终端天线设计需求，在终端设备中两个或者多个天线单元同时激励同一个金属辐射体的 MIMO 天线，金属边框完整不开槽缝，两天线单元同时利用金属边框作为天线的一部分产生辐射，每个天线单元由馈电枝节、金属边框、介质板组成，馈电枝节通过耦合馈电方式激励起金属边框与介质板之间构成的金属环，利用环天线多模谐振特点，实现多频段覆盖，由于环模天线能覆盖带宽有限，同时采用天线开关进行频率可重构技术，实现天线在四种状态切换，从而实现五个频段覆盖，实现主天线全频段覆盖，两个天线单元采用简单倒 F 天线形式，馈电枝节直接耦合方式馈电，使得金属边框作为天线的主要辐射结构，第一天线单元和第二天线单元共用同一段金属边框，为了改善单元之间的隔离度，同时采用不同的馈电结构，让两个天线形成正交极化，进一步提升隔离度，天线开关与同一个缝隙中的不同的断点连接可以调节出不同长度的缝隙实现本发明工作在全频段698-960/1800-1900/UMTS/LTE2300/LTE2500，低频段698-960MHz，高频为1710-2690MHz。
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