CN112368650A - 具有基于外壳的环形天线的腕戴式电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种配置成在两个频带中发送和接收无线信号的腕戴式电子设备，包括表圈环形天线、第一和第二信号处理元件、双工器和调谐元件。表圈环形天线具有第一阻抗，并被配置成同时无线接收第一和第二电子信号。第一和第二信号处理元件处理具有在第一频带中的频率的第一电子信号和具有在第二频带中的频率的第二电子信号。双工器被配置成接收第一和第二电子信号，并将第一电子信号输出到第一信号处理元件，将第二电子信号输出到第二信号处理元件。调谐元件具有第二阻抗，使表圈环形天线无线接收第一频带中的电子信号和第二频带中的电子信号。

Description

具有基于外壳的环形天线的腕戴式电子设备
背景技术
腕戴式电子设备通常包括可用于跟踪佩戴者的当前位置、行进的距离、速度和其他性能指标或数据的功能。这种功能可以通过从包括全球导航卫星系统(GNSS)在内的基于卫星的定位系统接收位置信息来提供。另外，这样的设备可以与其他电子设备、系统或网络进行无线通信，以监视用户的活动、跑步或骑自行车成绩、上传和下载数据、接收消息和信息，等等。用于发送和接收信息的通信协议可包括蓝牙、Wi-Fi或蜂窝信令协议。这样的设备还可包括用于从GNSS卫星接收信号和与其他电子设备进行无线通信的一个或多个天线。
发明内容
本技术的实施例提供一种具有改进的天线构成的腕戴式电子设备，所述天线构成允许所述设备在两个频带中发送和接收无线信号。所述电子设备大体包括外壳、表圈(bezel)、印刷电路板、第一频带元件、第二频带元件、双工器、第一导电元件、第二导电元件和天线。所述外壳包括配置成接触佩戴者的手腕的底壁和具有耦合到所述底壁的下缘的侧壁。由导电材料形成的表圈具有圆形形状，并且耦合到所述侧壁的上缘。所述印刷电路板保持导电的第一信号端子和导电的接地端子。所述第一频带元件保持在所述印刷电路板上，并被配置成处理包括第一频带中的频率的第一电子信号。所述第二频带元件保持在所述印刷电路板上，并被配置成处理包括第二频带中的频率的第二电子信号。所述双工器保持在所述印刷电路板上，并被配置成将所述第一电子信号和所述第二电子信号多路复用为第三电子信号。所述第一导电元件电连接到所述第一信号端子和所述表圈上的第一接触点。所述第二导电元件电连接到所述接地端子和所述表圈上的第二接触点。所述天线由所述第一导电元件、所述表圈在所述第一接触点和第二接触点之间的第一部分、以及所述第二导电元件形成。所述天线被配置为同时发送和/或接收第一无线信号和第二无线信号，并将所述第一无线信号和第二无线信号转换和多路复用为第三电子信号。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念下面将在具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不旨在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。根据实施例和附图的以下详细说明，本技术的其他方面和优点将是显而易见的。
附图说明
下面参考附图详细说明本技术的实施例，附图中：
图1A是按照本技术的实施例构造的腕戴式电子设备的前透视图，其特征在于腕带耦合到包含改进的天线构成的外壳；
图1B是腕戴式电子设备的后透视图；
图2是腕戴式电子设备的第一实施例的表圈的示意图，图解说明多个接触点和电子信号路径；
图3是腕戴式电子设备的各个电子组件的示意方框图；
图4是腕戴式电子设备的第一频带元件和第二频带元件的示意方框图；
图5是腕戴式电子设备的第一实施例的顶部透视图，其中表圈和显示器从外壳移除，以显露耦合到印刷电路板的多个导电元件；
图6是腕戴式电子设备的第一实施例的透视图，其中外壳的侧壁的一部分被切除，以显露导电元件。
图7是腕戴式电子设备的实施例的倒置(底部)透视图，其中外壳的底壁被切除，并且印刷电路板被移除，以显露从外壳的表圈向下延伸的调谐短截线；
图8是腕戴式电子设备的第一实施例的第一构成的示意方框图；
图9是腕戴式电子设备的第一实施例的第二构成的示意方框图；
图10是腕戴式电子设备的第一实施例的第三构成的示意方框图；
图11是腕戴式电子设备的第一实施例的第四构成的示意方框图；
图12是腕戴式电子设备的第一实施例的第五构成的示意方框图；
图13是腕戴式电子设备的第二实施例的顶部透视图，其中显示器从外壳移除，以显露电容耦合到表圈的辐射体；
图14是腕戴式电子设备的第二实施例的表圈的示意图，图解说明表圈和辐射体的相对定位；和
图15是腕戴式电子设备的第二实施例的第一构成的示意方框图。
附图并不将本技术局限于本文中公开和描述的具体实施例。虽然附图不一定提供图解所示的组件或结构的精确尺寸或公差，但是作为关于附图中所示结构的组件之间的关系的某些实施例的例子，附图是按比例绘制的。
具体实施方式
本技术的以下详细说明参考了附图，附图图解说明其中可以实践本技术的具体实施例。这些实施例旨在充分详细地说明本技术的各个方面，以使本领域的技术人员能够实践本技术。可以利用其他实施例，并且可以作出改变，而不脱离本技术范围的情况。于是，以下的详细说明不应被理解为限制性的。本技术的范围仅由所附的权利要求，连同这些权利要求的所有等同物来限定。
在本说明中，对“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”的引用意味所提及的一个或多个特征包括在本技术的至少一个实施例中。本说明中对“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”的单独引用不一定指的是同一个实施例，也不是相互排斥的，除非如此声明和/或除非根据说明，对本领域技术人员来说显而易见的。例如，在一个实施例中描述的特征、结构、动作等也可以包括在其他实施例中，但不是必然包括的。从而，本技术可包括本文中描述的实施例的各种组合和/或集成。
本技术的实施例涉及一种可佩戴在用户的手腕上并与其他设备、系统和网络进行无线通信的电子设备。所述电子设备可以是健身手表、腕戴式智能电话机、腕戴式导航设备、或者包括外壳和腕带、带子或其他附着机构的其他可佩戴的多功能电子设备。尽管所述电子设备通常佩戴在手腕，不过它也可以佩戴在用户身体的其他部位，比如前臂或上臂。通过从包括全球导航卫星系统(GNSS)在内的基于卫星的定位系统接收位置信号，所述电子设备可用于监视用户的当前位置、行进的距离、速度和其他性能指标。所述电子设备可以与其他设备以电子方式配对，比如佩戴在使用者胸部周围的心率监测器、附着在用户的鞋上用于测量慢跑或跑步节奏和距离的计步器、附着在用户自行车的曲柄臂和轮毂上用于跟踪骑自行车成绩的自行车速度和节奏传感器，等等。此外，所述电子设备能够与智能电话机、平板电脑、膝上型或桌上型计算机、Wi-Fi路由器、蜂窝塔等通信，以允许用户上传活动数据，下载应用，下载或流式播放音乐，接收文本消息、电子邮件和天气警报，等等。从而，所述电子设备可以用GNSS协议、蓝牙TM、Wi-Fi或蜂窝协议等来利用或处理信号。
通常，多种通信协议需要在设备的外壳内的多个天线来发送和接收无线信号。然而，将天线置于外壳的边界内使得来自一个天线的无线信号不干扰其他天线的无线信号是具有挑战性的。
本技术涉及一种具有改进的天线构成的腕戴式电子设备，所述天线构成利用外壳上的表圈来形成被配置成在两个频带中发送和接收无线信号的天线的至少一部分。所述电子设备还包括印刷电路板、第一频带元件、第二频带元件、双工器、第一导电元件、第二导电元件和辐射体。第一和第二频带元件保持在印刷电路板上。第一频带元件处理包括第一频带中的频率的第一电子信号，而第二频带元件处理包括第二频带中的频率的第二电子信号。双工器也保持在印刷电路板上，并被配置成将第一电子信号和第二电子信号多路复用为多路复用的第三电子信号。表圈具有圆形形状，并且耦合到外壳侧壁的上缘。应当理解的是表圈可以通过粘结连接、密封(例如，机械密封，水封等)、或者它们的任意组合耦合到侧壁。天线被配置成同时发送和/或接收第一无线信号和第二无线信号，并将第一无线信号和第二无线信号转换和多路复用为多路复用的第三电子信号。
在第一实施例中，天线由表圈的一部分、第一导电元件和第二导电元件形成。第一和第二导电元件各自从印刷电路板上的一点电连接到表圈上的一点。包括来自第一电子信号和第二电子信号的数据的第三电子信号直接耦合到天线，使得信号通过第一导电元件馈入，并通过第二导电元件返回电接地。
在第二实施例中，天线由辐射体和表圈形成，多路复用的第三电子信号通过辐射体电容性地耦合到天线，使得信号通过辐射体馈入和返回到电接地。辐射体可以沿着侧壁布置在表圈下面，并且电容性地耦合到表圈。
现在参考附图，更详细地说明本技术的实施例。首先参考图1-12，举例说明腕戴式电子设备10的第一实施例。电子设备10大体包括外壳12、显示器14、用户接口16、位置确定元件18、通信元件20、第一频带元件22、第二频带元件24、存储元件26、处理元件28、印刷电路板30、多个导电元件32、匹配元件34、调谐元件36、双工器38、表圈40、天线42和调谐短截线44。电子设备10还可包括腕带46、带子或者其他附着机构。
如图1A、1B、5和6中所示，外壳12通常容纳或保持电子设备10的其他组件，并且可以包括腕带46或附接到腕带46。外壳12可包括底壁48、至少一个侧壁50和内部空腔52。底壁48包括在用户佩戴电子设备10时接触用户手腕的下部外表面。侧壁50在侧壁50的下缘耦合到底壁48。在图中所示的例证实施例中，外壳12包括具有内表面和外表面的单个侧壁50，该侧壁50具有通常形成中空圆柱体的圆形或环形形状。在其他实施例中，侧壁50可具有卵形或椭圆形形状。在另外的其他实施例中，外壳12可包括多个侧壁50，所述多个侧壁50形成多种几何形状或多边形中的一种，比如三角形、正方形或矩形、六边形、八边形等等。
如图1A、3、5和6中所示，显示器14通常呈现上述信息，比如当日时间、当前位置等。显示器14可以用下技术之一来实现：发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、发光聚合物(LEP)或聚合物LED(PLED)、液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管(TFT)LCD、LED侧光或背光LCD等，或者它们的组合。在图中所示的例证实施例中，显示器14具有圆弧形或圆形形状。通常，显示器14可以具有与由外壳12的侧壁50形成的形状对应的形状。显示器14的外缘或周边可以使用粘接材料耦合到侧壁50。
用户接口16通常允许用户直接与电子设备10交互，可包括按钮、旋钮等。在图1A-3、5和6的例证实施例中，外壳12可包括位于侧壁50的通孔中的一个或多个按钮，所述一个或多个按钮起用户接口16的至少一部分的作用。在各个实施例中，显示器14可包括占据整个显示器14或其一部分的触摸屏，使得显示器14起用户接口16的至少一部分的作用。触摸屏可以允许用户通过在显示器14的区域上物理地触摸、滑动或做手势来与电子设备10交互。
位置确定元件18通常确定电子设备10的当前地理位置，并且可以接收和处理来自多星座全球导航卫星系统(GNSS)，比如在美国使用的全球定位系统(GPS)、在俄罗斯使用的GLONASS系统、在欧洲使用的伽利略系统等的射频(RF)信号。位置确定元件18可包括卫星导航接收器、处理器、控制器、其他计算设备或者它们的组合，以及存储器。位置确定元件18可以处理来自一颗或多颗卫星的射频(RF)信号，这里称为“位置电子信号”，该信号包括从其得出诸如当前地理位置之类的地理信息的数据。位置电子信号可具有在以约1575兆赫(MHz)为中心的频带(包括GPS星座的L1频带)中的载波频率。位置电子信号接收自天线42，下面将更详细地讨论。当前地理位置可包括电子设备10的当前位置的坐标，比如纬度和经度。位置确定元件18可以将当前地理位置传送给处理元件28、存储元件26或两者。
虽然位置确定元件18的实施例可以包括卫星导航接收器，不过会意识到可以使用其他位置确定技术。例如，代替卫星可以使用蜂窝塔或任何定制的发射射频塔，蜂窝塔或任何定制的发射射频塔可用于通过从至少三个发射位置接收数据，然后进行基本三角测量计算以确定设备相对于发射位置的相对位置，来确定电子设备10的位置。利用这种配置，可以使用任何标准的几何三角测量算法来确定电子设备的位置。位置确定元件18还可以包括计步器、加速度计、罗盘或允许它确定设备10的位置的其他航位推算组件，或者与所述计步器、加速度计、罗盘或其他航位推算部件耦合。位置确定元件18可以通过通信网络，比如通过使用辅助GPS(A-GPS)，或者从另一个电子设备确定当前地理位置。位置确定元件18甚至可以直接从用户接收位置数据。
通信元件20通常允许与除GPS系统之外的外部系统或设备通信。通信元件20可以包括信号或数据发送和接收电路，比如放大器、滤波器、混频器、振荡器、数字信号处理器(DSP)等。这些电路的各种组合可以形成发送、接收和处理诸如在下面的讨论中列出的信号之类的信号的收发器。通信元件20可通过利用符合工作在以约2.4千兆赫(GHz)为中心的频带或具有在该频带中的载波频率的通信标准的RF信号和/或数据来无线地建立通信，所述通信标准比如是BluetoothTM、低功耗BluetoothTM(BLE)、ANT、ANT+、工业、科学和医疗(ISM)频带、诸如Wi-Fi之类的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准等。在其他实施例中，通信元件20可以利用诸如蜂窝2G、3G、或4G、LTE、5G、诸如WiMAX之类的IEEE 802.16标准、或者它们的组合之类的通信标准。
在各个实施例中，电子设备10可被配置成使用多种通信协议或标准来建立通信，并且通信元件20可包括用于设备10可以进行通信的每种协议或标准，比如蓝牙TM、Wi-Fi等的收发器。例如，电子设备10可以利用蓝牙TM与运动相关的传感器，比如计步器、自行车速度和节奏传感器等，或者其他电子设备，比如无线耳机、智能电话机、平板电脑、膝上型计算机或桌上型计算机建立通信。电子设备10可以利用Wi-Fi与无线路由器或热点建立通信，以访问因特网或其他通信网络。
通信元件20可以发送和接收，或者传送射频通信电子信号，通信元件处理所述射频通信电子信号，以确定使用上面列出的协议任意之一接收的数据。通信元件20还生成包含在将使用上面列出的协议任意之一发送的通信电子信号中的数据。
第一频带元件22包括被配置成处理包括第一频带中的频率的电子信号的电子电路。在图4中所示的例证实施例中，第一频带元件22包括位置确定元件18，第一频带包括以大约1575MHz为中心的频率范围。在备选实施例中，第一频带元件22可以只包括通信元件20，从而第一频带可包括以大约2.4GHz为中心的频率范围。
第二频带元件24包括配置成处理包括第二频带中的频率的电子信号的电子电路。在图4中所示的例证实施例中，第二频带元件24包括通信元件20，第二频带包括以大约2.4GHz为中心的频率范围。
存储元件26可以用通常存储数据，特别是数字或二进制数据的设备或组件来体现，可包括例证的电子硬件数据存储设备或组件，比如只读存储器(ROM)、可编程ROM、可擦除可编程ROM、诸如静态RAM(SRAM)或动态RAM(DRAM)之类的随机存取存储器(RAM)、高速缓冲存储器、闪存、拇指驱动器、通用串行总线(USB)驱动器等，或者它们的组合。在一些实施例中，存储元件26可以嵌入或封装在与处理元件28相同的封装中。存储元件26可以包括或者可以构成“计算机可读介质”。存储元件26可以存储由处理元件28执行的指令、代码、代码语句、代码段、软件、固件、程序、应用程序、应用、服务，守护程序等。存储元件26还可以存储由处理元件28或者其中实现处理元件28的设备接收的数据。处理元件28还可以存储在处理、计算和/或运算期间生成的数据或中间结果，以及在处理、计算和/或运算之后的数据或最终结果。另外，存储元件26可存储设置、数据、文档、声音文件、照片、电影、图像、数据库等。
处理元件28可包括一个或多个处理器。处理元件28可包括电子硬件组件，比如微处理器(单核或多核)、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟和/或数字专用集成电路(ASIC)等，或者它们的组合。处理元件28通常可以执行，处理或运行指令、代码、代码段、代码语句、软件、固件、程序、应用程序、应用、进程、服务、守护程序等。处理元件28还可以包括硬件组件，比如寄存器、有限状态机、顺序和组合逻辑、以及能够进行为本发明的操作所需的功能的其他电子电路。在某些实施例中，处理元件28可包括单独封装但是起单一单元作用的多个计算组件和功能块。处理元件28可以通过包括通用总线、地址总线、数据总线、控制线等的串行或并行链路与其他电子组件进行电子通信。
如图5、6和8-12中所示，印刷电路板30通常提供用于向电子组件提供电力以及在电子组件之间提供电子通信的基板，所述电子组件比如是位置确定元件18、通信元件20、第一频带元件22、第二频带元件24、存储元件26、处理元件28、匹配元件34、调谐元件36和双工器38。印刷电路板30可被构造成具有第一表面或者说顶表面，和相对的第二表面或者说底表面。印刷电路板30还可以包括具有置于第一表面上的顶部导电层、置于第二表面上的底部导电层、位于第一表面和第二表面之间的一个或多个内部导电层的多个导电层，和在每对相邻导电层之间的绝缘层。绝缘层可以由硬化材料形成，所述硬化材料包括玻璃纤维、玻璃织物、哑光玻璃、棉纸、酚醛棉纸、聚酯、环氧树脂等的各种组合。导电层可以由通常包括铜，但还包括镍、铝、金、银、钯、锌、锡、铅等的金属形成。每个导电层可包括一个或多个导电迹线。导电迹线可用于传送电子信号，或者可以电连接到电源或接地。每个导电层可以另外或可替选地包括一个或多个信号、电源或接地焊盘或端子、全部或部分电源平面、或者全部或部分电接地平面。另外，印刷电路板30可包括电镀通孔、盲孔、埋孔等。电子组件可以在安装或保持在顶表面和/或底表面上的封装中实现。电子组件可以通过电子信号迹线相互通信。
印刷电路板30还包括通常保持在顶表面或底表面上的多个导电信号端子54。每个信号端子54电连接到一个信号迹线。在图中所示的例证实施例中，印刷电路板30包括电连接到信号迹线的第一信号端子54A，该信号迹线输送或传送RF电子信号，比如位置电子信号和/或通信电子信号。印刷电路板30包括电连接到调谐元件36的第二信号端子54B。
此外，印刷电路板30还包括通常保持在顶表面、底表面、或者沿着电镀边缘保持的至少一个导电接地端子56。接地端子56电连接到一个接地迹线或者接地平面。另外，印刷电路板30可以包括电连接到电源迹线或电源平面的电源端子。
如主要在图5和6中所示，每个导电元件32可由导电材料，比如金属和/或金属合金形成。在例证实施例中，每个导电元件32可包括弹簧针。另外或可替选地，导电元件32可包括导线、跳线、柱、柔性导体、夹具和/或弹簧结构等，或者它们的组合。在图中所示的实施例中，电子设备10包括第一导电元件32A、第二导电元件32B和第三导电元件32C。第一导电元件32A保持在印刷电路板30上，并且电连接到匹配元件34和表圈上的第一接触点(标记为“A”)，如图2中所示。第二导电元件32B保持在印刷电路板30上，并且电连接到电接地和表圈上的第二接触点(标记为“B”)。第三导电元件32C保持在印刷电路板30上，并且电连接到调谐元件36和表圈上的第三个点(标记为“C”)。
匹配元件34通常向天线42提供阻抗匹配，以便将最大功率从第一频带元件22、第二频带元件24或双工器38传给天线42。匹配元件34可包括形成LC电路、滤波器等、或者它们的组合的阻抗、电抗和/或电阻无源组件。在各个实施例中，阻抗可包括50欧姆。在一些实施例中，一个或多个组件可以电连接到电接地。匹配元件34具有与第一频带元件22、第二频带元件24或双工器38进行电子通信的第一端口，和通过第一信号端子54A和第一导电元件32A与天线42进行电子通信的第二端口。设置在匹配元件34中使用的组件的配置和值，以便针对第一频带和第二频带两者为天线42提供阻抗匹配。在通常的实践中，组件的配置和值只设置一次，不会被更改。在各个实施例中，当确定匹配元件34的组件的配置和值时，可考虑和/或计算包括S11、S12、S21和S22的二端口参数(two-port parameters)。
调谐元件36通常提供附加阻抗匹配，以使第一频带元件22、第二频带元件24或双工器38与在天线42的输入端的复阻抗匹配。调谐元件36可以包括阻抗、电抗和/或电阻无源组件，以及L网络、T网络、Pi网络、它们的组合等等。在一些实施例中，一个或多个组件可以电连接到电接地。调谐元件36可以通过第二信号端子54B和第三导电元件32与天线42进行电子通信。设置在调谐元件36中使用的组件的配置和值，以便针对第一频带和第二频带两者为天线42提供阻抗匹配。在通常的实施中，所述配置和值只设置一次，不会被更改。在一些实施例中，调谐元件36和匹配元件34组合工作，以便为天线和其他组件提供阻抗匹配。
双工器38通常提供第一电子信号和第二电子信号到第三电子信号的多路复用。通常，第一电子信号包括第一频带中的频率和数据，而第二电子信号包括不同于第一频带的第二频带中的频率和数据。多路复用的第三电子信号包括来自第一电子信号和第二电子信号每一个的频率和数据分量。另外，双工器从第三电子信号中多路分解(或取回，或分离)第一电子信号和第二电子信号。
双工器38可以由在第一和第二电子信号之间提供频率滤波和隔离的电子组件，通常为无源电子组件形成。双工器38包括与第一频带元件22通信第一电子信号的第一端口，与第二频带组件通信第二电子信号的第二端口，和与匹配元件34通信第三电子信号的第三端口。
如图1A和5-12中所示，表圈40可以位于外壳12的上表面上，并且通常可以覆盖显示器14的周缘或者环绕显示器14。表圈40可以是环形的，以符合圆形或椭圆形外壳12和显示器14的形状，使得表圈40可以定位在外壳12和显示器14的周边之间。表圈40可以具有形状与外壳12的上表面实质相同的外周边或外周向，以及形状与显示器14的外周边实质相同的内周边或内周向。例如，表圈40可以具有尺寸小于或近似等于显示器14的周边尺寸的内缘，和尺寸近似等于外壳12的上表面的周边尺寸的外缘。从而，表圈40可以是带有中心开口的圆形、方形或矩形，通过所述中心开口可以查看显示器14，不过在图中所示的例证实施例中，表圈40可以具有环形形状。
表圈40可以由可集成导电金属或半金属材料的任何材料形成，并且可以定位在或固定附着到金属或半金属外壳12的上壁的外表面上。在一些实施例中，表圈40能够大致围绕外壳12的上表面的中心旋转就位。在其他实施例中，表圈40可以牢固地附着到所述上表面，而不可旋转。在实施例中，表圈40可以与外壳12成为一体。例如，表圈40可以是带有中心开口的外壳12的升高或齐平部分，通过所述中心开口可以查看显示器14。
如图7-12中所示，天线42通常将无线RF电磁辐射(无线信号)转换成对应的电子信号，和将电子信号转换成对应的无线信号。天线42可同时发送和接收包括第一频带中的频率的第一无线信号，和包括第二频带中的频率的第二无线信号。在例证实施例中，天线42接收包括在以约1575MHz为中心的频带中的频率的位置无线信号，比如GNSS信号。同时，天线42发送和接收包括在以约2.4GHz为中心的频带中的频率的通信无线信号，比如蓝牙TM和/或Wi-Fi。
另外，天线42将第一无线信号转换成对应的第一电子信号，反之亦然，并且将第二无线信号转换成对应的第二电子信号，反之亦然。假定天线42通常同时发送和/或接收第一无线信号和第二无线信号，天线42将这两个无线信号转换并多路复用为第三电子信号，所述第三电子信号包括来自第一电子信号和第二电子信号每一个的频率和数据分量。在例证实施例中，天线42将位置无线信号和通信无线信号转换并多路复用为多路复用的第三电子信号，该第三电子信号包括来自位置电子信号和通信电子信号的频率和数据分量。
天线42通常被配置或实现为环形天线。或者，天线42可被配置或实现为缝隙天线、微带天线、贴片天线、线性天线、倒F天线、倒L天线、偶极天线等。天线42由第一导电元件32A、第二导电元件32B、和如图2中用“电子信号路径”所示，表圈40在第一导电元件32A的接触点A与第二导电元件32B的接触点B之间的部分，以及在实施例中，调谐短截线44形成。接触点A和接触点B之间的较长(逆时针方向)距离与较低频率(从而较长波长)的无线信号-在例证实施例中，即位置无线信号-的波长或波长的一部分相关、成比例、或者按照所述波长或其一部分而变化。
天线42通过第一信号端子54A从印刷电路板30，单独地或者作为第三电子信号组合地接收位置无线信号和通信无线信号。所述信号随后流过第一个导电元件32A，如图2中所示，表圈40的逆时针方向从接触点A到接触点B的部分，以及第二导电元件32B。位置无线信号和通信无线信号随后返回到印刷电路板30的电接地。
调谐短截线44通常提供通过天线42接收和/或发送一个或多个极化无线信号的性能的改进。调谐短截线44可具有伸长的弧形形状，并由诸如金属和/或金属合金之类的导电材料形成。在例证实施例中，调谐短截线44改善了接收GNSS位置无线信号的右手极化的性能。在一些实施例中，调谐短截线44的长度可以大体等于具有在第一频带中的频率的第一无线信号的波长的四分之一。或者，调谐短截线44的长度可以大体等于具有在第二频带中的频率的第二无线信号的波长的四分之一。
如通过移除底壁48和印刷电路板30(未图示)来描绘表壳12的内腔52的图7中所示，调谐短截线44可以接触表圈40的下表面。调谐短截线44的一个或多个部分可以紧靠侧壁50的内表面放置，并由紧靠侧壁50固定调谐短截线44的一个或多个保持元件56保持，使得调谐短截线44被置于印刷电路板30(未图示)和底壁48上方，并与印刷电路板30(未图示)和底壁48分离。在实施例中，调谐短截线44的一个或多个部分在与用户接口16关联的组合件的一部分下方和周围通过。调谐短截线44在接触点A和接触点B之间的天线信号路径上的某个点电连接到表圈40。如图7中所示，调谐短截线44可以在表圈40的下表面和印刷电路板30之间的空间中，以逆时针方式(当通过显示器14从正视图观察时)从表圈40向下延伸。
可以按多种构成来实现电子设备10。在图8中所示的第一构成中，电子设备10只包括第一频带元件22。第一频带元件22通过匹配元件34将第一电子信号传送到天线42，天线42发送和/或接收第一无线信号。天线42还将第一电子信号传回第一频带元件22。对于第一频带，匹配元件34和调谐元件36将天线的阻抗匹配为50欧姆。在典型实施例中，第一频带元件22包括位置确定元件18；第一电子信号是位置电子信号；而第一无线信号是位置无线信号，比如GNSS信号。在替换实施例中，第一频带元件22包括通信元件20；第一电子信号是通信电子信号；而第一无线信号是通信无线信号，比如蓝牙TM或Wi-Fi信号。
在图9中所示的第二构成中，电子设备10包括分别将第一电子信号和第二电子信号传送到双工器的第一频带元件22和第二频带元件24。双工器通过匹配元件34将多路复用的第三电子信号传送到天线42。天线42同时发送和接收第一无线信号和第二无线信号。天线42还将第三电子信号传回双工器38，双工器38又将第一电子信号传回第一频带元件22，将第二电子信号传回第二频带元件24。对于第一频带和第二频带，匹配元件34和调谐元件36将天线的阻抗匹配为50欧姆。在例证实施例中，第一频带元件22包括位置确定元件18；第一电子信号是位置电子信号；而第一无线信号是位置无线信号。第二频带元件24包括通信元件20；第二电子信号是通信电子信号；而第二无线信号是通信无线信号。
图10中所示的电子设备10的第三构成在结构和操作方面基本类似于图8的第一构成，除了第三构成包括耦合到天线42的调谐短截线44之外。从而，在接收右手极化GNSS位置无线信号(在第一频带)的性能方面有改进。
图11中所示的电子设备10的第四构成在结构和操作方面基本类似于图9的第二构成，除了第四构成包括耦合到天线42的调谐短截线44之外。从而，在接收右手极化GNSS位置无线信号的性能方面有改进。
图12中所示的电子设备10的第五构成在结构和操作方面基本类似于图11的第四构成，除了第五构成不包括保持在印刷电路板30上的调谐元件36之外。
参见图13-15，图中图解说明了在两个频带中发送和接收无线信号的腕戴式电子设备100的第二实施例。电子设备100大体至少包括外壳112、第一频带元件122、第二频带元件124、印刷电路板130、导电元件132、匹配元件134、双工器138、表圈140和调谐短截线144，它们中的每一个在结构和操作方面分别与上面说明的电子设备10的命名相同的组件基本相似。电子设备100还包括天线142和辐射体160。
第一频带元件122传送具有在第一频带中的频率的第一电子信号。在例证实施例中，第一频带元件122包括与位置确定元件18类似的位置确定元件。从而第一电子信号是位置电子信号。第二频带元件124传送具有在第二频带中的频率的第二电子信号。在例证实施例中，第二频带元件124包括与通信元件20类似的通信元件。从而第二电子信号是通信电子信号。双工器138将第一电子信号和第二电子信号多路复用为其频率和数据分量来自第一电子信号和第二电子信号每一个的第三电子信号。表圈140具有按照具有在第一频带中的频率的第一无线信号的第一波长而变化的周长。在例证实施例中，表圈140可具有近似等于第一波长的周长。
辐射体160由导电材料形成，并且如图13和14所示，通常具有平面的块状弧形形状，具有外半径边缘、内半径边缘及第一和第二相对端缘。辐射体160的形状也可被视为环形物的一部分。辐射体160具有按照具有第二频带中的频率的第二无线信号的波长或其一部分(比如，四分之一波长)而变化的长度。在例证实施例中，辐射体160可具有近似等于第二无线信号的四分之一波长的长度。在一端，辐射体160包括从平面部分向下延伸的突出部。所述突出部可通过与导电元件32类似的导电元件132电连接到印刷电路板130。辐射体160定位于表圈140的下表面附近，并且与所述下表面平行，在表圈140和辐射体160之间具有小间隙(空气间隙或非导电材料间隙)。表圈140的一部分与辐射体160重叠。
辐射体160通过匹配元件134与双工器138进行电子通信，以传送包括第一电子信号和第二电子信号的频率分量的第三电子信号。在备选实施例中，辐射体160可以通过第一匹配元件134与第一频带元件122进行电子通信，并通过第二匹配元件134与第二频带元件124进行电子通信。辐射体160与表圈140电容耦合，使得在第一频带和第二频带中的频率下，辐射体160在表圈140和匹配元件134之间电容性地耦合第三电子信号。
如图13-15中所示，天线142以与天线42基本相似的方式工作。从而，天线142可以同时发送和接收包括第一频带中的频率的第一无线信号和包括第二频带中的频率的第二无线信号。在例证实施例中，天线142接收包括在以约1575MHz为中心的频带中的频率的位置无线信号，比如GNSS信号。同时，天线142发送和接收包括在以约2.4GHz为中心的频带中的频率的通信无线信号，比如蓝牙TM和/或Wi-Fi。
另外，天线142将第一无线信号转换成对应的第一电子信号，反之亦然，并且将第二无线信号转换成对应的第二电子信号，反之亦然。假定天线142通常同时发送和/或接收第一无线信号和第二无线信号，天线142将这两个无线信号转换并多路复用为第三电子信号，所述第三电子信号包括来自第一电子信号和第二电子信号每一个的频率和数据分量。在例证实施例中，天线142将位置无线信号和通信无线信号转换并多路复用为包括来自位置电子信号和通信电子信号的频率和数据分量的第三电子信号。
天线142通常被配置或实现为环形天线。或者，天线142可被配置或实现为缝隙天线、微带天线、贴片天线、线性天线、倒F天线、倒L天线、偶极天线等。天线142由导电元件132、辐射体160和表圈140形成。天线142从印刷电路板130单独地或者组合作为第三电子信号地接收位置无线信号和通信无线信号。信号流经导电元件132到达辐射体160。在高频，比如至少以约1575MHz为中心的第一频带，辐射体160将信号电容性地耦合到表圈140。信号流经表圈140，然后通过辐射体160和导电元件132返回到印刷电路板130。
调谐短截线144可以在表圈140的下表面和印刷电路板130之间的空间中，以逆时针方式向下延伸。调谐短截线144的另一端与印刷电路板130的上表面电隔离。在例证实施例中，调谐短截线144改善天线142接收右手极化的GNSS位置无线信号的性能。
尽管参考附图中图解说明的实施例说明了本技术，不过应注意的是可以采用等同物并在此进行替换，而不脱离如在权利要求书中所述的本技术的范围。
在如此描述了本技术的各个实施例之后，声称是新的并且期望受专利证书保护的内容包括以下内容：

Claims (20)

1.一种被配置成在两个频带中发送和接收无线信号的腕戴式电子设备，所述电子设备包括：
外壳，所述外壳包括被配置成接触佩戴者的手腕的底壁和具有耦合到所述底壁的周边的下缘的侧壁；
表圈环形天线，所述表圈环形天线被配置成同时无线接收第一电子信号和第二电子信号，所述表圈环形天线由导电材料形成，具有第一阻抗，并且位于所述侧壁的上表面上方；
印刷电路板，所述印刷电路板保持电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第一接触点的导电信号端子、电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第二接触点的导电接地端子、和电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第三接触点的导电调谐端子；
第一信号处理元件，所述第一信号处理元件被保持在所述印刷电路板上，并被配置成处理具有第一频带中的频率的第一电子信号；
第二信号处理元件，所述第二信号处理元件被保持在所述印刷电路板上，并被配置成处理具有第二频带中的频率的第二电子信号；
双工器，所述双工器被保持在所述印刷电路板上，电连接到所述第一信号处理元件、所述第二信号处理元件和所述信号端子，所述双工器被配置成：
从所述信号端子接收第一电子信号和第二电子信号，和
将接收的第一电子信号输出到所述第一信号处理元件，并将接收的第二电子信号输出到所述第二信号处理元件；和
调谐元件，所述调谐元件被保持在所述印刷电路板上且电连接到所述调谐端子，并且具有使所述表圈环形天线无线地接收第一频带中的电子信号和第二频带中的电子信号的第二阻抗。
2.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，还包括：
形成所述信号端子与所述表圈上的第一接触点之间的电连接的第一导电元件；
形成所述接地端子与所述表圈环形天线上的第二接触点之间的电连接的第二导电元件。
3.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，其中所述第一频带以约1575兆赫为中心，并且所述第一信号处理元件还被配置成基于所述第一电子信号确定所述电子设备的当前地理位置。
4.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，其中所述第二频带以约2.4千兆赫为中心，并且所述第二信号处理元件还被配置成基于所述第二电子信号来确定通信信息。
5.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，其中所述第一电子信号是全球导航卫星系统信号，所述第二电子信号是通信信号。
6.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，其中所述双工器还被配置成从所述第二信号处理元件接收所述第二电子信号，并将所述第二电子信号输出到所述信号端子，其中所述表圈环形天线还被配置成无线地发送所述第二电子信号。
7.按照权利要求1所述的腕戴式电子设备，还包括电连接到所述表圈并且以逆时针方式从所述表圈向下延伸的调谐短截线，所述调谐短截线由导电材料形成，并被配置成改善接收具有圆极化的所述第一电子信号的所述表圈环形天线的辐射性能。
8.按照权利要求7所述的腕戴式电子设备，其中所述第一电子信号接收自全球导航卫星系统，并且所述圆极化是在所述第一频带的右手极化。
9.一种被配置成在两个频带中发送和接收无线信号的腕戴式电子设备，所述电子设备包括：
外壳，所述外壳包括被配置成接触佩戴者的手腕的底壁和具有耦合到所述底壁的周边的下缘的侧壁；
表圈环形天线，所述表圈环形天线被配置成同时无线接收第一电子信号和第二电子信号，所述表圈环形天线由导电材料形成，具有第一阻抗，并且位于所述侧壁的上表面上方；
印刷电路板，所述印刷电路板保持电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第一接触点的导电信号端子、电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第二接触点的导电接地端子、和电连接到所述表圈环形天线的下表面上的第三接触点的导电调谐端子；
位置确定元件，所述位置确定元件被保持在所述印刷电路板上，并被配置成接收具有第一频带中的频率的第一电子信号，并基于所述第一电子信号确定所述电子设备的当前地理位置；
通信元件，所述通信元件被保持在所述印刷电路板上，并被配置成处理具有第二频带中的频率的第二电子信号，并从多个无线通信协议确定数据；
双工器，所述双工器被保持在所述印刷电路板上，电连接到所述位置确定元件、所述通信元件和上信号端子，所述双工器被配置成：
从所述信号端子接收第一电子信号和第二电子信号，并将接收的第一电子信号输出给所述位置确定元件，和将第二电子信号输出给所述通信元件，和
从所述通信元件接收第二电子信号，并将所述第二电子信号输出给所述信号端子；和
调谐元件，所述调谐元件被保持在所述印刷电路板上且电连接到所述调谐端子，并且具有使所述表圈环形天线无线地接收第一频带中的第一电子信号和第二频带中的第二电子信号的第二阻抗；
其中所述表圈环形天线还被配置成无线地发送所述第二电子信号。
10.按照权利要求9所述的腕戴式电子设备，还包括：
形成所述信号端子与所述表圈上的第一接触点之间的电连接的第一导电元件；
形成所述接地端子与所述表圈上的第二接触点之间的电连接的第二导电元件。
11.按照权利要求9所述的腕戴式电子设备，其中所述第一电子信号接收自全球导航卫星系统，并且所述第二电子信号接收自移动设备。
12.按照权利要求9所述的腕戴式电子设备，还包括由导电材料形成的调谐短截线，所述调谐短截线电连接到所述表圈，并以逆时针方式从所述表圈向下延伸。
13.按照权利要求12所述的腕戴式电子设备，其中所述调谐短截线被配置成改善接收具有右手圆极化的所述第一电子信号的所述表圈环形天线的性能。
14.一种被配置成在两个频带中发送和接收无线信号的腕戴式电子设备，所述电子设备包括：
外壳，所述外壳包括被配置成接触佩戴者的手腕的底壁和包括耦合到所述底壁的周边的下缘的侧壁；
表圈环形天线，所述表圈环形天线被配置成同时无线接收第一电子信号和第二电子信号，所述表圈环形天线由导电材料形成，具有调谐短截线，并且位于所述侧壁的上表面上方；
位置确定元件，所述位置确定元件被配置成接收包括第一频带中的频率的第一电子信号，并基于所述第一电子信号确定所述电子设备的当前地理位置；
通信元件，所述通信元件被配置成处理包括第二频带中的频率的第二电子信号，并基于所述第二电子信号确定通信信息；和
双工器，所述双工器电连接到所述位置确定元件、所述通信元件和所述表圈环形天线，所述双工器被配置成从所述表圈环形天线接收所述第一电子信号和所述第二电子信号，并将接收的所述第一电子信号输出给所述位置确定元件，以及将所述第二电子信号输出给所述通信元件；
其中所述调谐短截线以逆时针方式从所述表圈环形天线向下延伸，并使所述表圈环形天线在第一频带具有右手圆极化。
15.按照权利要求14所述的腕戴式电子设备，其中所述调谐短截线的第一端接触所述表圈环形天线的下表面。
16.按照权利要求15所述的腕戴式电子设备，还包括印刷电路板，所述印刷电路板包括多个导电端子，其中所述调谐短截线的第二端沿着所述侧壁的内表面位于所述印刷电路板上方。
17.按照权利要求16所述的腕戴式电子设备，其中所述调谐短截线的第二端相对于所述调谐短截线的第一端位于逆时针方向的位置。
18.按照权利要求16所述的腕戴式电子设备，其中所述调谐短截线的第二端与所述印刷电路板电隔离。
19.按照权利要求16所述的腕戴式电子设备，还包括被保持在所述印刷电路板上并与所述多个导电端子之一电连接的调谐元件，其中所述调谐元件引入第二谐振，使所述表圈环形天线同时无线地接收第一频带中的电子信号和第二频带中的电子信号。
20.按照权利要求14所述的腕戴式电子设备，其中所述调谐短截线由导电材料形成。
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