CN112993547A - 电子设备及其天线结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及智能终端技术领域，具体提供了一种电子设备及其天线结构的制作方法。电子设备包括基于柔性编织物的接地底板和所述底板上设置的天线结构，所述天线结构包括：第一辐射体，所述第一辐射体形成工作频段为第一通信频段的第一天线和工作频段为第二通信频段的第二天线；其中，所述第一天线为圆极化天线，所述第二天线由所述第一辐射体上开设的多个缝隙形成，所述多个缝隙在所述第一辐射体上依次环绕围合设置。本公开电子设备的天线结构对设备空间占用更小，易于其他表面共形且设备定位精度更高。

Description

电子设备及其天线结构的制作方法

技术领域

本公开涉及智能终端技术领域，具体涉及电子设备及其天线结构的制作方法。

背景技术

随着智能可穿戴设备的发展，可穿戴设备可以利用传感器采集用户信息，例如生物信息、运动参数等等，并且通常需要与绑定设备建立无线通讯连接，从而将传感器采集到的信息等传输至终端设备。

以基于电子墨水传感器的可穿戴设备为例，电子墨水传感器喷涂或绘制在人体皮肤表面上，用来采集人体生物电信号。为了实现对采集的生物电信号进行传输，可穿戴设备还需要设置天线系统。然而，受限于设备体积空间，用于可穿戴设备的天线设计一直是重要的研究方向。

发明内容

第一方面，本公开实施方式提供了一种电子设备，包括接地的底板和所述底板上设置的天线结构，所述天线结构包括：

第一辐射体，所述第一辐射体形成工作频段为第一通信频段的第一天线和工作频段为第二通信频段的第二天线；

其中，所述第一天线为圆极化天线，所述第二天线由所述第一辐射体上开设的多个缝隙形成，所述多个缝隙在所述第一辐射体上依次环绕围合设置。

在一些实施方式中，所述天线结构还包括位于所述底板与所述第一辐射体之间的介质基板，所述底板、所述介质基板以及所述第一辐射体采用柔性编织材料制成。

在一些实施方式中，所述多个缝隙在所述第一辐射体上围合形成的环绕形状，与所述第一辐射体的外边缘形状基本相同，且所述多个缝隙关于环绕中心呈对称设置。

在一些实施方式中，所述第一辐射体上的馈电点位于所述多个缝隙围合形成的环绕形状的内部。

在一些实施方式中，所述多个缝隙围绕所述第一辐射体的馈电点设置。

在一些实施方式中，对于每一个所述缝隙，包括围合形成环绕形状的围合部和设置于所述围合部的至少一端的延长部，所述延长部朝向所述环绕形状内侧弯折。

在一些实施方式中，所述多个缝隙中，相邻两个缝隙的临近端具有间隔，所述间隔部分形成所述多个缝隙围合形状内部与外部辐射体的连接端。

在一些实施方式中，所述第二通信频段包括所述第二天线产生的多阶谐振频段。

在一些实施方式中，所述第二天线被配置为在包括2.4GHz和5GHz的频段产生谐振。

在一些实施方式中，所述的电子设备，还包括：

第三天线，包括第二辐射体，设置于所述第一辐射体上由所述多个缝隙围合形成的环绕形状内部，所述第三天线被配置为在第三通信频段产生谐振。

在一些实施方式中，所述第二辐射体由通过在所述第一辐射体的所述环绕形状内部开设闭合缝隙形成的。

在一些实施方式中，所述的电子设备，还包括：

由至少两个第三辐射体形成的天线组，所述第三天线和所述天线组被配置为在包括超宽带天线的频段产生谐振。

在一些实施方式中，所述电子设备包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：

设备主体，所述天线结构设于所述设备主体内部；和

电子墨水传感器，与所述设备主体电性连接。

第二方面，本公开实施方式提供了一种制作电子设备的天线结构的方法，天线结构包括第一天线和第二天线，所述方法包括：

在所述天线结构的第一辐射体上设置馈电，形成圆极化的第一天线；

在所述第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线。

在一些实施方式中，所述第一辐射体为板状辐射体。

在一些实施方式中，在所述第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线，包括：

在所述第一辐射体上，开设多个关于围绕中心对称的缝隙，形成所述第二天线。

在一些实施方式中，在所述第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线，包括：

在所述第一辐射体上，开设多个围绕形状与所述第一辐射体外边缘形状基本相同的缝隙，形成所述第二天线。

在一些实施方式中，所述天线结构还包括第三天线，所述方法还包括：

在所述多个缝隙围绕形状的内部，开设环绕的闭合缝隙，以使闭合缝隙内部形成第二辐射体；

对所述第二辐射体设置馈电，形成所述第三天线。

本公开实施方式的电子设备，包括接地的底板和底板上设置的天线结构，天线结构包括第一辐射体，第一辐射体形成工作频段为第一通信频段的第一天线和工作频段为第二通信频段的第二天线，其中第一天线为圆极化天线，而第二天线由第一辐射体上开设多个缝隙形成，多个缝隙在第一辐射体上依次环绕围合设置，从而在原有的圆极化天线基础上增加缝隙天线，减少天线结构对设备空间的占用。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，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是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的剖面图。

图2是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的第一辐射体的结构图。

图3是根据本公开一些实施方式中第一辐射体的结构示意图。

图4是根据本公开另一些实施方式中第一辐射体的结构示意图。

图5是根据本公开另一些实施方式中第一辐射体的结构示意图。

图6是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构示意图。

图7是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的示意图。

图8是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的回波损耗曲线图。

图9是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的总效率曲线图。

图10是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的右旋圆极化GPS的轴比随频率的变化曲线。

图11是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构在XoZ平面的左旋和右旋圆极化的增益图。

图12是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构在YoZ平面的左旋和右旋圆极化的增益图。

图13是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的右旋圆极化GPS天线的三维总辐射方向图。

图14是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的第二天线在2.45GHz的三维总辐射方向图。

图15是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的第二天线在5.5GHz的三维总辐射方向图。

图16是根据本公开一些实施方式中第一辐射体的结构示意图。

图17是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的回波损耗和天线效率曲线。

图18是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

智能电子设备为了与外界保持通信连接或数据传输，往往会包括多个天线结构。以可穿戴设备为例，可穿戴设备往往需要与智能终端建立无线通信连接，从而将可穿戴设备采集的人体生理参数或者运动信息传输给智能终端，这就需要可穿戴设备中设置用来通信的天线。例如，可穿戴设备中可以设置蓝牙、WiFi或NFC(近场通信，Near FieldCommunication)等天线，以与智能终端建立相应连接；又例如，可穿戴设备还可以设置GPS等卫星定位天线，以实现定位功能。

由此可见，智能电子设备中需要设置多个天线结构。但是，电子设备往往受限于设备体积，其内部空间十分有限，尤其对于可穿戴设备，过多的天线结构会占用其他器件的空间，例如占用电池放置空间，导致电池容量减小。因此，电子设备的天线结构的设计一直是重要研究方向之一。

基于上述相关技术中存在的缺陷，本公开实施方式提供了一种电子设备及其天线结构的制作方法，以减少设备的天线结构对设备空间的占用。

第一方面，本公开实施方式提供了一种电子设备，在一些实施方式中，该电子设备可以是包括天线系统的任何适于实施的设备类型，例如智能手机、平板电脑、可穿戴设备、车载电脑等，本公开对此不作限制。当然，可以理解，本公开实施方式旨在减小天线结构对设备空间的占用，因此在体积空间较小的设备上具有更好的效果，例如智能可穿戴设备等，但是本公开并不以此为限。

如图1所示，本公开电子设备包括底板100和设于底板100上的天线结构。在一些实现方式中，底板100为接地的金属板，其可以作为天线系统的地，底板100上方设有第一辐射体300，可选地，底板100和第一辐射体300之间还可以设置有其他部件，例如，底板100和第一辐射体300中间设置有介质基板200，也即，第一辐射体300、介质基板200和底板100依次层叠设置。其中，底板100和第一辐射体300可以是导体材质，例如两者均为片状的金属层，介质基板200为绝缘材料制成的介质填充层。此外，该电子设备还可以设置有其他部件，例如射频模组、显示模组、处理器等一项或任意多项，本公开实施例对此不做限定。

第一辐射体300与底板100在馈电点410通过馈电线缆400连接。在一个示例中，馈电线缆400采用50欧姆的同轴线，同轴线的外层的地线与底板100电性连接，同轴线的内芯的一端与第一辐射体300电性连接，内芯的另一端连接到设备的射频模组(附图未示出)，从而使得射频模组通过同轴线对第一辐射体300馈电，进而使得第一辐射体300作为天线的激发源产生谐振信号。通过改变馈电线缆400与第一辐射体300连接的馈电点410的位置以及第一辐射体300的形状和大小，可以实现对天线谐振频率的调整。

在以上设置的基础上，本公开实施例的天线结构能够同时实现工作频段为第一通信频段的第一天线和工作频段为第二通信频段的第二天线。其中，第一天线为圆极化天线，第二天线为第一辐射体上开设的多个缝隙环绕围合形成的缝隙天线。

首先，电子设备的天线结构能够实现圆极化的第一天线。

由于圆极化天线所产生的圆极化波可以被任何方向的线极化天线所接收，同时圆极化天线也可以接受任何线极化的来波，具有良好的天线性能，故卫星定位或侦查干扰等场景中可以采用圆极化天线。在天线效率相当的情况下，地面设备利用圆极化天线接收到的卫星信号强度相较于线极化天线有3dB左右的提升；同时，圆极化天线还能在复杂环境下增强接收设备的抗干扰能力，进而可以得到更精确的定位等功能。

圆极化天线可以视为两个等幅正交且相位差90°的线极化电流实现，对于圆极化天线，其实现方式有很多种，本公开对此不作限制。例如图2示例了一种实现圆极化天线的辐射体结构，下面进行说明。可选地，在本示例中，第一天线可以为微带天线，微带天线也称为贴片天线、平板天线等，但本公开实施例对此不做限定。

如图2所示，在本示例中，第一辐射体300为正方形，正方形的其中一组对角具有切角结构，在本示例中，切角结构为等腰直角三角形。可以理解，切角结构也可以是矩形或者其他形状，同样可以实现圆极化，本公开对此不作限制。馈电点410位于正方形一条边的中垂线上，在馈电之后，第一辐射体300上产生的线电流方向如图中箭头所示，两个线电流等幅正交且相位差90°，从而形成圆极化波。

可以理解，图2示例仅作为本公开圆极化天线的一种示例，本示例并不代表本公开圆极化微带天线的所有实施方式。例如，在另一个示例中，第一辐射体300为矩形，并且矩形的两个邻边的边长接近但不相等，馈电点410位于矩形对角线上。在馈电之后，第一辐射体300上同样可以产生的两个等幅正交且相位差90°的线电流，从而形成圆极化波。又例如，在另一个示例中，第一辐射体300为椭圆，并且椭圆的长轴和短轴较为接近，馈电点410位于长轴与短轴夹角的角平分线上。在馈电之后，第一辐射体300上同样可以产生的两个等幅正交且相位差90°的线电流，从而形成圆极化波。本公开对此不再枚举。

对于上述的圆极化的第一天线，通过改变第一辐射体300的大小、形状、馈电点410的位置等一项或多项，即可实现对第一通信频段的调整。例如，以实现圆极化GPS卫星定位天线为例，GPS天线的L1频段的中心频率约为1.575GHz，通过调整第一辐射体300和馈电点410的设置，将天线的谐振频率调整至1.575GHz，也即第一通信频段为包括1.575GHz，从而实现GPS卫星定位天线的圆极化。

其次，第一辐射体300在实现第一天线的基础上，还可以通过设置缝隙来实现第二天线，即缝隙天线。然而，缝隙的设置不能破坏第一天线的圆极化。据此，可以在第一辐射体300上开设多个环绕设置的缝隙，以形成对称结构。

在一个示例中，多个缝隙在第一辐射体300上依次环绕围合成圆形；在另一个示例中，多个缝隙在第一辐射体300上依次环绕围合成矩形或其他对称形状，本公开对此不作限制。

在一些实施方式中，如图3、图4所示，第一辐射体300上开设的多个缝隙对称地环绕围合设置，相邻两个缝隙的临近端之间具有间隔，该间隔部分形成多个缝隙围合形状内部与外部辐射体的连接端320。连接端320使得缝隙围合的内部与外圈的辐射体部分形成有效的连接。连接端320的长度本领域技术人员可以根据具体需求相应设置，本公开对此不作限制。

在一些实施例中，缝隙天线为半波长天线，也即每个缝隙的有效电长度为其第一阶谐振波长的二分之一。因此，在本公开实施方式中，每个缝隙的有效电长度设置为所其谐振波长的二分之一。在第一辐射体300上开设的缝隙形成第二天线，通过调整缝隙的长度，可实现对第二通信频段的调整。

在一个示例中，以利用第二天线实现蓝牙/WiFi天线为例进行说明。如图3所示，在本示例中，第一辐射体300以上述图2中切角矩形实现。馈电点410设于矩形其中一条边的中垂线上，在此情况下，第一辐射体300上的两个正交电流沿对角线方向分布，设置矩形的对角线长度为第一通信频段波长的二分之一。

第一辐射体300上开设有4个缝隙，蓝牙/WiFi天线的通信频段的中心工作频率为2.4GHz，从而可以计算得到蓝牙/WiFi天线的波长，每个缝隙的有效电长度均为蓝牙/WiFi天线波长的二分之一。可以理解，在自由空间下，缝隙的物理长度即为缝隙天线的有效电长度，而在装配结构下，设备的其他结构(例如缝隙填充介质、屏幕组件等)会影响缝隙的电长度，此时缝隙天线的电长度可以不等于物理长度。本领域技术人员对此可以理解，并且基于相关知识可以充分实施，本公开不再赘述。

4个缝隙在第一辐射体300上依次环绕围合设置，并且4个缝隙关于环绕中心呈中心对称，其围合形状与第一辐射体300外边缘形状基本相同，同样为矩形。

在本示例中，馈电点410可位于多个缝隙的围合形状的内部，也即多个缝隙围绕馈电点410设置，馈电点410在围合形状内部的位置可以根据需要具体设置。在本示例中，由于馈电点410位于围合形状的内部，距离各个缝隙的距离较近，从而可以更好地激发缝隙的谐振，提高多个缝隙形成的第二天线的效率。

但是可以理解，在其他实施方式中，馈电点410的位置也可以设置在多个缝隙围合形状之外，本公开不再赘述。

在一个示例中，通过切角矩形的第一辐射体300实现圆极化的第一天线，并且通过第一辐射体300上开设的多个环绕围合的缝隙，在不破坏圆极化的第一天线的基础上，进一步实现第二天线。也即，利用一个天线结构，同时实现两个或多个谐振频段，大大减小了天线结构对设备空间的占用。

在另一个示例中，仍以利用多个缝隙实现蓝牙/WiFi的第二天线为例进行说明。如图4所示，在本实施方式中，第一辐射体300以上述的椭圆辐射体实现。第一辐射体300上开设4个缝隙，蓝牙/WiFi天线的通信频段的中心工作频率为2.4GHz，从而可以计算得到蓝牙/WiFi天线的波长，每个缝隙的有效电长度均为蓝牙/WiFi天线波长的二分之一。本公开示例中，4个缝隙在第一辐射体300上依次环绕围合设置，并且4个缝隙关于环绕中心呈中心对称，其围合形状与第一辐射体300外边缘形状基本相同，同样为椭圆形。在本示例中，馈电点410同样可位于多个缝隙的围合形状的内部，从而提高第二天线的效率。

值得说明的是，圆极化的第一天线的实现结构并不局限于图3和图4示例，还可以是其他任何适于实施的结构。同时，可以理解，第一辐射体300上开设的缝隙的数量本公开也无需限制，只要保证不破坏圆极化的第一天线的电流分布即可。

同样，为了尽可能的保证第一天线的圆极化电流分布均匀，在一些实施方式中，可设置多个缝隙围合形状与第一辐射体300外边缘形状基本相同，且多个缝隙关于环绕中心成中心对称布置。例如第一辐射体300为矩形，则可使多个缝隙中心对称地围合形成矩形；又例如第一辐射体300为圆形/椭圆形，则对应设置多个缝隙中心对称地围合形成圆形/椭圆形。从而保证第一辐射体300电流分布均匀，提高圆极化的第一天线的效率。

通过上述可知，本公开实施方式的电子设备，通过在实现圆极化第一天线的第一辐射体上开设缝隙，从而在实现圆极化天线的基础上设置缝隙天线，利用同一个天线结构实现多个谐振频段，例如同时实现圆极化GPS卫星定位天线和蓝牙/WiFi天线，减少天线结构对设备空间的占用。而且，通过前述可知，圆极化的天线可以提高天线的接收效率，例如圆极化GPS卫星定位天线，定位误差更小，提高设备的定位精度。

本公开实施方式中，基于缝隙天线的工作原理，需要设置每个缝隙的有效电长度约为天线谐振频段的半波长。然而，对于一些场景下，第一辐射体300上的空间可能较小，难以开设出多个半波长的缝隙。因此，在一些实施方式中，第一辐射体300上的缝隙，不仅包括围合形成环绕形状的围合部，还包括设置于围合部至少一端的延长部，从而通过延长部的弯折来实现对缝隙电长度的延长，进一步降低天线结构所占用的空间，使其满足设计要求。图5中示出了本公开一些实施方式中的天线结构，下面结合图5进行说明。

如图5所示，以第一天线为圆极化GPS天线、第二天线为蓝牙/WiFi天线为例进行说明。在第一辐射体300实现圆极化GPS天线的1.575GHz辐射频率的基础上，4个缝隙若在第一辐射体300上首尾相接围合形成矩形，则缝隙长度无法满足蓝牙/WiFi天线的2.4GHz要求。因此，如图5所示，每个缝隙被分为两部分，其中一部分是用来围合形成环绕形状的围合部311，另一部分是为了延长缝隙形状的延长部312。延长部312可以设置于围合部311的一端，也可以设置于围合部311的两端；同时，延长部312即可以朝向环绕形状的内侧弯折，也可以朝向环绕形状的外侧弯折，本领域技术人员可以根据具体需要进行设置，为了进一步降低天线结构所占用的空间，可以将延长部312向环绕形状的内侧弯折，本公开不再赘述。在自由空间下，形成后的每个缝隙的总长度为围合部311和延长部312的长度和，也即蓝牙/WiFi天线谐振频段中心工作频率波长的二分之一。

通过上述可知，本公开实施方式中，通过延长部312对缝隙长度的延长，保证在较小体积辐射体的情况下，实现更大缝隙长度需求的第二天线，有利于进一步降低天线结构所占用的空间。

进一步地，在缝隙天线中对缝隙馈电后，该缝隙天线可产生多阶谐振频率，多阶谐振频率之间具有倍频的关系。例如，对于某个缝隙天线，若第一阶谐振频率为f₀，第二阶谐振频率为2f₀，第三阶谐振频率为3f₀。对于单频天线来说，其工作频率往往只利用多阶谐振频率中的第一阶谐振模式(也称“基模”)。而在本公开一些实施方式中，通过缝隙形成的第二天线的第二通信频段可以包括多阶谐振频段。

双频WiFi是指在单频WiFi 2.4GHz工作频率的基础上，增加5GHz的工作频率，从而扩充信道数量。在一些实施例中，可以利用缝隙天线的第一阶谐振频率f₀与第二阶谐振频率2f₀，实现双频WiFi天线的2.4GHz与5GHz。

在一些实施方式中，以图5实施方式为例，天线结构首先利用切角矩形的第一辐射体300实现圆极化的第一天线(例如GPS天线)，然后通过开设多个缝隙形成第二天线，第二天线为双频缝隙天线，也即多个缝隙形成的第二工作频率包括两个：一个是利用第一阶谐振实现的2.4GHz频段，另一个是利用与第一阶谐振大约相差一倍的第二阶谐振频率实现的5GHz的频段。从而利用同一个天线结构可以实现圆极化的GPS第一天线以及双频WiFi天线。

可以理解，上述利用第二天线实现双频WiFi仅作为本公开的一种示例，事实上，其他任何适于利用缝隙天线多阶谐振的倍频关系来实现的工作频段，本公开方案均可适用，本领域技术人员在上述公开基础上可以理解并充分实现，本公开对此不作赘述。

通过上述可知，本公开天线结构利用多个缝隙形成的第二天线实现多频天线，从而实现更多频段的覆盖，相同情况下减少天线系统的空间占用。

可穿戴设备可以通过紧贴皮肤的传感器实现对人体生理信号的提取，例如智能手表或手环，通过设置在背面的心率传感器可实现对人体的心率监测。但是由于传感器与人体皮肤的错位干扰等，可穿戴设备在获取生理信号时存在伪影，容易导致误判和干扰。

为了消除伪影问题，采用与人体皮肤共形能力更好的传感器进行信号采集是一个很好的解决方案。例如，可以利用可共形、可定制和可变形的基于电子墨水的皮肤传感器，该电子墨水具有强大的附着力和超保形性的特性所以可以把该电子墨水直接喷涂或绘制在皮肤表面上。电子墨水包括导体、半导体和电介质，可以根据需要以自由形式绘制在人体皮肤表面，并可以开发出诸如晶体管、应变传感器、温度传感器、加热器、皮肤水合传感器和电生理传感器等电子器件。与其它类型的传感器相比，基于电子墨水的传感器可以消除身体运动时对传感器设备的运动伪影干扰，进而提高检测的准确性和精度。

与之对应的，基于电子墨水传感器的可穿戴设备，往往对配合电子墨水传感器的设备主体也要求具有高的共形能力。在一些实施方式中，本公开的电子设备如图6所示，电子设备为佩戴于人体手臂的智能穿戴设备，其包括电子墨水传感器610和设备主体620。电子墨水传感器610可以喷涂或者绘制在人体手臂皮肤表面，作为设备的信号采集端。由于电子墨水传感器直接绘制皮肤表面，因此其与人体皮肤具有很高的共形能力，即使在人体高强度运动时，传感器依旧附着于皮肤表面，从而可以消除身体运动时对传感器设备的运动伪影干扰，进而提高检测的准确性和精度。

相应的，设备主体620同样设于人体手臂位置。在一个示例中，设备主体620可以设置于服饰、衣物、或者其他编织物配饰中。

设备主体620的电气部分包括处理器621、射频单元622以及天线结构623、电池624等。处理器621作为设备的主控装置，其可以为包括一个或者多个处理核心的MCU(Microcontroller Unit；微处理单元)。射频单元622为天线系统的射频电路模块，其可以包括例如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)模块、蓝牙/WiFi模块、UWB(Ultra Wideband，超宽带)模块等。天线结构623为天线的辐射部分，也即本公开上文中所述的天线结构。

当然，本领域技术人员可以理解，对于可穿戴设备，其还可以包括其他的电气元件，本公开对此不再赘述。

基于图6示例可以看到，天线结构623设于设备主体620内部，为了实现设备主体620具有高共形能力，天线结构623的高共形能力是必不可少的，从而使得天线结构623更适配于基于电子墨水传感器的智能穿戴设备。

织物天线也称为可穿戴天线，其是一种柔性天线，具有很好的共形能力。织物天线可以设置在共形能力要求较高的可穿戴设备中。例如图6中所示，设备的信号采集端为喷涂或绘制在人体皮肤表面的电子墨水传感器610，设备主体620为设于柔性的衣物内部、且随衣服弯曲佩戴于人体手臂的设备形式，这就要求天线结构同样要具体很高的共形能力，从而保证天线的稳定性。

在一些实施方式中，如图1、图7所示，天线结构的底板100、介质基板200和第一辐射体300均采用柔性编织材料制成。

在一个示例中，编织材料为电子织物，电子织物采用例如Nora(罗拉)或Kassel(卡塞尔)制成。Nora是一种镀镍/铜/银的三层尼龙织物，表面阻抗小于0.03ohms/m²。Kassel是一种涂层加镀铜/银尼龙织物，表面阻抗小于0.03ohms/m²。

通过上述可知，在本公开实施方式中，利用柔性编织材料实现天线结构，使得天线结构具有高共形能力，从而更加适用于电子墨水传感器系统的可穿戴设备，使得设备消除伪影问题，对于人体生理参数、运动数据采集更加准确，满足设备的天线设计要求。

继续参照图7，在本实施方式中，仍以天线结构623实现圆极化GPS天线和双频WiFi天线为例进行说明，也即天线结构的第一通信频段包括GPS天线1.575GHz的频段，第二通信频段包括双频WiFi天线2.4GHz和5GHz的频段。在本实施方式中，将对天线结构放置在人体胳膊上的性能进行设计和评估。

在本实施方式中，底板100为边长100mm的等边矩形，第一辐射体300为边长56mm的切角矩形，切角结构为等腰直角三角形，三角形直角边长为10.2mm，第一辐射体300上缝隙宽度为1.5mm。织物底板100和第一辐射体300的厚度为0.1mm，电导率为118000(西门子/米)。织物介质基板200的厚度为3mm，介电常数为1.66，损耗正切角为0.02。而且天线结构整体被放置在一个典型弯曲半径为R＝60mm的人体胳膊上。对于其他未说明的参数，本领域技术人员参照前述实施方式或相关技术即可知晓并实施，本公开对此不再赘述。

图8示出了本实施方式的天线结构在自由空间与手臂佩戴情况下，天线的回波损耗(S-参数)的对比图。可以看到，天线结构的佩戴性能十分良好，这是由于底板100的存在，使得天线的主要辐射方向朝向远离人体的方向，可以最大程度地消除人体对天线性能的影响，具有很好的佩戴性能。

图9示出了本实施方式的天线结构在手臂佩戴情况下的总效率，图10示出了本实施方式的天线结构的右旋圆极化GPS的轴比随频率的变化曲线。结合图8至图10可以看到，本实施方式天线结构的回波损耗、总效率、圆极化性能均能满足柔性可穿戴设备的需求。

值得说明的是，圆极化分为左旋圆极化和右旋圆极化，GPS卫星定位天线主要以右旋圆极化实现，因此公开实施方式中的GPS天线同样为右旋圆极化。

为进一步验证本实施方式中天线结构的手臂佩戴性能，图11中示出了本实施方式的天线结构在XoZ平面的左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)的增益图，图12中示出了本实施方式的天线结构在YoZ平面的左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)的增益图。通过图11和图12可以看出，本公开实施方式的天线结构在手臂佩戴情况有很好的右旋圆极化性能，同时其左旋圆极化部分得到了很好的抑制。

图13示出了本实施方式的天线结构的右旋圆极化GPS天线的三维总辐射方向图，图14示出了本实施方式的天线结构的蓝牙/WiFi在2.45GHz的三维总辐射方向图，图15示出了本实施方式的天线结构的WiFi在5.5GHz的三维总辐射方向图。结合图13至图15可以看到，本实施方式中的天线结构在三个工作频率下辐射方向均朝向远离人体手臂的方向，也恰好能够满足可穿戴设备对天线系统的要求。

通过上述可知，本公开实施方式的天线结构，利用电子织物实现柔性的织物天线，在保证高共形能力的基础上，天线还具有良好的性能，满足高共形穿戴设备的使用要求。

上述讨论了在圆极化天线的基础上设置缝隙天线，从而利用同一个天线结构实现第一天线和第二天线，同时第二天线的第二通信频段还可以包括缝隙天线的多阶谐振频段。在另一些实施方式中，在上述实施方式的基础上，还可以通过改变第一辐射体300形状，实现与其他天线系统的结合。

在一个示例中，如图16所示，天线结构实现第一天线和第二天线的结构与原理参见前述实施方式即可，在此不再赘述。本实施方式与前述实施方式的区别在于，天线结构还包括第三天线，第三天线可以同样为微带天线，其包括第二辐射体500。如图16所示，第一辐射体300中间位置开设有环形的闭合缝隙370，缝隙370的内部作为第二辐射体500。为避免缝隙370对第一天线的圆极化电流产生影响，同样可设置缝隙370的形状与第一辐射体300外边缘形状基本相同，均为矩形。

第三天线的第二辐射体500设置在第一辐射体300的内部，而且第三天线包括独立的馈电系统，第三天线的馈电线缆可以与第一辐射体300共用同一个底板100，但是馈电线缆的一端连接独立的射频单元，馈电线缆的另一端连接第二辐射体500，形成馈电点510。第三天线相当于一个独立的天线结构，通过利用独立的馈电系统实现第三天线，无需设置分路器和合路器，减少损耗，提高第三天线效率和性能。

在本实施方式中，相当于在前述天线结构的基础上，叠加一个独立的第三天线，从而利用第三天线实现第三通信频段的谐振。但是，结合图16可以看到，本公开实施方式中，第三天线设置在第一辐射体300内部，其不会增加天线结构的空间占用，因此在相同体积大小的情况下，本实施方式的天线结构可以实现更多工作频率。

可以理解，在空间适当的情况下，第一天线、第二天线以及第三天线的通信频段都可以根据天线的具体需求进行设置，本公开对此不作限制，下面以一个示例进行说明。

在一个示例中，第一天线的第一通信频段包括GPS天线的1.575GHz，从而实现右旋圆极化的GPS天线，第二天线的第二通信频段包括蓝牙/WiFi的2.4GHz频段和WiFi的5GHz频段，从而实现蓝牙/双频WiFi天线，第三天线的第三通信频段包括超宽带(UWB，UltraWideband)天线的谐振频段，从而实现UWB天线。

超宽带UWB技术是利用一个高频载波来调制一个窄带信号，通信信号的实际占用带宽并不高。而UWB不同于传统的通信技术，它通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输的。由于脉冲时间宽度极短，因此可以实现频谱上的超宽带(带宽500M)和低发射功率，实现低功耗水平上的快速数据传输。此外，由于UWB脉冲的时间宽度极短，因此也可以采用高精度定时来进行距离测算。相比Wi-Fi定位技术，UWB具有抗多径能力强，定位精度高(厘米级)的特点。

按照目前IEEE 802.15.4的协议要求，UWB系统支持如下两个主流频段:频段5(6240～6739.2MHz)和频段9(7737.6～8236.8MHz)。在本实施方式中，则可利用第三天线实现UWB系统的工作频段。对于利用微带天线实现超宽带天线的设计方式，本领域技术人员可以理解，本公开无需赘述。例如图16示例中，第三天线的第二辐射体500用来实现UWB定位天线，通过第三天线，可以实现绑定设备对可穿戴设备的室内近距离定位。

可以理解，在本实施方式中，通过在第一辐射体300内部设置第三天线，从而在不增加天线体积的情况下，本实施方式的天线结构可以实现更多工作频率。并且，利用独立的天线系统实现超宽带天线，无需设置分路器和合路器，减少损耗，提高天线效率。再有，由于第三天线的UWB频段与GPS和蓝牙/WiFi频段相差很大，多个通信频段之间不会互相产生干扰，天线性能更好。

图17中示出了本实施方式中天线结构在手臂佩戴时的回波损耗和天线效率曲线。从图17可以看出，本实施方式中天线结构的超宽带天线可以满足性能要求，此外，因为超宽带天线的第二辐射体500是独立于原始天线的结构的，仿真结果表明超宽带天线和原始天线之间的隔离度优于-18dB。这也就是说在原始天线的内部施加的超宽带天线对原始天线性能的影响可以忽略不计。

进一步的，在图16实施方式中，具有一个UWB天线的可穿戴设备，可以被其他设备定位。超宽带UWB天线定位系统的基本原理为：通过测量被测物发出的射频信号到达天线组中的各个天线的延迟以及方位角来判断被测物体的相对于上述天线组设备的精确位置。因此可知，具备至少两个UWB天线的天线组可以对其他设备进行定位，从而可以用来寻找和定位其他带有超宽带功能的设备，这对于室内或近距离的设备定位具有很好的效果。

因此，在另一些实施方式中，在图16实施方式的基础上，本公开天线结构还包括由至少两个第三辐射体组成的天线组，该天线组被配置为在包括超宽带天线的频段产生谐振，从而实现定位或设备寻找。

如图18所示，本实施方式中，天线结构外部额外设置包括由三个超宽带天线的天线组700，可以理解，理论上最少两个UWB天线即可实现平面的定位，最少三个UWB天线即可实现空间的定位，因此本领域技术人员可以根据具体需求，对天线组700的第三辐射体数量进行选择实施，本公开对此不作限制。对于超宽带天线实现定位的具体过程，本领域技术人员参照相关技术即可知晓，本公开对此不再赘述。

在另一些实施方式中，也可以利用缝隙天线的多阶谐振中的其中至少一阶实现超宽带天线，从而无需额外增加馈电系统。本领域技术人员可以理解，并根据具体需求进行设置，本公开不再赘述。

上述对本公开实施方式的电子设备及原理进行了说明，通过上述可知，本公开天线结构通过在圆极化微带天线的第一辐射体上设置缝隙，从而在保证原有的圆极化天线基础上增加缝隙天线，利用同一个天线结构实现多个谐振频率，例如同时实现圆极化GPS卫星定位天线和蓝牙/WiFi天线，减少天线结构对设备空间的占用。而且，圆极化的天线可以提高天线的接收效率，例如圆极化GPS卫星定位天线，定位误差更小，提高设备的定位精度。而且，本公开实施方式中利用多个缝隙形成多频天线，实现更多的频段覆盖，相同频段覆盖情况下，大大减少天线结构的体积。再有，本公开实施方式的天线结构，利用电子织物实现柔性的织物天线，在保证高共形能力的基础上，天线还具有良好的性能，满足例如基于电子墨水传感器的高共形穿戴设备的使用要求。另外，通过在第一辐射体内部设置第三天线，在相同体积大小的情况下，本实施方式的天线结构可以实现更多工作频率。

第二方面，本公开实施方式提供了一种制作电子设备的天线结构的方法。

在一些实施方式中，电子设备可以是任何适于包括天线结构的设备类型，例如智能手机、平板电脑、可穿戴设备、车载电脑等，本公开对此不作限制。

本一些实施方式中，本公开的天线结构可以是包括上述第一方面任一实施方式中的天线结构。天线结构包括第一辐射体，第一辐射体形成第一天线和第二天线。本公开实施方式的制作方法包括：

S100、在天线结构的第一辐射体上设置馈电，形成圆极化的第一天线。

S200、在第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线。

在一些实施方式中，第一辐射体为板状辐射体。

在一些实施方式中，步骤S200中，在第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线，包括：

在第一辐射体上，开设多个关于围绕中心对称的缝隙，形成第二天线。

在一些实施方式中，步骤S200中，在第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线，包括：

在第一辐射体上，开设多个围绕形状与第一辐射体外边缘形状基本相同的缝隙，形成第二天线。

具体来说，在一个示例中，天线结构的第一辐射体以图2和图3为例。第一辐射体300为矩形板状辐射体，基于前述可知，通过对第一辐射体300一组对角设置切角结构，然后对第一辐射体300馈电，即可形成辐射圆极化波的第一天线，也即圆极化的第一天线。在此基础上，在第一辐射体300上开设多个缝隙，而且多个缝隙环绕围合设置，利用多个缝隙形成的缝隙天线实现第二天线。

在图3示例中，馈电点410可位于多个缝隙的围合形状的内部，也即多个缝隙围绕馈电点410设置，从而可以更好地激发缝隙的谐振，提高多个缝隙形成的第二天线的效率。而通过前述可知，在其他实施方式中，馈电点410也可以设置在多个缝隙围合形状之外，本公开对此不再赘述。

在本示例中，为了尽可能的保证第一天线的圆极化电流分布均匀，多个缝隙围合形状与第一辐射体300外边缘形状基本相同，且多个缝隙关于环绕中心成中心对称布置。例如图3所示，4个缝隙的围合形状与第一辐射体300基本相同，均为矩形。而且4个缝隙中心对称设置，从而保证第一辐射体300电流分布均匀，提高圆极化的第一天线的效率。

在一个示例中，第一辐射体300可以采用金属片，通过例如冲切、激光切割等工艺，在第一辐射体300上开设上述的多个缝隙。对于缝隙的宽度、长度等参数，本领域技术人员参照本公开前述说明以及相关技术毫无疑问可以理解并充分实现，本公开对此不作赘述。

通过上述可知，本公开的制作方法，通过在实现圆极化第一天线的第一辐射体上开设多个缝隙，从而在实现圆极化天线的基础上设置缝隙天线，利用同一个天线结构实现多个谐振频段，例如同时实现圆极化GPS卫星定位天线和蓝牙/WiFi天线，减少天线结构对设备空间的占用。而且，通过前述可知，圆极化的天线可以提高天线的接收效率，例如圆极化GPS卫星定位天线，定位误差更小，提高设备的定位精度。

在一些实施方式中，本公开方法还包括：

S300、在多个缝隙围绕形状的内部，开设环绕的闭合缝隙，以使闭合缝隙内部形成第二辐射体。

S400、对第二辐射体设置馈电，形成第三天线。

在一个示例中，如图16所示，对形成第二天线的多个缝隙围绕形状的内部，开设环绕的闭合缝隙370，从而闭合缝隙370内部形成第二辐射体500，对第二辐射体500的馈电点510进行馈电，即可形成第三天线。关于第三天线的结构以及原理，参见前述实施方式即可，不再赘述。

在一个示例中，可通过例如冲切、激光切割等工艺，在第一辐射体300内部开设闭合缝隙370，从而形成第二辐射体500。

可以理解，本公开天线结构的制作方法中，对于为尽详述之处，本领域技术人员结合第一方面中任一实施方式所述的天线结构即可理解并充分实施，本公开不再赘述。

通过上述可知，本公开的天线结构的制作方法，第三天线设置在第一辐射体内部，其不会增加天线结构的空间占用，因此在相同体积大小的情况下，本实施方式的天线结构可以实现更多工作频率。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种电子设备，其特征在于，包括接地的底板和所述底板上设置的天线结构，所述天线结构包括：

第一辐射体，所述第一辐射体形成工作频段为第一通信频段的第一天线和工作频段为第二通信频段的第二天线；

其中，所述第一天线为圆极化天线，所述第二天线由所述第一辐射体上开设的多个缝隙形成，所述多个缝隙在所述第一辐射体上依次环绕围合设置。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述天线结构还包括位于所述底板与所述第一辐射体之间的介质基板，所述底板、所述介质基板以及所述第一辐射体采用柔性编织材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，

所述多个缝隙在所述第一辐射体上围合形成的环绕形状，与所述第一辐射体的外边缘形状基本相同，且所述多个缝隙关于环绕中心呈对称设置，所述第一辐射体上的馈电点位于所述多个缝隙围合形成的环绕形状的内部。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电子设备，其特征在于，

对于每一个所述缝隙，包括围合形成环绕形状的围合部和设置于所述围合部的至少一端的延长部，所述延长部朝向所述环绕形状内侧弯折。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述多个缝隙中，相邻两个缝隙的临近端具有间隔，所述间隔部分形成所述多个缝隙围合形状内部与外部辐射体的连接端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述第二通信频段包括所述第二天线产生的多阶谐振频段。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述第二天线被配置为在包括2.4GHz和5GHz的频段产生谐振。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电子设备，其特征在于，还包括：

第三天线，包括第二辐射体，设置于所述第一辐射体上由所述多个缝隙围合形成的环绕形状内部，所述第三天线被配置为在第三通信频段产生谐振。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，

所述第二辐射体由通过在所述第一辐射体的所述环绕形状内部开设闭合缝隙形成的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子设备，其特征在于，还包括：

由至少两个第三辐射体形成的天线组，所述第三天线和所述天线组被配置为在包括超宽带天线的频段产生谐振。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：

设备主体，所述天线结构设于所述设备主体内部；和

电子墨水传感器，与所述设备主体电性连接。

12.一种制作电子设备的天线结构的方法，其特征在于，所述天线结构包括第一天线和第二天线，所述方法包括：

在所述天线结构的第一辐射体上设置馈电，形成圆极化的第一天线；

在所述第一辐射体上开设围绕馈电点的多个缝隙，形成第二天线。

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