CN205750327U - 手表天线装置及电子手表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手表天线装置及电子手表。该手表天线装置包括：金属框、PCB板和模式分离电路，其中，PCB板具有金属层，以及在PCB板和金属框之间形成有用于缝隙辐射的缝隙；以及所述模式分离电路是用于在金属框和PCB板上激发辐射信号的辐射模式和它的简并模的电路并被连接在向金属框馈送信号的信号输入和金属框上的馈电点之间。与现有技术相比，根据本实用新型的实施例的手表天线装置能够扩展频谱带宽。本实用新型的一个用途是智能手表的天线装置。

Description

手表天线装置及电子手表

技术领域

本实用新型涉及天线技术，更具体地，涉及一种手表天线装置及电子手表。

背景技术

随着无线通信技术的发展，天线技术也迅速地发展。支持无线通信的设备越来越多元化。近年来，可穿戴设备日益受到用户的青睐。智能手表的应用尤其广泛，并越来越受到用户青睐。

通常，智能手表是手机等移动设备的附属品，它不能够独立地实现通话或与互联网数据交换。但是，例如，用户期望智能手表能够独立地进行无线通信，以便于追踪儿童的行踪、进行应急呼叫等。因此，人们开始研究能够进行独立通话和互联网数据交换的智能手表。

在现有技术中，能够独立通话的智能手表一般采用塑料外壳。通话天线被嵌入在塑料支架中。很多人对智能手表的外观材质要求较高。他们一般追求金属质感的外观。然而，智能手表的金属壳对通话天线的影响极大。因此，现在的智能手表还只能实现通过WIFI与手机连接，以进行通话，它们无法离开手机实现独立通话和数据交换。

智能手表中在通过金属壳天线实现独立通话的一种方式是将通话天线嵌入在手表腕带中。手表腕带采用塑料或皮革材料。这样，智能手表的金属壳不会屏蔽天线的信号辐射。但是，这种方式的一个缺点是手表腕带较硬。此外，这种手表腕带的厚度是约7mm。它的柔韧性差，无法做得轻薄，且这种手表腕带是不可更换的。

此外，有人还尝试将手表的金属壳用作天线辐射。但是，这是一个新的研究领域。在现有技术中，仅通过这种方式来实现GPS、WIFI天线。因此，还需要对这种技术做出更多改进。

因此，需要对现有技术进行改进，以解决现有技术中的至少一个技术问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种手表天线装置的新技术方案。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种手表天线装置，包括：金属框、PCB板和模式分离电路。该PCB板具有金属层，以及在PCB板和金属框之间形成有用于缝隙辐射的缝隙。该模式分离电路是用于在金属框和PCB板上激发辐射信号的辐射模式和它的简并模的电路并被连接在向金属框馈送信号的信号输入和金属框上的馈电点之间。

优选地，所述金属框不具有开槽并且具有接地点，以及所述馈电点和接地点相对于所述金属框的中心的夹角的范围是25°至35°。

优选地，所述金属框仅具有一个开槽，以及所述馈电点和所述开槽相对于所述金属框的中心的夹角的范围是55°至65°

优选地，所述金属框是圆环形的，以及所述金属框的中心是圆环中心。

优选地，所述信号输入位于所述PCB板上。

优选地，所述模式分离电路位于所述PCB板上。

优选地，所述模式分离电路是电感电容组合电路。

优选地，所述模式分离电路包括第一电容、第二电容和第一电感，第一电容的第一端与所述信号输入相连，第一电容的第二端与第二电容的第一端和第一电感的第一端相连，第二电容的第二端接地，第一电感的第二端与所述馈电点相连。

优选地，第一电容和第二电容的电容值范围是0.5-2pF，第一电感的电感值范围是0.5-10nH。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种电子手表，包括根据本实用新型的手表天线装置，用于发送和接收信号。

与现有技术相比，本实用新型的手表天线装置能够激发更多的天线辐射模式，从而产生较宽的频谱带宽。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用 新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型的实施例1的手表天线装置的示意图。

图2是根据本实用新型的模式分离电路的示意电路图。

图3是根据本实用新型的实施例1的手表天线装置的回波损耗的示意图。

图4是根据本实用新型的实施例1的低频谐振频率的电流分布的示意图。

图5是不包括模式分离电路的手表天线装置的高频谐振频率的电流分布的示意图。

图6是包括模式分离电路的根据本实用新型的实施例1的高频谐振频率的电流分布的示意图。

图7是包括模式分离电路的根据本实用新型的实施例1的高频谐振频率的简并模的电流分布的示意图。

图8是根据本实用新型的实施例2的手表天线装置的示意图。

图9是根据本实用新型的实施例2的手表天线装置的回波损耗的示意图。

图10是不包括模式分离电路的手表天线装置的高频谐振频率的电流分布的示意图。

图11是包括模式分离电路的根据本实用新型的实施例2的高频谐振频率的电流分布的示意图。

图12是包括模式分离电路的根据本实用新型的实施例1的高频谐振频率的简并模的电流分布的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意 到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本实用新型的实施例1的手表天线装置的示意图。

如图1所示，该手表天线装置包括：金属框11和PCB板12。另外，该手表还可以包括电池13，以为手表供电。可选地，该手表还可以通过其他方式供电，例如，通过太阳能供电等。

所述PCB板12具有金属层。在PCB板和金属框之间形成有用于缝隙辐射的缝隙14。

在这个实施例中，所述手表天线装置还包括模式分离电路。该模式分离电路是用于在金属框11和PCB板12上激发辐射信号的辐射模式和它的简并模的电路。它被连接在向金属框馈送信号的信号输入和金属框上的馈电点20之间。例如，所述信号输入可以位于所述PCB板上。模式分离电路可以被布置在所述PCB板上，也可以是一个单独设置的电路(例如，设置在另外的PCB板上)。

所述模式分离电路可以是电感电容组合电路。图2示出了根据本实用新型的模式分离电路的示意电路图。

如图2所示，模式分离电路包括第一电容21、第二电容22和第一电感23。第一电容21的第一端211与所述信号输入相连。第一电容21的第二端212与第二电容22的第一端221和第一电感23的第一端231相连。 第二电容22的第二端222接地。第一电感23的第二端232与所述馈电点20相连。本领域的技术人员应该理解，本申请中所描述的“第一”、“第二”等仅是为了便于描述，而不能理解为是对电路位置关系的限制。

可以根据需要设置电感和电容的值。例如，在这例子中，第一电容和第二电容的电容值范围是0.5-2pF，第一电感的电感值范围是0.5-10nH。

在这个实施例中，所述金属框11不具有开槽。所述金属框11还具有接地点30。所述金属框是圆环形的。所述金属框的中心是圆环中心。

在一个例子中，所述馈电点20和接地点30相对于所述金属框11的中心的夹角θ的范围是25°至35°，优选为30°。通过这种设置方式，手表天线装置的激发辐射模式和简并模之间的区分度较好，同时阻抗匹配的效果也较好。

一般来说，可以利用缝隙14的缝隙辐射产生较低频率的辐射信号。可以通过金属框11和PCB板12产生较高频率的辐射信号。因此，缝隙14可以作为低频单元，而金属框11和PCB板12可以做高频单元。从这个方面来说，模式分离电路可以作为高频模式分离电路，用于为所述高频单元提供辐射模式信号和它的简并模信号。本领域技术人员应当理解，在这里，“低频”和“高频”指的是谐振频率在频谱上的相对位置，因此，又可以称为“较低频”和“较高频”。

图3-图7示出了对图1所示的天线装置进行测试所得的的结果。

图3示出了根据本实用新型的实施例1的手表天线装置的回波损耗特性(S11特性)的示意图，其中，该天线装置包括根据本实用新型的模式分离电路。为了进行比较，图3还示出了不包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性。

在图3中，实线曲线表示不包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性，以及虚线曲线表示根据包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性。51表示不包括模式分离电路的天线装置的低频谐振频率。52表示不包括模式分离电路的天线装置的高频谐振频率。53表示包括模式分离电路的天线装置的高频谐振频率。54表示53所示的高频谐振频率的简并模式谐振频率。55表示包括模式分离电路的天线装置的低频谐振频率。 由图3可看出，模式分离电路使得手表天线装置的高频带宽扩展为原来带宽的2倍多，而其对低频的影响较小。通过利用模式分离电路可以比现有技术产生更多的谐振频率，从而扩展带宽。

图4是不包括模式分离电路的手表天线装置在低频谐振频率情况下在PCB板和金属框上的电流分布的示意图。图4的低频谐振频率与图3中的51对应。在图4中，20表示图1中的馈电点，30表示图1中的接地点。通过PCB版12与金属框11之间的缝隙14，激发辐射信号。如前面所述，通过缝隙14产生的辐射信号是低频(较低频率)辐射信号。决定低频谐振的频率和波长的一个因素是PCB板12和金属框11之间的缝隙14的长度。

图5是不包括模式分离电路的手表天线装置在高频谐振频率情况下在PCB板和金属框上的电流分布的示意图。图5的高谐振频率与图3中的52对应。例如，PCB板上的电流分布和金属框的耦合电流是TM11模式。

图6和图7是包括模式分离电路的手表天线装置在高频谐振频率情况下的TM11模式和它的简并模的电流分布的示意图。图6中的电流分布与图3中的53指示的谐振频率对应。图7中的电流分布与图3中的54指示的谐振频率(简并模谐振频率)对应。在图6和7中，粗线箭头示意了电流走向。通过对比图6和图7可以看出，TM11模式和它的简并模的电流在PCB上的夹角为30°左右，这与本实施例中馈电点20和接地点30之间的夹角30°相对应。通过这种设置方式，该手表天线装置的激发模式和它的简并模之间的区分度较好。此外，所述手表天线装置的阻抗匹配也较好。

在这个实施例中，通过模式分离电路，将TM11模式信号的谐振频率分离为小于原来谐振频率的谐振频率和大于原来谐振频率的谐振频率，从而扩展了天线带宽。

此外，在这个实施例中，分别通过缝隙辐射和手表的金属框产生辐射信号，使得手表天线装置具有较多的谐振频率。另外，通过模式分离电路扩展金属框辐射(高频)的带宽，这对缝隙辐射(低频)的影响较小。

图8示出了根据本实用新型的实施例2的手表天线装置的示意图。图8中的手表天线装置与图1中的手表天线装置的区别在于，金属框110具有一个开槽。下面主要针对实施例2和实施例1之间的区别进行描述，实 施例2和实施例1中相同的部分可能被省略。

如图8所示，该手表天线装置包括金属框110、PCB板120、PCB与金属框之间的缝隙140、开槽150以及馈电点200。此外，该天线装置还可以具有电池130。在这个实施例中，使用开槽的金属框，作为辐射单元，这更容易激发圆极化。

在图8中，金属框110仅具有一个开槽150。所述开槽将金属框分成非封闭的环状结构。所述馈电点200和所述开槽150相对于所述金属框110的中心的夹角θ的范围是55°至65°。在图8中，作为例子，馈电点20与开槽15之间的夹角θ是60°。通过这种设置方式，手表天线装置的激发辐射模式和简并模之间的区分度较好，同时阻抗匹配的效果也较好。

实施例2中的手表天线装置也包括实施例1中的模式分离电路。所述模式分离电路例如如图2所示，其中，第一电容21的第一端211与信号输入相连。第一电感23的第二端232与所述馈电点200相连。

本领域技术人员应当明白，实施例1中的各个特征也可以应用于实施例2。为了简洁起见，在这里省略了重复的描述。

图9-12示出了对图8所示的天线装置进行测试所得的的结果。

图9示出了根据本实用新型的实施例2的手表天线装置的回波损耗特性(S11特性)的示意图，其中，该天线装置包括根据本实用新型的模式分离电路。为了进行比较，图9还示出了不包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性。

在图9中，实线曲线表示不包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性，以及虚线曲线表示根据包括模式分离电路的手表天线装置的回波损耗特性。510表示不包括模式分离电路的天线装置的低频谐振频率。520表示不包括模式分离电路的天线装置的高频谐振频率。530表示包括模式分离电路的天线装置的高频谐振频率。540表示530所示的高频谐振频率的简并模式谐振频率。550表示包括模式分离电路的天线装置的低频谐振频率。由图9可看出，通过模式分离电路，从原来的谐振模式中产生简并模谐振模式，从而扩展了谐振带宽。

图10是不包括模式分离电路的手表天线装置在低频谐振频率情况下 在PCB板和金属框上的电流分布的示意图。图10的低频谐振频率与图9中的510对应。在图10中，20表示图1中的馈电点，30表示图1中的接地点。通过PCB版120与金属框110之间的缝隙140，激发辐射信号。如前面所述，通过缝隙140产生的辐射信号是低频(较低频率)辐射信号。决定低频谐振的频率和波长的一个因素是PCB板120和金属框110之间的缝隙140的长度。

图11和图12是包括模式分离电路的手表天线装置在高频谐振频率情况下的TM11模式和它的简并模的电流分布的示意图。图11中的电流分布与图9中的530指示的谐振频率对应。图12中的电流分布与图9中的540指示的谐振频率(简并模谐振频率)对应。在图11和12中，粗线箭头示意了电流走向。通过对比图11和图12可以看出，TM11模式和它的简并模的电流在PCB上的夹角为60°左右，这与本实施例中馈电点200和开槽150之间的夹角60°相对应。通过这种设置方式，该手表天线装置的激发模式和它的简并模之间的区分度较好。此外，所述手表天线装置的阻抗匹配也较好。

根据各个实施例的手表天线装置中，可以通过PCB板和金属框之间的缝隙产生缝隙辐射，以产生低频辐射。缝隙的长度是决定缝隙辐射的谐振频率的一个因素。可以通过金属框产生高频辐射。

根据本实用新型的实施例，通过使用模式分离电路，可以在手表天线装置中激发谐振频率，从而扩展了手表天线装置的带宽。

另外，所述模式分离电路对其他辐射单元产生的辐射(例如，低频辐射)的影响较小。

进一步地，本实用新型的一个用途是智能手表的天线装置。可以将根据本实用新型的手表天线装置包括在各种类型的智能手表中，用于手表接收和发送信号，以在期望的频率带宽下进行通信。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范 围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种手表天线装置，其特征在于，包括：金属框(11、110)、PCB板(12、120)和模式分离电路，

其中，PCB板具有金属层，以及在PCB板和金属框之间形成有用于缝隙辐射的缝隙(14、140)；以及

其中，所述模式分离电路是用于在金属框和PCB板上激发辐射信号的辐射模式和它的简并模的电路，并被连接在向金属框馈送信号的信号输入和金属框上的馈电点(20、200)之间。

2.根据权利要求1所述的手表天线装置，其特征在于，所述金属框不具有开槽并且具有接地点(30)，以及所述馈电点和接地点相对于所述金属框的中心的夹角的范围是25°至35°。

3.根据权利要求1所述的手表天线装置，其特征在于，所述金属框仅具有一个开槽(150)，以及所述馈电点和所述开槽相对于所述金属框的中心的夹角的范围是55°至65°。

4.根据权利要求2或3所述的手表天线装置，其特征在于，所述金属框是圆环形的，以及所述金属框的中心是圆环中心。

5.根据权利要求1所述的手表天线装置，其特征在于，所述信号输入位于所述PCB板上。

6.根据权利要求1所述的手表天线装置，其特征在于，所述模式分离电路位于所述PCB板上。

7.根据权利要求1所述的手表天线装置，其特征在于，所述模式分离电路是电感电容组合电路。

8.根据权利要求7所述的手表天线装置，其特征在于，所述模式分离电路包括第一电容(21)、第二电容(22)和第一电感(23)，第一电容的第一端(211)与所述信号输入相连，第一电容的第二端(212)与第二电容的第一端(221)和第一电感的第一端(231)相连，第二电容的第二端(222)接地，第一电感的第二端(232)与所述馈电点(20、200)相连。

9.根据权利要求8所述的手表天线装置，其特征在于，第一电容和第二电容的电容值范围是0.5-2pF，第一电感的电感值范围是0.5-10nH。

10.一种电子手表，其特征在于，包括根据权利要求1所述的手表天线装置，用于发送和接收信号。