CN211743391U - 小型化定位天线和可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

一种小型化定位天线和可穿戴设备，小型化定位天线，包括：环形辐射体，所述环形辐射体在工作时电流最大值的位置加载有电感器件；第一枝节，与所述述环形辐射体的耦合连接，所述第一枝节远离所述环形辐射体的一端用于接入第一馈电信号。上述的小型化定位天线通过在环形辐射体上的电流最大值的位置加载有电感器件，使得谐振频率降低。而加载的感值越大，频率越低，说明加载电感来实现小型化的效果明显，从而在使得天线能够实现小型化的同时，保证其性能不会被削减，定位精度。

Description

小型化定位天线和可穿戴设备

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种小型化定位天线和可穿戴设备。

背景技术

在智能手表或手环领域，定位精度一直是人们所关注的痛点。传统的智能手表或手环定位天线多为线极化天线，但是导航卫星发出的信号通过电离层后是右旋圆极化信号，因此智能手表或手环的定位天线无法全部接收导航卫星的信号，而导航卫星的信号又被地面、高楼、树木等奇数次反射后，会变成左旋圆极化信号，将会产生的多径干扰严重影响整机的定位效果。

另外，由于可穿戴设备的体积较小，传统的无论是线极化天线或圆极化天线要集成到可穿戴设备中，由于体积受限而不得不对天线的形状或结构进行改变，使得天线的性能被大大的削减，定位精度也变低，严重影响整机的定位效果。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种小型化定位天线和可穿戴设备，旨在解决传统的定位天线由于可利用的空间有限，使得其性能被削减，定位精度差的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种小型化定位天线，包括：

环形辐射体，所述环形辐射体在工作时电流最大值的位置加载有电感器件；

第一枝节，与所述述环形辐射体的耦合连接，所述第一枝节远离所述环形辐射体的一端用于接入第一馈电信号。

上述的小型化定位天线通过在环形辐射体上的电流最大值的位置加载有电感器件，使得谐振频率降低。而加载的感值越大，频率越低，说明加载电感来实现小型化的效果明显，从而在使得天线能够实现小型化的同时，保证其性能不会被削减，定位精度。

在其中一个实施例中，所述电感器件为集总电感或分布电感。

在其中一个实施例中，所述环形辐射体为方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构、圆角矩形环状结构、椭圆环状结构或圆环状结构，所述环形辐射体的等效长度与工作波长对应。

在其中一个实施例中，所述第一枝节与所述环形辐射体的中心之间的连线，和所述电感器件与所述环形辐射体的中心之间的连线相互垂直。

在其中一个实施例中，所述电感器件为两个，两个所述电感器件与所述第一枝节与所述环形辐射体耦合的位置沿所述环形辐射体周缘的距离相等。

在其中一个实施例中，所述环形辐射体为方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构或圆角矩形环状结构，所述第一枝节与所述环形辐射体的第一边耦合连接；所述电感器件为两个，分别设置于所述环形辐射体上与所述第一边相邻的两个边的中间位置。

在其中一个实施例中，还包括第二枝节，与所述环形辐射体的耦合连接，且与所述第一枝节具有预设距离，所述第二枝节远离所述环形辐射体的一端用于接地或者用于接入第二馈电信号，所述第一馈电信号与所述第二馈电信号的相位相差90°。

该实施例中，利用一个枝节进行耦合馈电，另一个枝节也耦合馈电或接地，从而激励环形辐射体的两个辐射模式，两个辐射模式具有相同幅度和90度的相位差，即环形辐射体产生右旋圆极化辐射，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时，环形辐射体所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。

在其中一个实施例中，所述预设距离为所述第一枝节、所述第二枝节在沿所述环形辐射体周缘的距离，为所述环形辐射体的工作波长的0.125倍～0.375倍；

且所述环形辐射体为方形结构、圆角方形结构、矩形结构或圆角矩形结构时，所述第一枝节、所述第二枝节分别与所述环形辐射体两个相邻以耦合缝隙相对。

在其中一个实施例中，所述电感器件为四个，各所述电感器件沿所述环形辐射体周向间隔均匀布置，且所述第一枝节、所述第二枝节分别与两个相邻的电感器件相对。

在其中一个实施例中，所述第一枝节、所述第二枝节为T型或倒L型。

本申请实施例的第二方面提了一种可穿戴设备，包括电路板和如上所述的小型化定位天线，所述小型化定位天线的第一枝节远离所述环形辐射体的一端连接于所述电路板的射频端口。

上述可穿戴设备采用了上述小型化定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的小型化定位天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的小型化定位天线电流仿真示意图；

图3为图1所示小型化定位天线的S参数示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的小型化定位天线的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的小型化定位天线的S参数示意图；

图6为图5所示小型化定位天线的二维顶部轴比仿真图；

图7为图5所示小型化定位天线的二维顶部右旋圆极化增益示意图；

图8为图5所示小型化定位天线的phi＝0°、90°切面的二维轴比仿真图；

图9为图5所示小型化定位天线的phi＝0°、90°切面的右旋圆极化增益示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1本申请实施例提供的一种可用于可穿戴设备的小型化定位天线，包括环形辐射体10和第一枝节20。

环形辐射体10工作在第一频段，比如1.575GHz或1.176GHz。可选地，环形辐射体10的主体为中心对称结构或轴对称结构，比如是方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构、圆角矩形环状结构、椭圆环状结构或圆环状结构等，环形辐射体20在工作时电流最大值的位置加载有电感器件30；第一枝节20与环形辐射体10的耦合连接，第一枝节20远离环形辐射体10的一端用于接入第一馈电信号。

上述的小型化定位天线通过在环形辐射体10上的电流最大值的位置加载有电感器件20，用于延伸环状辐射体10的有效长度，以缩小定位天线尺寸，使天线有效实现小型化。同样尺寸的辐射体加载电感后，使得谐振频率降低，而加载的感值越大，频率越低，说明加载电感来实现小型化的效果明显，从而在使得天线能够实现小型化的同时，保证其性能不会被削减，定位精度。

电感器件30为集总电感，即电感器，或分布电感，即环形辐射体10的边框用蛇形弯曲走线以实现该分布电感。电感取值范围可以根据环形辐射体10具体的工作频段以及限定的尺寸进行灵活选择，电感越大，环形辐射体10可以体积越小。而在一些要求小型化较高的情况下，可以将环形辐射体10各边大部分或全部都以分布电感来构成，即各边大部分或全部都是蛇形弯曲走线，或加载多个电感器。

在其中一个实施例中，环形辐射体10的等效长度与工作波长对应。比如环状辐射体10的等效长度与工作波长基本相等，或环状辐射体10的等效长度与1/4工作波长基本相等，保证天线谐振在所需要的频点。环形辐射体10的等效长度可以理解为环形辐射体10的周长加上加载电感的等效长度。

请参阅图2，环形辐射体10上箭头形状的图形越大，颜色越深代表电流值越大。在环形辐射体10为中心对称图形，以方形结构为例，电流从第一枝节20耦合到环形辐射体的第一边上后，分为两路分别在流过1/4周长之后达到最大，电流最大的位置有两个，分别为第一边相邻的两个边上，因此在该两个位置设置电感器件30，使得第一枝节20与环形辐射体10的中心之间的连线，和电感器件30与环形辐射体10的中心之间的连线相互垂直。

从另一个角度可以理解为，电感器件30为两个时，两个电感器件30与第一枝节20与环形辐射体10耦合的位置沿环形辐射体10周缘的距离相等。比如，环形辐射体10为方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构或圆角矩形环状结构，第一枝节20与环形辐射体10的第一边耦合连接；电感器件30为两个，分别设置于环形辐射体10上与第一边相邻的两个边的中间位置。

请参阅图3，由此，我们不难看出，在电流最大值的位置加载电感，谐振频率降低，其中LL为所加载的电感器件30的等效电感值，分别有LL＝3nH、5nH、7nH及无加载的四条S参数仿真参数曲线，由此可见，加载的电感值越大，频率越低，说明加载电感实现小型化的效果明显，而且具体效果可以被很好地控制。

请参阅图4，在其中一个实施例中，小型化定位天线还包括第二枝节40，第二枝节40与环形辐射体10的耦合连接，且与第一枝节20具有预设距离，第二枝节40远离环形辐射体10的一端用于接地或者用于接入第二馈电信号，第一馈电信号与第二馈电信号的相位相差90°。该实施例中，利用一个枝节进行耦合馈电，另一个枝节也耦合馈电或接地，从而激励环形辐射体10的两个辐射模式，两个辐射模式具有相同幅度和90度的相位差，即环形辐射体10产生右旋圆极化辐射，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时，环形辐射体10所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。

第二枝节40远离环形辐射体10的一端用于接地100和第二枝节40远离环形辐射体10的一端用于接入第二馈电信号这两种实施方式性能相近，应用时可以根据需要选择。

在其中一个实施例中，预设距离为第一枝节20、第二枝节40在沿环形辐射体10周缘的距离，为环形辐射体10的工作波长的0.125倍～0.375倍；且环形辐射体10为方形结构、圆角方形结构、矩形结构或圆角矩形结构时，第一枝节20、第二枝节40分别与环形辐射体10两个相邻边以耦合缝隙相对。3实施例提供的方案中，第一枝节20、第二枝节40分别设置在方框形的环形辐射体1010的两个相邻边的中点位置，此时天线更佳，良好的圆极化效果。

在其中一个实施例中，电感器件30为四个，环形辐射体10中心对称图形，以方形结构为例，电流从第一枝节20耦合到环形辐射体10的第一边上后，分为两路分别在流过1/4周长之后达到最大，电流最大的位置有两个，分别位于第一边相邻的两个边上，因此在该两个位置设置电感器件30，同理，从第二枝节40耦合到环形辐射体10上可以得到，另外两个电感设置在第一边和与其相对的边上，各电感器件30沿环形辐射体10周向间隔均匀布置，且第一枝节20、第二枝节40分别与两个相邻的电感器件30相对。

另外，枝节与辐射体之间为缝隙耦合馈电，更容易匹配调谐。具体地，第一枝节20和/或第二枝节40包括第一耦合段和第二耦合段，第一耦合段的长边与环形辐射体10的边缘正相对且两者之间设置有耦合缝隙，第二耦合段的第一端与第一耦合段连接，第二端向远离第一耦合段的方向延伸，且作为远离环形辐射体10的一端。由此，枝节的主体构成T型结构或倒L型结构，而通过调节枝节的尺寸以及耦合缝隙的间距，可以调整耦合度，实现天线的匹配调谐。

在一些实施例中，第一枝节20所在平面、第二枝节40所在平面与环形辐射体10所在平面的相互垂直；在另一些实施例中，第一枝节20、第二枝节40在与垂于环形辐射体10所在的平面的方向的投影落在该平面的范围之外，第一枝节20所在平面、第二枝节40所在平面与环形辐射体10所在平面形成的夹角在±90°之间。

在另一些实施例中，枝节与辐射体之间为直接馈电，第一枝节20和/或第二枝节40均包括电容和第三耦合段，电容的一端与环形辐射体10连接，另一端与第三耦合段的第一端连接，第三耦合段的第二端作为远离环形辐射体10的一端。如此，提供另一种枝节和耦合的实施方式，选择不同电容量的电容可以调整耦合度，实现天线的匹配调谐。可以理解的是，第一枝节20、第二枝节40在上述两种耦合方式中，可以选择同一种耦合方式，也可以选择不同的耦合方式。

请参阅图5，其中，可以看出，相比于同样尺寸的辐射体，加载电感后，谐振频率明显下降，而且，将加载电感的辐射体通过缩小天线整体尺寸，使得谐振频率重新调整到1575MHz。查看圆极化效果。

上述小型化定位天线在1.575GHz处产生谐振，阻抗带宽(S11＜-6dB)能完全覆盖GPS-L1频段(1575±2MHz)，说明上述定位天线对导航卫星信号接收良好。

从图6和图8可见，上述定位天线工作在GPS的L1频段1.575GHz时，定位天线的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的轴比在2.3dB以下，上述定位天线工作在GPS-L1频段1.575GHz且切面为phi＝0°、90°时，在θ＝-70～70°范围内，定位天线的轴比小于10dB，说明上述定位天线的轴比特性较好，达到定位天线的性能要求。

从图7和图9可见，上述定位天线工作在GPS-L1频段1.575GHz时，定位天线的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的右旋圆极化增益在1.5dB左右，在相同增益的情况下，该圆极化天线比传统线极化天线接收卫星信号提高3dB，所以上述定位天线的定位效果优于传统线极化天线。

此外，本申请还提供了一种可穿戴设备，包括电路板和如上任一项实施例的小型化定位天线，小型化定位天线的第一枝节20远离环形辐射体10的一端连接于电路板的第一射频端口。

进一步地，小型化定位天线的第二枝节40远离环形辐射体10的一端连接于电路板的第二射频端口或电路板的地端口。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种小型化定位天线，其特征在于，包括：

环形辐射体，所述环形辐射体在工作时电流最大值的位置加载有电感器件；

第一枝节，与所述述环形辐射体的耦合连接，所述第一枝节远离所述环形辐射体的一端用于接入第一馈电信号。

2.如权利要求1所述的小型化定位天线，其特征在于，所述电感器件为集总电感或分布电感。

3.如权利要求1所述的小型化定位天线，其特征在于，所述环形辐射体为方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构、圆角矩形环状结构、椭圆环状结构或圆环状结构，所述环形辐射体的等效长度与工作波长对应。

4.如权利要求1所述的小型化定位天线，其特征在于，所述第一枝节与所述环形辐射体的中心之间的连线，和所述电感器件与所述环形辐射体的中心之间的连线相互垂直。

5.如权利要求1所述的小型化定位天线，其特征在于，所述电感器件为两个，两个所述电感器件与所述第一枝节与所述环形辐射体耦合的位置沿所述环形辐射体周缘的距离相等。

6.如权利要求1、4或5所述的小型化定位天线，其特征在于，所述环形辐射体为方形环状结构、圆角方形环状结构、矩形环状结构或圆角矩形环状结构，所述第一枝节与所述环形辐射体的第一边耦合连接；所述电感器件为两个，分别设置于所述环形辐射体上与所述第一边相邻的两个边的中间位置。

7.如权利要求1至4任一项所述的小型化定位天线，其特征在于，还包括第二枝节，与所述环形辐射体的耦合连接，且与所述第一枝节具有预设距离，所述第二枝节远离所述环形辐射体的一端用于接地或者用于接入第二馈电信号，所述第一馈电信号与所述第二馈电信号的相位相差90°。

8.根据权利要求7所述的小型化定位天线，其特征在于，所述预设距离为所述第一枝节、所述第二枝节在沿所述环形辐射体周缘的距离，为所述环形辐射体的工作波长的0.125倍～0.375倍；

且所述环形辐射体为方形结构、圆角方形结构、矩形结构或圆角矩形结构时，所述第一枝节、所述第二枝节分别与所述环形辐射体两个相邻以耦合缝隙相对。

9.如权利要求7所述的小型化定位天线，其特征在于，所述电感器件为四个，各所述电感器件沿所述环形辐射体周向间隔均匀布置，且所述第一枝节、所述第二枝节分别与两个相邻的电感器件相对。

10.如权利要求7所述的小型化定位天线，其特征在于，所述第一枝节、所述第二枝节为T型或倒L型。

11.一种可穿戴设备，其特征在于：包括电路板和如权利要求1至10任一项所述的小型化定位天线，所述小型化定位天线的第一枝节远离所述环形辐射体的一端连接于所述电路板的射频端口。

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