CN213520314U - 天线及穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种天线及穿戴设备，其中，天线包括：介质基板、设置在所述介质基板第一面的第一辐射体和与所述第一辐射体耦合的第二辐射体、以及设置在所述介质基板的与所述第一面相背的第二面上的接地板，所述第一辐射体通过所述介质基板上开设的第一过孔与所述接地板上设置的馈电点电连接，所述第二辐射体通过所述介质基板上开设的第二过孔与所述接地板电连接，所述第一辐射体包括水平枝节和竖直枝节，所述水平枝节与所述竖直枝节形成T型辐射单元。本实用新型提供的天线及穿戴设备可以实现宽频带覆盖，并且整体结构简单，占用体积小。

Description

天线及穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及电子无线通信领域，尤其涉及一种天线及穿戴设备。

背景技术

移动通信已经是当今社会中发展最为快速的领域之一，而且也是人们生活中最重要的领域之一，人们的生活已经无法离开移动通信。移动通信经历了几代变革，从移动电话、互联网中给人们提供了前所未有的高效率和便利性，尤其在移动通信领域里，电磁波的出现实现了有线通信到无线通信的飞跃发展，而且当前多媒体通信实现了单一的语音数据到集成图像、数据、音频等综合业务性数据传输。近年来，随着越来越多的终端用户和无线数据通信服务，通信系统向无线化、高速化、多样化的需求提供更宽的频段带宽，更高速率数据通信服务，使得无线通信系统在人们生活中起到越来越重要的角色。4G和5G通信时代，智能终端成为人们连接互联网的主要工具，尤其是在物联网、车联网中，要求智能终端能够实现高可靠性和高速率的数据传输。

多输入多输出技术(Multiple In Multiple Out,MIMO)是解决这一问题的关键技术，并且在通信的基站端和移动终端得到了广泛的应用。MIMO系统的特点是在发射机或者接收机中拥有多个天线，能够在不增加发射功率和系统频谱的前提下，利用无线信道的多路径属性提高传输质量和系统容量。

为了使MIMO系统具有较好的性能，天线单元之间必须是不相关或者耦合较低，然而，移动智能终端设备中能够为天线预留出的空间非常有限，使得天线单元之间的空间距离不可能大于或者等于一个波长。天线的设计空间受到了极大的限制并且天线周围的电磁环境也变得及其复杂，这也大大增加了天线的设计难度，于是，在保证性能不受影响的情况下，在有限的空间内设计一款能覆盖多频带或者能覆盖一个宽屏带的天线，是当前设计天线的主要挑战。

实用新型内容

本实用新型提供一种天线及穿戴设备，用以至少解决在有限的空间内设计一款能覆盖多频带或者能覆盖一个宽屏带的天线难度大的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种天线，包括：介质基板、设置在所述介质基板第一面的第一辐射体和与所述第一辐射体耦合的第二辐射体、以及设置在所述介质基板的与所述第一面相背的第二面上的接地板。

所述第一辐射体通过所述介质基板上开设的第一过孔与所述接地板上设置的馈电点电连接，所述第二辐射体通过所述介质基板上开设的第二过孔与所述接地板电连接；

所述第一辐射体包括水平枝节和竖直枝节，所述水平枝节与所述竖直枝节形成T型辐射单元。

在一种可能实施的方式中，所述接地板上开设有缝隙，所述介质基板的所述第一面上与所述缝隙正对的位置靠近所述第一辐射体。

在一种可能实施的方式中，所述缝隙包括第一段缝隙、第二段缝隙以及第三段缝隙，所述第一段缝隙和所述第三段缝隙平行于所述水平枝节，且所述第三段缝隙位于所述第一段缝隙靠近所述水平枝节的一侧，所述第二段缝隙平行于所述竖直枝节。

在一种可能的实施方式中，所述第一段缝隙延伸至所述接地板的边沿。

在一种可能实施的方式中，所述水平枝节包括：位于所述竖直枝节一侧的弯折枝节以及位于所述竖直枝节另一侧的加宽枝节，所述弯折枝节的宽度以及所述竖直枝节的宽度均小于所述加宽枝节的宽度。

在一种可能的实施方式中，所述第二辐射体包括多个回折段，且多个回折段首尾相连。

在一种可能的实施方式中，所述介质基板包括：净空区域和非净空区域。

所述竖直枝节的部分、所述水平枝节以及第二辐射体的部分位于所述净空区域，所述缝隙在所述介质基板上的投影位于所述非净空区域。

在一种可能的实施方式中，所述第一过孔和所述第二过孔位于所述非净空区域。

可选地，所述介质基板的介电常数为4.2-4.7。

本实用新型提供的天线，通过应用多模谐振器理论对传统“T”型单极子进行改进，使其获得新的谐振模式，实现对1.7GHz-2.71GHz的覆盖，与此同时，在介质基板上加载四分之一波长的第二辐射体和在接地板上刻蚀缝隙的方法，完成天线对0.69GHz-0.96GHz的覆盖。

本实用新型另一方面提供一种穿戴设备，包括壳体、显示屏、电路板以及如上所述的天线。

所述壳体与所述显示屏围合成腔体，所述电路板与所述天线位于所述腔体内，所述天线与所述电路板电连接。

本实用新型提供的穿戴设备，其中，天线通过应用多模谐振器理论对传统“T”型单极子进行改进，使其获得新的谐振模式，实现对1.7GHz-2.71GHz的覆盖，与此同时，在介质基板上加载四分之一波长的第二辐射体和在接地板上刻蚀缝隙的方法，完成天线对0.69GHz-0.96GHz的覆盖。

除了上面所描述的本实用新型实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型实施例提供的天线及穿戴设备所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的天线的正面结构立体图；

图2为本实用新型实施例提供的天线的背面结构立体图；

图3为本实用新型实施例提供的天线的参数仿真结果图；

图4为本实用新型实施例提供的穿戴设备的结构示意图。

附图标记说明：

100-天线；

110-介质基板；

111-第一过孔；

112-第二过孔；

113-净空区域；

114-非净空区域；

120-第一辐射体；

121-水平枝节；

1211-弯折枝节；

1212-加宽枝节；

122-竖直枝节；

130-第二辐射体；

140-接地板；

141-缝隙；

1411-第一段缝隙；

1412-第二段缝隙；

1413-第三段缝隙；

200-穿戴设备；

210-壳体；

220-显示屏；

230-表带。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

智能穿戴设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如手表、手环等。近几年，随着电子产品的不断发展，智能穿戴设备已经能够实现实时定位、语音通话等多种智能化的功能，天线是智能穿戴设备实现智能化的必要设备之一，随着智能穿戴设备频段制式的逐渐增加，功能的不断壮大，功耗的减小，续航能级的增加，智能穿戴设备向着小型化、轻薄化和功能集成化方向发展，使用者可以更好的感知外部与自身的信息，能够在计算机、网络的辅助下更为高效率的处理信息，实现更为无缝的交流。

但是智能穿戴设备小型化、轻薄化、功能集成化也会带来一定的弊端，比如会导致设备内部空间狭小、环境复杂，留给主板的空间越来越小，天线的布局也会受到限制，使得电线之间的空间距离不可能大于或者等于一个波长。于是穿戴式设备中集成多个具有低耦合的宽带天线是一个比较棘手的问题，尤其是降低有限空间中多个天线之间的耦合。

智能手表等一系列穿戴式设备的出现，对天线设计提出了更高的挑战，客观受制于物理尺寸的限制，天线的性能尤其是在低频段(1GHz)以下频段是目前业内设计的难点，针对穿戴式设备终端这一平台而言，由于几何尺寸受限，天线的结构形式比较复杂，一般产品的频段需求不仅要覆盖3G和2G所要求的频段GSM 850(0.82～～0.89GHz)、GSM 900(0.88～0.96GHz)、DCS 1800(1.71～1.88GHz)、PCS 1900(1.85～1.99GHz)、UMTS(1.9～2.17GHz)频段，还需要覆盖4G新提出的频段LTE 700(0.69～0.78GHz)、LTE 2300(2.3～2.4GHz)和LTE 2500(2.5～2.69GHz)。天线的设计空间受到了极大的限制并且天线周围的电磁环境也变得极其复杂，这也大大增加了天线的设计难度。所以，在保证性能不受影响的情况下，在有限空间内设计一款能覆盖多频带或者能覆盖一个宽频带的天线，是当前设计天线的主要挑战。

为了解决上述问题，本实用新型提供的天线以及穿戴设备，通过在天线上，应用多模谐振器理论对传统T型单极子进行改进，使其获得新的谐振模式，实现对1.7～2.7GHz的覆盖，与此同时，通过在介质基板上加载四分之一波长的终端开路枝节和在接地板上刻蚀缝隙的方法，完成天线对0.69～0.96GHz的覆盖，最终实现天线全面覆盖。

实施例一

下面参考附图描述本实用新型实施例的天线。

图1为本实用新型实施例提供的天线的正面结构立体图，图2为本实用新型实施例提供的天线的背面结构立体图。

参考图1和图2所示，本实用新型实施例提供的天线100，包括：介质基板110、设置在介质基板110第一面的第一辐射体120和与第一辐射体120耦合的第二辐射体130、以及设置在介质基板110的与第一面相背的第二面上的接地板140。

其中，第一辐射体120通过介质基板110上开设的第一过孔111与接地板140上设置的馈电点电连接，第二辐射体130通过介质基板110上开设的第二过孔112与接地板140电连接。

第一辐射体120包括水平枝节121和竖直枝节122，水平枝节121与竖直枝节122形成T型辐射单元。

示例性的，本实用新型实施例提供的天线100采用的介质基板110的材料为FR4，其介电常数为4.4，正切损耗角为0.02，介质基板110的厚度为0.8mm，长和宽均为40mm。

介质基板110的第一面上设置有第一辐射体120，第一辐射体120包括水平枝节121和竖直枝节122，水平枝节121和竖直枝节122连接呈“T”型状，形成“T”型单极子，并且竖直枝节122位于水平枝节121的中垂线上，水平枝节121的长度为3.2cm,即水平枝节121在竖直枝节122垂直方向上的长度为3.2cm。

在竖直枝节122的最下端的介质基板110上，即在竖直枝节122远离水平枝节121的一端的介质基板110上开设有第一过孔111，第一过孔111为金属化过孔，第一辐射体120通过第一过孔111与位于介质基板110第二面的接地板140上设置的馈电点电连接。第一辐射体120完成对1.7GHz-2.71GHz频段的覆盖。

介质基板110的第一面上还设置有第二辐射体130，第二辐射体130与一辐射体120耦合，第一辐射体120与第二辐射体130产生的频段不同，实现宽频覆盖。参照图1所示，在第二辐射体130一端的介质基板110上开设有第二过孔112，第二过孔112为金属化过孔，第二辐射体130通过第二过孔112与位于介质基板110第二面的接地板140电连接。第二辐射体130长度大概为0.73GHz的四分之一波长，完成对0.69GHz-0.84GHz频段的覆盖。

为了减小天线100的体积，第二辐射体130包括有多个回折段，并且多个回折段首尾相连。示例性的，参考图2所示，第二辐射体130包括四个回折段，每个回折段包括一个水平段和一个竖直段，其中，每个水平段平行于水平枝节121，每个竖直段平行于竖直枝节122，且最上方的水平段位于水平枝节121的上方，图示中，最上方的水平段位于介质基板110的边沿处。

在本实用新型的一些实施例中，为了实现4G智能手表天线工作频段的全面覆盖，即LTE band 13(747MHz-787MHz)、B5和B9(824MHz-960MHz)以及LTE band 1(1980MHz-2170MHz)频段的覆盖，在接地板140上还开设有缝隙141，缝隙141形成缝隙天线，缝隙天线完成对0.82GHz-0.96GHz频段的覆盖，至此，天线100无立体结构以及加载阻抗匹配网络，实现全面覆盖0.69GHz-0.96GHz和1.7GHz-2.71GHz频段。并且天线100的整体结构简单，便于加工，占用体积小，适用于精细的穿戴设备中。

在一种可能实施的方式中，缝隙141可以包括：第一段缝隙1411、第二段缝隙1412以及第三段缝隙1413，在本实施例中，第一段缝隙1411和第三段缝隙1413平行于水平枝节121，其中第一段缝隙1411延伸至接地板140的边沿，第三段缝隙1413位于第一段缝隙1411靠近水平枝节121的一侧，即第三段缝隙1413相比第一段缝隙1411更加靠近水平枝节121，第二段缝隙1412平行于竖直枝节122。

参考图1所示，为了减少第一辐射体120的平铺面积和增加第二辐射体130的辐射效果，水平枝节121可以包括：位于竖直枝节122左侧的弯折枝节1211和位于竖直枝节右侧的加宽枝节1212，其中，弯折枝节1211从水平枝节121的中点延伸1.6cm后弯折90度向下延伸1cm再弯折90度朝右延伸，直至将要碰到竖直枝节122时弯折90度向上延伸，直至将要碰到水平枝节121时再弯折90度向左延伸，保证第一辐射体120的长度所产生的辐射频率能覆盖1.7GHz-2.71GHz。

在本实用新型实施例中，弯折枝节1211的宽度和竖直枝节122的宽度均小于加宽枝节1212的宽度，示例性的，加宽枝节1212的宽度可以为弯折枝节1211宽度的两倍和竖直枝节122宽度的两倍。第一段缝隙1411与弯折枝节1211的最近距离为1.8cm。

在本实用新型的一些实施例中，介质基板110可以包括：净空区域113和非净空区域114，示例性的，如图1所示，净空区域113长为4cm，宽为1.5cm，非净空区域114长为4cm，宽为2.5cm，其中竖直枝节122的部分、水平枝节121(包括弯折枝节1211和加宽枝节1212)以及第二辐射体130的部分位于净空区域113，并且缝隙141在介质基板140上的投影位于非净空区域114。

需要说明的是，本文中的“净空区域”是指介质基板110上不设地的区域。

如上所述的天线100，第一过孔111和第二过孔112位于非净空区域114。

需要说明的是，本实用新型实施例所采用的介质基板110是FR4材料，相对空气的介电常数可以是4.2-4.7.并且这个介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20％。

图3为本实用新型实施例提供的天线100的参数仿真结果图，从图3可以得知，本实用新型实施例提供的天线100具有较宽的宽带，同时具有良好的辐射全向性和较高的辐射效率，全面覆盖了0.69GHz-0.96GHz和1.7GHz-2.71GHz频段，满足智能手表实际工作的要求。

本实用新型实施例提供的天线，通过应用多模谐振器理论对传统“T”型单极子进行改进，使其获得新的谐振模式，实现对1.7GHz-2.71GHz的覆盖，与此同时，在介质基板上加载四分之一波长的第二辐射体和在接地板上刻蚀缝隙的方法，完成天线对0.69GHz-0.96GHz的覆盖。

实施例二

下面参考附图描述本实用新型实施例的穿戴设备。

图4为本实用新型实施例提供的穿戴设备的结构示意图，参考图4所示，本实用新型实施例提供的穿戴设备200包括：壳体210、显示屏220、电路板(图中未示出)、分别连接在壳体210的相对两端的表带230以及如实施例一所示的天线100。

表带230用于将穿戴设备200穿戴在穿戴部位上，壳体210与显示屏220围合成一个腔体，电路板与天线100位于腔体内，天线100与电路板电连接。

需要说明的是，智能穿戴设备可以是手表或者手环，也可以是医疗检测的智能穿戴电子设备或者其他智能穿戴电子设备，对此，本实用新型不做任何限制。

本实用新型提供的穿戴设备，其中，天线通过应用多模谐振器理论对传统“T”型单极子进行改进，使其获得新的谐振模式，实现对1.7GHz-2.71GHz的覆盖，与此同时，在介质基板上加载四分之一波长的第二辐射体和在接地板上刻蚀缝隙的方法，完成天线对0.69GHz-0.96GHz的覆盖。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：介质基板、设置在所述介质基板第一面的第一辐射体和与所述第一辐射体耦合的第二辐射体、以及设置在所述介质基板的与所述第一面相背的第二面上的接地板；

所述第一辐射体通过所述介质基板上开设的第一过孔与所述接地板上设置的馈电点电连接，所述第二辐射体通过所述介质基板上开设的第二过孔与所述接地板电连接；

所述第一辐射体包括水平枝节和竖直枝节，所述水平枝节与所述竖直枝节形成T型辐射单元。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地板上开设有缝隙，所述介质基板的所述第一面上与所述缝隙正对的位置靠近所述第一辐射体。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述缝隙包括第一段缝隙、第二段缝隙以及第三段缝隙，所述第一段缝隙和所述第三段缝隙平行于所述水平枝节，且所述第三段缝隙位于所述第一段缝隙靠近所述水平枝节的一侧，所述第二段缝隙平行于所述竖直枝节。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一段缝隙延伸至所述接地板的边沿。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天线，其特征在于，所述水平枝节包括：位于所述竖直枝节一侧的弯折枝节以及位于所述竖直枝节另一侧的加宽枝节，所述弯折枝节的宽度以及所述竖直枝节的宽度均小于所述加宽枝节的宽度。

6.根据权利要求1-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第二辐射体包括多个回折段，且所述多个回折段首尾相连。

7.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述介质基板包括：净空区域和非净空区域；

所述竖直枝节的部分、所述水平枝枝节以及第二辐射体的部分位于所述净空区域，所述缝隙在所述介质基板上的投影位于所述非净空区域。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第一过孔和所述第二过孔位于所述非净空区域。

9.根据权利要求1-4任一项所述的天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数为4.2-4.7。

10.一种穿戴设备，其特征在于，包括：壳体、显示屏、电路板以及如权利要求1-9任一项所述的天线；

所述壳体与所述显示屏围合成腔体，所述电路板与所述天线位于所述腔体内，所述天线与所述电路板电连接。

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