CN214203964U

CN214203964U - 电子设备

Info

Publication number: CN214203964U
Application number: CN202120325984.6U
Authority: CN
Inventors: 赵安平; 任周游
Original assignee: Anhui Huami Information Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Huami Health Technology Co Ltd
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2031-02-04

Abstract

本公开提供了一种电子设备，包括：第一天线结构，包括环形的第一辐射体和第一调节单元，所述第一辐射体形成工作频段在第一通信频段的圆极化天线，所述第一调节单元用于调节所述第一通信频段；和第二天线结构，包括环形的第二辐射体和第二调节单元，所述第二辐射体形成工作频段在第二通信频段的圆极化天线，所述第二调节单元用于调节所述第二通信频段。本公开设备实现双频圆极化天线，提高设备定位精度。

Description

电子设备

技术领域

本公开涉及智能设备技术领域，具体涉及一种电子设备。

背景技术

随着电子设备的发展，卫星定位功能已经成为电子设备的主要功能之一，卫星定位天线的设计是提高设备的卫星定位精度的重要途径，其中，圆极化天线相较于线极化天线具有更高的传输能力，然而，受限于电子设备的小型化限制，圆极化天线在电子设备中难以实现，导致电子设备的定位性能较差。

实用新型内容

本公开实施方式提供了一种电子设备，在一些实施方式中，电子设备包括：

第一天线结构，包括环形的第一辐射体和第一调节单元，所述第一辐射体形成工作频段在第一通信频段的圆极化天线，所述第一调节单元用于调节所述第一通信频段；和

第二天线结构，包括环形的第二辐射体和第二调节单元，所述第二辐射体形成工作频段在第二通信频段的圆极化天线，所述第二调节单元用于调节所述第二通信频段。

在一些实施方式中，所述第一辐射体和所述第二辐射体分别设于所述电子设备的主板的相对两侧。

在一些实施方式中，所述第一天线结构还包括第一馈电端子，所述第一馈电端子的一端连接于所述第一辐射体，另一端电性连接于所述电子设备的主板的射频单元；

所述第二天线结构还包括第二馈电端子，所述第二馈电端子的一端连接于所述第二辐射体，另一端电性连接于所述电子设备的主板的射频单元。

在一些实施方式中，所述第一辐射体的第一周长和所述第二辐射体的第二周长，位于所述第一通信频段中心频率对应的第一波长和所述第二通信频段中心频率对应的第二波长之间。

在一些实施方式中，所述第一调节单元包括至少一个第一接地端子，所述第一接地端子包括电感，各所述第一接地端子的一端连接于所述第一辐射体，另一端通过所述电感与所述电子设备的主板的接地单元电性连接；

所述第二调节单元包括至少一个第二接地端子，所述第二接地端子包括电容，各所述第二接地端子的一端连接于所述第二辐射体，另一端通过所述电容与所述电子设备的主板的接地单元电性连接。

在一些实施方式中，所述第一通信频段包括GPS L1的谐振频段，所述第二通信频段包括GPS L5的谐振频段。

在一些实施方式中，所述电子设备为腕戴式设备，所述第一天线结构设于所述电子设备远离人体手臂的一侧，所述第二天线结构设于靠近人体手臂的一侧。

在一些实施方式中，所述电子设备为腕戴式设备，所述腕戴式设备包括：

壳体，一侧具有适于装配屏幕组件的敞口端，所述壳体的内部设有主板；所述第一辐射体固设于所述壳体的所述敞口端。

在一些实施方式中，所述电子设备的壳体的部分结构形成所述第二辐射体。

在一些实施方式中，所述第二辐射体设于所述壳体内部。

在一些实施方式中，所述电子设备的壳体包括中框和底壳，所述中框的至少一部分形成所述第二辐射体。

本公开实施方式的电子设备，包括第一天线结构和第二天线结构，第一天线结构包括环形的第一辐射体和第一调节单元，第一辐射体形成工作频段在第一通信频段的圆极化天线，第一调节单元用来调节第一通信频段。第二天线结构包括环形的第二辐射体和第二调节单元，第二辐射体形成工作频段在第二通信频段的圆极化天线，第二调节单元用来调节第二通信频段。通过第一天线结构和第二天线结构形成双频圆极化天线，相较线极化天线，圆极化天线的接收效率更高，从而在实现卫星定位功能时定位更加准确。并且双频卫星定位天线相较单频卫星定位天线，可以有效提高电子设备的定位精度。另外，通过第一调节单元和第二调节单元可以分别对第一通信频段和第二通信频段进行独立调节，更利于在体积较小的穿戴设备上实现双频圆极化天线，为天线设计提供更多方案。

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结构示意图。

图2是根据本公开一些实施方式中圆极化天线的原理图。

图3是根据本公开一些实施方式中圆极化天线的原理图。

图4是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构爆炸图。

图5是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

图6是根据本公开一些实施方式中第一天线结构的原理图。

图7是根据本公开一些实施方式中第二天线结构的原理图。

图8是根据本公开一些实施方式中双频GPS天线的轴比随频率的变化曲线。

图9是根据本公开一些实施方式中双频GPS天线的回波损耗(S-参数)随频率的变化曲线。

图10是根据本公开一些实施方式中双频GPS天线的天线总效率随频率的变化曲线。

图11是根据本公开一些实施方式中GPS L1频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在XoZ平面的辐射方向图。

图12是根据本公开一些实施方式中GPS L1频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在YoZ平面的辐射方向图。

图13是根据本公开一些实施方式中GPS L5频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在XoZ平面的辐射方向图。

图14是根据本公开一些实施方式中GPS L5频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在YoZ平面的辐射方向图。

图15是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

图16是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构爆炸图。

图17是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

图18是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

图19是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

图20是根据本公开一些实施方式中电子设备的剖面结构图。

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。

卫星定位和运动轨迹记录已经成为智能电子设备必备功能之一，为了达到定位和记录轨迹的目的，卫星定位系统是电子设备必不可少的结构。以GPS卫星定位系统为例，GPS卫星定位系统的民用频段主要包括L1频段和L5频段，L1频段的中心工作频率约为1.575GHz，L5频段中心工作频率约为1.176GHz。L1频段的卫星覆盖率较大，单频GPS天线通常支持L1频段。

另外，为了增强卫星到地面的信号传输效率，例如增加穿透能力和改善覆盖面积等，GPS卫星向地面发射天线倾向于采用圆极化的形式。这是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，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。因此，与GPS线极化天线系统相比，GPS圆极化天线系统具有更好的抗电离层干扰和更强的抗多径干扰的能力，进而可以获得更精确的位置信息和运动轨迹。

然而相关技术中，电子设备受限于体积空间，难以设计出圆极化天线。尤其对于可穿戴设备，尚未有圆极化天线的解决方案，导致设备的定位精度和轨迹检测精度难以进一步提高。

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，旨在实现设备的双频圆极化天线系统，从而提高设备的定位精度。

在一些实施方式中，本公开实施方式提供了一种电子设备，该电子设备可以是任何适于实施的设备类型，例如，智能手机、平板电脑等手持式终端；又例如，智能手表/手环、智能眼镜、智能耳机等可穿戴设备；再例如，车载电脑等车载式终端，等，本公开对此不作限制。

本公开电子设备包括第一天线结构和第二天线结构，第一天线结构和第二天线结构均为圆极化天线，其中，第一天线结构的工作频段为第一通信频段，而第二天线结构的工作频段为第二通信频段。

在一个示例中，第一通信频段为包括GPS L1的1.575GHz的频段，第二通信频段为包括GPS L5的1.176GHz的频段，从而形成双频GPS圆极化天线。

在一些实施例中，双频GPS圆极化天线将L1频段作为基础频段，而L5作为辅助L1的频段使用，从而可以消除电离层的误差，提高信号功率，进而提高电子设备的定位精度。

本公开实施方式中，第一天线结构包括环形的第一辐射体和第一调节单元，通过对环形的第一辐射体馈电使得第一辐射体产生的环形电流形成圆极化波，以实现圆极化天线。同时，第一调节单元用来对第一辐射体的有效电长度进行调节，从而使得第一天线结构的第一通信频段可以调整到所需要的频段。在一个示例中，第一调节单元可以是包括电容或者电感的回地端子，通过电容或者电感回地可以改变辐射体的有效电长度，也即改变其谐振频率，实现第一通信频段的调节。

在本公开实施例中，第二天线结构包括环形的第二辐射体和第二调节单元，通过对环形的第二辐射体馈电使得第二辐射体产生的环形电流形成圆极化波，以实现圆极化天线。同时，第二调节单元用来对第二辐射体的有效电长度进行调节，从而使得第二天线结构的第二通信频段可以调整到所需要的频段。在一个示例中，第二调节单元可以是包括电容或者电感的回地端子，通过电容或者电感回地可以改变辐射体的有效电长度，也即改变其谐振频率，实现第二通信频段的调节。

针对本公开天线系统的结构以及实现原理，下文中进行说明，在此暂不详述。

通过上述可知，本公开实施方式的电子设备，通过第一天线结构和第二天线结构实现双频圆极化天线系统，天线接收效率更高，在实现卫星能为功能时，设备的定位精度更高。而且，通过第一调节单元和第二调节单元来改变天线结构的通信频段，为天线设计提供更多方案，可以满足较小设备空间的双频圆极化天线系统的设置。

图1示出了本公开一些实施方式中电子设备的天线系统。如图1所示，在一些实施方式中，本公开的电子设备的天线系统包括主板100、第一天线结构和第二天线结构。本领域技术人员可以理解，对于电子设备，除天线系统之外其还可以包括其他的电气元件和结构，本公开对此不再赘述。

主板100为电子设备的主PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，其上集成有处理器和相应的控制电路模块等(附图未示出)。在本公开实施方式中，主板100可以作为天线系统的接地单元，也即主板100为设备整个电气系统的地。对于天线系统来说，射频单元指设置在主板100上的射频电路模块。

在本实施方式中，第一天线结构包括环形的第一辐射体210和第一馈电端子220，第一调节单元包括至少一个接地端子230。第一辐射体210为环形的金属辐射体，例如金属环圈等，第一辐射体210平行设置在主板100上方。第一辐射体210通过第一馈电端子220与主板100的射频单元连接，且通过至少一个第一接地端子230与主板100的接地单元连接。

继续参照图1，在一个示例中，第一馈电端子220和第一接地端子230为金属柱体结构。第一馈电端子220跨接于第一辐射体210与主板100间隔形成的缝隙之间，也即，第一馈电端子220一端连接于第一辐射体210上，另一端连接于主板100的射频单元(附图未示出)。可以理解，第一馈电端子220和第一辐射体210的连接，可以是通过连接组件构成的电连接，也可以是一体成型，本公开对此无需限制。在一个示例中，第一馈电端子220与第一辐射体210一体成型，其自由端则通过主板100上的弹片结构或者pop pin(弹簧针)结构与主板100的射频单元电性连接。

在本示例中，第一接地端子230的数量为两个，每个第一接地端子230的一端连接于第一辐射体210上，另一端通过电容或电感连接于主板100的接地单元。可以理解，第一接地端子230和第一辐射体210的连接，可以是通过连接组件构成的电连接，也可以是一体成型，本公开对此无需限制。

第二天线结构与第一天线结构类似，其包括环形的第二辐射体310和第二馈电端子320，第二调节单元包括至少一个第二接地端子330。第二辐射体310为环形的金属辐射体，例如金属环圈等，第二辐射体310平行设置在主板100下方。第二辐射体310通过第二馈电端子320与主板100的射频单元连接，且通过至少一个设有电容或电感的第二接地端子330与主板的接地单元连接。

如图1所示，在本示例中，第二馈电端子320和第二接地端子330为金属柱体结构。第二馈电端子320跨接于第二辐射体310与主板100间隔形成的缝隙之间，也即，第二馈电端子320一端连接于第二辐射体310上，另一端连接于主板100的射频单元。可以理解的是，第二馈电端子320和第二辐射体310的连接，可以是通过连接组件构成的电连接，也可以是一体成型，本公开对此无需限制。在一个示例中，第二馈电端子320与第二辐射体310一体成型，其自由端则通过主板100上的弹片结构或者pop pin(弹簧针)结构与主板100的射频单元电性连接。

在本示例中，第二接地端子330数量同样为两个，每个第二接地端子330的一端连接于第二辐射体310上，另一端通过电容或电感连接于主板100的接地单元。可以理解，第二接地端子330和第二辐射体310的连接，可以是通过连接组件构成的电连接，也可以是一体成型，本公开对此无需限制。

值得说明的是，在本公开实施方式中，对于第一接地端子230和第二接地端子330，其并非直接与主板100的接地单元连接，而是设置有电容或者电感，也即，各个接地端子通过电容或者电感来与主板100的接地单元连接。

本公开实施方式中，通过电容或电感接地的目的包括两个：一是实现天线的圆极化；二是改变辐射体的有效电长度。下文中会针对此原理进行详尽的说明，在此暂且不表。

对于利用环形辐射体实现圆极化天线，辐射体的中心工作频率的波长等于辐射体的有效周长，因此，在设计天线时，可以设置辐射体的有效周长等于所需工作频率的一个波长。

具体至本公开一个示例中，以通过两个天线结构实现双频圆极化GPS天线为例。在进行天线设计时，可以将第一辐射体和第二辐射体有效周长设置为各自对应工作频率的一个波长，例如可设置第一辐射体产生谐振频率为1.575GHz的圆极化波，而第二辐射体产生谐振频率为1.176GHz的圆极化波，从而实现双频GPS右旋圆极化天线。下文中会针对双频GPS圆极化天线设计进行详细说明，在此暂且不表。

另外，可以理解的是，本公开所述的“有效周长”指的并不一定是辐射体环绕一周的“物理周长”。在自由空间下，辐射体环绕一周的物理周长即为辐射体的有效周长。但是在装配结构下，辐射体周围的装配结构和其周围的材料将增大辐射体的有效周长，也即会减小辐射体的谐振频段。例如辐射体与塑料材料(例如塑料支架或者纳米注塑材料)装配时，该材料会增加辐射体的有效周长。同时，辐射体附近的屏幕组件也会起到增加辐射体有效周长的效果，例如屏幕组件的玻璃盖板等。

因此，本领域技术人员可以理解，本公开实施方式所述的“有效周长”指的是辐射体实际产生谐振电波的有效电长度，并不局限于理解为物理长度。本公开对此不再赘述。

在本公开实施方式中，第一辐射体和第二辐射体的物理周长可以相同，也可以不相同，本公开对此不作限制。但是，通过上述也可以知晓，在第一天线结构和第二天线结构实现不同谐振频段的圆极化天线时，若两个辐射体的物理周长不同，只需要各自独立设计即可，也就是说可以相对容易的设计出来整个双频GPS系统。若两个辐射体的物理周长相同，则大大增加了天线的设计难度，这是由于两个辐射体物理周长相同、但是所需要实现的谐振频段不同，就需要对两个辐射体的谐振频段进行调整，使其改变为所需的谐振频段。

为便于理解，下述示例中的双频圆极化以双频GPS天线为例进行描述，本领域技术人员可以理解，本公开方案并不局限于实现双频GPS圆极化天线，在本公开说明书的披露下，本领域技术人员毫无疑问可以实现其它任何适于实施的双频圆极化天线，本公开对此不再赘述。

在本公开实施例中，通过有效周长为波长整数倍的环电流形成圆极化。具体地，通过设置有效周长为所需谐振频段中心工作频率一个波长的环形辐射体，通过对辐射体直接馈电，并且利用电容或者电感回地可以对产生电流进行有效牵引，会使得环形的辐射体上产生单方向转动的旋转电流场，根据右手螺旋定则，即可至该旋转电路产生垂直于电流旋转平面的圆极化波。

根据电流旋转方向的不同(顺时针旋转或逆时针旋转)，圆极化波的旋转方向也会发生改变，一般地，圆极化波又被分为左旋圆极化(LHCP，Left-Hand CircularPolarization)和右旋圆极化(RHCP，Right-Hand Circular Polarization)。在一些实施例中，GPS卫星定位系统L1和L5频段，其发射天线均采用右旋圆极化发射天线，接收天线同样也设计为右旋圆极化天线。此时，本公开中所述的双频圆极化GPS天线均采用右旋圆极化天线。

在上述实现圆极化的基础上，进一步地，由于环形辐射体的有效周长等于中心工作频率的一个波长，根据谐振波的电流分布可知，在整个圆周上存在两个电流零点和两个电流峰值。因此在某个时刻可根据电流分布将整个辐射体一周分为四个区域，即：

在该区域中电流从0°的零值达到90°的峰值；

在该区域中电流从90°峰值降至180°的零值；

在该区域中电流从180°的零值达到270°的峰值；

在该区域中电流从270°的峰值降至360°的零值。

上述电流分布为一个周期的电流变化分布，在电感或者电容的作用下，该周期性电流分布将随着时间在环形的辐射体中周期性旋转，也即上述的形成圆极化波。并且，电流在辐射体中沿顺时针方向旋转时，则产生左旋圆极化波，而电流在辐射体中逆时针方向旋转时，则产生右旋圆极化波。

首先说明电感对圆极化方向的影响。如图2所示，由于辐射体10为环形结构，因此可以通过夹角来表示电感20的位置。具体来说，定义辐射体10中心与馈电点11的连线为“第一连线”，辐射体10中心与电感20的连线为“第二连线”，定义顺时针旋转方向为第一方向，则第一连线沿第一方向与第二连线形成的夹角为第一夹角α。

如图2所示，辐射体10的电流在电感20作用下产生旋转，以馈电点11为零点，当第一夹角

时，即牵引电流逆时针旋转；相反当第一夹角

时，则牵引电流顺时针旋转。这是由于在交流电路中电感20两端的电流的位相比其两端电压的位相滞后，因此当第一夹角

时，上述的位相滞后将导致环形辐射体10上的电流沿着逆时针方向旋转，进而实现右旋圆极化天线。同理，当第一夹角

时，电感20两端的电流位相的滞后将导致环形辐射体10上的电流沿着顺时针旋转进而实现左旋圆极化天线。

同时，结合圆极化波在环形辐射体存在时电流在辐射体上具有一个周期的特征，可知图3所示的圆极化天线应当满足如下规律：当第一夹角

时，电流逆时针旋转，产生右旋圆极化波；而当第一夹角

时，电流顺时针旋转，产生左旋圆极化波。其中，“∪”表示两者并集。

基于上述规律，即可通过设置不同的电感20的位置来实现左旋圆极化或者右旋圆极化天线。例如在本公开实施方式中，实现右旋圆极化GPS天线时，则可以将电感20设于第一夹角

的区间，从而实现右旋圆极化天线。

其次说明电容对圆极化方向的影响。如图3所示，同样通过夹角来表示电容30的位置。具体来说，定义辐射体10中心与馈电点11的连线为“第三连线”，辐射体10中心与电容30的连线为“第四连线”，定义逆时针方向为第二方向，则第三连线沿第二方向与第四连线形成的夹角为第二夹角β。

如图3所示，辐射体10的电流在电容30作用下产生旋转，以馈电点11为零点，当第二夹角

时，即牵引电流逆时针旋转；相反当第二夹角

时，则牵引电流顺时针旋转。这是由于在交流电路中电容30两端的电流的位相比其两端电压的位相超前，因此当第二夹角

时，上述的位相超前将导致环形辐射体10上的电流沿着逆时针方向旋转，进而实现右旋圆极化天线。同理，当第二夹角

时，电容30两端的电流位相的超前将导致环形辐射体10上的电流沿着顺时针旋转进而实现左旋圆极化天线。

同时，结合圆极化波在环形辐射体存在时电流在辐射体上具有一个周期的特征，可知图3所示的圆极化天线应当满足如下规律：当第二夹角

时，电流逆时针旋转，产生右旋圆极化波；而当第二夹角

基于上述发现，可以通过设置不同的电容30的位置来实现左旋圆极化或者右旋圆极化天线。例如在本公开实施方式中，实现右旋圆极化GPS天线时，则可以将电容设于第二夹角

的区间，从而实现右旋圆极化天线。

具体来说，第一夹角α(电感回地方式)和第二夹角β(电容回地方式)对于天线圆极化方向的关系可参见表一所示：

表一

第一夹角α	0°～90°	90°～180°	180°～270°	270°～360°
					圆极化方向	右旋	左旋	右旋	左旋
第二夹角β	0°～90°	90°～180°	180°～270°	270°～360°
					圆极化方向	右旋	左旋	右旋	左旋

基于上述以及圆极化电流分布的周期性规律，可以得到本公开圆极化天线设计的如下特点：

在第一夹角α₀位置施加电感L₀回地，圆极化效果等同于在第一夹角(α₀+180°)位置施加电感L₀回地；在第二夹角β₀位置施加电容C₀回地，圆极化效果等同于在第二夹角(β₀+180°)位置施加电容C₀回地。

在一些实施例中，为了进一步增加圆极化天线设计的灵活性，电感回地和电容回地既可以互相搭配使用，也可以在不同的角度区域连续使用多个电感或电容回地。具体来说，在同一圆极化方向的区间内，施加多个不同位置和不同电感值的电感，等效于在某一个固定位置施加一个电感的圆极化效果；在同一圆极化方向的区间内，施加多个不同位置和不同容值的电容，等效于在某一个固定位置施加一个电容的圆极化效果。

具体地，在一个示例中，本公开实施方式的第一天线结构，可以通过至少一个第一电容或者第一电感回地的方式实现右旋圆极化，并通过调节第一辐射体210的周长实现GPSL1的1.575GHz的谐振频率。而第二天线结构，可以通过至少一个第二电容或者第二电感回地的方式实现右旋圆极化，并通过调节第二辐射体310的周长实现GPS L5的1.176GHz的谐振频率。以此，利用第一天线结构和第二天线结构实现右旋圆极化的双频GPS天线系统。

为了实现圆极化，环形辐射体的有效周长应为相应工作频率的一个波长。而频率和相应的波长成反比，也就是说，形成GPS L1天线的第一辐射体210和形成GPS L5天线的第二辐射体310，两者周长相差大约1.575/1.176＝1.34倍。在部分电子设备中，相差如此之大的两个金属环形辐射体是难以被设计出来的。

以智能手表为例，受限于手表的体积空间，想要在手表上实现圆极化天线，往往需要利用到手表外壳作为环形辐射体，例如将手表的金属面框、中框等作为辐射体。在手表的工业设计下，其外壳部分想要做出两个周长相差较大的金属环，远比做出两个相同或相近周长的金属环更为困难。

考虑到上述问题，本公开实施方式下文中，进一步说明电容和电感回地对于辐射体谐振频段的影响，旨在利用电容和/或电感回地来调节辐射体的有效电长度，从而在辐射体尺寸固定的情况下，实现所需的圆极化谐振频率。

轴比是表征圆极化天线性能的一个重要参数，轴比是指圆极化波的两个正交电场分量的比值，轴比越小表示圆极化性能越好，相反轴比越大表示圆极化性能越差。在本公开实施方式中，圆极化天线性能的一个衡量标准是轴比应当小于3dB。

对于环形辐射体而言，在某个角度位置施加不同的电感或电容回地，通过调整电感或电容的值，即可以得到该位置处较为理想的圆极化轴比，即天线的目标频率。在本公开实施例中，通过调节电感和电容的位置、电感和电容的值，来达到目标天线频率。

发明人通过研究，发现电感和电容对天线谐振频率的影响有如下特点。

首先说明电感对天线谐振频率的影响。如图2所示，由于在实现圆极化时辐射体10的有效长度为工作频率的一个波长，因此在辐射体10上产生的环形旋转电流具有两个电流零点A1和A2，其瞬间电流分布如辐射体10外圈箭头所示。因为在交流电路中电感两端的电流相位比电压相位滞后，因此电感20与馈电点11之间产生反向的局部电流。电感20产生的局部电流与辐射体10本身产生的电流叠加后，对辐射体10的电流进行局部减弱，而辐射体10的电流强度和其有效电长度成正比，因此该局部电流的减弱将导致辐射体10的有效长度被减小。此外，由于辐射体10的谐振频率与其有效电长度成反比，也即有效电长度越大，谐振频率越低，因此辐射体10的谐振频率将向高频偏移。

在一个示例中，以实现卫星定位GPS L1天线为例，GPS L1天线中心工作频率为1.575GHz，在施加电感20之前，辐射体10的原始(或固有)谐振频率应当小于1.575GHz。

其次说明电容对天线谐振频率的影响。如图3所示，由于在实现圆极化时辐射体10的有效长度为工作频率的一个波长，因此在辐射体10上产生的环形旋转电流具有两个电流零点B1和B2，其瞬间电流分布如辐射体10外圈箭头所示。由于在交流电路中电容两端的电流相位比电压相位超前，因此在馈电点11和电容30之间产生同向的局部电流。电容30产生的局部电流与辐射体10本身产生的电流叠加后，对辐射体10的电流进行局部增强，而辐射体10的电流强度和其有效电长度成正比，因此该局部电流的增强将导致辐射体10的有效长度被增大。此外，由于辐射体10的谐振频率与其有效电长度成反比，也即有效电长度越大，谐振频率越低，因此辐射体10的谐振频率将向低频偏移。

在一个示例中，以实现卫星定位GPS L5天线为例，GPS L5天线中心工作频率为1.176GHz，在施加电容30之前，辐射体10的原始谐振频率应当大于1.176GHz。

通过上述可以得到如下结论：在实现圆极化的基础上，利用电感回地可以减小辐射体的有效电长度，而利用电容回地可以增加辐射体的有效电长度。

而且，结合前述多个电感或者电容的设计方案，当采用一个电感(或电容)无法将需要的轴比调整到所需要的谐振频段时，就可以在另外一个实现相同圆极化范围的区域额外增加一个电感(或电容)。也即，可以利用多个电感和/或多个电容来实现对天线谐振频段的调整。

再有，在针对某一个天线谐振频率调整时，并不局限于所有的接地端子均采用电感或电容回地，电感和电容回地的方式也可以互相搭配使用。例如，对于某一个天线结构，其在右旋圆极化区域采用三个接地端子回地，其中两个接地端子采用电感回地，另外一个采用电容回地，同样可以设计出本公开的双频GPS右旋圆极化天线。由此也可以证明，本公开天线系统的具备多种的实现方式。

基于上述所有，就可以更加具体的指导本公开双频GPS右旋圆极化天线的实现：首先，通过对第一辐射体和第二辐射体直接馈电，并通过至少一个电感或电容接地，即可实现两个圆极化天线；其次，通过调节电容和电感的位置，即可实现两个右旋的圆极化天线；再有，通过电容、电感对辐射体有效电长度的影响，就可以在不同的实施场景下，将第一辐射体和第二辐射体的原始谐振频率调整至所需要的谐振频率。

下面，将以在智能手表中实现右旋圆极化的双频GPS天线系统为例，对本公开方案进行详细说明。

如图4、图5所示，在本实施方式中，在本公开的智能手表包括壳体，壳体的一侧具有用来装配屏幕组件的敞口端。具体来说，在本实施中，壳体包括环形的金属的中框410和底壳420。在本实施方式中，底壳420包括位于外侧边缘的环形的第二辐射体310和位于第二辐射体310内部的心率凸台421，心率凸台421可采用例如塑胶等非金属材质，心率凸台421可配合心率检测装置，在用户佩戴智能手表时实现心率检测功能。

在本实施方式中，第一辐射体210为设置在中框410敞口端的金属面框。考虑到手表的ID设计以及结构装配，第一辐射体210、第二辐射体310均为与中框410周长相同或较接近的环形金属框。第一辐射体210固设于中框410上端面，屏幕501通过第一辐射体210固定装配，第二辐射体310固设于中框410下端面。

主板100、电池504设置在中框410的内部。在本实施方式中，主板100上方还设置有屏蔽罩503，用于对主板100上器件进行电磁屏蔽。当然，对于智能手表来说，其还包括其他电气部分和结构部分，例如各种传感器、振动马达等器件，本公开对此不再赘述。

在本实施方式中，由于中框410采用金属材质，因此为了避免中框410与辐射体之间发生短路，在第一辐射体210与中框410之间设置有第一绝缘层502，在第二辐射体310与中框410之间设置有第二绝缘层505。而且，考虑到金属的中框410可以作为很好的接地部件，因此，在本实施方式中，主板100与中框410通过多个(例如4个)连接点506进行电连接，也即，对于智能手表来说，金属的中框410和主板100共同形成系统的地。

在一些实施方式中，考虑到手表的外观设计，第一辐射体210和第二辐射体310的金属材质均可以很好的作为手表的外观装饰件。例如，第一辐射体210可以作为手表的面框，用来装配屏幕，其上可以设置刻度等装饰结构，提高手表正面的观感。而第二辐射体310可以作为手表的背面装饰，用来装配心率凸台421。同时，用来隔离的第一绝缘层502和第二绝缘层505，可以设置为与金属颜色反差较大的撞色环圈设计，提高手表外观质感。

基于此结构，在两个辐射体周长相同或相近的情况下，在实现右旋圆极化的双频GPS天线时，就可以有如下三种设计思路：

方案1：辐射体的周长大于GPS L5谐振频率的一个波长。

由于GPS L5的波长大于GPS L1波长，因此，方案1也即辐射体的周长同时大于GPSL1和L5的波长。在此情况下，由于辐射体原本的周长较大，也即辐射体的原始或固有谐振频率均低于我们所需要的谐振频率，因此，可以采用电感回地的方案，通过调节电感的位置和电感值来减小两个辐射体的有效周长，提高谐振频率。

方案2：辐射体的周长小于GPS L1谐振频率的一个波长。

由于GPS L5的波长大于GPS L1波长，因此，方案1也即辐射体的周长同时小于GPSL1和L5的波长。在此情况下，由于辐射体原本的周长较小，也即辐射体的原始或固有谐振频率均大于我们所需要的谐振频率，因此，可以采用电容回地的方案，通过调节电容的位置和容值来增加两个辐射体的有效周长，降低谐振频率。

方案3：辐射体的周长小于GPS L5谐振频率的一个波长，同时大于GPS L1谐振频率的一个波长。

在此情况下，对于实现GPS L5天线的辐射体来说，由于辐射体原本的周长较小，也即辐射体的原始或固有谐振频率大于GPS L5的1.176GHz，因此，可以采用电容回地的方案，来增加辐射体的有效周长，降低谐振频率至1.176GHz。而对于实现GPS L1天线的辐射体来说，由于辐射体原本的周长较大，也即辐射体的原始或固有谐振频率低于GPS L1的1.575GHz，因此，可以采用电感回地的方案，来减小辐射体的有效周长，提高谐振频率至1.575GHz。

基于上述三种方案，理论上都可以实现本公开所述的双频圆极化GPS天线系统。进一步的，考虑到“方案3”辐射体的固有频率和所需要的双频GPS的两个工作频率都更加接近，天线设计故而更容易实现，因此本实施方式中采用方案3进行说明。

在本实施方式中，采用第一辐射体210实现GPS L1天线，第二辐射体310则实现GPSL5天线。这是由于，对于双频GPS天线来说，L1频段始终是天线的主要频段，L5则作为辅助频段，而对于智能手表来说，手表在佩戴后，手臂会对天线性能产生一定的影响，远离手臂的天线性能在一定程度上会优于靠近手臂的天线。因此，在一些实施方式中，设置远离手臂的第一辐射体210作为GPS L1天线的辐射体。

图6示出了本实施方式中第一天线结构的示意图。如图6所示，在本实施方式中，为了利用第一天线结构实现GPS L1天线，在不同第一夹角α的位置采用两个电感接地，也即，电感21(α₁＝85°，L₁＝14nH)和电感22(α₂＝-100°，L₂＝18nH)。

基于前述特点可知，在同属于右旋(或左旋)圆极化区域的多个电感(或电容)，其对辐射体谐振频率的影响是可以叠加的。本实施方式中，为了使得第一辐射体10能够达到GPS L1的谐振频率，采用两个电感可以更灵活和有效地减少辐射体的有效电长度。

此外，继续参考图6所示，在本实施方式中，为了达到静电保护的目的还在电容的右旋圆极化区域施加了一个瞬态二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)39，TVS管39是一种静电保护器件，当TVS管39两极受到反向瞬态高能量冲击时，能够将其两极间的高阻抗变为低阻抗，有效地保护电子线路中的精密元器件。TVS管39是一个呈现一定容值的器件，也即它本身具有一定的寄生电容。在本公开所涉及的天线系统的模拟仿真中，TVS管39可以等效于一个容值为0.13pF的电容。

也即，在本实施方式中，第一天线结构除了包括两个电感回地的第一接地端子之外，还包括一个电容(TVS)回地的第一接地端子。TVS管39设于第二夹角β＝190°的位置，其容值为0.13pF。由于TVS管39同样位于右旋圆极化区间，因此其效果同样可以与两个电感叠加，通过TVS管39和两个电感有效减少第一辐射体10的有效电长度，使其谐振频率调整至GPS L1频段。

图7示出了本实施方式中第二天线结构的示意图。如图7所示，在本实施方式中，为了利用第二天线实现GPS L5天线，在第二夹角β＝60°的位置设置电容30，且电容30的容值C＝2.3pF。

对于本实施方式未尽详述之处，例如馈电端子、接地端子等连接结构，本领域技术人员参见图1实施方式可以理解并充分实现，在此不再赘述。

为了更好的反应本实施方式中智能手表的天线性能，下面对本实施方式的智能手表佩戴在手臂上时的天线性能进行了仿真和分析。

图8示出了本实施方式双频右旋圆极化GPS天线的轴比随频率的变化曲线。通过图8可以看到，本实施方式的双频GPS右旋圆极化天线，在GPS L5的1.176GHz频段和GPS L1的1.575GHz频段均轴比均低于3dB，具有很好的右旋圆极化天线性能。

图9示出了本实施方式双频GPS右旋圆极化天线的回波损耗(S-参数)随频率的变化曲线。通过图9可以看到，本实施方式的双频GPS天线，在GPS的两个频段具有非常理想的天线回波损耗(S11和S22)以及优于-26dB的天线隔离度(S12)。

图10示出了本实施方式双频GPS圆极化天线的天线总效率随频率的变化曲线。通过图10可以看到，本实施方式的双频GPS圆极化天线具有较理想的天线总效率，而且GPS L5频段和GPS L1频段之间的效率差只有3.2dB左右，可以满足设备芯片对GPS L1和GPS L5两个频段的天线总效率的要求。

为了进一步说明本实施方式的双频GPS天线的右旋圆极化性能，图11示出了GPSL1频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在XoZ平面的辐射方向图；图12示出了GPS L1频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在YoZ平面的辐射方向图。结合图11和图12可以看到，本实施方式的天线在GPS L1的频段下是右旋圆极化，因为在XoZ和YoZ两个平面上右旋圆极化波增益均大于左旋圆极化波的增益，也就是说，在本实施方式的天线系统中，左旋圆极化波得到了很好的抑制。而且，从图11和图12中还可以看出，在XoZ和YoZ两个平面上，右旋圆极化波的最大的增益均出现在手臂的上方。这恰好可以满足在手表佩戴在手臂的情况下我们主要需要关心的三个平面上：也即抬腕观察手表的方向(手表指向天空)，跑步和走步手臂的摆动时所需要的6点方向指向天空以及9点方向指向天空的两个方向。

图13示出了GPS L5频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在XoZ平面的辐射方向图；图14示出了GPS L5频段的右旋圆极化和左旋圆极化波在YoZ平面的辐射方向图。结合图13和图14可以看到，本实施方式的天线在GPS L5的频段下是右旋圆极化，因为在XoZ和YoZ两个平面上右旋圆极化波增益均大于左旋圆极化波的增益，也就是说，在本实施方式的天线系统中，左旋圆极化波得到了很好的抑制。而且，从图13和图14中还可以看出，在XoZ和YoZ两个平面上，右旋圆极化波的最大的增益均出现在手臂的上方。同理，这也恰好可以满足在手表佩戴在手臂的情况下我们主要需要关心的三个平面上。

在本实施方式示例中，第一天线结构和第二天线结构的馈电点都设置在手表的6点处，事实上，本公开对此不作限制，馈电点的位置可以根据需要进行调整，同时基于前述的原理相应调整电容或者电感的位置即可。

通过上述可知，本实施方式的智能手表，可以有效实现双频GPS右旋圆极化天线，右旋圆极化天线的接收效率更高，从而在实现卫星定位功能时定位更加准确。并且双频定位天线相较单频定位天线，可以更进一步地提高电子设备的定位精度。另外，通过电容或电感接地，可以调节辐射体的有效电长度，更利于在智能手表上实现双频圆极化天线，为手表的天线设计提供更多方案。

上述实施方式中，利用设于金属中框上下端面的两个金属环圈，分别作为第一辐射体210和第二辐射体310来实现双频圆极化GPS天线系统。在其他实施方式中，本公开智能手表的结构并不局限于上述示例，还可以是其他任何适于实施的方式。

在一些替代实施方式中，与图5实施方式的区别在于，图5实施方式中利用两个相同周长的金属环圈实现天线结构，而在替代实施方式中，第一辐射体和第二辐射体的周长也可以不相同，且第二辐射体的实现方式也可以不同。

例如图15和图16所示，在本示例中，智能手表包括环形的金属的中框410和非金属的底壳420，第一辐射体210仍旧为设于中框410上端的金属面框，但是第二辐射体310采用设于底壳420内部的金属环圈来实现。金属环圈可以通过例如LDC或FPC工艺内嵌在底壳上并装配于底壳的上方。在本示例中，底壳420采用非金属材质，避免对第二辐射体310产生信号屏蔽。可以理解，在本示例中，第二辐射体310的周长与第一辐射体210不同，但是同样可以按照本公开前述实现双频GPS右旋圆极化天线，本领域技术人员基于前述可以理解并充分实现，在此不再赘述。

在另一些替代实施方式中，与图5实施方式的区别在于，图5实施方式中采用金属中框410，为了实现中框410与辐射体之间的绝缘，需要在中框与辐射体之间设置绝缘层。然而，较多的分段式设计也会影响设备的结构强度，因此，在替代实施方式中，中框410可以采用非金属材质。

例如图17所示，中框410采用非金属材质制成，例如塑料。因此，中框410与辐射体之间无需设置绝缘层，一方面可以提高设备外观的一致性，另一方面简化设备结构，提高结构强度。其具体实现原理与图5实施方式类似，本公开对此不再赘述。

在又一些替代实施方式中，如图18所示，与图15实施方式的区别在于，本替代实施方式中，中框和底壳采用非金属材质的一体成型结构，从而提高设备的结构和外观一体性，提高设备结构强度。其具体实现原理与图15实施方式类似，本公开对此不再赘述。

在另一些替代实施方式中，如图19所示，设备的金属中框410也可以直接作为第二辐射体310，无需额外增加第二辐射体结构，简化设备结构。其具体实现原理与前述实施方式类似，本公开对此不再赘述。

上述替代实施方式仅作为示例，本公开对此无法穷举，本领域技术人员在上述公开的基础上，毫无疑问还可以实现其他任何适于实施的方式，本公开对此不再赘述。

图20中示出了本公开一些实施方式中，金属辐射体与金属中框的装配结构。如图20所示，在本示例中，中框410上端面开设有第一螺孔，相应的，面框(也即第一辐射体210)上开设有贯通的第二螺孔，从而可以通过螺栓601依次贯穿第二螺孔和第一绝缘层502之后，将面框固定装配在中框410端面。在一些实施方式中，为了避免金属螺栓601造成面框和中框410短路，在面框的第二螺孔与螺栓601之间填充有非金属的第三绝缘层602。

当然，本领域技术人员可以理解，上述图20实施方式仅作为一种示例，在其他实施方式中，辐射体与中框410还可以采用其他任何适于实施的装配方式，例如粘接、卡扣连接等，本公开对此不作限制。

上述对本公开实施方式的电子设备进行了说明，通过上述可知，本公开实施方式的电子设备，可以有效实现双频GPS右旋圆极化天线。因为右旋圆极化天线的接收效率更高，从而在实现卫星定位功能时定位更加准确。并且双频定位天线相较单频定位天线，可以更有效地提高电子设备的定位精度。另外，通过电容或电感接地，可以调节辐射体的有效电长度，更利于在体积较小的穿戴设备上实现双频圆极化天线，为天线设计提供更多方案。

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

1.一种电子设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述第一辐射体和所述第二辐射体分别设于所述电子设备的主板的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述第一天线结构还包括第一馈电端子，所述第一馈电端子的一端连接于所述第一辐射体，另一端电性连接于所述电子设备的主板的射频单元；

4.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述第一辐射体的第一周长和所述第二辐射体的第二周长，位于所述第一通信频段中心频率对应的第一波长和所述第二通信频段中心频率对应的第二波长之间。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，

所述第一调节单元包括至少一个第一接地端子，所述第一接地端子包括电感，各所述第一接地端子的一端连接于所述第一辐射体，另一端通过所述电感与所述电子设备的主板的接地单元电性连接；

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，

所述第一通信频段包括GPS L1的谐振频段，所述第二通信频段包括GPS L5的谐振频段。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

所述电子设备为腕戴式设备，所述第一天线结构设于所述电子设备远离人体手臂的一侧，所述第二天线结构设于靠近人体手臂的一侧。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为腕戴式设备，所述腕戴式设备包括：

9.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述电子设备的壳体的部分结构形成所述第二辐射体；或者

所述第二辐射体设于所述壳体内部。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

所述电子设备的壳体包括中框和底壳，所述中框的至少一部分形成所述第二辐射体。