CN219419508U - 圆极化天线系统以及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电子设备技术领域，具体提供了一种圆极化天线系统以及可穿戴设备，其中，圆极化天线系统包括环形的辐射体、馈电端子和至少一个接地端子，馈电端子一端与辐射体电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接，接地端子一端与辐射体电性连接，另一端通过调谐器件与电路板的参考地电性连接，圆极化天线系统被配置为收发第一频率范围的射频信号，且第一频率范围对应于圆极化天线系统的二阶及以上谐振模态。本公开实施方式中，通过利用天线的高阶谐振模态实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。

Description

圆极化天线系统以及可穿戴设备

技术领域

本公开涉及电子设备技术领域，具体涉及一种圆极化天线系统以及可穿戴设备。

背景技术

随着智能可穿戴设备的发展，卫星定位已经成为其最主要的功能之一，为了实现卫星定位和轨迹记录的目的，卫星定位天线是其必不可少的。为了增强卫星到地面的传输效率(例如增强穿透能力和覆盖面积等)，卫星向地面的发射天线一般采用右旋圆极化的形式，同样，为了增强定位天线的接收能力，设备的接收天线也应当采用与发射天线旋转方向相同的圆极化天线。

然而，相关技术中，可穿戴设备受限于体积或工业设计，难以实现圆极化天线，而是普遍采用线极化天线，这就导致设备的卫星定位性能较差。因此从天线的角度看，如何设计出适用于可穿戴设备的圆极化卫星定位天线将是业界亟待解决的问题。

实用新型内容

为实现可穿戴设备等小型化设备的圆极化天线，本公开实施方式提供了一种圆极化天线系统以及具有该天线系统的可穿戴设备。

第一方面，本公开实施方式提供了一种圆极化天线系统，包括：

环形的辐射体；

馈电端子，一端与所述辐射体电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接；以及

至少一个接地端子，所述接地端子的一端与所述辐射体电性连接，另一端通过调谐器件与所述电路板的参考地电性连接；其中，所述圆极化天线系统被配置为收发第一频率范围的射频信号，所述第一频率范围对应于所述圆极化天线系统的二阶以上谐振模态。

在一些实施方式中，所述辐射体的有效电长度在所述圆极化天线系统的谐振频率对应波长的1.5倍左右。

在一些实施方式中，所述圆极化天线系统用于实现卫星定位天线。

在一些实施方式中，所述辐射体的至少一个接地点中的每个接地点位于靠近所述辐射体的其中一个圆周等分点的位置，所述辐射体的圆周等分点的数量等于所述圆极化天线系统的电流分布零点的数量，所述辐射体通过所述至少一个接地点与所述至少一个接地端子电性连接。

在一些实施方式中，本公开的圆极化天线系统，还包括：

滤波单元，滤波单元设于所述至少一个接地端子与所述辐射体电性连接的电路上，所述滤波单元用于过滤非目标频段的射频信号。

在一些实施方式中，所述调谐器件包括电感或电容。

在一些实施方式中，所述第一频率范围包括GPS卫星定位系统的L1频段和/或L5频段。

在一些实施方式中，所述辐射体环绕设于所述电路板的外围，且所述辐射体与所述电路板形成环形缝隙。

在一些实施方式中，所述辐射体为设备壳体的中框。

第二方面，本公开实施方式提供了一种圆极化天线系统，包括：

环形的辐射体；

馈电端子，一端与所述辐射体的馈电点电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接；以及

至少一个接地端子，一端与所述辐射体的接地点电性连接，另一端与所述电路板的参考地电性连接，其中，所述辐射体的至少一个接地点中每个接地点位于靠近所述辐射体的圆周等分点的位置，所述辐射体的多个圆周等分点的数量等于所述圆极化天线系统的电流分布零点的数量。

在一些实施方式中，本公开的圆极化天线系统，还包括：调谐器件，所述至少一个接地端子中的第一接地端子通过所述调谐器件与所述电路板的参考地电性连接；或者

所述辐射体的多个圆周等分点包括所述馈电点，所述接地点位于靠近除所述馈电点以外的其它圆周等分点的位置。

第三方面，本公开实施方式提供了一种可穿戴设备，包括根据第一方面或第二方面任意实施方式所述的圆极化天线系统。

本公开实施方式的圆极化天线系统，包括环形的辐射体、馈电端子和至少一个接地端子，馈电端子一端与辐射体电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接，接地端子一端与辐射体电性连接，另一端通过调谐器件与电路板的参考地电性连接，圆极化天线系统被配置为收发第一频率范围的射频信号，且第一频率范围对应于圆极化天线系统的二阶及以上谐振模态。本公开实施方式中，通过利用天线的高阶谐振模态实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。

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1A是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的结构示意图。

图1B是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的剖面结构示意图。

图2是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的结构原理图。

图3是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的性能曲线图。

图4是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的性能曲线图。

图5是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的性能曲线图。

图6是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图7是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图8是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图9是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的增益图。

图10是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的增益图。

图11是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的性能曲线图。

图12是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的性能曲线图。

图13是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图14是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图15是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的电流分布图。

图16是根据本公开一些实施方式中圆极化天线系统的增益图。

图17是根据本公开一些实施方式中可穿戴设备的结构示意图。

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。

随着智能可穿戴设备的发展，卫星定位已经成为其最主要的功能之一，为了实现卫星定位和轨迹记录的目的，卫星定位天线是其必不可少的。为了增强卫星到地面的传输效率(例如增强穿透能力和覆盖面积等)，卫星向地面的发射天线一般采用右旋圆极化的形式，同样，为了增强定位天线的接收能力，设备的接收天线也应当采用与发射天线旋转方向相同的右旋圆极化天线。

圆极化天线的主要优点是，在天线效率相当的情况下地面设备接收到的卫星信号强度有3dB左右的提升，同时还能增强卫星定位系统的抑制雨雾干扰和抗多径反射的作用，进而可以得到更精确的定位信息和运动轨迹。

然而，相关技术中，可穿戴设备受限于体积或工业设计，难以实现圆极化天线，而是普遍采用线极化天线，这就导致设备的卫星定位性能较差，特别是在树荫或存在多径反射的情形下。因此从天线的角度看，如何设计出适用于可穿戴设备的圆极化卫星定位天线将是业界亟待解决的问题。

在本公开实施例中，天线辐射体的自谐振频率，是指天线辐射体本身固有的谐振频率，由天线辐射体的有效尺寸或有效周长决定，天线系统在未施加调谐器件前的谐振频率为自谐振频率。特别地，对于环形天线而言，当天线辐射体的有效周长对应于射频信号的1.0波长，此时的谐振频率为天线辐射体的自谐振频率。一般地，环形辐射体的有效尺寸或周长越大，其自谐振频率越低，辐射体的有效尺寸或周长越小，其自谐振频率越高。辐射体的有效尺寸除了和其物理尺寸有关外，还和辐射体周围的物体有关，比如屏幕组件(包括玻璃盖板和显示及触摸部分等)对辐射体的有效尺寸就有较大的影响。此外，PCB板的形状以及其与辐射体之间的距离也将影响辐射体的有效尺寸。

通过在适当的位置对环形天线辐射体通过恰当的调谐器件接地，可以对环形天线的有效电长度进行调节，进而实现谐振频率的有效调节，得到满足目标频率条件的圆极化天线。当调节后环形天线的有效电长度等于其谐振频率对应的一个波长时，称为圆极化天线的第一阶谐振模态或基模，此时的谐振频率即为圆极化天线基模谐振频率。当调节后环形天线的有效电长度等于其谐振频率对应的1.5波长时，该模式称为圆极化天线的二阶模式，此时的谐振频率为圆极化天线的第二阶谐振频率。当调节后的环形天线的有效电长度等于其谐振频率对应的2.0波长时，该模式称为圆极化天线的三阶模式，此时的谐振频率为圆极化天线的第三阶谐振频率；以此类推。

相关技术中，例如参见本案发明人在中国专利申请CN111916898A和CN112003006A中对于圆极化天线的说明，可穿戴设备等小型电子设备的圆极化天线可以通过对环形辐射体直接馈电产生的旋转电流实现，并且环形辐射体通过一个或多个调谐器件(例如电容和/或电感)接地，可实现对圆极化天线的自谐振频率的调整，实现天线系统所需的谐振频率。但是，在上述专利中，其圆极化天线一般是利用辐射体在基模谐振频率来实现的，此类圆极化天线也被称为基于第一阶谐振模态(即基模)的圆极化天线。

但是通过进一步研究发现，上述方案的适用范围较为受限，例如仅对于环形辐射体的自谐振频率与收发的射频信号的目标频率较为接近的情况下，利用调谐器件接地可以有效地将辐射体在基模下的谐振频率调整至目标频率。但是，若辐射体的尺寸过大或过小，也即辐射体的自谐振频率与目标频率相差较大的情况下，即使利用调谐器件接地，也很难将辐射体在基模下的谐振频率调整至目标频率。

举例来说，以GPS卫星定位天线L1频段的1.575GHz为例，若环形辐射体的自谐振频率F0＝1.4GHz，可以利用电感作为调谐器件以减小辐射体的有效电长度，将辐射体的谐振频率提高至1.575GHz，实现基于基模的GPS圆极化天线。反之，若环形辐射体的自谐振频率F0＝1.65GHz，可以利用电容作为调谐元件以增加辐射体的有效电长度，将辐射体在基模下的谐振频率降低至1.575GHz。在上述示例中，辐射体的自谐振频率F0均与1.575GHz较为接近，但是若自谐振频率F0与1.575GHz差值较大，例如，两者之间的差别大于250MHz，即使通过调谐器件也无法将辐射体在基模下的谐振频率调整至目标频率。例如，若环形辐射体的自谐振频率F0＝1.2GHz，即使辐射体通过电感作为调谐器件来接地，也难以将辐射体在基模下的谐振频率提高至1.575GHz，从而无法实现GPS圆极化天线。

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圆极化天线系统及具有该天线系统的可穿戴设备，旨在利用辐射体在高阶模态(即第二阶谐振模态、第三阶谐振模态、等等)下的振动实现所需频段的圆极化天线，从而适用于更多圆极化天线场景。

本申请实施例提供的圆极化天线可以用于实现电子设备的定位天线，例如GPS天线等。在其它实施例中，该圆极化天线也可以用于实现电子设备的短距离通信天线，例如WIFI天线、蓝牙天线等，或蜂窝通信天线，例如LTE天线等，本申请实施例对此不做限定。

在一些实施方式中，本公开实施例提供的圆极化天线系统包括环形的辐射体、电路板、馈电端子以及至少一个接地端子。

其中，电路板可以为PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，其作为设备的主板，通过在电路板上设置各个电路模块实现对应的功能。或者，电路板也可以为其他类型，例如，FPC(Flexible Printed Circuit，柔性印刷板)等，本申请实施例对此不做限定。

本公开实施方式中，射频单元包括设置在电路板上的射频电路模块，例如一个示例中，射频单元可以是设于电路板上的射频芯片。

馈电端子一端与辐射体电性连接，另一端连接电路板上的射频单元，其中，馈电端子与辐射体电性连接的位置一般称为馈电点。基于前文所述在先申请专利对圆极化天线的说明可知，通过射频单元对环形的辐射体馈电，可以产生环形的旋转电流，从而辐射圆极化的谐振波，实现圆极化天线，本公开对此不再赘述。

接地端子一端与辐射体电性连接，另一端电性连接电路板的参考地，以用于接地形成电流回路，接地端子与辐射体电性连接的位置一般称为接地点。基于前文所述在先申请专利对圆极化天线的说明可知，通过调谐器件接地，可以对圆极化天线的谐振频率进行调整，本公开对此同样不再赘述。

本公开实施方式中，利用辐射体的高阶谐振模态实现在辐射体的自谐振频率与目标频率差距较大情况下的圆极化天线。其中，环形辐射体的多阶谐振模态对应的波长呈现0.5的整数倍的增长规律，例如，圆极化天线的第一阶谐振模态的波长为1.0λ，第二阶谐振模态的波长为1.5λ，第三阶谐振模态的波长为2.0λ……以此类推。

仍以实现圆极化GPS L1天线为例，假设环形辐射体的自谐振频率为1.2GHz。通过前述可知，由于自谐振频率1.2GHz与目标频率1.575GHz差值较大，在不改变辐射体物理尺寸的情况下，即使通过调谐器件接地，辐射体在第一阶谐振模态下的振动也难以实现GPSL1的圆极化天线。但是，在本申请实施例中，在无需改变辐射体尺寸的情况下，可以利用辐射体在第二阶谐振模态下的振动来实现工作在GPS L1频段的圆极化天线。

本公开实施方式的圆极化天线系统具有很多现实场景的应用。例如以智能手表等腕戴式设备为例，可以将手表的金属中框作为环形辐射体来实现圆极化天线。但是，在手表结构和中框尺寸固定的情况下，如何将辐射体的谐振频率调整到所需的谐振频率是天线设计的首要问题。

对于常规的手表，如环形中框辐射体的自谐振频率比较接近GPS L1的工作频率1.575GHz，就可以通过调谐器件将辐射体的基模谐振频率调整至1.575GHz，来实现基于基模的GPS L1圆极化天线。

但是对于某些特殊的手表，如环形中框的自谐振频率远低于1.575GHz时，通过辐射体的基模谐振频率则无法设计出GPS L1天线。而在本公开一些实施方式中，圆极化天线可以利用其第二阶谐振模态来实现，由于第二阶谐振模态下的谐振频率相比于自谐振频率更加接近目标频率，从而能够在不改变中框尺寸的情况下，可以利用第二阶谐振模态实现工作在GPS L1频段的圆极化天线。

可以理解，在上述示例中，以第二阶谐振模态为例进行说明，在其他示例中，也可以利用第三阶谐振模态甚至更高阶谐振模态实现所需频率范围的圆极化天线，本公开实施例对此并不限制。

通过上述可知，本公开实施方式中，通过利用天线的高阶(即非基模)谐振模态来实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。

利用高阶谐振模态实现目标频率的圆极化天线的具体过程，本公开下文结合例子进行详细说明。

在一些实施方式中，本公开的圆极化天线系统可以应用于可穿戴设备中，利用可穿戴设备的金属中框作为辐射体实现圆极化天线。例如图1A中示出了本公开一些实施方式可穿戴设备的天线系统结构，图1B中示出了可穿戴设备的剖面结构，下面结合图1A和图1B进行说明。

如图1A和图1B所示，在本示例中，可穿戴设备以智能手表为例，手表包括底壳100、中框、电路板300以及屏幕组件400。底壳100和中框共同形成手表的外壳结构，其中，底壳100的中部区域可以设置有心率凸台110，中框可以为金属材料，例如铝合金、不锈钢等等。

以上示例中，手表为圆形结构，中框为圆环形的金属中框，将圆环形的金属中框作为实现圆极化天线的环形辐射体200。在其它例子中，手表也可以为方形结构或长方形结构或其它形状，相应地，中框也可以为方形、长方形或其它形状，中框可以为闭合的环形结构，本申请实施例对其具体实现不做限定。

电路板300为手表的主板，其上集成有各种电路模块，例如射频单元即可以是设置在电路板300上的射频芯片。同时，电路板300也可以作为整个电气系统的参考地(GND)，各个电路模块或者天线系统的接地端可连接电路板300的参考地以实现接地。

继续参考图1A和图1B所示，电路板300与环形的辐射体200间隔设置形成环形的缝隙，馈电端子310和接地端子320跨接于该缝隙中。具体而言，馈电端子310一端电性连接于辐射体200上，另一端与电路板300上的射频单元连接，馈电端子310与辐射体200电性连接的位置为馈电点a。接地端子320的一端电性连接于辐射体200上，另一端通过调谐器件(例如电感或电容，附图未示出)与电路板300的参考地连接，接地端子320与辐射体200电性连接的位置为接地点b。

在图1A和图1B示例中，电路板300的中心点o与馈电点a的连线为第一连线oa，电路板300中心点o与接地点b的连线为第二连线ob，由第一连线oa顺时针至第二连线ob的夹角定义为第一夹角α。

本申请实施例可以通过多种方式在接地连接电路上设置谐振器件：

在接地连接电路上施加电感，例如，在接地点b处施加电感，即通过电感回地，可以减小辐射体的有效电长度，从而提高圆极化天线的谐振频率。

例如一个示例中，辐射体200的尺寸较大，其自谐振频率小于目标频率，则可以利用通过电感接地的方式，将辐射体的谐振频率上调至目标频率。

在接地连接电路上施加电容，例如，在接地点b处施加电容，即通过电容回地，可以增大辐射体的有效电长度，从而降低圆极化天线的谐振频率。

例如一个示例中，假设辐射体200的尺寸较大，自谐振频率大于目标频率，则可以通过电容回地的方式，将谐振频率下调至目标频率。

在一些实施方式中，可以通过设置第一夹角α的大小，来控制圆极化天线的旋转方向。

可以理解，圆极化天线分为左旋圆极化(LHCP，Left-Hand CircularPolarization)和右旋圆极化(RHCP，Right-Hand Circular Polarization)。

在调谐器件包括电感的实现方案中，第一夹角α位于0°～90°和180°～270°的范围内时，将产生右旋圆极化；而位于90°～180°和270°～360°的范围内时，将产生左旋圆极化。

与上述极化方向相反，在调谐器件包括电容的实现方案中，第一夹角α位于90°～180°和270°～360°的范围内时，将产生右旋圆极化；而位于0°～90°和180°～270°的范围内时，将产生左旋圆极化。

以上调谐元件的设置在上述在先专利申请文件中已详细说明，本公开对此不再赘述。由于目前民用的卫星定位均采用右旋圆极化的形式，下文中将以右旋圆极化为例进行说明，但是并不局限于此。

图2示出了在不同第一夹角α的情况下，辐射体200上的电流分布情况。

如图2中(a)所示，在第一夹角α约为50°的情况下，环形辐射体200上的电流分布存在2个电流零点，也即电流零点c1和c2，此时天线在第一阶谐振模式下振动，其振动频率为从自谐振频率调整后的谐振频率，辐射体的有效电长度为用于收发的射频信号的频率范围对应的1.0个波长。

而在图2中(b)所示，在第一夹角α约为230°的情况下，环形辐射体200上的电流产生3个电流零点，也即电流零点c1、c2和c3，此时天线为第二阶谐振模态，辐射体的有效电长度为谐振频率对应的1.5个波长。

以此类推，天线系统激发出的第三阶谐振模态中，辐射体200上的电流分布包括4个电流零点，此时辐射体的有效电长度为谐振频率对应的2倍波长。

通过图2说明了本公开实施方式的天线系统，可以有效激发出高阶谐振模态，从而也说明了本公开实施方式利用高阶谐振模态实现圆极化天线系统的可行性。

下面将以图1A和图1B所示的智能手表为基础，以利用辐射体200实现GPS L1频段的右旋圆极化天线为例进行说明。

在下文示例中，辐射体200的自谐振频率与1.575GHz的差值超过250MHz，例如辐射体200的自谐振频率为1.2GHz时，从而本公开下文实施方式中，需要利用第二阶谐振模态并采用电感接地的方式，实现GPS L1的1.575GHz频段。

图3示出了第一夹角α＝25°时天线系统的轴比随电感值的变化曲线，图4示出了第一夹角α＝50°时天线系统的轴比随电感值的变化曲线，图5示出了第一夹角α＝85°时天线系统的轴比随电感值的变化曲线。

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。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。同时，本公开实施方式中，定义最佳轴比对应的频率为最佳轴比频率。

通过图3至图5可以看到，当第一夹角α＝25°时，最佳轴比为电感L＝9nH，最佳轴比频率为1.33GHz；当第一夹角α＝50°时，最佳轴比为电感L＝11nH，最佳轴比频率为1.38GHz；当第一夹角α＝85°时，最佳轴比为电感L＝4nH，最佳轴比频率为1.575GHz。

图6示出了第一夹角α＝25°时，在最佳轴比频率情况下辐射体的电流瞬间分布图；图7示出了第一夹角α＝50°时，在最佳轴比频率情况下辐射体的电流瞬间分布图；图8示出了第一夹角α＝85°时，在最佳轴比频率情况下辐射体的电流瞬间分布图。图6至图8中，越暗的部分表示电流分布越密集，越亮的部分表示电流分布越稀疏，电流最密集和最稀疏的地方分别就是电流的强点和零点位置。

结合图3和图6可以看到，在第一夹角α＝25°，电感L＝9nH的情况下，此时最佳轴比频率约为1.33GHz，辐射体的电流分布包括2个电流零点，分别为电流零点c1和c2，也即此时天线的谐振模态为基模。

结合图4和图7可以看到，在第一夹角α＝50°，电感L＝11nH的情况下，此时最佳轴比频率约为1.38GHz，辐射体的电流分布包括2个电流零点，分别为电流零点c1和c2，也即此时天线的谐振模态同样为基模。

结合图5和图8可以看到，在第一夹角α＝85°，电感L＝4nH的情况下，此时最佳轴比频率约为1.575GHz，辐射体的电流分布包括3个电流零点，分别为电流零点c1、c2和c3，也即此时天线的谐振模式即为第二阶谐振模态。

另外值得说明一点，图8中所示的3个电流零点分布并不均匀，这是由于电感接地对辐射体电长度有调节的作用，导致电流零点并不会严格在等分点位置上，本领域技术人员对此可以理解。

通过图5和图8实施方式可以看到，本公开示例的天线系统中，可以有效激发圆极化天线的第二阶谐振模态，并且通过第二阶谐振模态实现所需的GPS L1频段的圆极化。在此情况下，辐射体的有效电长度为谐振频率对应的1.5倍波长，相较于在先专利申请中的基模模态，辐射体的物理尺寸可以设置的更大，换言之，本公开实施方式中，可利用更大尺寸的辐射体实现GPS L1频段的圆极化，进一步提高圆极化天线系统的适用性和灵活性。

为了进一步证明本公开实施方式的效果，图9示出了第一夹角α为25°和50°时圆极化天线的右旋和左旋增益图，图10示出了第一夹角α为50°和85°时圆极化天线的右旋和左旋增益图。通过图9和图10所示可知，在所需的辐射方向上，三种情况下天线的右旋增益均远大于左旋增益，说明上述三种情况得到的圆极化天线均为很好的右旋圆极化天线。而且，从图9可以看出两个不同频率下的圆极化增益相当，从图10可以看出在第二阶谐振模式下圆极化增益同样没有明显衰减。由此可以证明，本公开实施方式中，采用第二阶谐振模式实现GPS L1频段的右旋圆极化是完全可以满足GPS天线设计要求的。

上述仅针对第二阶谐振模态进行说明，但是通过图3至图8可以理解，通过调整第一夹角以及电感值，可以进一步激发更高阶的谐振模态，例如第三阶谐振模态、第四节谐振模态等等。并且，根据倍频关系可知，第三阶谐振模态下辐射体的电流分布将包括4个电流零点，第四阶谐振模态下辐射体的电流分布将包括5个电流零点，以此类推，本公开对此不再赘述。

进一步地，结合图3至图8可以理解，在第一夹角α为85°时可以激发第二阶谐振模态，事实上，通过发明人研究发现，在第一夹角α位于45°～90°范围时更容易激发高阶谐振模态。同理，由于第一夹角α位于180°～270°范围时，同样可以产生右旋圆极化效果，因此在第一夹角α位于225°～315°范围时更容易激发高阶谐振模态。

也即，对于右旋圆极化而言，当第一夹角α位于45°～90°或者225°～315°范围时更容易激发高阶谐振模态。当然可以理解，由于上述示例仅针对右旋圆极化天线，对于左旋圆极化而言原理与之相同，也即当第一夹角α位于90°～135°或者315°～360°范围时更容易激发高阶谐振模态，本领域技术人员对此可以理解。

通过上述可知，本公开实施方式中，通过利用天线的非基模谐振模态实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。

仍以前述的智能手表场景为例，据本公开上文所述，已经能够利用圆极化天线的第二阶谐振模态实现GPS L1的右旋圆极化，此时，辐射体的有效电长度将对应于1.575GHz的1.5倍波长，也即相对于传统的圆极化天线，辐射体的有效尺寸将更大，对于中框作为辐射体的智能手表来说，手表的尺寸将不再受到中框尺寸的限制，充分提高天线及可穿戴设备的设计灵活性。

进一步地，在前述基础上本案发明人进一步研究发现，在高阶谐振模态下，辐射体上的电流等分点附近位置具有更好的效果，也即，将接地点位置设置在对应的圆周等分点位置附近，更容易激发天线的高阶谐振模态，而且天线性能更好。

本公开实施方式中，圆周等分点是指以馈电点a为起点，将整个辐射体圆周进行n等分的位置，n的取值为对应谐振模态的电流零点的个数。

以前述图8所示为例，可以看到，在第二阶谐振模态下，辐射体上的电流分布包括3个电流零点，从而本公开所述的电流等分点位置即为以馈电点a为起点，将整个辐射体圆周进行3等分的位置，也即第一夹角α＝120°和α＝240°位置。

换言之，当接地点b位于第一夹角α＝120°和α＝240°附近位置时，更容易激发天线的高阶谐振模态，而且天线性能更好。下文中以第一夹角α位于240°附近产生右旋圆极化为例进行说明。

图11示出了第一夹角α＝210°时天线系统的轴比随电感值的变化曲线，图12示出了第一夹角α＝235°时天线系统的轴比随电感值的变化曲线。

通过对比图11和图12中轴比小于3dB的频率范围，可以看到当第一夹角α＝235°时的频率范围(从1.376GHz～1.772GHz，约为386MHz)远大于第一夹角α＝210°时的频率范围(从1.315GHz～1.403GHz，约为88MHz)。同时，进一步对比图3至图5中轴比小于3dB的频率范围，依旧是第一夹角α＝235°时的频率范围更大。

由此可以得知，当接地点b位于第二阶谐振模态的圆周等分点位置(α＝240°)附近时，即使电感值变动较大依旧可以得到良好的圆极化轴比，从而可以更好地激发高阶谐振模态，实现高阶模态的圆极化天线。

进一步地，继续参照图12所示，当第一夹角α＝235°时，在电感L＝0nH的情况下依旧可以得到符合要求的圆极化轴比，电感L＝0nH即相当于接地点b在第一夹角α＝235°的位置处不通过电感回地，而是直接回地，此时依旧可以激发第二阶谐振模态，并且得到良好的圆极化轴比。

为了进一步证明此结论，图13示出了第一夹角α＝235°时，电感L＝15nH的情况下辐射体的电流分布图；图14示出了第一夹角α＝235°时，电感L＝3.5nH的情况下辐射体的电流分布图；图15示出了第一夹角α＝235°时，电感L＝0nH的情况下(相当于直接回地)辐射体的电流分布图。

通过图13可以看到，在此情况下辐射体的电流分布只有2个电流零点，也即电流零点c1和c2，其为基模模态。通过图14可以看到，在此情况下，辐射体上的旋转电流在位相等于0度时包括2个电流零点，而在位相等于90度时包括3个电流零点，也即电流随着位相变化交替呈现2个和3个电流零点，该谐振模式介于基模和第二阶谐振模态之间，此种情况也可以称为准二阶谐振模态。

而通过图15可以看到，在电感L＝0nH的情况下(相当于直接回地)的情况下，辐射体的电流分布包括3个电流零点，也即c1、c2和c3，说明天线为第二阶谐振模态。

进一步地，图16示出了第一夹角α＝235°时，电感分别为0nH、3.5nH和15nH时圆极化天线的右旋和左旋增益图，通过图16可知，在此3种情况下均可以得到右旋圆极化天线，并且满足GPS圆极化天线的性能要求。

由此证明了前述结论的正确性，也即通过在辐射体上的圆周等分点附近位置通过调谐器件接地，更容易激发天线的高阶谐振模态，甚至直接接地也可以激发高阶谐振模态，并且在此位置时圆极化天线性能符合要求的频率范围更宽，从而更加利于不同场景的天线设计，提高灵活性和实用性。

基于此，本公开一些实施方式中提供了一种圆极化天线系统，该天线系统包括环形的辐射体、电路板、馈电端子以及接地端子。

与前述实施方式中天线系统的区别在于：接地端子不再通过调谐器件(电容和/或电感)回地，而是直接与电路板的参考地连接，同时，接地端子与辐射体电性连接的接地点b位于靠近圆极化谐振对应的圆周等分点的位置，辐射体的多个圆周等分点的数量等于天线系统的电流分布零点的数量。

对于其他未尽详述的结构，本领域技术人员参照图1A和图1B实施方式说明即可理解并充分实现，本公开对此不作限制。

可以理解，在本实施方式中，结合前述图11至图16说明可知，在高阶模态对应的电流等分点附近通过直接接地的方式，也可以激发高阶谐振模态，从而实现所需频率的圆极化天线，本公开对此不再赘述。

通过上述可知，本公开实施方式中，通过利用天线的非基模模态实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。而且对于非基模模态，既可以在使用调谐器件接地的情况下激发，也可以在不使用调谐器件接地的情况下激发，进一步提高天线设计的灵活性和实用性。

另外，针对上述实施方式的说明，需要特别提到并且本领域技术人员可以理解以下几点：

上述实施方式中，调谐器件均以电感为例进行说明，同样调谐器件也可以是电容。当调谐器件为电容时，本领域技术人员参照在先申请专利以及前述说明，毫无疑问可以实现本公开实施方式方案，本公开对此不再赘述。

上述实施方式中，圆极化天线的高阶谐振模态均以第二阶谐振模态为例进行说明，事实上，本公开所述的非基模谐振模态(也即高阶谐振模态)并不局限于第二阶谐振模态，还可以是例如第三阶谐振模态、第四阶谐振模态、甚至更高阶谐振模态。本领域技术人员毫无疑问可以参照上述实施方式实现，本公开对此不再赘述。

上述实施方式中，圆极化天线的谐振频率均以GPS L1的1.575GHz频段为例进行说明，事实上，本公开所述的圆极化天线系统并不局限于实现GPS L1频段，其还可以用于其他任何适于实施的天线频段。此外，也可以通过使用电容，以及电感和电容的组合来实现基于高阶模模态的圆极化天线。

再有，对于需要双频GPS L1和L5天线的情况，也可以利用本公开实施方式原理，通过使用基模与高阶谐振模态组合的方式来实现。例如，辐射体的自谐振频率为1.25GHz，对于GPS L1的1.575GHz频段，则需要使用由电感接地产生的第二阶谐振模态实现。但是对于GPS L5的1.175GHz频段即可使用由电容接地的基模实现。对此，本领域技术人员参照相关技术及本公开说明，毫无疑问可以理解并充分实现，本公开对此不再赘述。

另外，在图1A和图1B实施方式中，圆极化天线系统的辐射体200与电路板300之间为均匀的环形缝隙，事实上，本公开所述的圆极化天线系统对此并不限制。例如图17所示，智能手表中还包括有马达振子910、扬声器920等结构，电路板300为了避让这些结构可以开设相应的凹槽，从而电路板300与辐射体200之间的缝隙并不均匀，但是对于本公开实施方式的天线系统而言并不影响，本公开对此不再赘述。

通过上述可知，本公开实施方式中，通过利用天线的高阶谐振模态实现圆极化天线，可以使得圆极化天线适用于更多尺寸的辐射体结构，进一步提高圆极化天线的灵活性和实用性。而且对于高阶谐振模块，既可以在使用调谐器件接地的情况下激发，也可以在不使用调谐器件接地的情况下激发，进一步提高天线设计的灵活性和实用性。

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 (10)

1.一种圆极化天线系统，其特征在于，包括：

环形的辐射体；

馈电端子，一端与所述辐射体电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接；以及

至少一个接地端子，所述接地端子的一端与所述辐射体电性连接，另一端通过调谐器件与所述电路板的参考地电性连接；其中，所述圆极化天线系统被配置为收发第一频率范围的射频信号，所述第一频率范围对应于所述圆极化天线系统的二阶及以上谐振模态。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，

所述辐射体的有效电长度在所述圆极化天线系统的谐振频率对应波长的1.5倍左右；或者

所述圆极化天线系统用于实现卫星定位天线。

3.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，

所述辐射体的至少一个接地点中的每个接地点位于靠近所述辐射体的其中一个圆周等分点的位置，所述辐射体的圆周等分点的数量等于所述圆极化天线系统的电流分布零点的数量，所述辐射体通过所述至少一个接地点与所述至少一个接地端子电性连接。

4.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，还包括：

滤波单元，滤波单元设于所述至少一个接地端子与所述辐射体电性连接的电路上，所述滤波单元用于过滤非目标频段的射频信号。

5.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，

所述调谐器件包括电感或电容；或者

所述第一频率范围包括GPS卫星定位系统的L1频段和/或L5频段。

6.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，

所述辐射体环绕设于所述电路板的外围，且所述辐射体与所述电路板形成环形缝隙。

7.根据权利要求1所述的圆极化天线系统，其特征在于，所述辐射体为设备壳体的中框。

8.一种圆极化天线系统，其特征在于，包括：

环形的辐射体；

馈电端子，一端与所述辐射体的馈电点电性连接，另一端与电路板上的射频单元电性连接；以及

至少一个接地端子，一端与所述辐射体的接地点电性连接，另一端与所述电路板的参考地电性连接，其中，所述辐射体的至少一个接地点中每个接地点位于靠近所述辐射体的圆周等分点的位置，所述辐射体的多个圆周等分点的数量等于所述圆极化天线系统的电流分布零点的数量。

9.根据权利要求8所述的圆极化天线系统，其特征在于，还包括：

调谐器件，所述至少一个接地端子中的第一接地端子通过所述调谐器件与所述电路板的参考地电性连接；或者

所述辐射体的多个圆周等分点包括所述馈电点，所述接地点位于靠近除所述馈电点以外的其它圆周等分点的位置。

10.一种可穿戴设备，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项或8至9中任一项所述的圆极化天线系统。