手表天線及設(shè)有該手表天線的手表的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可用于GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN通信的手表天線，其包括設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分，所述手表在所述天線部分的上方設(shè)有金屬環(huán)/框；所述天線部分與所述金屬環(huán)/框電耦合，所述金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體，且設(shè)置在手表外周。本實用新型同時還公開了一種設(shè)置有上述天線的手表。本實用新型的手表天線使用了電耦合(饋電)天線結(jié)構(gòu)，通過在手表內(nèi)的天線部分上方設(shè)置與之電耦合的金屬環(huán)/框，并將金屬環(huán)/框作為天線輻射體，使該天線達到了優(yōu)異的GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN通信性能。
【專利說明】手表天線及設(shè)有該手表天線的手表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可用于GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN通信的手表天線及設(shè)置有該天線的手表。

【背景技術(shù)】
[0002]基于GPS (Global Posit1n System，全球定位系統(tǒng))的健身產(chǎn)品和其它基于GPS的腕帶式個人健身教練產(chǎn)品越來越多的被運動員和其他的個人鍛煉者使用，以使用GPS生成成績和/或其它基于位置的信息。但是，GPS的信號非常弱，因此，當(dāng)基于GPS的健身產(chǎn)品在復(fù)雜地區(qū)以及散射/衍射豐富的地區(qū)例如大城市或其它具有挑戰(zhàn)性的地形使用時，它們難以接收到衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
[0003]另一個挑戰(zhàn)是，新產(chǎn)品如腕表和智能手表需要有一個非常有吸引力的外表，以使使用者喜歡。這些產(chǎn)品通常有一個薄的外形，更理想是這些產(chǎn)品能夠具有金屬部分，尤其是金屬環(huán)，金屬邊框，或者其他裝飾上和機械上要求的金屬物體。但是，這些金屬部分會減弱天線性能，因此對達到高的天線效率以及形成合適的右旋圓極化都是一個挑戰(zhàn)。
[0004]此外，傳統(tǒng)的陶瓷貼片GPS天線的尺寸和重量都很大，因此不適用于腕表裝置。
[0005]之前的將陶瓷貼片GPS天線設(shè)置在腕表上的方式(例如EP2128724A2)具有使腕表款式變劣和增加重量的缺陷?，F(xiàn)在的趨勢是把天線集成到手表的機械結(jié)構(gòu)中，以消除上面提到的缺陷。
[0006]多種GPS和藍牙(BT，Blue Tooth)天線都曾被提議作為集成天線，其中絕大部分屬于傳統(tǒng)的倒F型天線，倒L形天線，單極子天線，環(huán)狀，C-形結(jié)構(gòu)，其中某些天線形式已經(jīng)在之前的申請中有應(yīng)用，例如EP2317602A1，US2013/0181873A1等；但是，上面這些方案最大的缺陷是，當(dāng)表的上方設(shè)置有金屬環(huán)或金屬邊框時，例如設(shè)置在顯示屏的周圍時，這些天線將不能工作。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的第一目的是提供一種電耦合型手表天線，其以設(shè)置在手表盤上部的金屬環(huán)/框作為天線的主要輻射體，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。
[0008]本實用新型的第二目的是提供一種設(shè)有上述手表天線的手表，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。
[0009]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0010]一種可用于GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN通信的手表天線，其包括設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分，所述手表在所述天線部分的上方設(shè)有金屬環(huán)/框；所述天線部分與所述金屬環(huán)/框電耦合，所述金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體，且設(shè)置在手表外周。
[0011]本實用新型還提供一種具有GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN功能的手表，其包括設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分，以及設(shè)置在手表盤上方外周并位于所述天線部分上方的金屬環(huán)/框，所述天線部分與所述金屬環(huán)/框電耦合，所述金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下:
[0013]第一.本實用新型的手表天線使用了電耦合天線結(jié)構(gòu)，通過在手表內(nèi)的天線部分上方設(shè)置與之電耦合的金屬環(huán)/框，并將金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體，達到了優(yōu)異的GPS/Glonass 和 BT/WiFi/WLAN 性能；
[0014]第二.本實用新型的手表天線結(jié)構(gòu)簡單，是一種機械集成式天線，使用它可制作出更薄，更小，更輕，外觀具有吸引力的產(chǎn)品；
[0015]第三.本實用新型的手表天線可實現(xiàn)雙饋GPS/藍牙，或組合，單饋GPS/藍牙；
[0016]第四，本實用新型的手表天線的金屬環(huán)/框給手表提供了額外的機械強度。
[0017]當(dāng)然，實施本實用新型的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1 (a)為本實用新型一個具體實施例的典型手表結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖1 (b)為本實用新型一個具體實施例的手表的典型層疊結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0020]圖1 (c)為本實用新型另一個具體實施例的手表的層疊結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；
[0021]圖1 (d)為本實用新型的手表中天線部分的一個具體實施例，其對應(yīng)圖1 (a)的手表的俯視圖，但是移除了金屬環(huán)/框，鏡片和塑料支撐體；
[0022]圖1 (e)為與圖1 (d)具有相似結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其示出了可放置天線部分的輻射體的幾種位置；
[0023]圖2 Ca)和圖2 (b)示出了本實用新型的手表及手表天線的又一實施例；
[0024]圖3為本實用新型的雙饋結(jié)構(gòu)天線在佩戴狀態(tài)時的反射系數(shù)和隔離；
[0025]圖4為本實用新型的單饋天線在佩戴狀態(tài)時在GPS/Glonass頻段的總效率和輻射效率；
[0026]圖5為本實用新型的兩種不同配置的手表BT天線在佩戴狀態(tài)和不佩戴(自由空間)狀態(tài)時的總效率，其中P4_3表示單饋天線，P3_1B表示雙饋天線；
[0027]圖6為本實用新型的單饋天線在佩戴狀態(tài)時的3D輻射圖，其中輻射在1.58GHz的右旋圓極化增益圖。

【具體實施方式】
[0028]下方將結(jié)合附圖對本實用新型的一些【具體實施方式】和實施例做進一步的描述。
[0029]實施例
[0030]請參見圖1 (a)，其示出了本實用新型的一種典型的手表結(jié)構(gòu)的俯視圖，此種手表的典型外徑例如可以為50mm，此外，本實用新型中手表的外徑還可以大于50mm或者小于50mm，具體的手表外徑的數(shù)值取決于手表的外形，本實用新型不對手表的外徑進行限定。圖1 (a)中手表包括腕帶1、金屬環(huán)/框2、鏡片和顯示屏3，其中，鏡片可以由玻璃或其它透明介質(zhì)制成，其設(shè)置在顯示屏的旁邊且位于外側(cè)。
[0031]請參見圖1 (b)，其為本實用新型一個具體實施例的手表的層疊結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在該圖中可以看到，金屬環(huán)/框2設(shè)置在顯示屏31的上方，鏡片32的外圍。金屬環(huán)/框可以由不銹鋼、鋁、銅及其它類型金屬制備而成，金屬環(huán)/框上可有各種電鍍層和/或圖案。金屬環(huán)/框2的下方設(shè)有塑料支撐體41，手表外側(cè)設(shè)有塑料外殼4，顯示屏31的外圍設(shè)有塑料環(huán)5，一印刷電路板(PCB) 6設(shè)置在顯示屏31的下方，印刷電路板(PCB) 6下方可裝設(shè)有電池7，其中印刷電路板(PCB) 6為主DC-接地。塑料環(huán)5用于容納顯示屏31，并作為金屬環(huán)/框2和鏡片32的支撐結(jié)構(gòu)。此外，本實用新型的手表還可選擇性的設(shè)置有金屬后蓋8。
[0032]金屬環(huán)/框2可以與PCB電隔離，或可以基于ESD/EMC目的可DC/電連接到地，但金屬環(huán)/框2必須與地射頻隔離；通常，地可以為PCB的一部分，PCB具有多個不同的設(shè)有若干導(dǎo)電軌跡或是多層方式，它們的一部分可用于DC接地和部分用于RF接地，最典型的地是PCB板上的一金屬層；此外，地也可以通過其它方式實現(xiàn)，例如，地可以是獨立于PCB的一個單獨部分，如金屬片等。
[0033]如圖1 (b)中所示的印刷電路板6，可以包括設(shè)置有多個分離的有源器件的填充板，這些有源器件例如可以包括GPS和BT無線電發(fā)射器，GPS低噪聲放大器，用于天線部分和電池的多個連接觸點等等。金屬后蓋8為選擇性設(shè)置，其可作為天線反射器，可屏蔽手/手腕吸收損耗；金屬后蓋8可以懸浮設(shè)置于地平面，或者可以通過幾個觸點連接到地平面/PCB。本實用新型的方案不設(shè)置金屬后蓋8也可以使用。
[0034]請參見圖1 (C)，其示出了本實用新型的手表的另一種典型實施例的橫截面圖，該實施例與圖1 (a)所示的實施例的主要不同之處在于:金屬環(huán)/框2’具有另一種不同的外形，并因此位于金屬環(huán)/框下方的塑料支撐體41可以略去，從而金屬環(huán)/框2’的一部分可直接與塑料外殼4接觸，另一部分與塑料環(huán)5接觸。
[0035]圖1 (d)示出了本實用新型的設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分的一種具體結(jié)構(gòu)，圖1(d)也是如圖1 (a)中視角的俯視圖，但是移除了圖1 (b)中的金屬環(huán)/框2、鏡片32、塑料支撐體41。圖1 (d)中示出了兩種不同的天線結(jié)構(gòu)，它們分別是GPS和BT的天線單元、諧振器、天線饋點網(wǎng)絡(luò)，這些可被創(chuàng)建為如一個Imm寬、適當(dāng)長度的銅臂走線。兩個天線單元分別具有獨立的饋源，如圖1 (d)中標(biāo)注所示。這些饋源可通過孔或使用適當(dāng)?shù)挠|點(例如彈簧夾spring clips, C形夾C-clips,彈簧引腳pogo pins)連接至對應(yīng)無線電發(fā)射器(例如設(shè)置在主線路板PCB上的無線電發(fā)射器);可使用不同的匹配電路與天線進行適當(dāng)匹配以達到期望的阻抗(通常為500hm)。此處一個非常重要的特點是這些天線單元電耦合于金屬環(huán)/框2，電耦合的具體方式例如可以為電磁耦合或者電容耦合結(jié)構(gòu)。此時，金屬環(huán)/框2作為主要的輻射體，天線單元和金屬環(huán)/框之間期望的耦合由兩者之間的距離，以及天線臂的尺寸、寬度、長度等來控制。GPS天線饋源和BT天線饋源可沿手表的周長方向移動，以此來選擇最佳的可能和優(yōu)化的位置，這一點對于GPS/Glonass天線優(yōu)化右旋圓極化增益，軸比和其它極化特性是尤其重要的設(shè)計參數(shù)。
[0036]圖1 (e)示出了一種類似結(jié)構(gòu)的橫截面，其中加深加粗的表面(圖中標(biāo)記為a、b、c)代表可以選擇性設(shè)置天線部分的天線輻射體的不同位置。其中的表面a即代表圖1 (d)中天線部分的設(shè)置方式。這三個表面例如可以是塑料環(huán)5的表面，或者是塑料外殼4的表面或其它類似元件的表面。該天線輻射體設(shè)置位置的主要原則是:使天線輻射體設(shè)置位置盡可能遠離周圍的金屬物體和破壞性的金屬物體，例如LCD外框，PCB地，電池，任何噪聲源等。該天線輻射體可用LDS工藝制作。
[0037]圖2 (a)和圖2 (b)示出了本實用新型的另一個實施例。在此實施例中，特別之處在于，在金屬環(huán)/框2’’上具有一切口或縫21，如圖2 (a)所示，此時金屬環(huán)/框2’’為C形。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合圖2(b)中天線部分的圖形，對GPS/BT具有單饋，即所謂的組合解決方案。饋源沿手表周長的精確放置，結(jié)合切口或縫的合適位置放置，可以優(yōu)化GPS天線的極化特性，例如較好右旋圓極化增益，低軸比等。
[0038]圖3至圖6示出了本實用新型的手表天線的典型測試結(jié)果。
[0039]其中，圖3示出了雙饋結(jié)構(gòu)的手表天線在佩戴狀態(tài)時的反射系數(shù)和隔離，從圖中可以看出，本實用新型的雙饋結(jié)構(gòu)天線具有良好的匹配水平和頻段，以及低于-15dB的隔離，其帶寬已經(jīng)足夠覆蓋GPS和Glonass頻段。
[0040]圖4示出了本實用新型的單饋天線在佩戴狀態(tài)下GPS/Glonass頻段的總效率和輻射效率，也包括在失配的條件下。圖5示出了兩種配置的天線在佩戴狀態(tài)、不佩戴(自由空間)狀態(tài)下在BT頻段的總效率，兩種配置的天線分別是:P4_3單饋情況和P3_1B雙饋情況。從圖4和圖5中可見,本實用新型的該些實施例的天線在GPS/Glonass頻段的總效率和福射效率，以及在BT頻段的總效率均高于_7dB，說明本實用新型的天線具有良好的總效率和輻射效率。
[0041]圖6示出了本實用新型的單饋天線在佩戴狀態(tài)下的3D輻射模式圖形，可看出其在
1.58GHz處具有右旋圓極化增益。這些說明本實用新型的天線具有一個良好的定向輻射模式，其主波束方向指向天空(即衛(wèi)星)。
[0042]以上實施例和附圖中示出的手表的圓形外形僅為舉例，本實用新型的手表的外形還可以是任何期望的形狀，例如方形，橢圓形，六邊形等。
[0043]本實用新型中，手表的顯示屏31還可以為一個觸摸顯示屏，手表本身可以是一個所謂的智能手表，該智能手表還可以設(shè)有其它無線電發(fā)射器，例如蜂巢式，GSM，LTE，NFC等。
[0044]本實用新型中BT天線的實現(xiàn)方式還可以采用其它方式，例如設(shè)置在主PCB上的走線。
[0045]本實用新型的手表可以制作成防水式的，使其能用于各種艱苦的和具有挑戰(zhàn)性的室外和室內(nèi)條件，以及極限運動等情況下。
[0046]本實用新型的手表的金屬環(huán)/框可用各種方式與手表的其余機械部分連接，例如使用螺絲，膠粘，膠黏劑，插入成型，包覆成型或一些其它的可選擇的制作方式。該金屬環(huán)/框可選用各種寬度，通常在范圍內(nèi)浮動。
[0047]本實用新型的手表的鏡片32可由任何合適的材料制成，例如玻璃、透明的塑料材料、PMML，或者其它介質(zhì)。
[0048]本實用新型的手表內(nèi)設(shè)置的天線部分可通過在塑料環(huán)5上通過LDS工藝制作(此處，塑料環(huán)的塑料需要是LDS兼容的，可填充有或不填充玻纖)。此外，還可以使用MID工藝或柔性箔工藝(又稱柔性印刷電路FPC工藝)、金屬片/沖壓金屬技術(shù)，印刷技術(shù)(油墨或貼印刷)等。用于該天線部分的金屬可以為銅或其它金屬，例如不銹鋼、鋁、鍍鎳和/或鍍金金屬，或一些其它合適的選擇。
[0049]本實用新型中，除饋源外，還可將接地觸點加入到本實用新型的手表天線中，具體的加入位置可以為設(shè)于手表內(nèi)部的天線部分，或者該天線部分和金屬環(huán)/框上。
[0050]以上公開的本實用新型優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本實用新型。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該實用新型僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員能很好地理解和利用本實用新型。本實用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種可用于GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN通信的手表天線，其特征在于，其包括設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分，所述手表在所述天線部分的上方設(shè)有金屬環(huán)/框；所述天線部分與所述金屬環(huán)/框電耦合，所述金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體，且設(shè)置在手表外周。
2.如權(quán)利要求1所述的手表天線，其特征在于，所述金屬環(huán)/框為封閉環(huán)式，所述天線部分包括兩條天線臂，所述兩條天線臂分別為對應(yīng)GPS功能的GPS天線臂和對應(yīng)BT功能的BT天線臂；所述GPS天線臂設(shè)有GPS饋源，所述BT天線臂設(shè)有BT饋源。
3.如權(quán)利要求1所述的手表天線，其特征在于，所述金屬環(huán)/框為C形，所述天線部分包括同時對應(yīng)GPS功能和BT功能的一條天線臂，該條天線臂設(shè)有GPS/BT單饋源。
4.如權(quán)利要求2或3所述的手表天線，其特征在于，所述天線部分與所述金屬環(huán)/框之間所需的耦合由它們之間的距離、所述天線臂的尺寸、寬度和長度控制。
5.如權(quán)利要求2或3所述的手表天線，其特征在于，所述GPS饋源和所述BT饋源或所述GPS/BT單饋源能沿所述手表的周長移動，以選擇可能的最佳位置來優(yōu)化右旋圓極化增益、軸比和其他極化特性。
6.如權(quán)利要求1所述的手表天線，其特征在于，所述“電耦合”方式為電磁耦合或電容耦合。
7.一種具有GPS/Glonass和BT/WiFi/WLAN功能的手表，其特征在于，包括設(shè)置在手表內(nèi)部的天線部分，以及設(shè)置在手表外周、并位于所述天線部分上方的金屬環(huán)/框，所述天線部分與所述金屬環(huán)/框電耦合，所述金屬環(huán)/框作為主要的天線輻射體。
8.如權(quán)利要求7所述的手表，其特征在于，所述手表還包括PCB/地，所述金屬環(huán)/框與所述PCB地射頻隔離，并且所述金屬環(huán)/框與所述PCB/地電隔離，或基于靜電放電抗擾度(ESD) /電磁兼容(EMC)目的，所述金屬環(huán)/框與所述PCB/地可DC/電氣連接。
9.如權(quán)利要求7所述的手表，其特征在于，所述金屬環(huán)/框為封閉環(huán)式，所述天線部分包括兩條天線臂，所述兩條天線臂分別為對應(yīng)GPS功能的GPS天線臂和對應(yīng)BT功能的BT天線臂；所述GPS天線臂設(shè)有GPS饋源，所述BT天線臂設(shè)有BT饋源。
10.如權(quán)利要求7所述的手表，其特征在于，所述金屬環(huán)/框為C形，所述天線部分包括同時對應(yīng)GPS功能和BT功能的一條天線臂，該條天線臂設(shè)有GPS/BT單饋源。
11.如權(quán)利要求9或10所述的手表，其特征在于，所述天線部分與所述金屬環(huán)/框之間所需的耦合由它們之間的距離、所述天線臂的尺寸、寬度和長度控制。
12.如權(quán)利要求9或10所述的手表，其特征在于，所述GPS饋源和BT饋源或所述GPS/BT單饋源能沿所述手表的周長移動，以選擇可能的最佳位置來優(yōu)化右旋圓極化增益、軸比和其它極化特性。
13.如權(quán)利要求7所述的手表，其特征在于，所述“電耦合”方式為電容耦合或電磁耦口 ο
14.如權(quán)利要求7所述的手表，其特征在于，所述手表還設(shè)有金屬后蓋，所述金屬后蓋作為天線反射器，屏蔽手/手腕吸收損耗。
【文檔編號】G04R20/26GK203932307SQ201420076750
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】馬里奧·法里埃羅, 澤拉圖·米洛舍維奇, 亞科·基羅納 申請人:上海安費諾永億通訊電子有限公司