一种适用于全频段网络的金属环手表天线及金属环手表的制作方法

本实用新型涉及移动通讯技术领域，具体涉及一种适用于全频段网络的金属环手表天线及具有该手表天线的金属环手表。

背景技术：

随着智能硬件的发展，硬件的功能越来越强大，移动终端设备的体积也越来越小。传统的电子产品通过继承智能硬件可以具有较多的功能。比如，智能手表除了具有传统手表显示时间的功能外，还可以具有接听电话的功能。一般的具有接听功能的手表尺寸都较大、较厚，所以新的移动终端设备需要有一个非常有吸引力的外表，以使使用者喜欢。这些产品通常有一个薄的外形，更理想的是这些产品能够具有金属部分，尤其是金属环，金属边框。但是，这些金属部分往往会减弱天线性能，因此如何能应用这些金属部分提高天线效率，甚至拓展产品使用功能都是一个挑战。

另一个挑战是，基于GPS(Global Position System，全球定位系统)的健身产品和其它基于GPS的腕带式个人健身教练产品越来越多的被运动员和其他的个人锻炼者使用，以使用GPS生成成绩和其他基于位置的信息。但是，GPS的信号非常弱，因此，当基于GPS的健身产品在复杂地区使用时，它们难以接收到卫星导航信号。

此外，传统的陶瓷贴片GPS天线尺寸和重量都很大，不适用于腕表装置，现在的趋势是把天线集成到手表的机械结构中，以消除陶瓷天线带来的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于全频段网络的金属环手表天线及金属环手表，其以设置在手表盘上部的金属环作为主天线，GPS天线以FPC形式集成成于屏幕FPC中，以解决金属环手表中天线频段受限的问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种适用于全频段网络的金属环手表天线，金属环手表包括塑料壳体、金属环/框和PCB板，金属环/框支撑于塑料壳体上，金属环/框作为金属环手表天线的主天线，金属环手表天线还包括：

GPS天线，设置于手表的屏幕下方，集成于所述屏幕的FPC处，所述GPS天线设有一处馈电点；

WIFI天线，设置于手表的塑料壳体表面，所述WIFI天线设有一处馈电点和一处接地点；

PCB板设置于所述屏幕下方；

所述主天线设有一处馈电点和至少三处接地点，所述主天线的三处接地点中其中一处接地点通过射频开关与PCB板的地面连接，剩余几处接地点与PCB板的地面连接；

所述WIFI天线的接地点与PCB板的地面连接。

一种实施例中，所述主天线设置在手表外周，其中，所述主天线分为以下两种之中的一种：

所述主天线为一封闭式结构，包括两条天线臂，所述两条天线臂分别对应824～960MHz 1710～2500MHz天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，所述两条天线臂共用一个天线馈电点；或者，

所述主天线为一U形结构，包括对应880～960MHz 1710～2500MHz天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，所述两条天线臂共用一个天线馈电点。

一种实施例中，主天线的接地点设置于相应工作频段二分之一波长处。

一种实施例中，封闭式结构的所述主天线至少设有两个隔离地点。

一种实施例中，U形结构的所述主天线的两条天线臂末端各添加一接地点，以降低两条天线臂之间的耦合作用。

一种实施例中，对应824～960MHz 1710～2500MHz频段或对应880～960MHz1710～2500MHz的天线臂设有所述射频开关。

一种实施例中，射频开关的位置靠近电流为零点的位置。

一种实施例中，射频开关类型为单刀四掷开关。

一种实施例中，所述GPS天线位于手表屏幕正下方，与屏幕的FPC处于同一平面，通过屏幕的FPC引入至PCB板上。

一种实施例中，所述GPS天线位于手表屏幕正下方及PCB板上方，所述PCB板的地面作为天线反射器，屏蔽手/手腕吸收损耗。

根据第二方面，一种实施例中提供一种具有全频段网络功能的金属环手表，包括上述的金属环手表天线。

依据上述实施例的金属环手表天线，本实用新型具有以下效果：

1)本实用新型将金属环手表盘上部的金属环作为主天线的主要辐射体，达到优异的主天线性能，同时，主天线距离手/手腕距离更远，减少了手/手腕对主天线的吸收损耗；

2)本实用新型的手表GPS天线结构简单，是一种与FPC集成式的天线，使用它可以制作出更薄、更轻的产品，同时，作为一种极化可选试的天线，合适的极化能够降低不同极化之间的损耗，又因其放置关系，手/手腕对天线的吸收损耗基本被消除；

3)本实用新型的手表天线谐振频率可以较好的覆盖GPS&WIFI&BT及2G/3G/4G网络，可以较好地满足手表的工作频段要求；

4)本实用新型的手表天线的金属环给手表提供了额外的机械强度。

附图说明

图1为手表结构示意图；

图2为手表的层叠结构横截面示意图；

图3为手表的天线排布示意图；

图4为Mockup上主天线反射系数仿真图；

图5为Mockup上GPS天线反射系数仿真图；

图6为Mockup上WIFI天线反射系数仿真图；

图7为Mockup上主天线自由及佩戴时的总效率图表；

图8为Mockup上GPS天线自由及佩戴时的总效率图表；

图9为Mockup上WIFI天线自由及佩戴时的总效率图表。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

请参考图1，其示出了本实用新型的一种典型的手表结构俯视图，此种手表的典型外径可以为45mm，此外，本实用新型中手表的外径还可以大于45mm或者小于45mm，具体手表外径的数值取决于手表的外形，本实用新型不对手表的外径进行限定。图1中手表包括腕带1、金属环/框2、镜片和显示屏3、手表按钮4，塑料外壳5，其中镜片可以由玻璃或其它透明介质制成，其设置在显示屏的旁边且位于外侧。

请参见图2，其为本实用新型一个具体实施例的手表的层叠结构的横截面图。在该图中可以看到，金属环/框2设置在塑料外壳5上方，及围设于镜片31、显示屏32(包括FPC)的外围。塑料外壳5作为金属环/框2的支撑结构，同时，从PCB(印刷电路板)板7上伸出三个支撑结构9用于加固金属环/框2，金属环/框2可以由不锈钢、铝、铜、及其它类型金属制备而成。金属环/框2可以与PCB板7电隔离，或可以基于ESD/EMC/目的可DC电连接到地，但金属环/框2必须与地射频隔离。

PCB板7设置在显示屏32的下方，PCB板7下方可装设有电池8，其中，PCB板7为主DC接地。Speaker Box 6设置在塑料外壳5与PCB板7之间，通过弹脚与PCB板7地连接。

PCB板7的正反两面铺设有地面，通过孔连接正反两面的地面。也即是，地可以为PCB板7的一部分，PCB板7具有多个不同的若干导电轨迹或是多层方式，它们的一部分可以用于DC接地和部分用于RF接地，最典型的地是PCB板7上的一金属层；此外，地也可以通过其它方式实现。

上述为金属环手表的基本结构，为了实现金属环手表能较好的全面覆盖GPS/WIFI/BT/2G/3G/4G网络，以满足手表的工作频段要求，本实用新型对上述的金属环手表进行如下改进。

采用金属环/框2作为金属环手表天线的主天线，另外还设置GPS天线和WIFI天线，其中，GPS天线设置于手表的屏幕下方，集成于屏幕的FPC处，GPS天线设有一处馈电点；WIFI天线设置于手表的塑料壳体表面，WIFI天线设有一处馈电点和一处接地点；主天线设有一处馈电点和至少三处接地点，主天线的三处接地点中其中一处接地点通过射频开关与PCB板的地面连接，剩余几处接地点与PCB板的地面连接；WIFI天线的接地点与PCB板的地面连接。

具体的，主天线设置在手表外周，其中，主天线分为以下两种之中的一种：主天线为一封闭式结构，包括两条天线臂，两条天线臂分别对应824～960MHz 1710～2500MHz天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点；封闭式结构的主天线至少设有两个隔离地点，

或者，

主天线为一U形结构，包括对应880～960MHz 1710～2500MHz天线臂和对应2500～2690MHz天线臂，两条天线臂共用一个天线馈电点；U形结构的主天线的两条天线臂末端各添加一接地点，以降低两条天线臂之间的耦合作用。

在上述主天线的馈电点设计中，其中，对应824～960MHz 1710～2500MHz频段或对应880～960MHz 1710～2500MHz的天线臂设有射频开关，通过射频开关对该频段的带宽进行调节，以拓宽低/中频带宽，优选的，射频开关的位置靠近电流为零点的位置；本例的射频开关为单四掷开关，通过改变控制电平值，射频开关工作状态最多可有8种，依据天线调谐特性，改变开关上对地的电容/电感值，使天线谐振往相应的工作频段进行偏移。

进一步，主天线的馈电点的选择可以根据PCB板7布局进行选择，不仅仅局限于固定的一点，而地点的选择大致位于相应工作频段二分之一波长处。

GPS天线可以为其中一种：加载的单极子天线，加载的IFA天线，贴片天线等，GPS天线位于手表屏幕正下方，与屏幕的FPC处于同一平面，通过屏幕的FPC引入至PCB板7上，如，集成于屏幕FPC中的GPS天线，通过排线与PCB板7电连接。

进一步，GPS天线并不仅仅局限于线极化特性，还可以通过改变天线的馈电点及天线形式，形成右旋圆极化特性，以降低线极化带来的3dB极化损失。

另外，还可以将GPS天线设置于手表屏幕正下方，PCB板7上方，PCB板7的地面作为天线反射器，屏蔽手/手腕吸收损耗。

WIFI天线可以设置在塑料外壳5外壁或者内壁，WIFI天线或以是单极子天线、IFA天线、环天线、PIFA天线、槽天线等，考虑到WIFI天线性能，建议放置塑料外壳5中标号为14位置处。

如图3所示，示出了本实用新型设置在手表内部的天线部分的一种具体结构，图3也是图2中视角的俯视图，但是移除了图2中的镜片和显示屏(不包括FPC)3，图中示出了三个不同的天线布局，它们分别是主天线、GPS天线、WIFI天线布局位置、主天线地馈点网络(10、11、12)。三个天线分别具有独立的馈源，这些馈源可以通过孔或使用适当的触点(例如弹簧夹，弹簧引脚)连接至无线电发射器；可使用不同匹配电路与天线进行适当匹配以达到期望阻抗。

图4～6示出了本实用新型在Mockup上，自由的反射系数，图7～9示出了本实用新型在Mockup上，佩戴情况三个天线的总效率。从总效率中可以看到，三个天线在此环境中都有较好的天线性能。

基于以上提供的金属环手表天线，本例还提供一具有全频段网络功能的金属环手表，该金属环手表包括上述的金属环手表天线，使得金属环手表不仅具有机械强度，同时手表天线谐振频率可以较好的覆盖GPS&WIFI&BT及2G/3G/4G网络，可以较好地满足手表的工作频段要求。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。