包括用于发射和/或接收无线电信号的天线结构和用于紧固装置的带的电子装置的制作方法

文档序号:17486872发布日期:2019-04-20 06:53阅读:294来源:国知局
包括用于发射和/或接收无线电信号的天线结构和用于紧固装置的带的电子装置的制作方法

本发明属于无线电电信领域,并且更具体地,涉及一种装置,该装置包括:电子电路;用于发射和/或接收无线电信号的天线,用于与接入网络进行无线通信;以及用作装置的紧固件的带。



背景技术:

本发明特别有利于——但决不是限制性地——在智能表类型的装置的情况下使用,其中带是用作装置的腕部紧固件的表带。这样的智能表可以在低于3ghz的频段或甚至更多频段中经由无线电链路进行通信,例如用于电信功能(2g、3g、4g等),用于经由蓝牙的数据交换,用于机器之间的通信(物联网)例如网络sigfox或“wi-fi”,或者用于经由诸如系统“gps”或“galileo”的卫星进行定位的功能。

本发明的另一使用示例是动物项圈类型的装置,允许通过卫星定位或通过相对于地面接入网络的基站的三角测量来定位它们。装置经由超窄带无线通信系统(盎格鲁-撒克逊(anglo-saxon)文献中的“超窄带”或unb)传送它们的位置,在该超窄带无线通信系统中,终端与接入网之间传送的无线电信号的瞬时频谱的频率宽度小于1khz或2khz。这样的超窄带通信符合标准,例如“低吞吐量网络(ltn)”标准和欧洲电信标准协会(etsi)的标准草案。

装置包括包含电子电路的壳体。对于无线电发射和接收,已知的是将天线结合到表带中,其中在天线与电子电路之间具有电流连接。

专利us4754285、us4922260、us4977614、us5134724、us5179733、us5189431、ep1489471、us6350055描述了该类型的无线电通信装置的示例。然而,难以确保天线与电子电路之间的电流连接的可靠性。在一方面,表带的长度是可调节的或甚至是弹性的,以适应各种尺寸的腕部。另一方面,表带相对于壳体是可移动的,并且天线与电子电路之间的电流连接受到物理应力。用于动物的项圈的情况具有类似的困难。

期望一种更可靠的简单天线结构。



技术实现要素:

本发明的目的是克服现有技术的解决方案的全部或部分限制。

为此,本发明涉及用于无线电通信的装置,该装置包括:电子电路;用于发射和/或接收无线电信号的天线,用于与接入网络进行无线通信;以及用作装置的紧固件的带。天线包括天线环。天线环包括导电板和包含电子电路并具有至少一个导电面的壳体。天线环的导电板平行于壳体的导电面并且面对壳体的导电面延伸。导电板和壳体的导电面在壳体的导电面的一侧上电连接在一起,并且导电面的另一侧上电连接至电子电路。带包括形成天线的天线地的导电部分,所述导电部分平行于导电板并且面对导电板延伸并且与所述导电板电绝缘,使得所述导电部分电容耦接至所述导电板。在带的导电部分与导电板之间也可以存在电感耦接的效果,但是通常电容耦接是主要的。

在带与电子电路之间不需要电流连接,因此避免了任何由相对运动引起的可靠性的降低。带的导电部分通过带与电子电路之间的耦接(这可以是部分电感性的以及电容性的)提高了环的天线性能。带的导电部分为天线组件提供接地平面效果,即使在它不是完全平坦但至少部分弯曲的情况下以及即使在其表面受到限制特别是其横向于带的尺寸的情况下也是如此。带可以是完全导电的例如由金属材料制成、集成导电部分,或者导电部分可以附接到带的电绝缘材料上。

电子电路可以包括用于处理和/或生成由天线接收到的和/或要由天线发射的无线电信号的无线电模块,以及用于无线电模块与天线之间的阻抗匹配的模块。阻抗匹配模块允许使天线的阻抗适于无线电模块的阻抗,从而使无线电模块与天线之间的rf功率的传输最大化,并且反之亦然。阻抗匹配模块可以包括在天线与无线电模块之间串联的第一电容部件,以及在天线与无线电模块的接地之间的第二电容部件。

天线环的导电板可以机械地刚性连接至壳体和带的导电部分,还避免它们之间的任何相对运动。天线环的导电板可以安装在电绝缘间隔件上,该电绝缘间隔件刚性地连接至带的导电部分。绝缘间隔件可以是在其上安装壳体的支承件的一部分。可替选地,支承件可拆卸地安装在带上并且包括磁体,该磁体适于经由与所述带的导电部分的磁吸引将所述支承件保持在所述带上。

在壳体的一侧上,天线环的壳体的导电面可以电连接至电子电路的地,并且天线环的导电板可以电连接至电子电路的输出线和/或输入线。

带的导电部分可以在带的全部或一部分长度上延伸超过天线环的导电板和壳体的导电面。

装置可以包括在与壳体的导电面相对的表面上的显示器,电子电路可以具有智能表的功能,并且带可以是适于将装置附接至人的腕部的表带。

电子电路可以具有地理定位功能和向接入网络发送地理定位数据的功能,并且带可以是适于将装置附接至例如宠物或野生动物或鸟类的颈部的项圈。

附图说明

根据下面出于信息性目的而决非限制性地参照附图给出的描述,本发明的其他特征和优点将清楚地显现,在附图中:

图1是根据本发明的实施方式的作为示例给出的人的腕部上的智能表的程式化透视图,

图2是与图1的表中的天线环的操作对应的基本天线环的透视图,

图3示出了图1的表的更详细的顶视图和透视图,

图4是图1的表中的电子电路的框图,

图5是沿图1的表的平面y-z的截面,其示意性地示出了电场线的取向,

图6是沿图1的表的平面x-y的截面,其示意性地示出了磁场线的取向,

图7至图9是作为示例给出的在各种平面中图1至图6的表的天线结构的增益图,以及

图10是示出天线环的导电板与带的导电部分之间的各种间距对图1的表中的频率调节的影响的曲线图。

附图的元件以简单和清晰的精神示出,并且在细节方面不一定按比例或是现实的。从一幅图到另一幅图的相同参考标记表示相同或类似的元件。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的作为示例给出在人的腕部102上的智能表100。表100包括:用于发射和/或接收无线电信号的天线,用于与接入网络进行无线通信;以及用作装置至腕部102的紧固件的表带形式的带104。天线包括天线环以及形成反射器的天线地,天线环的操作由基本天线环200(图2)示出。天线环包括导电板106和壳体108,壳体108包含电子电路并且具有至少一个导电面,该导电面是隐藏在图1中并且由图2中的面202表示的壳体108的下表面。导电板106平行于壳体108的导电面202并且面对壳体108的导电面202延伸。如110处所示,导电板106和壳体的导电面202在壳体108的一侧上电连接至壳体中的电子电路的射频(rf)线,以便与电子电路交换电信号。如图2中的204处所示,在壳体108的另一侧,导电板106和壳体的导电面202电连接在一起。在本发明的另一具体实施方式中,其中电子电路的rf线是差分的,导电板106和壳体的导电面202具有至rf线的差分连接。

图3更详细地示出了表100。例如,壳体108可以具有方形形状,侧边为35mm并且高为7mm。壳体108的侧边以及甚至一组面可以是导电的,例如由金属材料制成,其中rf线与板106之间的连接110具有开口。壳体108与面202相对的上表面300可以包括显示器(未示出),可选地触摸式显示器。带104包括形成天线接地平面的导电部分302,导电部分302被附接到形成表带的带的部分304上,并且带的部分304可以由电绝缘材料制成。在本发明的另一具体实施方式中,导电部分302被集成在表带中,并且表带可以由导电材料,例如金属制成。如图3所示,带104在壳体108处没有任何中断,并且在导电板106的整个长度(沿着图1的轴线z)上延伸。形成天线地的导电部分302在所述导电板106的整个长度上平行于所述导电板106延伸,并且与所述导电板106电绝缘。带104可以包括扣钩(未示出)以便将带附接在腕部102周围,或者可以是弹性的,允许其滑到手部上。

由电绝缘材料例如塑料,制成的盒用作壳体108的支承件,使壳体机械地刚性连接至天线环的导电板106和带的导电部分302,从而避免它们之间的任何相对运动。支承盒包括由电绝缘材料制成的间隔件306,该间隔件306连接环的导电板106和带的导电部分302以便保持在它们之间提供的间隔和平行度。例如,对于0.9ghz的载波信号的频率,间隔件306的厚度可以例如在0.1mm与1.0mm之间(并且在一个示例中为0.5mm)。盒还包括用作壳体108的支承件的壁308和壁310。如图所示,盒可以仅覆盖壳体108的两个侧面,或者可以包括两个附加壁使得覆盖方形壳体108的四个侧面。壳体和盒可以具有除了所示方形之外的形状,例如圆柱形。壳体的面202与天线环的导电板106之间以及壁308与壁310之间的空间可以仅用空气填充或者可以用绝缘材料填充,并且在所示的示例中具有4mm的厚度。至电子电路的电连接可以如图3所示在边缘上,或者如图1和图2所示在导电板106的侧面的中心处。在一方面导电板106与电子电路的电连接以及另一方面与壳体108的面202的电连接可以如图2和图3所示与腕部102横向间隔开,或者与腕部纵向间隔开。更一般地,导电板106和壳体的导电面202在第一连接区域中电连接,并且导电板106和壳体的导电面202在第二连接区域中电连接至电子电路。在优选实施方式中,第一连接区域和第二连接区域彼此远离,例如,以在分别沿着图1的轴x和轴z测量的尺寸中大于或等于所述壳体的导电面202的最小尺寸的距离分离(平面x-z平行于所述导电面202),其中第一连接区域和第二连接区域沿着图1的轴z被布置在所述壳的相对侧中的图2和图3的示例中的情况也是如此。

在地理定位项圈的情况下,通过提供适于颈部的带104的长度来修改表100的结构。不需要在表100的暴露面上的显示器等,并且壳体108内部的电子电路被修改以确保期望的功能。

图4示出了壳体108中的电子电路400的示例。电子电路400包括处理接收到的或要发送的消息的处理器402,发射器和/或接收器404,以及用于无线电模块与天线406的板106之间的阻抗匹配以使天线的阻抗与无线电模块的阻抗适应从而使无线电模块与天线之间的rf功率的传输最大化(反之亦然)的模块,壳体108的面202连接至电子电路400的地。阻抗匹配模块包括在天线与电子电路之间串联的第一电容部件cs,以及在天线与电子电路的地之间的第二电容部件cp。在图3的示例中,部件的电容为cs=2.2pf以及cp=6pf,使天线的阻抗为50ω以及谐振频率为0.9ghz的载波信号的频率。电路400还可以包括电路408,用于利用第二特定天线(未示出)经由gps卫星进行定位,从接收器404接收gps信号以及将定位数据传送到处理器402。发射器404将地理定位数据发送到接入网络。当采用回波损耗散射参数s11<-10db的标准时,利用该示例的尺寸和特征获得的带宽是12mhz。

图5示出了在图1的平面y-z中腕部的横向截面中的电场线500。箭头指示在无线电信号的周期期间的电场线,并且当然在信号的每个周期处反转。天线环的导电板106在充当天线地平面和反射器的带104的导电部分302中感应出电荷,并且电荷循环在导电板106和带的导电部分302中产生电流。图6示出了在图1的平面x-y中腕部的纵向截面中的磁场线600,并且磁场线由导电板106和带104的导电部分302中的电流产生并且保持该电流。

图7至图9示出了分别横向于腕部102、纵向于腕部并且从上方观察的天线结构在平面中的增益。天线结构的辐射图是全向的。在所呈现的配置中和在人的腕部存在下获得45%的总效率。相比之下,在不存在腕部的情况下获得接近100%的效率。

带104的导电部分302的长度对在如图5所示围绕腕部102覆盖约120°的大约70mm的长度与如图7所示围绕腕部102覆盖约240°的大约140mm的长度之间对天线效率具有有限的影响。带104的导电部分302的长度对频率调节没有显著影响。

带104的导电部分302相对于腕部的皮肤的电接触或电绝缘(导电的或绝缘的表带304)以及填充的或中空的壳体108对匹配模块cs、cp没有显著影响。

壳体108的高度从1mm增加到11mm增加了带宽并且能够使得匹配模块中损耗更少并且使天线的效率提高1db。壳体的导电面202与导电板106之间的距离从3mm增加到4mm增加了带宽并且使天线的效率提高0.5db。

图10示出了由间隔件306的厚度限定的环的导电板106与带的导电部分302之间的间隔在0.1mm、0.5mm和1.0mm之间的负面影响。匹配模块cs、cp在所有情况下可以是相同的,并且对天线效率的影响被充分限制以使得间隔件306的厚度的机械公差可接受。

盒可以可拆卸地安装在带104上,并且提供保持装置以便将所述盒保持在所述带104上。例如,保持装置包括磁体(在附图中未示出),该磁体可以被添加在环的导电板106的中间而不会对天线的性能产生显著影响。例如通过将所述磁体放置在导电板106的槽中来使该磁体与天线地绝缘并且还与天线绝缘。该磁体允许通过对形成所述天线地的导电部分302的磁吸引来相对于天线地保持壳体108的盒。在具体实施方式中,带104可以包括用于相对于带104定位所述盒的装置例如被适于所述盒或多个间隔件的尺寸的框架,以允许容易和精确地组装表带+表组件。

更一般地,应当注意,将上面考虑的实现方式和实施方式描述为非限制性示例,并且因此其他替选方案也是可能的。例如,电子电路的逻辑块之间的去耦是说明性的,并且在本发明的实现中功能的其他去耦是可能的,两个块能够被组合或分离。系统可以包括以与各自的发射器和/或接收器模块相关联的不同频率操作的多个天线。所描述的设备可以至少部分地由处理器或可用软件编程的其他单元制成。

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