智能穿戴设备天线结构及智能穿戴设备的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种智能穿戴设备天线结构及智能穿戴设备。


背景技术：

2.随着时代的发展和技术的进步，智能穿戴设备，例如智能手表、手环等正逐步的走入人们的生活，智能穿戴设备是一种集智能应用和通信交互于一体的小型化智能设备，内部集成了无线通信模块、cpu、电源等模块。由于智能穿戴设备体积限制，使得智能穿戴设备的天线设计具有较大的难度和挑战，通常难以实现天线的多频段覆盖。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种智能穿戴设备天线结构及智能穿戴设备，旨在将天线结构设计在金属边框，实现智能穿戴设备多频段天线结构的内置以及智能穿戴设备的超薄化及小型化。
4.为实现上述目的，本发明提出一种智能穿戴设备天线结构，所述智能穿戴设备天线结构包括：
5.环形金属边框，所述环形金属边框上设置有至少一个缝隙，以将所述环形金属边框分隔成第一子边框和第二子边框；
6.介质基板，所述介质基板上设置有接地部分别与所述接地部连接的第一馈地点和第二馈地点，所述第一馈地点还与所述第一子边框电连接，所述第二馈地点还与所述第二子边框电连接；以及，
7.第一馈电点，所述第一馈电点的一端与所述第一子边框电连接，所述第一馈电点的另一端与所述接地部耦合设置。
8.可选地，所述接地部在所述环形金属边框的正投影位于所述环形金属边框的边缘内。
9.可选地，所述第一馈电点远离所述接地部的一端朝向所述第一子边框倾斜设置。
10.可选地，所述第一馈地点与所述接地部及所述第一子边框形成的夹角为钝角。
11.可选地，所述第一馈电点与所述第一子边框、所述第二子边框、所述第二馈地点及接地部形成在第一谐振频率范围内工作的第一天线单体。
12.可选地，所述第一馈电点与所述第一子边框、所述第一馈地点及所述接地部，以及，所述第一馈电点与所述第一子边框、所述第二子边框、所述第二馈地点及所述接地部形成在第二谐振频率范围内工作的第二天线单体。
13.可选地，所述第一馈电点与所述第一子边框、所述第一馈地点及所述接地部，以及，所述第一馈电点与所述第一子边框、所述第二子边框、所述第二馈地点及所述接地部形成在第三谐振频率范围内工作的第三天线单体。
14.可选地，所述缝隙宽度为0.5～1.5mm；
15.可选地，所述第一馈地点靠近所述缝隙设置。
16.可选地，所述环形金属边框呈圆形或者方形设置；和/或，
17.所述接地部呈圆形或者方形设置。
18.可选地，在所述环形金属边框呈方形设置时，其边长为50～55mm；
19.在所述接地部呈方形设置时，其边长为35～40mm。
20.本发明还提出一种智能穿戴设备，所述智能穿戴设备包括如上所述的智能穿戴设备天线结构；以及，
21.面盖及底壳，所述面盖及底壳分设于所述智能穿戴设备天线结构的环形金属边框的两侧，以围合形成安装腔；
22.电控组件，设于所述安装腔内，所述电控组件与所述智能穿戴设备天线结构电连接。
23.本发明通过设置介质基板，并在介质基板上设置接地部、分别与所述接地部连接的第一馈地点和第二馈地点，以及与接地部耦合连接的第一馈电点，本发明还通过设置环形金属边框上，并在环形金属边框上设置缝隙，形成两个子边框，从而在该缝隙的作用下，使两个子边框耦合连接，直接将金属表框作为天线辐射体。接地部与第一馈电点耦合连接，第一馈电点又与第一子边框电连接，通过第一馈电点可以形成接地部与金属边框的第一个耦合处。接地部在第一馈地点与第一子边框电连接，在第二馈地点与第二子边框电连接时，通过第一馈地点将第一子边框与接地部短接，并形成耦合连接的一端，通过第二馈地点将第二子边框与接地部短接，并形成耦合连接的另一端，进而形成接地部与金属边框的第二个耦合处。如此，根据实际应用需求，在智能穿戴设备工作时，通过两个耦合处可以形成对应的天线单体。本发明利用智能穿戴设备的边框，并在边框上开设缝隙，同时利用耦合技术实现多频段天线的超薄化以及小型化，将多频段天线设计在手表/手环边框，实现多频段天线的内置与小型化。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明智能穿戴设备天线结构一实施例的结构示意图；
26.图2为本发明智能穿戴设备天线结构一实施例的平面示意图；
27.图3为本发明智能穿戴设备天线结构一实施例的参数示意图；
28.图4为本发明智能穿戴设备天线结构一实施例的仿真示意图。
29.附图标号说明：
30.标号名称标号名称100环形金属边框210接地部110第一子边框220第一馈地点120第二子边框230第二馈地点100a缝隙240第一馈电点
200介质基板
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31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
35.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
36.本发明提出一种智能穿戴设备天线结构，应用于智能穿戴设备中，该智能穿戴设备可以为智能手表、智能手环等。
37.参照图1至图4，在本发明一实施例中，该智能穿戴设备天线结构包括：
38.环形金属边框100，环形金属边框100上设置有至少一个缝隙100a，以将环形金属边框100分隔成第一子边框110和第二子边框120；
39.介质基板200，介质基板200上设置有接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220和第二馈地点230，第一馈地点220还与第一子边框110电连接，第二馈地点230还与第二子边框120电连接；以及，
40.第一馈电点240，第一馈电点240的一端与第一子边框110电连接，第一馈电点240的另一端与接地部210耦合设置。
41.本实施例中，环形金属边框100可以是纯金属材料制得，也可以采用金属材料和非金属材料共同构成，环形金属边框100构成智能穿戴设备壳体的一部分，无需占用壳体顶部的空间，可以很好的满足超薄智能穿戴设备的壳体设计需求。环形金属边框100可以采用铜、铝等金属材料制得。环形金属边框100的外部轮廓可以呈圆形、方形或多边形。当然在其他实施例中，环形金属边框100的形状可以不限，仅需能适应智能穿戴设备的外形即可。
42.本实施例中，介质基板200可以是印刷电路板pcb(printed circuit board)来实现，以下简称pcb板，接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220、第二馈地点230，以及第二馈电点可以是贴片形式设置于介质基板200上，也可以是经光刻刻蚀的镀层，例如接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220、第二馈地点230，以及第二馈电点200
可以通过印制电路布线工艺的方式形成在介质基板200上。具体而言，可以通过覆铜和刻蚀的方式在介质基板200上形成第一接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220、第二馈地点230，以及第二馈电点的电路走线。或者，将成型的接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220、第二馈地点230，以及第二馈电点的电路走线贴设于介质基板200上，或者通过其他工艺压合至介质基板200上。接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220、第二馈地点230，以及第二馈电点可以采用金属铜箔来实现，也可以采用其他金属材质或者非金属导电材质的材料来制得。其中，介质基板200的厚度、尺寸及形状可以根据实际应用产品及应用环境等进行设置，以满足不同的应用需求。在一具体实施例中，介质基板200的形状可以为方形，例如为长方形或者正方形。介质基板200的形状也可以为圆形。缝隙100a可以采用切割的方式在环形金属边框100上形成。也可以采用冶金模具，在模具中注入金属材料制得。在一些实施例中，还可以在该缝隙100a中填充绝缘塑胶，以用于防止灰尘落入智能穿戴设备中内，同时还可以起到防水作用。
43.在环形金属边框100上设置缝隙100a，从而将环形金属边框100分隔成两个子边框，两个子边框之间可以通过该缝隙100a耦合连接，两个馈地点一端均与接地部210连接，另一端则分别与两个子边框一对一连接。具体的，第一馈地点220电连接于接地部210与第一子边框110之间，第二馈地点230电连接于接地部210与第二子边框120之间。在实际应用中，两个馈地点可以采用在覆铜的方式与接地部210一体形成，也即两个馈地点一端与接地部210一体设置，另一端自远离接地部210的方向延伸。在对智能穿戴设备进行装配时，环形金属边框100可以压合在介质基板200上，两个子边框分别通过焊接的方式与两个馈地点实现固定连接。或者，环形金属边框100上设置有连接凸点，该连接凸点可以与两个馈地点连接。第一馈电点240设置在介质基板200上，与接地部210之间间隔设置，从而与接地部210之间耦合连接。第一馈电点240与第一子边框110之间可以通过焊接的方式实现固定连接，或者，环形金属边框100上设置有连接凸点，该连接凸点可以与两个第一馈电点240连接。天线结构可以采用同轴线馈电的方式进行馈电，同轴线的内芯为馈电输出端，可以与第一馈电点240电连接，同轴线的外线馈电输入端，可以与接地部210电连接。
44.本发明通过设置介质基板200，并在介质基板200上设置接地部210、分别与接地部210连接的第一馈地点220和第二馈地点230，以及与接地部210耦合连接的第一馈电点240，本发明还通过设置环形金属边框100上，并在环形金属边框100上设置缝隙100a，形成两个子边框，从而在该缝隙100a的作用下，使两个子边框耦合连接，直接将金属表框作为天线辐射体。接地部210与第一馈电点240耦合连接，第一馈电点240又与第一子边框110电连接，通过第一馈电点240可以形成接地部210与环形金属边框100的第一个耦合处。接地部210在第一馈地点220与第一子边框110电连接，在第二馈地点230与第二子边框120电连接时，通过第一馈地点220将第一子边框110与接地部210短接，并形成耦合连接的一端，通过第二馈地点230将第二子边框120与接地部210短接，并形成耦合连接的另一端，进而形成接地部210与环形金属边框100的第二个耦合处。如此，根据实际应用需求，在智能穿戴设备工作时，通过两个耦合处可以形成对应的天线单体。本发明利用智能穿戴设备的边框，并在边框上开设缝隙100a，同时利用耦合技术实现天线的超薄化以及小型化，将多频段天线设计在手表/手环边框，实现多频段天线的内置与小型化。
45.参照图1至图3，在一实施例中，接地部210在环形金属边框100的正投影位于环形
金属边框100的边缘内。
46.本实施例中，接地部210的面积小于环形金属边框100，环形金属边框100呈圆形或者方形设置；和/或，接地部210呈圆形或者方形设置。并且，在环形金属边框100呈方形设置时，其边长为50～55mm，可选为53mm。在接地部210呈方形设置时，其边长l1为35～40mm，可选为38mm。如表1所示，表1为天线结构在一实施例中的具体参数，天线边框材质为1.5mm厚度的铜片，介质基板200的厚度可选为0.8mm，一表面有天线结构的接地部210分铺铜，另一表面可以设置为智能穿戴设备的其他电路功能模块的电控板布局。天线外边框是边长l1为53mm的正方形，内边框为边长l2为50mm的正方形，边框宽1.5mm，边框高为3.2mm。另外，第二接地点与第二子边框120与接地部210之间形成的直线段ad宽度w1为2，第一馈地点220在连接接地部210与第一子边框110形成的直线段(b)(e)宽度w2为3，第一馈电点240与第一子边框110连接，并与接地部210耦合连接形成的直线段宽度w3为2。
47.表1
48.l153mml250mml338mmw12mmw23mmw32mm缝隙宽度1mmθ10
°
θ275
°
θ390
°
49.参照图1至图3，在一实施例中，缝隙100a宽度为0.5～1.5mm；
50.第一馈地点220靠近缝隙100a设置。
51.本实施例中，在环形金属边框100上开设长条状的缝隙100a，跨接在缝隙100a上的馈电作为天线的激发源，如表1所示，缝隙100a宽可选为1mm，其宽度可以根据各个天线单体的谐振频段进行设置，并且缝隙100a宽度与谐振频段具有呈反比例的关系天线的谐振频段越高，所需要的缝隙100a宽度越窄。本发明通过在环形金属边框100上开设缝隙100a，利用缝隙100a天线的多阶谐振频率实现多频段的复用，可以在较小的设备空间实现多频天线结构。第一馈地点220和第二馈地点230的具体位置可以根据第一馈电点240之间的相对距离进行调整，在一实施例中，第一馈地点220可以设置于缝隙100a的一个边沿。
52.参照图1至图3，在一实施例中，所述第一馈电点220远离所述接地部210的一端朝向所述第一子边框110倾斜设置。
53.进一步地，第一馈地点220与第一子边框110形成的夹角为钝角。
54.本实施例中，假设第一馈地点220与接地部210连接的一端为e点，第一馈地点220与第一子边框110连接的一端为b点，第一馈电点24为c点，第一馈地点220在连接接地部210与第一子边框110形成的直线段be，分别与第一子边框110及接地部210的边长呈角度设置，并且直线段be朝向第一子边框110倾斜，保证第一馈地点220与第一子边框110形成的夹角∠cbe为钝角。如此，可以避免在金属环形边框与接地部210上有电流流过时，电流从直线段
be回流至第一馈电点240，从而减小由于锐角或直角存在会带来电磁波的损耗。如表1所示，在一具体实施例中，第一馈电点240与接地部210之间形成的夹角θ1可选为0
°
。第一馈地点220与接地部210形成的夹角θ2可选为75
°
。第二馈地点230与接地部210及接地部210形成的夹角θ3可选为90
°
。
55.参照图1至图3，在一实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210形成在第一谐振频率范围内工作的第一天线单体。
56.本实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210构成一个环天线。第一天线单体可以谐振gps天线频段，并且第一谐振频率范围可以设置为适用于gps频段，例如可以设置在1.575ghz频率附近，根据天线电流走向分析，该频段天线电流走向为第一馈电点240(c)
‑
第一子边框110(b)
‑
第二子边框120(a)
‑
第二馈地点230(d)
‑
第一馈电点240(c)，形成环天线，此段包含第一子边框110(b)
‑
第二子边框120(a)之间的一个电流零点，以及，接地部210与第一馈电点240(c)之间形成的另一个电流零点，工作于一个波长模式。
57.在一实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第一馈地点220及接地部210；以及，第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210形成在第二谐振频率范围内工作的第二天线单体。
58.本实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第一馈地点220及接地部210，以及第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210构成一个环天线。第二天线单体可以谐振蓝牙天线频段，并且第二谐振频率范围可以设置为适用于蓝牙频段，例如可以设置在2.4
‑
2.484ghz，根据天线电流走向分析，频段的覆盖由环天线以及缝隙100a部分共同作用，该频段天线电流具有两个电流走向，其中一个为第一馈电点240(c)
‑
第一子边框110(b)
‑
第二子边框120(a)
‑
第二馈地点230(d)
‑
第一馈电点240(c)，另一个为第一馈电点240(c)
‑
第一子边框110(b)
‑
第一馈地点220(e)
‑
第一馈电点240(c)，形成一环天线。此段包含在一个第一子边框110(b)
‑
第二子边框120(a)之间的一个电流零点，以及，接地部210与第一馈电点240(c)之间形成的两个电流零点，工作于二分之三个波长模式。
59.参照图1至图3，在一实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第一馈地点220及接地部210；以及，第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210形成在第三谐振频率范围内工作的第三天线单体。
60.本实施例中，第一馈电点240与第一子边框110、第一馈地点220及接地部210，以及第一馈电点240与第一子边框110、第二子边框120、第二馈地点230及接地部210构成一个环天线。第三天线单体可以谐振蓝牙天线频段，并且第二谐振频率范围可以设置为适用于wifi双频频段，wifi双频频段可以覆盖5.18
‑
5.85ghz频段。其中，其中一个wifi天线频段中的5.25gh处谐振点的环天线由第一馈电点240(c)
‑
第一子边框110(b)
‑
第二子边框120(a)
‑
第二馈地点230(d)
‑
第一馈电点240(c)构成一个电流回路，工作在三个波长工作模式，另一个wifi天线频段中的5.5ghz处谐振点的环天线由第一馈电点240(c)
‑
第一子边框110(b)
‑
第一馈地点220(e)
‑
第一馈电点240(c)构成另一个电流回路，工作在一个波长工作模式。如此，wifi双频频段的两个谐振点可以共同覆盖5.18
‑
5.85ghz频段。
61.上述实施例中，将天线设计在手表/手环边框，实现天线的内置与小型化根据谐振
频段的不同，第一天线单体、第二天线单体和第三天线单体的馈电枝节长度不同，可以使各个天线单体工作于不同的工作模式，复用第一子边框110、第二子边框120、第一馈电点240、第一馈地点220及第二馈地点230可以形成不同的天线单体，具体可以用于频段1.575ghz，2.4
‑
2.484ghz，5.18
‑
5.85ghz的三频天线，可以用作智能手表，智能手环等产品的内置天线，从而在智能穿戴设备上实现多频段天线功能，无需再另行设置天线结构，可以使智能穿戴设备的结构更加紧凑，有利于智能穿戴设备向轻薄化防向发展。如图4所示，图4为天线结构仿真图，本发明线覆盖所需gps蓝牙，bt(蓝牙)频段，wifi频段，中天线在效率在gps频段达到80％，bt(蓝牙)频段达到66％，wifi频段达到62％以上。天线增益在gps频段达到2.15dbi，蓝牙频段达到2.73dbi，wifi频段2.95dbi。一种用于移动终端中的三频段天线，实智能穿戴设备天线的小型化，天线具有良好的带宽，辐射效率，可以使用智能手表，智能手环等智能穿戴设备中。
62.参照图1至图3，在一实施例中，介质基板200背离接地部210的另一表面上还设置有：
63.馈电网络(图未示出)，馈电网络形成于介质基板200背离接地部210的一侧上，并分别与第一馈电点240和接地部210电连接。
64.本实施例中，馈电网络与馈源电连接，可以采用微带线，cpw(共面波导)线路等来实现，馈电网络设置于介质基板200上，与接地部210分设于介质基板200的两侧表面，馈电网络可以通过馈电线与馈电点电连接。通过调节馈电网络，可实现智能穿戴设备天线结构在所需频段均获得较好的天线性能，满足多频段多功能通信的功能。
65.本发明还提出一种智能穿戴设备。该智能穿戴设备包括如上的智能穿戴设备天线结构；以及，
66.该智能穿戴设备天线结构的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明智能穿戴设备中使用了上述智能穿戴设备天线结构，因此，本发明智能穿戴设备的实施例包括上述智能穿戴设备天线结构全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
67.智能穿戴设备还包括面盖及底壳，面盖及底壳分设于智能穿戴设备天线结构的环形金属边框100的两侧，以围合形成安装腔；
68.电控组件，设于安装腔内，电控组件与智能穿戴设备天线结构电连接。
69.在本实施中，面盖及底壳的材质可以为塑胶、钢化玻璃、金属等等硬质材质制得，此处不做限定。电控组件包括显示模块、电控板、电池等。面盖可以为触摸屏，当显示模块为显示屏时，面盖与显示模块可通过屏幕贴合组装工艺进行集成。环形金属边框100可以为中空结构，面盖盖合于环形金属边框100的一侧，底壳盖合于环形金属边框100的另一端，以使面盖、环形金属边框100以及底壳依次叠设，并围合形成安装腔。面盖与环形金属边框100以及底壳与环形金属边框100可通过防水胶相粘接，实现面盖与环形金属边框100以及底壳与环形金属边框100之间的防水，以使外界的水分不会进入安装腔内，保证安装腔内的电控组件等能够正常和稳定工作。电控组件可实现通话、收发信息、摄像、视频通话、扫描二维码、移动支付、查看环境信息以及查看身体信息等功能。因此，在本实施例中，该电控组件包括显示模块以及未图示的摄像头、电池、扬声器、麦克风、卡座组件、无线通信模块及实现各种功能的传感器，其中传感器可以是重力传感器、加速传感器、距离传感器、心率传感器、气压
传感器，紫外线检测器等。其中，电控组件中的无线通信模块可以是wifi、5g通信模块、gps、蓝牙通信模块等，无线通信模块与天线结构电连接，从而通过天线结构接收和回传数据。电控组件可包括用于身份识别的元件，例如指纹识别传感器、面部识别传感器等。天线结构根据无线通信模块的不同，设置的类型和数量也不同，例如在智能穿戴设备内设置有wifi模块时，天线结构则包括能够实现wifi通信的wifi天线，在设置有蓝牙通信模块时，天线结构则包括能够实现蓝牙通信的蓝牙天线等。
70.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。