一种天线结构及全金属手表的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线结构及全金属手表。

背景技术：

随着移动通讯技术的发展，各种电子产品对人们的娱乐及生活起到重要作用，并且多种电子产品逐渐更新为具有通讯功能的电子通讯产品，如智能手表，其中天线系统为电子通讯产品的核心部件之一。

辐射部是天线系统的重要部件。相关技术中的电子通讯产品将天线系统的辐射部设于塑料后盖表面，由于塑料后盖不会对天线系统的辐射进行屏蔽，这种实现方式较为容易。

但是随着消费者的需求变化，对电子通讯产品的需求不仅满足于其应用功能，对于其外观、质感等需求也在不断提升，因此，金属外壳的通讯产品越来越受欢迎。然而，电磁波不能穿透金属，将天线系统完全设置于金属外壳内，不能达到天线性能的检测标准。为了达到天线的辐射性能，现有技术采取在金属后盖上设置缝隙的方法来辐射信号，此种方式不仅破坏了金属外壳整体造型的完整性，而且由于手表直接佩戴在人体的手臂上，在后盖上设置缝隙可能会对人体造成损害。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种隔离度好，对人体组织影响较小且可保持金属外壳完整性的天线结构，进一步地提供一种全金属手表。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种天线结构，包括金属外壳，所述金属外壳包括顶板、侧壁和底板，所述顶板、侧壁和底板围设成一空腔，所述顶板上设有开口，顶板上围绕所述开口形成有一缝隙天线。

进一步地，所述金属外壳为正方体或长方体结构，所述顶板包括第一顶板、第二顶板和第三顶板，所述第一顶板、第二顶板和第三顶板依次连接形成U形结构。

进一步地，所述缝隙天线包括第一分支、第二分支和第三分支，所述第一分支设置在所述第一顶板上，所述第二分支设置在所述第二顶板上，所述第三分支设置在所述第三顶板上，第一分支、第二分支和第三分支依次连接。

进一步地，还包括天线馈电点，所述天线馈电点设置在所述第二分支上，且距离所述第二顶板的长度方向的中心线3-5mm。

进一步地，还包括匹配电路，所述匹配电路设置于所述天线馈电点与所述第二分支之间。

进一步地，还包括第一短路结构和第二短路结构，所述第一短路结构连接所述第一分支与所述第一顶板，所述第二短路结构连接所述第三分支与所述第三顶板。

进一步地，所述金属外壳为正方体或长方体结构，所述开口设置在所述顶板的中部。

进一步地，所述金属外壳为圆柱体，所述第一顶板、第二顶板和第三顶板依次连接形成圆弧形。本实用新型采用的另一个技术方案为：

一种全金属手表，包括显示器和上述的天线结构，所述显示器设置在所述金属外壳内并对应所述开口设置。

进一步地，还包括覆盖层，所述覆盖层覆盖在所述金属外壳的顶板和显示器上。

本实用新型的有益效果在于：

金属外壳的内部为一空腔，在顶板上设置缝隙天线，缝隙天线与空腔形成一背腔缝隙天线，背腔缝隙天线被激发可在所需的频带中产生谐振；缝隙天线设置在顶板上，不仅不会破坏底板的完整性，以保持金属外壳的整体完整性，而且背腔缝隙天线远离人体进行辐射，同时金属外壳的金属侧壁和底板有助于将天线与人体组织进行隔离，从而可降低天线辐射对人体组织的影响。

显示器设置在金属外壳内并对应开口设置，使得显示器的三个侧壁与金属外壳的三个侧壁之间分别具有距离，显示器设置在金属外壳内后，金属外壳于围绕开口处的区域内仍为空腔，空腔与围绕开口设置的缝隙天线形成背腔缝隙天线，以满足全金属手表的天线辐射性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的天线结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的天线结构的匹配电路的电路图；

图3为本实用新型实施例一的天线结构在2.4GHz频段中分别处于自由空间(FS)和手臂模型(ARM)上的S11和效率图；

图4为本实用新型实施例一的天线结构在5GHz频段中分别处于自由空间(FS)和手臂模型(ARM)上的S11和效率图；

图5为本实用新型实施例二的天线结构的结构示意图；

图6为本实用新型实施例三的天线结构的结构示意图；

图7为本实用新型实施例四的全金属手表的结构示意图。

标号说明：

1、金属外壳；11、顶板；111、开口；112、第一顶板；113、第二顶板；114、第三顶板；115、第四顶板；12、侧壁；2、缝隙天线；21、第一分支；22、第二分支；23、第三分支；3、天线馈电点；4、匹配电路；5、第一短路结构；6、第二短路结构；7、显示器；8、覆盖层。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实用新型最关键的构思在于：在金属外壳的顶板上设置缝隙天线，使缝隙天线与空腔形成背腔缝隙天线，不仅隔离度好，对人体组织影响较小，而且可保持金属外壳的完整性。

请参阅图1至图6，一种天线结构，包括金属外壳1，所述金属外壳1包括顶板11、侧壁12和底板，所述顶板11、侧壁12和底板围设成一空腔，所述顶板11上设有开口111，顶板11上围绕所述开口111形成有一缝隙天线2。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：金属外壳的内部为一空腔，在顶板上设置缝隙天线，缝隙天线与空腔形成一背腔缝隙天线，背腔缝隙天线被激发可在所需的频带中产生谐振；缝隙天线设置在顶板上，不仅不会破坏底板的完整性，以保持金属外壳的整体完整性，而且背腔缝隙天线远离人体进行辐射，同时金属外壳的金属侧壁和底板有助于将天线与人体组织进行隔离，从而可降低天线辐射对人体组织的影响。

进一步地，所述金属外壳1为正方体或长方体结构，所述顶板11包括第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114，所述第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成U形结构。

由上述描述可知，第一顶板、第二顶板和第三顶板形成U形结构，微型USB连接器和其他机械按钮设置在金属外壳的第四侧上，从而防止这些按钮等部件干扰天线性能。

进一步地，所述缝隙天线2包括第一分支21、第二分支22和第三分支23，所述第一分支21设置在所述第一顶板112上，所述第二分支22设置在所述第二顶板113上，所述第三分支23设置在所述第三顶板114上，第一分支21、第二分支22和第三分支23依次连接。

由上述描述可知，缝隙天线的长度可根据所需的谐振频率进行设置，缝隙天线的宽度根据所述频段的带宽进行设置，实际设计时，根据金属外壳的尺寸和所需的谐振频率及带宽，设置缝隙天线的长度和宽度。

进一步地，还包括天线馈电点3，所述天线馈电点3设置在所述第二分支22上，且距离所述第二顶板113的长度方向的中心线3-5mm。

由上述描述可知，馈电点的位置有助于在所需的频带中对天线的谐振进行调节，天线馈电点在上述位置时，可使天线在2.4GHz和5GHz的频段中谐振。

进一步地，还包括匹配电路4，所述匹配电路4设置于所述天线馈电点3与所述第二分支22之间。

由上述描述可知，设置匹配电路，提高了天线效率，可以更好地满足天线在2.4GHz和5GHz频段的效率要求。

进一步地，还包括第一短路结构5和第二短路结构6，所述第一短路结构5连接所述第一分支21与所述第一顶板112，所述第二短路结构6连接所述第三分支23与所述第三顶板114。

由上述描述可知，分别在2.4GHz和5GHz频段时，第一短路结构和第二短路结构可以改变各自所处位置的电流路径。

进一步地，所述金属外壳1为正方体或长方体结构，所述开口111设置在所述顶板11的中部。

由上述描述可知，开口设置在顶板的中部，缝隙天线围绕开口设置，此时微型USB连接器和其他机械按钮不应设置在金属外壳的第四侧上，而是在金属外壳的底部上，从而防止这些按钮等部件干扰天线性能。

进一步地，所述金属外壳1为圆柱体，所述第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成圆弧形。

由上述描述可知，金属外壳可根据需求设置为不同的形状，相应的顶板的形状应根据金属外壳的形状进行改变。

一种全金属手表，包括显示器7和上述的天线结构，所述显示器7设置在所述金属外壳1内并对应所述开口111设置。

由上述描述可知，显示器设置在金属外壳内并对应开口设置，使得显示器的三个侧壁与金属外壳的三个侧壁之间分别具有距离，显示器设置在金属外壳内后，金属外壳于围绕开口处的区域内仍为空腔，空腔与围绕开口设置的缝隙天线形成背腔缝隙天线，以满足全金属手表的天线辐射性能。

进一步地，还包括覆盖层8，所述覆盖层8覆盖在所述金属外壳1的顶板11和显示器7上。

由上述描述可知，覆盖层可为有机玻璃，有机玻璃的厚度为1mm左右。

请参照图1至图4，本实用新型的实施例一为：

一种天线结构，包括金属外壳1，金属外壳1包括顶板11、侧壁12和底板，顶板11、侧壁12和底板围设成一空腔，顶板11上设有开口111，顶板11上围绕开口111形成有一缝隙天线2。

金属外壳1可为正方体、长方体、圆柱体结构或其他任何形状。本实施例中，金属外壳1为长方体，其长度为42mm，宽度为37.5mm，高为6mm。顶板11包括第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114，第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成U形结构，U形开口朝向金属外壳1的第四侧面设置，将该天线结构应用在手表中时，可将微型USB连接器和其他机械按钮设置在金属外壳1的第四侧面上，以避免机械按钮干扰天线性能。第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114的宽度分别为6mm，第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114的宽度可减小，但可能在一定程度上降低天线的效率。

缝隙天线2包括第一分支21、第二分支22和第三分支23，第一分支21设置在第一顶板112上，第二分支22设置在第二顶板113上，第三分支23设置在第三顶板114上，第一分支21、第二分支22和第三分支23依次连接。

天线结构还包括天线馈电点3和匹配电路4，天线馈电点3设置在第二分支上22，且距离第二顶板113的长度方向的中心线3-5mm，优选地，距离第二顶板113的长度方向的中心线4mm。匹配电路4设置于天线馈电点3与第二分支22之间。匹配电路4包括两个串联的电容器C1和C2及一个电感器L，电容器C1的一端与天线馈电点3连接，电容器C1的另一端与电容器C2的一端连接，电容器C2的另一端与第二分支22连接，电感器L的一端连接于两个电容器C1和C2之间，另一端接地。其中，C1＝1pF，C2＝0.6pF，L1＝1.7nF；可选地，匹配电路4还可以为其他的结构，这取决于S11的测定值。

天线结构还包括第一短路结构5和第二短路结构6，第一短路结构5和第二短路结构6分别为一金属片，缝隙天线2是在顶板11上切割缝隙而形成，第一短路结构5连接第一分支21与第一顶板112，第二短路结构6连接第三分支23与第三顶板114。第一短路结构5的两端分别设置在第一顶板112上，第一短路结构5横跨一条缝隙，在第一顶板112上切割缝隙后，可通过第一短路结构5将第一顶板112上的剩余部分进行连接，以支撑第一顶板112上的剩余部分。第二短路结构6设置在第三顶板114上与第一短路结构5的设置结构相同。在第一顶板112上设置第一短路结构5，可改变第一顶板112上第一短路结构5所处位置的电流方向；同理，第三顶板114上设置第二短路结构6，改变第三顶板114上第二短路结构6所处位置的电流方向。

图3为天线结构在2.4GHz频段中分别处于自由空间(FS)和手臂模型(ARM)上的S11和效率图；图4为天线结构在5GHz频段中分别处于自由空间(FS)和手臂模型(ARM)上的S11和效率图。其中，横坐标为频率(GHz)，纵坐标为回波损耗(dB)。图3中，在横坐标为2.38时，第一条线代表天线结构在自由空间(FS)的S11值，第二条线代表天线结构在自由空间(FS)的效率，第三条线代表天线结构在手臂模型(ARM)上的效率；在横坐标为2.44时，第一条线代表天线结构在自由空间(FS)的效率，第二条线代表天线结构在手臂模型(ARM)上的效率，第三条线代表天线结构在自由空间(FS)的S11值，第四条线代表天线结构在手臂模型(ARM)上的S11值。图4中，在横坐标为5时，第一条线代表天线结构在自由空间(FS)的效率，第二条线代表天线结构在手臂模型(ARM)上的效率；第三条线代表天线结构在手臂模型(ARM)上的S11值，第四条线代表天线结构在自由空间(FS)的S11值。从图3和图4中可看出，在手臂模型的情况下，天线结构受到的影响较小，此外，在自由空间或手臂模型中，天线结构具有良好的效率。在2.4GHz频段，效率优于-5.5dB，在5GHz频段，效率优于-3.5dB。

请参照图5，本实用新型的实施例二为：

一种天线结构，参见实施例一，本实施例的天线结构与实施例一的区别在于：

金属外壳1为正方体或长方体结构，开口111设置在顶板11的中部。金属外壳1的顶板11包括第一顶板112、第二顶板113、第三顶板114和第四顶板115，第一顶板112、第二顶板113、第三顶板114和第四顶板115依次连接形成矩形。微型USB连接器和其他机械按钮设置在金属外壳1的底板上。

请参照图6，本实用新型的实施例三为：

一种天线结构，参见实施例一，本实施例的天线结构与实施例一的区别在于：

金属外壳1为圆柱体，金属外壳1的顶板包括第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114，第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成圆弧形。当第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成圆弧时，微型USB连接器和其他机械按钮设置在金属外壳1上且位于半圆的缺口处。当第一顶板112、第二顶板113和第三顶板114依次连接形成整圆时，微型USB连接器和其他机械按钮设置在金属外壳1的底板上。

请参照图7，本实用新型的实施例四为：

一种全金属手表，包括显示器7和实施例1至3所述的天线结构，显示器7设置在金属外壳1内并对应开口111设置。显示器7设置在金属外壳1内后，显示器7的三侧面与金属外壳1的三侧面分别具有距离，使金属外壳1内形成一U形空腔；或显示器7的四侧面与金属外壳1的四侧面分别具有距离，使金属外壳1内形成一矩形空腔；或显示器7放置在金属外壳1内后，在金属外壳1内形成一圆弧形空腔。具体结构可根据金属外壳1的形状进行设计。金属外壳1的顶板11和显示器7上还覆盖有一层覆盖层8，覆盖层8可为有机玻璃，有机玻璃的厚度为1mm。

综上所述，本实用新型提供的天线结构及全金属手表，不仅不会破坏金属外壳的整体完整性，而且背腔缝隙天线远离人体进行辐射，有助于将天线与人体组织进行隔离。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。