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介质边框，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.环形介质边框；
6.天线单元，设置于所述环形介质边框上；
7.介质基板，所述介质基板上设置有接地部、馈地点及馈电点，所述馈电点与所述天线单元的馈电端口连接，所述馈地点连接所述天线单元的馈地端口及所述接地部。
8.可选地，所述环形介质边框设置有所述天线单元的侧边与所述接地部间隔设置。
9.可选地，所述馈电点与所述天线单元的馈电端口之间还串联设置有一耦合电容。
10.可选地，所述天线单元为ifa天线。
11.可选地，所述ifa天线包括：
12.天线连接部，所述天线连接部设置有所述馈电端口和所述馈地端口；
13.长枝节，所述长枝节的一端与所述天线连接部连接，所述长枝节的另一端向远离所述天线连接部的方向延伸；
14.短枝节，所述短枝节的一端与所述天线连接部连接，所述短枝节的另一端向远离所述天线连接部的方向延伸。
15.可选地，所述长枝节与所述馈电点及所述接地部形成在第一谐振频率范围内工作的第一天线单体。
16.可选地，所述长枝节还与所述馈电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。
17.可选地，所述短枝节与所述馈电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。
18.可选地，
19.所述环形介质边框呈圆形或者方形设置；和/或，
20.所述接地部呈圆形或者方形设置。
21.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，
22.电控组件，设于所述智能穿戴设备的安装腔内，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、与接地部连接的馈地点，以及馈电点，本发明还通过设置环形介质边框，并在环形介质边框上设置天线单元，天线单元的馈电端口通过设馈电点接入外部激励，天线单元的馈地端口通过馈地点与接地部实现电连接，从而在智能穿戴设备工作时，实现智能穿戴设备天线结构的天线功能，也即实现无线信号的收发。本发明将天线单元设置在智能穿戴设备的环形介质边框上，将环形介质边框作为天线单元的载体，无需占用智能穿戴设备中电控板或者接地板的面积，智能穿戴设备中需要额外的空间来容纳该天线单体。如此，能够更好的为穿戴设备的电控板预留更多的空间进行电路模块及其他器件布局，这有利于增加在智能穿戴设备的外壳内用于放置其他部件的可用区域。本发明利用智能穿戴设备的边框，并作为天线单元的载体，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/手环边框上，实现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为图1中天线单元设置于环形介质边框一实施例的结构示意图；
27.图3为图1中介质基板一实施例的结构示意图；
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环形介质边框300介质基板200天线单元310接地部210天线连接部320馈地点220长枝节330馈电点230短枝节400耦合电容
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.环形介质边框100；
39.天线单元200，设置于所述环形介质边框100上；
40.介质基板300，所述介质基板300上设置有接地部310、馈地点320及馈电点330，所述馈电点330与所述天线单元200的馈电端口连接，所述馈地点320连接所述天线单元200的馈地端口及所述接地部310。
41.本实施例中，环形介质边框100可以是非金属材料制得，也可以采用非金属材料和部分金属制得共同，环形介质边框100是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。在一具体实施例中，环形介质边框100可以采用rf4介质板来实现。环形介质边框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，环形介质边框100的形状可以不限，仅需能适应智能穿戴设备的外形即可。天线单元200可以采用微带线等来实现，天线单元200具体可以通过印制电路布线工艺的方式形成在环形介质边框100上，具体而言，可以通过覆铜和刻蚀的方式在环形介质边框100上形成天线单元200的微带线。或者，采用成型的天线单元200的微带线贴设于所述环形介质边框100上，或者通过其他工艺压合至环形介质边框100上。
42.本实施例中，介质基板300可以是印刷电路板pcb(printed circuit board)来实现，以下简称pcb板，接地部310与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330可以是贴片形式设置于介质基板300上，也可以是经光刻刻蚀的镀层，例如接地部310与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330200可以通过印制电路布线工艺的方式形成在介质基板300上。具体而言，可以通过覆铜和刻蚀的方式在介质基板300上形成接地部310与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330的电路走线。或者，将成型的接地部310与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330的电路走线贴设于介质基板300上，或者通过其他工艺压合至介质基板300上。接地部310与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330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300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300的形状可以为方形，例如为长方形或者正方形，介质基板300的形状也可以为圆形。
43.环形介质边框100作为天线单元200的载体，在环形介质边框100上设置天线单元200，并形成平面天线，天线单元200的馈地端口可以设置在介质基板300上，通过介质基板300上的微带线，也即馈地点320与接地部310连接，天线单元200的馈电端口也可以设置在介质基板300上，并通过介质基板300上形成的微带线与馈源连接，以接入外部激励。具体的，馈地点320电连接于接地部310与天线单元200的馈地端口之间，馈电点330电连接于天线单元200的馈电端口与馈源之间。在实际应用中，馈地点320可以采用在覆铜的方式与接地部310一体形成，也即馈地点320一端与接地部310一体设置，另一端自远离接地部310的方向延伸至环形介质边框100设置有天线单元200的馈地端口的一侧。在对智能穿戴设备进行装配时，环形介质边框100可以压合在介质基板300上，天线的馈电端口通过焊接的方式与馈电点330实现固定电连接，天线的馈地端口通过焊接的方式与馈地点320实现固定连接。或者，环形介质边框100上设置有连接凸点，该连接凸点可以实现天线单元200与馈地点320和馈电点330之间的电连接。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330电连接，同轴线的外线馈电输入端，可以与接地部310电连接。在馈电点330接入有外部激励，也即馈源时，馈电点330自馈源接入馈电电流后，通过天线单元200的馈电端口将能量传输至天线单元200，实现对天线单元200的激励，并将馈源信号的能量辐射出去。
44.本发明通过设置介质基板300，并在介质基板300上设置接地部310、与接地部310连接的馈地点320，以及馈电点330，本发明还通过设置环形介质边框100，并在环形介质边框100上设置天线单元200，天线单元200的馈电端口通过设馈电点330接入外部激励，天线单元200的馈地端口通过馈地点320与接地部310实现电连接，从而在智能穿戴设备工作时，实现智能穿戴设备天线结构的天线功能，也即实现无线信号的收发。本发明将天线单元200设置在智能穿戴设备的环形介质边框100上，将环形介质边框100作为天线单元200的载体，无需占用智能穿戴设备中电控板或者接地板的面积，智能穿戴设备中需要额外的空间来容纳该天线单体。如此，能够更好的为穿戴设备的电控板预留更多的空间进行电路模块及其他器件布局，这有利于增加在智能穿戴设备的外壳内用于放置其他部件的可用区域。本发明利用智能穿戴设备的边框，并作为天线单元200的载体，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/手环边框上，实现天线的内置与小型化。
45.参照图1至图4，在一实施例中，所述环形介质边框100设置有所述天线单元200的侧边与所述接地部310间隔设置。
46.本实施例中，在天线单元200的馈地端口通过馈地点320与接地部310连接以外，天线单元200与接地部310之间绝缘设置，也即不存在其他电连接点。因此，在环形介质边框100在设置有天线单元200的一侧，与接地部310之间形成有间隙，该间隙可以作为天线结构的净空区域300a。天线结构的净空区域300a可以形成于介质基板300，也可以形成于环形介质边框100，在形成于介质基板300时，介质基板300在环形介质边框100设置有天线单元200的一侧边，做绝缘处理，例如不进行铺铜，或者铺设绝缘漆等。天线结构的净空区域300a在
形成于环形介质边框100时，天线单元200设置在环形介质边框100一侧边远离介质基板300的一端，使得环形介质边框100连接介质基板300的部分形成净空区域300a。天线单元200的接地端口、接地点与接地部310之间相互连接时，天线单元200在接地部310之间的区间具有立体的u状的形式。可以理解的是，接地部310设置于介质基板300上，天线单元200设置于环形介质框体上，接地部310与天线单体相互垂直，从而降低天线单体与接地部310距离。本实施例以在介质基板300上设置净空区域300a为例，天线的净空区域300a在介质基板300的面积仅为(0.5*32+8*2)mm，净空区域300a越小，接地部310的接地面积越大，能够更好的为穿戴设备的电路板预留更多的空间进行器件布局，有利于实现天线的超薄化以及小型化。
47.参照图1至图4，在一实施例中，所述馈电点330与所述天线单元200的馈电端口之间还串联设置有一耦合电容400。
48.本实施例中，在馈电点330与天线单元200之间形成耦合电容400，通过调整耦合电容400的电容值大小，即可实现阻抗及带宽的辅助调节，本发明不需要在天线单体和馈电点330之间附加任何电路的情况下，调整耦合电容400的电容值，具体可以为微带线的长度和宽度等，产生对应的阻抗，保证其天线结构的输入阻抗具有与负载阻抗相匹配的值，使其成为阻抗匹配电路。利用这个特性，可将具有在放置在手表等小空间的结构中，适应于智能穿戴设备的低轮廓结构要求，构成紧凑的倒f天线。在一具体实施例中，调节耦合电容400的大小为2pf，即可调节天线的阻抗匹配，使天线阻抗更接近50欧姆，从而优化天线带宽以及传输效率。
49.在一实施例中，所述天线单元200为ifa天线；其中，所述ifa天线包括：
50.天线连接部210，所述天线连接部210设置有馈电端口和馈地端口；
51.长枝节220，所述长枝节220的一端与所述天线连接部210连接，所述长枝节220的另一端向远离所述天线连接部210的方向延伸；
52.短枝节230，所述短枝节230的一端与所述天线连接部210连接，所述短枝节230的另一端向远离所述天线连接部210的方向延伸。
53.本实施例中，ifa天线，也即倒f天线可以在作为电介质衬底的环形介质边框100上延伸的长枝节220和短枝节230，长枝节220和短枝节230的延伸方向与边框的边长方向一致，长枝节220和短枝节230的一端分别天线连接部210连接，长枝节220和短枝节230的另一端向平行的方向上延伸，使得长枝节220和短枝节230之间相互间隔。另外，天线连接部210、长枝节220和短枝节230可以设置于环形介质边框100的内侧，也可以部分设置环形介质边框100背离接地部310的端面上。天线单元200采用ifa天线来实现，将ifa天线设置在环形介质边框100上，同时利用ifa天线尺寸小的特性，可以进一步地缩小天线的体积，实现现有基础上天线的小型化，例如环形介质边框100的高度为5mm时，天线单体高度则小于或者等于5mm，可以满足在天线良好的带宽及辐射效率的要求，可以应用于手表，手环等智能穿戴设备中。
54.本实施例中，介质基板300可以在需要形成净空区域300a的面积之外，均做覆铜处理，以形成较大面积的接地部310，环形介质边框100呈圆形或者方形设置；和/或，接地部310呈圆形或者方形设置。并且，在环形介质边框100呈方形设置时，其边长为35～40mm，可选为40mm。在接地部310呈方形设置时，其面积可以为(40*40-0.5*32-8*2)mm2。本发明天线结构在一实施例中的具体参数可以为：天线边框材质为0.8mm厚度的rf4介质板，介质基板
300的厚度可选为0.8mm，一表面有天线结构的接地部310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。环形介质边框100外边框是边长为45mm的正方形，内边框为边长为40mm的正方形，边框高5mm。
55.参照图1至图4，在一实施例中，所述长枝节220与所述馈电点330及所述接地部310形成在第一谐振频率范围内工作的第一天线单体。
56.以及，所述长枝节220还与所述馈电点330及所述接地部310形成在第二谐振频率范围内工作的第二天线单体。
57.本实施例中，第一谐振频率范围可以为2.4ghz频段，第二谐振频率范围可以为wifi频段(2400-2480mhz)，第一谐振频率范围覆盖的第一天线单体，以及第二谐振频率范围覆盖的第二天线单体，均由ifa天线的长枝节220作用形成，根据公式c＝λ*f，2400-2480mhz，例如2440mhz对应的四分之一波长约为31mm，且ifa天线的长枝节220长度正好作用于该频率的四分之一波长工作模式。
58.参照图1至图4，在一实施例中，所述短枝节230与所述馈电点330及所述接地部310形成在第三谐振频率范围内工作的第三天线单体。
59.本实施例中，第三天线单体可以谐振gps天线频段，并且第三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，第三谐振频率范围覆盖的第三天线单体由ifa天线的短枝节230作用形成，根据公式c＝λ*f，1575.42mhz对应的四分之一波长约为48mm，且ifa天线的短枝节230长度正好作用于该频率的四分之一波长工作模式。
60.上述实施例中，将天线设计在手表/手环边框上，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，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，利用ifa天线的长枝节220和短枝节230可以形成不同的天线单体，具体可以用于频段1.575ghz(gps)，2.4-2.484ghz(wifi)，2.4g(蓝牙)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，天线仿真辐射效率在gps频段达到62％，wifi频段达到75％以上。本发明提出了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。
61.参照图1至图4，在一实施例中，介质基板300背离接地部310的另一表面上还设置有：
62.馈电网络(图未示出)，馈电网络形成于介质基板300背离接地部310的一侧上，并分别与第一馈电点330240和接地部310电连接。
63.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300上，与接地部310分设于介质基板300的两侧表面，馈电网络可以通过馈电线与馈电点330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。
64.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，
65.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。
66.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介质边框100的两侧，以围合形成安装腔；
67.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。
68.在本实施中，面盖及底壳的材质可以为塑胶、钢化玻璃、介质边框等等硬质材质制得，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。环形介质边框100可以为中空结构，面盖盖合于环形介质边框100的一侧，底壳盖合于环形介质边框100的另一端，以使面盖、环形介质边框100以及底壳依次叠设，并围合形成安装腔。面盖与环形介质边框100以及底壳与环形介质边框100可通过防水胶相粘接，实现面盖与环形介质边框100以及底壳与环形介质边框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。
69.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。