电子设备 |
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| 申请号 | CN202280000581.1 | 申请日 | 2022-03-28 | 公开(公告)号 | CN114846696A | 公开(公告)日 | 2022-08-02 |
| 申请人 | 安徽华米信息科技有限公司; | 发明人 | 赵安平; | ||||
| 摘要 | 本公开涉及智能设备技术领域，具体涉及一种 电子 设备，包括：与 主板 电性连接形成圆极化天线的环形 辐射 体；双频回地单元，包括第一回地单元和第二回地单元，所述第一回地单元与所述辐射体形成工作频段在第一通信频段的圆极化天线，所述第二回地单元与所述辐射体形成工作频段在第二通信频段的圆极化天线；以及滤波单元，设于所述第一回地单元和/或所述第二回地单元与所述辐射体连接的 电路 上，所述滤波单元用于过滤除自身所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段 信号 。本公开实施方式利用一个辐射体实现双频圆极化天线，简化天线结构，利于小型化设备使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子设备，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 电子设备技术领域[0001] 本公开涉及智能设备技术领域，具体涉及一种电子设备。 背景技术[0002] 随着电子设备的发展，卫星定位功能已经成为其主要功能之一，为了实现卫星定位的目的，卫星定位天线是必不可少的。 [0003] 为了增强卫星信号到地面的传输效率(例如增强穿透能力和覆盖面积等)，卫星向地面的发射天线采用圆极化的形式，同样，为了增强定位天线的接收能力，设备的接收天线也应当采用与发射天线相同的圆极化天线。这是因为虽然线极化天线也可以用来接收卫星发射的圆极化波，但是和圆极化天线相比，其天线性能有3dB左右的降低。此外，为了进一步增强设备的定位精度，双频GPS也被采用。以GPS卫星定位系统为例，GPS开放的民用频段包括L1频段(1.575GHz)和L5频段(1.176GHz)。L1频段为主要的GPS定位工作频段，L5作为辅助的定位频段。因此，单频GPS天线通常要支持L1频段，双频GPS天线可以同时支持L1和L5频段。使用双频GPS天线能够提升定位精度的主要原因是因为L5频段可以更有效地消除电离层对定位产生的误差。 [0004] 由此可知，双频GPS圆极化天线显然可以实现最高精度的卫星定位，但是相关技术中，电子设备往往受限于体积和工业设计，难以实现双频圆极化天线的设计，特别是在只使用一个环形辐射体的情况下。发明内容 [0005] 为了实现电子设备的双频圆极化天线系统的设计，本公开实施方式提供了一种电子设备，包括： [0006] 与主板电性连接形成圆极化天线的环形辐射体； [0007] 双频回地单元，包括第一回地单元和第二回地单元，所述第一回地单元与所述辐射体形成工作频段在第一通信频段的圆极化天线，所述第二回地单元与所述辐射体形成工作频段在第二通信频段的圆极化天线；以及 [0008] 滤波单元，设于所述第一回地单元和/或所述第二回地单元与所述辐射体连接的电路上，所述滤波单元用于过滤除自身所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段信号。 [0009] 在一些实施方式中，本公开所述的电子设备，还包括馈电单元，所述馈电单元包括一个馈电端子，所述馈电端子的一端连接所述辐射体，另一端电性连接所述主板的射频单元； [0010] 其中，所述馈电端子、所述辐射体以及所述第一回地单元形成工作频段在所述第一通信频段的圆极化天线；所述馈电端子、所述辐射体以及所述第二回地单元形成工作频段在所述第二通信频段的圆极化天线。 [0011] 在一些实施方式中，本公开所述的电子设备，还包括馈电单元，所述馈电单元包括第一馈电端子和第二馈电端子； [0012] 所述第一馈电端子的一端连接所述辐射体，另一端电性连接所述主板的射频单元；所述第一馈电端子、所述辐射体以及所述第一回地单元形成工作频段在所述第一通信频段的圆极化天线； [0013] 所述第二馈电端子的一端连接所述辐射体，另一端电性连接所述主板的射频单元；所述第二馈电端子、所述辐射体以及所述第二回地单元形成工作频段在所述第二通信频段的圆极化天线； [0014] 其中，在所述第一馈电端子和所述第二馈电端子与所述辐射体连接的电路上均设有所述滤波单元，所述滤波单元用于过滤所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段信号。 [0016] 在一些实施方式中，所述第一回地单元包括至少一个第一接地端子，所述第一接地端子包括电感，所述第一接地端子的一端连接于所述辐射体，另一端通过所述电感与所述主板电性连接； [0017] 所述第二回地单元包括至少一个第二接地端子，所述第二接地端子包括电容，所述第二接地端子的一端连接于所述辐射体，另一端通过所述电容与所述主板电性连接。 [0018] 在一些实施方式中，所述第一通信频段包括GPS L1的谐振频段，所述第二通信频段包括GPS L5的谐振频段。 [0019] 在一些实施方式中，所述滤波单元包括以下至少之一： [0021] 在一些实施方式中，所述电子设备为腕戴式设备。 [0022] 在一些实施方式中，所述腕带式设备包括： [0023] 环形的金属中框，形成所述辐射体； [0024] 底壳，连接于所述金属中框一侧端面；以及 [0025] 屏幕组件，连接于所述金属中框另一侧端面。 [0026] 在一些实施方式中，所述腕戴式设备包括： [0027] 壳体，包括非金属中框以及设于所述中框一侧端面的底壳； [0028] 环形的金属面框，设于所述中框另一侧端面，所述金属面框形成所述辐射体。 [0029] 本公开实施方式的电子设备，包括辐射体、双频回地单元以及滤波单元，辐射体与主板电性连接形成圆极化天线，双频回地单元包括第一回地单元和第二回地单元，第一回地单元与辐射体形成第一通信频段的圆极化天线，第二回地单元与辐射体形成第二通信频段的圆极化天线，滤波单元设于第一回地单元和/或第二回地单元与辐射体连接的电路上，滤波单元用于过滤除自身所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段信号。本公开实施方式中，可以实现电子设备的双频圆极化天线，提高天线性能，并且，仅利用一个辐射体即可实现双频圆极化天线，简化天线结构，尤其利于腕戴设备等小型化穿戴设备使用，降低天线设计难度。附图说明 [0030] 为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，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获得其它的附图。 [0031] 图1是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构示意图。 [0032] 图2是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0033] 图3是根据本公开一些实施方式中滤波单元的电路示意图。 [0034] 图4是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0035] 图5是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0036] 图6是根据本公开一些实施方式的天线系统中单独设计GPS L1频段和GPS L5频段的轴比变化曲线图。 [0037] 图7是根据本公开一些实施方式中天线系统的轴比变化曲线图。 [0038] 图8是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构示意图。 [0039] 图9是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0040] 图10是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0041] 图11是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0042] 图12是根据本公开一些实施方式中天线系统的S参数变化曲线图。 [0043] 图13是根据本公开一些实施方式中天线系统的轴比变化曲线图。 [0044] 图14是根据本公开一些实施方式中天线系统总效率变化曲线图。 [0045] 图15是根据本公开一些实施方式中电子设备的结构示意图。 [0046] 图16是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0047] 图17是根据本公开一些实施方式中天线系统的S参数变化曲线图。 [0048] 图18是根据本公开一些实施方式中天线系统的轴比变化曲线图。 [0049] 图19是根据本公开一些实施方式中天线系统总效率变化曲线图。 [0050] 图20是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 [0051] 图21是根据本公开一些实施方式中电子设备的天线系统的电路示意图。 具体实施方式[0052] 下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。 [0053] 卫星定位和运动轨迹记录已经成为智能电子设备必备功能之一，为了达到定位和记录轨迹的目的，卫星定位天线是电子设备必不可少的结构。以GPS卫星定位系统为例，GPS卫星定位系统的民用频段主要包括L1频段和L5频段，L1频段的中心工作频率约为1.575GHz，L5频段中心工作频率约为1.176GHz。L1频段的卫星覆盖率较大，单频GPS天线通常支持L1频段。而双频GPS是指同时支持L1和L5频段，L1频段作为基础频段，L5作为辅助L1的频段使用，从而可以消除电离层的误差，大大提高定位精度。 [0054] 另外，为了增强卫星到地面的信号传输效率，例如增加穿透能力和改善覆盖面积等，GPS卫星向地面发射天线倾向于采用圆极化的形式。这是由于圆极化天线所产生的圆极化波可以被任何方向的线极化天线所接收，同时圆极化天线也可以接受任何线极化的来波，具有良好的天线性能，在天线效率相当的情况下，地面设备利用圆极化天线接收到的卫星信号强度相较于线极化天线有3dB左右的提升。因此，与GPS线极化天线相比，GPS圆极化天线具有更好的抗电离层干扰和更强的抗多径干扰的能力，进而可以获得更精确的位置信息和运动轨迹。 [0055] 基于上述可知，采用同时支持L1和L5频段的GPS双频圆极化天线显然可以实现最高精度的卫星定位效果。但是，随着电子设备朝向小型化和轻薄化发展，受限于体积和工业设计，往往难以在电子设备中实现双频圆极化天线的设计，尤其对于可穿戴设备等小型化设备，该问题更加突出。 [0056] 相关技术中，本案发明人曾在中国专利申请“电子设备(公开号CN214203964U)”中提出了一种电子设备，在该专利方案中首次实现在诸如智能手表等可穿戴设备中的GPS双频圆极化天线。在该方案中，双频圆极化天线是利用设备上方和下方两个金属环辐射体实现，也即两个圆极化天线为独立的天线结构。但是，在部分应用场景中，电子设备往往不具有两个环形辐射体的设计空间，例如以智能手表为例，部分智能手表往往只包括金属中框一个环形金属可以作为辐射体，难以实现两个环形辐射体的结构设计。另外，两个圆极化天线中，靠近人体手臂的圆极化天线设计时需要考虑人体手臂对天线性能的影响，设计难度增大。由此可知，相关技术中的双频圆极化天线，结构较为复杂，并且设计难度较大。 [0057] 为了解决上述相关技术中存在的问题，本公开实施方式提供了一种电子设备，旨在实现电子设备的双频圆极化天线，并且简化双频圆极化天线的结构，降低设计难度。 [0058] 值得说明的是，在对本公开实施方式的电子设备进行说明之前，下面首先对于圆极化天线的基础知识及特性进行简单说明，以便于理解本公开实施方式方案。 [0059] 首先，参见本案发明人在中国专利申请“圆极化天线结构及智能穿戴设备(公开号CN111916898A)”中对于圆极化天线的说明可知，通过对环形辐射体直接馈电产生的旋转电流可以实现圆极化，并且，通过在不同位置利用电容和/或电感回地，可实现对圆极化天线的旋转方向(左旋或者右旋)进行调整。由于卫星定位天线的发射天线为右旋圆极化形式，因此本公开下述实施方式中，在未做特殊说明的情况下，所述的圆极化天线均为右旋圆极化天线。但是可以理解，本公开实施方式对于圆极化天线的旋转方向无需限制。 [0060] 其次，参见本案发明人在中国专利申请“圆极化天线即可穿戴设备(公开号CN112003006A)”中对于圆极化天线的说明可知，通过在圆极化天线的环形辐射体不同位置处利用电容和/或电感回地，可实现对圆极化天线的谐振频率进行调整，并且满足下述结论：利用电感回地相当于使环形辐射体的有效周长变短，天线的谐振频率相较于原始频率增大；利用电容回地相当于使环形辐射体的有效周长变长，天线的谐振频率相较于原始频率减小。 [0061] 例如一个示例中，在环形辐射体有效周长固定的情况下，对于圆极化天线系统，若采用直接回地方案，天线的谐振频率为1.46GHz，也即天线的原始谐振频率为1.46GHz。若在圆极化天线系统的接地端子处采用电感回地方案，天线的谐振频率将会增大，例如变为1.575GHz。若在圆极化天线系统的接地端子处采用电容回地方案，天线的谐振频率将会减小，例如变为1.176GHz。对于该现象的具体原理，本领域技术人员参照前述引证的在先专利申请毫无疑问可以理解，本公开对此不再展开。 [0062] 再有，参见本案发明人在中国专利申请“电子设备(公开号CN214203964U)”，即为在前述理论指导下，利用电子设备上的两个环形辐射体分别实现两个不同通信频段的圆极化天线，例如其中一个辐射体形成GPS L1频段(1.575GHz)天线，另一个辐射体形成GPS L5频段(1.176GHz)天线，以此形成双频圆极化天线。也即，在该专利方案中，一个环形辐射体仅能实现一个通信频段的圆极化天线，若想利用同一个环形辐射体实现双频圆极化则难以做到。 [0063] 因此，本公开实施方式的电子设备，正是在前述理论基础上，利用一个环形辐射体实现双频圆极化天线，以此简化双频圆极化天线结构，利于小型化的穿戴式设备使用。 [0064] 在一些实施方式中，本公开示例的电子设备包括一个环形辐射体、双频回地单元以及滤波单元。 [0065] 本公开实施方式中，环形的辐射体与主板电性连接形成圆极化天线。通过前述相关知识可知，环形辐射体形成圆极化天线的条件是：对环形辐射体进行直接馈电，使其产生旋转电流从而形成圆极化。并且，环形辐射体的有效周长等于所产生的谐振频率的一个波长。 [0066] 值得说明的是，本公开实施方式所述的“辐射体的有效周长”并不局限于指辐射体的物理周长。在自由空间下，辐射体环绕一周的物理周长即为辐射体的有效周长。但是在装配结构下，辐射体周围的其它材料(如屏幕和塑料底壳等)将会增大辐射体的有效电长度，也即，使得辐射体的有效周长相较于自由空间变大。本领域技术人员对此可以理解，本公开不再赘述。 [0067] 在一些实施方式中，电子设备包括主板，环形的辐射体设于主板外围并且与主板边缘形成环形的缝隙，馈电单元跨界于缝隙中，馈电单元一端连接主板的射频单元，另一端连接环形的辐射体，从而通过对辐射体进行馈电，使其产生旋转电流，产生圆极化的谐振频率。通过前述相关知识可以理解，在不利用电容或者电感回地的情况下，环形辐射体所产生的圆极化谐振波长等于辐射体的有效周长。在本公开实施方式中，定义不利用电容或者电感回地情况下环形辐射体所产生的圆极化谐振频率为环形辐射体的“原始谐振频率”。 [0068] 可以理解，本公开实施方式中，上述利用辐射体形成的圆极化谐振频率只能包括一个通信频段，该通信频段的中心频率即为上述的原始谐振频率。 [0069] 结合前述的相关知识，在上述实现圆极化谐振的基础上，本公开实施方式中，利用双频回地单元对辐射体进行接地。值得说明的是，对于电子设备，其电气系统的地即为主板，也即本公开实施方式中，利用双频回地单元将辐射体与主板进行电性连接。 [0070] 在一些实施方式中，双频回地单元包括第一回地单元和第二回地单元。结合前述相关知识可知，在圆极化天线基础上，利用电容和/或电感回地可以改变天线的原始谐振频率，具体而言，利用电容回地可以使得原始谐振频率减小，而利用电感回地可以使得原始谐振频率增大。 [0071] 因此，本公开实施方式中，第一回地单元和第二回地单元即可以是由一个或者多个包括电容和/或电感的接地端子组成的回地单元。在辐射体通过第一回地单元与主板电性连接时，圆极化天线的工作频段为第一通信频段。而在辐射体通过第二回地单元与主板电性连接时，圆极化天线的工作频段为第二通信频段。 [0072] 例如一个示例中，第一回地单元与辐射体形成工作频段为GPS L1(中心频率为1.575GHz)频段的圆极化天线，而第二回地单元与辐射体形成工作频段为GPS L5(中心频率为1.176GHz)频段的圆极化天线，其中GPS L1频段即为第一通信频段，而GPS L5频段即为第二通信频段。 [0073] 但是，通过前述相关知识可以理解，若是在同一个辐射体上同时施加第一回地单元和第二回地单元，两个回地单元会互相影响，导致第一通信频段和第二通信频段中任意之一均无法产生。 [0074] 因此，本公开实施方式中，需要利用滤波单元对第一通信频段和第二通信频段进行隔离，滤波单元用于过滤所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段信号，从而使得第一通信频段相对于产生第二通信频段的天线电路不可见，并且使得第二通信频段相对于产生第一通信频段的天线电路不可见，实现第一通信频段与第二通信频段互不干扰，进而实现双频圆极化。 [0075] 具体来说，滤波单元可以包括设于第一回地单元与辐射体连接电路上的第一滤波单元，和/或，设于第二回地单元与辐射体连接电路上的第二滤波单元。 [0076] 在一个示例中，滤波单元包括第一滤波单元和第二滤波单元。可以理解，当圆极化天线仅存在第一回地单元时，第一回地单元、辐射体以及主板形成的天线电路仅产生第一通信频段的圆极化波。而当圆极化天线仅存在第二回地单元时，第二回地单元、辐射体以及主板形成的天线电路仅产生第二通信频段的圆极化波。 [0077] 因此，在本示例中，将第一滤波单元设于第一回地单元与辐射体连接的电路上，第一滤波单元可以将第一通信频段之外的其它频段信号进行过滤，从而使得第二通信频段不会对第一回地单元所在的天线电路产生干扰，实现第一通信频段的圆极化。同时，将第二滤波单元设于第二回地单元与辐射体连接的电路上，第二滤波单元可以将第二通信频段之外的其它频段信号进行过滤，从而使得第一通信频段不会对第二回地单元所在的天线电路产生干扰，实现第二通信频段的圆极化。从而，利用同一个辐射体即可实现第一通信频段和第二通信频段的双频圆极化。 [0078] 值得说明的是，本公开实施方式中，可以仅在第一回地单元与辐射体连接的电路设置滤波单元；也可以仅在第二回地单元与辐射体连接的电路设置滤波单元；还可以同时在第一回地单元与辐射体连接的电路设置第一滤波单元、在第二回地单元与辐射体连接的电路设置第二滤波单元。上述均可以实现本公开双频圆极化方案，本公开下述实施方式中进行具体说明，在此暂不展开。 [0079] 在一些实施方式中，滤波单元可以采用带阻滤波器、带通滤波器、高通滤波器或者低通滤波器中任意一个或者多个的组合，只要保证滤波单元可以过滤所在天线电路的通信频段之外的其它干扰频段的信号即可，本公开对此不作限制。 [0080] 通过上述可知，本公开实施方式中，可以实现电子设备的双频圆极化天线，提高天线性能，在利用本公开方案实现双频GPS圆极化天线时，可以大大提高设备的定位精度和轨迹精度。并且，本公开实施方式中，仅利用一个辐射体即可实现双频圆极化天线，简化天线结构，尤其利于腕戴设备等小型化穿戴设备使用，降低天线设计难度。 [0081] 图1示出了本公开具有双频圆极化天线的电子设备的一些实施方式，下面结合图1对本公开电子设备的结构以及原理进行说明。 [0082] 可以理解的是，本公开实施方式所述的双频圆极化天线，理论上可以实现任意两个不同通信频段的圆极化天线，也即本公开所述的“第一通信频段”和“第二通信频段”的具体频率无需进行任何限制，本领域技术人员在本公开实施方式的基础上，可以根据具体需要实现各种所需通信频段的双频圆极化天线设计。 [0083] 在本公开下述实施方式中，将以实现电子设备的双频GPS圆极化天线为例，对本公开实施方式的结构及原理进行具体说明。也即，在本公开下述实施方式中，第一通信频段包括GPS L1频段(中心频率1.575GHz)，第二通信频段包括GPS L5频段(中心频率1.176GHz)。 [0084] 如图1所示，在一些实施方式中，本公开示例的电子设备包括主板100和圆环型的辐射体200。辐射体200环绕设于主板100的外围一圈，辐射体200与主板100之间形成环形的缝隙结构。 [0085] 在一个示例中，电子设备以智能手表为例，主板100可以是智能手表的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，而辐射体200可以是智能手表的金属中框。在辐射体200的上侧一端连接有屏幕组件800，在辐射体200的下侧一端连接有非金属(例如塑胶)的底壳。在一些实施方式中，底壳900的中央设有心率凸台910结构，从而可以配合心率传感器实现人体生理参数的检测。当然，可以理解，智能手表还可以包括其它结构和电气元件，本公开对此不再赘述。 [0086] 馈电单元300跨接于主板100与辐射体200形成的环形缝隙中，馈电单元300一端连接辐射体200，另一端与主板100的射频单元电性连接。通过前述相关知识可知，射频单元通过馈电单元300对辐射体200直接馈电，并利用电感和/或电容回地，可以使得辐射体200产生旋转的环形电流，从而辐射体200可以向外界辐射圆极化的谐振波，实现单频圆极化，并且所产生的圆极化谐振的波长等于辐射体200的有效周长。 [0087] 在本实施方式中，双频回地单元包括第一回地单元400和第二回地单元500。通过前述相关知识可知，在实现圆极化天线的基础上，利用电容和/电感在适当的位置接地(回地)，可以在不改变圆极化旋转方向的基础上调节圆极化天线的谐振频率，因此本公开所述的回地单元即为包括电感或者电容的回地单元。 [0088] 在一个示例中，以实现双频GPS圆极化为例，如图1所示，假设在不设置第一回地单元400和第二回地单元500情况下，环形天线的原始谐振频率为1.46GHz。 [0089] 为了实现GPS L1频段(1.575GHz)，即可使第一回地单元利用电感回地，从而增大谐振频率，基于前述相关知识，例如可以通过改变电感值的大小和/或位置，将天线谐振频率调节至所需的GPS L1频段的1.575GHz。 [0090] 另外，为了实现GPS L5频段(1.176GHz)，即可使第二回地单元利用电容回地，从而减小谐振频率，基于前述相关知识，例如可以通过改变电容值的大小和/或位置，将天线谐振频率调节至所需的GPS L5频段的1.176GHz。 [0091] 在利用双频回地单元实现两个通信频段的圆极化之后，为避免两个通信频段互相影响，需要利用滤波单元对两个天线电路进行隔离。 [0092] 图2示出了图1所示的双频圆极化天线的电路原理图，结合图1和图2所示，在本实施方式中，在第一回地单元400与辐射体200连接的天线电路上设置第一滤波单元610。第一滤波单元610允许第一通信频段的电流信号通过，阻止第二通信频段的电流信号通过。例如上述示例中，第一滤波单元610可以阻止GPS L5频段的电流信号通过，允许GPS L1频段的电流信号通过。从而对于主板100、辐射体200、馈电单元300以及第一回地单元400形成的第一天线来说，其即可实现GPS L1频段的圆极化天线。 [0093] 在本实施方式中，在第二回地单元500与辐射体200连接的天线电路上设置第二滤波单元620。第二滤波单元620允许第二通信频段的电流信号通过，阻止第一通信频段的电流信号通过。例如上述示例中，第二滤波单元620可以阻止GPS L1频段的电流信号通过，允许GPS L5频段的电流信号通过。从而对于主板100、辐射体200、馈电单元300以及第二回地单元500形成的第二天线来说，其即可实现GPS L5频段的圆极化天线。 [0094] 在本实施方式中，由于第一天线与第二天线之间互相隔离，从而两者产生的圆极化谐振不会互相影响，可以产生满足使用需求的双频圆极化信号，利用同一个辐射体即可实现电子设备的双频圆极化。本公开下文实施方式会进一步对双频GPS圆极化天线的性能给予试验数据证明，在此暂不展开。 [0095] 可以理解，本公开实施方式中的滤波单元的作用是，允许所在天线电路的通信频段信号通过，而阻止所在天线电路的通信频段之外的其它通信频段信号。基于此效果，滤波单元可以利用任何适于实施的滤波器电路实现，例如带阻滤波器、带通滤波器、高通滤波器或者低通滤波器等，本公开对此无需限制。 [0096] 带阻滤波器与带通滤波器概念相对，带阻滤波器是指能够阻止某些频段信号的滤波器，带通滤波器是指能够通过某些频段信号的滤波器。例如以图2所示的第一滤波单元610为例，在采用带阻滤波器的情况下，第一滤波单元610即可采用能够阻止GPS L5频段的带阻滤波器；而在采用带通滤波器的情况下，第一滤波单元610即可采用能够允许GPS L1频段信号通过，而GPS L5频段信号无法通过的滤波器。 [0097] 高通滤波器与低通滤波器概念相对，高通滤波器是指允许高于频率阈值的频段信号通过的滤波器，而低通滤波器是指允许低于频率阈值的频段信号通过的滤波器。仍以图2所示为例，第一滤波单元610可以采用高通滤波器，从而允许频段相对较高的GPS L1(1.575GHz)信号通过，而阻止频段相对较低的GPS L5(1.176GHz)信号通过；第二滤波单元620可以采用低通滤波器，从而允许频段相对较低的GPS L5(1.176GHz)信号通过，而阻止频段相对较高的GPS L1(1.575GHz)信号通过。 [0098] 值得说明的是，在本公开下述实施方式中，在未做特殊说明的情况下，天线的滤波单元均可以利用带阻滤波器实现。 [0099] 图3示出了常见的带阻滤波器的电路结构，图3中(a)所示为两个元件的带阻滤波器，图3中(b)所示为三个元件的带阻滤波器，本领域技术人员结合相关知识可以理解，本公开对此不再赘述。 [0100] 在图1、图2实施方式中，滤波单元包括阻止第二通信频段信号的第一滤波单元610和阻止第一通信频段信号的第二滤波单元620，也即，在第一天线和第二天线的电路中均设有一个滤波单元，而在其它实施方式中，也可以仅在第一天线或者第二天线的其中一个天线电路上设置滤波单元，下面结合图4和图5实施方式进行说明。 [0101] 首先，参见公开号CN112003006A对于圆极化天线的原理说明可知，对于圆极化天线的频率调整，可以同时利用多个电容和/或电感的组合方式实现。也就是说，本公开实施方式的任意一个回地单元，并不局限于图2所示利用单个的电容和/或电感实现，也可以利用多个电容和/或电感组合实现。 [0102] 例如图4实施方式中，第一回地单元包括电感接地端子410，也即，主板100、辐射体200、馈电单元300以及电感接地端子410形成产生第一通信频段的第一天线。但是在本实施方式中，第二回地单元不仅包括电容接地端子510，同时还包括电感接地端子410，也即电感接地端子410和电容接地端子510共同作为第二回地单元；也即主板100、辐射体200、馈电单元300、电感接地端子410以及电容接地端子510形成产生第二通信频段的第二天线。对于利用电感和电容回地共同实现圆极化天线的原理，本领域技术人员参照相关技术毫无疑问可以理解并充分实施，本公开对此不再赘述。 [0103] 在上述实现第一天线和第二天线的基础上，滤波单元600‑1可以仅设于第二天线电路上，也即如图4所示，滤波单元600‑1设于电容接地端子510与辐射体200的连接电路上。 [0104] 在本实施方式中，滤波单元600‑1可以阻止第一通信频段的电流信号通过，而且可以允许第二通信频段的电流信号通过。从而对于图4所示的天线系统，以实现双频GPS圆极化为例，利用电感接地端子410回地可以实现GPS L1频段(1.575GHz)的圆极化谐振，同时利用电感接地端子410和电容接地端子510回地组合可以实现GPS L5频段(1.176GHz)的圆极化谐振。由于滤波单元600‑1的存在，GPS L1频段的谐振频率不会对GPS L5频段的谐振频率产生影响，两者可以同时存在，从而实现双频GPS圆极化天线。 [0105] 同理，在图5实施方式中，第二回地单元包括电容接地端子520，也即，主板100、辐射体200、馈电单元300以及电容接地端子520形成产生第二通信频段的第二天线。但是在本实施方式中，第一回地单元不仅包括电感接地端子420，同时还包括电容接地端子520，也即电感接地端子420和电容接地端子520共同作为第一回地单元，主板100、辐射体200、馈电单元300、电感接地端子420以及电容接地端子520形成产生第一通信频段的第一天线。对于利用电感和电容回地共同实现圆极化天线的原理，本领域技术人员参照相关技术毫无疑问可以理解并充分实施，本公开对此不再赘述。 [0106] 在上述实现第一天线和第二天线的基础上，滤波单元600‑2可以仅设于第一天线电路上，也即如图5所示，滤波单元600‑2设于电感接地端子420与辐射体200的连接电路上。在本实施方式中，滤波单元600‑2可以阻止第二通信频段的电流信号通过，而且可以允许第一通信频段的电流信号通过。从而对于图5所示的天线系统，以实现双频GPS圆极化为例，利用电容接地端子520回地可以实现GPS L5频段(1.176GHz)的圆极化谐振，同时利用电感接地端子420和电容接地端子520回地组合可以实现GPS L1频段(1.575GHz)的圆极化谐振。由于滤波单元600‑2的存在，GPS L5频段的谐振频率不会对GPS L1频段的谐振频率产生影响，两者可以同时存在，从而实现双频GPS圆极化天线。 [0107] 结合图2、图3、图5实施方式可知，本公开实施方式中，对于实现双频圆极化天线系统的滤波单元，采用多种实施方式均可以实现双频圆极化的目的，从而在天线设计时具有更高的自由度和灵活性。 [0108] 下面以图4实施方式的天线系统为例，对本公开双频GPS圆极化天线性能进行说明。 [0109] 图6示出了图4天线系统中单独设计GPS L1频段和GPS L5频段的轴比随频率的变化曲线图。通过图6可知，利用电容接地端子和电感接地端子，可以将右旋圆极化天线的原始谐振频率调整到GPS L1频段(1.575GHz)和GPS L5频段(1.176GHz)，并且在两个通信频段均具有很好的天线性能。 [0110] 图7示出了图4天线系统的轴比随频率的变化曲线图。通过图7可以看到，本公开实施方式利用滤波单元对第一通信频段和第二通信频段进行隔离，天线系统可以同时实现在GPS L1频段(1.575GHz)和GPS L5频段(1.176GHz)的双频GPS右旋圆极化，并且在两个通信频段均具有很好的天线性能，完全可以满足GPS右旋圆极化天线的设计要求。需要注意的是，由于滤波器600‑1的存在，实现GPS L5频段的电容接地端子510的电容值和没有滤波器600‑1的情况相比，需要做相应的调整，本领域技术人员对此可以理解并实现，本公开对此不再赘述。 [0111] 通过上述可知，本公开实施方式中，可以实现电子设备的双频右旋圆极化天线，提高天线性能，在利用本公开方案实现双频GPS右旋圆极化天线时，可以大大提高设备的定位精度和轨迹精度。并且，本公开实施方式中，仅利用一个辐射体即可实现双频圆极化天线，简化天线结构，尤其利于腕戴设备等小型化穿戴设备使用，降低天线设计难度。 [0112] 在上述图2至图5实施方式中，电子设备的双频圆极化天线系统均是采用单馈电的方式实现，也即馈电单元300仅包括一个馈电端子，实现第一通信频段的第一天线和实现第二通信频段的第二天线使用同一个馈电端子。而在其它实施方式中，馈电单元300也可以包括两个馈电端子，每个馈电端子形成一个通信频段的圆极化天线，下面结合图8实施方式进行说明。 [0113] 如图8所示，在一些实施方式中，本公开示例的电子设备，馈电单元包括第一馈电端子310和第二馈电端子320。 [0114] 第一馈电端子310的一端连接辐射体200，另一端电性连接主板100的射频单元。在本实施方式的天线系统中，第一馈电端子310、第一回地单元400、主板100以及辐射体200形成产生第一通信频段的第一天线。 [0115] 第二馈电端子320的一端连接辐射体200，另一端电性连接主板100的射频单元。在本实施方式的天线系统中，第二馈电端子320、第二回地单元500、主板100以及辐射体200形成产生第二通信频段的第二天线。 [0116] 基于前述可知，为了实现双频圆极化信号，需要使用滤波单元对第一天线和第二天线进行隔离。在本公开实施方式中，由于第一馈电端子310和第二馈电端子320的电流信号会产生互相干扰，因此滤波单元还需要对馈电端子进行隔离。 [0117] 如图9所示，在一些实施方式中，仍以实现双频GPS右旋圆极化为例，第一回地单元400、辐射体200、第一馈电端子310以及主板100形成产生第GPS L1频段的第一天线，而第二回地单元500、辐射体200、第二馈电端子320以及主板100形成产生GPS L5频段的第二天线。 [0118] 在图9实施方式中，滤波单元包括：设于第一回地单元400与辐射体200连接电路上的第一滤波单元610，第一滤波单元610可以阻止GPS L5频段信号；设于第二回地单元500与辐射体200连接电路上的第二滤波单元620，第二滤波单元620可以阻止GPS L1频段信号；设于第一馈电端子310与辐射体200连接电路上的第三滤波单元630，第三滤波单元630可以阻止GPS L5频段信号；以及，设于第二馈电端子320与辐射体200连接电路上的第四滤波单元640，第四滤波单元640可以阻止GPS L1频段信号。 [0119] 因此，本公开实施方式中，利用第一滤波单元610和第三滤波单元630可以阻止第二通信频段(GPS L5频段)对第一天线的干扰，同时，利用第二滤波单元620和第四滤波单元640可以阻止第一通信频段(GPS L1频段)对第二天线的干扰。从而两者产生的圆极化谐振不会互相影响，可以产生满足使用需求的双频圆极化信号，利用同一个辐射体即可实现电子设备的双频圆极化。 [0120] 与前述图4、图5所示的单馈电实施方式相类似地，在图9所示的双馈电实施方式中，滤波单元同样既可以在第一天线和第二天线的电路中均设置一个滤波单元，也可以仅在第一天线或者第二天线的其中一个天线电路上设置滤波单元。 [0121] 如图10所示，在一些实施方式中，与前述图4实施方式类似，第一回地单元包括电感接地端子430，也即主板100、辐射体200、第一馈电端子310以及电感接地端子430形成产生第一通信频段的第一天线。而第二回地单元包括电感接地端子430和电容接地端子530，也即主板100、辐射体200、第二馈电端子320、电感接地端子430以及电容接地端子530形成产生第二通信频段的第二天线。 [0122] 在上述实现第一天线和第二天线的基础上，第二滤波单元620和第四滤波单元640用于阻止第一通信频段对第二天线的干扰，第三滤波单元630用于阻止第二通信频段对第一天线的干扰，从而第一通信频段和第二通信频段可以同时存在，实现双频圆极化天线。 [0123] 如图11所示，在一些实施方式中，与前述图5实施方式类似，第二回地单元包括电容接地端子540，也即主板100、辐射体200、第二馈电端子320以及电容接地端子540形成产生第二通信频段的第二天线。而第一回地单元包括电感接地端子440和电容接地端子540，也即主板100、辐射体200、第一馈电端子310、电感接地端子440以及电容接地端子540形成产生第一通信频段的第一天线。 [0124] 在上述实现第一天线和第二天线的基础上，第一滤波单元610和第三滤波单元630用于阻止第二通信频段对第一天线的干扰，而第四滤波单元640用于阻止第一通信频段对第二天线的干扰，从而第一通信频段和第二通信频段可以同时存在，实现双频圆极化天线。 [0125] 对于上述图10和图11实施方式未尽详述之处，本领域技术人员参照前述实施方式可以理解并充分实施，本公开对此不再赘述。 [0126] 下面以图9实施方式的天线系统为例，对本公开双频GPS右旋圆极化天线性能进行说明。 [0127] 图12示出了图9所示的天线系统中第一天线与第二天线的S参数(回波损耗)曲线图。通过图12可以看出，本公开实施方式的天线系统，实现GPS L1频段的第一天线与实现GPS L5频段的第二天线之间具有非常理想的天线隔离度，完全可以满足双频GPS天线的设计需求。 [0128] 图13示出了图9所示的天线系统的轴比随频率变化曲线，图14示出了图9所示的天线系统的天线总效率随频率变化曲线。通过图13和图14可以看到，本公开实施方式的天线系统，在GPS L1频段和GPS L5频段均具有很好的轴比和天线效率，可以满足双频GPS右旋圆极化天线的设计需求。 [0129] 通过上述可知，本公开实施方式中，对于双频圆极化天线系统，滤波单元和馈电单元可以采用多种实施方式，从而在天线设计时具有更高的自由度和灵活性。 [0130] 值得说明的是，本公开实施方式中，可使用同一个辐射体实现双频圆极化天线系统的设计，事实上，本公开实施方式同样可以利用同一个辐射体实现“圆极化+线极化”的双频天线。 [0131] 在一些实施方式中，本公开示例的电子设备中，双频天线系统结构可如图15所示。在本实施方式中，第一馈电端子310、第一回地单元400、主板100以及辐射体200形成产生第一通信频段的第一天线，根据前述可知，第一天线产生的谐振为圆极化形式。 [0132] 而在图15实施方式中，产生第二通信频率的第二天线不再是圆极化天线，而是线极化天线。具体来说，在本实施方式中，第二天线包括第二馈电端子320、第一回地端710以及第二回地端720。 [0133] 基于线极化天线的相关知识可知，通过在主板100与辐射体200之间的环形缝隙施加馈电和接地，可以产生线极化的谐振波，该谐振波的半个波长即为第一回地端710至第二回地端720之间的弧形缝隙的有效弧长。对于线极化天线的原理及结构，本领域技术人员毫无疑问可以理解并充分实施，本公开对此不再展开。 [0134] 在上述实现圆极化的第一天线和线极化的第二天线基础上，为了避免两个天线的谐振频率互相干扰，同样需要在天线系统中施加滤波单元。 [0135] 如图16所示，在第一回地单元400与辐射体200连接电路设置有第一滤波单元610，在第一馈电端子310与辐射体200连接电路设置有第三滤波单元630，在第二馈电端子320与辐射体200连接电路设置有第四滤波单元640，在第一回地端710和第二回地端720与辐射体200连接电路分别设置有第二滤波单元620和第五滤波单元650。 [0136] 本实施方式中，第一滤波单元610和第三滤波单元630用于允许第一通信频段(GPS L1频段)信号通过，而阻止第二通信频段(GPS L5频段)信号通过。而第二滤波单元620、第四滤波单元640以及第五滤波单元650用于允许第二通信频段(GPS L5频段)信号通过，而阻止第一通信频段(GPS L1频段)信号通过。从而，第一天线产生的圆极化形式的第一通信频段与第二天线产生的线极化形式的第二通信频段，两者不会产生干扰，从而实现“圆极化+线极化”形式的双频天线系统。 [0137] 图17示出了图16实施方式的天线系统的S参数曲线图，图18示出了图16实施方式中GPS L1频段的轴比随频率变化曲线，图19示出了图16实施方式中GPS L1和GPS L5频段的天线总销量随频率变化曲线图。结合图17至19可知，本公开实施方式的天线系统中，GPS L1和GPS L5天线之间具有很好的隔离度，两者的天线效率均可以满足双频GPS的设计要求，而且对于圆极化形式的GPS L1天线频段具有很好的轴比，证明本公开实施方式的“圆极化+线极化”形式的双频天线系统是完全可行的。 [0138] 通过上述可知，本公开实施方式中，可以实现电子设备的双频圆极化天线，提高天线性能，在利用本公开方案实现双频GPS圆极化天线时，可以大大提高设备的定位精度和轨迹精度。并且，本公开实施方式中，仅利用一个辐射体即可实现双频圆极化天线，简化天线结构，尤其利于腕戴设备等小型化穿戴设备使用，降低天线设计难度。再有，本公开实施方式可以实现多种形式的双频天线设计，提高设计多样性和自由度。 [0139] 值得说明的是，上述实施方式仅作为本公开方案的示例性说明，并不限制本公开。例如，在上述实施方式中，第一回地单元和第二回地单元均是采用一个接地端子(电容接地端子或者电感接地端子)实现，事实上，基于公开号CN112003006A的在先申请可知，一个接地端子实际上可以等效为多个接地端子的组合，因此在本公开实施方式中，第一回地单元可以包括多个接地端子，第二回地单元也可以包括多个接地端子，均可以实现本公开方案的目的，本公开对此不再赘述。 [0140] 在一些实施方式中，将以在智能手表中设置本公开实施方式所述的双频GPS圆极化天线为例，对本公开方案进一步进行说明。 [0141] 在本公开实施方式中，双频GPS圆极化天线系统的第一通信频段包括GPS L1频段(中心频率为1.575GHz)，第二通信频段包括GPS L5频段(中心频率为1.176GHz)。 [0142] 如图1所示，环形的辐射体200可以由智能手表的金属中框实现。当然可以理解，环形辐射体200并不局限于金属中框，其它任何环形的金属圈均可以作为本公开实施方式的辐射体200，例如设于智能手表正面的金属面框，又例如设于智能手表底壳的装饰金属圈等，本公开对此不作限制。 [0143] 主板100可以是智能手表的PCB板，其设于手表的壳体内部。智能手表的壳体可以包括上述的金属中框以及非金属的底壳900，底壳900连接于金属中框的底部端面。同时，智能手表还包括屏幕组件800，屏幕组件800可连接于金属中框的上部端面。 [0145] 可以理解，GPS L1和GPS L5频段的频率不同，因此在利用同一个环形辐射体200设计两个不同频段的双频天线时，就可以有如下三种设计思路： [0146] 方案1：辐射体的有效周长大于GPS L5中心频率的一个波长。 [0147] 由于GPS L5的波长大于GPS L1波长，因此，方案1也即辐射体的有效周长同时大于GPS L1和L5的波长。在此情况下，由于辐射体200原本的有效周长较大，因此辐射体200的原始谐振频率均低于所需要的谐振频率。从而，对于GPS L1和GPS L5均可以采用电感接地端子，来减小辐射体的有效周长，提高谐振频率。 [0148] 例如一个示例中，辐射体200的原始谐振频率为1.12GHz。对于第一回地单元可以采用电感接地端子，通过调整电感接地端子的电感值和/或位置，将第一天线的谐振频率调整至1.575GHz。对于第二回地单元同样可以采用电感接地端子，通过调整电感接地端子的电感值和/或位置，将第二天线的谐振频率调整至1.176GHz。同时，参见上述实施方式，利用滤波单元实现双频GPS圆极化天线。 [0149] 方案2：辐射体的有效周长小于GPS L1中心频率的一个波长。 [0150] 由于GPS L5的波长大于GPS L1波长，因此，方案2也即辐射体200的有效周长同时小于GPS L1和L5的波长。在此情况下，由于辐射体200原本的有效周长较小，因此辐射体200的原始谐振频率均高于所需要的谐振频率。从而，对于GPS L1和GPS L5均可以采用电容接地端子，来增大辐射体的有效周长，降低谐振频率。 [0151] 例如一个示例中，辐射体200的原始谐振频率为1.67GHz。对于第一回地单元可以采用电容接地端子，通过调整电容接地端子的电容值和/或位置，将第一天线的谐振频率调整至1.575GHz。对于第二回地单元同样可以采用电容接地端子，通过调整电容接地端子的电容值和/或位置，将第二天线的谐振频率调整至1.176GHz。同时，参见上述实施方式，利用滤波单元实现双频GPS圆极化天线。 [0152] 方案3：辐射体的有效周长小于GPS L5中心频率的一个波长，同时大于GPS L1中心频率的一个波长。 [0153] 在此情况下，辐射体200的有效周长介于双频GPS两个通信频段波长的中间，从而，对于第一回地单元可以采用电感接地端子，来减小辐射体的有效周长，提高原始谐振频率。而对于第二回地单元则可以采用电容接地端子，来增大辐射体的有效周长，降低原始谐振频率。 [0154] 例如一个示例中，辐射体200的原始谐振频率为1.46GHz。对于第一回地单元可以采用电感接地端子，通过调整电感接地端子的电感值和/或位置，将第一天线的谐振频率调整至1.575GHz。而对于第二回地单元可以采用电容接地端子，通过调整电容接地端子的电容值和/或位置，将第二天线的谐振频率调整至1.176GHz。同时，参见上述实施方式，利用滤波单元实现双频GPS圆极化天线。 [0155] 基于上述三种方案，理论上都可以实现本公开实施方式所述的双频GPS圆极化天线系统。进一步的，考虑到“方案3”辐射体的原始谐振频率和所需要的双频GPS的两个工作频率都更加接近，天线设计故而更容易实现，因此在本公开上述实施方式示例中，均是采用“方案3”进行设计。 [0156] 另外，值得说明的是，在上述所有示例实施方式中，滤波单元均是采用带阻滤波器实现，而在其它实施方式中，滤波单元也可以采用例如带通滤波器、高通滤波器或者低通滤波器，均可以实现本公开实施方式方案。 [0157] 在一些实施方式中，如图20所示，与前述实施方式的区别在于，设于第一天线电路和第二天线电路的滤波单元均为带通滤波器。在本实施方式中，第一带通滤波器801和第二带通滤波器802的作用是允许第一通信频段信号通过，而阻止第二通信频段信号通过；第三带通滤波器803和第四带通滤波器804的作用是允许第二通信频段信号通过，而阻止第一通信频段信号通过。天线系统的工作原理与上述实施方式相同，同样可以实现双频圆极化天线系统。 [0158] 在另一些实施方式中，如图21所示，与前述实施方式的区别在于，设于第一天线电路的滤波单元为高通滤波单元，而设于第二天线电路的滤波单元为低通滤波单元。在本实施方式中，由于第一通信频段GPS L1的中心频率1.575GHz大于第二通信频率GPS L5的中心频率1.176GHz，因此，第一高通滤波器811和第二高通滤波器812的作用可以是允许频率较高的第一通信频段信号通过，而阻止频率较低的第二通信频段信号通过。同理，第一低通滤波器813和第二低通滤波器814的作用可以是允许频率较低的第二通信频段信号通过，而阻止频率较高的第一通信频段信号通过。天线系统的工作原理与上述实施方式相同，同样可以实现双频圆极化天线系统。 [0159] 通过上述可知，本公开实施方式中，可以实现电子设备的双频圆极化天线，提高天线性能，在利用本公开方案实现双频GPS圆极化天线时，可以大大提高设备的定位精度和轨迹精度。并且，本公开实施方式中，仅利用一个辐射体即可实现双频圆极化天线，简化天线结构，尤其利于腕戴设备等小型化穿戴设备使用，降低天线设计难度。再有，本公开实施方式可以实现多种形式的双频天线设计，提高设计多样性和自由度。 [0160] 显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。 |
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