一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线制造技术

一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，属于终端天线技术领域，包括金属边框、金属地板、介质基板、一组加载和同轴线，金属地板印刷在介质基板上，介质基板位于金属地板边框下方并且紧贴连接，金属地板的边与金属边框的侧面之间设置净空，一组加载设置于净空区域，通过一组加载的位置以及加载的元件值改变金属边框的电流分布，实现手臂穿戴情景下的圆极化，一组加载同时调控天线谐振和极化方式，同轴线位于金属边框和金属地板设置于净空区域，所述一组加载为电容以及电感元件，加载元件的个数和位置根据天线参数优化结果而确定。对手表自身形态、结构的的依赖小，可对任何实际手表结构提供加载方案，以实现手臂穿戴情景下的的圆极化。的圆极化。的圆极化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线


[0001]本专利技术属于终端天线
，具体涉及一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线。

技术介绍

[0002]多年以来，智能手表已经融入人们的日常生活，为人们的生活带来了很多的便利。GPS全球定位系统功能常常被集成在智能手表设备上，能够对用户位置进行实时定位，绘制用户的运动轨迹。作为定位系统的重要组成部分，GPS天线的性能对于定位精度起到了至关重要的作用。
[0003]GPS信号采用右旋圆极化波发射，因此，只有右旋圆极化天线才能实现对卫星发射信号最佳的接收效果，而采用线极化天线便会降低接收效率。由于人体的高损耗以及手表的电小尺寸，智能手表GPS天线的效率较低。如今大多数智能手表的金属无断点的边框设计，更是进一步影响了天线的效率。在此基础上，极化失配将进一步恶化定位精度，影响用户体验。目前手表中的GPS天线主要以金属边框天线或LDS天线为主，这些天线的辐射模式相对固定，传统的方法难以在狭小的智能手表的空间中实现圆极化天线。设计具有全金属边框的智能手表圆极化GPS天线面临巨大的挑战。在具体实现过程中，智能手表难以实现轴比小于3dB的标准右旋圆极化，通常以6dB的右旋椭圆极化为标准来设计。

技术实现思路

[0004]为了解决上述存在的问题，本专利技术提出：一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，包括金属边框、金属地板、介质基板、一组加载和同轴线，金属地板印刷在介质基板上，介质基板位于金属地板边框下方并且紧贴连接，金属地板的边与金属边框的侧面之间设置净空，一组加载设置于净空区域，通过一组加载的位置以及加载的元件值改变金属边框的电流分布，实现手臂穿戴情景下的圆极化，一组加载同时调控天线谐振和极化方式，同轴线设置于金属边框和金属地板的净空区域，所述一组加载为若干电容以及电感元件的连接组合，加载元件的个数和位置根据天线参数优化结果而确定。
[0005]本专利技术的有益效果为：通过在手表PCB电路板和金属边框净空区域的某些位置加载电抗元件，例如电容、电感等，并在特定位置予以激励，能够在手表佩戴于手臂的情况下，实现圆极化GPS天线。该专利技术能够在较大的立体角内实现轴比小于3dB的右旋圆极化天线，对比现有专利具有很大的优势。其成功实施能提高智能手表GPS信号的接收效率，从而提高定位精度。
[0006]1、本专利技术所述的一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，仅一组加载，实现了金属边框下GPS天线穿戴模式下的圆极化，轴比小于3dB，提高了GPS信号的接收效率和定位精度，具有广阔的实际应用前景。
[0007]2、本专利技术的天线结构十分简单，充分利用了手表本身的金属结构进行辐射，有效减少了手表内部空间的占用。同时，对手表自身形态、结构的的依赖小，可对任何实际手表
结构提供加载方案，以实现手臂穿戴情景下的的圆极化。
[0008]3、本设计通过优化的方法获得，无需人为调参，仅需要一次全波仿真和一次优化运算便可获得天线。
附图说明
[0009]图1是本专利技术提出一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线结构示意图，天线净空区域的一组加载示意图；
[0010]图2是本专利技术天线的分解示意图；
[0011]图3是本专利技术天线组装图并佩戴于人体手臂上的示意图；
[0012]图4是本专利技术的一个实施例对应的一组加载和馈电，其均处于金属地板与金属边框的净空之间；
[0013]图5是本专利技术所述的圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下的实施例的仿真S参数；
[0014]图6是本专利技术提出圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下的实施例天顶方向z轴方向轴比随频率变化的仿真曲线；
[0015]图7是本专利技术提出的圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下的实施例于1.575GHz处的包含极化信息的仿真增益方向图；
[0016]图8是本专利技术提出的圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下的实施例于1.575GHz处的仿真轴比方向图；
[0017]图9是实现本专利技术圆极化智能手表GPS天线的算法流程图。
[0018]其中，附图标记为：
[0019]1、金属边框，2、金属地板，3、介质基板，4、一组加载，5、同轴线。
具体实施方式
[0020]提出一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，如图1
‑
3所示，包括金属边框1、金属地板2、介质基板3、一组加载4和同轴线5，金属地板2印刷在介质基板3上，介质基板3位于金属地板边框1下方并且紧贴连接，金属地板2的边与金属边框1的侧面之间设置净空，一组加载4设置于净空区域，通过一组加载4的位置以及加载的元件值改变金属边框1的电流分布，实现手臂穿戴情景下的圆极化，一组加载4同时调控天线谐振和极化方式，同轴线5设置于金属边框1和金属地板2的净空区域，所述一组加载4为若干电容以及电感元件的连接组合，加载元件的个数和位置根据天线参数优化结果而确定。
[0021]如图4所示，其中，所述一组加载4加载7个元件，所述净空区域的上边从左至右依次设置0.2pF的电容、33nH的电感、13nH的电感、1nH的电感，所述净空区域的右边设置一个18nH的电感，所述净空区域的下边从左至右依次设置0.3pF的电容、0.2pF的电容，所述净空区域的左边与所述净空区域的下边的交接点处设置实现射频信号的接收和发送的同轴线5。
[0022]如图5所示，其中，圆极化智能手表GPS天线在自由空间仿真S参数如下：GPS天线的中心工作频率为1.575GHz，
‑
6dB带宽为0.24GHz，即1.71GHz
‑
1.47GHz＝0.24GHz。
[0023]如图6所示，其中，圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下的天顶方向轴比随频率
的变化曲线而变化，3dB的轴比带宽为0.05GHz，即1.61GHz
‑
1.56GHz＝0.05GHz。
[0024]如图7所示，其中，圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下于1.575GHz处左、右旋极化的仿真增益方向，右旋圆极化为主极化，左旋圆极化为交叉极化，天顶方向的交叉极化比大于20dB；
[0025]如图8所示，圆极化智能手表GPS天线在佩戴状态下于1.575GHz处的仿真轴比方向，天线在θ＝
‑
45
°
～+45
°
,的范围内实现轴比小于3dB的圆极化特性。标准三维极坐标系的参数：为倾斜角，θ为方位角。
[0026]其中，所述GPS天线应用在终端产品手表上，手表佩戴在手臂上。所述终端产品并不只限于手表，还可以是手机等。
[0027]其中，所述GPS天线利用手表金属边框1自身进行辐射，同轴线5支持除GPS频段外的其他频段辐射。例如GSM，WLAN等。
[0028]其中，所述金属边框1和金属地板2的净空区域距离为1.5mm，介质基板3的介电常数为4.3，损耗正切角为0.025，所有金属材料的电导率均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，其特征在于，包括金属边框(1)、金属地板(2)、介质基板(3)、一组加载(4)和同轴线(5)，金属地板(2)印刷在介质基板(3)上，介质基板(3)位于金属地板边框(1)下方并且紧贴连接，金属地板(2)的边与金属边框(1)的侧面之间设置净空，一组加载(4)设置于净空区域，通过一组加载(4)的位置以及加载的元件值改变金属边框(1)的电流分布，实现手臂穿戴情景下的圆极化，一组加载(4)同时调控天线谐振和极化方式，同轴线(5)设置于金属边框(1)和金属地板(2)的净空区域，所述一组加载(4)为若干电容以及电感元件的连接组合，加载元件的个数和位置根据天线参数优化结果而确定。2.根据权利要求1所述的基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，其特征在于，所述一组加载(4)加载7个元件，所述净空区域的上边从左至右依次设置0.2pF的电容、33nH的电感、13nH的电感、1nH的电感，所述净空区域的右边设置一个18nH的电感，所述净空区域的下边从左至右依次设置0.3pF的电容、0.2pF的电容，所述净空区域的左边与所述净空区域的下边的交接点处设置实现射频信号的接收和发送的同轴线(5)。3.根据权利要求1所述的基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，其特征在于，圆极化智能手表GPS天线在自由空间仿真S参数如下：GPS天线的中心工作频率为1.575GHz，
‑
6dB带宽为0.24GHz，即1.71GHz
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1.47GHz＝0.24GHz。4.根据权利要求2所述的基于电抗加载的圆极化智能手表GPS天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，郑文睿，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：