天线装置和智能手表

技术领域

本申请属于天线技术领域，具体涉及一种天线装置和智能手表。

背景技术

随着手表等智能通信设备的不断发展，蓝牙、WIFI、心电监控，血压测量等越来越多的功能被集成到手表上。相较于传统的机械表，智能手表不仅为人们的日常生活提供不少的便利，而且逐渐成为万物互联时代的一个重要部分。

然而相对于手机等大屏设备而言，手表的可设计面积有限，过大过重设计会使手表戴在手上不方便，而天线作为智能手表的一个重要的通信器件，其空间逐渐被其他器件所挤压缩小，4G/5G/WIFI和蓝牙天线都要求一定的天线长度以及面积以确保辐射效率，一般只能设计1-2个，且天线之间摆放较近，隔离度较差。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种天线装置和智能手表，能够解决现有技术中由于天线的尺寸较大而无法在有限空间内布设更多的天线以及天线隔离度较差的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种天线装置，该装置包括：

环形载体；

至少一个螺旋天线，每一所述螺旋天线包括螺旋天线主体，所述螺旋天线主体缠绕在所述环形载体上，所述螺旋天线主体的螺距小于所述螺旋天线主体的直径乘以圆周率常数。

可选的，所述螺旋天线主体的直径与所述螺旋天线在固有频率下的波长的比值小于或等于0.5。

可选的，所述螺旋天线还包括调谐电路，所述调谐电路与所述螺旋天线主体连接。

可选的，所述调谐电路与所述螺旋天线主体上的第一点连接，所述第一点与所述螺旋天线主体上的电流最强点相距小于第一距离阈值，或者，所述第一点与所述螺旋天线主体上的电场最强点相距小于第二距离阈值。

可选的，所述螺旋天线支持收发2G频段信号、3G频段信号、4G频段信号、5G频段信号、WIFI频段信号、蓝牙频段信号中的至少一者。

可选的，所述螺旋天线主体的直径与所述螺旋天线在固有频率下的波长的比值大于或等于0.18，且小于或等于0.46。

可选的，所述螺旋天线主体的绕线长度为所述螺旋天线在固有频率下的波长的二分之一，所述螺旋天线主体上设置有馈点，所述螺旋天线还包括馈源，所述馈源与所述馈点连接，所述馈点与所述螺旋天线主体的中点之间的距离小于第三距离阈值。

可选的，所述螺旋天线主体的绕线长度为所述螺旋天线在固有频率下的波长的四分之一，所述螺旋天线主体上设置有馈点，所述螺旋天线还包括馈源，所述馈源与所述馈点连接，所述馈点设置于所述螺旋天线主体的首端或末端。

第二方面，本申请实施例提供了一种智能手表，该智能手表包括如第一方面所述的天线装置。

可选的，所述智能手表还包括：

表壳，所述表壳呈空心圆柱状，所述天线装置设置于所述表壳内，所述天线装置的环形载体所在平面与所述表壳的顶面或者底面平行；

电路板，所述电路板呈圆片状，所述电路板设置于所述表壳内，所述天线装置的螺旋天线与所述电路板通过弹片连接。

在本申请实施例中，通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响，并能适应各种场景的天线辐射方向需求。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种天线装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的螺旋天线的结构参数示意图；

图3为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之一；

图4为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之二；

图5为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之三；

图6为本申请实施例提供的设置有调谐电路的螺旋天线的结构示意图之一；

图7为本申请实施例提供的设置有调谐电路的螺旋天线的结构示意图之二；

图8为本申请实施例提供的螺旋天线的馈点位置示意图；

图9为本申请实施例提供的一种智能手表的爆炸示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的天线装置和智能手表进行详细地说明。

请参考图1和图2，图1为本申请实施例提供的一种天线装置的结构示意图，图2为本申请实施例提供的螺旋天线的结构参数示意图。本申请实施例提供了一种天线装置，该天线装置包括环形载体11和螺旋天线，其中，环形载体11即呈圆环形状，可以采用非金属介质材料制作，螺旋天线即设置于环形载体11上，螺旋天线的数量至少为一个。所述螺旋天线包括螺旋天线主体12，螺旋天线主体12缠绕在环形载体11上，并且，螺旋天线主体12的螺距P小于螺旋天线主体12的直径D乘以圆周率常数π。

由此，本申请实施例通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响，并能适应各种场景的天线辐射方向需求。故而，本申请实施例中的天线装置可以设置在智能手表等天线空间布局有限的电子设备中。

下面对上述天线装置进行详细介绍分析。

如图2所示，本申请实施例中，螺旋天线主体12的螺距为P，直径为D(该直径D也等于环形载体11的环宽)，总长度为L，起点Z，自起点Z旋转一周后的点Z’，在螺旋天线主体12工作时，有电流1和电流1’，以及电流2和电流2’。

假设螺旋天线和单极天线处于真空中，则一般可以认为电磁波沿螺旋天线主体12的螺旋线以光速C作匀速运动，则从起点Z运动到点Z’所需的时间T可用以下公式表示：

T＝Lzz’/C＝πD/C；

其中，Lzz’表示起点Z到点Z’的螺旋天线主体12的长度，π为圆周率常数。

但是，在实际中，轴向电磁波在螺旋天线上只行进了一个螺距P，则其轴向等效速度V可用以下公式表示：

V＝P/T＝P×C/πD；

由于本申请实施例中螺旋天线主体12的螺距P小于螺旋天线主体12的直径D乘以圆周率常数π，即P＜πD，因此，V＜C。

而在真空中，单极天线的波长为：λ

在天线设计中，单极天线的等效辐射长度和螺旋天线的等效辐射长度为四分之一波长，因此，本申请实施例通过控制螺旋天线主体的螺距P来实现天线的小型化，从而在有限的空间内设置如图1所示的多个螺旋天线(图1中为4个)，而对于采用金属断缝的单极天线而言，相同的空间下最多只能设置2个天线。

由此，本申请实施例通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换。

以智能手表上的天线为例，通常，天线的SAR(Specific Absorption Rate，电磁波吸收比值)对人体的影响大部分取决于切向磁场强度的大小，而磁场强度的大小和电流大小密切相关，采用金属断缝的单极天线的电流全部集中在平行于人体皮肤表面的水平电流，其SAR值较高。

如图2所示，螺旋天线在一个螺距P内有相反方向的电流1(可以分为垂直分量V1和水平分量H1)和电流1’(可以分为垂直分量V1’和水平分量H1’)；垂直分量V1和V1’方向根据右手螺旋定则，其所产生的磁场为平行于手腕表面的切向向量对人体SAR值无贡献；而水平分量H1和H1’根据右手螺旋定则，其所产生的磁场为垂直于手腕表面的法向向量对人体SAR值作为主要贡献。相比于金属断缝的单极天线的全部电流为水平电流，而本申请实施例中的螺旋天线仅有部分电流为垂直电流，因此，本申请实施例中的螺旋天线对人体的SAR值相对较低。

继续参考图2，螺旋天线在一个螺距P内有相反方向的电流2和电流2’(将螺旋天线主体12看做波，则电流2和电流2’位于波峰和波谷附近)，其产生的磁场为垂直于手腕的法向分量，但是由于其方向相反，因此会有部分磁场相互抵消，距离越近，抵消效果越明显，由此，本申请实施例通过调节螺旋天线主体的螺距P，使电流2和电流2’距离越近，从而降低螺旋天线的SAR值。

由此，本申请实施例通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响。

可选的，如图1所示，螺旋天线还包括馈点13，螺旋天线通过馈点13与馈源连接，以实现馈电连接。

请参考图3至图5，图3为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之一，图4为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之二，图5为本申请实施例提供的螺旋天线的辐射方向图之三。本申请的一些实施例中，可以通过调整螺旋天线的直径D来改变螺旋天线的辐射方向图。如图3所示，当螺旋天线的直径D和波长的比值小于0.18时，螺旋天线的辐射方向图接近于全向辐射方向图；如图4所示，当螺旋天线的直径D和波长的比值在0.18～0.46之间时，螺旋天线的辐射方向图接近于轴向辐射方向图；如图5所示，当螺旋天线的直径D和波长的比值大于0.5时，螺旋天线的辐射方向图接近于法向模数螺旋天线的辐射方向图，此时螺旋天线所需要的布局空间相较于图3和图4而言更大，不利于天线的小型化。

因此，本申请的一些实施例中，所述螺旋天线主体的直径与所述螺旋天线在固有频率下的波长的比值小于或等于0.5，也即D/λ≤0.5，从而实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换，故而，本申请实施例中的天线装置可以设置在智能手表等天线空间布局有限的电子设备中。

由此，本申请实施例中，通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换；而螺旋天线主体的螺距越小，其抵消的电流部分越多，从而电流产生的近场的磁场总量越小，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响；而通过调整螺旋天线主体的直径D，能够实现全向辐射、轴向辐射等方向图，以适应各种场景的天线辐射方向需求。

请参考图6和图7，图6为本申请实施例提供的设置有调谐电路的螺旋天线的结构示意图之一，图7为本申请实施例提供的设置有调谐电路的螺旋天线的结构示意图之二。在本申请的另一些实施例中，所述螺旋天线还包括调谐电路14，调谐电路14与螺旋天线主体12连接，调谐电路14可以实现阻抗匹配，以使同一螺旋天线可以接收多种频段的天线信号。也就是说，由于螺旋天线只能覆盖2-3个频段(四分之一波长对应的频段、四分之三波长对应的频段以及四分之五波长对应的频段)，以智能手表为例，其一般需要覆盖2G/3G/4G/5G以及WIFI蓝牙等频段，则需要3个或3个以上的螺旋天线才可实现上述频段的覆盖，而本申请实施例中，通过增设调谐电路14，可以仅通过两个螺旋天线即可覆盖上述频段。

本申请的一些实施例中，所述螺旋天线支持收发2G频段信号、3G频段信号、4G频段信号、5G频段信号、WIFI频段信号、蓝牙频段信号中的至少一者。也就是说，通过上述调谐电路，可以使螺旋天线支持收发以上至少一个频段的天线信号。

本申请的一些实施例中，调谐电路14与所述螺旋天线主体12上的第一点连接，所述第一点与所述螺旋天线主体12上的电流最强点相距小于第一距离阈值。如图6所示，螺旋天线主体12上的电流最强点为馈点13，也就是说，在螺旋天线主体12上存在电流时，馈点13处的电流最强，而所述第一点与馈点13之间的距离小于第一距离阈值，即所述第一点落在以馈点13为原点，半径为某一阈值的范围内，可选的，所述第一距离阈值为5mm，即第一点与馈点13之间的距离范围为0～5mm，较优的，所述第一点即为馈点13，也就是说，馈源经调谐电路14与螺旋天线主体12上的馈点13(即所述第一点)连接。

由此，本申请实施例中，将调谐电路14连接在所述螺旋天线主体12上的电流最强点附近，有利于将螺旋天线的D/λ值设计为小于0.18，使得相应螺旋天线的辐射方向图为全向辐射，此时由于螺旋天线主体12的直径D较小，正向电流2和反向电流2’距离相对较近，结合前述实施例中的分析，可以降低螺旋天线的SAR值，减少对人体的影响。

本申请的另一些实施例中，调谐电路14与所述螺旋天线主体12上的第一点连接，所述第一点与所述螺旋天线主体12上的电场最强点相距小于第二距离阈值。如图7所示，馈源与螺旋天线主体12的连接点为馈点13，而螺旋天线主体12的电场最强点为螺旋天线主体12上与馈点13距离最远的点，也就是说，在螺旋天线主体12产生电场时，螺旋天线主体12上与馈点13距离最远的点处的电场最强，而所述第一点与电场最强点之间的距离小于第二距离阈值，即所述第一点落在以电场最强点为原点，半径为某一阈值的范围内，可选的，所述第二距离阈值为5mm，即第一点与馈点13之间的距离范围为0～5mm，较优的，所述第一点即为螺旋天线主体12上与馈点13距离最远的点(即电场最远点)，也就是说，调谐电路14与螺旋天线主体12上的电场最强点连接。

由此，本申请实施例中，将调谐电路14连接在所述螺旋天线主体12上的电场最强点附近，可以有利于将螺旋天线的D/λ值设计在0.18～0.46之间，使得相应螺旋天线的辐射方向图为轴向辐射，此时，以天线装置设计在智能手表中为例，智能手表佩戴在用户手腕上时，在手臂垂直底面的时候，螺旋天线的轴向辐射方向图朝上(即朝向天空)，而在手臂侧方在桌面上时，螺旋天线的轴向辐射方向图垂直于桌面朝上，有利于跑步等各种场景下的辐射方向图互补，也就是说，通过上述设置，既兼顾了降低螺旋天线的SAR值，又实现了辐射方向图的互补。

本申请的一些实施例中，所述螺旋天线主体的直径与所述螺旋天线在固有频率下的波长的比值大于或等于0.18，且小于或等于0.46。也就是说，0.18≤D/λ≤0.46，此时螺旋天线的辐射方向图为轴向辐射方向图，在该比值范围内，可以通过改变螺旋天线的馈点位置来改变辐射方向图，从而有利于适应各种场景。

请参考图8，图8为本申请实施例提供的螺旋天线的馈点位置示意图。在本申请的一些实施例中，可选的，所述螺旋天线主体的绕线长度为所述螺旋天线在固有频率下的波长的二分之一，所述螺旋天线主体上设置有馈点，所述螺旋天线还包括馈源，所述馈源与所述馈点连接，所述馈点与所述螺旋天线主体的中点之间的距离小于第三距离阈值。示例性的，如图8中左侧虚线框中的螺旋天线，该螺旋天线的绕线长度为该螺旋天线在固有频率下的波长的二分之一，则此时，在螺旋天线主体12上设置馈点13时，馈点13与螺旋天线主体的绕线的中点之间的距离小于第三距离阈值，也就是说，馈点13设置于螺旋天线主体12的绕线中点的附近，可选的，所述第三距离阈值为5mm，即螺旋天线主体12的绕线中点与馈点13之间的距离范围为0～5mm，较优地，馈点13即设置于螺旋天线主体12的绕线中点位置处，在该情况下，该螺旋天线有第三辐射方向图153和第四辐射方向图154，第三辐射方向图153和第四辐射方向图154的频率相同且能够同时产生，即如图8中的坐标系所示，第三辐射方向图153表示从馈点13往X轴的正向的一半螺旋天线为X轴正方向的轴向辐射方位图，第四辐射方向图154表示从馈点13往X轴的负向的一半螺旋天线为X轴负方向的轴向辐射方位图。当馈点13与螺旋天线主体的绕线的中点之间的距离不小于第三距离阈值时，例如馈点13在螺旋天线主体的起点或末点时，螺旋天线产生的X轴正方向的辐射方向图的频率和X轴负方向的辐射方向图的频率不相同。

在本申请的另一些实施例中，可选的，所述螺旋天线主体的绕线长度为所述螺旋天线在固有频率下的波长的四分之一，所述螺旋天线主体上设置有馈点，所述螺旋天线还包括馈源，所述馈源与所述馈点连接，所述馈点设置于所述螺旋天线主体的首端或末端。示例性的，如图8中上方虚线框中的螺旋天线，该螺旋天线的绕线长度为该螺旋天线在固有频率下的波长的四分之一，则此时，在螺旋天线主体12上设置馈点13时，馈点13设置于螺旋天线主体12的首端或者末端，也就是说，馈点13设置于螺旋天线主体12的绕线绕线起点或者绕线终点。在馈点13设置于螺旋天线主体12的首端的情况下(如图8红上方虚线框中的实线的馈点13)，该螺旋天线有第一辐射方向图151，第一辐射方向图151的最大值在Y轴的正方向；在馈点13设置于螺旋天线主体12的末端的情况下(如图8红上方虚线框中的虚线的馈点13)，该螺旋天线有第二辐射方向图152，第二辐射方向图152的最大值在Y轴的负方向。

由此，本申请实施例中，在不增加器件、且将螺旋天线主体的直径和波长的比值D/λ设计在0.18～0.46的情况下，通过改变馈点所在位置来改变其辐射方向图的位置，有利于适应多种场景下的方向图的需求。

可以知道，本申请实施例中，位于环形载体11上的多个螺旋天线可以采用相同的结构，也可以采用不同的结构，其具体设计可以参考上述任一实施例进行组合得到。

总之，在本申请实施例中，通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响，并能适应各种场景的天线辐射方向需求。

请参考图9，图9为本申请实施例提供的一种智能手表的爆炸示意图。可选的，如图9所示，本申请实施例还提供一种智能手表，包括如上述任一实施例中所述的天线装置23，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本申请的一些实施例中，可选的，所述智能手表还包括表壳25和电路板22，其中，所述表壳25呈空心圆柱状，所述天线装置23即设置于所述表壳25内，所述天线装置23的环形载体所在平面与所述表壳25的顶面或者底面平行，也就是说，天线装置23水平放置在表壳25内；而电路板22呈圆片状，所述电路板22同样设置于所述表壳25内，所述天线装置23的螺旋天线与所述电路板22通过弹片连接，也就是说，螺旋天线的馈源可以设置在电路板22上，电路板22与螺旋天线相接的点即为馈点，当然，电路板22上还可以包括控制芯片CPU、射频链路以及传感器芯片等电路结构，同时，电路板22也可以作为螺旋天线的参考地。

可选的，在一些实施例中，所述智能手表还包括显示屏21，显示屏21包括屏幕以及保护屏幕的玻璃盖板等。

可选的，在另一些实施例中，所述智能手表还包括无线充电转换装置24，无线充电转换装置可以将无线充电器的近场能量转换成电流，以对所述智能手表进行充电，实现无线充电功能。

可选的，在再一些实施例中，所述智能手表还包括表带26，表带26与表壳25固定，用于将智能手表穿戴固定在人手上。

总之，在本申请实施例中，通过控制所述螺旋天线主体的螺距以及螺旋天线主体的直径来实现螺旋天线的小型化，可以在有限空间内设置更多的螺旋天线，从而实现多天线的切换，有利于降低天线的SAR值，减少对人体的影响，并能适应各种场景的天线辐射方向需求。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。