用于可穿戴电子设备和导电壳体的缝隙天线设计的方法技术

一种可穿戴计算设备，可包括缝隙天线，所述缝隙天线由以下形成：壳体(诸如高导电性壳体)和高导电性壳体内的PCB之间的间隙，以及高导电性支架和PCB之间的背腔，或者高导电性支架和高导电性壳体之间的背腔。印刷电路板通过匹配电路和直接馈电耦接到高导电性支架或高导电性壳体。所述PCB定位在所述设备的显示窗口附近，在电池和高导电性支架的上方。这种配置允许在显示窗口中具有相对小的死区、更大的PCB、紧凑且机械上简单的配置以及优异的防水性。

Design Method of Slot Antenna for Wearable Electronic Equipment and Conductive Shell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可穿戴电子设备和导电壳体的缝隙天线设计的方法相关申请的交叉引用本公开涉及于2014年5月29日提交并于2014年9月18日公开的题为“HybridRadioFrequency/InductiveLoopAntenna”的美国专利公开No.2014/0266939，其全部内容通过引用并入本文，形成本说明书的一部分以用于所有目的(并作为本说明书的附录包括在内)。本申请要求于2016年12月14日提交的美国临时专利申请No.62/433994的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。背景
本公开大体上涉及可穿戴电子设备领域，更具体地涉及用于可穿戴电子设备的天线。相关技术描述现代电子设备通常包括一个或多个射频天线，以促进与其他电子设备的无线通信。例如，在小型可穿戴电子设备中，天线可以被配置为装配在受限制的封套内，同时仍然提供期望的发射和接收特性。附图说明出于说明性目的，在随附附图中描绘了各种实施方式，并且绝不应将其解释为对本专利技术范围的限制。另外，可以组合公开的不同实施方式的各种特征以形成另外的实施方式，这些实施方式是本公开的一部分。在所有附图中，可以重复使用附图标记来指示参考元件之间的对应关系。图1示出了在金属壳体内具有金属板的示例性可穿戴电子设备的俯视图，形成由单极天线激励的缝隙天线。图2示出了图1的可穿戴电子设备的俯视图，其中示出了显示器和窗口下面的缝隙天线的相对位置。图3示出了沿可穿戴电子设备的宽度截取的图1的可穿戴电子设备的剖面。图4示出了沿可穿戴电子设备的长度截取的图1的可穿戴电子设备的剖面。图5示出了图1的可穿戴电子设备的俯视图，其中在金属板的顶部具有NFC(NearFieldCommunication，近场通信)天线。图6示出了图1的可穿戴电子设备的俯视图，其中在金属板的顶部示出触摸模块和显示模块，并指示了显示器的最靠近单极天线的一侧的死区，所述单极天线具有公开的天线配置。图7-图9示出了各种视图的印刷电路板，其具有耦接到单极天线的馈电夹，以驱动缝隙天线。图10A-图10B示出了金属板的另一示例性实施方式，所述金属板被配置为在金属壳体内形成缝隙天线。图11示出了示例性可穿戴电子设备的剖面，其具有与图10A-图10B的金属板类似配置的金属板。图12A示出了示例性塑料支架，所述塑料支架将电池在金属壳体内固定就位。图12B示出了可穿戴电子设备的示例性金属壳体，所述金属壳体具有如本文所述的缝隙天线。图13A、图13B和图13C示出了用于可穿戴电子设备的单极激励缝隙天线设计的示例的模拟结果。图14A和图14B示出了另一示例性可穿戴电子设备的俯视图和剖面，该另一示例性可穿戴电子设备在金属壳体内具有金属板，形成由来自印刷电路板的直接馈电激励的缝隙天线。图15A、图15B、图15C和图15D分别示出了另一示例性可穿戴电子设备的沿其宽度的剖面、俯视图、透视图和沿其长度的剖面，该另一示例性可穿戴电子设备在金属壳体内具有金属支架，形成有可以由单极天线激励的缝隙天线，并且在印刷电路板和金属支架之间具有背腔(介电间隙)。图16A和图16B分别示出了促进天线频率调谐的金属支架的示例性实现方式。图17示出了针对多个突片配置的回波损耗的模拟结果。图18A、图18B、图18C、图18D和图18E示出了将金属支架连接到金属壳体的三个接地点。图19示出了沿另一示例性可穿戴电子设备的宽度的剖面，该另一示例性可穿戴电子设备在金属壳体内具有金属支架，形成由来自印刷电路板的直接馈电激励的缝隙天线，其中所述直接馈电连接到印刷电路板和金属壳体，并且在印刷电路板和金属支架之间具有背腔(介电间隙)。图20示出了沿另一示例性可穿戴电子设备的宽度的剖面，该另一示例性可穿戴电子设备在金属壳体内具有金属支架，形成由来自印刷电路板的直接馈电激励的缝隙天线，其中所述直接馈电连接到印刷电路板和金属支架，并且在印刷电路板和金属支架之间具有背腔(介电间隙)。图21示出了沿另一示例性可穿戴电子设备的宽度的剖面，该另一示例性可穿戴电子设备在金属壳体内具有金属支架，形成由来自印刷电路板的直接馈电激励的缝隙天线，其中所述直接馈电连接到印刷电路板和金属壳体，并且在金属支架和金属壳体之间具有背腔(介电间隙)。具体实施方式本文提供的标题仅为了方便起见，并不一定影响本专利技术要求保护的范围或含义。各附图中相同的附图标记和指示可以表示或不表示相同的元件。尽管下面公开了某些优选的实施方式和示例，但是专利技术的主题超出了具体公开的实施方式而延伸到其他替代实施方式和/或用途以及其修改和等同物。因此，本文可能出现的权利要求的范围不受下面描述的任何特定实施方式的限制。例如，在本文公开的任何方法或过程中，该方法或过程的动作或操作可以以任何合适的序列执行，并且不必限于任何特定的公开序列。可以以有助于理解某些实施方式的方式依次将各种操作描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是依赖于顺序的。另外，本文描述的结构、系统和/或设备可以体现为集成部件或单独部件。出于比较各种实施方式的目的，描述了这些实施方式的某些方面和优点。不一定所有这些方面或优点都通过任何特定实施方式实现。因此，例如，各种实施方式可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文还可以教导或建议的其他方面或优点的方式来执行。概观包括腕戴式生物识别监测设备的生物识别监测设备可以被配置为向一个或多个单独电子设备发送生物识别数据和其他数据，和从一个或多个单独电子设备接收生物识别数据和其他数据。为了无线地发送和接收数据，这种监测设备需要在设备中使用一个或多个天线。这可能会带来各种问题。例如，天线可能在显示窗口中需要死区或非有效区域。天线会占据金属(和/或导电)壳体内的大量空间，或者会形成部件的一种配置，在该配置中减小了电源、电源电池和/或电池的大小，从而减少了设备的电池寿命。一些天线至少会部分地位于金属壳体的外部，使得设备的防水或耐游泳变得困难、昂贵或不切实际。一些天线设计在显示窗口上施加向上或向外的力，导致显示窗口随时间与金属壳体分离，这可能导致设备变得不再防水和/或耐游泳。最后，一些天线设计可能具有不期望的机械复杂性和/或是昂贵的。因此，本文公开了具有单极激励缝隙天线设计的可穿戴设备和生物识别监测设备的实施方式，其解决了上述问题中的一个或多个。本文公开了用于可穿戴电子设备的天线架构。所公开的天线架构包括两部分。首先，天线架构包括单极天线，所述单极天线在塑料载体上具有单极辐射器，所述塑料载体实现在设备的金属壳体内的显示区域的顶部处。单极辐射器通过印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)上的天线夹连接到射频(radiofrequency，RF)引擎。单极天线可以实现为组装在例如塑料载体上的柔性薄膜天线辐射器。单极辐射器可以产生电磁场以引发缝隙天线发射或接收射频信号。可以将天线设计成具体地接收(或发射)用于天线设计所支持的(一个或多个)无线通信协议的(一个或多个)频带内的频率的射频能量，并且天线还可以设计成不具体地接收(或发射)所述(一个或多个)频带之外的频率的射频能量。天线可以凭借其物理几何形状和限定该几何形状的尺寸来实现这种选择性。其次，天线架构包括由金属(和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算设备，包括：导电壳体，所述导电壳体具有一个或多个内表面；电源；导电支架，所述导电支架具有一个或多个边缘或表面，所述导电支架的所述一个或多个边缘或表面与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙；单极天线；天线匹配电路；印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有一个或多个边缘，所述PCB的所述一个或多个边缘与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙，所述间隙的一部分形成缝隙天线，所述PCB通过所述天线匹配电路耦接到所述单极天线并被配置为驱动单极辐射器，其中，由所述单极天线产生的电磁场引发所述缝隙天线发射或接收射频信号，此外其中所述PCB和所述导电支架之间形成有背腔，所述背腔包括介电间隙并促进所述缝隙天线的谐振；以及所述导电壳体内的显示器，其中所述显示器的死区与所述单极天线的死区重叠；其中，所述电源、所述导电支架、所述单极天线、所述天线匹配电路以及所述PCB在所述导电壳体内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.14 US 62/433,9941.一种计算设备，包括：导电壳体，所述导电壳体具有一个或多个内表面；电源；导电支架，所述导电支架具有一个或多个边缘或表面，所述导电支架的所述一个或多个边缘或表面与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙；单极天线；天线匹配电路；印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有一个或多个边缘，所述PCB的所述一个或多个边缘与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙，所述间隙的一部分形成缝隙天线，所述PCB通过所述天线匹配电路耦接到所述单极天线并被配置为驱动单极辐射器，其中，由所述单极天线产生的电磁场引发所述缝隙天线发射或接收射频信号，此外其中所述PCB和所述导电支架之间形成有背腔，所述背腔包括介电间隙并促进所述缝隙天线的谐振；以及所述导电壳体内的显示器，其中所述显示器的死区与所述单极天线的死区重叠；其中，所述电源、所述导电支架、所述单极天线、所述天线匹配电路以及所述PCB在所述导电壳体内。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述显示器的死区和所述单极天线的死区各自包括一定空间，所述空间在所述导电壳体的内表面和所述导电支架的边缘或表面之间。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单极天线的死区在所述显示器的死区内。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单极天线的死区位于所述显示器的顶部的限定距离内。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述缝隙天线形成在所述导电支架的多于两个的边缘或表面处。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述缝隙天线不直接由物理耦接到所述PCB的天线馈电激励。7.根据权利要求1所述的设备，还包括近场通信天线，其中，所述近场通信天线在所述导电壳体内的所述电源上方，并且在所述显示器下方。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电源至少部分地被所述导电支架包封，使得所述电源的底表面与所述导电支架的顶表面相邻，并且在所述导电壳体内，其中所述PCB在所述导电支架下方。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导电支架包括在所述缝隙天线的第一端部处的第一接地连接部以及在所述缝隙天线的第二端部处的第二接地连接部，所述第一接地连接部和所述第二接地连接部被配置为电耦接所述导电支架和所述导电壳体。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述导电支架还包括第三接地引脚，所述第三接地引脚横跨所述导电支架和所述导电壳体之间的间隙，其中所述间隙不在形成所述缝隙天线的间隙的一部分中。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述缝隙天线完全设置在所述导电壳体内，并且所述显示器耦接到所述导电壳体，形成防水密封。12.根据权利要求1所述的设备，还包括在显示窗口和所述显示器之间的触摸传感器。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述PCB在围绕所述PCB的周界的多个点处接地到所述导电壳体，并且在所述导电壳体的底部附近。14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电源至少部分地被所述导电支架包封，使得所述电源的顶表面与所述导电支架的底表面相邻，并且在所述导电壳体内，其中所述PCB在所述电源下方。15.一种计算设备，包括：导电壳体，所述导电壳体具有一个或多个内表面；电源；导电支架，所述导电支架至少部分地在所述电源上方并且包封所述电源的至少一部分，使得所述电源的顶表面与所述导电支架的底表面相邻；印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有一个或多个边缘，所述PCB的所述一个或多个边缘与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙，所述间隙的一部分形成缝隙天线，其中所述PCB和所述导电支架之间形成有背腔，所述背腔包括介电间隙并促进所述缝隙天线的谐振；以及直接馈电，所述直接馈电将所述PCB上的匹配电路耦接到所述导电支架，其中所述直接馈电被配置为引发所述缝隙天线发射或接收射频信号，此外其中所述电源、所述导电支架、所述PCB以及所述直接馈电在所述导电壳体内。16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述缝隙天线形成在所述PCB的多于两侧处。17.根据权利要求15所述的设备，还包括近场通信天线，其中，所述近场通信天线在所述导电壳体内的显示器下方，并且在所述PCB上方。18.根据权利要求15所述的设备，进一步地，其中所述导电支架在所述PCB下方，并且在围绕所述导电支架的周边的多个位置处接地到所述导电壳体，并且定位在高导电性壳体的底部附近。19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述PCB包括在所述缝隙天线的第一端部处的第一接地连接部以及在所述缝隙天线的第二端部处的第二接地连接部，所述第一接地连接部和所述第二接地连接部被配置为电耦接所述PCB和所述导电壳体。20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述PCB还包括第三接地引脚，所述第三接地引脚横跨所述PCB和所述导电壳体之间的间隙，所述PCB和所述导电壳体之间的所述间隙不在形成所述缝隙天线的间隙的一部分中。21.一种计算设备，包括：导电壳体，所述导电壳体具有一个或多个内表面；电源；导电支架，所述导电支架具有一个或多个边缘或表面，所述导电支架的所述一个或多个边缘或表面与所述导电壳体的所述一个或多个内表面之间形成间隙；天线匹配电路；印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏永华，K·李，P·J·马尔坎，艾伦·于力·王，泰穆·塔内利·拉法埃尔·凯波宁，C·K·约安努，
申请(专利权)人：菲特比特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US