摘要
智能手表因集成了强大的功能和出色的通信系统得到快速发展。天线是手表进行通信的关键，其性能的优劣直接决定手表的通信性能。然而，智能手表的空间尺寸较小，留给天线设计的空间有限，要求手表天线具有多频、宽带及低剖面等特点。另外，手表天线工作在手臂有损介质的环境下，对天线的辐射效率和辐射方向提出了更高的要求。针对上述问题，本文展开以下研究： 本文针对手表结构紧凑、天线性能易受损耗介质影响等问题，提出一种低剖面、低损耗、双频手表天线。首先，本文根据磁偶极子宽带、稳定的辐射性能等特点设计了具有磁偶极子性质的单环天线；其次，在单环天线结构基础上设计了基于开口谐振器（SplitRingResonator，SRR）结构的耦合环天线，外环开口形成的电容效应中和环路自身的电感，改善了高频2.4GHz附近的阻抗匹配，并在低频750MHz附近激发出偶极子模式；最后，为与手表结构共形，将天线结构改为圆环形，并对内金属环使用曲流技术延长低频的电流路径，降低了天线整体尺寸。通过调整内外环的间距以及外环开口的宽度等实现了低剖面、双频手表天线设计。天线加载手臂时的工作频段为697~1045MHz和2.08~2.57GHz，低频谐振点和高频谐振点的辐射效率分别为-11dB和-8dB。 此外，针对目前智能手表的GPS定位功能等应用需求，考虑佩戴者佩戴手表的左右手习惯不同，本文提出一种基于全金属手表边框的方向图可重构GPS手表天线。首先，根据特征模理论分析了手表基础结构的特征模式，采用合适的馈电方式激励目标模式，设计了一种工作在GPSL1频段的金属框手表天线；其次，采用激光直接成型（LaserDirectStructuring，LDS）技术，提出L型辐射结构，与金属边框形成了缝隙天线，并通过接地点形成全波长模式的环天线；再次，为实现方向图可重构，通过切换两个环路轮流工作使天线辐射模式发生改变，实现了指定方向辐射功率占比超过60%的强辐射，并且环天线和缝隙天线组合工作提高了带宽，另外分析了该天线在低频的效率提升问题，为实际工程中提高天线效率提供了理论指导；最后，对该手表天线进行了加工测试，两个辐射模式在加载手臂的情况下实测效率分别达到-6.78dB和-7.09dB，辐射方向图实现了重构，测量结果和仿真结果吻合良好。 综上，本文针对智能手表空间尺寸小、天线效率易受手臂影响以及佩戴习惯不同导致GPS信号差等问题提出了两种手表天线，提升了天线的工作带宽并降低了天线结构剖面，实现了天线辐射方向重构，为智能手表天线提供了有价值的设计指导。
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