CN106252904A - 一种智能穿戴设备 - Google Patents

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CN106252904A CN201610721085.1A CN201610721085A CN106252904A CN 106252904 A CN106252904 A CN 106252904A CN 201610721085 A CN201610721085 A CN 201610721085A CN 106252904 A CN106252904 A CN 106252904A
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熊晓峰
薛宗林
王霖川
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Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

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Abstract

本公开是关于一种智能穿戴设备，包括：天线阵列，用于扫描所述智能穿戴设备佩戴者的体征信息；其中，所述天线阵列包括多个阵元，所述多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化。本公开中的多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化，而多个阵元辐射信号可以在空间中叠加，因此其中相位变化的辐射信号会导致多个阵元辐射信号的相位也随时间变化，从而相对于多个阵元辐射信号的相位不变的情况，能够提高多个阵元辐射信号的扫描角度。从而可以采集更多的样本数据来计算体征信息，而根据更多的样本数据则可以更加准确地计算体征信息。

Description

一种智能穿戴设备
技术领域
本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种智能穿戴设备。
背景技术
当前的穿戴设备，例如手表、手环等，具备越来越多的功能，例如具备检测佩戴者脉搏的功能。
相关技术中一般通过在穿戴设备中设置天线，向佩戴者辐射信号，并接收反射的信号，根据发射和接受的信号的差异确定佩戴者的脉搏。
但是由于相关技术中的穿戴设备是通过一根天线检测脉搏，能够检测的面积较小，因此其仅能根据较小面积范围内的信号的差异确定脉搏，计算的脉搏所依据的数据较少，计算结果的准确度不高。
发明内容
本公开提供一种智能穿戴设备装，以解决相关技术中的不足。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种智能穿戴设备，包括：
天线阵列，用于扫描所述智能穿戴设备佩戴者的体征信息；
其中，所述天线阵列包括多个阵元，所述多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化。
可选地，所述天线阵列还包括：
馈点，电连接于所述多个阵元中辐射信号的相位不随时间变化的阵元；
至少一个移相器，其中每个移相器分别电连接于对应的辐射信号的相位随时间变化的阵元和所述馈点。
可选地，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位随时间变化。
可选地，所述多个阵元中相邻阵元辐射信号的相位差值相同。
可选地，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位差值的变化范围为-90°至90°。
可选地，所述多个阵元中每个阵元的工作波长λ相等，且相邻阵元的间距d相等。
可选地，d≤λ。
可选地，所述多个阵元中每个阵元的长度L＝λ/4。
可选地，所述天线阵列包括三个阵元。
可选地，每个所述阵元为单极子天线。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本公开中的多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化，而多个阵元辐射信号可以在空间中叠加，因此其中相位变化的辐射信号会导致多个阵元辐射信号的相位也随时间变化，从而相对于多个阵元辐射信号的相位不变的情况，能够提高多个阵元辐射信号的扫描角度。从而可以采集更多的样本数据来计算体征信息，而根据更多的样本数据则可以更加准确地计算体征信息。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种智能穿戴设备的示意结构图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种智能穿戴设备的示意结构图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种天线阵列信号的辐射方向的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的另一种天线阵列信号的辐射方向的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种智能穿戴设备的示意结构图，该智能穿戴设备可以由用户佩戴，例如该智能穿戴设备可以是智能手表、智能手环、智能头环等。如图1所示，该智能穿戴设备包括：
天线阵列1，用于扫描所述智能穿戴设备佩戴者的体征信息。
在一个实施例中，以智能穿戴设备为智能手表为例，天线阵列可以设置在智能手表上未设置显示器(图中未示出)的区域，以避免显示器中的金属器件影响天线阵列的性能。
在一个实施例中，体征信息包括血液信息、脉搏信息、心率信息等。天线阵列可以通过向佩戴者辐射信号，并接收由佩戴者反射的信号，根据辐射的信号和接受的信号的差异确定佩戴者的体征信息。
其中，所述天线阵列1包括多个阵元11，所述多个阵元11中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化。
在一个实施例中，天线阵列可以包括三个阵元(如图1所示)，当然，也可以根据需要设置天线阵列包括阵元的数量。
在一个实施例中，阵元可以是单极子天线、IFA(倒F)天线、环形天线等天线，阵元可以沿着智能穿戴设备的长度方向设置，并可以随着智能穿戴设备弯曲而弯曲。
在一个实施例中，阵元辐射信号的相位可以随时间按照预设规律变化，也可以不按照预设规律变化。其中，预设规律可以是正弦曲线、余弦曲线、方波、三角波等。
由于单一天线的扫描角度有限，例如对于一个单极子天线而言，虽然其方向图为一个圆，也即在方位面内是全方向性的。但是在向用户辐射信号和接收反射信号时，只有在到达用户皮肤时仍具有一定强度的信号才能有效地根据体征信息产生变化，并在反射时被天线接收。因此仅在一定角度范围内(例如60°)的信号才能实现对用户体征信息的扫描，这就导致了天线的扫描角度较小，计算体征信息所参照的样本数据较少，计算结果准确度不高。
在一个实施例中，由于多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化，而多个阵元辐射信号可以在空间中叠加，因此其中相位变化的辐射信号会导致多个阵元辐射信号的相位也随时间变化，从而相对于多个阵元辐射信号的相位不变的情况，能够提高多个阵元辐射信号的扫描角度。从而可以采集更多的样本数据来计算体征信息，而根据更多的样本数据则可以更加准确地计算体征信息。
图2是根据一示例性实施例示出的一种智能穿戴设备的示意结构图。如图2所示，在图1所示实施例的基础上，所述天线阵列1还包括：
馈点12，电连接于所述多个阵元11中辐射信号的相位不随时间变化的阵元。
在一个实施例中，馈点电连接于射频模块，用于向阵元传输射频信号。
至少一个移相器13，其中每个移相器13分别电连接于对应的辐射信号的相位随时间变化的阵元11和所述馈点12。
在一个实施例中，如图2所示，天线阵列包括三个阵元，其中左侧的阵元和右侧的阵元辐射信号的相位随时间变化，通过在这两个阵元和馈点之间分别设置移相器，可以通过移相器方便地调整从馈点传输至阵元的信号的相位，以使对应的阵元辐射信号的相位随时间变化。而中间的阵元辐射信号的相位不随时间变化，因此可以将该阵元直接电连接于馈点，将来自馈点的射频信号辐射出去。
可选地，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位随时间变化。
由于天线阵列信号的辐射方向是由每个阵元辐射信号叠加后的方向确定的，而当多个阵元中只有少数几个阵元辐射信号的方向随时间变化时，引起的天线阵列信号的辐射方向的改变并不大，难以有效地提高天线阵列的扫描角度。
在一个实施例中，通过设置多个阵元中每个阵元辐射信号的限位都随时间变化，可以保证天线阵列信号的辐射方向受到所有阵元辐射信号的方向改变的影响而产生较大地改变，从而有效地提高天线阵列的扫描角度。
在一个实施例中，该天线阵列可以是一个相控阵天线。
可选地，所述多个阵元中相邻阵元辐射信号的相位差值相同。
在多个阵元中每个阵元辐射信号的相位都随时间变化的情况下，虽然每个阵元辐射信号的相位的改变，都可以影响天线阵列信号的辐射方向，但是由于每个阵元辐射信号的相位变化情况不同，因此可能存在两个阵元辐射信号的相位变化相互抵消的情况。
在一个实施例中，通过设置多个阵元中相邻阵元辐射信号的相位差值相同，可以保证每个阵元辐射信号的相位的改变，对天线阵列信号的辐射方向的影响都是相同的，从而使得天线阵列信号的辐射方向能够根据每个阵元辐射信号的相位的变化规律而变化，避免了两个阵元辐射信号的相位变化相互抵消而缩小天线阵列的扫描角度，同时还实现对天线阵列信号的辐射方向的准确控制。
可选地，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位差值的变化范围为-90°至90°。
在一个实施例中，在多个阵元中相邻阵元辐射信号的相位差值相同的前提下，进一步设置每个阵元辐射信号的相位差值的变化范围为-90°至90°，可以使得天线阵列信号的辐射方向在-90°至90°之间变化。
图3是根据一示例性实施例示出的一种天线阵列信号的辐射方向的示意图。图4是根据一示例性实施例示出的另一种天线阵列信号的辐射方向的示意图。
如图3所示，当相邻阵元辐射信号的相位差为0时，天线阵列信号的辐射方向为竖直向下，也即垂直于佩戴者的手臂朝佩戴者传播信号。
如图4所示，当相邻阵元辐射信号的相位差为30°时，天线阵列信号的辐射方向与竖直方向夹角为30°。
从而当每个阵元辐射信号的相位差值的在-90°至90°之间变化时，天线阵列信号的辐射方向与竖直方向夹角也在-90°至90°之间变化，也即能够扫描天线阵列所处平面以下的180°的区域，从而极大拓展了所能采集的样本数据，进而可以更加准确地根据样本数据计算体征信息。
可选地，所述多个阵元中每个阵元的工作波长λ相等，且相邻阵元的间距d相等。
在一个实施例中，可以通过一个馈点向每个阵元传输射频信号，以使每个阵元接收到的射频信号频率相等，从而使得每个阵元的工作波长λ相等。
在一个实施例中，在多个阵元中每个阵元辐射信号的相位随时间变化，且相邻阵元辐射信号的相位差值相同的情况下，通过将每个阵元的工作波长λ设置为相等，并将相邻阵元的间距d设置为相等，可以保证对不同阵元辐射信号的相位进行的调节，能够对天线阵列信号的辐射方向产生相同的影响。据此可以通过对不同阵元辐射信号的相位进行调节，方便地调节天线阵列信号的辐射方向。
可选地，d≤λ。
在一个实施例中，将阵元之间的距离d设置为小于或等于阵元的工作波长λ，可以保证天线阵列的扫描半径足够长，也即保证辐射的信号能够达到佩戴者，从而有效地采集与体征相关的样本参数。
可选地，所述多个阵元中每个阵元的长度L＝λ/4。
在一个实施例中，通过将每个阵元的长度L设置为四分之一工作波长，可以保证每个阵元的发射和接收效率最高。
可选地，所述天线阵列包括三个阵元。
在一个实施例中，天线阵列设置在智能手表或智能手环上。由于智能手表或智能手环的宽度有限，一方面为了保证阵元长度L与阵元工作波长λ满足L＝λ/4的关系，因此难以将阵元垂直于设置于智能手表或智能手环，另一方面不宜将每个阵元之间的间距设置的过小而导致阵元之间相互耦合产生不良影响，因此难以在平行于智能手表或智能手环的方向上设置过多的阵元。而通过设置三个阵元构成天线阵列，一方面能够使天线阵列有效地作为相控阵天线进行扫描，另一方面数量较少的阵元适应于智能手表或智能手环结构进行设置。
可选地，每个所述阵元为单极子天线。
在一个实施例中，单极子天线结构简单，易于设置，便于适应智能手表或智能手环结构进行设置。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种智能穿戴设备，其特征在于，包括：
天线阵列，用于扫描所述智能穿戴设备佩戴者的体征信息；
其中，所述天线阵列包括多个阵元，所述多个阵元中的至少一个阵元辐射信号的相位随时间变化。
2.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述天线阵列还包括：
馈点，电连接于所述多个阵元中辐射信号的相位不随时间变化的阵元；
至少一个移相器，其中每个移相器分别电连接于对应的辐射信号的相位随时间变化的阵元和所述馈点。
3.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位随时间变化。
4.根据权利要求3所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述多个阵元中相邻阵元辐射信号的相位差值相同。
5.根据权利要求4所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述多个阵元中每个阵元辐射信号的相位差值的变化范围为-90°至90°。
6.根据权利要求3所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述多个阵元中每个阵元的工作波长λ相等，且相邻阵元的间距d相等。
7.根据权利要求6所述的智能穿戴设备，其特征在于，d≤λ。
8.根据权利要求6所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述多个阵元中每个阵元的长度L＝λ/4。
9.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述天线阵列包括三个阵元。
10.根据权利要求1所述的智能穿戴设备，其特征在于，每个所述阵元为单极子天线。
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