CN106159433A - 无线电子穿戴式设备及其天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线电子穿戴式设备及其天线结构。该天线结构包括金属环状天线与印刷电路板。印刷电路板的信号源是通过馈入元件连接于金属环状天线，以将信号源所发出的电磁波信号传送至金属环状天线。金属环状天线是通过接地元件连接于印刷电路板的接地端。并且，金属环状天线与印刷电路板之间相隔一道缝隙，缝隙的距离大于0.1mm。

Description

无线电子穿戴式设备及其天线结构

技术领域

本发明乃涉及一种无线电子设备及其天线结构，特别涉及一种可穿戴式或便携带式的无线电子设备及其天线结构。

背景技术

目前的无线电子可穿戴式设备由于需要和多种外部设备，例如：智能手机，进行无线通信，所以至少需要一个以上的天线来进行信号传输。然而，由于金属壳体会屏蔽电磁波信号，所以现有的无线电子可穿戴式设备只能采用不导电的塑胶材料作为壳体的设计，而不选择采用相对而言较为结实耐用的金属材料作为壳体的设计。

举例来说，虽然目前市面上销售的传统手表均采用金属材料作为壳体的设计，以使得产品得以美观、坚固、防水。但目前市面上销售的智能手表等智能无线电子可穿戴式设备均需具有无线通信功能，因此于设备中便必须至少设置有一个天线，然而，出于天线辐射能量的考量，产品壳体(在天线部分)便必须设计成不导电也不会屏蔽天线信号的材料，如塑料、玻璃、陶瓷等，且于此情况下，用以使产品能穿戴于使用者身上的带状扣环便须以金属材料制成，以作为产品的天线结构的开口部分。

发明内容

本发明实施例提供一种无线电子穿戴式设备的天线结构，包括金属环状天线、印刷电路板、底座与附加金属环。金属环状天线是形成无线电子穿戴式设备的上壳体。印刷电路板的信号源是通过馈入元件连接于金属环状天线，以将信号源所发出的电磁波信号传送至金属环状天线，且金属环状天线是通过接地元件连接于印刷电路板的接地端。底座是由绝缘材料制成，以作为无线电子穿戴式设备的下壳体。附加金属环是由印刷电路板延伸并嵌入底座。其中，金属环状天线与印刷电路板之间相隔一道缝隙，且缝隙的距离大于0.1mm。

本发明实施例另提供一种无线电子穿戴式设备，包括有天线结构，用以与外部设备进行无线通信。无线电子穿戴式设备的天线结构包括金属环状天线、印刷电路板、底座与附加金属环。金属环状天线是形成无线电子穿戴式设备的上壳体。印刷电路板的信号源是通过馈入元件连接于金属环状天线，以将信号源所发出的电磁波信号传送至金属环状天线，且金属环状天线是通过接地元件连接于印刷电路板的接地端。底座是由绝缘材料制成，以作为无线电子穿戴式设备的下壳体。附加金属环是由印刷电路板延伸并嵌入底座。其中，金属环状天线与印刷电路板之间相隔一道缝隙，且缝隙的距离大于0.1mm。

综上所述，本发明实施例提供的天线结构的设计使得无线电子穿戴式设备的外壳即便由金属材料制成也能不受天线屏蔽现象的影响，既能保持信号传输的品质，也能兼顾设备外观设计上的美感。同时，本发明实施例提供的无线电子穿戴式设备的天线结构具有一个高频操作频段与一个低频操作频段，无论无线电子穿戴式设备与使用者人体接触的部分是以金属材料或绝缘体材料制成，无线电子穿戴式设备均可以稳定地于两个使用频带之一下俱有良好的信号传输品质。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线核心结构的示意图。

图2是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的剖面图。

图3是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构中馈入元件与接地元件的设置位置的示意图。

图4A是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的剖面图。

图4B是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的示意图。

图5是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的反射损失的曲线图。

图6是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的辐射效率的曲线图。

附图标记说明：

11：金属环状天线

12：印刷电路板

21：底座

22：附加金属环

23：馈入元件

24：接地元件

4：无线电子穿戴式设备

41：金属环状天线

42：印刷电路板

43：馈入元件

44：接地元件

45：附加金属环

46：底座

47：带状扣环

G：缝隙

具体实施方式

在下文将参看说明书附图更充分地描述各种例示性实施例，在说明书附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在诸附图中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

以下将以多种实施例配合附图来说明所述无线电子穿戴式设备及其天线结构，然而，下述实施例并非用以限制本发明。

〔无线电子穿戴式设备的天线结构的实施例〕

请参照图1，图1是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线核心结构的示意图。如图1所示，于本实施例中，无线电子穿戴式设备的天线的核心结构包括有金属环状天线11与印刷电路板12，且两者以层叠方式设置。进一步说明，印刷电路板12的信号源(未图示)是通过馈入元件连接于金属环状天线11，以将信号源所发出的电磁波信号传送至金属环状天线11，且金属环状天线11是通过接地元件24连接于印刷电路板12的接地端(未图示)。值得注意的是，金属环状天线11与印刷电路板12之间相隔有一道缝隙G，且缝隙G的距离大于0.1mm。

图1所绘示的无线电子穿戴式设备的天线核心结构是可应用于多种无线电子穿戴式设备，例如：智能手表，以使无线电子穿戴式设备与外部设备进行信号传输时能具有良好的信号传输品质。因此接下来便要进一步说明本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构于无线电子穿戴式设备上的设计。

请参照图2，图2是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的剖面图。如图2所示，除了金属环状天线11与印刷电路板12之外，无线电子穿戴式设备的天线结构还包括了由绝缘材料制成的底座21。于本实施例中，底座21是形成无线电子穿戴式设备的下壳体，且金属环状天线11是形成无线电子穿戴式设备的上壳体，使得无线电子穿戴式设备不仅得以具有金属质感的美观外型，更可以兼顾防水性与耐用性。

然而，需说明的是，就常理而言，由金属材料制成的无线电子穿戴式设备的上壳体会屏蔽电磁波信号，影响信号传输的品质，因此于传统的设计上，为了不影响电磁波信号的传输，均采用绝缘材料，如：塑胶，以制成无线电子穿戴式设备的上壳体。为解决上述问题，于本实施例中，无线电子穿戴式设备的天线结构又进一步地包括了附加金属环22，附加金属环22是由印刷电路板12延伸并嵌入由绝缘材料制成的底座21内，此种结构设计可以大大地降低无线电子穿戴式设备的金属制上壳体所造成的天线屏蔽现象，如此一来，无线电子穿戴式设备便可采用金属外壳的设计，不仅俱有金属质感的美观性，也具有金属材质的坚固性与耐用性。

接着，请同时参照图2与图3，图3是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构中馈入元件与接地元件的设置位置的示意图。首先，如图2与图3所示，印刷电路板12的信号源(未图示)是通过馈入元件23将电磁波信号传输至用以形成无线电子穿戴式设备的外壳的金属环状天线11，且金属环状天线11另通过接地元件连接于印刷电路板12的接地端(未图示)。尤其如图3所示，馈入元件23连接于印刷电路板12的信号源的位置与接地元件24连接于印刷电路板12的接地端的位置是位于同一圆上的两个相对的位置,从而使得电路板12的信号源的位置与印刷电路板12的接地端的位置之间的距离较远，从于而有利于减少两个位置之间的信号干扰。并且，接地元件24为多个的接地点，且该多个接地点是设置于印刷电路板上的多个特定位置，此种天线结构设计有助于提高天线的工作性能。

补充说明，前述本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构是属于槽孔天线(slot antenna)的形式设计，然本发明于此并不限定。也就是说，本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构亦可采用切口天线(notchantenna)的形式设计，并且通过调整天线结构的切口长度来设计特定的共振频率。

另一方面，本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构亦可采用一种双环结构的设计。也就是说，除了利用前述的附加金属环的设计来降低无线电子穿戴式设备的金属制上壳体所造成的天线屏蔽现象外，于印刷电路板与附加金属环的下层还可以设置一个第二附加金属环(未图示)，以作为寄生单元，达到增加操作频段的频宽的目的，但本发明于此并不限定。

此外，于本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构中，电磁波信号是经由馈入元件直接馈入金属环状天线，但本发明于此并不限制，换句话说，于本实施例中，电磁波信号亦可通过耦合馈入或感应馈入的方式将信号传输至金属环状天线。

〔无线电子穿戴式设备的实施例〕

本发明实施例提供的天线结构的设计主要是应用于多种无线电子穿戴式设备，例如：智能手表或其他智能电子产品。因此，为方便说明本实施例中的无线电子穿戴式设备，本实施例是以智能手表作为举例，但本发明于此并不限制。

请参照图4A与图4B，图4A是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的剖面图，且图4B是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的示意图。

首先，由图4A可以清楚的理解本发明实施例中无线电子穿戴式设备4中的天线结构。如图4A所示，天线结构是包括有金属环状天线41、印刷电路板42、馈入元件43、接地元件44、附加金属环45与底座46。为了进行电磁波信号的传输，印刷电路板42的信号源是通过馈入元件43连接于金属环状天线41，以将信号源所发出的电磁波信号传送至金属环状天线41，且金属环状天线41是通过接地元件44连接于印刷电路板42的接地端。此外，金属环状天线41与印刷电路板42之间相隔一道缝隙G，且缝隙G的距离大于0.1mm。天线结构的底座46是由绝缘材料(如：塑胶)制成，以作为无线电子穿戴式设备4的下壳体，同时，天线结构的金属环状天线41是形成无线电子穿戴式设备4的一上壳体。此外，于天线结构中，附加金属环45是由印刷电路板42延伸并嵌入底座46内。

接着，请同时参照图4A与图4B所示，于本实施例中，无线电子穿戴式设备(如：智能手表)包含有前述实施例所述的无线电子穿戴式设备的天线结构，除此之外，无线电子穿戴式设备的天线结构还包含有带状扣环47，连接于底座21，用以使无线电子穿戴式设备能穿戴于使用者身上。

如前述，为避免屏蔽现象，传统的无线电子穿戴式设备的上壳体均是以绝缘材料(如：塑胶)所制成，于此情况下，便需以金属材料制成用以使无线电子穿戴式设备能穿戴于使用者身上的带状扣环，以作为天线结构的开口部分。然而，由于本实施例是以无线电子穿戴式设备4的天线结构的金属环状天线11来形成无线电子穿戴式设备4的上壳体，故不需如传统的无线电子穿戴式设备必须以金属材料制成用以使无线电子穿戴式设备能穿戴于使用者身上的带状扣环。也就是说，于本实施例中，用以使无线电子穿戴式设备能穿戴于使用者身上的带状扣环47是可选择性地由金属材料或绝缘材料制成，以搭配无线电子穿戴式设备的上壳体或下壳体的外观设计。

但值得注意的是，由于无线电子穿戴式设备的天线结构的带状扣环会与使用者的身体接触，使得与使用者的身体接触会影响到无线电子穿戴式设备的天线结构的性能或辐射效率。考虑到此点，本实施例分别就采用金属材料制成的带状扣环的天线结构与采用绝缘材料制成的带状扣环的天线结构测试出其反射损失与辐射效率。

请同时参照图5与图6，图5是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的反射损失的曲线图，且图6是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的辐射效率的曲线图。

于图5中，实线代表采用金属材料制成的带状扣环的天线结构的反射损失，而虚线代表采用绝缘材料制成的带状扣环的天线结构的反射损失。其中，纵轴的-10dB处是表示10％的功率反射与90％的功率发散，一般而言，这是天线结构可接受的工作范围。也就是说，于-10dB以下的范围是定义为天线结构的使用频带，或称为工作频宽。

于本实施例中，为了使设计者可以选择性地采用包含金属材料或绝缘材料制成的带状扣环的天线结构，无线电子穿戴式设备的天线结构中的印刷电路板上是设置有匹配电路(未图示)，匹配电路是连接于印刷电路板的接地端，例如：多个接地点，以调整天线结构的匹配负载系数，使采用包含金属材料与绝缘材料制成的带状扣环的天线结构可以测试出相符合的反射损失曲线，以便取得本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构的使用频带。

将图5所示的曲线对应于纵轴的-10dB处，便可得知，不论是采用金属材料或绝缘材料制成天线结构中的带状扣环，本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构均可良好的操作于两个无线网络频段，且其分别为一个高频使用频带与一个低频使用频带。如图5所示，本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构的高频使用频带约介于5GHz至5.5GHz之间，且低频使用频带约介于2.3GHz至该2.5GHz之间。然而，须详细地说明与解释的是，天线的使用频带并不限定于Wi-Fi频段，也就是说，在实际应用层面，于本实施例中，天线的使用频带也可以是例如GPS或GSM等其他种类型的频率范围。

另一方面，请同时参照图6，图6是本发明实施例中无线电子穿戴式设备的天线结构的辐射效率的曲线图。于图6中，实线代表采用金属材料制成的带状扣环的天线结构的辐射效率，而虚线代表采用绝缘材料制成的带状扣环的天线结构的辐射效率。如图6所示，不论是采用金属材料或绝缘材料制成天线结构中的带状扣环，本实施例的无线电子穿戴式设备的天线结构均在频带约介于5GHz至5.5GHz之处以及频带约介于2.3GHz至该2.5GHz之处表现出最佳的辐射效率。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本发明实施例提供的天线结构的设计使得无线电子穿戴式设备的外壳即便由金属材料制成也能不受天线屏蔽现象的影响，既能保持信号传输的品质，也能兼顾设备外观设计上的美感。同时，本发明实施例提供的无线电子穿戴式设备的天线结构具有一个高频操作频段与一个低频操作频段，无论无线电子穿戴式设备与使用者人体接触的部分是以金属材料或绝缘体材料制成，无线电子穿戴式设备均可以稳定地于两个使用频带之一下俱有良好的信号传输品质。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (13)

1.一种无线电子穿戴式设备的天线结构，其特征在于，包括：

一金属环状天线，以形成该无线电子穿戴式设备的一上壳体；

一印刷电路板，该印刷电路板的一信号源通过一馈入元件连接于该金属环状天线，以将该信号源所发出的电磁波信号传送至该金属环状天线，且该金属环状天线通过一接地元件连接于该印刷电路板的一接地端；

一底座，由一绝缘材料制成，以作为该无线电子穿戴式设备的一下壳体；以及

一附加金属环，该附加金属环是由该印刷电路板延伸并嵌入该底座，

其中，该金属环状天线与该印刷电路板之间相隔一缝隙，该缝隙的距离大于0.1mm。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该馈入元件连接于该印刷电路板的该信号源的位置与该接地元件连接于该印刷电路板的该接地端的位置是位于同一圆上的两个相对的位置。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该接地元件为多个接地点，且该多个接地点是设置于该印刷电路板上的多个特定位置。

4.一种无线电子穿戴式设备，包括有一天线结构，以与一外部设备进行无线通信，其特征在于，该天线结构包括：

一金属环状天线，以形成该无线电子穿戴式设备的一上壳体；

一印刷电路板，该印刷电路板的一信号源通过一馈入元件连接于该金属环状天线，以将该信号源所发出的电磁波信号传送至该金属环状天线，且该金属环状天线通过一接地元件连接于该印刷电路板的一接地端；

一底座，由一绝缘材料制成，以作为该无线电子穿戴式设备的一下壳体；以及

一附加金属环，该附加金属环是由该印刷电路板延伸并嵌入该底座，

其中，该金属环状天线与该印刷电路板之间相隔一缝隙，该缝隙的距离大于0.1mm。

5.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该无线电子穿戴式设备还包括一带状扣环，连接于该底座，由一金属材料或一绝缘材料制成。

6.如权利要求5所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该天线结构的该印刷电路板上是设置有一匹配电路，该匹配电路连接于该印刷电路板的该接地端，以调整该天线结构的匹配负载系数。

7.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该馈入元件连接于该印刷电路板的该信号源的位置与该接地元件连接于该印刷电路板的该接地端的位置是位于同一圆上的两个相对的位置。

8.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该接地元件为多个的接地点，且该多个接地点是设置于该印刷电路板上的多个特定位置。

9.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该无线电子穿戴式设备为一智能手表。

10.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该无线电子穿戴式设备为一智能电子产品。

11.如权利要求4所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该信号源所发出的电磁波信号是通过耦合馈入或感应馈入传送至该金属环状天线。

12.如权利要求6所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该天线结构具有一高频使用频带与一低频使用频带，该高频使用频带约介于5GHz至5.5GHz之间，且该低频使用频带约介于2.3GHz至该2.5GHz之间。

13.如权利要求6所述的无线电子穿戴式设备，其特征在于，该天线结构具有至少一使用频带，且该使用频带是属于GPS频带或GSM频带。