CN114337715A - 多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置 - Google Patents

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CN114337715A CN202011061060.6A CN202011061060A CN114337715A CN 114337715 A CN114337715 A CN 114337715A CN 202011061060 A CN202011061060 A CN 202011061060A CN 114337715 A CN114337715 A CN 114337715A
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Abstract

一种多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置，其中多段式共辐射体天线包括多个天线模块、射频模块以及至少一感测模块。天线模块之间通过第一电容结构耦合，射频模块与天线模块通过第二电容结构耦合并用以通过天线模块收发射频信号，以及感测模块与天线模块通过第一电感耦合并用以感测天线模块的寄生电容的电容值。

Description

多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置
技术领域
本发明涉及一种多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置，尤指一种整合射频信号收发及感测功能的多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置。
背景技术
一般而言，当穿戴式装置(例如耳机)需要感测人体是否接触或与人体的距离时，会通过感测辐射体及与感测辐射体耦合的感测模块来实现感测功能，更具体而言，感测模块是通过侦测感测辐射体的电容值的改变来判断间隔距离。另一方面，穿戴式装置也需要天线辐射体来接收或发送用于通信的射频信号，以实现无线功能。
然而，人体感测的感测信号与通信的射频信号会互相干扰，现有技术解决干扰的方式是附加隔离组件或是加大天线辐射体与感测辐射体之间的距离，无论哪种方式都不利于穿戴式装置的小型化且可能增加成本。故如何能提供一种可整合射频信号收发及感测功能的多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置，遂成为业界亟待解决的课题。
发明内容
为解决前述现有技术的种种问题，本发明的一目的，即在于提供一种可整合射频信号收发及感测功能的多段式共辐射体天线及应用该天线的穿戴式装置。
为了达到前述目的，本发明的多段式共辐射体天线包括多个天线模块、射频模块以及至少一感测模块。天线模块之间通过第一电容结构耦合；射频模块与天线模块之一通过第二电容结构耦合，射频模块用以通过天线模块接收或发送射频信号；以及感测模块与天线模块通过第一电感耦合，感测模块用以感测天线模块的一寄生电容的电容值。
于本发明的一实施型态中，第一电容结构为分布式电容结构或集总式(Lumped)电容结构。
于本发明的一实施型态中，第二电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线包括多个感测模块，各感测模块通过各第一电感与对应的各天线模块耦合，且各感测模块用以感测对应各天线模块的寄生电容的电容值。
于本发明的一实施型态中，感测模块的数量与天线模块的数量相同。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线还包括处理模块。处理模块与感测模块连接，处理模块用以根据感测模块所测得的电容值判断一外部物体与天线模块的间隔距离或者是否接触。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线包括多个感测模块，且处理模块还用以判断外部物体与天线模块的接触顺序。
于本发明的一实施型态中，天线模块为矩形结构。
于本发明的一实施型态中，天线模块的长度总合等于射频信号的1/8至1波长。
本发明还提供一种多段式共辐射体天线，包括第一天线模块、第二天线模块、第一电容结构、第二电容结构、射频模块、第一电感、第一感测模块、第二电感以及第二感测模块。第一电容结构耦合于第一天线模块及第二天线模块之间；第二电容结构耦合于第一天线模块；射频模块与第二电容结构耦合，射频模块用以通过第一天线模块及第二天线模块接收或发送射频信号；第一电感耦合于第一天线模块；第一感测模块与第一电感耦合；第二电感耦合于第二天线模块；以及第二感测模块与第二电感耦合。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线还包括第三天线模块、第三电容结构、第三电感以及第三感测模块。第三电容结构耦合于第二天线模块及第三天线模块之间；第三电感耦合于第三天线模块；以及第三感测模块与第三电感耦合，其中，射频模块用以通过第一天线模块、第二天线模块及第三天线模块接收或发送射频信号。
于本发明的一实施型态中，第一电容结构或第二电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
于本发明的一实施型态中，第三电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线还包括处理模块，处理模块与第一感测模块及第二感测模块连接，处理模块用以根据第一感测模块及第二感测模块所分别测得对应的第一天线模块或第二天线模块的寄生电容的电容值，判断一外部物体与第一天线模块及第二天线模块的间隔距离或者是否接触。
于本发明的一实施型态中，处理模块还用以判断外部物体与天线模块的接触顺序。
于本发明的一实施型态中，多段式共辐射体天线还包括处理模块，处理模块与第一感测模块、第二感测模块及第三感测模块连接，处理模块用以根据第一感测模块、第二感测模块及第三感测模块所分别测得对应的第一天线模块、第二天线模块及第三天线模块的寄生电容的电容值，判断一外部物体与第一天线模块、第二天线模块及第三天线模块的间隔距离或者是否接触。
于本发明的一实施型态中，处理模块还用以判断外部物体与天线模块的接触顺序。
于本发明的一实施型态中，天线模块为矩形结构。
于本发明的一实施型态中，天线模块的长度总合等于射频信号的1/8至1波长。
本发明还提供一种穿戴式装置，包括本体以及如本发明任一实施型态中所述的多段式共辐射体天线。本体用以穿戴于一人体部位，以及多段式共辐射体天线设置于本体。
于本发明的一实施型态中，穿戴式装置还包括音频模块。音频模块设置于本体，音频模块用以根据多段式共辐射体天线所接收的射频信号播放对应音频。
于本发明的一实施型态中，穿戴式装置为耳机、手表或眼镜。
相较于现有技术，本发明的多段式共辐射体天线包括通过第一电容结构耦合的多个天线模块，天线模块通过第二电容结构与射频模块耦合，射频模块用以通过天线模块接收或发送射频信号，另一方面，天线模块还通过第一电感与感测模块耦合，感测模块用以感测天线模块的一寄生电容的电容值。换句话说，射频模块与感测模块共享天线模块，因此可节省辐射体结构的空间及成本，且第一电容结构、第二电容结构及第一电感可有效隔离高低频信号，因此射频模块的高频信号与感测模块的低频信号不会互相干扰，能同时实现射频信号收发功能及感测功能。
附图说明
图1为本发明第一实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。
图2a及2b为本发明第二实施例的分布式电容结构的构造示意图。
图3为本发明第三实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。
图4为本发明第四实施例的天线模块的构造示意图。
图5为本发明第五实施例的穿戴式装置的功能方块示意图。
图6为本发明第六实施例的穿戴式装置的功能方块示意图。
图7为本发明第七实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。
符号说明：
10a、10b、10c 天线模块
11 射频模块
12 感测模块
12a、12b、12c 感测模块
20 本体
21 多段式共辐射体天线
22 音频模块
C1 第一电容结构
C1a、C1b 第一电容结构
C2 第二电容结构
D 长度
L1 第一电感
L1a、L1b、L1c 第一电感
70a 第一天线模块
70b 第二天线模块
70c 第三天线模块
71 射频模块
72a 第一感测模块
72b 第二感测模块
72c 第三感测模块
C71 第一电容结构
C72 第二电容结构
C73 第三电容结构
L71 第一电感
L72 第二电感
L73 第三电感
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「内」、「外」、「底」及「一」等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴，合先叙明。
请参阅图1，图1为本发明第一实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。如图所示，本发明的多段式共辐射体天线包括多个天线模块10a、10b、射频模块11以及至少一感测模块12。
天线模块10a、10b之间通过第一电容结构C1耦合。在此实施例中包括两个天线模块10a、10b，但不以此为限，在其他实施中可包括更多天线模块及第一电容结构，且该些天线模块之间都通过第一电容结构耦合。第一电容结构C1可隔离天线模块10a、10b之间的低频信号。
在此实施例中，射频模块11与天线模块10a通过第二电容结构C2耦合，但在其他实施例中，射频模块11也可与天线模块10b耦合。射频模块11用以通过天线模块10a、10b接收或发送射频信号，射频信号为一高频信号。举例而言，射频信号可以是基于Wi-Fi频段、LTE频段或5G New Radio频段标准的电磁波信号，但不以此为限。
在此实施例中，感测模块12与天线模块10a通过第一电感L1耦合，但在其他实施例中，感测模块12也可与天线模块10b耦合。感测模块12用以感测天线模块10a的一寄生电容的电容值，该电容值的改变为一低频信号。感测模块12所测得的电容值可作为判断一外部物体(例如人体)与天线模块10a的间隔距离或者是否接触的依据。
由于第二电容结构C2可隔离低频信号，而第一电感L1可隔离高频信号，因此射频模块11与感测模块12之间不会互相干扰，可共享天线模块10a、10b作为辐射体，从而节省成本及组件空间。
请参阅图2a及2b，图2a及2b为本发明第二实施例的分布式电容结构的构造示意图。在一实施例中，第一电容结构C1可为分布式电容结构或集总式电容结构。分布式电容结构可例如是图2a、2b所示的结构，但不以此为限。集总式电容结构可例如是积层陶瓷电容器(Multi-layer Ceramic Capacitor,MLCC)，但不以此为限。
在一实施例中，第二电容结构C2可为分布式电容结构或集总式电容结构。第二电容结构C2可采用与第一电容结构C1相同或不同的电容结构。
请参阅图3，图3为本发明第三实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。如图所示，多段式共辐射体天线可包括多个感测模块12a、12b、12c。感测模块12a通过第一电感L1a与对应的天线模块10a耦合，感测模块12b通过第一电感L1b与对应的天线模块10b耦合，以及感测模块12c通过第一电感L1c与对应的天线模块10c耦合。感测模块12a、12b、12c分别用以感测对应天线模块10a、10b、10c的寄生电容的电容值。天线模块10a、10b、10c之间通过第一电容结构C1a、C1b耦合。
更进一步而言，通过感测模块12a所测得的电容值可判断外部物体与天线模块10a的间隔距离或者是否接触，感测模块12b、12c所测得的电容值则分别对应外部物体与天线模块10b、10c的间隔距离。
在图3的实施例中，感测模块12a、12b、12c的数量与天线模块10a、10b、10c的数量相同，皆为三个。在其他的实施例中，感测模块与天线模块的数量可根据需求做任意调整，例如多段式共辐射体天线可包括三个感测模块以及五个天线模块，未与感测模块耦合的天线模块可作为缓冲，避免误触。
在一实施例中，多段式共辐射体天线还可包括处理模块13。处理模块13与感测模块12a、12b、12c连接，处理模块13用以根据感测模块12a所测得的电容值判断外部物体与天线模块10a的间隔距离或者是否接触，相同地，处理模块13还用以根据感测模块12b、12c所测得的电容值分别判断外部物体与天线模块10b、10c的间隔距离或者是否接触。
在一实施例中，多段式共辐射体天线可包括多个感测模块12a、12b、12c，且处理模块13还用以判断外部物体与天线模块10a、10b、10c的接触顺序。进一步而言，人体手部与天线模块10a、10b、10c的接触顺序即代表一特定手势，例如依序触碰天线模块10a、10b、10c代表第一手势，以及依序触碰天线模块10c、10b、10a代表第二手势，处理模块13可根据不同的手势发送不同的手势信号，这些手势信号可进一步转换为对应的操作指令。在其他的实施例中，多段式共辐射体天线可包括更多的感测模块或天线模块，以判断出更复杂的手势或者令判断手势更为精确。
请参阅图4，图4为本发明第四实施例的天线模块的构造示意图。在一实施例中，天线模块10a、10b、10c可为矩形结构，但不以此为限，例如可将一圆环结构分割为均等的多个天线模块。
在一实施例中，天线模块10a、10b、10c的长度D总合等于射频信号的1/8至1波长。
请参阅图5，图5为本发明第五实施例的穿戴式装置的功能方块示意图。如图所示，本发明的穿戴式装置包括本体20以及如本发明任一实施型态中所述的多段式共辐射体天线21。举例而言，穿戴式装置可例如是耳机、手表或眼镜，但不以此为限。本体20用以穿戴于一人体部位，举例而言，本体20可包括挂钩或系带，以穿戴于人体耳朵或手腕等部位。多段式共辐射体天线21设置于本体20。
请参阅图6，图6为本发明第六实施例的穿戴式装置的功能方块示意图。在一实施例中，穿戴式装置还可包括音频模块22，例如扬声器。音频模块22设置于本体20，音频模块22用以根据多段式共辐射体天线21所接收的射频信号播放对应音频。此外，本发明的穿戴式装置也可根据多段式共辐射体天线21所感测的手势执行对应的操作，例如放大或减小播放的音频音量，但不以此为限。
请参阅图7，图7为本发明第七实施例的多段式共辐射体天线的构造示意图。如图所示，本发明还提供一种多段式共辐射体天线，包括第一天线模块70a、第二天线模块70b、第一电容结构C71、第二电容结构C72、射频模块71、第一电感L71、第一感测模块72a、第二电感L72以及第二感测模块72b。第一电容结构C71耦合于第一天线模块70a及第二天线模块70b之间；第二电容结构C72耦合于第一天线模块70a；射频模块71与第二电容结构C72耦合，射频模块71用以通过第一天线模块70a及第二天线模块70b接收或发送射频信号；第一电感L71耦合于第一天线模块70a；第一感测模块72a与第一电感L71耦合；第二电感L72耦合于第二天线模块70b；以及第二感测模块72b与第二电感L72耦合。
在一实施例中，多段式共辐射体天线还包括第三天线模块70c、第三电容结构C73、第三电感L73以及第三感测模块72c。第三电容结构C73耦合于第二天线模块70b及第三天线模块70c之间；第三电感L73耦合于第三天线模块70c；以及第三感测模块72c与第三电感L73耦合，其中，射频模块71用以通过第一天线模块70a、第二天线模块70b及第三天线模块70c接收或发送射频信号。
在一实施例中，第一电容结构C71或第二电容结构C72为分布式电容结构或集总式电容结构。
在一实施例中，第三电容结构C73为分布式电容结构或集总式电容结构。
在一实施例中，多段式共辐射体天线还包括处理模块73，处理模块73与第一感测模块72a及第二感测模块72b连接，处理模块73用以根据第一感测模块72a及第二感测模块72b所分别测得对应的第一天线模块70a或第二天线模块70b的寄生电容的电容值，判断一外部物体与第一天线模块70a及第二天线模块70b的间隔距离或者是否接触。
在一实施例中，处理模块73还用以判断外部物体与第一天线模块70a及第二天线模块70b的接触顺序。
在一实施例中，多段式共辐射体天线还包括处理模块73，处理模块73与第一感测模块72a、第二感测模块72b及第三感测模块72c连接，处理模块73用以根据第一感测模块72a、第二感测模块72b及第三感测模块72c所分别测得对应的第一天线模块70a、第二天线模块70b及第三天线模块70c的寄生电容的电容值，判断一外部物体与第一天线模块70a、第二天线模块70b及第三天线模块70c的间隔距离或者是否接触。
在一实施例中，处理模块73还用以判断外部物体与第一天线模块70a、第二天线模块70b及第三天线模块70c的接触顺序。
在一实施例中，第一天线模块70a、第二天线模块70b或第三天线模块70c为矩形结构。
在一实施例中，天线模块的长度总合等于射频信号的1/8至1波长。
综上所述，本发明的多段式共辐射体天线包括通过第一电容结构耦合的多个天线模块，天线模块通过第二电容结构与射频模块耦合，射频模块用以通过天线模块接收或发送射频信号，另一方面，天线模块还通过第一电感与感测模块耦合，感测模块用以感测天线模块的一寄生电容的电容值。换句话说，射频模块与感测模块共享天线模块，因此可节省辐射体结构的空间及成本，且第一电容结构、第二电容结构及第一电感可有效隔离高低频信号，因此射频模块的高频信号与感测模块的低频信号不会互相干扰，能同时实现射频信号收发功能及感测功能。另一方面，本发明应用所述多段式共辐射体天线的穿戴式装置可实现小型化及减少成本。
藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求书所列。

Claims (22)

1.一种多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线包括：
多个天线模块，该天线模块之间通过第一电容结构耦合；
射频模块，与该天线模块之一通过第二电容结构耦合，该射频模块用以通过该天线模块接收或发送射频信号；以及
至少一感测模块，与该天线模块通过第一电感耦合，该感测模块用以感测该天线模块的一寄生电容的电容值。
2.如权利要求1所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该第一电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
3.如权利要求1所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该第二电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
4.如权利要求1所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该多段式共辐射体天线包括多个感测模块，各该感测模块通过各该第一电感与对应的各该天线模块耦合，且各该感测模块用以感测对应各该天线模块的寄生电容的电容值。
5.如权利要求4所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该感测模块的数量与该天线模块的数量相同。
6.如权利要求1所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线还包括：
处理模块，与该感测模块连接，该处理模块用以根据该感测模块所测得的电容值判断一外部物体与该天线模块的间隔距离或者是否接触。
7.如权利要求6所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，多段式共辐射体天线包括多个感测模块，且处理模块还用以判断该外部物体与该天线模块的接触顺序。
8.如权利要求1所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该天线模块为矩形结构。
9.如权利要求8所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该天线模块的长度总合等于该射频信号的1/8至1波长。
10.一种多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线包括：
第一天线模块；
第二天线模块；
第一电容结构，耦合于该第一天线模块及该第二天线模块之间；
第二电容结构，耦合于该第一天线模块；
射频模块，与该第二电容结构耦合，该射频模块用以通过该第一天线模块及该第二天线模块接收或发送射频信号；
第一电感，耦合于该第一天线模块；
第一感测模块，与该第一电感耦合；
第二电感，耦合于该第二天线模块；以及
第二感测模块，与该第二电感耦合。
11.如权利要求10所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线还包括：
第三天线模块；
第三电容结构，耦合于该第二天线模块及该第三天线模块之间；
第三电感，耦合于该第三天线模块；以及
第三感测模块，与该第三电感耦合，
其中，该射频模块用以通过该第一天线模块、该第二天线模块及该第三天线模块接收或发送射频信号。
12.如权利要求10或11所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该第一电容结构或第二电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
13.如权利要求11所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该第三电容结构为分布式电容结构或集总式电容结构。
14.如权利要求10所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线还包括：
处理模块，与该第一感测模块及第二感测模块连接，该处理模块用以根据该第一感测模块及第二感测模块所分别测得对应的该第一天线模块或第二天线模块的寄生电容的电容值，判断一外部物体与该第一天线模块及第二天线模块的间隔距离或者是否接触。
15.如权利要求14所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该处理模块还用以判断该外部物体与该天线模块的接触顺序。
16.如权利要求11所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，所述多段式共辐射体天线还包括：
处理模块，与该第一感测模块、第二感测模块及第三感测模块连接，该处理模块用以根据该第一感测模块、第二感测模块及第三感测模块所分别测得对应的该第一天线模块、第二天线模块及第三天线模块的寄生电容的电容值，判断一外部物体与该第一天线模块、第二天线模块及第三天线模块的间隔距离或者是否接触。
17.如权利要求16所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该处理模块还用以判断该外部物体与该天线模块的接触顺序。
18.如权利要求10或11所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该天线模块为矩形结构。
19.如权利要求18所述的多段式共辐射体天线，其特征在于，该天线模块的长度总合等于该射频信号的1/8至1波长。
20.一种穿戴式装置，其特征在于，所述穿戴式装置包括：
本体，用以穿戴于一人体部位；
如权利要求1至19任一项所述的多段式共辐射体天线，该多段式共辐射体天线设置于该本体。
21.如权利要求20所述的穿戴式装置，其特征在于，所述穿戴式装置还包括：
音频模块，设置于该本体，该音频模块用以根据该多段式共辐射体天线所接收的射频信号播放对应音频。
22.如权利要求20所述的穿戴式装置，其特征在于，所述穿戴式装置为耳机、手表或眼镜。
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