CN117276864A - 穿戴式装置 - Google Patents

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赵育晨
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Abstract

一种穿戴式装置,包括:一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部,以及一介质基板。第一辐射部具有一馈入点。第二辐射部耦接至一接地电位,并邻近于第一辐射部。第三辐射部耦接至接地电位,并邻近于第一辐射部,其中第三辐射部至少部分由第一辐射部所包围。第一辐射部、第二辐射部,以及第三辐射部皆设置在介质基板上。第一辐射部、第二辐射部,以及第三辐射部共同形成一天线结构。

Description

穿戴式装置
技术领域
本发明涉及一种穿戴式装置(Wearable Device),特别涉及一种穿戴式装置及其天线结构(Antenna Structure)。
背景技术
随着移动通信技术的发达,移动装置在近年日益普遍,常见的例如:手提式计算机、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求,移动装置通常具有无线通信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围,例如:移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通信,而有些则涵盖短距离的无线通信范围,例如:Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。
天线(Antenna)为无线通信领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其操作带宽(Operational Bandwidth)过窄,则很容易造成移动装置的通信质量下降。因此,如何设计出一种小尺寸、宽频带的天线结构,对设计者而言是一项重要课题。
发明内容
在优选实施例中,本发明提出一种穿戴式装置,包括:一第一辐射部,具有一馈入点;一第二辐射部,耦接至一接地电位,并邻近于该第一辐射部;一第三辐射部,耦接至该接地电位,并邻近于该第一辐射部,其中该第三辐射部至少部分由该第一辐射部所包围;以及一介质基板,其中该第一辐射部、该第二辐射部,以及该第三辐射部皆设置在该介质基板上;其中该第一辐射部、该第二辐射部,以及该第三辐射部共同形成一天线结构。
在一些实施例中,该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带,以及一第三频带,该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间,该第二频带介于5150MHz至5850MHz之间,而该第三频带介于5925MHz至7125MHz之间。
在一些实施例中,该第一辐射部呈现一蜿蜒形状并界定出一缺口区域,而该第三辐射部至少部分设置在该缺口区域内。
在一些实施例中,该第二辐射部呈现一不等宽直条形。
在一些实施例中,该第二辐射部包括朝相反方向作延伸的一第一支路和一第二支路。
在一些实施例中,该第二辐射部的该第一支路还包括一末端加宽部分。
在一些实施例中,该第三辐射部呈现一倒T字形。
在一些实施例中,该第三辐射部包括朝相反方向作延伸的一第三支路和一第四支路。
在一些实施例中,该第一辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长,该第二辐射部的该第一支路的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长,而该第三辐射部的该第三支路的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
在一些实施例中,该第一辐射部和该第二辐射部之间形成一第一耦合间隙,该第一辐射部和该第三辐射部之间形成一第二耦合间隙和一第三耦合间隙,而该第一耦合间隙、该第二耦合间隙,以及该第三耦合间隙的每一个的宽度皆介于0.1mm至1mm之间。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的示意图。
图2是显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的天线结构的电压驻波比图。
图3是显示根据本发明一实施例所述的头戴显示器的立体图。
【符号说明】
100:穿戴式装置
110:第一辐射部
111:第一辐射部的第一端
112:第一辐射部的第二端
117:缺口区域
120:第二辐射部
121:第一开路端
122:第二开路端
124:第一支路
125:第二支路
128:第一支路的末端加宽部分
130:第三辐射部
131:第三开路端
132:第四开路端
134:第三支路
135:第四支路
150:天线结构
170:介质基板
190:信号源
300:头戴显示器
FB1:第一频带
FB2:第二频带
FB3:第三频带
FP:馈入点
GC1:第一耦合间隙
GC2:第二耦合间隙
GC3:第三耦合间隙
L1,L2,L3:长度
VSS:接地电位
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举出本发明的具体实施例,并配合附图,作详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式,而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语,故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,达到所述基本的技术效果。此外,“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此,若文中描述一第一装置耦接至一第二装置,则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置,或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本申请的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例,以简化说明。当然,这些特定的范例并非用以限定。例如,若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方,即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例,也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间,而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外,以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号和/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的,并非用以限定所讨论的不同实施例和/或结构之间有特定的关系。
此外,其与空间相关用词。例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词,为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中绘示的方位外,这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位),则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
图1是显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置100的示意图。例如,穿戴式装置100可为一头戴显示器(Head Mounted Display,HMD)、一智能型眼镜(Smart Glasses),或是一智能型手表(Smart Watch),但亦不仅限于此。在一些实施例中,穿戴式装置100可应用于虚拟现实(Virtual Reality,VR)、混合实境(Mixed Reality,MR),以及增强现实(Augmented Reality,AR)等领域当中。
如图1所示,穿戴式装置100至少包括:一第一辐射部(Radiation Element)110、一第二辐射部120、一第三辐射部130,以及一介质基板(Dielectric Substrate)170,其中第一辐射部110、第二辐射部120,以及第三辐射部130皆可用金属材质制成,例如:铜、银、铝、铁,或是其合金。必须理解的是,虽然未显示于图1当中,但穿戴式装置100更可包括其他元件,例如:一处理器(Processor)、一显示器(Display Device)、一供电模块(SupplyModule),或(且)一外壳(Housing)。
第一辐射部110可以大致呈现一蜿蜒形状(Meandering Shape)。详细而言,第一辐射部110具有一第一端111和一第二端112,其中一馈入点(Feeding Point)FP位于第一辐射部110的第一端111处,而第一辐射部110的第二端112可为一开路端(Open End)。馈入点FP更可耦接至一信号源(Signal Source)190。例如,信号源190可为一射频(RadioFrequency,RF)模块。在一些实施例中,第一辐射部110可界定出一缺口区域(NotchRegion)117,其可大致呈现一直条形、一矩形,或是一L字形,但亦不仅限于此。
第二辐射部120可以大致呈现一不等宽直条形,其邻近于第一辐射部110。必须注意的是,本说明书中所谓“邻近”或“相邻”一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如:5mm或更短),但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即,前述间距缩短至0)。详细而言,第二辐射部120包括一第一支路(Branch)124和一第二支路125,其中第一支路124和第二支路125皆耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS。例如,接地电位VSS可由一系统接地面(System Ground Plane)所提供(未显示)。第一支路124具有一第一开路端121,而第二支路125具有一第二开路端122,其中第一支路124的第一开路端121和第二支路125的第二开路端122可大致朝相反且互相远离的方向作延伸。在一些实施例中,第二辐射部120的第一支路124还包括一末端加宽部分(Terminal Widening Portion)128,其可大致呈现一矩形或是一正方形。在一些实施例中,第一辐射部110的第一端111和第二辐射部120的第二支路125之间可形成一第一耦合间隙(Coupling Gap)GC1,使得第二辐射部120可由第一辐射部110所耦合激发。
第三辐射部130可以大致呈现一倒T字形,其邻近于第一辐射部110。第三辐射部130至少部分由第一辐射部110所包围。例如,第三辐射部130可至少部分设置在第一辐射部110的缺口区域117内。详细而言,第三辐射部130包括一第三支路134和一第四支路135,其中第三支路134和第四支路135皆耦接至前述的接地电位VSS。第三支路134具有一第三开路端131,而第四支路135具有一第四开路端132,其中第三支路134的第一开路端131和第四支路135的第四开路端132可大致朝相反且互相远离的方向作延伸。在一些实施例中,第一辐射部110的第二端112和第三支路134的第一开路端131之间可形成一第二耦合间隙GC2,而第一辐射部110的第一端111和第四支路135的第二开路端132之间可形成一第三耦合间隙GC3,使得第三辐射部130可由第一辐射部110所耦合激发。
介质基板170可为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(PrintedCircuit Board,PCB),或是一软性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)。第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130皆可设置在介质基板170的同一表面上。
在优选实施例中,第一辐射部110、第二辐射部120,以及第三辐射部130共同形成穿戴式装置100的一天线结构150。例如,天线结构150可为一平面式(Planar)天线结构。然而,本发明并不仅限于此。在另一些实施例中,天线结构150也可改为一立体天线结构,而不影响其操作功效。
图2是显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置100的天线结构150的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)图,其中横轴代表操作频率(MHz),而纵轴代表电压驻波比。根据图2的测量结果,天线结构150可涵盖一第一频带(Frequency Band)FB1、一第二频带FB2,以及一第三频带FB3。例如,第一频带FB1可介于2400MHz至2500MHz之间,第二频带FB2可介于5150MHz至5850MHz之间,而第三频带FB3可介于5925MHz至7125MHz之间。因此,穿戴式装置100的天线结构150将至少可支持传统WLAN(Wireless Local AreaNetwork)和新世代Wi-Fi 6E的宽频操作。
在一些实施例中,穿戴式装置100的天线结构150的操作原理可如下列所述。第一辐射部110可激发产生前述的第一频带FB1。在第二辐射部120中,第一支路124可激发产生前述的第二频带FB2,而第二支路125则可用于微调第二频带FB2的阻抗匹配(ImpedanceMatching)。另外,第二辐射部120的第二支路124的末端加宽部分128还可用于增加第二频带FB2的操作带宽(Operational Bandwidth)。在第三辐射部130中,第三支路134可激发产生前述的第三频带FB3,而第四支路135则可用于微调第三频带FB3的阻抗匹配。
在一些实施例中,穿戴式装置100的元件尺寸可如下列所述。第一辐射部110的长度L1可大致等于天线结构150的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部120的第一支路124的长度L2可大致等于天线结构150的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第三辐射部130的第三支路134的长度L3可大致等于天线结构150的第三频带FB3的0.25倍波长(λ/4)。第一耦合间隙GC1的宽度可介于0.1mm至1mm之间。第二耦合间隙GC2的宽度可介于0.1mm至1mm之间。第三耦合间隙GC3的宽度可介于0.1mm至1mm之间。以上尺寸和参数范围根据多次实验结果而得出,其有助于最佳化穿戴式装置100的天线结构150的操作带宽和阻抗匹配。
图3是显示根据本发明一实施例所述的头戴显示器300的立体图。在图3的实施例中,头戴显示器300可实施于一智能型眼镜上,其中前述的天线结构150可位于此智能型眼镜之一侧处。另外,智能型眼镜的金属骨架可作为一系统接地面。图3的头戴显示器300的其余特征皆与图1的穿戴式装置100类似,故此二实施例均可达成相似的操作效果。
本发明提出一种新颖的穿戴式装置及其天线结构。与传统设计相比,本发明至少具有小尺寸、宽频带,以及低制造成本等优势,故其很适合应用于虚拟现实、混合实境,以及增强现实等各种不同领域当中。
值得注意的是,以上所述的元件尺寸、元件形状,以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的穿戴式装置并不仅限于第1-3图所图示的状态。本发明可以仅包括第1-3图的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换句话说,并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的穿戴式装置当中。
在本说明书以及权利要求书中的序数,例如“第一”、“第二”、“第三”等等,彼此之间并没有顺序上的先后关系,其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
本发明虽以优选实施例公开如上,然其并非用以限定本发明的范围,本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种穿戴式装置,包括:
第一辐射部,具有馈入点;
第二辐射部,耦接至接地电位,并邻近于该第一辐射部;
第三辐射部,耦接至该接地电位,并邻近于该第一辐射部,其中该第三辐射部至少部分由该第一辐射部所包围;以及
介质基板,其中该第一辐射部、该第二辐射部,以及该第三辐射部皆设置在该介质基板上;
其中该第一辐射部、该第二辐射部,以及该第三辐射部共同形成一天线结构。
2.如权利要求1所述的穿戴式装置,其中该天线结构涵盖第一频带、第二频带,以及第三频带,该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间,该第二频带介于5150MHz至5850MHz之间,而该第三频带介于5925MHz至7125MHz之间。
3.如权利要求1所述的穿戴式装置,其中该第一辐射部呈现蜿蜒形状并界定出缺口区域,而该第三辐射部至少部分设置在该缺口区域内。
4.如权利要求1所述的穿戴式装置,其中该第二辐射部呈现不等宽直条形。
5.如权利要求2所述的穿戴式装置,其中该第二辐射部包括朝相反方向作延伸的第一支路和第二支路。
6.如权利要求5所述的穿戴式装置,其中该第二辐射部的该第一支路还包括末端加宽部分。
7.如权利要求1所述的穿戴式装置,其中该第三辐射部呈现倒T字形。
8.如权利要求5所述的穿戴式装置,其中该第三辐射部包括朝相反方向作延伸的第三支路和第四支路。
9.如权利要求8所述的穿戴式装置,其中该第一辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长,该第二辐射部的该第一支路的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长,而该第三辐射部的该第三支路的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
10.如权利要求1所述的穿戴式装置,其中该第一辐射部和该第二辐射部之间形成第一耦合间隙,该第一辐射部和该第三辐射部之间形成第二耦合间隙和第三耦合间隙,而该第一耦合间隙、该第二耦合间隙,以及该第三耦合间隙的每一个的宽度皆介于0.1mm至1mm之间。
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