CN117458134A - 穿戴式装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种穿戴式装置，包括：接地元件、第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部，以及第五辐射部。第一辐射部具有馈入点，并耦接至接地元件上的第一接地点，其中第一辐射部和接地元件共同包围住一槽孔区域。第二辐射部耦接至接地元件上的第二接地点。第三辐射部耦接至第二接地点。第三辐射部和第二辐射部大致朝相反方向作延伸。第四辐射部和第五辐射部都设置于槽孔区域之内。第一辐射部还经由第四辐射部和第五辐射部耦接至第一接地点。第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部，以及第五辐射部共同形成一天线结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿戴式装置(Wearable Device)，特别是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：手提式电脑、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频宽(Operational Bandwidth)过窄，则很容易造成移动装置的通信品质下降。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：一接地元件；一第一辐射部，具有一馈入点，并耦接至该接地元件上的一第一接地点，其中该第一辐射部和该接地元件共同包围住一槽孔区域；一第二辐射部，耦接至该接地元件上的一第二接地点；一第三辐射部，耦接至该第二接地点，其中该第三辐射部和该第二辐射部大致朝相反方向作延伸；一第四辐射部，设置于该槽孔区域之内；以及一第五辐射部，设置于该槽孔区域之内，其中该第一辐射部还经由该第四辐射部和该第五辐射部耦接至该第一接地点；其中该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第四辐射部，以及该第五辐射部共同形成一天线结构。
在一些实施例中，该第一辐射部还包括一第一加宽部分和一第二加宽部分，而该第一加宽部分邻近于该馈入点。
在一些实施例中，该第二辐射部和该接地元件之间形成一第一耦合间隙，该第三辐射部和该第一辐射部的该第一加宽部分之间形成一第二耦合间隙，而该第一耦合间隙和该第二耦合间隙的每一者的宽度都小于或等于1mm。
在一些实施例中，该槽孔区域呈现一L字形。
在一些实施例中，该第二辐射部和该第三辐射部各自呈现一直条形。
在一些实施例中，该第四辐射部和该第五辐射部各自呈现一N字形。
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，该第一辐射部的长度大致等于该第一频带的0.5倍波长。
在一些实施例中，该第二辐射部的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第三辐射部的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的穿戴式装置的示意图；
图2为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为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:接地元件
111:接地元件的第一边缘
112:接地元件的第二边缘
120:第一辐射部
121:第一辐射部的第一端
122:第一辐射部的第二端
124:第一辐射部的第一加宽部分
125:第一辐射部的第二加宽部分
128:槽孔区域
130:第二辐射部
131:第二辐射部的第一端
132:第二辐射部的第二端
140:第三辐射部
141:第三辐射部的第一端
142:第三辐射部的第二端
150:第四辐射部
160:第五辐射部
180:天线结构
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
D1,D2:间距
FP:馈入点
GC1:第一耦合间隙
GC2:第二耦合间隙
GP1:第一接地点
GP2:第二接地点
L1,L2,L3:长度
LC1:弯折线
W1,W2,W3,WA,WB:宽度
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，并配合所附的附图，作详细说明如下。
在说明书及权利要求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连接至该第二装置。
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露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，若是本发明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，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是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及/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，是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可应用于虚拟实境(Virtual Reality，VR)、混合实境(Mixed Reality，MR)，以及扩增实境(Augmented Reality，AR)等领域当中。
在图1的实施例中，穿戴式装置100包括：一接地元件(Ground Element)110、一第一辐射部(Radiation Element)120、一第二辐射部130、一第三辐射部140、一第四辐射部150，以及一第五辐射部160，其中接地元件110、第一辐射部120、第二辐射部130、第三辐射部140、第四辐射部150，以及第五辐射部160都可用金属材质制成，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还可包括其他元件，例如：一处理器(Processor)、一显示器(Display Device)、一供电模块(Supply Module)，或(且)一外壳(Housing)。
接地元件110可由一接地铜箔(Ground Copper Foil)来实施，其可提供一接地电位(Ground Voltage)。例如，接地元件110可耦接至穿戴式装置100的一系统接地面(SystemGround Plane)(未显示)。
第一辐射部120可以大致呈现一蜿蜒形状(Meandering Shape)。详细而言，第一辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一馈入点(Feeding Point)FP位于第一辐射部120的第一端121处，而第一辐射部120的第二端122则耦接至接地元件110上的一第一接地点(Grounding Point)GP1。馈入点FP还可耦接至一信号源(Signal Source)190。例如，信号源190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块。在一些实施例中，第一辐射部120还包括一第一加宽部分(Widening Portion)124和一第二加宽部分125。第一辐射部120的第一加宽部分124可大致呈现一较小矩形，其可邻近于馈入点FP。第一辐射部120的第二加宽部分125可大致呈现一较大矩形。另外，第一辐射部120和该接地元件110可共同包围住一槽孔区域(Slot Region)128，其可大致呈现一L字形，但亦不仅限于此。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的两个元件间距小于一既定距离(例如：10mm或更短)，也可包括对应的两个元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。
第二辐射部130可以大致呈现一直条形。详细而言，第二辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二辐射部130的第一端131耦接至接地元件110上的一第二接地点GP2，而第二辐射部130的第二端132为一开路端(Open End)。必须注意的是，第二接地点GP2异于前述的第一接地点GP1。例如，接地元件110可具有互相垂直的一第一边缘111和一第二边缘112，其中第一接地点GP1可位于接地元件110的第一边缘111，而第二接地点GP2可位于接地元件110的第二边缘112。在一些实施例中，第二辐射部130和接地元件110的第二边缘112之间可形成一第一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。
第三辐射部140可以大致呈现另一直条形。详细而言，第三辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第三辐射部140的第一端141耦接至第二接地点GP2，而第三辐射部140的第二端142为一开路端。例如，第三辐射部140的第二端142和第二辐射部130的第二端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，第三辐射部140和第一辐射部120的第一加宽部分124之间可形成一第二耦合间隙GC2。
第四辐射部150可以大致呈现一N字形，而第五辐射部160可以大致呈现另一N字形，其中第四辐射部150和第五辐射部160都可设置于前述的槽孔区域128之内。另外，第一辐射部120还可经由第四辐射部150和第五辐射部160耦接至第一接地点GP1。
在优选实施例中，第一辐射部120、第二辐射部130、第三辐射部140、第四辐射部150，以及第五辐射部160共同形成穿戴式装置100的一天线结构180。例如，穿戴式装置100的天线结构180可为一平面式(Planar)天线结构，并设置于一介质基板(DielectricSubstrate)或一非导体支撑元件(Nonconductive Support Element)上(未显示)。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，穿戴式装置100的天线结构180也可沿成一弯折线(Bending Line)LC1作修正，以形成一立体天线结构，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180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，穿戴式装置100的天线结构180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180将至少可支持传统WLAN(Wireless Local Area Network)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180的操作原理可如下列所述。第一辐射部120可激发产生前述的第一频带FB1。第二辐射部130可由第一辐射部120所耦合激发，以形成前述的第二频带FB2。第三辐射部140可由第一辐射部120所耦合激发，以形成前述的第三频带FB3。另外，第一辐射部120的第一加宽部分124和第二加宽部分125都可用于微调前述的第一频带FB1的谐振机制。第四辐射部150可用于控制前述的第三频带FB3的阻抗匹配(Impedance Matching)。第五辐射部160可用于控制前述的第二频带FB2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120的长度L1可大致等于穿戴式装置100的天线结构180的第一频带FB1的0.5倍波长(λ/2)。第一辐射部120的第一加宽部分124的宽度WA可介于2mm至4mm之间，第一辐射部120的第二加宽部分125的宽度WB可介于4mm至6mm之间，而第一辐射部120的其余部分的宽度W1可介于0.5mm至1.5mm之间。第二辐射部130的长度L2可大致等于穿戴式装置100的天线结构180的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部130的宽度W2可介于1mm至2mm之间。第三辐射部140的长度L3可大致等于穿戴式装置100的天线结构180的第三频带FB3的0.25倍波长(λ/4)。第三辐射部140的宽度W3可介于1mm至2mm之间。第一耦合间隙GC1的宽度可小于或等于1mm。第二耦合间隙GC2的宽度可小于或等于1mm。第四辐射部150和第一辐射部120的第二加宽部分125的间距D1可介于0.5mm至1mm之间。第五辐射部160和第四辐射部150的间距D2可介于0.5mm至1mm之间。以上尺寸和参数范围是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180的操作频宽(Operational Bandwidth)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180可位于此智能型眼镜的一侧处。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的其余特征都与图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实境、混合实境，以及扩增实境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，以及频率范围都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图1～图3所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图3的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均需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。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种穿戴式装置，包括：
接地元件；
第一辐射部，具有馈入点，并耦接至该接地元件上的第一接地点，其中该第一辐射部和该接地元件共同包围住槽孔区域；
第二辐射部，耦接至该接地元件上的第二接地点；
第三辐射部，耦接至该第二接地点，其中该第三辐射部和该第二辐射部大致朝相反方向作延伸；
第四辐射部，设置于该槽孔区域之内；以及
第五辐射部，设置于该槽孔区域之内，其中该第一辐射部还经由该第四辐射部和该第五辐射部耦接至该第一接地点；
其中该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第四辐射部，以及该第五辐射部共同形成天线结构。
2.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该第一辐射部还包括第一加宽部分和第二加宽部分，而该第一加宽部分邻近于该馈入点。
3.如权利要求2所述的穿戴式装置，其中该第二辐射部和该接地元件之间形成第一耦合间隙，该第三辐射部和该第一辐射部的该第一加宽部分之间形成第二耦合间隙，而该第一耦合间隙和该第二耦合间隙的每一者的宽度都小于或等于1mm。
4.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该槽孔区域呈现L字形。
5.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该第二辐射部和该第三辐射部各自呈现直条形。
6.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该第四辐射部和该第五辐射部各自呈现N字形。
7.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。
8.如权利要求7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0.5倍波长。
9.如权利要求7所述的穿戴式装置，其中该第二辐射部的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
10.如权利要求7所述的穿戴式装置，其中该第三辐射部的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
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