TW201727998A - 穿戴式裝置 - Google Patents

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Abstract

一種穿戴式裝置，包括：一冠部元件、一身部元件，以及一底部元件，其中該冠部元件、該身部元件，以及該底部元件形成一中空結構。該冠部元件和該身部元件更形成一第一天線結構和一第二天線結構。

Description

穿戴式裝置
本發明係關於一種穿戴式裝置(Wearable Device)，特別係關於一種穿戴式裝置及其天線結構。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
依據各品牌大廠之研究方向，次世代新興之行動裝置很可能會是「穿戴式裝置(Wearable Device)」。例如，手錶、眼鏡，甚至是身上衣物，都有機會在未來具有無線通訊功能。然而，以穿戴式裝置中的手錶為例，其內部空間非常狹小，不足以容納用於無線通訊之天線。此將成為天線設計者之一大挑戰。
在較佳實施例中，本發明提供一種穿戴式裝置，包括：一冠部元件；一身部元件；以及一底部元件；其中該冠部元件、該身部元件，以及該底部元件形成一中空結構；其中該冠部元件和該身部元件更形成一第一天線結構和一第二天線結構。
在一些實施例中，該穿戴式裝置為一手錶，該冠部元件為一錶冠元件，該身部元件為一錶身元件，而該底部元件為一錶底元件。
在一些實施例中，該冠部元件、該身部元件，以及該底部元件皆由金屬材質所製成。
在一些實施例中，該穿戴式裝置更包括：一透明元件，由該冠部元件所包圍。
在一些實施例中，該冠部元件和該身部元件之間具有一第一分隔間隙，該身部元件和該底部元件之間具有一第二分隔間隙，而該第一分隔間隙和該第二分隔間隙中皆填充有非導體材質。
在一些實施例中，該冠部元件包括一左半環圈部份和一右半環圈部份，而該身部元件包括一前側壁部份、一右側壁部份、一後側壁部份，以及一左側壁部份。
在一些實施例中，該右半環圈部份係耦接至該右側壁部份，以形成該第一天線結構，而該左半環圈部份係耦接至該左側壁部份，以形成該第二天線結構。
在一些實施例中，該前側壁部份或該後側壁部份係作為該第一天線結構或該第二天線結構之一延伸部份。
在一些實施例中，該第一天線結構和該第二天線結構係涵蓋相同之一操作頻帶。
100‧‧‧穿戴式裝置
110‧‧‧冠部元件
111‧‧‧左半環圈部份
112‧‧‧右半環圈部份
120‧‧‧身部元件
121‧‧‧前側壁部份
122‧‧‧右側壁部份
123‧‧‧後側壁部份
124‧‧‧左側壁部份
130‧‧‧底部元件
140‧‧‧第一天線結構
150‧‧‧第二天線結構
160‧‧‧透明元件
170‧‧‧錶帶
181‧‧‧第一連接點
182‧‧‧第二連接點
183‧‧‧第三連接點
191‧‧‧第一饋入點
192‧‧‧第一接地點
193‧‧‧第二饋入點
194‧‧‧第二接地點
D1‧‧‧第一間距
D2‧‧‧第二間距
DE‧‧‧直徑
GC1‧‧‧第一分隔間隙
GC2‧‧‧第二分隔間隙
LL1‧‧‧中心線
W1、W2‧‧‧寬度
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之側視圖；第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之俯視圖；第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之立體圖；第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之分解圖；第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之組合圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之第一天線結構之立體圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之第一天線結構之電壓駐波比圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之第二天線結構之立體圖；以及第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置之第二天線結構之電壓駐波比圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置(Wearable Device)100之側視圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之俯視圖。請一併參考第1A、1B圖。在較佳實施例中，穿戴式裝置100為一手腕穿戴式裝置(Wrist-wearable Device)，例如：一智慧型手錶，或是一智慧型運動手環。
如第1A、1B圖所示，穿戴式裝置100至少包括一冠部元件110、一身部元件120，以及一底部元件130，其中冠部元件110、身部元件120，以及底部元件130係共同形成一中空結構(Hollow Structure)，例如：一空心圓柱體或一空心四角柱體。冠部元件110、身部元件120，以及底部元件130可以皆由金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。冠部元件110、身部元件120，以及底部元件130之外型、花紋，以及表面處理在本發明中並不特別作限制。冠部元件110和身部元件120之間可具有一第一分隔間隙GC1，而身部元件120和底部元件130之間可具有一第二分隔間隙GC2。第一分隔間隙GC1可將冠部元件110和身部元件120完全或部份地分隔開。第二分隔間隙GC2可將身部元件120和底部元件130完全或部份地分隔開。第一分隔間隙GC1和第二分隔間隙GC2中皆可填充有非導體材質，例如：塑膠。第一分隔間隙GC1之寬度W1和第二分隔間隙GC2之寬度W2皆須大於0mm，且較佳約為1mm。
冠部元件110和身部元件120形成穿戴式裝置100 之一第一天線結構140和一第二天線結構150。舉例而言，冠部元件110和身部元件120之右半部可形成第一天線結構140，而冠部元件110和身部元件120之左半部可形成第二天線結構150。第一天線結構140和第二天線結構150可涵蓋相同之一操作頻帶。第一天線結構140可作為穿戴式裝置100之一主要天線(Main Antenna)，而第二天線結構150可作為穿戴式裝置100之一輔助天線(Auxiliary Antenna)，以提升穿戴式裝置100之天線分集增益(Antenna Diversity Gain)。在一些實施例中，穿戴式裝置100更可包括一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，其中印刷電路板係設置於前述中空結構內，而印刷電路板上可配置有一第一信號源和一第二信號源，分別用於激發第一天線結構140和第二天線結構150。
在一些實施例中，冠部元件110、身部元件120，以及底部元件130所形成之前述中空結構為一無上蓋箱型，例如：一無上蓋空心圓柱體，其頂部具有一圓形開口。此圓形開口之直徑DE可介於1吋至2吋之間，且較佳約為1.39吋。在其他實施例中，前述圓形開口亦可改為正方形開口或三角形開口。詳細而言，冠部元件110包圍住此無上蓋箱型之開口，身部元件120構成此無上蓋箱型之一側壁，而底部元件130構成此無上蓋箱型之一底板。前述中空結構可用於容納各種裝置零組件，例如：一電池、一時針、一分針、一秒針、一射頻模組、一信號處理模組、一計數器、一處理器、一溫度計，或(且)一氣壓計(未顯示)。必須理解的是，雖然未顯示於第1A、1B圖中，但穿戴式裝置100更可包括其他元件，例如：一時間調整器、一 連接帶、一防水外殼，或(且)一扣環等等。
第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之立體圖。在第1C圖之實施例中，穿戴式裝置100為一手錶，其中冠部元件110為一錶冠元件，身部元件120為一錶身元件，而底部元件130為一錶底元件。在此設計下，穿戴式裝置100更可包括一透明元件160和一錶帶170。舉例來說，透明元件160可以是一錶面玻璃或是一透明塑膠板。透明元件160可以設置於冠部元件110中，並可由冠部元件110所包圍。其他手錶元件，例如：一時針、一分針，以及一秒針，皆可設置於透明元件160之下方，以利一使用者進行觀察。錶帶170可以連接至身部元件120之相對二側，以利一使用者可藉由錶帶170來配掛穿戴式裝置100於其手腕上。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之分解圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之組合圖。請一併參考第2A、2B圖。在第2A、2B圖之實施例中，冠部元件110包括一左半環圈部份111和一右半環圈部份112，而身部元件120包括一前側壁部份121、一右側壁部份122、一後側壁部份123，以及一左側壁部份124。以上前、後、左、右之方位僅係用於舉例說明各元件之相對位置，使讀者易於理解，而非用於限制本發明之元件配置方式。冠部元件110和身部元件120皆可大致為線對稱結構。詳細而言，冠部元件110之左半環圈部份111和右半環圈部份112大致沿一中心線LL1呈現左右對稱，而身部元件120之左側壁部份124和右側壁部份122亦大致沿中心線LL1呈現左右對稱。冠部元件110 之左半環圈部份111和右半環圈部份112可皆大致為180度之圓弧形，而身部元件120之左側壁部份124和右側壁部份122可皆大致為小於但接近180度之圓弧形(例如：介於145度至180度之圓弧形)。在一些實施例中，左半環圈部份111、右半環圈部份112、前側壁部份121、右側壁部份122、後側壁部份123，以及左側壁部份124之其中任二相鄰者之間皆各自具有一分隔間隙，而每一分隔間隙中皆填充有非導體材質，例如：塑膠。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之第一天線結構140之立體圖。在第3圖之實施例中，冠部元件110之右半環圈部份112係分別耦接至身部元件120之右側壁部份122和後側壁部份123，以形成第一天線結構140。詳細而言，右半環圈部份112係經由一第一連接點181耦接至右側壁部份122，且更經由一第二連接點182耦接至後側壁部份123，其中右側壁部份122和後側壁部份123之間則由一分隔間隙所完全斷開。第一連接點181可為一金屬焊接點或一金屬突起物，其可位於右半環圈部份112和右側壁部份122之間隙中。第二連接點182可為另一金屬焊接點或另一金屬突起物，其可位於右半環圈部份112和後側壁部份123之間隙中。右側壁部份122具有一第一饋入點191和一第一接地點192。第一饋入點191可經由一頂針(Pogo Pin)或一彈片(Metal Spring)耦接至印刷電路板上之一第一信號源，而第一接地點192可經由另一頂針或另一彈片耦接至印刷電路板上之一接地面。在一些實施例中，前側壁部份121或後側壁部份123係作為第一天線結構140之一延伸部份。為了最佳化第一天線結構140之阻抗匹配，第一饋 入點191和第一接地點192之間之一第一間距D1可介於10mm至20mm之間，且較佳約為14.5mm。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之第一天線結構140之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。如第4圖所示，第一天線結構140之操作頻帶係由699MHz至960MHz、由1561至2700MHz。第一天線結構140可視為一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)之一立體變化形，其至少可支援LTE(Long Term Evolution)、GPS(Global Positioning System)、WLAN(Wireless Local Area Network)、Bluetooth之多頻帶寬頻操作。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之第二天線結構150之立體圖。在第5圖之實施例中，冠部元件110之左半環圈部份111係耦接至身部元件120之左側壁部份124，以形成第二天線結構150。詳細而言，左半環圈部份111係經由一第三連接點183耦接至左側壁部份124。第三連接點183可為一金屬焊接點或一金屬突起物，其可位於左半環圈部份111和左側壁部份124之間隙中。左側壁部份124具有一第二饋入點193和一第二接地點194。第二饋入點193可經由一頂針或一彈片耦接至印刷電路板上之一第二信號源，而第二接地點194可經由另一頂針或另一彈片耦接至印刷電路板上之接地面。在一些實施例中，前側壁部份121或後側壁部份123係作為第二天線結構150之一延伸部份。為了最佳化第二天線結構150之阻抗匹配，第二饋入點193和第二接地點194之間之一第 二間距D2可介於10mm至20mm之間，且較佳約為13mm。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之穿戴式裝置100之第二天線結構150之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。如第6圖所示，第二天線結構150之操作頻帶係由699MHz至960MHz、由1561至2700MHz。第二天線結構150可視為另一平面倒F字形天線之一立體變化形，其至少可支援LTE、GPS、WLAN、Bluetooth之多頻帶寬頻操作。
本發明提出一種新穎之穿戴式裝置，相較於傳統設計方式，其至少具有下列優點：(1)利用穿戴式裝置之外觀金屬部來形成天線結構；(2)不會額外佔用穿戴式裝置之內部空間；(3)同時提供主要天線和輔助天線以提升通訊品質；(4)縮小整體天線尺寸；以及(5)降低整體製造成本。因此，本發明很適合應用於各種小型化且具有通訊功能之穿戴式裝置當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀、以及頻率範圍均非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。另外，本發明之穿戴式裝置及天線結構並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之穿戴式裝置及天線結構當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧穿戴式裝置
110‧‧‧冠部元件
120‧‧‧身部元件
140‧‧‧第一天線結構
150‧‧‧第二天線結構
DE‧‧‧直徑

Claims (9)

  1. 一種穿戴式裝置，包括：一冠部元件；一身部元件；以及一底部元件；其中該冠部元件、該身部元件，以及該底部元件形成一中空結構；其中該冠部元件和該身部元件更形成一第一天線結構和一第二天線結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該穿戴式裝置為一手錶，該冠部元件為一錶冠元件，該身部元件為一錶身元件，而該底部元件為一錶底元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該冠部元件、該身部元件，以及該底部元件皆由金屬材質所製成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，更包括：一透明元件，由該冠部元件所包圍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該冠部元件和該身部元件之間具有一第一分隔間隙，該身部元件和該底部元件之間具有一第二分隔間隙，而該第一分隔間隙和該第二分隔間隙中皆填充有非導體材質。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該冠部元件包括一左半環圈部份和一右半環圈部份，而該身部元件包括一前側壁部份、一右側壁部份、一後側壁部份，以及一左側壁部份。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之穿戴式裝置，其中該右半環圈部份係耦接至該右側壁部份，以形成該第一天線結構，而其中該左半環圈部份係耦接至該左側壁部份，以形成該第二天線結構。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之穿戴式裝置，其中該前側壁部份或該後側壁部份係作為該第一天線結構或該第二天線結構之一延伸部份。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該第一天線結構和該第二天線結構係涵蓋相同之一操作頻帶。
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