TW201947813A

TW201947813A - 穿戴式裝置

Info

Publication number: TW201947813A
Application number: TW107116579A
Authority: TW
Inventors: 羅中宏; 洪崇庭; 蔡謹隆; 江經海; 李冠賢; 鄧穎聰; 曾怡菱
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2019-12-16
Also published as: US20190356042A1; CN110501896A; US10615490B2; CN110501896B; TWI704719B

Abstract

一種穿戴式裝置，由一使用者進行配掛，並包括：一基座、一天線結構、一接地面，以及一金屬部。該基座大致為一中空結構。該天線結構係設置於該基座上。該接地面係設置於該基座內。該金屬部係鄰近於該接地面。該接地面係介於該天線結構和該金屬部之間。

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(Antenna Structure)。

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，由一使用者進行配掛，並包括：一基座，大致為一中空結構；一天線結構，設置於該基座上；一接地面，設置於該基座內；以及一金屬部，鄰近於該接地面，其中該接地面係介於該天線結構和該金屬部之間。

在一些實施例中，該穿戴式裝置係實施於一手錶。

在一些實施例中，該基座大致為一無蓋箱型，而該天線結構係位於該無蓋箱型之一開口側。

在一些實施例中，該金屬部為一金屬平面。

在一些實施例中，該金屬部為一金屬背蓋，並設置於該基座之底部。

在一些實施例中，該金屬部係鄰近於該使用者，以避免該使用者對該天線結構之輻射性能產生干擾。

在一些實施例中，該天線結構為一金屬環圈。

在一些實施例中，該穿戴式裝置更包括：一透明元件，由該金屬環圈所包圍。

在一些實施例中，該接地面之一垂直投影係完全位於該金屬環圈之內部。

在一些實施例中，該天線結構係激發產生一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶係介於746MHz至787MHz之間，而該高頻頻帶係介於1700MHz至2100MHz之間。

100‧‧‧穿戴式裝置

110‧‧‧基座

120、320‧‧‧天線結構

125‧‧‧金屬環圈

128‧‧‧第一共振路徑

129‧‧‧第二共振路徑

130‧‧‧接地面

140‧‧‧金屬部

150‧‧‧錶帶

160‧‧‧透明元件

190‧‧‧信號源

321‧‧‧蜿蜒金屬部之第一端

322‧‧‧蜿蜒金屬部之第二端

325‧‧‧蜿蜒金屬部

329‧‧‧共振路徑

CP‧‧‧接地點

D1、D2、DA‧‧‧間距

FP‧‧‧饋入點

HB‧‧‧使用者

VSS‧‧‧接地電位

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2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之俯視圖。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。

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。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

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至少包括一基座(Base)110、一天線結構(Antenna Structure)120、一接地面(Ground Plane)130，以及一金屬部(Metal Element)140。穿戴式裝置100可由一使用者(User)HB進行配掛。

基座110可用金屬材質或塑膠材料所製成。基座110大致為一中空結構。基座110之外型、花紋、以及表面處理在本發明中並不特別作限制。天線結構120係設置於基座110之上。天線結構120可用金屬材質所製成。例如，天線結構120可以用一金屬環圈(Metal Loop)125來實施，惟本發明並不僅限於此。在其他實施例中，天線結構120亦可改為一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一螺旋天線(Helical Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)、一晶片天線(Chip Antenna)，或是其他任何種類之天線。

接地面130可用金屬材質所製成。接地面130係設置於基座110之內，並用於提供一接地電位(Ground Voltage)。在一些實施例中，穿戴式裝置100更包括一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)(未顯示)，其中接地面130係設置於此印刷電路板上。前述之印刷電路板上更可設置其他各種電子電路零件，例如：一處理器(Processor)、一記憶體(Memory)，或是複數條金屬走線(Metal Trace)。在一些實施例中，接地面130之一垂直投影(Vertical Projection)係完全位於天線結構120之金屬環圈125之內部。

金屬部140係鄰近於接地面130，其中接地面130係介於天線結構120和金屬部140之間。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。例如，金屬部140可直接耦接至接地面130，或是接地面130和金屬部140之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)。在一些實施例中，金屬部140為一金屬平面(Metal Plane)，並設置於基座110之內部。在另一些實施例中，金屬部140為一金屬背蓋(Metal Back Cover)，並設置於基座110之底部。易言之，金屬部140可作為穿戴式裝置100之一外觀裝飾元件(Appearance Decorative Element)，亦即，金屬部140可為穿戴式裝置100上使用者HB之眼睛所能直接觀察到之部份，從而可改善穿戴式裝置100之外觀一致性。

在一些實施例中，基座110大致為一無蓋箱型(例如：一無蓋空心立方體，其具有一正方形開口)，而天線結構120係位於此無蓋箱型之一開口側。基座110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)。在一些實施例中，天線結構120之金屬環圈125可以大致為一正方形環圈，用以搭配基座110之一正方形開口。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。

請再次參考第1A、1B圖。穿戴式裝置100可實施於一手錶。在此設計下，穿戴式裝置100更可包括一錶帶(Watch Band)150和一透明元件(Transparent Element)160。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可以設置於天線結構120之金屬環圈125中，並可由金屬環圈125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，以利使用者HB進行觀察。錶帶150可以連接至基座110之相對二側，以利使用者HB可藉由錶帶150來配掛穿戴式裝置100於其手腕上。

當使用者HB配掛穿戴式裝置100時，金屬部140可以鄰近於使用者HB(或是金屬部140可直接接觸使用者HB)。必須注意的是，使用者HB之身體可視為一導體元件(Conducive Element)。若天線結構120和使用者HB之間距DA因為使用者HB本身之移動而發生變化，則可能干擾天線結構120之操作頻率(Operation Frequency)和輻射效率(Radiation Efficiency)。若採本發明之設計，在將金屬部140加入至穿戴式裝置100之後，金屬部140可作為一屏蔽元件(Shielding Element)，用於將使用者HB之身體與天線結構120、接地面130皆完全分隔開，從而可避免使用者HB對天線結構120之輻射性能(Radiation Performance)產生負面影響。根據實際量測結果，金屬部140之加入可增強天線結構120之輻射效率約達3dB，故其可有效改善穿戴式裝置100之無線通訊品質。

在一些實施例中，穿戴式裝置100之元件尺寸可如下列所述。接地面130和金屬部140之間距D1可小於5mm。金屬部140和使用者HB之間距D2可小於5mm。天線結構120(含中空部份)之總面積可大於或等於接地面130之總面積。天線結構120(含中空部份)之總面積亦可大於或等於金屬部140之總面積。接地面130之總面積可小於或等於金屬部140之總面積。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化金屬部140之屏蔽功效及天線結構120之輻射性能。

在一些實施例中，天線結構120係激發產生一低頻頻帶和一高頻頻帶，其中前述之低頻頻帶可約介於746MHz至787MHz之間，而前述之高頻頻帶可約介於1700MHz至2100MHz之間。因此，天線結構120至少可支援LTE(Long Term Evolution)之雙頻帶寬頻操作。然而，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，天線結構120亦可改為支援WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz之雙頻帶寬頻操作。

以下實施例將介紹天線結構120之各種不同組態(Configuration)。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構120之俯視圖。在第2圖之實施例中，天線結構120可包括一金屬環圈125。金屬環圈125之形狀在本發明中並不特別限制。舉例而言，金屬環圈125可大致為一正方形、一矩形、一圓形、一橢圓形、一菱形，或是一梯形。金屬環圈125具有一饋入點(Feeding Point)FP和一接地點(Grounding Point)GP。饋入點FP可以耦接至一信號源190，例如：一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構120。接地點CP可以耦接至一接地電位VSS，其可由接地面130所提供。饋入點FP和接地點CP之位置在本發明中並不特別作限制。舉例來說，饋入點FP和接地點CP可位於金屬環圈125之同一側邊，或分別位於金屬環圈125之二相對側邊，或是分別位於金屬環圈125之二相對角落。在一些實施例中，金屬環圈125之饋入點FP係經由一頂針(Pogo Pin)或一金屬彈片(Metal Spring)(未顯示)耦接至信號源190，而金屬環圈125之接地點CP則經由另一頂針或另一金屬彈片(未顯示)耦接至接地面130。

因為金屬環圈125之形狀特性，天線結構120將具有一第一共振路徑128和一第二共振路徑129，其中第一共振路徑128為金屬環圈125上由饋入點FP至接地點CP之間之一較短部份路徑，而第二共振路徑129為金屬環圈125上由饋入點FP至接地點CP之間之一較長部份路徑。第一共振路徑128和第二共振路徑129之一組合可大致涵蓋完整之金屬環圈125。在天線原理方面，天線結構120之低頻頻帶通常係由較長之第二共振路徑129所激發，而天線結構120之高頻頻帶通常係由較短之第一共振路徑128所激發。例如，第一共振路徑128之長度可約等於天線結構120之高頻頻帶之0.5倍波長(λ/2)，而第二共振路徑129之長度可約等於天線結構120之低頻頻帶之0.5倍波長(λ/2)。因此，藉由適當地改變饋入點FP和接地點CP兩者之位置，設計者亦能輕易地控制天線結構120之操作頻率範圍。必須注意的是，天線結構120之金屬環圈125通常係應用於導體或非導體之基座110上。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構320之俯視圖。在第3圖之實施例中，天線結構320可包括一蜿蜒金屬線(Meandering Metal Line)325。蜿蜒金屬線325之形狀在本發明中並不特別限制。舉例而言，蜿蜒金屬線325可大致為一C字形、一倒U字形，或是一不完整環圈形。蜿蜒金屬線325具有一饋入點FP，其中饋入點FP可位於蜿蜒金屬線325之一第一端321，而蜿蜒金屬線325之一第二端322可為一開路端(Open End)。饋入點FP可以耦接至一信號源190，其可用於激發天線結構320。在一些實施例中，蜿蜒金屬線325之饋入點FP係經由一頂針或一金屬彈片(未顯示)耦接至信號源190。

因為蜿蜒金屬線325之形狀特性，天線結構320將具有一共振路徑329，其中共振路徑329為蜿蜒金屬線325之第一端321至第二端322之間之一路徑。在天線原理方面，天線結構320之低頻頻帶通常係由共振路徑329之一基頻共振模態(Fundamental Resonant Mode)所激發，而天線結構320之高頻頻帶通常係由共振路徑329之一高階共振模態(Higher-Order Resonant Mode)所激發(亦即，倍頻效應)。共振路徑329之長度可約等於天線結構320之低頻頻帶之0.25倍波長(λ/4)。因此，藉由適當地改變蜿蜒金屬線325之長度，設計者亦能輕易地控制天線結構320之操作頻率範圍。必須注意的是，天線結構320 之蜿蜒金屬線325通常係應用於非導體之基座110，其中蜿蜒金屬線325可藉由雷雕技術(Laser Direct Structuring，LDS)而形成於基座110之開口側上。

本發明提出一種新穎之穿戴式裝置，藉由加入一金屬部於穿戴式裝置當中，可有效避免使用者對天線結構之輻射性能產生負面影響。另外，此金屬部可作為穿戴式裝置之一內部元件或一外觀裝置元件，使得本發明可兼得改善通訊品質及美化裝置外型之雙重功效。

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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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。

Claims

一種穿戴式裝置，由一使用者進行配掛，並包括：一基座，大致為一中空結構；一天線結構，設置於該基座上；一接地面，設置於該基座內；以及一金屬部，鄰近於該接地面，其中該接地面係介於該天線結構和該金屬部之間。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該穿戴式裝置係實施於一手錶。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該基座大致為一無蓋箱型，而該天線結構係位於該無蓋箱型之一開口側。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該金屬部為一金屬平面。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該金屬部為一金屬背蓋，並設置於該基座之底部。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該金屬部係鄰近於該使用者，以避免該使用者對該天線結構之輻射性能產生干擾。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該天線結構為一金屬環圈。
如申請專利範圍第7項所述之穿戴式裝置，更包括：一透明元件，由該金屬環圈所包圍。
如申請專利範圍第7項所述之穿戴式裝置，其中該接地面之一垂直投影係完全位於該金屬環圈之內部。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式裝置，其中該天線結構係激發產生一低頻頻帶和一高頻頻帶，該低頻頻帶係介於746MHz至787MHz之間，而該高頻頻帶係介於1700MHz至2100MHz之間。