TW202401893A - 穿戴式裝置的無線通訊天線 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種穿戴式裝置的無線通訊天線，該穿戴式裝置具有一殼體容置該無線通訊天線。該無線通訊天線包括有：一第一載板、一第一控制單元、一第二載板以及一第二控制單元。該第一載板設置一封閉曲線形狀的SUB-6G中低頻段天線，該第二載板設置毫米波頻段天線，且以一結合手段與該第一載板相連接，該毫米波頻段天線為複數個第二頻段天線組成，二該第二頻段天線為相互鄰靠，且形成一錐形槽天線，該第二頻段天線以一開關單元控制。該第一控制單元藉由控制在天線等分位置處分別具有複數個開關端形成不同排列組合，將控制該第一頻段天線輸出至一第一頻段。該第二控制單元控制複數個該開關單元形成不同排列組合，將控制複數個該第二頻段天線輸出至一第二頻段。
Description
本發明係關於一種無線通訊天線，特別是關於一種運用在穿戴式裝置的無線通訊天線。
智慧型設備為當前最熱門的產品之一，大部分民眾已脫離不了各種智慧型設備為生活所帶來的便利。除了功能多元的智慧型手機、平板電腦，小型智慧型手錶及手環等穿戴式電子裝置更是重要的市場趨勢。而隨著無線通訊技術的快速發展，新一代的行動通訊技術已發展至第五代 (5thgeneration mobile network, 5G)，無線通訊技術發展至今，其通訊技術標準由原先2G及3G演進至目前通用之4G，乃至於即將實現與普及之5G。
隨著各種穿戴式電子裝置已被大量應用在日常生活之中，而這些穿戴式電子裝置具有低功率消耗、輕便、高效能的優點，同時也須支援無線網路的傳輸。許多居家型簡易的醫療裝置或穿戴式生理感測裝置也因此應運而生，其可應用於老年人的醫療照護及生理監視，或用於運動時呼吸、心跳、運動姿態或熱量消耗等生理狀態的感測。
由於穿戴式裝置內部空間非常狹小，且當5G穿戴式電子裝置需於全球各地不同頻段區域使用時，5G穿戴式電子裝置之天線便必須符合全球各地不同頻段均可使用之需求。是以，如何使其裝載用於無線通訊之天線，將成為相關產業在設計天線時的一大挑戰。
本發明之目的，在提供一種穿戴式裝置的無線通訊天線，藉由結合運用SUB-6G中低頻段天線以及毫米波頻段天線，使天線能夠擁有更多的頻段運用，同時在接收方面也能同時兼顧多個方向的訊號收發，以達到運用在穿戴式設備上，使傳輸上能更加活用之功效。
本發明之目的，在提供一種穿戴式裝置的無線通訊天線，藉由在穿戴式裝置上同時具備SUB-6G中低頻段天線以及毫米波頻段天線，以達到支援多向性及工作頻段，以提升接收訊號效率達到更快的反應速度之功效。
為了達到上述之目的，本發明提供一種穿戴式裝置的無線通訊天線，該穿戴式裝置具有一殼體，該無線通訊天線包括有：一第一載板、一第一控制單元、一第二載板以及一第二控制單元。該第一載板位於該殼體內，該第一載板之一側面上更包括有一第一頻段天線、一饋入端以及複數個開關端，該第一頻段天線為一封閉曲線形狀，該饋入端以及複數個開關端分別位於相對應該第一頻段天線等分位置處，該開關端可作動為通路或短路。該第一控制單元分別電訊連接該饋入端與複數個該開關端，藉由控制該開關端作動為通路或短路，使複數個該開關端形成不同排列組合，將控制該第一頻段天線輸出至一第一頻段。
該第二載板位於該殼體內，且以一結合手段與該第一載板相連接，該第二載板更包括有：一饋入軸部、複數個第二頻段天線以及複數個開關單元。該饋入軸部位於該第二載板之一側面上。複數個第二頻段天線位於該第二載板之另一側面上，該第二頻段天線且具有一通道以及二天線體，二該第二頻段天線為相互鄰靠，且相距有一間隙，該天線體與相鄰靠的另一該天線體形成一錐形槽天線(Vivaldi Antenna)，該通道二端分別連接該饋入軸部以及該天線體。該開關單元位於該通道上，可作動為通路或短路。該第二控制單元分別電訊連接該饋入軸部與複數個該開關單元，藉由控制該開關單元作動為通路或短路，使複數個該開關單元形成不同排列組合，將控制複數個該第二頻段天線輸出至一第二頻段。
於本發明之一較佳實施例中，該封閉曲線形狀為一環形形狀或一方環形形狀。
於本發明之一較佳實施例中，該第一載板為一圓形形狀，該第一載板為一環氧玻璃布層壓板，符合耐燃材料等級FR4，且該第一載板厚度為0.8毫米(mm)；該第二載板為一圓形形狀，該第二載板為一羅傑斯5880(Rogers 5880)高頻板，採用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料製造，且該第二載板厚度為0.254毫米(mm) 。
於本發明之一較佳實施例中，該第一頻段為6千兆赫茲(GHz)以下，該第二頻段為24千兆赫茲(GHz)以上。
於本發明之一較佳實施例中，該開關端為一移相開關二極體(PIN型二極體)，該開關單元為一二極體。
於本發明之一較佳實施例中，該殼體更包括有一側環座以及二蓋體，二該蓋體分別連接該側環座之二側面上，該第一載板鄰靠該蓋體，且該第二載板鄰靠另一該蓋體，該第一載板與該第二載板沿一軸向方向相距一距離，該結合手段為以該軸向方向延伸的複數個板體相連接，複數個該板體位置分別與該第一頻段天線等分位置處相對應，該板體鄰靠該側環座內緣。
於本發明之一較佳實施例中，該饋入軸部為一環形形狀。
於本發明之一較佳實施例中，該天線體為一長方形波形狀。
於本發明之一較佳實施例中，該第一載板為一環形形狀，該第二載板位於該第一載板中空位置處，該第一載板與該第二載板位於同一平面上，結合手段為一體成型或膠合。
以下揭露提供不同的實施例或示例，以建置所提供之標的物的不同特徵。以下敘述之成分以及排列方式的特定示例是為了簡化本公開，目的不在於構成限制；元件的尺寸和形狀亦不被揭露之範圍或數值所限制，但可以取決於元件之製程條件或所需的特性。例如，利用剖面圖描述本發明的技術特徵，這些剖面圖是理想化的實施例示意圖。因而，由於製造工藝和/公差而導致圖示之形狀不同是可以預見的，不應為此而限定。
首先，請參閱圖1至圖6所示，其分別為本發明穿戴式裝置的無線通訊天線較佳實施例立體結構分解及測試時立體結構組合示意圖、第一載板及第二載板數個較佳實施例俯視結構示意圖、以及本發明無線通訊天線另一較佳實施例俯視結構示意圖。本發明提供一種無線通訊天線1，該無線通訊天線1運用在一穿戴式裝置2上，該穿戴式裝置2具有一殼體21，本發明較佳實施例中，該穿戴式裝置2為手錶，該殼體21更包括有一側環座211以及二蓋體212、213，二該蓋體212、213分別連接該側環座211之二側面上。
本發明的該無線通訊天線1包括有：一第一載板11、一第一控制單元13、一第二載板12以及一第二控制單元14。該第一載板11位於該殼體21內，本發明較佳實施例中，該第一載板11為一圓形形狀，該第一載板11為一環氧玻璃布層壓板，符合耐燃材料等級FR4，且該第一載板11厚度為0.8毫米(mm)為最佳。該第一載板11之一側面111上更包括有一第一頻段天線112、一饋入端113以及複數個開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g。該第一頻段天線112為一封閉曲線形狀，該饋入端113以及複數個開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g分別位於相對應該第一頻段天線112等分位置處，該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g為一移相開關二極體(PIN型二極體)，可作動為通路或短路。本發明較佳實施例中，該第一頻段天線112為環形形狀，且等分位置有八個，其中一個為該饋入端113，另外七個為該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g，當然該第一頻段天線112a也可以設計成如圖4所示的方環形形狀。該第一控制單元13分別電訊連接該饋入端113與複數個該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g。
該第二載板12位於該殼體21內，且以一結合手段與該第一載板11相連接，本發明較佳實施例中，該第二載板12為一圓形形狀，該第二載板12為一羅傑斯5880(Rogers 5880)高頻板，採用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料製造，且該第二載板12厚度為0.254毫米(mm) 。該第二載板12更包括有：一饋入軸部121、複數個第二頻段天線122以及複數個開關單元123a、123b、123c、123d。該饋入軸部121位於該第二載板12之一側面124上，該饋入軸部121為一環形形狀。複數個第二頻段天線122位於該第二載板12之另一側面125上，該第二頻段天線122且具有一通道1221以及二天線體1222、1223，該天線體1222、1223為一長方形波形狀。而二該第二頻段天線122為相互鄰靠，且相距有一間隙s，該天線體1222與相鄰靠的另一該天線體1223形成一錐形槽天線(Vivaldi Antenna)126。該通道1221二端分別連接該饋入軸部121以及該天線體1223。該開關單元123a、123b、123c、123d位於該通道1221上，該開關單元123a、123b、123c、123d為一二極體(請加參閱圖34)，可作動為通路或短路。該第二控制單元14分別電訊連接該饋入軸部121與複數個該開關單元123a、123b、123c、123d。
本發明較佳實施例中，該第一載板11鄰靠該蓋體212，且該第二載板12鄰靠另一該蓋體213，該第一載板11與該第二載板12沿一軸向方向91相距一距離d，該結合手段為以該軸向方向91延伸的複數個板體15相連接，複數個該板體15位置分別與該第一頻段天線112等分位置處相對應，該板體15鄰靠該側環座211內緣。該側環座211外緣具有二開槽2111，該開槽2111提供一第一量測件31進入，以量測該第一頻段天線112。而該蓋體213具有一開孔2131，該開孔2131提供一第二量測件32進入，以量測複數個該第二頻段天線122輸出組合。
於本發明之另一較佳實施例中，如圖6所示，該第一載板11a為一環形形狀，該第二載板12a位於該第一載板11a中空位置處，該第一載板11a與該第二載板12a位於同一平面上，結合手段為一體成型或膠合。
請參閱圖7及圖8所示，其為本發明複數個開關端較佳組合代號對照表，以及組合代號與涵蓋頻率範圍對照表。該第一控制單元13分別電訊連接該饋入端113與複數個該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g，藉由控制該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g作動為通路或短路，使複數個該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g形成不同排列組合，將控制該第一頻段天線112輸出至一第一頻段，該第一頻段為6千兆赫茲(GHz)以下。由於以上複數個該開關端114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g共有7個，可產生2的7次方共128種頻段組合，當中測試取出18組為較好的頻段組合，以及相對應可應用頻率範圍。
請參閱圖9至圖33所示，其為本發明組合代號000、004、007、030、043回波損耗對應頻率模擬示意圖、增益及效率對應頻率模擬示意圖以及X-Y、X-Z、Y-Z平面輻射場型示意圖。從以上組合代號000、004、007、030、043的表現來看，所有回波損耗在頻率6千兆赫茲(GHz)以下至少會出現一頻率會低於標準-10dB以下，且所有平面輻射場型示意圖中，幾乎都接近連續曲面形狀，輻射死角不多。
請參閱圖34及圖35所示，其為本發明圖5A中C部分局部放大示意圖，及複數個開關單元較佳組合代號對照表。該第二控制單元14分別電訊連接該饋入軸部121與複數個該開關單元123a、123b、123c、123d，藉由控制該開關單元123a、123b、123c、123d作動為通路或短路，使複數個該開關單元123a、123b、123c、123d形成不同排列組合，將控制複數個該第二頻段天線122輸出至一第二頻段。該第二頻段為24千兆赫茲(GHz)以上。由於以上複數個該開關單元123a、123b、123c、123d共有4個，可產生2的4次方共16種頻段組合，當中測試僅取出模式1開啟單一開關單元123a，模式2開啟相鄰的二開關單元123a、123b，模式3開啟不相鄰的二開關單元123a、123c，模式4開啟相鄰的三開關單元123a、123b、123c，以及模式5開啟所有該開關單元123a、123b、123c、123d。
請參閱圖36至圖44所示，其為本發明模式1至模式5在回波損耗對應頻率20-50、35-41千兆赫茲模擬示意圖、效率及增益對應頻率35-41千兆赫茲模擬示意圖，以及模式1至模式5模擬X-Y平面輻射場型示意圖。從以上模式1至模式5的表現來看，所有回波損耗在頻率35-41千兆赫茲(GHz)之間幾乎皆低於標準-10dB以下，且X-Y平面輻射場型示意圖中，以模式5為最佳。
以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
1:無線通訊天線
11、11a:第一載板
111:側面
112:第一頻段天線
113:饋入端
114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g:開關端
12、12a:第二載板
121:饋入軸部
122:第二頻段天線
1221:通道
1222、1223:天線體
123a、123b、123c、123d:開關單元
124、125:側面
126:錐形槽天線
13:第一控制單元
14:第二控制單元
2:穿戴式裝置
21:殼體
211:側環座
2111:開槽
212、213:蓋體
2131:開孔
31:第一量測件
32:第二量測件
91:軸向方向
d:距離
s:間隙
圖1為本發明穿戴式裝置的無線通訊天線較佳實施例立體結構分解示意圖。
圖2為本發明穿戴式裝置的無線通訊天線較佳實施例測試時立體結構組合示意圖。
圖3為本發明第一載板較佳實施例俯視結構示意圖。
圖4為本發明第一載板另一較佳實施例俯視結構示意圖。
圖5A為本發明第二載板較佳實施例俯視結構示意圖。
圖5B為圖5A中A部分局部放大示意圖。
圖5C為本發明第二載板較佳實施例仰視結構示意圖。
圖5D為圖5C中B部分局部放大示意圖。
圖6為本發明穿戴式裝置的無線通訊天線另一較佳實施例俯視結構示意圖。
圖7為本發明複數個開關端較佳組合代號對照表。
圖8為本發明較佳組合代號與涵蓋頻率範圍對照表。
圖9為本發明組合代號000回波損耗對應頻率模擬示意圖。
圖10為本發明組合代號000增益及效率對應頻率模擬示意圖。
圖11為本發明組合代號000模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖12為本發明組合代號000模擬X-Z平面輻射場型示意圖。
圖13為本發明組合代號000模擬Y-Z平面輻射場型示意圖。
圖14為本發明組合代號004回波損耗對應頻率模擬示意圖。
圖15為本發明組合代號004增益及效率對應頻率模擬示意圖。
圖16為本發明組合代號004模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖17為本發明組合代號004模擬X-Z平面輻射場型示意圖。
圖18為本發明組合代號004模擬Y-Z平面輻射場型示意圖。
圖19為本發明組合代號007回波損耗對應頻率模擬示意圖。
圖20為本發明組合代號007增益及效率對應頻率模擬示意圖。
圖21為本發明組合代號007模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖22為本發明組合代號007模擬X-Z平面輻射場型示意圖。
圖23為本發明組合代號007模擬Y-Z平面輻射場型示意圖。
圖24為本發明組合代號030回波損耗對應頻率模擬示意圖。
圖25為本發明組合代號030增益及效率對應頻率模擬示意圖。
圖26為本發明組合代號030模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖27為本發明組合代號030模擬X-Z平面輻射場型示意圖。
圖28為本發明組合代號030模擬Y-Z平面輻射場型示意圖。
圖29為本發明組合代號043回波損耗對應頻率模擬示意圖。
圖30為本發明組合代號043增益及效率對應頻率模擬示意圖。
圖31為本發明組合代號043模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖32為本發明組合代號043模擬X-Z平面輻射場型示意圖。
圖33為本發明組合代號043模擬Y-Z平面輻射場型示意圖。
圖34為圖5A中C部分局部放大示意圖。
圖35為本發明複數個開關單元較佳組合代號對照表。
圖36為本發明模式1至模式5在回波損耗對應頻率20-50千兆赫茲模擬示意圖。
圖37為本發明模式1至模式5在回波損耗對應頻率35-41千兆赫茲模擬示意圖。
圖38為本發明模式1至模式5在效率對應頻率35-41千兆赫茲模擬示意圖。
圖39為本發明模式1至模式5在增益對應頻率35-41千兆赫茲模擬示意圖。
圖40為本發明模式1模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖41為本發明模式2模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖42為本發明模式3模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖43為本發明模式4模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
圖44為本發明模式5模擬X-Y平面輻射場型示意圖。
1:無線通訊天線
11:第一載板
111、124、125:側面
112:第一頻段天線
12:第二載板
13:第一控制單元
14:第二控制單元
21:殼體
211:側環座
2111:開槽
212、213:蓋體
2131:開孔
91:軸向方向
d:距離
Claims (10)
- 一種穿戴式裝置的無線通訊天線，該穿戴式裝置具有一殼體，該無線通訊天線包括有： 一第一載板，位於該殼體內，該第一載板之一側面上更包括有一第一頻段天線、一饋入端以及複數個開關端，該第一頻段天線為一封閉曲線形狀，該饋入端以及複數個開關端分別位於相對應該第一頻段天線等分位置處，該開關端可作動為通路或短路； 一第一控制單元，分別電訊連接該饋入端與複數個該開關端，藉由控制該開關端作動為通路或短路，使複數個該開關端形成不同排列組合，將控制該第一頻段天線輸出至一第一頻段； 一第二載板，位於該殼體內，且以一結合手段與該第一載板相連接，該第二載板更包括有： 一饋入軸部，位於該第二載板之一側面上； 複數個第二頻段天線，位於該第二載板之另一側面上，該第二頻段天線且具有一通道以及二天線體，二該第二頻段天線為相互鄰靠，且相距有一間隙，該天線體與相鄰靠的另一該天線體形成一錐形槽天線(Vivaldi Antenna)，該通道二端分別連接該饋入軸部以及該天線體； 複數個開關單元，該開關單元位於該通道上，該開關單元可作動為通路或短路； 一第二控制單元，分別電訊連接該饋入軸部與複數個該開關單元，藉由控制該開關單元作動為通路或短路，使複數個該開關單元形成不同排列組合，將控制複數個該第二頻段天線輸出至一第二頻段。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該封閉曲線形狀為一環形形狀或一方環形形狀。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該第一載板為一圓形形狀，該第一載板為一環氧玻璃布層壓板，符合耐燃材料等級FR4，且該第一載板厚度為0.8毫米(mm)；該第二載板為一圓形形狀，該第二載板為一羅傑斯5880(Rogers 5880)高頻板，採用聚四氟乙烯玻璃纖維增強材料製造，且該第二載板厚度為0.254毫米(mm) 。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該第一頻段為6千兆赫茲(GHz)以下，該第二頻段為24千兆赫茲(GHz)以上。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該開關端為一移相開關二極體(PIN型二極體)。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該開關單元為一二極體。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該殼體更包括有一側環座以及二蓋體，二該蓋體分別連接該側環座之二側面上，該第一載板鄰靠該蓋體，且該第二載板鄰靠另一該蓋體，該第一載板與該第二載板沿一軸向方向相距一距離，該結合手段為以該軸向方向延伸的複數個板體相連接，複數個該板體位置分別與該第一頻段天線等分位置處相對應，該板體鄰靠該側環座內緣。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該饋入軸部為一環形形狀。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該天線體為一長方形波形狀。
- 如請求項1所述的穿戴式裝置的無線通訊天線，其中，該第一載板為一環形形狀，該第二載板位於該第一載板中空位置處，該第一載板與該第二載板位於同一平面上，結合手段為一體成型或膠合。
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