TWI571001B - 穿戴式電子裝置 - Google Patents

Description

穿戴式電子裝置

本發明相關於一種穿戴式電子裝置，特別是利用電路板的接地區外接金屬單元用以增加天線效能的穿戴式電子裝置。

穿戴式電子裝置的樣態如腕錶或是心律錶因為需要長時間配戴，為了讓使用者有良好的使用體驗不至於因重量而感到不舒適，輕薄短小為重要的設計準則，但對於加入通訊功能的電子裝置，在有限的空間內，讓天線的接收度良好，維持穩定的通訊功能，為天線設計者的重大挑戰。

為改善天線接收效能，如先前技術美國專利US7778118使用陶瓷天線設置於殼體內，雖然陶瓷天線有較好的接收能力，但需增加外殼體的大小，不利穿戴式電子裝置輕薄短小的設計準則；另一方式如先前技術美國專利US 8275327，將天線設置在金屬殼體上並利用饋線耦接電路板，此方式雖可有效降低體積與保有天線效能，但其具有較高的複雜結構，成本較高。

本發明利用外接金屬補片設計，可以利用很小的空間將天線設計於機身內，也能縮短電路板尺寸，當電路板變短時，電池才能跟電路板錯板板放機身才能變薄。

為增進天線效能本發明揭露一種電子裝置包括：電路板、天線與金屬延伸單元，電路板具有接地區，天線設置於電路板的第一側邊，金屬延伸單元耦接接地區並沿著電路板的第二側邊來回蜿蜒。

本發明更揭露：電子裝置為穿戴電子裝置，穿戴電子裝置更包括殼體與穿戴部，電路板設置於殼體內，金屬延伸單元設置於殼體外部，金屬延伸單元可以設置於穿戴部內，穿戴部耦接殼體，用以固定殼體在人體上。

本發明更揭露：第二側邊具有第一長度，金屬延伸單元以與第二側邊平行且來回的方式設置，金屬延伸單元中與第二側邊平行的每一區段以不超過該第一長度的方式設置。

本發明更揭露：天線耦接接地區的第一位置，金屬延伸單元耦接接地區的第二位置，第一位置與第二位置相距第二長度，金屬延伸單元長度為第三長度，接地區具有第一位置側邊的寬度為第四長度，其中，適用天線接收訊號的波長約略等於第二長度、第三長度與第四長度的和。

本發明更揭露：電路板具有第三側邊，第三側邊的第一端連接第一側邊且鄰近第一位置，第三側邊的第二端連接第二側邊且鄰近第二位置。

本發明另揭露一種穿戴式電子裝置，包括殼體、穿戴部、電路板與金屬延伸單元，殼體與穿戴部耦接，穿戴部係用以固定殼體於人身上；電路板設置於殼體內，電路板具有接地區與天線，天線設置於電路板的第一側邊以及金屬延伸單元設置於殼體外部，金屬延伸單元耦接接地區並沿著該電路板的第二側邊來回蜿蜒。

本發明更揭露：穿戴部具有中空部，金屬延伸單元設置於中空部內。

本發明更揭露：第二側邊具有第一長度，金屬延伸單元以第二側邊平行且來回的方式設置，金屬延伸單元中與第二側邊平行的每一區段以不超過第一長度的方式設置。

本發明更揭露：天線耦接該電路板的第一位置，金屬延伸單元耦接該接地區的第二位置，第一位置與第二位置相距第二長度，金屬延伸單元長度為第三長度，接地區具有第一位置側邊的寬度為第四長度，適用該天線接收訊號的波長約略等於第二長度、第三長度與第四長度的和。

本發明更揭露：該電路板具有第三側邊，第三側邊的第一端連接第一側邊且鄰近第一位置，第三側邊的第二端連接第二側邊且鄰近第二位置。

與現有技術相比，本發明利用金屬延伸單元的設置來增進天線效能，此金屬延伸單元更以蜿蜒的方式建構，可使需求的長度減低，提供更高的設計自由度讓設計者發揮。

關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

10‧‧‧電路板

40‧‧‧外殼

50‧‧‧穿戴部

210、220、230‧‧‧天線

211、221、231‧‧‧耦接點

101、102、103‧‧‧接地區

110、120、130、140‧‧‧側邊

300、310、320、400‧‧‧金屬延伸單元

302、312、322、402‧‧‧耦接點

303、313、323、403‧‧‧耦接部

301、311、321‧‧‧蜿蜒部

圖1本發明第一實施例之電路板與金屬延伸單元的配置關係。

圖2本發明第二實施例之電路板與金屬延伸單元的配置關係。

圖3本發明第三實施例之電路板與金屬延伸單元的配置關係。

圖4本發明穿戴式電子裝置的側面配置圖。

圖5本發明穿戴式電子裝置的正面配置圖。

圖6金屬延伸單元以塊狀配置的樣態。

請參考圖1，圖1繪示本發明電子裝置的第一實施例，電子裝置包括：殼體40、穿戴部50、電路板10、天線210與金屬延伸單元300；電路板10設置於殼體40內，金屬延伸單元300耦接電路板10設置於殼體10外，可設置於穿戴部50的中空部，電路板10具有接地區101，接地區101由導電材質組成，天線210設置於電路板10的第一側邊130，金屬延伸單元300耦接接地區101並沿著電路板10的第二側邊110來回蜿蜒。金屬延伸單元300更包括：耦接點302、耦接部303、蜿蜒部301與端點304；耦接點302與接地區101電性連接，蜿蜒部301以與第二側邊110平行且來回的方式設置，端點304為一開路端未接其他元件，第二側邊110的寬度為第一長度W1，蜿蜒部301中與第二側邊110平行的每一區段以不超過該第一長度W1的方式設置。

天線210設置於電路板10的第一側邊130並耦接接地區101於耦接點211，接地區101為電路板10的接地，通常設置於電路板的底面或是多層電路板中的一層，電路板10可於第一側邊130設置一個透空區，不設置任何金屬或是電子元件，僅布局天線210於此透空區，如此可讓天線210效益得到較佳的發揮；另一個設置方式是將天線210設置於電路 板10的外部，此時接地區101延伸至電路板10的邊緣處。

第三側邊120的一端連接第一側邊130並鄰近耦接點211，第三側邊120的另一端連接第二側邊110並鄰近耦接點302，耦接點211與耦接點302相距W21，天線210的耦接點211對應接地區101側邊的寬度為W41，金屬延伸單元300的整體長度為W31，本發明更揭露適用天線210接收訊號的波長B約略等於W41+W21+W31。

依據本發明第一實施例的實驗數據，當接地區101的面積為20x20平方毫米，天線210的操作頻率為2.45GHz，波長約為122毫米，蜿蜒部301的寬度為0.5mm，間隔0.5mm，改變金屬延伸單元300相對第二側邊110往外垂直方向延伸的長度可得到下列樣態A~F的測試結果：

由上表可看出當未設置金屬延伸單元300(樣態A)或是設置較短的金屬延伸單元300(樣態B與C)，其天線效益屬於較差的範圍，金 屬延伸單元300所能產生的效益不明顯，但是若是設置較長的金屬延伸單元300(樣態F)，其天線效益屬於較差的範圍，可以推論金屬延伸單元300對天線效益的影響需限定其長度方能有較佳的效益(樣態D與E)，在樣態D中，W41+W21+W31=20+20+84=124(mm)，接近天線210的適用波長，因此依據本發明，當天線的工作頻率確定，電路板上天線耦接點與金屬延伸單元的耦接點確定，可以估算出金屬延伸單元300對應側邊垂直延伸的一個較佳值，不至於太短或太長，可以減少開發時間，更可以以此為基礎，進行微調取得最佳的天線效益結構，圖6揭露當延伸金屬片400是以方形塊狀的方式設置，也可以相較於樣態A不做任何設置延伸金屬片較佳，如上表樣態G設置W4長度為10mm，樣態H設置W4長度為20mm，分別使天線效益為-5.5dBi與-3.5dBi，由上表可看出當延伸金屬片400設置為方形塊狀與蜿蜒狀的比較，設置為蜿蜒狀可以相較於樣態G與H少很多的空間而取得類似的天線效益。

圖2揭露了與圖1類似的結構，不同處在於天線220設置於電路板10的側邊140，天線220耦接於接地區102的耦接點221，耦接點221鄰近側邊140的端點，金屬延伸單元310耦接接地區102並沿著電路板10的第二側邊110來回蜿蜒。金屬延伸單元310更包括：耦接點312、耦接部313與蜿蜒部311；耦接點312與接地區102電性連接，蜿蜒部311以與第二側邊110平行且來回的方式設置，耦接點221與耦接點312相距W22，天線220的耦接點221對應接地區102側邊的寬度為W42，金屬延伸單元310長度為W32，本發明更揭露適用天線220接收訊號的波長B約略等於W42+W22+W32，相對於圖1的實施例，圖2揭露可以將天線220依據需求 設置於電路板10的側邊，一但確定了天線220相對於接地區102的耦接點221，設計者可以快速地依據天線220的波長快速的決定金屬延伸單元310相對側邊110往外垂直方向延伸長度，加速天線的設計時程。

圖3揭露了與圖2類似的結構但具有兩個不同點，第一個不同點在於天線230耦接於電路板10的側邊140的中間並與接地區102耦接於耦接點213，金屬延伸單元320耦接接地區102並沿著電路板10的第二側邊110來回蜿蜒。金屬延伸單元320更包括：耦接點322、耦接部323與蜿蜒部321；耦接點322與接地區103電性連接，蜿蜒部321以與第二側邊110平行且來回的方式設置，與圖2類似的結構比較，第二個不同點在於蜿蜒部321可以用不長於W1的長度的區段與第二側邊110平行的方式來設置，如此可以提高系統設置的彈性，例如蜿蜒部321在圖3中可減少右下部分的配置，可空出部分空間可供設計者使用；另外在圖3中，耦接點231與耦接點322相距W23，天線230的耦接點223對應接地區103側邊的寬度為W43，金屬延伸單元320長度為W33，本發明更揭露適用天線220接收訊號的波長B約略等於W43+W23+W33，由於蜿蜒部321在圖3中減少右下部分的配置，設計者可以延伸W33的長度來使天線效率達到最佳化。

參考圖4與圖5分別代表本發明穿戴式電子裝置的側面與正面的結構圖，電路板10設置於殼體40內，穿戴部50耦接殼體，圖示中穿戴部50設置兩組分別耦接殼體40的兩側，可以類似腕帶的方式固定於人體上，以圖1說明，天線210設置於電路板10上(未圖示)，金屬延伸單元300穿出殼體40外，蜿蜒部301可以設置於穿戴部50的中空部，耦接部303可以使用樞接或是可撓性的導電材料連接，使蜿蜒部301電連接於接地 區101上。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧電路板

40‧‧‧外殼

50‧‧‧穿戴部

210‧‧‧天線

211‧‧‧耦接點

101‧‧‧接地區

110、120、130、140‧‧‧側邊

300‧‧‧金屬延伸單元

302‧‧‧耦接點

303‧‧‧耦接部

301‧‧‧蜿蜒部

Claims (10)

1. 一種電子裝置，包括：一電路板具有一接地區；一天線設置於該電路板的一第一側邊；以及一金屬延伸單元具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該接地區，該第二端為開路，該金屬延伸單元沿著該電路板的一第二側邊來回蜿蜒。
2. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該第二側邊具有一第一長度，該金屬延伸單元以與該第二側邊平行且來回的方式設置，該金屬延伸單元中與該第二側邊平行的每一區段以不超過該第一長度的方式設置。
3. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該天線耦接該接地區的一第一位置，該金屬延伸單元耦接該接地區的一第二位置，該第一位置與該第二位置相距一第二長度，該金屬延伸單元長度為一第三長度，該接地區具有該第一位置側邊的寬度為一第四長度，其中，適用該天線接收訊號的波長約略等於該第二長度、該第三長度與該第四長度的和。
4. 如請求項3所述之電子裝置，其中，該電路板具有一第三側邊，該第三側邊的一第一端連接該第一側邊且鄰近該第一位置，該第三側邊的一第二端連接該第二側邊且鄰近該第二位置。
5. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該電子裝置為一穿戴電子裝置，該電路板設置於一殼體內，該金屬延伸單元設置於該殼體外部。
6. 一種穿戴式電子裝置，包括：一殼體；一穿戴部耦接該殼體； 一電路板設置於該殼體內，該電路板具有一接地區與一天線，該天線設置於該電路板的一第一側邊；以及一金屬延伸單元設置於該殼體外部，該金屬延伸單元具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該接地區，該第二端為開路，該金屬延伸單元沿著該電路板的一第二側邊來回蜿蜒。
7. 如請求項6所述之穿戴式電子裝置，其中，該穿戴部具有一中空部，該金屬延伸單元設置於該中空部。
8. 如請求項6所述之穿戴式電子裝置，其中，該第二側邊具有一第一長度，該金屬延伸單元以與該第二側邊平行且來回的方式設置，該金屬延伸單元中與該第二側邊平行的每一區段以不超過該第一長度的方式設置。
9. 如請求項6所述之穿戴式電子裝置，其中，該天線耦接該接地區的一第一位置，該金屬延伸單元耦接該接地區的一第二位置，該第一位置與該第二位置相距一第二長度，該金屬延伸單元長度為一第三長度，該接地區具有該第一位置側邊的寬度為一第四長度，適用該天線接收訊號的波長約略等於該第二長度、該第三長度與該第四長度的和。
10. 如請求項9所述之穿戴式電子裝置，其中，該電路板具有一第三側邊，該第三側邊的一第一端連接該第一側邊且鄰近該第一位置，該第三側邊的一第二端連接該第二側邊且鄰近該第二位置。