TWI629832B - 穿戴型電子裝置 - Google Patents

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TWI629832B TW105120840A TW105120840A TWI629832B TW I629832 B TWI629832 B TW I629832B TW 105120840 A TW105120840 A TW 105120840A TW 105120840 A TW105120840 A TW 105120840A TW I629832 B TWI629832 B TW I629832B
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Abstract

本揭露文件係揭露一種穿戴型電子裝置。穿戴型電子裝置包含中框、兩連接壁、第一金屬邊壁、第一介電部及第一天線佈線電路。此兩連接壁係用以連接穿戴件。此兩連接壁分別位於中框之相對的兩側。第一金屬邊壁設置於中框，並位於此兩連接壁之間。第一金屬邊壁接地且具有第一槽孔。第一介電部設置於第一槽孔中，使第一金屬邊壁環繞第一介電部以形成第一封閉接地架構。第一天線佈線電路設置於第一介電部，第一天線佈線電路與第一封閉接地架構共振出第一共振頻率。

Description

穿戴型電子裝置
本揭露文件係關於一種穿戴型電子裝置，特別係關於一種具有封閉接地架構的天線的穿戴型電子裝置。
智慧型設備通常具有無線通訊功能，例如智慧型手機、智慧手錶、運動手環及平板電腦等產品，而為了便於使用者攜帶，此等產品之設計傾向於越趨縮小之體積。然而，於例如手錶等越趨小型化的裝置中設置天線實非易事。在習知技術中，通常將天線設置於手錶之錶帶上或手錶機身與錶帶之連接處。因此，天線效能十分受到錶帶材質的影響，例如金屬、塑膠或皮革材質之錶帶皆會對天線效能之展現上有不同程度之影響或干擾。
而傳統上，欲在金屬機身的電子裝置上安裝天線，則必須透過斷縫的方式，使天線收發信號側與機身本體其他部分電性隔離，以降低人體肌膚因接觸金屬機身而對天線效率造成的影響。
在本揭露文件之一技術態樣中提出一種穿戴型 電子裝置。穿戴型電子裝置包含、中框、兩連接壁、第一金屬邊壁、第一介電部及第一天線佈線電路。此兩連接壁係用以連接穿戴件。此兩連接壁分別位於中框之相對的兩側。第一金屬邊壁設置於中框，並位於此兩連接壁之間。第一金屬邊壁接地且具有第一槽孔。第一介電部設置於第一槽孔中，使第一金屬邊壁環繞第一介電部以形成第一封閉接地架構。第一天線佈線電路設置於第一介電部，第一天線佈線電路與第一封閉接地架構共振出第一共振頻率。
透過本揭示技術，穿戴型電子裝置不僅可在符合人體特定吸收率(specific absorption rate,SAR)的規範下，以金屬機身來設計，且因為將天線佈線電路設置於側壁的技術特徵，穿戴型電子裝置在空間使用上更有效率，並可增設比以往更多的天線電路來收發更多種天線收發頻段。此外，於側壁直接開設槽孔來置入介電件，製程較以往使用斷縫設計的金屬中框更加簡單，且產品外觀也更加美觀。因為無須斷縫，穿戴型電子裝置亦具有良率較高、易於量產及成本較低等特點。
100‧‧‧穿戴型電子裝置
110、210、310‧‧‧中框
112‧‧‧底部
120‧‧‧錶環
122‧‧‧顯示面板
130‧‧‧錶帶
140‧‧‧系統接地面
150‧‧‧連接壁
152、154、156、158‧‧‧凸出部
160、260、360a‧‧‧第一金屬邊壁
162、262、362a‧‧‧第一槽孔
170、280、370‧‧‧第一介電部
172、174、282、372、374、382‧‧‧天線圖形
360b‧‧‧第二金屬邊壁
362b‧‧‧第二槽孔
380‧‧‧第二介電部
F1、F2‧‧‧信號饋入端
G1、G2‧‧‧接地端
a1、a2、a3、b1、c1、c2、c3‧‧‧點
g1、g2、g3、g4‧‧‧間距
P1~P6‧‧‧接地點
第1A圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置示意圖。
第1R圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的上視圖。
第1C圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的示意圖。
第2圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的示意圖。
第3圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的示意圖。
第4圖為本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的電壓駐波比對頻率之關係圖。
第5圖為本揭露文件之一實施例之天線效率對頻率之關係圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用來限定本發明，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明揭示內容所涵蓋的範圍。此外，附圖僅僅用以示意性地加以說明，并未依照其真實尺寸進行繪製。
第1A圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置100示意圖。穿戴型電子裝置100可為例如手錶形式，然實際應用上，穿戴型電子裝置100亦可能為智能手環或定位追蹤器等產品。此外，雖本揭示文件之輔助說明圖中，穿戴型電子裝置之兩側為圓弧造型，然其並非用以限定本發明，穿戴型電子裝置之形狀亦可為矩形、流線形或甚至 不規則之形狀。
穿戴型電子裝置100之主體包含有中框110、錶環120、顯示面板122及錶帶130。其中，中框110能夠設有穿戴型電子裝置之系統及天線，並用以連接錶環120及錶帶130。而錶環120係用以安裝顯示面板122。透過本揭示文件揭露之穿戴型電子裝置之設計，錶環120及錶帶130之材質並不會對天線效能產生實質影響，因此錶環120及錶帶130可使用任何材質製作，例如金屬、塑膠或碳纖維等。
請一併參閱第1B圖和第1C圖。第1B、1C圖繪示第1A圖之實施例之穿戴型電子裝置100的上視圖。於第1C圖中，穿戴型電子裝置100的中框110具有底部112。穿戴型電子裝置100更包括金屬邊壁部，金屬邊壁部形成於中框，並垂直於底部112。底部112之一面設有系統接地面140，如第1B圖所示。其中，系統接地面140與金屬邊壁部具有P1、P2、P3、P4、P5、P6等六個分散的接地點，以確保裝置能具有完整的接地面。應注意的是，本揭示文件並不用以將接地點之設置位置及數量加以設限，於本領域具有通常知識者亦可依實際設計上的需求來調整接地點之位置及數量。
金屬邊壁部包含兩連接壁150及第一金屬邊壁160。兩連接壁150位於中框110之對立的兩側，用以透過凸出部152、154、156、158來連接例如錶帶130等穿戴件。凸出部152、154、156、158可為任何形式之銜接結構以符合實際應用上的需求。第一金屬邊壁160設置於中框110， 並位於兩連接壁150之間，如第1C圖右側所示。第一金屬邊壁160具有例如45mm×7mm的第一槽孔162，於第一槽孔162中安裝有第一介電部170。第一介電部170可例如為塑膠材質的支撐件。因第一金屬邊壁160接地，且第一金屬邊壁160環繞於第一介電部170的周圍，因此第一介電部170事實上等同被接地面環繞，形成第一封閉接地架構。
第一介電部170上設置有天線佈線電路。天線佈線電路係由例如使用軟性電路板(flexible printed circuit,FPC)天線圖形或雷射直接成型(laser direct structuring,LDS)印刷天線圖形所製成。天線佈線電路包含設置在第一介電部170內側之天線圖形172和設置在第一介電部170外側之天線圖形174。天線圖形174繪示於第1C圖中中框110外側及右側放大說明圖虛線範圍部分，其中虛線表示天線圖形174位於天線圖形172之背側。天線圖形172及174皆為導電材質。其中，天線圖形172具有信號饋入端F1，天線佈線電路透過此信號饋入端F1與穿戴型電子裝置100之無線收發器(圖中未示)的同軸傳輸線正端耦接。天線圖形174之一端為接地端G1，接地端G1與第一金屬邊壁160耦接以接地，並電性耦接至無線收發器(圖中未示)的同軸傳輸線負端。
如第1C圖所示，天線圖形172與第一金屬邊壁160具有g1、g2之間距，而天線圖形174與第一金屬邊壁160具有g3之間距。間距g1例如為1mm，間距g2例如為5mm，而間距g3例如為2.5mm。透過天線圖形172、174與環繞在 周圍之第一金屬邊壁160的電容耦合效果，可共振產生第一共振頻率，構成一閉迴路(Close-Loop)的天線架構，使得穿戴型電子裝置100能藉以收發無線訊號。
其中，天線圖形172中點a1至點a2的路徑長度、點a1至點a3的路徑長度、及/或天線圖形174中點b1至接地端G1的路徑長度相關於第一共振頻率之頻率點位置。因此，可藉由改變天線圖形172中點a1至點a2的路徑長度、點a1至點a3的路徑長度、及/或天線圖形174中點b1至接地端G1的路徑長度，來調整第一共振頻率以產生例如GPS天線之頻段(約1575MHz)。此外，天線圖形172與第一金屬邊壁160之間距g1、g2以及天線圖形174和第一金屬邊壁160之間距g3與第一共振頻率之阻抗匹配頻寬相關，因此可透過改變間距g1、g2、g3來達到調整天線阻抗匹配頻寬的效果。
於本揭露文件之另一實施例中，穿戴型電子裝置之中框右側亦可採取不同天線圖形，以收發不同天線頻段，如第2圖所示。第2圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的示意圖。本實施例的穿戴型電子裝置具有相同於前述實施例中的中框110及金屬邊壁部。同樣地，金屬邊壁部之一側包括第一金屬邊壁260，且第一金屬邊壁260亦具有例如45mm×7mm的第一槽孔262，於第一槽孔262中安裝有第一介電部280。因第一金屬邊壁260連接於系統接地面，第一介電部280亦等同被接地面環繞，形成第一封閉接地架構。
第一介電部280上設置有天線佈線電路。此天線佈線電路包含設置在第一介電部280內側之天線圖形282。天線圖形282為導電材質。其中，天線圖形282具有信號饋入端F2及接地端G2，天線佈線電路透過信號饋入端F2與穿戴型電子裝置之無線收發器(圖中未示)的同軸傳輸線正端耦接，以及透過接地端G2與同一無線收發器的同軸傳輸線負端耦接。接地端G2亦與第一金屬邊壁260耦接以電性連接至系統接地面。
天線圖形282與第一金屬邊壁260具有g4之間距，如第2圖中所標示。於此例中，間距g4例如為1.5mm。透過天線圖形282與環繞在周圍之第一金屬邊壁260的電容耦合效果，可共振產生第二共振頻率，使得穿戴型電子裝置能藉以收發不同於第一共振頻率的無線訊號。
其中，天線圖形282中點c1至點c2的路徑長度及點c1至點c3的路徑長度相關於第二共振頻率之頻率點位置。因此，可藉由改變天線圖形282中點c1至點c2的路徑長度及/或點c1至點c3的路徑長度，來調整第二共振頻率以產生例如藍牙/Wi-Fi天線之頻段(約2.4GHz)。此外，天線圖形282與第一金屬邊壁260之間距g4與第二共振頻率之阻抗匹配頻寬相關，因此可透過改變間距g4來達到調整藍牙/Wi-Fi天線的阻抗匹配頻寬。
於本揭露文件之又一實施例中，更可結合如第1C圖及第2圖之實施例，以實現可同時收發多種天線頻段的小型穿戴型電子裝置。第3圖繪示本揭露文件之一實施例之 穿戴型電子裝置的示意圖。本實施例的中框310結合了中框110及210之特徵。相同於前述實施例具有中框110或中框210的穿戴型電子裝置，金屬邊壁部的一側(例如右側)包括第一金屬邊壁360a，且第一金屬邊壁360a具有第一槽孔362a。此外，相較前述實施例具有中框110及210的穿戴型電子裝置，本實施例的金屬邊壁部的另一側(例如左側)更包括第二金屬邊壁360b，且第二金屬邊壁360b更具有對立於第一槽孔362a之第二槽孔362b。本實施例的金屬邊壁部亦與系統接地面相連接，亦即第一金屬邊壁360a與第二金屬邊壁360b與系統接地面相連接。
其中，在第一槽孔362a中安裝有第一介電部370，由接地之第一金屬邊壁360a所環繞，形成第一封閉接地架構。同樣地，在第二槽孔362b中安裝有第二介電部380，由接地之第二金屬邊壁360b所環繞，形成第二封閉接地架構。第一介電部370之內、外兩側分別設置有相同於第1C圖中天線圖形172、174之天線圖形372、374。天線圖形372具有信號饋入端F1，而天線圖形374具有接地端G1。天線圖形372及374其結構、特性皆與第1C圖中天線圖形172、174相同，相關之說明請見前述第1C圖之實施例，於此不再重複贅述。穿戴型電子裝置透過天線圖形372、374與第一金屬邊壁360a之耦合共振，可進行例如位於GPS天線頻段的訊號的收發。
而另一側之第二介電部380內側設置有相同於第2圖中天線圖形282之天線圖形382。天線圖形382具有信 號饋入端F2和接地端G2。天線圖形382之結構、特性皆與第2圖中天線圖形282完全相同，相關之說明請見前述第2圖之實施例，於此不再重複贅述。穿戴型電子裝置透過天線圖形382與第二金屬邊壁360b之耦合共振，可進行例如位於藍牙/Wi-Fi天線頻段的訊號的收發。
藉由本文實施例之揭露，小型穿戴型電子裝置可具有收發GPS天線頻段及/或藍牙/Wi-Fi天線頻段的功能。此外，透過本揭露文件的教示，在本領域具有通常知識者亦可藉由簡單改變天線佈線電路的配置及/或調整中框之形狀、尺寸等，來增設更多天線。
第4圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴型電子裝置的電壓駐波比對頻率之關係圖。第4圖為應用前述實施例之穿戴型電子裝置於實際作用時之電壓駐波比對頻率的關係圖。其中，關係圖之縱軸單位為電壓駐波比(VSWR)，橫軸單位為頻率，而實線表示例如第1C圖或第3圖右側天線佈線電路(例如為GPS天線)之電壓駐波比，虛線則為例如第2圖或第3圖左側天線佈線電路(例如為藍牙/Wi-Fi天線)之電壓駐波比。由第4圖可看出，穿戴型電子裝置之天線於GPS頻段(約1575MHz處)及/或藍牙/Wi-Fi頻段(約2400MHz處)之電壓駐波比趨近於1，顯現出良好的阻抗匹配。
第5圖繪示本揭露文件之一實施例之天線效率對頻率之關係圖。其中，第5圖為應用前述實施例之穿戴式電子裝置於實際作用時之天線效率(dB)對頻率的關係圖， 其中縱軸之單位為天線效率之dB值，橫軸單位則為頻率。第5圖中實線部分所示為例如第1C圖或第3圖右側天線佈線電路(例如為GPS天線)之天線效率，而虛線部分則為例如第2圖或第3圖左側天線佈線電路(例如為藍牙/Wi-Fi天線)之天線效率。由第5圖可看出，本揭示文件揭露之穿戴型電子裝置，在GPS頻段(約1575MHz)及/或藍牙/Wi-Fi頻段(約2400MHz)皆有良好的天線效率表現。
在本揭示文件之一實施例中，將天線圖形設置於裝置的中框邊壁上(YZ軸平面或XZ軸平面)，其天線之淨空區相較於XY軸平面設計的淨空區小，因此本揭示的穿戴型電子裝置在空間運用上更加彈性。舉例來說，穿戴型電子裝置可於其中框的左右兩側邊壁分別設立用以收發GPS及藍牙/Wi-Fi天線的佈線電路，而於傳統技藝中用以設置GPS及藍牙/Wi-Fi天線的中框與穿戴件(例如錶帶)之連接處則可另外設置3G天線。因此，穿戴型電子裝置可同時涵蓋GPS、藍牙/Wi-Fi及3G天線的收發頻段。
於本揭示文件之實施例中，因穿戴型電子裝置的金屬邊壁部與系統接地面搭接，與設置於中框的天線構成封閉接地結構，因此錶環(如第1A圖中錶環120)及穿戴件(如第1A圖中錶帶130)之材質並不會對設置於中框的天線之效率產生影響。亦即，錶環及穿戴件可使用任何材質來製作，使穿戴型電子裝置之設計更多元。
透過本文揭露之將天線佈線電路設置於裝置中框之側壁的技術，電子裝置可擁有更多空間來設置比以往的 產品更多的功能組件。於本技術領域中具有通常知識者可藉由簡單改變穿戴型電子裝置之機身外觀及尺寸，以增設更多天線單元。藉由本揭示技術之實施，小型穿戴型電子裝置不僅可擁有更多天線收發頻段，亦可在符合SAR的規範下，以金屬中框來進行設計。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。

Claims (10)

  1. 一種穿戴型電子裝置，包含：一中框；兩連接壁，該兩連接壁分別位於該中框之相對的兩側，用以連接一穿戴件；一第一金屬邊壁，設置於該中框，並位於該兩連接壁之間，該第一金屬邊壁接地且具有一第一槽孔；一第一介電部，設置於該第一槽孔，使該第一金屬邊壁環繞該第一介電部以形成一第一封閉接地架構；以及一第一天線佈線電路，設置於該第一介電部，該第一天線佈線電路與該第一封閉接地架構共振出一第一共振頻率。
  2. 如請求項1所述之穿戴型電子裝置，其中該第一天線佈線電路包含一第一天線圖形，該第一天線圖形設置於該第一介電部上且於該中框之內側，並與一信號饋入端耦接。
  3. 如請求項2所述之穿戴型電子裝置，其中該第一共振頻率相關於該第一天線圖形之長度。
  4. 如請求項2所述之穿戴型電子裝置，其中該第一天線圖形與該第一金屬邊壁之間距相關於該第一共振頻率之阻抗匹配頻寬。
  5. 如請求項1所述之穿戴型電子裝置，其中該第一天線佈線電路包含一第二天線圖形，該第二天線圖形設置於該第一介電部上且於該中框之外側，並電耦接至一系統接地面以使該第二天線圖形接地。
  6. 如請求項5所述之穿戴型電子裝置，其中該第一共振頻率相關於該第二天線圖形之長度。
  7. 如請求項1所述之穿戴型電子裝置，更包含：一第二金屬邊壁，設置於該中框，並位於該兩連接壁之間且相對於該第一金屬邊壁之另一側，該第二金屬邊壁接地且具有一第二槽孔；一第二介電部，設置於該第二槽孔，使該第二金屬邊壁環繞該第二介電部以形成一第二封閉接地架構；以及一第二天線佈線電路，設置於該第二介電部上，該第二天線佈線電路與該第二封閉接地架構共振出一第二共振頻率。
  8. 如請求項7所述之穿戴型電子裝置，其中第二共振頻率不同於該第一共振頻率。
  9. 如請求項7所述之穿戴型電子裝置，其中該第二天線佈線電路包含一第三天線圖形，該第三天線圖形設置於該第二介電部上且於該中框之內側，並與一信號 饋入端耦接。
  10. 如請求項9所述之穿戴型電子裝置，其中該第二共振頻率相關於該第二天線圖形之長度。
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