TWI633706B - 穿戴式電子裝置 - Google Patents

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黃士耿
李亞峻
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Abstract

本揭露文件係揭露一種穿戴式電子裝置。穿戴式電子裝置包含金屬殼體、介電支撐件、框形金屬件、介電側壁及第一天線佈線電路。金屬殼體與系統接地面電性耦接。介電支撐件設置於金屬殼體上方。框形金屬件設置於介電支撐件上方，且框形金屬件之一側與金屬殼體電性耦接，而另一側具有一斷縫。介電側壁環繞設置於金屬殼體內側。第一天線佈線電路設置於介電側壁的內側面上並絕緣於金屬殼體，且鄰近斷縫。第一天線佈線電路與框形金屬件共振出第一共振頻段。

Description

穿戴式電子裝置
本揭露文件係關於一種穿戴式電子裝置，特別係關於一種具有通訊功能之穿戴式電子裝置。
智慧型設備已成為現代都市生活中不可或缺的一部分，例如智慧型手機、智慧手錶、運動手環及平板電腦等產品，而此等產品皆配備有無線通訊功能。而在例如手錶等越趨小型化的裝置中設置天線實非易事，並且為了兼顧美觀，智慧型設備常傾向於全金屬機身的設計，此使得天線的設置上更加困難。
在習知技術中，已提出許多方法來實現各種頻段天線的設置，然而對於小型化智慧型裝置，因受限於裝置本身空間/面積的大小，欲設置例如4G天線頻段之天線或甚至更低頻段之天線仍是現今技術發展的一大挑戰。
在本揭露文件之一技術態樣中提出一種穿戴式電子裝置。穿戴式電子裝置包含金屬殼體、介電支撐件、框形金屬件、介電側壁及第一天線佈線電路。金屬殼體與系統接地面電性耦接。介電支撐件設置於金屬殼體上方。框形金 屬件設置於介電支撐件上方，且框形金屬件之一側與金屬殼體電性耦接，而另一側具有一斷縫。介電側壁環繞設置於金屬殼體內側。第一天線佈線電路設置於介電側壁內部且鄰近斷縫的一側，第一天線佈線電路與框形金屬件使共振出第一共振頻段。
本揭露文件在穿戴式電子裝置頂面處開設槽縫，使例如4G天線頻段之低頻天線得以設置於小型化金屬機身的裝置，且使得穿戴式電子裝置在空間運用上更加彈性且效率。
100‧‧‧穿戴式電子裝置
110‧‧‧顯示面板
120‧‧‧主體結構
122‧‧‧連接件
124‧‧‧金屬殼體
124a、124b、124c、124d、124e‧‧‧面
126‧‧‧系統接地面
128‧‧‧介電支撐件
130‧‧‧框形金屬件
132‧‧‧介電側壁
134‧‧‧第一天線佈線電路
140a‧‧‧第一槽孔
140b‧‧‧第一介電部
140c‧‧‧第二天線佈線電路
142a‧‧‧第二槽孔
142b‧‧‧第二介電部
142c‧‧‧第三天線佈線電路
150‧‧‧無線充電裝置
410、420、430、510、520、530‧‧‧線段
A1‧‧‧第一側壁
A2‧‧‧第二側壁
a1、a2、a3、a4、b1、c1、c2‧‧‧點
S‧‧‧斷縫
F‧‧‧信號饋入端
G‧‧‧接地端
P1、P2、P3、P4、P5、P6‧‧‧接地點
第1圖為本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置示意圖。
第2A圖為本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置之主體結構側視圖。
第2B圖為本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置之主體結構六面圖。
第3圖為本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置之第一天線佈線電路示意圖。
第4圖為本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置的天線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穿戴式電子裝置的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。而關於本文中所使用的”電性連接”或”電性耦接”，可指二或多個元件實體地電性接觸或間接地電性接觸。
請參閱第1圖，第1圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置100的示意圖。穿戴式電子裝置100可為任何需搭載通訊功能之智慧型電子裝置，於此例中，係以例如智慧型手錶為例作說明。應注意的是，雖於第1圖中，穿戴式電子裝置100係繪示為方型設計，然穿戴式電子裝置100亦可為任何對稱或不對稱形狀，本揭露文件並不加以限制。
穿戴式電子裝置100主要由顯示面板110和主體結構120等兩部分組成。顯示面板110例如為手錶之錶面。主體結構120為穿戴式電子裝置100之系統、天線及連接件122等零組件裝設處，其中連接件122係用以連接例如錶帶等穿戴件。關於主體結構120之詳細架構請見第2A、2B圖。
第2A圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴式 電子裝置100之主體結構120的側視圖。由第2A圖可看出，穿戴式電子裝置100之主體結構120具有金屬殼體124，而金屬殼體124與系統接地面126電性耦接，以使整個金屬機身接地。在金屬殼體124上方設置有介電支撐件128，而介電支撐件128上方設有框形金屬件130。框形金屬件130為環繞穿戴式電子裝置100機身之金屬部件，其可類似於方型、圓形或任何不規則形狀。框形金屬件130可作為例如顯示面板110之前蓋(bezel)。介電支撐件128例如為塑膠等絕緣材質。
框形金屬件130之一側挖有斷縫S，斷縫S鄰近金屬殼體124之設有連接件122之其中一側。而框形金屬件130相對斷縫S的另一側則與金屬殼體124之面124a電性耦接，以透過金屬殼體124耦接至系統接地面126，此使得框形金屬件130具有延伸接地面的效果。於此實施例中，框形金屬件130係與金屬殼體124之面124a相連接，但於其他實施例中，框形金屬件130亦可透過任何其他方式與面124a間接耦接。
在金屬殼體124內側有環繞設置的介電側壁132，在此例中，介電側壁132貼附於金屬殼體124內部之每一側面上。而在介電側壁132內側且鄰近於斷縫S處設有第一天線佈線電路134。關於第一天線佈線電路134之架構將於後文作進一步詳細說明。
請參閱第2B圖，第2B圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置100之主體結構120的六面圖。其 中，主體結構120的上視圖位於第2B圖之中心，為由主體結構120頂部向下觀看之視圖；而前視圖為金屬殼體124之面124a之視圖；後視圖為金屬殼體124之面124b之視圖；左視圖為金屬殼體124之面124c之視圖；右視圖為金屬殼體124之面124d之視圖；下視圖為金屬殼體124之底面124e之視圖。
由第2B圖中心之主體結構120上視圖可看出，系統接地面126與金屬殼體124具有六個分散的接地點P1~P6，以確保穿戴式電子裝置100之接地面完整。應了解，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，而最佳的情況下，系統接地面126將與金屬殼體124完全接合。
於一實施例中，穿戴式電子裝置100之主體結構120之長、寬、高尺寸可為44mm×44mm×16mm；斷縫S之寬度(點b1至點c1之距離)例如為2mm；介電支撐件128之厚度例如為2mm；框形金屬件130之寬度及厚度皆例如為2mm；而介電側壁132之厚度例如為1mm。由第2B圖中穿戴式電子裝置100之主體結構120的左視圖、後視圖、右視圖可判斷出介電支撐件128為例如倒U字形的結構。
第3圖繪示第2A圖之實施例之穿戴式電子裝置100之第一天線佈線電路134的放大示意圖。第一天線佈線電路134分為點a1至點a2之第一部份及點a1至點a4之第二部份。舉例來說，點a1至點a2之長度為5mm、點a1至點a3 之長度為25mm、點a3至點c2之長度為5.5mm、點c2至點a4之長度為9mm。其中，點a1、a2、a3、c2形成之路徑位於介電側壁132鄰近金屬殼體124之面124b的一側，而點c2、a4形成之路徑位於介電側壁132鄰近金屬殼體124之面124d的一側。
在點a1處延伸設有路徑以設置信號饋入端F，信號饋入端F用以耦接至無線收發電路(圖中未示)的訊號正端，而接地端G則電性耦接至無線收發電路(圖中未示)的訊號負端，並與系統接地面126導通。因此，無線收發電路可以透過第一天線佈線電路134進行發送及/或接收無線訊號。一般而言，因系統接地面126與金屬殼體124之間存在間隙，故信號饋入端F與接地端G之路徑係設於金屬殼體124與系統接地面126間的水平間隙處。
於此例中，點a1與斷縫S上點b1間有約5mm的距離，調整此距離可控制第一天線佈線電路134與斷縫S間的耦合程度。
透過上述配置，第一天線佈線電路134可與框形金屬件130形成耦合共振，並使得穿戴式電子裝置100能夠收發第一共振頻段內的信號，此第一共振頻段例如為3G/4G天線頻段(約700~960MHz及1710~2700MHz)。
應了解的是，斷縫S之數量並不限定為一個，其可依實際需求作調整及設計。一般而言，斷縫S之數量與欲透過框形金屬件130進行信號收發之天線的數量相關。斷縫S之位置亦不限定鄰近於連接件122之一側(面124a或 124b)，於一實施例中，斷縫S亦可鄰近未設置有連接件122之其他側面(面124c或面124d)，而框形金屬件130與金屬殼體124電性耦接之處則係設置在與斷縫S對立的相對側。舉例來說，若斷縫S鄰近面124c，則可將框形金屬件130與金屬殼體124之面124d作電性耦接以接地。
其中，第一天線佈線電路134的點a1至點a2構成之第一部分之長度或寬度與第一共振頻段之高頻頻帶的頻率點位置及阻抗匹配頻寬相關。而點a1至點a4構成之第二部分之長度或寬度與第一共振頻段之低頻頻帶的頻率點位置及阻抗匹配頻寬相關。因此，在本領域具有通常知識者可藉由調整第一天線佈線電路134之點a1至點a2的長度或寬度及/或調整點a1、a3、a4之間的長度或寬度來調整所期望的第一共振頻段。
承第2B圖之實施例，穿戴式電子裝置100之金屬殼體124之左側面124c為第一側壁A1，而右側面124d為第二側壁A2。在第一側壁A1上挖有第一槽孔140a，第一槽孔140a之尺寸例如為40mm×7mm×2mm。在第一槽孔140a中設置有第一介電部140b，而於第一介電部140b上設有第二天線佈線電路140c。第二天線佈線電路140c亦具有信號饋入端及接地端(圖中未示)以分別與無線收發電路(圖中未示)之訊號正端及負端連接，以進行發送及/或接收無線訊號。
第二天線佈線電路140c可設於第一介電部140b之面相金屬殼體124內側的一面、或者設於第一介電部 140b之背相金屬殼體124內側的另一面(即面相穿戴式電子裝置100外部)，又或者可依實際應用上的需求，將第二天線佈線電路140c同時設置於第一介電部140b之兩側。
第一側壁A1因接地，使得第二天線佈線電路140c與第一側壁A1形成封閉天線架構。而透過第二天線佈線電路140c與環繞在周圍之第一側壁A1的電容耦合效果，可共振產生第二共振頻率，使得穿戴式電子裝置100能藉以收發無線訊號。
其中，第二天線佈線電路140c的路徑長度、及/或第二天線佈線電路140c與接地端的距離相關於第二共振頻率之頻率點位置。因此，可藉由改變第二天線佈線電路140c的路徑長度、及/或第二天線佈線電路140c與接地端的路徑距離，來調整第二共振頻率以產生例如GPS天線之頻段(約1575MHz)。此外，第二天線佈線電路140c與第一側壁A1之間距與第二共振頻率之阻抗匹配頻寬相關，因此可透過改變第二天線佈線電路140c與第一側壁A1之間距來達到調整天線阻抗匹配頻寬的效果。
在本揭露文件之另一實施例中，在第二側壁A2上挖有第二槽孔142a，第二槽孔142a之尺寸例如為40mm×7mm×2mm。在第二槽孔142a中設置有第二介電部142b，而於第二介電部142b上設有第三天線佈線電路142c。第三天線佈線電路142c同樣具有信號饋入端及接地端(圖中未示)以分別與無線收發電路(圖中未示)之訊號正端及負端連接，以進行發送及/或接收無線訊號。
第三天線佈線電路142c可設於第二介電部142b之面相金屬殼體124內側的一面、或者設於第二介電部142b之背相金屬殼體124內側的另一面(即面相穿戴式電子裝置100外部)，又或者可依實際應用上的需求，將第三天線佈線電路142c同時設置於第二介電部142b之兩側。
第二側壁A2因接地，使得第三天線佈線電路142c與第二側壁A2形成封閉天線架構。透過第三天線佈線電路142c與環繞在周圍之第二側壁A2的電容耦合效果，可共振產生第三共振頻率，使得穿戴式電子裝置100能藉以收發無線訊號。
其中，第三天線佈線電路142c的路徑長度相關於第三共振頻率之頻率點位置。因此，可藉由改變第三天線佈線電路142c的路徑長度，來調整第三共振頻率以產生例如藍牙/Wi-Fi天線之頻段(約2.4GHz)。此外，第三天線佈線電路142c與第二側壁A2之間的間距與第三共振頻率之阻抗匹配頻寬相關聯，因此可透過改變第三天線佈線電路142c與第二側壁A2之間的間距來達到調整藍牙/Wi-Fi天線的阻抗匹配頻寬。
在本揭露文件之又一實施例中，亦可於穿戴式電子裝置100之底面124e設置無線充電裝置150，使穿戴式電子裝置100更具備無線充電的功能。
藉由前述實施例，穿戴式電子裝置100可同時藉由頂面的框形金屬件130及側壁(A1、A2)上進行天線信號的收發，可同時設置至少三支天線，兼具例如3G/4G、 GPS、藍牙/Wi-Fi等多種天線頻段，並因為將天線設置在穿戴式電子裝置100之頂面及側壁上，空間使用上更加有效率，且還能同時在符合SAR的規範下維持金屬機身之設計。此外，因為金屬殼體124與系統接地面126耦接，錶帶之材質對穿戴式電子裝置100中各天線的效率影響不大，因此，亦可使用例如金屬材質之錶帶。
第4A圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置100的天線電壓駐波比對頻率之關係圖。第4圖中，關係圖之縱軸單位為電壓駐波比(VSWR)，橫軸單位為頻率(MHz)。線段410表示穿戴式電子裝置100之3G/4G天線頻段的電壓駐波比；線段420表示穿戴式電子裝置100之GPS天線頻段的電壓駐波比；而線段430表示穿戴式電子裝置100之藍牙/Wi-Fi天線頻段的電壓駐波比。由第4圖可看出，穿戴型電子裝置100之各個天線皆具有良好的阻抗匹配。
第5圖繪示本揭露文件之一實施例之穿戴式電子裝置100的天線效率對頻率之關係圖。其中，第5圖為穿戴式電子裝置100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(MHz)。第5圖中，線段510所示為穿戴式電子裝置100之3G/4G天線頻段的天線效率；線段520所示為穿戴式電子裝置100之GPS天線頻段的天線效率；而線段530所示為穿戴式電子裝置100之藍牙/Wi-Fi天線頻段的天線效率。由第5圖可看出，本揭示文件揭露之穿戴型電子裝置 100，在各個天線頻段皆有良好的天線效率表現。
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. 一種穿戴式電子裝置，包含：一金屬殼體，與一系統接地面電性耦接；一介電支撐件，設置於該金屬殼體上方；一框形金屬件，設置於該介電支撐件上方，該框形金屬件之一側與該金屬殼體電性耦接，該框形金屬件之另一側具有一斷縫；一介電側壁，環繞設置於該金屬殼體內側；以及一第一天線佈線電路，設置於該介電側壁的內側面上並絕緣於該金屬殼體，且該第一天線佈線電路鄰近該斷縫，該第一天線佈線電路與該框形金屬件共振出一第一共振頻段。
  2. 如請求項1所述之穿戴式電子裝置，其中該第一天線佈線電路包含一第一部分，該第一部分之長度或寬度與該第一共振頻段之高頻頻帶的頻率點位置及阻抗匹配頻寬相關。
  3. 如請求項2所述之穿戴式電子裝置，其中該第一天線佈線電路更包含一第二部分，該第二部分之長度或寬度與該第一共振頻段之低頻頻帶的頻率點位置及阻抗匹配頻寬相關。
  4. 如請求項1所述之穿戴式電子裝置，更包含一連接件，設置於該金屬殼體，用以連接一穿戴件，其 中該框形金屬件之該斷縫係鄰近該連接件之一側。
  5. 如請求項1所述之穿戴式電子裝置，其中該第一共振頻段為4G天線頻段。
  6. 如請求項1所述之穿戴式電子裝置，其中該框形金屬件用以承接一顯示面板。
  7. 如請求項1所述之穿戴式電子裝置，其中該金屬殼體包含：一第一槽孔，位於該金屬殼體之一第一側壁上；一第一介電部，設置於該第一槽孔中；一第二天線佈線電路，設置於該第一介電部上，並與該第一側壁共振出一第二共振頻段。
  8. 如請求項7所述之穿戴式電子裝置，其中該第二共振頻段為GPS頻段。
  9. 如請求項7所述之穿戴式電子裝置，其中該金屬殼體更包含：一第二槽孔，位於該金屬殼體之相對該第一側壁的一第二側壁上；一第二介電部，設置於該第二槽孔中；一第三天線佈線電路，設置於該第二介電部上，並與該第二側壁共振出一第三共振頻段。
  10. 如請求項9所述之穿戴式電子裝置，其中該第三共振頻段為藍牙或Wi-Fi頻段。
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