CN106159415B - 穿戴式装置 - Google Patents
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Abstract
一种穿戴式装置，包括一非导体基座、一金属环圈，以及一匹配电路。该非导体基座大致为一中空结构。该金属环圈设置于该非导体基座上，并具有一馈入点和一接地点。该金属环圈至少具有一缺口。该金属环圈的该接地点经由该匹配电路耦接至一接地电位。该金属环圈和该匹配电路共同形成该穿戴式装置的一天线结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿戴式装置(Wearable Device)，尤其涉及一种穿戴式装置及其天线结构。
背景技术
随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)***及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth***使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。
依据各品牌大厂的研究方向，下一代新兴的移动装置很可能会是“穿戴式装置(Wearable Device)”。例如，手表、眼镜，甚至是身上衣物，都有机会在未来具有无线通讯功能。然而，以穿戴式装置中的手表为例，其内部空间非常狭小，不足以容纳用于无线通讯的天线。此将成为天线设计者的一大挑战。
发明内容
在优选实施例中，本发明提供一种穿戴式装置，包括：一非导体基座，为一中空结构；一金属环圈，设置于该非导体基座上，并具有一馈入点和一接地点，其中该金属环圈至少具有一第一缺口；以及一匹配电路，其中该金属环圈的该接地点经由该匹配电路耦接至一接地电位；其中该金属环圈和该匹配电路共同形成一天线结构。
在一些实施例中，在一些实施例中，该穿戴式装置应用于一手表。
在一些实施例中，该非导体基座为一无盖箱型，而该金属环圈位于该无盖箱型的一开口侧。
在一些实施例中，该穿戴式装置还包括：一印刷电路板，设置于该非导体基座内，并包括一接地面，其中该接地面提供该接地电位。
在一些实施例中，该金属环圈的该馈入点邻近于该第一缺口。
在一些实施例中，该金属环圈还具有一第二缺口，使得该金属环圈由该第一缺口和该第二缺口分离为一第一部份和一第二部份。
在一些实施例中，该金属环圈的该接地点邻近于该第二缺口。
在一些实施例中，该匹配电路包括一电感器、一电容器，或是其组合。
在一些实施例中，该穿戴式装置还包括：一透明元件，由该金属环圈所包围。
在一些实施例中，该天线结构激发产生一操作频带，而该操作频带介于2400MHz至2484MHz之间。
附图说明
图1显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的部份组合图；
图2显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的完整组合图；
图3显示根据本发明一实施例所述的匹配电路的示意图；
图4显示根据本发明一实施例所述的匹配电路的示意图；
图5显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的部份组合图；
图6显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的天线结构的电压驻波比图；
图7显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的部份组合图；以及
图8显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置的部份组合图。
【附图标记说明】
100、500、700、800～穿戴式装置；
110、710、810～非导体基座；
120、520、720、820～金属环圈；
128、528～第一共振路径；
129、529～第二共振路径；
131、531、731、831～第一缺口；
521、721、821～金属环圈的第一部份；
522、722、822～金属环圈的第一部份；
532、732、832～第二缺口；
140～匹配电路；
150、750、850～印刷电路板；
190～信号源；
260～透明元件；
270～表带；
C1～电容器；
CP～接地点；
FB1～操作频带；
FP～馈入点；
L1～电感器
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合附图详细说明如下。
图1显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置(Wearable Device)100的部份组合图。在优选实施例中，穿戴式装置100为一手腕穿戴式装置(Wrist-wearable Device)，例如：一智能手表，或是一智能运动手环。如图1所示，穿戴式装置100至少包括一非导体基座110、一金属环圈120、以及一匹配电路140。
非导体基座110可用塑胶材料所制成。非导体基座110为一中空结构。非导体基座110的外型、花纹、以及表面处理在本发明中并不特别作限制。金属环圈120可用铜、银、铝、铁，或其合金所制成。金属环圈120设置于非导体基座110上，其中金属环圈120至少具有一第一缺口131，使得金属还圈120本身大致呈现一C字形。金属环圈120具有一馈入点FP和一接地点CP，其中馈入点FP邻近于第一缺口131。举例而言，馈入点FP和第一缺口131的间距可小于5mm。匹配电路140设置于非导体基座110内。匹配电路140可提供一电抗值(Reactance)。在一些实施例中，匹配电路140包括一个或多个电容器、一个或多个电感器，或是其组合，其中前述电容器可为芯片电容器(Chip Capacitor)，而前述电感器可为芯片电感器(Chip Inductor)。金属环圈120的接地点CP经由匹配电路140耦接至一接地电位。在一些实施例中，穿戴式装置100还包括一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)150，其中印刷电路板150设置于非导体基座110内，并包括一接地面，而此接地面可提供前述接地电位。印刷电路板150上还可设置其他各种电子电路零件。
金属环圈120和匹配电路140共同形成穿戴式装置100的一天线结构。金属环圈120的馈入点FP可以耦接至一信号源190，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构。馈入点FP和接地点CP的位置在本发明中并不特别作限制。举例来说，馈入点FP和接地点CP可位于金属环圈120的同一侧边，或分别位于金属环圈120的二个相对侧边，或是分别位于金属环圈120的二个相对角落。在一些实施例中，金属环圈120的馈入点FP经由一顶针或一弹片(未显示)耦接至印刷电路板150上的信号源190，而金属环圈120的接地点CP则经由另一顶针或另一弹片(未显示)耦接至印刷电路板150上的匹配电路140。
在一些实施例中，非导体基座110为一无盖箱型(例如：一无盖空心立方体，其具有一正方形开口)，而金属环圈120位于此无盖箱型的一开口侧。非导体基座110可用于容纳各种装置零组件，例如：一电池、一时针、一分针、一秒针、一射频模块、一信号处理模块、一计数器、一处理器、一温度计，或(且)一气压计(未显示)。在一些实施例中，金属环圈120可以大致为一正方形环圈，用以搭配非导体基座110的一正方形开口。必须理解的是，虽然未显示于图1中，但穿戴式装置100还可包括其他元件，例如：一时间调整器、一连接带、一防水外壳，或(且)一扣环等等。
图2显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置100的完整组合图。在图2的实施例中，穿戴式装置100应用于一手表。在此设计下，穿戴式装置100还可包括一透明元件260和一表带270。举例来说，透明元件260可以是一表面玻璃或是一透明塑胶板。透明元件260可以设置于金属环圈120中，并可由金属环圈120所包围。其他手表元件，例如：一时针、一分针，以及一秒针，皆可设置于透明元件260的下方，以利一使用者进行观察。表带270可以连接至非导体基座110的相对二侧，以利一使用者可藉由表带270来配挂穿戴式装置100于其手腕上。
图3显示根据本发明一实施例所述的匹配电路340的示意图。图3的匹配电路340可套用至图1、2的穿戴式装置100当中。在图3的实施例中，匹配电路340包括一电感器L1，其中电感器L1的一电感值约介于1nH至10nH之间。电感器L1可用于调整穿戴式装置100的阻抗匹配。当金属环圈120的接地点CP经由电感器L1耦接至接地电位时，天线结构的等效共振长度将增加，使得天线结构的操作频带会往低频方向移动。在一些实施例中，电感器L1可改成一可变电感器，而此可变电感器的一电感值可根据一控制信号或一使用者输入信号而进行调整，以对应至各种操作频率。
图4显示根据本发明一实施例所述的匹配电路440的示意图。图4的匹配电路440可套用至图1、2的穿戴式装置100当中。在图4的实施例中，匹配电路440包括一电容器C1，其中电容器C1的一电感值约介于0.1pF至10pF之间。电容器C1可用于调整穿戴式装置100的阻抗匹配。当金属环圈120的接地点CP经由电容器C1耦接至接地电位时，天线结构的等效共振长度将减少，使得天线结构的操作频带会往高频方向移动。在一些实施例中，电容器C1可改成一可变电容器，而此可变电容器的一电容值可根据一控制信号或一使用者输入信号而进行调整，以对应至各种操作频率。
必须理解的是，图3、4的匹配电路330、340的内部结构仅为举例，但本发明并不限于此。在另一些实施例中，图1的匹配电路140可包括一个或多个电容器或(且)一个或多个电感器。例如，匹配电路140可由一电容器和一电感器两者串联耦接而形成，抑或可由一电容器和一电感器两者并联耦接而形成。又例如，匹配电路140可包括一短路元件或一开路元件。藉由适当地设计匹配电路140来调整等效共振长度，设计者可在不改变金属环圈120的尺寸的情况下，仍能让穿戴式装置100的天线结构操作于各种不同频带。在一些实施例中，金属环圈120的长度约可缩短至所需频带的六分之一波长或更短。由于金属环圈120的长度无须如传统设计般一定要对应至所需频带的二分之一波长或四分之一波长，本发明的穿戴式装置100对设计者而言，其设计自由度将能大幅提升。
图5显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置500的部份组合图。图5基本上与图1、2相似。在图5的实施例中，穿戴式装置500的一金属环圈520具有一第一缺口531和一第二缺口532，使得金属环圈520由第一缺口531和第二缺口532完全分离为一第一部份521和一第二部份522。金属环圈500的一馈入点FP邻近于第一缺口531。例如，馈入点FP和第一缺口531之间距可小于5mm。金属环圈500的一接地点CP邻近于第二缺口532。例如，接地点CP和第二缺口532之间距可小于5mm。金属环圈520的第一部份521的长度相对较短，且其大致呈现一直条形。金属环圈520的第二部份522的长度相对较长，且其大致呈现一C字形。图5的穿戴式装置500的其余特征皆与图1、2的穿戴式装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置100的天线结构的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图6的测量结果可知，当穿戴式装置100的金属环圈120由信号源190所馈入时，其天线结构可激发产生至少一操作频带FB1。在一些实施例中，天线结构的操作频带FB1介于2400MHz至2484MHz之间。因此，本发明的穿戴式装置100至少可支持Wi-Fi和Bluetooth频带的无线通讯功能。由于金属环圈120可藉由一极轻薄金属片来实施，并成为穿戴式装置100的外观元件的一部份，本发明将可兼得缩小天线尺寸、维持天线频宽、降低成本，以及美化装置外型等等优点，其非常适合应用于各种小型化的智能穿戴式装置。
请再次参考图1以理解本发明的天线原理和设计方式。因为金属环圈120的形状特性，穿戴式装置100的天线结构将具有一第一共振路径128和一第二共振路径129，其中第一共振路径128为金属环圈120上由馈入点FP至接地点CP之间的一较短部份路径，而第二共振路径129为金属环圈120上由接地点CP至第一缺口131之间的一较长部份路径。第一共振路径128和第二共振路径129的一组合可大致涵盖完整的金属环圈120。在天线原理方面，图6的操作频带FB1通常由较短的第一共振路径128所激发，再由匹配电路140作微调。因此，藉由适当地改变馈入点FP和接地点CP两者的位置，设计者亦能轻易地控制天线结构的操作频带FB1。
若是讨论图5的情况，在天线原理方面，穿戴式装置500的天线结构的操作频带FB1通常由金属环圈520的第一部份521(包括介于馈入点FP和接地点CP之间的一第一共振路径528)所激发，再由匹配电路140作微调，其运作方式与图1的穿戴式装置100的天线结构相近似。
图7显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置700的部份组合图。图7基本上与图1、2相似。在图7的实施例中，穿戴式装置700的一非导体基座710大致为一无盖空心圆柱体，其具有一圆形开口。另外，穿戴式装置700的一金属环圈720可以大致为一圆形环圈，用以搭配非导体基座710的圆形开口。在其他实施例中，亦可调整成非导体基座710大致为一无盖空心椭圆柱体，而金属环圈720大致为一椭圆形环圈。金属环圈720可仅具有一第一缺口731，或是同时具有一第一缺口731和一第二缺口732。图7的穿戴式装置700的其余特征皆与图1、2的穿戴式装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图8显示根据本发明一实施例所述的穿戴式装置800的部份组合图。图8基本上与图1、2相似。在图8的实施例中，穿戴式装置800的一非导体基座810大致为一无盖空心梯形柱体，其具有一梯形开口。另外，穿戴式装置800的一金属环圈820可以大致为一梯形环圈，用以搭配非导体基座810的梯形开口。金属环圈820可仅具有一第一缺口831，或是同时具有一第一缺口831和一第二缺口832。图8的穿戴式装置800的其余特征皆与图1、2的穿戴式装置100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
本发明提出一种新颖的穿戴式装置，其天线结构与外观金属部紧密结合，加以使用匹配电路、设计金属部缺口来调整共振长度，将可同时达成功能及外型上的双重改良效果。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状、以及频率范围均非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。另外，本发明的穿戴式装置及天线结构并不仅限于图1-8所图示的状态。本发明可以仅包括图1-8的任何一个或多个实施例的任何一项或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的穿戴式装置及天线结构当中。
在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
本发明虽以优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种穿戴式装置，包括：
一非导体基座，为一中空结构；
一金属环圈，设置于该非导体基座上，并具有一馈入点和一接地点，其中该金属环圈至少具有一第一缺口；以及
一匹配电路，其中该金属环圈的该接地点经由该匹配电路耦接至一接地电位；
其中该金属环圈和该匹配电路共同形成一天线结构；
其中该金属环圈还具有一第二缺口，使得该金属环圈由该第一缺口和该第二缺口分离为一第一部份和一第二部份，该金属环圈的该馈入点邻近于该第一缺口，该金属环圈的该接地点邻近于该第二缺口。
2.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该穿戴式装置应用于一手表。
3.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该非导体基座为一无盖箱型，而该金属环圈位于该无盖箱型的一开口侧。
4.如权利要求1所述的穿戴式装置，还包括：
一印刷电路板，设置于该非导体基座内，并包括一接地面，其中该接地面提供该接地电位。
5.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该匹配电路包括一电感器、一电容器，或是其组合。
6.如权利要求1所述的穿戴式装置，还包括：
一透明元件，由该金属环圈所包围。
7.如权利要求1所述的穿戴式装置，其中该天线结构激发产生一操作频带，而该操作频带介于2400MHz至2484MHz之间。
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