TWI626791B - 穿戴式通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種穿戴式通訊裝置，包括鞋體結構、接地元件與天線元件。鞋體結構包括鞋舌。接地元件設置在鞋舌。天線元件設置在鞋舌，並鄰近接地元件的一邊緣。天線元件操作在第一頻段，且接地元件的長度不小於第一頻段之最低頻率的1/4波長。

Description

穿戴式通訊裝置

本發明是有關於一種通訊裝置，且特別是有關於一種穿戴式通訊裝置。

隨著行動通訊技術的快速發展，各個國際大廠已經開始陸續進行穿戴式通訊裝置(wearable communication device)的開發。例如，隨著路跑風氣的盛行以及居家、健康與兒童照護的發展，智慧鞋(smart shoes)近年來逐漸受到矚目，並可用以管控人們的定位資訊、生理參數以及路跑資訊…等。穿戴式通訊裝置的整體環境(例如：外觀設計、天線空間、接地面尺寸以及天線周圍環境)與目前的手持式裝置相去甚遠，因此穿戴式通訊裝置在天線設計上也必須有不一樣的設計思維與應用技術。

以智慧鞋為例來看，現有的智慧鞋大多是直接採用模組化天線，並將模組化天線與接地面一同設置在鞋底或是鞋墊中。然而，上述做法只著重在智慧鞋的系統整合，而忽略了人體對於天線元件所造成的影響。因此，現有之智慧鞋的通訊品質往往不佳，甚至會出現定位失真或失效的狀況。

本發明提供一種穿戴式通訊裝置，包括設置在鞋體結構之鞋舌內的接地元件與天線元件，從而有助於提升穿戴式通訊裝置的通訊品質。

本發明的穿戴式通訊裝置，包括鞋體結構、接地元件與天線元件。鞋體結構包括鞋舌。接地元件設置在鞋舌。天線元件設置在鞋舌，並鄰近接地元件的一邊緣。此外，天線元件操作在第一頻段，且接地元件的長度不小於第一頻段之最低頻率的1/4波長。

在本發明的一實施例中，上述的天線元件與接地元件設置在基板上，且基板埋設在鞋舌內。

基於上述，本發明之穿戴式通訊裝置包括鞋體結構，且接地元件與天線元件是設置在鞋體結構的鞋舌。藉此，將可有效地降低周遭環境或是人體對天線元件與接地元件所造成的影響，從而有助於提升穿戴式通訊裝置的通訊品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置的示意圖。如圖1所示，穿戴式通訊裝置100可例如是一智慧鞋。具體而言，穿戴式通訊裝置100包括鞋體結構110，且鞋體結構110包括鞋舌111、鞋身112、鞋頭113、鞋帶孔114以及鞋口115。此外，穿戴式通訊裝置100更包括天線元件120以及接地元件130。

天線元件120與接地元件130是設置在鞋舌111，且天線元件120鄰近接地元件130的一邊緣。舉例來說，穿戴式通訊裝置100更包括基板140。天線元件120與接地元件130設置在基板140的一表面上，且基板140可埋設在鞋舌111內。換言之，天線元件120、接地元件130與基板140可設置在鞋舌111的夾層空間內。此外，基板140可例如是一軟性印刷電路板，並可順應人體之足部的表面進行彎折，從而致使鞋舌111可貼附在人體之足部的表面上。

天線元件120可操作在第一頻段，且接地元件130的長度不小於(亦即，大於或是等於)第一頻段之最低頻率的1/4波長。藉此，將有助於天線元件120的微型化。此外。當使用者穿上穿戴式通訊裝置100時，鞋舌111是位在人體之足部的上方，亦即人體的足部不會遮蔽到設置在鞋舌111內的天線元件120與接地元件130。藉此，將可避免天線元件120與接地元件130受到人體的影響，亦即將可降低周遭環境對天線元件120與接地元件130所造成的影響，從而有助於提升穿戴式通訊裝置100的通訊品質。

舉例來說，天線元件120所涵蓋的第一頻段可例如是，全球定位系統(global positioning system，簡稱GPS)所使用的1.57542 GHz頻段。此外，設置在鞋舌111內的天線元件120，將有利於穿戴式通訊裝置100接收來自天空中GPS的衛星訊號，從而可避免穿戴式通訊裝置100出現定位失真或失效的狀況。再者，設置在鞋舌111內的天線元件120與接地元件130也不容易受到周遭環境的影響，從而可提升穿戴式通訊裝置100之通訊品質的穩定性。相對地，隨著通訊品質之穩定性的提升，穿戴式通訊裝置100將無須額外設置匹配電路或是匹配元件，從而有助於降低穿戴式通訊裝置100的生產成本。

更進一步來看，穿戴式通訊裝置100更包括射頻電路150與電池160。其中，射頻電路150與電池160設置在基板140上。亦即，射頻電路150與電池160也可設置在鞋舌111的夾層空間內。此外，射頻電路150可透過同軸纜線電性連接至天線元件120的饋入點，以提供訊號至天線元件120或是接收來自天線元件120的訊號。電池160可用以提供穿戴式通訊裝置100所需的電力。例如，電池160可提供操作電壓至射頻電路150。

圖2與圖3分別是依照本發明一實施例之天線元件的示意圖，且以下將參照圖2與圖3進一步說明天線元件120的結構與操作。如圖2與圖3所示，天線元件120包括第一輻射部210、饋入部220與第二輻射部230。其中，饋入部220的第一端具有饋入點FP2，且饋入部220的第二端電性連接第一輻射部210。

值得一提的是，饋入部220與第一輻射部210可形成貼片天線(patch antenna)結構，且天線元件120可透過貼片天線結構操作在第一頻段。具體而言，第一輻射部210可例如是一方形金屬片。此外，由於接地元件130的長度不小於第一頻段之最低頻率的1/4波長，因此第一輻射部210(亦即，方形金屬片)的邊長201可小於第一頻段之最低頻率的1/2波長，從而有助於天線元件120的微型化。例如，在一實施例中，第一輻射部210(亦即，方形金屬片)的邊長201可約為第一頻段之最低頻率的1/6至1/8波長。舉例而言，第一頻段可例如是1.57542 GHz頻段，且第一輻射部210(亦即，方形金屬片)的邊長201可例如是23毫米(mm)。

請繼續參照圖3，第一輻射部210(亦即，方形金屬片)包括電性相連的第一部分310與第二部分320。亦即，第一輻射部210(亦即，方形金屬片)可基於饋入部220劃分成第一部分310與第二部分320。其中，第一部分310包括相鄰的第一邊緣SD31與第二邊緣SD32。第一部分310的第一邊緣SD31電性連接饋入部220的第二端，且第一部分310的第二邊緣SD32電性連接第二輻射部230的第一端。此外，第二輻射部230的第二端電性連接饋入部220，且第二輻射部230環繞第一部分310的第一邊緣SD31與第二邊緣SD32。

藉此，如圖3所示，第二輻射部230、第一部分310與饋入部220將可形成環形天線(loop antenna)結構，且天線元件120可透過環形天線結構操作在第二頻段，例如：2.45 GHz頻段。具體而言，第二輻射部230、第一部分310與饋入部220可形成一閉槽孔330，且閉槽孔330的周長約為第二頻段之最低頻率的1/2波長。此外，第二輻射部230可例如是一C字形金屬片，以藉此環繞第一部分310的第一邊緣SD31與第二邊緣SD32。

圖4是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置在未放入人體組織模擬液時之天線元件的返回損失圖，且圖5是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置在放入人體組織模擬液時之天線元件的返回損失圖。如圖4與圖5所示，在未放置以及放置人體組織模擬液的情況下，天線元件120的頻率範圍皆可涵蓋1.57 GHz以及2.4 GHz ~ 2.5 GHz。此外，圖6是依照本發明一實施例之天線元件的輻射效率圖，其中曲線610為在未放入人體組織模擬液時之天線元件120的輻射效率，且曲線620為在放入人體組織模擬液時之天線元件120的輻射效率。

如圖6所示，相較於在未放入人體組織模擬液的情況來看，當穿戴式通訊裝置100放入人體組織模擬液時，天線元件120之輻射效率的下降幅度小於1dB。換言之，將天線元件120與接地元件130設置在鞋舌111內，可有效地降低周遭環境或是人體對天線元件120與接地元件130所造成的影響。因此，即使是在放入人體組織模擬液的情況下，天線元件120依舊可保有良好的輻射效率，從而有助於提升穿戴式通訊裝置100的通訊品質。

綜上所述，本發明之穿戴式通訊裝置包括鞋體結構，且天線元件與接地元件是一同設置在鞋體結構的鞋舌。藉此，將可有效地降低周遭環境或是人體對天線元件與接地元件所造成的影響，從而有助於提升穿戴式通訊裝置的通訊品質。此外，天線元件可操作在第一頻段，且接地元件的長度不小於第一頻段之最低頻率的1/4波長。藉此，將有助於天線元件的微型化。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100：穿戴式通訊裝置 110：鞋體結構 111：鞋舌 112：鞋身 113：鞋頭 114：鞋帶孔 115：鞋口 120：天線元件 130：接地元件 140：基板 150：射頻電路 160：電池 210：第一輻射部 220：饋入部 230：第二輻射部 201：邊長 FP2：饋入點 310：第一部分 320：第二部分 330：閉槽孔 SD31：第一邊緣 SD32：第二邊緣 610、620：曲線

圖1是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置的示意圖。 圖2與圖3分別是依照本發明一實施例之天線元件的示意圖。 圖4是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置在未放入人體組織模擬液時之天線元件的返回損失圖。 圖5是依照本發明一實施例之穿戴式通訊裝置在放入人體組織模擬液時之天線元件的返回損失圖。 圖6是依照本發明一實施例之天線元件的輻射效率圖。

Claims (7)

1. 一種穿戴式通訊裝置，包括：一鞋體結構，包括一鞋舌；一接地元件，設置在該鞋舌；以及一天線元件，設置在該鞋舌，並鄰近該接地元件的一邊緣，其中該天線元件操作在一第一頻段，且該接地元件的長度不小於該第一頻段之最低頻率的1/4波長，其中該天線元件包括：一第一輻射部，其為一方形金屬片，該方形金屬片包括電性相連的一第一部分與一第二部分，該第一部分的一第一邊緣電性連接該饋入部的第二端；一饋入部，其第一端具有一饋入點，且該饋入部的第二端電性連接該第一輻射部，其中該饋入部與該第一輻射部形成一貼片天線結構，且該天線元件透過該貼片天線結構操作在該第一頻段；以及一第二輻射部，其第一端電性連接該第一部分的一第二邊緣，該第二輻射部的第二端電性連接該饋入部，且該第二輻射部環繞該第一部分的該第一邊緣與該第二邊緣，其中該第二輻射部、該第一部分以及該饋入部形成一環形天線結構，且該天線元件透過該環形天線結構操作在一第二頻段。
2. 如申請專利範圍第1項所述的穿戴式通訊裝置，其中該天線元件與該接地元件設置在一基板上，且該基板埋設在該鞋舌內。
3. 如申請專利範圍第2項所述的穿戴式通訊裝置，更包括：一射頻電路，設置在該基板上，並提供一饋入訊號至該天線元件。
4. 如申請專利範圍第3項所述的穿戴式通訊裝置，更包括一電池，且該電池設置在該基板上，並提供一操作電壓至該射頻電路。
5. 如申請專利範圍第1項所述的穿戴式通訊裝置，其中該方形金屬片的邊長為該第一頻段之最低頻率的1/6至1/8波長。
6. 如申請專利範圍第1項所述的穿戴式通訊裝置，其中該環形天線結構包括一閉槽孔，且該閉槽孔的周長為該第二頻段之最低頻率的1/2波長。
7. 如申請專利範圍第1項所述的穿戴式通訊裝置，其中該第二輻射部為一C字形金屬片。