本發(fā)明涉及一種穿戴式裝置(Wearable Device)，尤其涉及一種穿戴式裝置及其天線結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)達(dá)，移動(dòng)裝置在近年日益普遍，常見(jiàn)的例如：手提式電腦、移動(dòng)電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，移動(dòng)裝置通常具有無(wú)線通訊的功能。有些涵蓋長(zhǎng)距離的無(wú)線通訊范圍，例如：移動(dòng)電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統(tǒng)及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進(jìn)行通訊，而有些則涵蓋短距離的無(wú)線通訊范圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統(tǒng)使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進(jìn)行通訊。

依據(jù)各品牌大廠的研究方向，下一代新興的移動(dòng)裝置很可能會(huì)是“穿戴式裝置(Wearable Device)”。例如，手表、眼鏡，甚至是身上衣物，都有機(jī)會(huì)在未來(lái)具有無(wú)線通訊功能。然而，以穿戴式裝置中的手表為例，其內(nèi)部空間非常狹小，不足以容納用于無(wú)線通訊的天線。此將成為天線設(shè)計(jì)者的一大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種穿戴式裝置，包括：一非導(dǎo)體基座，大致為一中空結(jié)構(gòu)；一金屬環(huán)圈，設(shè)置于該非導(dǎo)體基座上，并具有一饋入點(diǎn)和一接地點(diǎn)，其中該金屬環(huán)圈至少具有一第一缺口；以及一匹配電路，其中該金屬環(huán)圈的該接地點(diǎn)經(jīng)由該匹配電路耦接至一接地電位；其中該金屬環(huán)圈和該匹配電路共同形成一天線結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，在一些實(shí)施例中，該穿戴式裝置應(yīng)用于一手表。

在一些實(shí)施例中，該非導(dǎo)體基座大致為一無(wú)蓋箱型，而該金屬環(huán)圈位于 該無(wú)蓋箱型的一開(kāi)口側(cè)。

在一些實(shí)施例中，該穿戴式裝置還包括：一印刷電路板，設(shè)置于該非導(dǎo)體基座內(nèi)，并包括一接地面，其中該接地面提供該接地電位。

在一些實(shí)施例中，該金屬環(huán)圈的該饋入點(diǎn)鄰近于該第一缺口。

在一些實(shí)施例中，該金屬環(huán)圈還具有一第二缺口，使得該金屬環(huán)圈由該第一缺口和該第二缺口分離為一第一部份和一第二部份。

在一些實(shí)施例中，該金屬環(huán)圈的該接地點(diǎn)鄰近于該第二缺口。

在一些實(shí)施例中，該匹配電路包括一電感器、一電容器，或是其組合。

在一些實(shí)施例中，該穿戴式裝置還包括：一透明元件，由該金屬環(huán)圈所包圍。

在一些實(shí)施例中，該天線結(jié)構(gòu)激發(fā)產(chǎn)生一操作頻帶，而該操作頻帶約介于2400MHz至2484MHz之間。

附圖說(shuō)明

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的部份組合圖；

圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的完整組合圖；

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的匹配電路的示意圖；

圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的匹配電路的示意圖；

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的部份組合圖；

圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的天線結(jié)構(gòu)的電壓駐波比圖；

圖7顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的部份組合圖；以及

圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置的部份組合圖。

【附圖標(biāo)記說(shuō)明】

100、500、700、800～穿戴式裝置；

110、710、810～非導(dǎo)體基座；

120、520、720、820～金屬環(huán)圈；

128、528～第一共振路徑；

129、529～第二共振路徑；

131、531、731、831～第一缺口；

521、721、821～金屬環(huán)圈的第一部份；

522、722、822～金屬環(huán)圈的第一部份；

532、732、832～第二缺口；

140～匹配電路；

150、750、850～印刷電路板；

190～信號(hào)源；

260～透明元件；

270～表帶；

C1～電容器；

CP～接地點(diǎn)；

FB1～操作頻帶；

FP～饋入點(diǎn)；

L1～電感器

具體實(shí)施方式

為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出本發(fā)明的具體實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置(Wearable Device)100的部份組合圖。在優(yōu)選實(shí)施例中，穿戴式裝置100為一手腕穿戴式裝置(Wrist-wearable Device)，例如：一智能手表，或是一智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)。如圖1所示，穿戴式裝置100至少包括一非導(dǎo)體基座110、一金屬環(huán)圈120、以及一匹配電路140。

非導(dǎo)體基座110可用塑膠材料所制成。非導(dǎo)體基座110大致為一中空結(jié)構(gòu)。非導(dǎo)體基座110的外型、花紋、以及表面處理在本發(fā)明中并不特別作限制。金屬環(huán)圈120可用銅、銀、鋁、鐵，或其合金所制成。金屬環(huán)圈120設(shè)置于非導(dǎo)體基座110上，其中金屬環(huán)圈120至少具有一第一缺口131，使得金屬還圈120本身大致呈現(xiàn)一C字形。金屬環(huán)圈120具有一饋入點(diǎn)FP和一接地點(diǎn)CP，其中饋入點(diǎn)FP鄰近于第一缺口131。舉例而言，饋入點(diǎn)FP和第一缺口131的間距可小于5mm。匹配電路140設(shè)置于非導(dǎo)體基座110內(nèi)。匹配電路140可提供一電抗值(Reactance)。在一些實(shí)施例中，匹配電路140包括一個(gè)或多個(gè)電容器、一個(gè)或多個(gè)電感器，或是其組合，其中前述電容器可為芯片電容器(Chip Capacitor)，而前述電感器可為芯片電感器(Chip Inductor)。金屬環(huán)圈120的接地點(diǎn)CP經(jīng)由匹配電路140耦接至一接地電位。在一些實(shí)施例中，穿戴式裝置100還包括一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)150，其中印刷電路板150設(shè)置于非導(dǎo)體基座110內(nèi)，并包括一接地面，而此接地面可提供前述接地電位。印刷電路板150上還可設(shè)置其他各種電子電路零件。

金屬環(huán)圈120和匹配電路140共同形成穿戴式裝置100的一天線結(jié)構(gòu)。金屬環(huán)圈120的饋入點(diǎn)FP可以耦接至一信號(hào)源190，例如：一射頻(Radio Frequency，RF)模塊，其可用于激發(fā)天線結(jié)構(gòu)。饋入點(diǎn)FP和接地點(diǎn)CP的位置在本發(fā)明中并不特別作限制。舉例來(lái)說(shuō)，饋入點(diǎn)FP和接地點(diǎn)CP可位于金屬環(huán)圈120的同一側(cè)邊，或分別位于金屬環(huán)圈120的二個(gè)相對(duì)側(cè)邊，或是分別位于金屬環(huán)圈120的二個(gè)相對(duì)角落。在一些實(shí)施例中，金屬環(huán)圈120的饋入點(diǎn)FP經(jīng)由一頂針或一彈片(未顯示)耦接至印刷電路板150上的信號(hào)源190，而金屬環(huán)圈120的接地點(diǎn)CP則經(jīng)由另一頂針或另一彈片(未顯示)耦接至印刷電路板150上的匹配電路140。

在一些實(shí)施例中，非導(dǎo)體基座110大致為一無(wú)蓋箱型(例如：一無(wú)蓋空心立方體，其具有一正方形開(kāi)口)，而金屬環(huán)圈120位于此無(wú)蓋箱型的一開(kāi)口側(cè)。非導(dǎo)體基座110可用于容納各種裝置零組件，例如：一電池、一時(shí)針、一分針、一秒針、一射頻模塊、一信號(hào)處理模塊、一計(jì)數(shù)器、一處理器、一溫度計(jì)，或(且)一氣壓計(jì)(未顯示)。在一些實(shí)施例中，金屬環(huán)圈120可以大致為一正方形環(huán)圈，用以搭配非導(dǎo)體基座110的一正方形開(kāi)口。必須理解的是，雖然未顯示于圖1中，但穿戴式裝置100還可包括其他元件，例如：一時(shí)間調(diào)整器、一連接帶、一防水外殼，或(且)一扣環(huán)等等。

圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置100的完整組合圖。在圖2的實(shí)施例中，穿戴式裝置100應(yīng)用于一手表。在此設(shè)計(jì)下，穿戴式裝置100還可包括一透明元件260和一表帶270。舉例來(lái)說(shuō)，透明元件260可以是一表面玻璃或是一透明塑膠板。透明元件260可以設(shè)置于金屬環(huán)圈120中，并可由金屬環(huán)圈120所包圍。其他手表元件，例如：一時(shí)針、一分針，以及一秒針，皆可設(shè)置于透明元件260的下方，以利一使用者進(jìn)行觀察。表帶270可以連接至非導(dǎo)體基座110的相對(duì)二側(cè)，以利一使用者可藉由表帶270來(lái)配掛穿戴式裝置100于其手腕上。

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的匹配電路340的示意圖。圖3的匹 配電路340可套用至圖1、2的穿戴式裝置100當(dāng)中。在圖3的實(shí)施例中，匹配電路340包括一電感器L1，其中電感器L1的一電感值約介于1nH至10nH之間。電感器L1可用于調(diào)整穿戴式裝置100的阻抗匹配。當(dāng)金屬環(huán)圈120的接地點(diǎn)CP經(jīng)由電感器L1耦接至接地電位時(shí)，天線結(jié)構(gòu)的等效共振長(zhǎng)度將增加，使得天線結(jié)構(gòu)的操作頻帶會(huì)往低頻方向移動(dòng)。在一些實(shí)施例中，電感器L1可改成一可變電感器，而此可變電感器的一電感值可根據(jù)一控制信號(hào)或一使用者輸入信號(hào)而進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)應(yīng)至各種操作頻率。

圖4顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的匹配電路440的示意圖。圖4的匹配電路440可套用至圖1、2的穿戴式裝置100當(dāng)中。在圖4的實(shí)施例中，匹配電路440包括一電容器C1，其中電容器C1的一電感值約介于0.1pF至10pF之間。電容器C1可用于調(diào)整穿戴式裝置100的阻抗匹配。當(dāng)金屬環(huán)圈120的接地點(diǎn)CP經(jīng)由電容器C1耦接至接地電位時(shí)，天線結(jié)構(gòu)的等效共振長(zhǎng)度將減少，使得天線結(jié)構(gòu)的操作頻帶會(huì)往高頻方向移動(dòng)。在一些實(shí)施例中，電容器C1可改成一可變電容器，而此可變電容器的一電容值可根據(jù)一控制信號(hào)或一使用者輸入信號(hào)而進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)應(yīng)至各種操作頻率。

必須理解的是，圖3、4的匹配電路330、340的內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅為舉例，但本發(fā)明并不限于此。在另一些實(shí)施例中，圖1的匹配電路140可包括一個(gè)或多個(gè)電容器或(且)一個(gè)或多個(gè)電感器。例如，匹配電路140可由一電容器和一電感器兩者串聯(lián)耦接而形成，抑或可由一電容器和一電感器兩者并聯(lián)耦接而形成。又例如，匹配電路140可包括一短路元件或一開(kāi)路元件。藉由適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)匹配電路140來(lái)調(diào)整等效共振長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)者可在不改變金屬環(huán)圈120的尺寸的情況下，仍能讓穿戴式裝置100的天線結(jié)構(gòu)操作于各種不同頻帶。在一些實(shí)施例中，金屬環(huán)圈120的長(zhǎng)度約可縮短至所需頻帶的六分之一波長(zhǎng)或更短。由于金屬環(huán)圈120的長(zhǎng)度無(wú)須如傳統(tǒng)設(shè)計(jì)般一定要對(duì)應(yīng)至所需頻帶的二分之一波長(zhǎng)或四分之一波長(zhǎng)，本發(fā)明的穿戴式裝置100對(duì)設(shè)計(jì)者而言，其設(shè)計(jì)自由度將能大幅提升。

圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置500的部份組合圖。圖5基本上與圖1、2相似。在圖5的實(shí)施例中，穿戴式裝置500的一金屬環(huán)圈520具有一第一缺口531和一第二缺口532，使得金屬環(huán)圈520由第一缺口531和第二缺口532完全分離為一第一部份521和一第二部份522。金屬環(huán)圈500的一饋入點(diǎn)FP鄰近于第一缺口531。例如，饋入點(diǎn)FP和第一缺口531 之間距可小于5mm。金屬環(huán)圈500的一接地點(diǎn)CP鄰近于第二缺口532。例如，接地點(diǎn)CP和第二缺口532之間距可小于5mm。金屬環(huán)圈520的第一部份521的長(zhǎng)度相對(duì)較短，且其大致呈現(xiàn)一直條形。金屬環(huán)圈520的第二部份522的長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，且其大致呈現(xiàn)一C字形。圖5的穿戴式裝置500的其余特征皆與圖1、2的穿戴式裝置100相似，故此二實(shí)施例均可達(dá)成相似的操作效果。

圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置100的天線結(jié)構(gòu)的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據(jù)圖6的測(cè)量結(jié)果可知，當(dāng)穿戴式裝置100的金屬環(huán)圈120由信號(hào)源190所饋入時(shí)，其天線結(jié)構(gòu)可激發(fā)產(chǎn)生至少一操作頻帶FB1。在一些實(shí)施例中，天線結(jié)構(gòu)的操作頻帶FB1約介于2400MHz至2484MHz之間。因此，本發(fā)明的穿戴式裝置100至少可支持Wi-Fi和Bluetooth頻帶的無(wú)線通訊功能。由于金屬環(huán)圈120可藉由一極輕薄金屬片來(lái)實(shí)施，并成為穿戴式裝置100的外觀元件的一部份，本發(fā)明將可兼得縮小天線尺寸、維持天線頻寬、降低成本，以及美化裝置外型等等優(yōu)點(diǎn)，其非常適合應(yīng)用于各種小型化的智能穿戴式裝置。

請(qǐng)?jiān)俅螀⒖紙D1以理解本發(fā)明的天線原理和設(shè)計(jì)方式。因?yàn)榻饘侪h(huán)圈120的形狀特性，穿戴式裝置100的天線結(jié)構(gòu)將具有一第一共振路徑128和一第二共振路徑129，其中第一共振路徑128為金屬環(huán)圈120上由饋入點(diǎn)FP至接地點(diǎn)CP之間的一較短部份路徑，而第二共振路徑129為金屬環(huán)圈120上由接地點(diǎn)CP至第一缺口131之間的一較長(zhǎng)部份路徑。第一共振路徑128和第二共振路徑129的一組合可大致涵蓋完整的金屬環(huán)圈120。在天線原理方面，圖6的操作頻帶FB1通常由較短的第一共振路徑128所激發(fā)，再由匹配電路140作微調(diào)。因此，藉由適當(dāng)?shù)馗淖凁伻朦c(diǎn)FP和接地點(diǎn)CP兩者的位置，設(shè)計(jì)者亦能輕易地控制天線結(jié)構(gòu)的操作頻帶FB1。

若是討論圖5的情況，在天線原理方面，穿戴式裝置500的天線結(jié)構(gòu)的操作頻帶FB1通常由金屬環(huán)圈520的第一部份521(包括介于饋入點(diǎn)FP和接地點(diǎn)CP之間的一第一共振路徑528)所激發(fā)，再由匹配電路140作微調(diào)，其運(yùn)作方式與圖1的穿戴式裝置100的天線結(jié)構(gòu)相近似。

圖7顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置700的部份組合圖。圖7基本上與圖1、2相似。在圖7的實(shí)施例中，穿戴式裝置700的一非導(dǎo)體基 座710大致為一無(wú)蓋空心圓柱體，其具有一圓形開(kāi)口。另外，穿戴式裝置700的一金屬環(huán)圈720可以大致為一圓形環(huán)圈，用以搭配非導(dǎo)體基座710的圓形開(kāi)口。在其他實(shí)施例中，亦可調(diào)整成非導(dǎo)體基座710大致為一無(wú)蓋空心橢圓柱體，而金屬環(huán)圈720大致為一橢圓形環(huán)圈。金屬環(huán)圈720可僅具有一第一缺口731，或是同時(shí)具有一第一缺口731和一第二缺口732。圖7的穿戴式裝置700的其余特征皆與圖1、2的穿戴式裝置100相似，故此二實(shí)施例均可達(dá)成相似的操作效果。

圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的穿戴式裝置800的部份組合圖。圖8基本上與圖1、2相似。在圖8的實(shí)施例中，穿戴式裝置800的一非導(dǎo)體基座810大致為一無(wú)蓋空心梯形柱體，其具有一梯形開(kāi)口。另外，穿戴式裝置800的一金屬環(huán)圈820可以大致為一梯形環(huán)圈，用以搭配非導(dǎo)體基座810的梯形開(kāi)口。金屬環(huán)圈820可僅具有一第一缺口831，或是同時(shí)具有一第一缺口831和一第二缺口832。圖8的穿戴式裝置800的其余特征皆與圖1、2的穿戴式裝置100相似，故此二實(shí)施例均可達(dá)成相似的操作效果。

本發(fā)明提出一種新穎的穿戴式裝置，其天線結(jié)構(gòu)與外觀金屬部緊密結(jié)合，加以使用匹配電路、設(shè)計(jì)金屬部缺口來(lái)調(diào)整共振長(zhǎng)度，將可同時(shí)達(dá)成功能及外型上的雙重改良效果。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形狀、以及頻率范圍均非為本發(fā)明的限制條件。天線設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同需要調(diào)整這些設(shè)定值。另外，本發(fā)明的穿戴式裝置及天線結(jié)構(gòu)并不僅限于圖1-8所圖示的狀態(tài)。本發(fā)明可以僅包括圖1-8的任何一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)特征。換言之，并非所有圖示的特征均須同時(shí)實(shí)施于本發(fā)明的穿戴式裝置及天線結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

在本說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中的序數(shù)，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之間并沒(méi)有順序上的先后關(guān)系，其僅用于標(biāo)示區(qū)分兩個(gè)具有相同名字的不同元件。

本發(fā)明雖以優(yōu)選實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍是以本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。