TWM651614U

TWM651614U - 穿戴式裝置

Info

Publication number: TWM651614U
Application number: TW112210998U
Authority: TW
Inventors: 曾怡菱; 蔡謹隆; 洪崇庭; 張凱翔; 趙育晨
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2023-10-13
Filing date: 2023-10-13
Publication date: 2024-02-11
Also published as: US12418101B2; US20250125520A1

Abstract

一種穿戴式裝置，包括：一第一輻射金屬部、一第二輻射金屬部、一接地金屬部、一第三輻射金屬部，以及一載體元件。第一輻射金屬部係耦接至一正饋入點。第二輻射金屬部係耦接至正饋入點。接地金屬部係耦接至一負饋入點，其中負饋入點係對應於正饋入點。第三輻射金屬部係鄰近於接地金屬部，其中第三輻射金屬部和接地金屬部之間形成一耦合間隙。第一輻射金屬部、第二輻射金屬部、接地金屬部，以及第三輻射金屬部皆設置於載體元件上。第一輻射金屬部、第二輻射金屬部、接地金屬部，以及第三輻射金屬部可共同形成一天線結構。

Description

穿戴式裝置

本創作係關於一種穿戴式裝置，特別係關於一種穿戴式裝置及其天線結構(Antenna Structure)。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、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，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

依據各品牌大廠之研究方向，次世代新興之行動裝置很可能會是「穿戴式裝置(Wearable Device)」。例如，手錶、眼鏡，甚至是身上衣物，都有機會在未來具有無線通訊功能。然而，以穿戴式裝置中的眼鏡為例，其內部空間非常狹小，不足以容納用於無線通訊之天線。此將成為天線設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本創作提出一種穿戴式裝置，包括：一第一輻射金屬部，耦接至一正饋入點；一第二輻射金屬部，耦接至該正饋入點；一接地金屬部，耦接至一負饋入點，其中該負饋入點係對應於該正饋入點；一第三輻射金屬部，鄰近於該接地金屬部，其中該第三輻射金屬部和該接地金屬部之間形成一耦合間隙；以及一載體元件，其中該第一輻射金屬部、該第二輻射金屬部、該接地金屬部，以及該第三輻射金屬部皆設置於該載體元件上；其中該第一輻射金屬部、該第二輻射金屬部、該接地金屬部，以及該第三輻射金屬部係共同形成一天線結構。

在一些實施例中，該穿戴式裝置為具有無線通訊功能之一智慧型眼鏡。

在一些實施例中，該第一輻射金屬部和該第二輻射金屬部係實施於該智慧型眼鏡之一鼻支架元件。

在一些實施例中，該載體元件係實施於該智慧型眼鏡之一非導體鏡框。

在一些實施例中，該第一輻射金屬部和該第二輻射金屬部之組合係呈現一倒U字形，而該第三輻射金屬部係呈現一不等寬橫條形。

在一些實施例中，該天線結構至少涵蓋一操作頻帶，而該操作頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射金屬部之長度係大致等於該操作頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第二輻射金屬部之長度係大致等於該操作頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第三輻射金屬部之長度係大致等於該操作頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該耦合間隙之寬度係介於2mm至5mm之間。

為讓本創作之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本創作之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置(Wearable Device)100之全部元件之立體圖。第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置100之部份元件之立體圖。第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置100之另一部份元件之立體圖。請一併參考第1、2、3圖。必須注意的是，為了使讀者更易於理解本創作，某些元件係省略而並未展示於第2、3圖當中。在第1、2、3圖之實施例中，穿戴式裝置100可為具有無線通訊(Wireless Communication)功能之一智慧型眼鏡(Smart Glasses)，但亦不僅限於此。

詳細而言，穿戴式裝置100包括：一第一輻射金屬部(Radiation Metal Element)110、一第二輻射金屬部120、一接地金屬部(Ground Metal Element)130、一第三輻射金屬部140，以及一載體元件(Carrier Element)150。例如，第一輻射金屬部110、第二輻射金屬部120、接地金屬部130，以及第三輻射金屬部140皆可用銅、銀、鋁、鐵，或其合金所製成。另外，載體元件150則可用非導體材質所製成，例如：塑膠材質。必須理解的是，雖然未顯示於第1、2、3圖當中，但穿戴式裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器(Processor)、一揚聲器(Speaker)、一攝相元件(Camera Element)，或(且)一電池元件(Battery Element)。

例如，第一輻射金屬部110和第二輻射金屬部120之組合可以大致呈現一倒U字形。詳細而言，第一輻射金屬部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一輻射金屬部110之第一端111係耦接至一正饋入點(Positive Feeding Point)FP，而第一輻射金屬部110之第二端112為一開路端(Open End)。在一些實施例中，第一輻射金屬部110更可具有一開孔(Opening)117，其可鄰近於第一輻射金屬部110之第二端112處。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。

另外，第二輻射金屬部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二輻射金屬部120之第一端121亦耦接至正饋入點FP，而第二輻射金屬部120之第二端122為一開路端。在一些實施例中，第二輻射金屬部120更可具有另一開孔(未顯示)，其可鄰近於第二輻射金屬部120之第二端122處。

在一些實施例中，第一輻射金屬部110和第二輻射金屬部120可實施於智慧型眼鏡之一鼻支架元件(Nose Support Element)，其中前述之開孔(例如：開孔117)則可各自用於容納一鼻支架墊片(Nose Support Pad)，但亦不僅限於此。

例如，接地金屬部130可以大致呈現一矩形或一正方形，其中接地金屬部130可鄰近於第一輻射金屬部110和第二輻射金屬部120。接地金屬部130係耦接至一負饋入點FN，其中負饋入點FN可對應於前述之正饋入點FP。在一些實施例中，穿戴式裝置100更包括一信號源(Signal Source)(未顯示)。詳細而言，前述之信號源可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其中前述之信號源之一正極(Positive Electrode)可耦接至正饋入點FP，而前述之信號源之一負極(Negative Electrode)則可耦接至負饋入點FN。

例如，第三輻射金屬部140可以大致呈現一不等寬橫條形。詳細而言，第三輻射金屬部140具有一第一端141和一第二端142，其可為兩個開路端並可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，第三輻射金屬部140更包括一中央加寬部份(Central Widening Portion)145。第三輻射金屬部140係鄰近於接地金屬部130，其中第三輻射金屬部140之中央加寬部份145和接地金屬部130之間可形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。在一些實施例中，接地金屬部130於第三輻射金屬部140上具有一垂直投影(Vertical Projection)，其中此一垂直投影係與第三輻射金屬部140之中央加寬部份145至少部份重疊。

在一些實施例中，載體元件150可實施於智慧型眼鏡之一非導體鏡框。載體元件150之形狀和式樣在本創作中並不特別作限制。前述之第一輻射金屬部110、第二輻射金屬部120、接地金屬部130，以及第三輻射金屬部140皆可設置於載體元件150上。在另一些實施例中，載體元件150還可包括一外框元件(未顯示)，其中第三輻射金屬部140可藉由使用雷雕(Laser Direct Structuring，LDS)技術而形成於此外框元件上。

在較佳實施例中，第一輻射金屬部110、第二輻射金屬部120、接地金屬部130，以及第三輻射金屬部140可共同形成穿戴式裝置100之一天線結構(Antenna Structure)，使得穿戴式裝置100將能提供無線通訊(Wireless Communication)之功能。

第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置100之天線結構之電壓駐波比(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。根據第4圖之量測結果，穿戴式裝置100之天線結構至少可涵蓋一操作頻帶(Operational Frequency Band)FB1。例如，前述之操作頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間。因此，穿戴式裝置100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Networks) 2.4GHz之寬頻操作。然而，本創作並不僅限於此。在另一些實施例中，前述之操作頻帶FB1還可包括介於5150MHz至5850MHz之間之一頻率區間(Frequency Interval)，以及介於5925MHz至7125MHz之間之另一頻率區間，使得穿戴式裝置100更能支援Wi-Fi 6E之寬頻操作。

在一些實施例中，穿戴式裝置100之天線結構之操作原理可如下列所述。第一輻射金屬部110和第二輻射金屬部120皆可激發產生前述之操作頻帶FB1。另外，第三輻射金屬部140可由接地金屬部130所耦合激發。根據實際量測結果，第三輻射金屬部140之加入有助於微調穿戴式裝置100之天線結構之阻抗匹配(Impedance Matching)，從而可大幅增加其操作頻寬(Operational Bandwidth)。必須注意的是，由於所提之天線結構可與穿戴式裝置100本身進行良好整合，故本創作之穿戴式裝置100之整體尺寸還能進一步被微縮。

在一些實施例中，穿戴式裝置100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射金屬部110之長度L1可大致等於穿戴式裝置100之天線結構之操作頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射金屬部120之長度L2可大致等於穿戴式裝置100之天線結構之操作頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。接地金屬部130之長度LG可介於11mm至15mm之間，例如：約13mm。接地金屬部130之寬度WG可介於8mm至12mm之間，例如：約10mm。第三輻射金屬部140之長度L3可大致等於穿戴式裝置100之天線結構之操作頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。在第三輻射金屬部140當中，其中央加寬部份145之寬度W2可至少為其餘部份之寬度W1之3倍以上(亦即， )。耦合間隙GC1之寬度可介於2mm至5mm之間。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化穿戴式裝置100之天線結構之操作頻寬和阻抗匹配。

本創作提出一種新穎之穿戴式裝置。相較於傳統設計方式，其至少具有下列優點：(1)涵蓋寬頻操作；(2)整合天線結構；(3)縮小整體天線尺寸；以及(4)降低整體製造成本。因此，本創作很適合應用於各種小型化且具有通訊功能之裝置當中。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本創作之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本創作之穿戴式裝置並不僅限於第1-4圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第1-4圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本創作之穿戴式裝置當中。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:穿戴式裝置

110:第一輻射金屬部

111:第一輻射金屬部之第一端

112:第一輻射金屬部之第二端

117:開孔

120:第二輻射金屬部

121:第二輻射金屬部之第一端

122:第二輻射金屬部之第二端

130:接地金屬部

140:第三輻射金屬部

141:第三輻射金屬部之第一端

142:第三輻射金屬部之第二端

145:第三輻射金屬部之中央加寬部份

150:載體元件

FB1:操作頻帶

FN:負饋入點

FP:正饋入點

GC1:耦合間隙

L1,L2,L3,LG:長度

W1,W2,WG:寬度

第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置之全部元件之立體圖。第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置之部份元件之立體圖。第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置之另一部份元件之立體圖。第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之穿戴式裝置之天線結構之電壓駐波比圖。