穿戴式装置的制作方法

穿戴式装置
【技术领域】
1.本实用新型是关于一种穿戴式装置，特别是关于一种穿戴式装置及其天线系统(antenna system)。

背景技术：

2.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信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，例如：移动电话使用2g、3g、lte(long term evolution)系统及其所使用700mhz、850mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz、2100mhz、2300mhz以及2500mhz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：wi-fi、bluetooth系统使用2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz的频带进行通信。
3.依据各品牌大厂的研究方向，次世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信功能。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信的天线。此将成为天线设计者的一大挑战。

技术实现要素：

4.在较佳实施例中，本实用新型提出一种穿戴式装置，包括：一边框元件，包括一第一金属部、一第二金属部，以及一第三金属部，其中，该第一金属部和该第二金属部之间具有一第一间隙，该第二金属部和该第三金属部之间具有一第二间隙，而该第三金属部和该第一金属部之间具有一第三间隙；以及一介质基板，由该第一金属部、该第二金属部，以及该第三金属部所共同包围；其中该第一金属部是形成一第一天线元件；其中该第二金属部是形成一第二天线元件；其中该第三金属部是形成一第三天线元件。
5.在一些实施例中，该第一天线元件涵盖一第一频带和一第二频带，该第一频带是介于3300mhz至4200mhz之间，而该第二频带是介于4400mhz至5000mhz之间。
6.在一些实施例中，该第一金属部包括：一第一辐射区段；一第二辐射区段，具有一第一开孔，其中，一第一馈入点是耦接于该第一辐射区段和该第二辐射区段之间；以及一第三辐射区段，其中，一第一接地点是耦接于该第二辐射区段和该第三辐射区段之间。
7.在一些实施例中，该第一辐射区段的长度是小于或等于该第二频带的0.25倍波长，而该第二辐射区段的长度是小于或等于该第一频带的0.25倍波长。
8.在一些实施例中，该第二天线元件涵盖一第三频带和一第四频带，该第三频带是介于2400mhz至2500mhz之间，而该第四频带是介于2500mhz至2680mhz之间。
9.在一些实施例中，该第二金属部包括：一第四辐射区段；一第五辐射区段，具有一第二开孔，其中，一第二馈入点是耦接于该第四辐射区段和该第五辐射区段之间；以及一第六辐射区段，其中，一第二接地点是耦接于该第五辐射区段和该第六辐射区段之间。
10.在一些实施例中，该第四辐射区段的长度介于该第四频带的0.25倍至0.5倍波长
之间，而该第五辐射区段的长度是大致等于该第三频带的0.25倍波长。
11.在一些实施例中，该穿戴式装置更包括：一寄生金属部，设置于该介质基板上，并耦接至该第五辐射区段，其中，该寄生金属部是用于增加该第三频带和该第四频带的频宽。
12.在一些实施例中，该第三天线元件涵盖一第五频带，而该第五频带是大致位于1575mhz处。
13.在一些实施例中，该第三金属部的长度是小于或等于该第五频带的0.25倍波长。
【附图说明】
14.图1a是显示根据本实用新型一实施例所述的穿戴式装置的正视图。
15.图1b是显示根据本实用新型一实施例所述的穿戴式装置的背视图。
16.图2是显示根据本实用新型一实施例所述的第一天线元件的立体图。
17.图3是显示根据本实用新型一实施例所述的第一天线元件的电压驻波比图。
18.图4是显示根据本实用新型一实施例所述的第二天线元件的立体图。
19.图5是显示根据本实用新型一实施例所述的第二天线元件的电压驻波比图。
20.图6是显示根据本实用新型一实施例所述的寄生金属部的俯视图。
21.图7是显示根据本实用新型一实施例所述的第三天线元件的立体图。
22.图8是显示根据本实用新型一实施例所述的第三天线元件的电压驻波比图。
23.【符号说明】
24.100:穿戴式装置
25.110:边框元件
26.120:第一金属部
27.124:第一辐射区段
28.125:第二辐射区段
29.126:第三辐射区段
30.128:第一开孔
31.130:第二金属部
32.134:第四辐射区段
33.135:第五辐射区段
34.136:第六辐射区段
35.138:第二开孔
36.140:第三金属部
37.151:第一天线元件
38.152:第二天线元件
39.153:第三天线元件
40.160:介质基板
41.170:寄生金属部
42.174:寄生金属部的连接部分
43.175:寄生金属部的主要部分
44.178:第三开孔
45.191:第一信号源
46.192:第二信号源
47.193:第三信号源
48.fb1:第一频带
49.fb2:第二频带
50.fb3:第三频带
51.fb4:第四频带
52.fb5:第五频带
53.fp1:第一馈入点
54.fp2:第二馈入点
55.fp3:第三馈入点
56.g1:第一间隙
57.g2:第二间隙
58.g3:第三间隙
59.gp1:第一接地点
60.gp2:第二接地点
61.gp3:第三接地点
62.l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7:长度
63.vss:接地电位
【具体实施方式】
64.为让本实用新型的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本实用新型的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
65.在说明书及申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及申请专利范围当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
66.以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，该多个特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露书叙述了一第一特征形成于一第二特征的上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。该多个重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关
系。
67.此外，其与空间相关用词。例如「在
…
下方」、「下方」、「较低的」、「上方」、「较高的」及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在图式中绘示的方位外，该多个空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
68.图1a是显示根据本实用新型一实施例所述的穿戴式装置(wearable device)100的正视图。图1b是显示根据本实用新型一实施例所述的穿戴式装置100的背视图。请一并参考图1a、1b。在一些实施例中，穿戴式装置100为一手腕穿戴式装置(wrist-wearable device)，例如：一智慧型手表，或是一智慧型运动手环。
69.如图1a、1b所示，穿戴式装置100至少包括一边框元件(frame element)110和一介质基板(dielectric substrate)160。边框元件110和介质基板160的形状和样式在本发明中并不特别作限制。必须理解的是，虽然未显示于图1a、1b中，但穿戴式装置100更可包括其他元件，例如：一电池、一时针、一分针、一秒针、一信号处理模块、一计数器、一处理器、一温度计、一气压计、一时间调整器、一连接带、一防水外壳，或(且)一扣环等等。
70.边框元件110包括一第一金属部(metal element)120、一第二金属部130，以及一第三金属部140，其中，第一金属部120和第二金属部130之间可具有一第一间隙(gap)g1，第二金属部130和第三金属部140之间可具有一第二间隙g2，而第三金属部140和第一金属部120之间可具有一第三间隙g3。因此，可视为边框元件110包括三个彼此互相分离的金属部。
71.介质基板160可由边框元件110的第一金属部120、第二金属部130，以及第三金属部140所共同包围。例如，介质基板160可为一fr4(flame retardant 4)基板、一印刷电路板(printed circuit board，pcb)，或是一软性电路板(flexible printed circuit，fpc)，但亦不仅限于此。
72.在较佳实施例中，第一金属部120可形成一第一天线元件(antenna element)151，第二金属部130可形成一第二天线元件152，而第三金属部140可形成一第三天线元件153，其中，第一天线元件151、第二天线元件152，以及第三天线元件153三者可涵盖不同操作频带。第一天线元件151、第二天线元件152，以及第三天线元件153的形状和种类于本实用新型中并不特别作限制。例如，第一天线元件151、第二天线元件152，以及第三天线元件153的任一者可为一单极天线(monopole antenna)、一偶极天线(dipole antenna)、一混合天线(hybrid antenna)，或是一倒f字形天线(inverted-f antenna，ifa)。由于前述的天线元件皆可与穿戴式装置100的边框元件110互相整合，故穿戴式装置100可在不额外增加整体装置尺寸之前提下，仍可涵盖多重频带的宽频操作。
73.以下实施例将介绍穿戴式装置100的不同组态及细部结构特征。必须理解的是，该多个图式和叙述仅为举例，而非用于限制本实用新型的范围。
74.图2是显示根据本实用新型一实施例所述的第一天线元件151的立体图。在图2的实施例中，第一天线元件151包括第一金属部120，而第一金属部120包括一第一辐射区段(radiation segment)124、一第二辐射区段125，以及一第三辐射区段126，其中，一第一馈入点(feeding point)fp1是耦接于第一辐射区段124和第二辐射区段125之间。第一馈入点fp1更可耦接至一第一信号源(signal source)191。例如，第一信号源191可为一射频
(radio frequency，rf)模块，其可用于激发第一天线元件151。第二辐射区段125具有一第一开孔(opening)128。例如，第一开孔128可大致呈现一圆形或一椭圆形，其可用于容纳一实体按键(未显示)。另外，一第一接地点(grounding point)gp1则耦接于第二辐射区段125和第三辐射区段126之间，其中，第一接地点gp1更可耦接至一接地电位(ground voltage)vss。例如，前述的接地电位vss可由设置于介质基板160上的一系统接地面(system ground plane)所提供(未显示)。
75.图3是显示根据本实用新型一实施例所述的第一天线元件151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3的量测结果，第一天线元件151可涵盖一第一频带(frequency band)fb1和一第二频带fb2。例如，第一频带fb1可介于3300mhz至4200mhz之间，而第二频带fb2可介于4400mhz至5000mhz之间。因此，第一天线元件151将至少可支援新世代5g通信系统(5th generation wireless system)的sub-6ghz宽频操作。
76.在一些实施例中，第一天线元件151的操作原理可如下列所述。第一辐射区段124可用于激发产生前述的第二频带fb2。第二辐射区段125可用于激发产生前述的第一频带fb1。另外，第三辐射区段126则可用于微调前述的第一频带fb1的阻抗匹配(impedance matching)。
77.在一些实施例中，第一天线元件151的元件尺寸可如下列所述。第一辐射区段124的长度l1可小于或等于第一天线元件151的第二频带fb2的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射区段125的长度l2可小于或等于第一天线元件151的第一频带fb1的0.25倍波长(λ/4)。第三辐射区段126的长度l3可大于第一辐射区段124的长度l1。第三辐射区段126的长度l3亦可大于第二辐射区段125的长度l1。第一间隙g1的宽度可介于1mm至2mm之间。以上尺寸范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化第一天线元件151的操作频宽(operational bandwidth)和阻抗匹配。
78.图4是显示根据本实用新型一实施例所述的第二天线元件152的立体图。在图4的实施例中，第二天线元件152包括第二金属部130，而第二金属部130包括一第四辐射区段134、一第五辐射区段135，以及一第六辐射区段136，其中，一第二馈入点fp2是耦接于第四辐射区段134和第五辐射区段135之间。第二馈入点fp2更可耦接至一第二信号源192。例如，第二信号源192可为另一射频模块，其可用于激发第二天线元件152。第五辐射区段135具有一第二开孔138。例如，第二开孔138可大致呈现一圆形或一矩形，其可用于容纳一扬声器(未显示)。另外，一第二接地点gp2则耦接于第五辐射区段135和第六辐射区段136之间，其中，第二接地点gp2更可耦接至接地电位vss。
79.图5是显示根据本实用新型一实施例所述的第二天线元件152的电压驻波比图，其中，横轴代表操作频率(mhz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图5的量测结果，第二天线元件152可涵盖一第三频带fb3和一第四频带fb4。例如，第三频带fb3可介于2400mhz至2500mhz之间，而第四频带fb4可介于2500mhz至2680mhz之间。因此，第二天线元件152将至少可支援wlan(wireless local area network)的宽频操作。
80.在一些实施例中，第二天线元件152的操作原理可如下列所述。第四辐射区段134可用于激发产生前述的第四频带fb4。第五辐射区段135可用于激发产生前述的第三频带fb3。另外，第六辐射区段136则可用于微调前述的第三频带fb3的阻抗匹配。
81.在一些实施例中，第二天线元件152的元件尺寸可如下列所述。第四辐射区段134的长度l4可介于第二天线元件152的第四频带fb4的0.25倍至0.5倍波长之间(λ/4～λ/2)。第五辐射区段135的长度l5可大致等于第二天线元件152的第三频带fb3的0.25倍波长(λ/4)。第六辐射区段136的长度l6可大于第四辐射区段134的长度l4。第六辐射区段136的长度l6可小于第五辐射区段135的长度l5。第二间隙g2的宽度可介于1mm至2mm之间。以上尺寸范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化第二天线元件152的操作频宽和阻抗匹配。
82.图6是显示根据本实用新型一实施例所述的寄生金属部(parasitic metal element)170的俯视图。在图6的实施例中，穿戴式装置100更包括一寄生金属部170，其可设置于介质基板160上。寄生金属部170可视为第二天线元件152的一延伸部分。详细而言，寄生金属部170包括一连接部分174和一主要部分175，其中，主要部分175可经由连接部分174耦接至第五辐射区段135。另外，寄生金属部170的主要部分175更可具有一第三开孔178，其可用于容纳一磁性元件(未显示)。根据实际量测结果，寄生金属部170的加入可增加第二天线元件152的第三频带fb3和第四频带fb4的频宽。必须理解的是，寄生金属部170仅为一选用元件(optional component)，在其他实施例中亦可移除的。
83.图7是显示根据本实用新型一实施例所述的第三天线元件153的立体图。在图7的实施例中，第三天线元件153包括第三金属部140，其中，一第三馈入点fp3是耦接至第三金属部140的一端，而第三金属部140的另一端可为一开路端(open end)。第三馈入点fp3更可耦接至一第三信号源193。例如，第三信号源193可为再一射频模块，其可用于激发第三天线元件153。
84.图8是显示根据本实用新型一实施例所述的第三天线元件153的电压驻波比图，其中，横轴代表操作频率(mhz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图8的量测结果，第三天线元件153可涵盖一第五频带fb5。例如，第五频带fb5可大致位于1575mhz处。因此，第三天线元件153将至少可支援gps(global positioning system)的功能。
85.在一些实施例中，第三天线元件153的操作原理可如下列所述。第三金属部140可用于激发产生前述的第五频带fb5。
86.在一些实施例中，第三天线元件153的元件尺寸可如下列所述。第三金属部140的长度l7可小于或等于第三天线元件153的第五频带fb5的0.25倍波长(λ/4)。第三间隙g3的宽度可介于1mm至2mm之间。以上尺寸范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化第三天线元件153的操作频宽和阻抗匹配。
87.本实用新型提出一种新颖的穿戴式装置。相较于传统设计方式，其至少具有下列优点：(1)利用穿戴式装置的边框元件来形成一天线系统；(2)不会额外占用穿戴式装置之内部空间；(3)缩小整体天线尺寸；以及(4)降低整体制造成本。因此，本实用新型很适合应用于各种小型化且具有通信功能的穿戴式装置当中。
88.值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆非为本实用新型的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整该多个设定值。本实用新型的穿戴式装置并不仅限于第1-8图所图示的状态。本实用新型可以仅包括第1-8图的任何一或多个实施例的任何一或多个项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本实用新型的穿戴式装置当中。
89.在本说明书以及申请专利范围中的序数，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。
90.本实用新型虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

技术特征：

1.一种穿戴式装置，其特征在于，包括：一边框元件，包括一第一金属部、一第二金属部，以及一第三金属部，其中，该第一金属部和该第二金属部之间具有一第一间隙，该第二金属部和该第三金属部之间具有一第二间隙，而该第三金属部和该第一金属部之间具有一第三间隙；以及一介质基板，由该第一金属部、该第二金属部，以及该第三金属部所共同包围；其中该第一金属部是形成一第一天线元件；其中该第二金属部是形成一第二天线元件；其中该第三金属部是形成一第三天线元件。2.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，该第一天线元件涵盖一第一频带和一第二频带，该第一频带是介于3300mhz至4200mhz之间，而该第二频带是介于4400mhz至5000mhz之间。3.如权利要求2所述的穿戴式装置，其特征在于，该第一金属部包括：一第一辐射区段；一第二辐射区段，具有一第一开孔，其中，一第一馈入点是耦接于该第一辐射区段和该第二辐射区段之间；以及一第三辐射区段，其中，一第一接地点是耦接于该第二辐射区段和该第三辐射区段之间。4.如权利要求3所述的穿戴式装置，其特征在于，该第一辐射区段的长度是小于或等于该第二频带的0.25倍波长，而该第二辐射区段的长度是小于或等于该第一频带的0.25倍波长。5.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，该第二天线元件涵盖一第三频带和一第四频带，该第三频带是介于2400mhz至2500mhz之间，而该第四频带是介于2500mhz至2680mhz之间。6.如权利要求5所述的穿戴式装置，其特征在于，该第二金属部包括：一第四辐射区段；一第五辐射区段，具有一第二开孔，其中，一第二馈入点是耦接于该第四辐射区段和该第五辐射区段之间；以及一第六辐射区段，其中，一第二接地点是耦接于该第五辐射区段和该第六辐射区段之间。7.如权利要求6所述的穿戴式装置，其特征在于，该第四辐射区段的长度介于该第四频带的0.25倍至0.5倍波长之间，而该第五辐射区段的长度是大致等于该第三频带的0.25倍波长。8.如权利要求6所述的穿戴式装置，其特征在于，更包括：一寄生金属部，设置于该介质基板上，并耦接至该第五辐射区段，其中，该寄生金属部是用于增加该第三频带和该第四频带的频宽。9.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，该第三天线元件涵盖一第五频带，而该第五频带是大致位于1575mhz处。10.如权利要求9所述的穿戴式装置，其特征在于，该第三金属部的长度是小于或等于该第五频带的0.25倍波长。

技术总结

一种穿戴式装置，包括一边框元件和一介质基板。边框元件包括一第一金属部、一第二金属部，以及一第三金属部，其中，第一金属部和第二金属部之间可具有一第一间隙，第二金属部和第三金属部之间可具有一第二间隙，而第三金属部和第一金属部之间可具有一第三间隙。介质基板可由第一金属部、第二金属部，以及第三金属部所共同包围。第一金属部可形成一第一天线元件。第二金属部可形成一第二天线元件。第三金属部可形成一第三天线元件。属部可形成一第三天线元件。属部可形成一第三天线元件。