穿戴式电子装置及其天线系统的制作方法

本公开涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种具有通信功能的穿戴式电子装置及其天线系统。

背景技术：

智能手表、手环等小型穿戴式电子装置越来越普及，而为了使产品更具吸引力，许多制造商倾向于使用全金属机身的外观设计。然而，智能型设备通常设置天线以提供无线通信功能，而全金属机身的设计将使天线的设置困难度增加许多。此外，小型穿戴式电子装置因为空间限制，使得接地面较小，若欲于装置中设置多支天线，则各天线间将彼此互相干扰，具有隔离度(isolation)不佳等问题。

技术实现要素：

为了使全金属机身的小型化穿戴式电子装置可以设置多支天线及收发多种天线频段，并且为了有效降低各天线彼此之间因产品内部空间过小而产生的隔离度不佳等问题，在本发明的一技术实施方式中提出一种穿戴式电子装置。穿戴式电子装置包含中框、第一金属侧壁、第一介电件以及第一天线布线电路。第一金属侧壁设置于中框的第一侧，并具有第一沟槽。第一介电件设置于第一沟槽中，并将第一金属侧壁与中框电性隔离。第一天线布线电路设置于第一介电件上，并包含第一天线图形。第一天线图形包含第一金属部及第二金属部。第一金属部包含第一区段、第二区段及第三区段，第一区段、第二区段及第三区段环绕地连接形成第一槽缝，其中第一区段具有第一信号馈入端，而第三区段具有第一接地点。第二金属部连接第三区段并位于第一槽缝中。第一金属侧壁与第一金属部及第二金属部耦合共振产生第一共振频带。

此外，在本发明的另一技术实施方式中提出一种天线系统。天线系统适用于穿戴式电子装置。穿戴式电子装置包含第一金属侧壁。天线系统包含第一天线布线电路，而第一天线布线电路包含第一天线图形。第一天线图形包含第一金属部和第二金属部。第一金属部包含第一区段、第二区段及第三区段，第一区段、第二区段及第三区段环绕地连接形成第一槽缝，其中第一区段具有第一信号馈入端，第三区段具有第一接地点。第二金属部连接第三区段并位于第一槽缝中。第一金属部及第二金属部与穿戴式电子装置的第一金属侧壁耦合共振产生共振频带。

本发明通过介电件的特殊设计，使天线可以设置于介电件上以与穿戴式电子装置的底面呈垂直，大大增加了穿戴式电子装置在内部空间运用上的弹性。此外，本发明还将金属侧壁作为天线共振的一部分，故即使使用金属机身，穿戴式电子装置的天线仍可具有良好的收发效能及质量。

附图说明

图1为本发明的一实施例的穿戴式电子装置示意图；

图2为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的主体结构示意图；

图3a为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线图形示意图；

图3b为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线图形示意图；

图3c为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线图形示意图；

图3d为图3c的第二天线布线电路的第二天线图形的平面示意图；

图3e为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线图形示意图；

图4为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线电压驻波比对频率的关系图；

图5为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线效率对频率的关系图。

具体实施方式

下文举实施例配合附图作详细说明，但所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本发明公开内容所涵盖的范围。此外，附图仅仅用以示意性地加以说明，并未依照其真实尺寸进行绘制。

在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本公开的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本公开的描述上额外的引导。

请参阅图1，图1为本发明的一实施例的穿戴式电子装置100示意图。穿戴式电子装置100为例如手表形式，其具有中框110、介电支撑件120、前盖130(bezel)、显示面板140以及穿戴件150。其中介电支撑件120可为塑料或任何不导电的绝缘材料。介电支撑件120设置于中框110的一侧，即为中框110的上方，用以承接中框110与前盖130。而前盖130设置于介电支撑件120相反于中框110的一侧，即为介电支撑件120的上方，用以承载显示面板140。

前盖130若为金属材料制成，则须与中框110相距例如1mm以上的间距，即介电支撑件120需要有例如1mm以上的厚度，以避免对穿戴式电子装置100的天线产生不期望的干扰或影响。应了解的是，若前盖130不以金属制成，而以塑料或玻璃等非导电材料设计，则金属侧壁与前盖130之间亦可不需要设置介电支撑件120。下文将会以前盖130为金属及非金属材料两种情况分别作说明。

显示面板140为例如智能手表的显示屏幕。而穿戴件150则为例如表带等穿戴部件，在本公开文件中，穿戴件150可为例如金属、皮革、塑料等任何材料制成。中框110的详细结构如图2所示本发明的一实施例的穿戴式电子装置100的主体结构示意图。图2中，中框110具有金属底面112、第一介电件160、第一金属侧壁170、第二介电件162、第二金属侧壁172、第三介电件164、两第三金属侧壁174和系统接地面p1。

简单言之，本实施例的中框110由第一金属侧壁170、第二金属侧壁172及两第三金属侧壁174所围起。第一金属侧壁170与第二金属侧壁172相对，而两第三金属侧壁174相对。其中，第三介电件164为选择性构件，将于后文作说明。此外，中框110亦具有用以附接穿戴件150的四个附接结构114，四个附接结构114设置于两第三金属侧壁174的外侧，或者于一实施例中，四个附接结构114亦可分别设置于第一金属侧壁170与第二金属侧壁172的外侧。

第一金属侧壁170和第一介电件160设置于中框110的第一侧(右侧)，而第二金属侧壁172和第二介电件162设置于中框110的第二侧(左侧)。第一金属侧壁170包含第一沟槽170a，第二金属侧壁172包含第二沟槽172a。第一介电件160设置在第一沟槽170a中且形状与第一沟槽170a的形状一致，第二介电件162设置在第二沟槽172a中且形状与第二沟槽172a的形状一致。第一沟槽170a和第二沟槽172a的形状较佳为u型槽，因此第一介电件160及第二介电件162的形状较佳为u字形。第一金属侧壁170通过第一介电件160与中框110的金属底面112及两第三金属侧壁174电性隔离，而第二金属侧壁172通过第二介电件162与中框110的金属底面112及两第三金属侧壁174电性隔离。

第一介电件160及第二介电件162厚度例如为1～2mm，而第一金属侧壁170及第二金属侧壁172的尺寸例如为38mm×10mm×1mm。系统接地面p1设置于中框110内部，并与中框110具有例如至少六个分散的接地点，使中框110接地更完整。其中，系统接地面p1与中框110的接地点可依实际应用作设计，本公开文件并不加以限制。

第一介电件160面向中框110内部的一面上设有第一天线布线电路180。第一天线布线电路180为例如42mm×10mm×0.2mm的可挠印刷电路板(flexibleprintedcircuit,fpc)。第一天线布线电路180具有天线图形，而于一实施例中，当前盖130为非金属材料时，天线图形将如图3a所示本发明的一实施例的第一天线布线电路180的天线图形示意图。

图3a中，第一天线布线电路180具有第一天线图形190。第一天线图形190具有第一金属部m1、第二金属部m2、第一信号馈入端f1、第一接地点g1及接地路径rg1。其中接地路径rg1一端为第二接地点g2，接地路径rg1为介于右侧点b1与左侧第二接地点g2之间的导电路径，且不与第一金属部m1和第二金属部m2电性接触。第一接地点g1和第二接地点g2与系统接地面p1电性连接。第一信号馈入端f1设于第一金属部m1的一端，而第一接地点g1设于第一金属部m1的另一端，第一金属部m1呈现类似于回圈型天线。第一信号馈入端f1用以与无线收发装置(图中未示)的同轴传输线信号正极相连接，而第一接地点g1用以与此无线收发装置的同轴传输线信号负极相连接，并同时连接至系统接地面p1。

第一金属部m1由路径r11、r12、r13、r14、r15、r16、r17按序串接构成，而第二金属部m2由路径r21构成。其中路径r12与路径r16呈直线排列，路径r12及路径r16与路径r14及路径r21呈平行排列，而路径r13与路径r15呈平行排列。第一金属部m1大致可分为由路径r11、r12构成的第一区段a1、由路径r13构成的第二区段a2及由路径r14、r15、r16、r17构成的第三区段a3。第一信号馈入端f1位于第一区段a1的一端，第一区段a1的另一端则相连第二区段a2的一端。第二区段a2的另一端相连第三区段a3的一端，而第一接地点g1位于第三区段a3的另一端。第一区段a1、第二区段a2及第三区段a3环绕出第一槽缝s1。由图3a中可看出，第二金属部m2连接第一金属部m1的一侧。详细地说，第二金属部m2连接第三区段a3中路径r15约中心处，并位于第一槽缝s1中。

于一实施例中，路径r11的长度约为2mm，路径r12的长度约为8mm，路径r13的长度约为4mm，路径r14的长度约为20mm，路径r15的长度约为4mm，路径r16的长度约为8mm，以及路径r17的长度约为2mm。亦即，第一金属部m1的总长约为48mm。此外，第一金属部m1的第一区段a1及第三区段a3的路径宽度w2例如为0.5～1mm，而第二区段a2的路径宽度w1例如为5～6mm。即第二区段a2的路径宽度w1大于第一区段a1及第三区段a3的路径宽度w2。第二金属部m2的总长为8mm，其路径宽度w3约为0.5～1mm，与第一金属部m1的第一区段a1及第三区段a3的路径宽度w2大致相同。

第一金属侧壁170与接地路径rg1电性连接以通过第二接地点g2接地。通过第一金属侧壁170与第一天线布线电路180的配置，第一金属侧壁170可与第一天线图形190耦合共振产生第一共振频带。于此实施例中，第一共振频带可例如为3g天线的共振频带(2100mhz(b1)、1900mhz(b2)及850mhz(b5))。其中第一金属部m1及/或第二金属部m2的路径长度及路径宽度(w1、w2、w3)与天线的共振频率及阻抗匹配相关，因此，可通过调整第一金属部m1及/或第二金属部m2的路径长度及/或路径宽度来调整第一共振频带的共振频率及阻抗匹配。

承上实施例，第二介电件162面向中框110内部的一面上设有第二天线布线电路182。第二天线布线电路182亦为例如42mm×10mm×0.2mm的可挠印刷电路板。请一并参阅图3b，图3b为本发明的一实施例的第二天线布线电路182在前盖130为非金属材料时的天线图形示意图。图3b中，第一天线布线电路182具有第二天线图形192。第二天线图形192具有第三金属部m3和第四金属部m4。第三金属部m3与第四金属部m4之间以间隔g1相邻于彼此，间隔g1约为2mm。第三金属部m3类似于回圈型天线，具有第二信号馈入端f2及第三接地点g3。第二信号馈入端f2用以与无线收发装置(图中未示)的同轴传输线信号正极相连接，而第三接地点g3用以与此无线收发装置的同轴传输线信号负极相连接，并同时连接至系统接地面p1。

第三金属部m3形状与第一金属部m1相似，其由路径r31、r32、r33、r34、r35、r36、r37按序串接构成。其中路径r32与路径r36呈直线排列，路径r32及路径r36与路径r34呈平行排列，以及路径r33与路径r35呈平行排列。第三金属部m3大致可分为由路径r36、r37构成的第四区段a4、由路径r35构成的第五区段a5及由路径r31、r32、r33、r34构成的第六区段a6。第四区段a4、第五区段a5及第六区段a6按序串接相连，并环绕出第二槽缝s2。第三接地点g3位于第四区段a4的一端，第四区段a4的另一端与第五区段a5的一端相接。第五区段a5的另一端与第六区段a6的一端相接，而第二信号馈入端f2位于第六区段a6的另一端。

于一实施例中，路径r31的长度约为2mm，路径r32的长度约为2mm，路径r33的长度约为3mm，路径r34的长度约为18mm，路径r35的长度约为3mm，路径r36的长度约为14mm，以及路径r37的长度约为2mm。亦即，第三金属部m3的总长度约为44mm。而第三金属部m3的第四区段a4及第六区段a6的路径宽度w4例如为0.5mm，而第五区段a5的路径宽度w5例如为6～7mm，即第五区段a5的路径宽度w5大于第四区段a4及第六区段a6的路径宽度w4。

第四金属部m4由路径r41、r42、r43及r44按序串接构成。由图3b中可看出，路径r41与路径r43呈平行排列，路径r42与路径r44呈平行排列。第四金属部m4大致可分为由路径r41、r42、r43构成的第七区段a7及由路径r44构成的第八区段a8。第七区段a7大致呈u字型。第七区段a7的一端具有第四接地点g4，而另一端与第八区段a8相接。第四接地点g4与系统接地面p1电性连接。

于一实施例中，路径r41的长度约为5mm，路径r42的长度约为5mm，路径r43的长度约为3mm，以及路径r44的长度约为2.5mm。亦即，第四金属部m4的总长度约为15.5mm。第四金属部m4的第七区段a7的路径宽度w6约为0.5mm，第八区段a8的路径宽度w7约为2mm，即第八区段a8的路径宽度w7大于第七区段a7的路径宽度w6。

第二金属侧壁172通过接地路径rg2跨过第二介电件162以与系统接地面p1连接而接地。接地路径rg2的一端具有第五接地点g5，其为介于右侧点b2及左侧第五接地点g5之间的直条状路径。接地路径rg2例如为金属导电件或导电线。其中接地路径rg2于第二天线图形192的垂直投影上与第三金属部m3重叠，但实际上接地路径rg2不与第三金属部m3电性接触，即接地路径rg2与第三金属部m3之间于立体空间上存在有一间距。于另一实施例中，第二金属侧壁172亦可与接地路径rg2浮接，即第二金属侧壁172与接地路径rg2距离一间隙以通过电容耦合效应来产生类似电性连接的效果。

通过第二金属侧壁172与第二天线布线电路182的配置，第二金属侧壁172可与第二天线图形192中的第三金属部m3耦合共振产生第二共振频带及第三共振频带，且第二金属侧壁172与第四金属部m4耦合共振产生第四共振频带。于此实施例中，第二共振频带可例如为蓝牙及/或wi-fi2.4g天线的共振频带，第三共振频带可例如为wi-fi5g天线的共振频带，而第四共振频带可例如为gps天线的共振频带(约1575mhz)。

其中第三金属部m3及/或第四金属部m4的路径长度及路径宽度(w4、w5、w6、w7)与天线的共振频率及阻抗匹配相关，因此，可通过调整第三金属部m3及/或第四金属部m4的路径长度及/或路径宽度来调整第二天线布线电路182的共振频率及阻抗匹配。

在本公开文件的另一实施例中，当前盖130是以金属材料制成时，则第二天线布线电路182的第二天线图形192需要适当的调整，以维持第二共振频带、第三共振频带及第四共振频带的效能。请同时参阅图3c、3d。图3c为本发明的一实施例的穿戴式电子装置的天线图形示意图。在此实施例中，第二天线图形192具有第三金属部m3及第四金属部m4。系统接地面p1与第二天线图形192呈垂直设置，其中第三金属部m3位于系统接地面p1的水平面上方，第四金属部m4位于系统接地面p1的水平面下方，如图3c所示。

在图3c中，第三金属部m3于点c1处通过与自身垂直的路径r38连接至第二信号馈入端f2，以与前述无线收发装置的同轴传输线信号正极相连接。第四金属部m4于点d1处通过与自身垂直的路径r46连接至第四接地点g4，以与系统接地面p1电性连接。

图3d为图3c的第二天线布线电路182的第二天线图形192的平面示意图。因前盖130以金属材料制成，即使通过介电支撑件120将前盖130与第二金属侧壁172及第二介电件162上的第二天线布线电路182电性绝缘，仍会对第二天线布线电路182造成些许影响。因此，第三金属部m3及第四金属部m4有相应的调整以与第二金属侧壁172共振产生第二共振频带、第三共振频带及第四共振频带。于此例中，第三金属部m3为矩形，且不具槽缝s1，而点c1位于第三金属部m3的一侧边界的中心位置处。第四金属部m4由路径r45构成，其中路径r45为直条状，并以间隔g2与第三金属部m3相邻，间隔g2约为1mm。

在前盖130为金属的实施例中，第一天线布线电路180的第一天线图形190大致与图3a的实施例相同。但需注意的是，中框110可增设一寄生路径，以提升第一天线布线电路180的第一共振频段的天线高频效率。请一并参照图1及图3e所示的本发明的一实施例的穿戴式电子装置100的天线图形示意图。于此例中，中框110还具有第三介电件164，第三介电件164位于中框110的其中一第三金属侧壁174的一侧，并使此其中一第三金属侧壁174与金属底面112电性隔离，如图2所示。第三介电件164可为单独的构件，或与第一介电件160及/或第二介电件162一体成形，本发明并不加以限制。

在第三介电件164面向中框110的一侧面上设有第三天线布线电路184。图3e中，第三天线布线电路184具有天线图形194，天线图形194由寄生路径r51所构成。其中，寄生路径r51例如为四分之一波长的导电路径，其通过第六接地点g6与系统接地面p1电性连接，并可共振产生约1900mhz的频率，以提升第一共振频段的天线高频效率。

图4为本发明的一实施例的穿戴式电子装置100在使用金属前盖130的天线电压驻波比(vswr)对频率的关系图。图4中，纵轴坐标单位为vswr，横轴坐标单位为频率(mhz)，曲线410a为第一天线布线电路180的vswr对频率的作图，而曲线410b为第二天线布线电路182的vswr对频率的作图。由图中可看出，穿戴式电子装置100在第一天线布线电路180产生的第一共振频带(3g频带：2100mhz(b1)、1900mhz(b2)及850mhz(b5))的vswr趋近于1，显示具有良好的阻抗匹配。而穿戴式电子装置100在第二天线布线电路182产生的第二共振频带(蓝牙/wi-fi2.4g频带)、第三共振频带(wi-fi5g频带)及第四共振频带(gps频带：1575mhz)的vswr也趋近于1，同样显示出良好的阻抗匹配。

图5为本发明的一实施例的穿戴式电子装置100的天线效率对频率的关系图。图5中，纵轴坐标单位为天线效率(db)，横轴坐标单位为频率(mhz)，曲线510a为第一天线布线电路180的天线效率对频率的作图，而曲线510b为第二天线布线电路182的天线效率对频率的作图。由图中可看出，穿戴式电子装置100在第一天线布线电路180产生的第一共振频带(3g频带：2100mhz(b1)、1900mhz(b2)及850mhz(b5))的天线效率大致于-6db以上。而穿戴式电子装置100在第二天线布线电路182产生的第二共振频带(蓝牙/wi-fi2.4g频带)、第三共振频带(wi-fi5g频带)及第四共振频带(gps频带：1575mhz)的天线效率大致于-7db以上。

通过本文技术的公开，具金属中框的电子装置可拥有更多弹性空间以安装更多功能组件。此外，第二天线布线电路182产生的第二共振频带、第三共振频带及第四共振频带使用同一信号馈入点f2，故不会有隔离度的问题存在。通过本公开技术的实施，小型穿戴式电子装置不仅可进行多种天线频段的信号收发，亦可在符合人体电磁波特定吸收率(specificabsorptionrate，sar)的规范下，以金属机身来进行设计。

虽然本发明的实施例已公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定为准。