CN110582890A - 具有导电壳体的仪器 - Google Patents

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Abstract

一种仪器包括限定用于仪器的用户的手柄的壳体，以及被设置在壳体内的电路，该电路被配置成实现无线通信。壳体包括导电轴杆。电路被电连接到导电轴杆，使得导电轴杆被配置作为用于无线通信的天线元件或作为用于天线元件的接地平面。

Description

具有导电壳体的仪器
附图描述
为了更全面地理解本公开，参考以下详细描述和附图，在附图中，相同的参考标号可被用来标识附图中相同的元素。
图1是根据一个示例的具有经由导电壳体提供的天线功能性的被配置成用于无线通信的笔式仪器的正视图。
图2是根据一个示例的图1的笔式仪器的天线的局部的、分解的、透视及示意图。
图3是根据另一示例的具有经由导电壳体提供的用于无线通信的天线功能性的笔式仪器的局部的、分解的、透视及示意图。
图4是根据另一示例的具有与另一壳体组件集成的基于壳体的天线功能性的笔式仪器的局部的、分解的、透视及示意图。
图5是根据另一示例的具有用于多个频带中的无线通信的多个基于壳体的天线元件的笔式仪器的局部、透视及示意图。
图6是根据另一示例的具有可配置天线功能性的笔式仪器的局部、透视及示意图，该天线功能性经由多个导电壳体组件和可调换导电和非导电带提供。
图7是根据另一示例的具有用于天线功能性的导电壳体套管的笔式仪器的局部的、分解的、透视及示意图。
所公开的设备的各实施例可采取各种形式。具体实施例在附图中例示并且在下文中进行描述，应理解本公开旨在是说明性的。本公开不旨在将本发明限制于在本文描述和例示的特定实施例。
详细描述
有源笔具有与其他设备通信的天线。天线被定位成、大小设定成、且以其他方式配置成支持射频(RF)信号的接收和/或发送。RF信号落在用于根据通信协议(诸如蓝牙协议)进行通信的一个或多个频带内。天线的大小和其他特性被选择为使得天线的天线元件在频带内辐射信号。
描述了具有导电壳体或主体以提供一个或多个天线的笔和其他仪器。壳体或主体中的一些或全部可以是导电的。壳体或主体包括一个或多个导电轴杆。每个导电轴杆被配置为天线的组件，诸如用于无线通信的天线元件或者用作天线元件的接地平面。导电轴杆可以是金属区段、环、带或其他结构。导电结构可以通过也形成设备壳体或主体的一部分的非导电环或带彼此电隔离。
基于壳体的天线组件能够根据一个或多个无线通信协议支持通信。所公开的笔可以包括多个天线元件，以支持协议所依赖的多个频带。各种频带可以被支持，包括例如Bluetooth(蓝牙)、全球定位卫星(GPS)、长期演进(LTE)、工业科学医疗(ISM)和IEEE802.11(Wi-Fi)频带。
基于壳体的天线增加了与无线通信无关的电路系统和其他笔组件的内部空间。笔可包括设置在笔壳体内的大量组件和子系统。例如，壳体内的空间(其原本将被天线(例如，印刷电路板上的迹线)消耗)可以专用于其他组件，诸如电池。电池寿命和其他设备功能性被相应地改善。
使用笔的壳体或主体作为天线组件还允许笔以紧凑的方式实现无线通信。天线大小取决于操作频率。较低频带涉及较长波长的RF信号，并因而涉及较大的天线元件。空间节省在与涉及较低频带的无线通信协议相关时可能是有用的，所述无线通信协议诸如全球定位卫星(GPS)和长期演进(LTE)协议。即使根据此类协议支持无线通信，也可以以紧凑的方式实现所公开的笔。
天线组件被实现而不会对笔的外观和感觉产生不利影响。笔可具有金属主体(例如，手柄)。金属和其他导电材料的使用为包括壳体的用作手柄的那些部分的笔提供了光滑和无缝的感觉。所公开的笔可以包括比通常在有源笔中所发现的更多的金属组件，直到金属组件将以其他方式不期望地屏蔽内部天线的程度。可以包括非金属和金属组件用于美观目的。所公开的笔可具有外表面，该外表面感觉且看起来像非有源笔的外表面。所公开的笔的总重量、直径、长度和形状可以不偏离期望的形状因子。
依赖笔的壳体或主体也不会抑制涉及笔的外表面的其他功能性。例如，所公开的笔可以包括环、带、端帽和用于其他功能的其他结构，无论这些结构是导电的还是非导电的。在一些情形中，其他导电结构被集成到天线功能性中。例如，导电端帽可以被电连接到笔壳体的一部分，以共同建立天线元件。导电和非导电环或带可以被(例如，调换着)使用以针对不同的频带重新配置笔。
基于壳体的天线功能性可以扩展有源笔和触控笔的实用性。例如，天线功能性所支持的无线通信可被用来允许单个笔或触控笔与多个主机设备一起使用。单个仪器可因而与家中的、工作中的、学校中的、以及其他地点或环境处的用户设备兼容。
虽然结合有源笔或触控笔进行描述，但所公开的仪器的基于壳体的天线功能性不限于笔或触控笔。其他类型的手持式仪器可包括本文中所描述的基于壳体的天线功能性。
所公开的仪器还不限于被配置成与触敏显示器或其他启用触摸的设备交互的仪器。例如，所公开的仪器可以能够或者可以不能够与平板、电话或其他触敏显示器交互。所公开的仪器不限于此类设备，而是可有助于各种设备。例如，所公开的仪器可以与各种类型的远程服务器和其他计算设备通信。在一些情形中，无线通信可有助于将数据传送到远程存储设备。所公开的笔可因而被考虑和配置成充当客户端计算设备或传感器，而不仅仅是书写或输入配件或仪器。
所公开的仪器可以包括内部天线元件和其他天线相关组件。例如，所公开的仪器可包括被印刷或者被以其他方式设置在印刷电路板上的天线(或天线元件)。此类天线可以被配置为天线的驱动元件，其进而激励经由如本文中所描述的壳体提供的无源或寄生天线元件。替代地或附加地，所公开的笔可以包括内部天线元件，其不将壳体的导电组件用于天线功能性。壳体可以包括一个或多个非导电区段或部分，这些非导电区段或部分为此类内部天线元件提供窗口。
尽管使用了金属壳体组件，但是所公开的仪器仍然可以包括由塑料和其他非导电材料构成的壳体组件。但是这种非导电材料的使用是任选的，而不是必需的。也就是说，所公开的笔的各个方面避免迫使壳体和笔的其他外部组件不导电以支持天线功能性。天线功能性因而不会变成设计障碍。
基于壳体的天线组件和所公开仪器的各方面可以在各种各样的上下文和场景中使用。例如，无线通信可被用来找到或定位丢失或错放的笔或仪器，或以其他方式跟踪仪器的位置。无线通信可以替代地或附加地传送由仪器(例如，从仪器的一个或多个传感器)收集的数据。例如，仪器可以包括被配置成收集关于保持仪器的用户的生物计量数据的传感器，所述生物计量数据包括例如温度、湿度(例如汗液)、光学(例如，心率)传感器。基于壳体的天线方面因而不限于笔。例如，其他类型的仪器(例如，传感器或其他数据捕捉仪器)可以配置有如本文中所描述的基于壳体的天线功能性。还有一些其他类型的设备可以具有基于壳体的天线组件，包括例如物联网(IOT)设备。例如，各种手持式设备(诸如手杖或助行器(walker))可以包括基于壳体的天线组件，以用于传送关于保持仪器的用户的健康状态或状况的数据。在这些和其他情形中，所传送的数据可以指示例如用户正在晃动的程度。所公开的设备可以包括一个或多个加速计、陀螺仪或其他运动传感器，其旨在捕捉指示用户的晃动或其他健康状态或状况的数据。
图1描绘了根据一个示例的具有提供天线功能性的壳体102的仪器100。在该情形中，仪器100是笔或笔形设备，诸如触控笔。在仪器100具有超出用作书写工具的功能性的意义上，仪器100可以是有源笔。例如，仪器100可以被配置成与主机设备一起使用，所述主机设备诸如平板、膝上型设备或其他计算设备。仪器100可以被配置成与主机设备的触敏显示器或其他表面(例如，触摸屏)或与其通信的另一设备(例如，触摸板)交互。与主机设备的交互可以包括或者不包括经由天线功能性的通信(例如，蓝牙通信)。仪器100可因而与除主机设备之外的设备通信，诸如服务器计算设备。
壳体102包括两个端部104、106。在该示例中，壳体102具有在端部104、106之间沿轴向方向Z延伸的细长形状。仪器100可包括位于端部104处的尖端108和位于端部106处的帽110。在该情形中，壳体102从尖端108轴向地延伸以到达帽110。
尖端108和/或帽110可以是电有源的(例如，触控笔尖端)或无源的(例如，笔尖)。例如，尖端108可以配置为分配墨水和/或包括其他无源组件，诸如导电尖端。尖端108可以替代地或附加地包括有源组件，包括例如旨在与主机设备交互的导电或其他元件。例如，尖端108可以是或者包括传感器(即，尖端传感器)，在一些情况下，该传感器被配置成与主机设备交互。其他有源组件可以被包括。例如，尖端108可以被配置成用于各种其他功能，包括投射光(例如，激光或其他指示器)。尖端108可以是或者可以不是锥形的或以其他方式指向例如低接触面积。例如，尖端108和帽110中的一者或两者可以是或者包括软(例如，橡胶)尖端。帽110可以是橡皮擦和/或无源端帽。替代地，帽110可以是或者包括按钮或拨动开关以激活仪器100和/或其一个或多个操作。其他类型的有源端帽可以被使用，包括例如具有麦克风或相机的帽。
壳体102在两个端部104、106之间限定仪器100的外表面。壳体102因而为用户112定义了仪器100的手柄。用户112可以在更靠近端部104的点处抓握或以其他方式接触壳体102，如图1所示。用户112保持仪器100的方式可以与所示的示例不同。例如，用户112可以根据仪器100被使用的方式来不同地保持仪器。
壳体102还限定内部体积或空间，仪器100的各组件被包围或以其他方式设置在该内部体积或空间内。内部体积可以或可以不由壳体102的限定仪器100的外表面的(诸)部分限定。例如，壳体102可包括彼此堆叠或层叠的一个或多个层、膜、涂层或其他结构。壳体102可因而包括相对于壳体102的一个或多个外层或其他结构以嵌套布置设置的一个或多个内层或其他结构。作为结果，壳体102的这些内层和外层中的每一者可以限定用于仪器100的其中设置有其他组件的相应内部体积或空间。
仪器100包括由壳体102包围或以其他方式设置在壳体102内的电路114。电路114被配置成实现无线通信。在一些情形中，电路114包括印刷电路板(PCB)，数个组件被安装或以其他方式被设置在该印刷电路板上。例如，电路114可以包括数个集成电路(IC)芯片，包括例如焊接到PCB的收发器IC芯片。电路114可以被配置成实现其他功能，诸如数据收集和处理。例如，电路114可以被配置成跟踪和/或计算尖端108的位置。壳体102可以包围仪器100的数个其他组件。在图1的示例中，仪器100的电池116也被壳体102包围。
壳体102包括数个轴杆或管118、120。轴杆118、120中的一者或两者在轴向方向Z上是细长的。在图1的示例中，轴杆120从尖端108延伸，并且轴杆118从帽110延伸。轴杆118被设置成与尖端108毗邻(例如，与其接触)。轴杆120与帽110毗邻(例如，与其接触)。在该情形中，每个轴杆118、120被定位为仪器100的外部或外表面并且建立其一部分。在其他情形中，壳体102的一个或多个轴杆不形成外表面的一部分。在图1的示例中，轴杆120被定位在轴杆118和尖端108之间，以为用户112提供或限定手柄。
每个轴杆118、120可以是圆柱形的。其他形状可以被使用。例如，轴杆118、120中的一者或多者可具有非圆形截面，诸如六边形截面。
在图1的示例中，壳体102进一步包括用于尖端108的锥化或锥形引导件122。引导件122被设置在尖端108和轴杆118之间。在一些情形中，引导件122包括或包围一个或多个传感器，诸如运动传感器或生物传感器。此类传感器可以被设置在壳体102内的其他位置处。壳体102可包括设置在各种位置(例如，沿仪器100的轴向长度)处的其他组件。
轴杆118、120中的一者或多者是导电的以支持无线通信。在图1的示例中，轴杆118、120两者都是导电的。在其他情形中，轴杆118、120中的一者或多者(或壳体102的其他组件)是非导电的。(诸)轴杆118、120的导电性允许壳体102提供或充当用于无线通信的天线124的组件。例如，轴杆118、120中的一者或多者可以被构造、连接、以及以其他方式配置成充当或用作天线元件。替代地或附加地，轴杆118、120中的一者或多者可以被构造、连接、以及以其他方式配置成充当或用作用于天线元件的接地平面。在图1的示例中，轴杆118被配置为天线124的天线元件，并且轴杆120被配置为天线124的接地平面。轴杆118、120被电连接到电路114，使得轴杆118充当天线元件并且使得轴杆120充当接地平面。在一些情形中，电连接是辐射的(例如，涉及电场)。天线元件可以相应地被配置为寄生天线元件。下面描述关于天线124的这些组件的电连接和其他方面的进一步细节。
轴杆118、120可以由一种或多种金属或金属材料构成或者包括一种或多种金属或金属材料。在一些情形中，轴杆118、120由铝、镁和其他金属构成。其他导电材料可以被使用，包括各种非金属导电材料。在一些情形中，轴杆118、120中的一者或两者包括金属涂覆的塑料结构。
壳体102可包括非导电部分或组件。在图1的示例中，壳体102包括设置在轴杆118、120之间的非导电环或其他带126。环126可以充当绝缘体以将轴杆118、120彼此电隔离或分离。例如，环126可以由介电材料构成，或者以其他方式包括介电材料。环126可以限定或以其他方式提供轴杆118、120之间的间隙或间隔。在该情形中，轴杆118、120与环126的相对侧接触。轴杆118、120可以通过替代或附加组件彼此间隔开。轴杆118、120之间的间隙的大小可以被设定成支持天线功能性。天线功能性可以建立间隙的最小尺寸。在一些情形中，最小尺寸约为1mm(例如1.1mm)。各种介电材料或介质可被用于环126，包括例如空气。
仪器100还包括夹子128。夹子128从壳体102向外延伸并沿轴向延伸。在该情形中，夹子128从轴杆118向外延伸。夹子128可以是非导电的，以避免对天线功能性的任何不利影响。在其他示例中，夹子不被包括或者被以其他方式附连到壳体102。
轴杆118、120中的一者或两者可包括非导电部分。例如，轴杆120可以包括电介质或绝缘层，导电部分被设置在该电介质或绝缘层上作为例如导电涂层。导电和非导电部分可以共同延伸或者不共同延伸。
图2描绘了根据一个示例的具有被配置成充当天线的壳体202的仪器200。仪器200可以与仪器100(图1)相对应以更详细地示出天线124(图1)，或者与替代仪器相对应。壳体202包括一对轴杆204、206、环(或带)208、以及端帽210，端帽210被设置在与尖端108(图1)所设置在的轴向端部相对的轴向端部处。
轴杆204、206是导电的，并且以其他方式被配置成分别充当天线202的天线元件和接地平面。环208是不导电的并且被设置在轴杆204、206之间。端帽210可以是或者可以不是导电的，并且被设置在轴杆204的外端。
在图2的示例中，轴杆204、206与环208和端帽210螺纹接合。壳体202的毗邻组件可以经由替代或附加技术彼此连接或接合，包括例如干涉或压配紧固件。在一些情形中，一个或多个组件没有被紧固到毗邻组件。例如，环208可以是或者包括非螺纹套管，其可滑动地接合轴杆204、206中的一者或两者、和/或壳体202或仪器200的另一组件。
轴杆204、206被电连接到电路212。在该示例中，电路212被设置在轴杆204内。示意性地描绘了到轴杆204、206的电连接。在图2的示例中，轴杆204经由电容馈电或耦合214被连接到电路204。电容耦合214可以包括在天线馈电点218处连接到轴杆204的导体216。在图2中示意性地描绘了导体216和电容耦合214的其他方面。导体216的配置和其他特性可以变化。例如，各种电容和非电容耦合技术可以被使用。高介电天线(HDA)陶瓷馈电是一种选择。轴杆204、206和电路212的元件之间的直接连接，诸如集成电路(IC)芯片上的电容器(即芯片电容器)，也是一种选择。例如，仪器200可以包括设置在轴杆204和电路212的印刷电路板(PCB)之间的弹簧销(pogo pin)或其他导电弹簧，由此将轴杆204与电路212的PCB或IC芯片上的电容器电连接。电容器相应地沿天线路径被串联地设置。
可以根据无线通信的频带来选择天线馈电点218的位置。例如，天线馈电点218可以位于轴向位置处，以将轴杆204配置为适合于特定谐振频率和/或频带的天线元件。在该示例中，天线馈电点218的轴向位置偏离轴杆204的中点并且更靠近轴杆204的贴近由轴杆206提供的接地平面的端部。
天线元件的馈电或电连接可以与上面描述的和图2中所示的示例不同。例如，天线馈电点218的位置可以变化。在一些情形中，天线馈电点218的轴向位置可以居中或以其他方式偏离轴杆204的中点。电容耦合214的构造或其他方面可以以其他方式变化。例如，电容耦合214可以不包括导体216，而是改为被构造成在轴杆204处形成或设置电容的一个端子。如上面所描述，非电容性馈电或耦合也可以被使用。例如，天线馈电点218可以经由一条或多条导电线和/或其他结构被直接连接到电路212。还有一些其他类型的馈电可以被使用。例如，平行板耦合结构可以被使用，其中该结构的一个板由轴杆204、206之一提供。
轴杆206可以经由线220电连接到电路212。线220可包括一个或多个导体。电连接将轴杆206建立为由轴杆204限定的天线元件的接地平面。
电路212可以是或者包括收发器电路。收发器电路可以被配置成用于涉及由基于壳体的天线元件支持的一个或多个频带的无线通信。电路212可以被连接到仪器200的其他组件，包括例如端帽210。在一些情形中，端帽210是或者包括按钮组装件。按钮组装件的致动可以在仪器200的各种操作状态之间切换。
轴杆204可以具有被配置成为天线建立特定谐振频率和频带的轴向长度。在其中端帽210不导电(或者至少不包括与轴杆204电连接的任何导电组件)的情形中，天线元件的轴向长度由轴杆204建立。在其他情形中，天线元件的轴向长度可包括由端帽210或其组件(诸如按钮组装件的外部)呈现的增加了的长度。这种增加了的长度在与较长波长的信号(即较低频带)相关时可能是有用的。在此类情形中，端帽210是导电的，或者以其他方式包括与轴杆204电连接的导电组件。
在一些情形中，仪器200的壳体202被配置成提供用于蓝牙通信的宽带天线。在一个蓝牙示例中，经由轴杆204的天线元件的长度约为13mm(例如，13.1mm)。轴杆206具有用于接地平面的约为126mm(例如126.27mm)的长度。这些长度表现出导致超出针对蓝牙通信所规定的那些天线带宽和效率的天线带宽和效率。例如，在超过从2.4GHz至2.5GHz的频带的两端的频率范围内，经模拟的回波损耗小于-10dB。对辐射功率的模拟也表现出非常好的效率。效率提高至少部分地来自将壳体202(例如，轴杆204)用作外部无阻碍天线元件。
在另一示例中，轴杆204具有比上面描述的示例短的长度。归因于端帽210中存在导电材料，致使更短的长度是可能的。端帽210被电连接到轴杆204。在该示例中，端帽210包括导电按钮。导电按钮可以被配置成在被用户按压时轴向地移动。按钮可以或者可以不坐落于按钮组装件的外部或与之接合，如图2所示。在其中按钮改为可滑动地与轴杆204接合的一个示例中，模拟显示天线带宽和效率导致了超出针对蓝牙通信所规定的那些天线带宽和效率。
其他频带中的无线通信也可以由图2的示例的偏移馈电点和其他天线特性支持。例如，图2的示例非常适合用作用于长期演进(LTE)和低能量LTE通信的频带的宽带天线。在用于此类LTE频带的一个示例中，轴杆204具有大约23mm(例如，23.19mm)的长度，并且轴杆206具有大约116mm(例如，116.27mm)的长度。这些长度针对在从约1710MHz至约2700MHz的频率范围内的操作表现出合适的回波损耗(例如，小于-6dB)，这与例如LTE频带1、2、3、4,7、15和16相对应。可以替代地或附加地支持其他频带，包括例如频带30和33-41中的一者或多者。金属或非金属端帽两者都可以被使用。
用户手的存在不会妨碍上面描述的基于壳体的天线的性能。抓握仪器200的用户有可能接触轴杆206而不是轴杆204。天线元件的阻抗匹配挑战可因而被避免。与接地平面的接触(如果有的话)基本上不会改变天线的谐振频率或带宽。已经经由模拟显示出天线的性能不会受到不利影响。例如，上面描述的天线的宽带性质允许谐振频率因用户接触而移位而不会不利地影响天线性能。
上面描述的示例确立了基于壳体的天线可以(1)以与针对笔、触控笔或其他仪器的设计标准(例如，长度等)相兼容的方式，以及(2)随设计灵活性来被提供。仪器的长度可因而与笔的用户所期望的长度一致。例如，可以使用导电(例如金属)和非导电(例如，塑料或橡胶)端帽两者。
端帽的任选使用也可被用来提供操作灵活性。例如，在一些情形中，仪器200包括一个或多个补充端帽210。补充端帽可以是主端帽的补充。主端帽210可以是非导电的(例如，有效地不导电)，并因而非常适合于较短波长的信号(较高频带)。(诸)补充端帽210则是导电的，并因而非常适合于较长波长的信号(较低频带)。用户可以将端帽210之一替换为另一者，以根据需要在较高和较低频带之间切换。
图3描绘了根据另一示例的具有基于壳体的天线的仪器300。仪器300包括壳体302，壳体302可以以与上面描述的示例类似的方式被构造和以其他方式配置。例如，壳体302包括导电轴杆304和导电轴杆306，导电轴杆304被电连接且配置成用作天线元件，导电轴杆306被电连接且配置成用作接地平面。轴杆304、306可以通过由壳体302的非导电环(或带)308建立的间隙彼此间隔开。
仪器300与上面描述的示例的不同之处可在于天线馈电点310，收发器电路312在该天线馈电点310处被电连接到轴杆304。天线馈电点310的位置和其他特性可以不同。在该情形中，天线馈电点310位于轴杆304的轴向中点处或附近。天线馈电点310可以相应地被表征为设置在轴向居中的位置处。相比而言，上面描述的天线元件在偏离轴向中点的馈电点(例如，更靠近轴杆的轴向端部而不是轴向中点)处被馈电。
天线馈电的其他特性也可以与上面描述的示例不同。在该情形中，例如，天线馈电包括线314，线314提供与收发器电路312的直接连接。线314可以被配置为传输线和/或弹簧加载的发射或其他连接(例如，弹簧销)。在一些情形中，壳体302和同轴电缆之间的直接连接(例如，焊接连接)可以被使用。微带线和带状线柔性印刷电路(FPC)是其他选择。
由轴杆304提供的天线元件也可以比上面描述的那些更长。在一些情形中，用于天线元件的轴杆304比用于接地平面的轴杆306长。增加了的长度可有助于支持其他较低频带。增加了的长度增加了天线体积以容适通信协议，诸如涉及低频操作的全球导航卫星系统(GNSS)通信(例如，1570MHz至1610MHz)。在一个GNSS示例中，轴杆304的长度约为29mm(例如，28.9mm)，而轴306的长度约为110mm(例如，110.24mm)。因而，在不对仪器300施加设计约束的情况下实现GNSS和其他较低频带中的性能。壳体302的使用再次避免消耗内部空间，由此避免对仪器300的其他组件的任何限制。
图4描绘了根据另一示例的仪器400，其中壳体402包括导电轴杆404、406以分别提供天线元件和接地平面。仪器400和壳体402在许多方面类似于上面描述的示例，包括例如导电轴杆404、406和壳体402的其他组件被接合的方式，以及其中天线被馈电的方式。
仪器400与上面描述的示例的不同之处在于导电轴杆404、406之间的间隙。在该示例中，导电轴杆404、406被壳体402的多个组件彼此间隔开，而不是被单个非导电带或环间隔开。除了被用来使导电轴杆404、406彼此电隔离或绝缘的(诸)非导电元件之外，该多个组件可以包括导电结构或元件两者。在该情形中，壳体402包括被设置在导电轴杆404、406之间的导电环(或带)408。壳体402还包括在导电环408的任一侧上的用于电隔离或隔离的相应的非导电环(或带)410。例如，导电环408可以是或者包括浮动环(例如，浮动金属环)。
导电和非导电元件的布置可以与图4中所示的示例不同。例如，导电环408和非导电环410可以彼此轴向地交叠。在一些情形中，导电环408被同心地设置在非导电环410内。
可出于美观和/或功能原因来提供导电环408。在一些情形中，导电环408可以是或者包括发光元件。例如，导电环408可以被配置成发出或显示颜色以指示操作状态或参数，诸如ON(打开)状态或当前墨水颜色。正被指示的状态或参数可能有很大差异。例如，多个发光二极管(LED)可以被设置在导电轴杆404、406之间，以提供多个状态指示器。(诸)环408、410可以是或者包括一个或多个透明环，以允许从LED发出的光的透射。环408、410可以支持其他功能，包括例如感测功能。例如，环408、410中的一者或两者可以是光学传感器的组件，所述光学传感器诸如红外(IR)传感器，在这种情形中，环408、410中的一者或两者可以在IR波长处是透明的。在那些和其他情形中，在环408包括一个或多个导电元件(例如，电极)的意义上，环408可以是导电的。
导电轴杆404、406之间存在导体(或诸导体)不会对天线的性能产生不利影响。该方面因而为仪器400提供了进一步的设计灵活性。可以在导电轴杆404、406之间设置各种各样的结构。导电环408的性质可以与上面描述的LED指示器示例显著地不同。
图5描绘了根据其中壳体502包括多个天线元件的示例的仪器500。壳体502包括导电轴杆504-506，以分别提供两个天线元件和接地平面。导电轴杆504和505由非导电环(或带)508分开。导电轴杆505和506由非导电环(或带)510分开。仪器500可以在许多其他方面类似于上面描述的示例，包括例如导电轴杆504-506和壳体502的其他组件被接合的方式，以及其中天线元件被馈电的方式。仪器500还类似于结合图4所描述的实施例，除了设置在两个外轴杆504、506之间的导电结构提供与天线相关的功能性而不是与天线无关的功能性(例如，状态指示器)。
仪器500包括多个收发器电路512、514。在图5的示例中，收发器电路512、514被设置在相应的PCB上。例如，电路512可以被设置在被包围在导电轴杆504内的PCB上，而电路514可以被设置在被包围在导电轴杆505内的PCB上。在其他情形中，收发器电路512、514被设置在公共PCB上。导电线被提供以将电路512、514与导电轴杆504-506电连接。由轴杆504、505提供的天线元件可以以各种方式来被馈电。
导电轴杆504、505可以具有不同的长度。在图5的示例中，轴杆504的轴向长度比轴杆505的轴向长度长。不同的长度可被用来支持不同频带中的无线通信。轴杆504可因而被配置成用于涉及较低频带的通信(例如，GPS通信)，而轴杆505可因而被配置成用于涉及较高频带的通信(例如，蓝牙通信)。
在操作期间，仪器500可以在诸频带或诸通信协议之间切换。在一些情形中，用户可以在各频带之间切换。例如，端帽(参见例如图1)可包括按钮组件，以供由用户致动以进行这种切换。替代地或附加地，仪器500的控制电路系统(例如，电路512、514中的一者或两者)被配置成根据操作状态或条件在各频带之间切换。例如，可以基于仪器500是否在主机设备的预定接近度内来启用和禁用通信协议。其他操作状态和条件可以被使用，包括例如控制电路系统是否确定用户当前正在保持着仪器500。仪器500可具有针对该确定的一个或多个传感器和/或控制规程。
图6描绘了具有多个基于壳体的天线元件的仪器600的另一示例。如在图5的示例中，多个天线元件可被用来支持多个频带或通信协议。在该情形中，壳体结构被重新定位(例如，交换)以在各频带之间切换或以其他方式修改天线功能性。仪器600的天线功能性可因而被认为是可重新配置的。
仪器600可以在许多方面类似于图5的示例。例如，仪器600的壳体602包括多个导电轴杆604-606。轴604、605被配置成充当天线元件。轴杆606被配置成充当接地平面。轴杆604-606的毗邻轴杆通过两个环(或带)608、610之一彼此分开。
仪器600与图5的示例的不同之处在于两个带608、610的性质。环608是导电的，而另一环610是不导电的。图6示出了第一壳体操作配置，其中环608被设置在轴杆604、605之间。因为环608是导电的，所以轴杆604、605彼此电连接。轴杆604、605因而一起形成具有轴杆604、605的组合长度的复合天线元件。轴杆604、605具有轴向长度以使得复合天线的有效长度适合于期望的频率范围或通信协议。复合天线元件接着通过非导电环610来与轴杆606所提供的接地平面分离。
环608、610的定位可以被修改以改变天线功能性。在该示例中，环608、610被调换以建立第二壳体操作配置。在第二配置中，环610被设置在轴杆604、605之间，并且环608被设置在轴杆605、606之间。环610的非导电性质因而使轴杆604、605电分离。作为结果，仅轴杆604充当天线元件。轴杆604的长度在单独充当天线元件时适合于支持与图6所示的壳体配置所支持的频带和通信协议不同的频带和通信协议。利用它们之间的导电环608，轴杆605、606组合起来一起充当复合接地平面。
仪器600包括收发器电路612，该收发器电路612被设置在由壳体602的轴杆604-606限定的空间内。在该示例中，电路612在公共天线馈电点614处被电连接到轴杆604。用于两种操作配置的天线元件经由天线馈电点614来被馈电。在其他情形中，多个馈电点可以被使用。
在图6的示例中，公共天线馈电点614位于轴杆604的内端附近。定位和轴杆长度可以被选择为使得馈电点在第一操作配置中居中并且在第二操作配置中偏移。在第一操作配置中，馈电点614在由轴杆604、605和导电环608限定的复合天线元件的轴向中点附近。为此，轴杆605和导电环608可以组合起来以呈现轴杆604的大致相同的轴向长度。在第二操作配置中，公共天线馈电点614偏离轴杆604的轴向中点。以这种方式，可重新配置的壳体为两种操作配置的天线元件提供不同的馈电点布置以及不同的天线元件长度。
图6的示例示出了单个仪器可以通过多个环(导电和非导电)支持多个无线通信协议。在一个示例中，第一操作配置的复合天线元件旨在支持GPS通信，而第二操作配置旨在支持蓝牙通信。这种可重新配置的基于壳体的多频率支持办法适用于其他频带，诸如LTE频带。
图7描绘了根据其中壳体702包括内部和外部组件以提供天线功能性的示例的仪器700。在该示例中，壳体702包括外壳704和设置在外壳704内的内套管706。内套管706被配置为仪器700的天线元件。为此，内套管706由导电材料构成，诸如金属。外壳704接着由非导电材料构成。
壳体702的组件限定了内部体积或空间，仪器700的组件被包围或者被以其他方式设置在该内部体积或空间中，如在上面描述的示例中那样。例如，电路708被设置在外壳704和内套管706两者内。电路708可以被电连接到内套管706以建立如上面描述的馈电点。
内套管706的结构和其他特性可以变化。例如，内套管706可以或者可以不被固定到外壳704。在一些情形中，内套管706是或者包括被设置在外壳704的内表面上的蒙皮或其他膜。在其他情形中，内套管706是或者包括嵌套在外壳704内的管或轴杆(例如，圆柱形金属板)。
仪器700的接地平面可以经由一个或多个轴杆来被提供，如结合图1-6的示例所描述的。替代地，接地平面经由壳体702的另一内套管来提供。
(诸)内套管的使用允许仪器具有用户手柄和由非金属材料构成的其他外表面。例如，如果需要的话，仪器壳体的顶部和/或底部分段可以由塑料或橡胶化材料构成。各种仪器设计可因而被容适，同时仍然将壳体用于天线功能性。
以上描述的是具有被配置成用于天线功能性的金属或其他导电主体或壳体的笔和其他仪器。对壳体或主体的这种使用允许笔或仪器保持紧凑并与现有设计兼容，所述现有设计包括光滑且无缝的主体是合宜的设计。基于壳体或基于主体的天线组件可以被配置成支持若干通信协议，诸如LTE、ISM、GNSS和IEEE 802.11(Wi-Fi)。
上面描述的仪器为仪器或笔壳体内的其他仪器组件和子系统提供了更多的内部空间。天线元件和/或接地平面不再消耗内部空间。这种空间节省对于需要更大天线的较低频带尤其有用。较低的工作频率也可以保证天线的较高净空(keep-out)(或天线元件周围不含其他导电物体的较大体积)。
这些和其他优点在允许仪器具有金属外表面的同时被实现。电磁波无法传播通过此类金属表面不再是对仪器设计的约束。所公开的仪器可具有结合此类金属表面的外观和感觉的选择。
在一个方面，一种仪器包括限定用于仪器的用户的手柄的壳体，以及被设置在壳体内的电路，该电路被配置成实现无线通信。壳体包括导电轴杆。电路被电连接到导电轴杆，使得导电轴杆被配置作为用于无线通信的天线元件或作为用于天线元件的接地平面。
在另一方面，一种仪器包括限定用于仪器的用户的手柄的壳体；被设置在壳体的轴向端部处的尖端，壳体从尖端延伸，以及被设置在壳体内的电路，该电路被配置成实现无线通信。该壳体包括导电轴杆，其建立仪器的外表面。壳体和导电轴杆在从尖端延伸的轴向方向上是细长的。电路被电连接到导电轴杆，使得导电轴杆被配置作为用于无线通信的天线元件或作为用于天线元件的接地平面。
在又一方面，一种仪器包括限定用于仪器的用户的手柄的壳体；被设置在壳体的轴向端部处的尖端，壳体从尖端延伸，以及被设置在壳体内的电路，该电路被配置成实现无线通信。该壳体包括导电轴杆，其建立仪器的外表面。电路被电连接到导电轴杆，使得导电轴杆被配置为用于无线通信的天线元件。
结合前述各方面中的任何一个方面，本文中所描述的系统、设备和/或方法可替代地或附加地包括以下各方面或特征中的一者或多者的任何组合。导电轴杆被定位作为仪器的外表面。导电轴杆是壳体的第一导电轴杆。壳体包括限定用户手柄的第二导电轴杆。第一导电轴杆被配置为天线元件。第二导电轴杆被配置为接地平面。仪器进一步包括位于壳体的轴向端部处的尖端。第二导电轴杆被定位在第一导电轴杆和尖端之间。壳体包括被配置为另外的天线元件的第三导电轴杆。第一和第二导电轴杆通过介电材料彼此间隔开。壳体包括被设置在第一和第二导电轴杆之间的导电结构。仪器进一步包括导电带和非导电带。导电轴杆是壳体的多个导电轴杆的第一导电轴杆。多个导电轴杆的第二导电轴杆通过第一操作配置中的导电带或第二操作配置中的非导电带来与第一导电轴杆隔开。导电带以及第一和第二导电轴杆被配置成在第一操作配置中充当用于第一频带的天线元件。第一导电轴杆被配置成在第二操作配置中充当用于第二频带的天线元件。多个导电轴杆包括限定用户手柄的第三导电轴杆。第三导电轴杆通过第一操作配置中的非导电带和第二操作配置中的导电带来与第二导电轴杆隔开。电路在公共馈电点处被以第一和第二操作配置电连接到天线元件。导电轴杆是壳体的第一导电轴杆。壳体包括第二导电轴杆，其进一步建立仪器的外表面。第二导电轴杆被配置为第二天线元件。第一和第二导电轴杆具有不同的长度，使得第一和第二天线元件支持不同频带中的无线通信。导电轴杆限定用户手柄。电路和导电轴杆在沿导电轴杆的馈电点处被电容性地连接。仪器进一步包括导电帽，该导电帽被设置在壳体的轴向端部处并且与导电轴杆电连接。无线通信包括长期演进(LTE)通信。
已经参考仅旨在解说而非限制本公开的具体示例对本公开进行了描述。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对这些示例作出改变、添加和/或删除。
上述描述仅仅是为了清楚理解而给出的，且不应从中理解不必要的限制。

Claims (15)

1.一种仪器，包括：
限定用于所述仪器的用户的手柄的壳体；以及
被设置在所述壳体内的电路，所述电路被配置成实现无线通信；
其中所述壳体包括导电轴杆；以及
其中所述电路被电连接到所述导电轴杆，使得所述导电轴杆被配置作为用于所述无线通信的天线元件或作为用于所述天线元件的接地平面。
2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述导电轴杆被定位为所述仪器的外表面。
3.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于：
所述导电轴杆是所述壳体的第一导电轴杆；
所述壳体包括限定所述用户手柄的第二导电轴杆；
所述第一导电轴杆被配置为所述天线元件；以及
所述第二导电轴杆被配置为所述接地平面。
4.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于，进一步包括位于所述壳体的轴向端部处的尖端，其中所述第二导电轴杆被定位在所述第一导电轴杆和所述尖端之间。
5.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于，所述壳体包括被配置为另外的天线元件的第三导电轴杆。
6.根据权利要求3所述的仪器，其特征在于：
所述第一和第二导电轴杆通过介电材料彼此间隔开；以及
所述壳体包括被设置在所述第一和第二导电轴杆之间的导电结构。
7.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，进一步包括导电带和非导电带，其中：
所述导电轴杆是所述壳体的多个导电轴杆的第一导电轴杆；
所述多个导电轴杆的第二导电轴杆通过第一操作配置中的所述导电带或第二操作配置中的所述非导电带来与所述第一导电轴杆隔开；
所述导电带以及所述第一和第二导电轴杆被配置成在所述第一操作配置中充当用于第一频带的所述天线元件；以及
所述第一导电轴杆被配置成在所述第二操作配置中充当用于第二频带的所述天线元件。
8.根据权利要求7所述的仪器，其特征在于：
所述多个导电轴杆包括限定所述用户手柄的第三导电轴杆；以及
所述第三导电轴杆通过所述第一操作配置中的所述非导电带和所述第二操作配置中的所述导电带来与所述第二导电轴杆隔开。
9.根据权利要求7所述的仪器，其特征在于，所述电路在公共馈电点处被以所述第一和第二操作配置电连接到所述天线元件。
10.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述导电轴杆限定所述用户手柄。
11.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述电路和所述导电轴杆在沿所述导电轴杆的馈电点处被电容性地连接。
12.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，进一步包括导电帽，所述导电帽被设置在所述壳体的轴向端部处并且与所述导电轴杆电连接。
13.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述无线通信包括长期演进(LTE)通信。
14.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，进一步包括被设置在所述壳体的轴向端部处的尖端，所述壳体从所述尖端延伸，其中所述壳体和所述导电轴杆在从所述尖端延伸的轴向方向上是细长的。
15.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述导电轴杆建立所述仪器的外表面。
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