CN110635225B - 天线结构及具有该天线结构的触控笔 - Google Patents

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Abstract

一种天线结构，包括本体、第一辐射部及第二辐射部，所述第一辐射部与第二辐射部相对设置，所述本体涵盖所述第一辐射部及第二辐射部于其中，所述第一辐射部电性连接至馈入源以馈入电流，电流沿所述第一辐射部流动以激发第一模态的辐射信号，所述本体从所述第一辐射部耦合获取电流，所述第二辐射部从所述本体耦合获取电流，电流沿所述第一辐射部、本体及第二辐射部流动并接地以激发第二模态的辐射信号。还提供一种具有该天线结构的触控笔。

Description

天线结构及具有该天线结构的触控笔
技术领域
本发明涉及一种天线结构及具有该天线结构的触控笔。
背景技术
随着无线通信技术的进步，很多具有触控屏的便携式电子装置，如移动电话、平板电脑及个人数字助理都配备有触控笔。然而，触控笔的尺寸通常较小，以方便配合与便携式电子装置一并携带，但也由于有限的空间而限制了天线的设计，则通常以单频天线为主要设计，难以达到双频天线的效果。此外，触控笔有限的空间也限制天线高度及净空区的设置，天线的辐射效率受到了一定的影响。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种天线结构及具有该天线结构的触控笔。
一种天线结构，包括本体、第一辐射部及第二辐射部，所述第一辐射部与第二辐射部相对设置，所述本体涵盖所述第一辐射部及第二辐射部于其中，所述第一辐射部电性连接至馈入源以馈入电流，电流沿所述第一辐射部流动以激发第一模态的辐射信号，所述本体从所述第一辐射部耦合获取电流，所述第二辐射部从所述本体耦合获取电流，电流沿所述第一辐射部、本体及第二辐射部流动并接地以激发第二模态的辐射信号。
一种触控笔，包括笔杆及上述天线结构，所述天线结构承载于所述笔杆的笔端上。
所述触控笔通过在笔端较小的空间内设置第一辐射部、第二辐射部及本体，以形成双频天线，增加了天线的延展性并获得较高的天线辐射效率，以优化触控笔的无线信号传输应用。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的触控笔的示意图。
图2为图1所示的具有天线结构的触控笔的立体分解示意图。
图3为图2所示的触控笔的另一角度的立体分解示意图。
图4为图2所示的天线结构的部分平面示意图。
图5为本发明较佳实施例的匹配电路的电路图。
图6为本发明较佳实施例的天线结构工作时的回波损耗曲线图。
图7为本发明较佳实施例的天线结构工作时的辐射效率曲线图。
主要元件符号说明
触控笔 200
天线结构 100
笔杆 210
笔尖 212
笔端 214
垫圈 220
隔离盖 230
外周壁 232
内周壁 234
第一电路板 240
第一净空区 242
第二电路板 250
第二净空区 252
连接排线 260
本体 12
第一辐射部 14
第一臂 142
第二臂 144
第三臂 146
第二辐射部 16
第四臂 162
第五臂 164
第六臂 166
微带线 218、219
匹配电路 18
馈入源 241
第一电容 C1
第二电容 C2
第三电容 C3
电感 L
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被称为“电性连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电性连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1及2，本发明较佳实施方式提供一种天线结构100，其可应用于触控笔200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述触控笔200可应用于触控操作便携式电子装置的触控屏，所述便携式电子装置可为但不限于为移动电话、平板电脑及个人数字助理(Personal Digital Assist，PDA)。
请一并参阅图2及图3，所述触控笔200包括所述天线结构100、笔杆210、垫圈220、隔离盖230、第一电路板240、第二电路板250及连接排线260。
所述笔杆210呈圆柱形，包括位于相对两端的笔尖212及笔端214。所述笔杆210由金属材质制成。所述笔尖212为与便携式电子装置的触控屏的触控部分。所述笔尖212大致呈圆锥形，所述笔端214呈圆形平面，用于承载所述天线结构100、垫圈220、隔离盖230、第一电路板240、第二电路板250及连接排线260。
所述垫圈220大致呈圆柱环形状，沿所述笔杆210的延伸方向连接于所述笔端214。所述垫圈220为绝缘材质，可为但不限于为塑料。
所述隔离盖230大致呈中空圆柱形盖体，沿所述笔杆210的延伸方向连接于所述垫圈220远离笔端214的一端。所述隔离盖230为绝缘材质，可为但不限于为塑料。所述隔离盖230包括外周壁232及内周壁234。
请一并参阅图2、图3及图4，所述第一电路板240及第二电路板250相互平行，且间隔垂直设置于所述笔端214。所述连接排线260电性连接于所述第一电路板240与第二电路板250之间。所述第一电路板240及第二电路板250上设置有电源、接地面、处理器、存储器与射频电路等元件以实现所述触控笔200的无线通信功能。所述第一电路板240及第二电路板250上分别设置有天线净空区。
请一并参阅图2及图3，所述天线结构100包括本体12、第一辐射部14及第二辐射部16。
所述本体12大致呈中空圆柱形盖体，与所述隔离盖230的形状及尺寸大致相同。所述本体12盖设于所述隔离盖230的外周壁232。本实施例中，所述本体12的直径与所述垫圈220的外径及所述笔杆210的外径相等，以使得所述笔杆210、垫圈220及本体12连接时呈一连续的圆柱形。
所述第一辐射部14包括依次连接的第一臂142、第二臂144及第三臂146。所述第一臂142大致呈圆弧形。所述第一臂142设置于所述隔离盖230的内周壁234，并与所述本体12的圆柱部分平行。所述第二臂144一端垂直连接于所述第一臂142的中部，并沿所述笔杆210的延伸方向延伸。所述第三臂146一端垂直连接于所述第二臂144远离所述第一臂142的一端，并平行于所述笔端214的端面。所述第三臂146间隔所述第一电路板240设置。所述第三臂146远离第二臂144的一端通过一微带线218(参图4)电性连接于所述第一电路板240上的馈入源241(参图5)，用于从所述第一电路板240馈入电流。所述第一辐射部14对应所述第一电路板240的天线净空区。
所述第二辐射部16包括依次连接的第四臂162、第五臂164及第六臂166。所述第四臂162大致呈圆弧形。所述第四臂162的长度比所述第一臂142的长度长，所述第四臂162的宽度比所述第一臂142的宽度宽。所述第四臂162设置于所述隔离盖230的内周壁234，并与所述本体12的圆柱部分平行。所述第五臂164一端垂直连接于所述第四臂162的中部，并沿所述笔杆210的延伸方向延伸。所述第六臂166一端垂直连接于所述第五臂164远离所述第四臂162的一端，并平行于所述笔端214的端面。所述第六臂166远离第五臂164的一端通过一微带线219(参图4)电性连接于所述第二电路板250上的接地面，使得所述第二辐射部16接地。所述第二辐射部16对应所述第二电路板250的天线净空区。
所述天线净空区包括第一净空区242和第二净空区252。所述第一净空区242设置于所述第一电路板240上。所述第一净空区242设置于所述第一电路板240远离所述笔端214的一端和所述第三臂146之间。所述第二净空区252设置于所述第二电路板250上。所述第二净空区252设置于所述第二电路板250远离所述笔端214的一端和所述第六臂166之间。所述第一净空区242和第二净空区252分别是所述第一电路板240及第二电路板250上不含任何导体(例如金属)的区域。所述第一净空区242和第二净空区252有相同的大小和形状。
请参阅图5，所述天线结构100还包括匹配电路18。所述匹配电路18包括第一电容C1、电感L、第二电容C2及第三电容C3。所述第一电容C1、电感L及第二电容C2设置于所述第一电路板240上。所述第三电容C3设置于所述第二电路板250上。所述第一电容C1一端电性连接于所述第一电路板240上的馈入源241，另一端电性连接于所述第二电容C2的一端。所述第二电容C2的另一端通过所述微带线218(参图4)电性连接于所述第一辐射部14。所述电感L一端电性连接于所述第一电容C1与第二电容C2之间，另一端接地。所述第三电容C3一端通过所述微带线219电性连接于所述第二辐射部16，另一端接地。本实施例中，所述第一电容C1的阻抗值为0.4皮法，所述电感L的阻抗值为3.2纳亨，所述第二电容C2的阻抗值为1.3皮法，所述第三电容C3的阻抗值为0.25皮法。
所述第一臂142通过所述匹配电路18从所述第一电路板240上的馈入源241馈入电流，电流沿所述第一臂142、第二臂144及第三臂146流动，以激发一第一模态以产生第一频段的辐射信号。本实施例中，所述第一模态为WiFi 2.4G模态，所述第一频段为2400-2485MHz频段。因此，所述第一辐射部14形成单极天线(Monopole)共振激发所述第一模态。所述第一辐射部14通过所述匹配电路18从所述第一电路板240上的馈入源241馈入电流，电流沿所述第一辐射部14流动，所述本体12与所述第一辐射部14对应的部分从所述第一辐射部14耦合获得电流，电流沿所述本体12流动至本体12与所述第二辐射部16对应的部分，所述第二辐射部16进一步从所述本体12与所述第二辐射部16对应的部分耦合获得电流，电流沿所述第二辐射部16流动，然后接地，以激发一第二模态以产生第二频段的辐射信号。本实施例中，所述第二模态为WiFi 5G模态，所述第二频段为5180-5800MHz频段。因此，所述第一辐射部14、本体12及第二辐射部16形成环回天线(Loop)共振激发所述第二模态。
本实施例中，所述触控笔200的长度大致为150毫米，所述垫圈220的长度为5毫米，所述本体12的长度为5毫米，所述本体12的直径与所述垫圈220的外径及所述笔杆210的外径大致为14毫米，所述第一电路板240及第二电路板250上设置的天线净空区的尺寸为7毫米。
图6为所述天线结构100工作时的回波损耗(Return Loss)曲线图。可以得知，所述所述天线结构100工作于WiFi 2.4G频段2400-2485MHz及WiFi 5G频段5180-5800MHz时符合天线辐射要求。
图7为所述天线结构100工作时的辐射效率(Radiation Efficiency)曲线图。可以得知，在WiFi 2.4G频段2400-2485MHz中，天线结构100的辐射效率为-3分贝(dB)及50％；在WiFi 5G频段5180-5800MHz中，天线结构100的辐射效率为-0.97分贝及80％。
综上所述，所述天线结构100具有较佳的回波损耗及辐射效率。另外，所述天线结构100可工作于WiFi 2.4G频段及WiFi 5G频段，涵盖频率范围较广，且可满足天线设计要求。
所述触控笔200通过在笔端214较小的空间内设置第一辐射部14、第二辐射部16及本体12，以形成双频天线，增加了天线的频宽并获得较高的天线辐射效率，以优化触控笔200的无线信号传输应用。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于：所述天线结构包括本体、第一辐射部及第二辐射部，所述第一辐射部与第二辐射部相对设置，所述本体涵盖所述第一辐射部及第二辐射部于其中，所述第一辐射部电性连接至馈入源以馈入电流，电流沿所述第一辐射部流动以激发第一模态的辐射信号，所述本体从所述第一辐射部耦合获取电流，所述第二辐射部从所述本体耦合获取电流，电流沿所述第一辐射部、本体及第二辐射部流动并接地以激发第二模态的辐射信号，所述本体呈中空圆柱形盖体，所述本体盖设于一触控笔的一端。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第一辐射部包括依次连接的第一臂、第二臂及第三臂，所述第一臂呈圆弧形并与所述本体平行，所述第二臂一端垂直连接于所述第一臂的中部，所述第三臂一端垂直连接于所述第二臂远离所述第一臂的一端，所述第三臂远离第二臂的一端电性连接于所述馈入源，用于从所述馈入源馈入电流。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述第二辐射部包括依次连接的第四臂、第五臂及第六臂，所述第四臂呈圆弧形并与所述本体平行，所述第五臂一端垂直连接于所述第四臂的中部，所述第六臂一端垂直连接于所述第五臂远离所述第四臂的一端，另一端接地。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括匹配电路，所述匹配电路包括第一电容、电感、第二电容及第三电容，所述第一电容一端电性连接于所述馈入源，另一端电性连接于所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端电性连接于所述第一辐射部，所述电感一端电性连接于所述第一电容与第二电容之间，另一端接地，所述第三电容一端电性连接于所述第二辐射部，另一端接地。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第一模态为WiFi 2.4G模态，所述第二模态为WiFi 5G模态，所述第二模态激发的辐射信号频率高于所述第一模态激发的辐射信号频率。
6.一种触控笔，其特征在于：所述触控笔包括笔杆及如权利要求1或5所述的天线结构，所述天线结构承载于所述笔杆的笔端上。
7.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于：所述触控笔还包括垫圈及隔离盖，所述垫圈呈圆柱环形状，沿所述笔杆的延伸方向连接于所述笔端，所述垫圈为绝缘材质；所述隔离盖大致呈中空圆柱形盖体，沿所述笔杆的延伸方向连接于所述垫圈远离所述笔端的一端，所述隔离盖为绝缘材质，所述隔离盖包括外周壁及内周壁，所述本体与所述隔离盖的形状及尺寸大致相同，所述本体盖设于所述隔离盖的外周壁，所述本体的直径与所述垫圈的外径及所述笔杆的外径相等，以使得所述笔杆、垫圈及本体连接为一连续的圆柱形。
8.如权利要求7所述的触控笔，其特征在于：所述触控笔还包括第一电路板、第二电路板及连接排线，所述第一电路板及第二电路板相互平行，且间隔垂直设置于所述笔端，所述连接排线电线连接于所述第一电路板及第二电路板之间，所述第一电路板及第二电路板上分别设置有天线净空区，所述第一电路板上设置所述馈入源。
9.如权利要求8所述的触控笔，其特征在于：所述第一辐射部包括依次连接的第一臂、第二臂及第三臂，所述第一臂呈圆弧形并与所述本体平行，所述第二臂一端垂直连接于所述第一臂的中部，所述第三臂一端垂直连接于所述第二臂远离所述第一臂的一端，所述第三臂远离第二臂的一端电性连接于所述馈入源，用于从所述馈入源馈入电流，所述第二辐射部还包括依次连接的第四臂、第五臂及第六臂，所述第四臂呈圆弧形并与所述本体平行，所述第五臂一端垂直连接于所述第四臂的中部，所述第六臂一端垂直连接于所述第五臂远离所述第四臂的一端，另一端接地，所述天线净空区包括第一净空区和第二净空区，所述第一净空区设置于所述第一电路板上，所述第一净空区对应所述第一电路板远离所述笔端的一端至所述第三臂之间的区间，所述第二净空区设置于所述第二电路板上，所述第二净空区对应所述第二电路板远离所述笔端的一端至所述第六臂之间的区间，所述第一净空区和第二净空区分别是所述第一电路板及第二电路板上不含任何导体的区域，所述第一净空区和第二净空区有相同的大小和形状。
10.如权利要求9所述的触控笔，其特征在于：所述第一辐射部的所述第一臂和所述第二辐射部的所述第四臂均设置于所述隔离盖的内周壁。
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