專利名稱：輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的高頻接收天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于使用高低頻信號共線傳輸技術(shù)的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)中的高頻接收天線。
背景技術(shù)：
輪胎的氣壓在車輛行駛安全保障中起著重要的作用，直接式電子輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng)可以直接、實(shí)時地測量胎內(nèi)的胎壓和溫度，為保障行駛安全提供了一份最直接的保障。目前存在的直接式電子胎壓監(jiān)測系統(tǒng)大體份為兩類單向直接式和雙向直接式。對于目前技術(shù)狀態(tài)下的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)而言，其中最關(guān)鍵的是輪胎模塊的電池壽命、通訊可靠性和重量，其中尤以電池壽命最為關(guān)鍵。單向直接式的輪胎電子模塊工作在自主運(yùn)行模式，定時或滿足某些條件后實(shí)時地向接收機(jī)發(fā)出胎壓和胎溫信息。雙向直接式的輪胎電子模塊和接收機(jī)工作在互動模式下，輪胎模塊既可以自主也可以應(yīng)接收機(jī)的要求實(shí)時發(fā)送胎壓和胎溫信息，并可以在信息交互過程中確保通訊成功，減少輪胎模塊信息的冗余發(fā)送，從而節(jié)省輪胎模塊電池電量，延長壽命。如何在盡量減輕輪胎模塊重量的同時最大限度地提高通訊可靠性和節(jié)省電池電量就成為了一個很重要的研究課題。輪胎電子模塊的監(jiān)測過程電耗很小，通常為幾個微安，但信息的無線發(fā)送過程耗電很多，峰值可達(dá)幾個毫安。對于容量僅為幾百個毫安時的紐扣電池而言，單向直接式輪胎電子模塊信息的冗余、頻繁發(fā)送會大大縮短其工作壽命。雙向直接式輪胎電子模塊克服了上述的兩個缺點(diǎn)，故可以相對延長其工作壽命。
在相對比較好的雙向直接式方案中，在目前的普遍方案設(shè)計(jì)中的兩個環(huán)節(jié)中仍存在一些缺點(diǎn)高頻傳輸線的成本和輪胎電子模塊發(fā)射功率偏大。50歐姆高頻傳輸線和對應(yīng)的汽車用接插件的價格相對于普通屏蔽單線和普通接插件的價格要高出2-5倍之多，而一臺車中四接收天線方案高頻傳輸線的用量動輒就在10米以上，接插件也有七、八對之多。如果使用普通屏蔽單線和普通接插件則每車可以節(jié)省上百元的成本。為了保證輪胎模塊高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下接收天線的良好接收效果，大多數(shù)的輪胎模塊都工作在相對大功率發(fā)射狀態(tài)下，例如對于433M Hz的模塊而言，按照國家標(biāo)準(zhǔn)其允許的最大有效發(fā)射功率為10mW(距離電基本振子10米處的理想場強(qiáng)可達(dá)為100dBμV/m)。高頻信號的發(fā)送為間歇短時發(fā)送(典型發(fā)送時間多為幾十毫秒之內(nèi))，這個狀態(tài)下調(diào)整發(fā)射頻度可使輪胎模塊的工作壽命達(dá)到5年(這是目前市場上TPMS類產(chǎn)品的典型壽命，工作壽命L＝電池容量C/(發(fā)射頻度F×單次發(fā)射耗電量Q))。接收解碼芯片組要求的典型信噪比要求為6dB，而信號檢出的敏感電平優(yōu)于7dBμV(-100dBmW)，。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，汽車環(huán)境中433MHz的背景噪聲電平10米處測量應(yīng)在40dBμv/m以下。通過簡單計(jì)算就可得知，此時的信噪比可達(dá)60dB(遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于6dB)。如果把發(fā)射場強(qiáng)簡單地降低為原來的0.707倍(發(fā)射功率降為原來的一半)，信噪比降為57dB(仍然遠(yuǎn)優(yōu)于6dB)。這樣在同樣的電池容量和監(jiān)測/發(fā)射條件下，其壽命可以延長為原來的兩倍。事實(shí)上，對于四天線分布接收的系統(tǒng)而言，發(fā)射功率還可以大大降低，例如降低為原來的1/1000(-20dBmW)，則信噪比降低為30dB(仍然優(yōu)于6dB)。這樣就可以很容易地達(dá)到與整車同設(shè)計(jì)壽命(例如10年)。如何在保證降低發(fā)射功率的前提下，使用普通的屏蔽單線和接插件而達(dá)到10年的壽命。于是，在本領(lǐng)域中就需要一種能夠使用普通單芯屏蔽線和接插件在降低發(fā)射功率的情況下實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)募夹g(shù)。由于普通單芯屏蔽線本來就是用于傳輸?shù)皖l信號的，因此在低頻信號的傳遞方面沒有太大的問題，關(guān)鍵在于433MHz高頻信號的插入損耗衰減(典型50歐姆同軸纜在433MHz的插入損耗要優(yōu)于0.1dB/m，而普通屏蔽單芯線的插入損耗可能高達(dá)1dB/m)。其中還可能存在阻抗不匹配帶來的發(fā)射反射問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種能使用普通單芯屏蔽線實(shí)現(xiàn)高低頻信號共線傳輸?shù)妮喬鈮罕O(jiān)測系統(tǒng)中的高頻接收天線，通過在接收天線端設(shè)置放大電路來解決高頻信號使用普通單芯屏蔽線信號衰減和阻抗不匹配的問題。
根據(jù)本實(shí)用新型，提供一種輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的高頻接收天線，用于高低頻信號共線傳輸?shù)妮喬鈮罕O(jiān)測系統(tǒng)中，該高頻接收天線包括隔離元件，隔離高低頻信號和直流電源；天線元件，用于接收高頻信號；放大元件，與所述天線元件相連，用于放大高頻天線元件接收的高頻信號；偏置元件，與所述放大元件相連，用于為放大元件提供合適的偏置電流。
根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，所述隔離元件包括高頻扼流圈和高頻耦合電容。所述放大元件為一晶體管。所述偏置元件包括數(shù)個電阻。
根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，所述輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)包括具有高頻單元和低頻單元的接收機(jī)組件、具有高、低頻信號放大饋送功能的輪罩天線單元、以及連接兩者的傳輸線路，且所述高、低頻信號以時分復(fù)用的方式共用同一傳輸線路，所述輪罩天線單元接收并放大高頻后向所述接收機(jī)組件饋送信號，而所述接收機(jī)組件用低頻向所述輪罩天線單元饋送信號。所述高頻信號為433MHz，而所述低頻信號為125KHz。
采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過在接收天線端設(shè)置放大電路來解決高頻信號使用普通單芯屏蔽線所引起的信號衰減和阻抗不匹配的問題。使得使用普通單芯屏蔽線可以有效地傳輸高頻信號，以實(shí)現(xiàn)在輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)中的高低頻信號共線傳輸。


本實(shí)用新型上述的以及其它的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例的進(jìn)一步描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征，其中，圖1是可使用本實(shí)用新型的接收天線的共線傳輸輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1所示的共線傳輸輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的控制時序圖；
圖3是上述輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)中使用的輪罩天線單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本實(shí)用新型的高頻接收天線的電路圖。
具體實(shí)施方式
在前面已經(jīng)提到，考慮到高頻信號傳輸信噪比的要求至少是，而采用普通屏蔽單芯線后能達(dá)到的信噪比仍可達(dá)25dB(假設(shè)使用5米屏蔽線)，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于6dB，因此使用單芯屏蔽線傳遞高頻信號也是可行的，因?yàn)榈皖l信號也是采用單芯屏蔽線傳輸，將兩種信號以時分復(fù)用的方式共線傳輸將是最為經(jīng)濟(jì)有效的方式。
因此，就可以使用這樣的一種輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)100，其以時分復(fù)用的方式共線傳輸高頻信號和低頻信號，參考圖1示出了其結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)100包括具有高頻單元120和低頻單元122的接收機(jī)組件102、具有高頻信號收發(fā)裝置和低頻信號收發(fā)裝置(圖1中沒有示出)的輪罩天線單元104、以及連接兩者的傳輸線路106，其中，接收機(jī)組件102還包括一高/低頻切換開關(guān)124，一端可切換地連接到所述高頻單元120和所述低頻單元122，周期性間隔地在高頻單元120和低頻單元122之間進(jìn)行切換，高/低頻切換開關(guān)124的另一端連接到傳輸線路106。
在圖1示出的系統(tǒng)100中，高、低頻信號以時分復(fù)用的方式共用同一傳輸線路，輪罩檢測單元104把接收的高頻，比如433MHz的信號向接收機(jī)組件102饋送信號，而接收機(jī)組件102使用低頻，比如125KHz的信號向輪罩天線單元106饋送信號。由于高低頻信號共用同一條傳輸線路，因此由高/低頻切換開關(guān)124負(fù)責(zé)將傳輸線路106連接到高、低頻單元，從而實(shí)現(xiàn)高、低頻信號的分時共線傳輸，傳輸控制的時序圖可參考圖2所示高低頻開關(guān)周期性地在高頻單元和低頻單元之間進(jìn)行切換，當(dāng)切換到高頻單元時，稱為“高頻側(cè)”；當(dāng)切換到低頻單元時，稱為“低頻側(cè)”。接收機(jī)組件的高頻單元在“高頻側(cè)”接收高頻信號，相應(yīng)的，輪罩天線單元的高頻信號收發(fā)裝置在“高頻側(cè)”放大饋送高頻信號。接收組件的低頻單元在“低頻側(cè)”饋送低頻信號，相應(yīng)的，輪罩天線單元的低頻信號收發(fā)裝置在“低頻側(cè)”接收低頻信號。此處需要說明，在圖2中，“高頻側(cè)”和“低頻側(cè)”被視為周期性并且是等間隔的，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，并不需要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的等間隔周期，每一個“高頻側(cè)”或者“低頻側(cè)”的持續(xù)時間可以是不等長的，并且也可是出現(xiàn)連續(xù)的“高頻側(cè)”或者是連續(xù)的“低頻側(cè)”的情況，這都是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以預(yù)見到的。同樣需要說明，此處使用的術(shù)語“高頻側(cè)”和“低頻側(cè)”是為了說明方便，并不對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行任何的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)喜好改變這些術(shù)語的名稱，這并不對本實(shí)用新型保護(hù)范圍有任何的影響。
繼續(xù)參考圖2可見，為了確保高低頻信號的傳輸不會出現(xiàn)串?dāng)_的現(xiàn)象，本實(shí)用新型在進(jìn)行傳輸時添加了保護(hù)時隙，保護(hù)時隙一般添加在高/低頻切換開關(guān)進(jìn)行切換的時候。比如參考圖2，當(dāng)高/低頻切換開關(guān)從“高頻側(cè)”切換到“低頻側(cè)”或者從“低頻側(cè)”切換到“高頻側(cè)”時，都具有保護(hù)時隙，在保護(hù)時隙內(nèi)，不傳輸任何的信息。在圖2所示的實(shí)施例中，保護(hù)時隙都是添加在“低頻側(cè)”中，即低頻單元接收低頻信號的持續(xù)時間，即低頻收發(fā)裝置發(fā)射低頻信號的持續(xù)時間短于高/低頻開館切換到與低頻單元相連接的持續(xù)時間，即“低頻側(cè)”的持續(xù)時間，這樣，就在低頻信號進(jìn)行傳輸?shù)那昂蠖继砑恿艘粋€保護(hù)時隙，保證在進(jìn)行低頻信號的傳輸之前，已經(jīng)沒有高頻信號繼續(xù)傳輸，以及在低頻信號傳輸完成后，等待完全沒有低頻信號傳輸之后，再開始傳輸高頻信號。需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，保護(hù)時隙可以添加在“低頻側(cè)”，也可以添加在“高頻側(cè)”，兩者都可以達(dá)到保護(hù)的目的，雖然此處示出的實(shí)施例中保護(hù)時隙都添加在“低頻側(cè)”，但是其它情況也是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以預(yù)見到的。
從而，在圖1示出的實(shí)施例中，當(dāng)接收機(jī)組件(ECU)向輪罩天線單元發(fā)送125KHz的低頻激發(fā)信號時，高/低頻切換開關(guān)切換到低頻單元一側(cè)，接收機(jī)組件開始饋送低頻信號。等待返回433MHz高頻信號時，高/低頻切換開關(guān)切換到高頻單元一側(cè)。利用這樣的高/低頻切換時序來實(shí)現(xiàn)分時高/低頻共線傳輸。同比可節(jié)省一條傳輸線并可簡化ECU電路設(shè)計(jì)，便于汽車線束設(shè)計(jì)和布置。
在節(jié)省了昂貴的高頻傳輸線路以后，圖1所示的實(shí)施例的另一個目的是降低輪胎檢測單元的發(fā)射功率，并使用普通屏蔽單芯線和普通接插件實(shí)現(xiàn)信號的傳送。使用普通屏蔽單芯電線和普通接插件的所帶來的一個問題是433MHz高頻信號的插入損耗衰減(典型50歐姆同軸纜在433MHz的插入損耗要優(yōu)于0.1dB/m，而普通屏蔽單芯線的插入損耗可能高達(dá)1dB/m)。而其中可能的阻抗不匹配帶來的發(fā)射反射問題可通過調(diào)整終端阻抗解決，而插入損耗可通過在接收天線端設(shè)置放大電路來解決(例如增益設(shè)為6dB)，也就是增加一個預(yù)放大電路來解決傳輸損耗和避免信噪比的降低。因此，圖1所示的實(shí)施例中的輪胎檢測單元采用如下的設(shè)計(jì)，參考圖3可見圖3是圖1所示的實(shí)施例中的輪罩天線單元106的結(jié)構(gòu)框圖，該輪罩天線單元106通過接插件108連接到單芯屏蔽線110，其中單芯屏蔽線為普通的單芯屏蔽線，在該單芯屏蔽線110上傳輸433MHz的高頻信號以及125KHz的低頻信號。
回到圖3，繼續(xù)說明輪胎檢測單元106的結(jié)構(gòu)，其包括低頻信號收發(fā)裝置160，與傳輸線路110相連，該裝置160包括低頻信號激發(fā)電路。在該實(shí)施例中，該低頻信號激發(fā)電路由電阻R1、低頻線圈L1以及二極管D1依次串聯(lián)組成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，采用其它形式的低頻信號激發(fā)電路也是可行的，這是可以預(yù)見的。
高頻信號收發(fā)裝置162，與傳輸線路110相連，包括高頻接收天線164和高頻放大電路，在該實(shí)施例中，高頻放大電路包括隔離電感L2和單管放大電路166。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，采用其它形式的高頻信號放大電路也是可行的，這是可以預(yù)見的。
電壓比較開關(guān)168，與低頻信號收發(fā)裝置160與高頻信號收發(fā)裝置162都相連，在“高頻側(cè)”為高頻收發(fā)裝置供電，在“低頻側(cè)”為低頻收發(fā)裝置供電。低頻信號和高頻信號放大器電源利用不同的電平進(jìn)行工作，例如低頻信號電平為+12V/0V，而高頻放大器電源可以設(shè)為+6V的電平。低頻信號下行傳送時利用電壓比較開關(guān)168(例如開通閾值電壓設(shè)為+9V)控制低頻線圈L1電流的通斷并對波形進(jìn)行整形。低頻信號傳送完畢后單芯屏蔽線110上的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在+6V，放大電路166和高頻接收天線164接收的433MHz高頻信號，并耦合到傳輸線路(即單芯屏蔽線)110上。在接收機(jī)端通過處理就可以獲得所需要的信號。
上面介紹了可以使用本發(fā)明的共線傳輸輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合圖4詳細(xì)說明本實(shí)用新型的高頻接收天線。
圖4示出了其一個實(shí)施例的具體電路圖，根據(jù)本實(shí)用新型，高頻接收天線包括隔離元件，隔離高頻信號和直流電源；天線元件，用于接收高頻信號；放大元件，與天線元件相連，用于放大天線元件接收的高頻信號；偏置元件，與放大元件相連，用于為放大元件提供合適的偏置電流。
在圖4所示的實(shí)施例中，隔離元件包括高頻扼流圈L41、L42以及高頻耦合電容C41，其中高頻扼流圈L41的一端連接V+，另一端連接集電極電阻Rc的第一端，高頻耦合電容C41的一端也連接到V+，另一端連接到集電極電阻Rc的第二端，Rc的第二端連接到晶體管T的集電極。另一高頻扼流圈L42的一端連接天線A41，另一端與偏置元件相連。
圖4所示的實(shí)施例中，天線元件A41的連接至高頻扼流圈L42。
圖4所示的實(shí)施例中，放大器件為晶體管T，其發(fā)射機(jī)接地，集電極連接到集電極電阻Rc的第二端，基極連接天線A41以及高頻扼流圈L42的一端。
圖4所示的實(shí)施例中，偏置元件包括基極電阻Rb、偏流電阻R41以及R42，它共同構(gòu)成偏置電路，并且連接到高頻扼流圈L42的另一端，通過高頻扼流圈L42向晶體管T提供合適的偏置電壓。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，圖4示出的實(shí)施例僅僅是為了說明，采用其它形式的高頻接收天線也是可行的，采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過在接收天線端設(shè)置放大電路來解決高頻信號使用普通單芯屏蔽線所導(dǎo)致的信號衰減和阻抗不匹配的問題。使得使用普通單芯屏蔽線可以很好地傳輸高頻信號，以實(shí)現(xiàn)在輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)中的高低頻信號共線傳輸。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實(shí)用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實(shí)施例做出種種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的高頻接收天線，用于高低頻信號共線傳輸?shù)妮喬鈮罕O(jiān)測系統(tǒng)中，其特征在于，該高頻接收天線包括隔離元件，隔離高低頻信號和直流電源；天線元件，用于接收高頻信號；放大元件，與所述天線元件相連，用于放大天線元件接收的高頻信號；偏置元件，與所述放大元件相連，用于為放大元件提供合適的偏置電流。
2如權(quán)利要求1所述的高頻接收天線，其特征在于，所述隔離元件包括高頻扼流圈和高頻耦合電容。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻接收天線，其特征在于，所述高頻放大元件為一晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻接收天線，其特征在于，所述偏置元件包括數(shù)個電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻接收天線，其特征在于，所述輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)包括具有高頻單元和低頻單元的接收機(jī)組件、具有高、低頻信號收發(fā)功能的輪罩天線單元、以及連接兩者的傳輸線路，且所述高、低頻信號以時分復(fù)用的方式共用同一傳輸線路，所述接收組件使用低頻向所述輪胎檢測單元發(fā)射信號，而所述輪胎檢測單元使用高頻向所述接收組件發(fā)射信號。
6.如權(quán)利要求5所述的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻信號為433MHz，而所述低頻信號為125KHz。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的高頻接收天線，用于高低頻信號共線傳輸?shù)妮喬鈮罕O(jiān)測系統(tǒng)中，該高頻接收天線包括隔離元件，隔離高頻信號和直流電源；天線元件，用于接收高頻信號；放大元件，與高頻天線元件相連，用于放大天線元件接收的高頻信號；偏置元件，與高頻放大元件相連，用于為放大元件提供合適的偏置電流。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過在接收天線端設(shè)置放大電路來解決高頻信號使用普通單芯屏蔽線信號衰減和阻抗不匹配的問題。使得使用普通單芯屏蔽線可以有效地傳輸高頻信號，以實(shí)現(xiàn)在輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)中的高低頻信號共線傳輸。
文檔編號G08C17/02GK2806205SQ200520043459
公開日2006年8月16日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者劉新亮 申請人:上海大眾汽車有限公司