专利名称：轮胎气压监测系统的高频接收天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车轮胎气压监测系统，更具体地说，涉及一种用于使用高低频信号共线传输技术的轮胎气压监测系统中的高频接收天线。
背景技术：
轮胎的气压在车辆行驶安全保障中起着重要的作用，直接式电子轮胎胎压监测系统可以直接、实时地测量胎内的胎压和温度，为保障行驶安全提供了一份最直接的保障。目前存在的直接式电子胎压监测系统大体份为两类单向直接式和双向直接式。对于目前技术状态下的轮胎气压监测系统而言，其中最关键的是轮胎模块的电池寿命、通讯可靠性和重量，其中尤以电池寿命最为关键。单向直接式的轮胎电子模块工作在自主运行模式，定时或满足某些条件后实时地向接收机发出胎压和胎温信息。双向直接式的轮胎电子模块和接收机工作在互动模式下，轮胎模块既可以自主也可以应接收机的要求实时发送胎压和胎温信息，并可以在信息交互过程中确保通讯成功，减少轮胎模块信息的冗余发送，从而节省轮胎模块电池电量，延长寿命。如何在尽量减轻轮胎模块重量的同时最大限度地提高通讯可靠性和节省电池电量就成为了一个很重要的研究课题。轮胎电子模块的监测过程电耗很小，通常为几个微安，但信息的无线发送过程耗电很多，峰值可达几个毫安。对于容量仅为几百个毫安时的纽扣电池而言，单向直接式轮胎电子模块信息的冗余、频繁发送会大大缩短其工作寿命。双向直接式轮胎电子模块克服了上述的两个缺点，故可以相对延长其工作寿命。
在相对比较好的双向直接式方案中，在目前的普遍方案设计中的两个环节中仍存在一些缺点高频传输线的成本和轮胎电子模块发射功率偏大。50欧姆高频传输线和对应的汽车用接插件的价格相对于普通屏蔽单线和普通接插件的价格要高出2-5倍之多，而一台车中四接收天线方案高频传输线的用量动辄就在10米以上，接插件也有七、八对之多。如果使用普通屏蔽单线和普通接插件则每车可以节省上百元的成本。为了保证轮胎模块高速旋转状态下接收天线的良好接收效果，大多数的轮胎模块都工作在相对大功率发射状态下，例如对于433M Hz的模块而言，按照国家标准其允许的最大有效发射功率为10mW(距离电基本振子10米处的理想场强可达为100dBμV/m)。高频信号的发送为间歇短时发送(典型发送时间多为几十毫秒之内)，这个状态下调整发射频度可使轮胎模块的工作寿命达到5年(这是目前市场上TPMS类产品的典型寿命，工作寿命L＝电池容量C/(发射频度F×单次发射耗电量Q))。接收解码芯片组要求的典型信噪比要求为6dB，而信号检出的敏感电平优于7dBμV(-100dBmW)，。按照国家标准，汽车环境中433MHz的背景噪声电平10米处测量应在40dBμv/m以下。通过简单计算就可得知，此时的信噪比可达60dB(远远优于6dB)。如果把发射场强简单地降低为原来的0.707倍(发射功率降为原来的一半)，信噪比降为57dB(仍然远优于6dB)。这样在同样的电池容量和监测/发射条件下，其寿命可以延长为原来的两倍。事实上，对于四天线分布接收的系统而言，发射功率还可以大大降低，例如降低为原来的1/1000(-20dBmW)，则信噪比降低为30dB(仍然优于6dB)。这样就可以很容易地达到与整车同设计寿命(例如10年)。如何在保证降低发射功率的前提下，使用普通的屏蔽单线和接插件而达到10年的寿命。于是，在本领域中就需要一种能够使用普通单芯屏蔽线和接插件在降低发射功率的情况下实现信号传输的技术。由于普通单芯屏蔽线本来就是用于传输低频信号的，因此在低频信号的传递方面没有太大的问题，关键在于433MHz高频信号的插入损耗衰减(典型50欧姆同轴缆在433MHz的插入损耗要优于0.1dB/m，而普通屏蔽单芯线的插入损耗可能高达1dB/m)。其中还可能存在阻抗不匹配带来的发射反射问题。
实用新型内容本实用新型的目的就是提供一种能使用普通单芯屏蔽线实现高低频信号共线传输的轮胎气压监测系统中的高频接收天线，通过在接收天线端设置放大电路来解决高频信号使用普通单芯屏蔽线信号衰减和阻抗不匹配的问题。
根据本实用新型，提供一种轮胎气压监测系统的高频接收天线，用于高低频信号共线传输的轮胎气压监测系统中，该高频接收天线包括隔离元件，隔离高低频信号和直流电源；天线元件，用于接收高频信号；放大元件，与所述天线元件相连，用于放大高频天线元件接收的高频信号；偏置元件，与所述放大元件相连，用于为放大元件提供合适的偏置电流。
根据本实用新型的一实施例，所述隔离元件包括高频扼流圈和高频耦合电容。所述放大元件为一晶体管。所述偏置元件包括数个电阻。
根据本实用新型的一实施例，所述轮胎气压监测系统包括具有高频单元和低频单元的接收机组件、具有高、低频信号放大馈送功能的轮罩天线单元、以及连接两者的传输线路，且所述高、低频信号以时分复用的方式共用同一传输线路，所述轮罩天线单元接收并放大高频后向所述接收机组件馈送信号，而所述接收机组件用低频向所述轮罩天线单元馈送信号。所述高频信号为433MHz，而所述低频信号为125KHz。
采用本实用新型的技术方案，通过在接收天线端设置放大电路来解决高频信号使用普通单芯屏蔽线所引起的信号衰减和阻抗不匹配的问题。使得使用普通单芯屏蔽线可以有效地传输高频信号，以实现在轮胎气压监测系统中的高低频信号共线传输。
本实用新型上述的以及其它的特征、性质和优势将通过
以下结合附图和实施例的进一步描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的特征，其中，图1是可使用本实用新型的接收天线的共线传输轮胎气压监测系统的结构框图；图2是图1所示的共线传输轮胎气压监测系统的控制时序图；
图3是上述轮胎气压监测系统中使用的轮罩天线单元的结构框图；图4是本实用新型的高频接收天线的电路图。
具体实施方式
在前面已经提到，考虑到高频信号传输信噪比的要求至少是，而采用普通屏蔽单芯线后能达到的信噪比仍可达25dB(假设使用5米屏蔽线)，仍然远远高于6dB，因此使用单芯屏蔽线传递高频信号也是可行的，因为低频信号也是采用单芯屏蔽线传输，将两种信号以时分复用的方式共线传输将是最为经济有效的方式。
因此，就可以使用这样的一种轮胎气压监测系统100，其以时分复用的方式共线传输高频信号和低频信号，参考图1示出了其结构框图，该系统100包括具有高频单元120和低频单元122的接收机组件102、具有高频信号收发装置和低频信号收发装置(图1中没有示出)的轮罩天线单元104、以及连接两者的传输线路106，其中，接收机组件102还包括一高/低频切换开关124，一端可切换地连接到所述高频单元120和所述低频单元122，周期性间隔地在高频单元120和低频单元122之间进行切换，高/低频切换开关124的另一端连接到传输线路106。
在图1示出的系统100中，高、低频信号以时分复用的方式共用同一传输线路，轮罩检测单元104把接收的高频，比如433MHz的信号向接收机组件102馈送信号，而接收机组件102使用低频，比如125KHz的信号向轮罩天线单元106馈送信号。由于高低频信号共用同一条传输线路，因此由高/低频切换开关124负责将传输线路106连接到高、低频单元，从而实现高、低频信号的分时共线传输，传输控制的时序图可参考图2所示高低频开关周期性地在高频单元和低频单元之间进行切换，当切换到高频单元时，称为“高频侧”；当切换到低频单元时，称为“低频侧”。接收机组件的高频单元在“高频侧”接收高频信号，相应的，轮罩天线单元的高频信号收发装置在“高频侧”放大馈送高频信号。接收组件的低频单元在“低频侧”馈送低频信号，相应的，轮罩天线单元的低频信号收发装置在“低频侧”接收低频信号。此处需要说明，在图2中，“高频侧”和“低频侧”被视为周期性并且是等间隔的，但是在实际的应用中，并不需要实现严格的等间隔周期，每一个“高频侧”或者“低频侧”的持续时间可以是不等长的，并且也可是出现连续的“高频侧”或者是连续的“低频侧”的情况，这都是本领域的技术人员可以预见到的。同样需要说明，此处使用的术语“高频侧”和“低频侧”是为了说明方便，并不对本实用新型的范围进行任何的限制，本领域的技术人员可以根据喜好改变这些术语的名称，这并不对本实用新型保护范围有任何的影响。
继续参考图2可见，为了确保高低频信号的传输不会出现串扰的现象，本实用新型在进行传输时添加了保护时隙，保护时隙一般添加在高/低频切换开关进行切换的时候。比如参考图2，当高/低频切换开关从“高频侧”切换到“低频侧”或者从“低频侧”切换到“高频侧”时，都具有保护时隙，在保护时隙内，不传输任何的信息。在图2所示的实施例中，保护时隙都是添加在“低频侧”中，即低频单元接收低频信号的持续时间，即低频收发装置发射低频信号的持续时间短于高/低频开馆切换到与低频单元相连接的持续时间，即“低频侧”的持续时间，这样，就在低频信号进行传输的前后都添加了一个保护时隙，保证在进行低频信号的传输之前，已经没有高频信号继续传输，以及在低频信号传输完成后，等待完全没有低频信号传输之后，再开始传输高频信号。需要说明的是，本领域的技术人员应该理解，保护时隙可以添加在“低频侧”，也可以添加在“高频侧”，两者都可以达到保护的目的，虽然此处示出的实施例中保护时隙都添加在“低频侧”，但是其它情况也是本领域的技术人员可以预见到的。
从而，在图1示出的实施例中，当接收机组件(ECU)向轮罩天线单元发送125KHz的低频激发信号时，高/低频切换开关切换到低频单元一侧，接收机组件开始馈送低频信号。等待返回433MHz高频信号时，高/低频切换开关切换到高频单元一侧。利用这样的高/低频切换时序来实现分时高/低频共线传输。同比可节省一条传输线并可简化ECU电路设计，便于汽车线束设计和布置。
在节省了昂贵的高频传输线路以后，图1所示的实施例的另一个目的是降低轮胎检测单元的发射功率，并使用普通屏蔽单芯线和普通接插件实现信号的传送。使用普通屏蔽单芯电线和普通接插件的所带来的一个问题是433MHz高频信号的插入损耗衰减(典型50欧姆同轴缆在433MHz的插入损耗要优于0.1dB/m，而普通屏蔽单芯线的插入损耗可能高达1dB/m)。而其中可能的阻抗不匹配带来的发射反射问题可通过调整终端阻抗解决，而插入损耗可通过在接收天线端设置放大电路来解决(例如增益设为6dB)，也就是增加一个预放大电路来解决传输损耗和避免信噪比的降低。因此，图1所示的实施例中的轮胎检测单元采用如下的设计，参考图3可见图3是图1所示的实施例中的轮罩天线单元106的结构框图，该轮罩天线单元106通过接插件108连接到单芯屏蔽线110，其中单芯屏蔽线为普通的单芯屏蔽线，在该单芯屏蔽线110上传输433MHz的高频信号以及125KHz的低频信号。
回到图3，继续说明轮胎检测单元106的结构，其包括低频信号收发装置160，与传输线路110相连，该装置160包括低频信号激发电路。在该实施例中，该低频信号激发电路由电阻R1、低频线圈L1以及二极管D1依次串联组成。本领域的技术人员应该理解，采用其它形式的低频信号激发电路也是可行的，这是可以预见的。
高频信号收发装置162，与传输线路110相连，包括高频接收天线164和高频放大电路，在该实施例中，高频放大电路包括隔离电感L2和单管放大电路166。本领域的技术人员应该理解，采用其它形式的高频信号放大电路也是可行的，这是可以预见的。
电压比较开关168，与低频信号收发装置160与高频信号收发装置162都相连，在“高频侧”为高频收发装置供电，在“低频侧”为低频收发装置供电。低频信号和高频信号放大器电源利用不同的电平进行工作，例如低频信号电平为+12V/0V，而高频放大器电源可以设为+6V的电平。低频信号下行传送时利用电压比较开关168(例如开通阈值电压设为+9V)控制低频线圈L1电流的通断并对波形进行整形。低频信号传送完毕后单芯屏蔽线110上的系统电压稳定在+6V，放大电路166和高频接收天线164接收的433MHz高频信号，并耦合到传输线路(即单芯屏蔽线)110上。在接收机端通过处理就可以获得所需要的信号。
上面介绍了可以使用本发明的共线传输轮胎气压监测系统的基本结构，下面结合图4详细说明本实用新型的高频接收天线。
图4示出了其一个实施例的具体电路图，根据本实用新型，高频接收天线包括隔离元件，隔离高频信号和直流电源；天线元件，用于接收高频信号；放大元件，与天线元件相连，用于放大天线元件接收的高频信号；偏置元件，与放大元件相连，用于为放大元件提供合适的偏置电流。
在图4所示的实施例中，隔离元件包括高频扼流圈L41、L42以及高频耦合电容C41，其中高频扼流圈L41的一端连接V+，另一端连接集电极电阻Rc的第一端，高频耦合电容C41的一端也连接到V+，另一端连接到集电极电阻Rc的第二端，Rc的第二端连接到晶体管T的集电极。另一高频扼流圈L42的一端连接天线A41，另一端与偏置元件相连。
图4所示的实施例中，天线元件A41的连接至高频扼流圈L42。
图4所示的实施例中，放大器件为晶体管T，其发射机接地，集电极连接到集电极电阻Rc的第二端，基极连接天线A41以及高频扼流圈L42的一端。
图4所示的实施例中，偏置元件包括基极电阻Rb、偏流电阻R41以及R42，它共同构成偏置电路，并且连接到高频扼流圈L42的另一端，通过高频扼流圈L42向晶体管T提供合适的偏置电压。
本领域的技术人员应该理解，图4示出的实施例仅仅是为了说明，采用其它形式的高频接收天线也是可行的，采用本实用新型的技术方案，通过在接收天线端设置放大电路来解决高频信号使用普通单芯屏蔽线所导致的信号衰减和阻抗不匹配的问题。使得使用普通单芯屏蔽线可以很好地传输高频信号，以实现在轮胎气压监测系统中的高低频信号共线传输。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1.一种轮胎气压监测系统的高频接收天线，用于高低频信号共线传输的轮胎气压监测系统中，其特征在于，该高频接收天线包括隔离元件，隔离高低频信号和直流电源；天线元件，用于接收高频信号；放大元件，与所述天线元件相连，用于放大天线元件接收的高频信号；偏置元件，与所述放大元件相连，用于为放大元件提供合适的偏置电流。
2如权利要求1所述的高频接收天线，其特征在于，所述隔离元件包括高频扼流圈和高频耦合电容。
3.如权利要求1所述的高频接收天线，其特征在于，所述高频放大元件为一晶体管。
4.如权利要求1所述的高频接收天线，其特征在于，所述偏置元件包括数个电阻。
5.如权利要求1所述的高频接收天线，其特征在于，所述轮胎气压监测系统包括具有高频单元和低频单元的接收机组件、具有高、低频信号收发功能的轮罩天线单元、以及连接两者的传输线路，且所述高、低频信号以时分复用的方式共用同一传输线路，所述接收组件使用低频向所述轮胎检测单元发射信号，而所述轮胎检测单元使用高频向所述接收组件发射信号。
6.如权利要求5所述的轮胎气压监测系统，其特征在于，所述高频信号为433MHz，而所述低频信号为125KHz。
专利摘要本实用新型揭示了一种轮胎气压监测系统的高频接收天线，用于高低频信号共线传输的轮胎气压监测系统中，该高频接收天线包括隔离元件，隔离高频信号和直流电源；天线元件，用于接收高频信号；放大元件，与高频天线元件相连，用于放大天线元件接收的高频信号；偏置元件，与高频放大元件相连，用于为放大元件提供合适的偏置电流。采用本实用新型的技术方案，通过在接收天线端设置放大电路来解决高频信号使用普通单芯屏蔽线信号衰减和阻抗不匹配的问题。使得使用普通单芯屏蔽线可以有效地传输高频信号，以实现在轮胎气压监测系统中的高低频信号共线传输。
文档编号G08C17/02GK2806205SQ200520043459
公开日2006年8月16日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年7月15日
发明者刘新亮 申请人:上海大众汽车有限公司