专利名称：接收天线、芯部及便携式装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种接收天线，其三个天线线圈相互正交，包括于接收天线中的芯部，以及使用接收天线的便携式装置。
背景技术：
按照惯例，众所周知，电子钥匙系统通过安装于车辆中的车内装置与车辆独有的电子钥匙之间的无线通讯而控制着车门的锁定/开锁。
在这种电子钥匙系统中，举例来说，当钥匙没有插入车辆的钥匙孔中并且车辆的所有的门都已锁上时，车内装置周期性地向车辆外部发出信号。当有电子钥匙的司机靠近车辆时，就会从电子钥匙返回一个对从车内装置发出的信号的响应信号。当车内装置接收到响应信号时，它就会执行对电子钥匙的鉴别。当车内装置成功完成鉴别并且随后检测到手放在门把手上时，它就自动将门开锁。
顺便说一下，车内装置或者电子钥匙的天线通常由一个天线线圈和一个外部电容器构成。天线线圈通过将电线缠绕于一个铁素体芯部棒上而形成。外部电容器构成了天线线圈的一个并联谐振电路。然而，当电子钥匙的接收天线由单个天线线圈构成时，通讯距离(能够接收到车辆发出的数据的位置)将会取决于与车内装置的传输天线所产生的磁场的方向的关系而大大减小。在最坏的情况下，已不可能进行通讯。
详细地说，当接收天线的天线线圈的轴向与车内装置的传输天线所产生的磁场方向平行时，电子钥匙的接收天线最为敏感。就是说，在电子钥匙的天线线圈中能最有效地感应电压。相反，当轴向与磁场方向正交时，电子钥匙的接收天线最不敏感。就是说，在电子钥匙的天线线圈中几乎不会感应电压。
不管与车内装置的传输天线的方向的关系如何，电子钥匙的接收天线都需要稳定地接收来自车内装置的信号。接收天线需要使用多个天线线圈制成无方向性。
利用多个天线线圈构造接收天线，就要涉及较大的容积来放置接收天线。在电子钥匙内部的有限容积内非常近地放置多个天线线圈，将会由于天线线圈之间的相互干涉而降低通讯性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种即使在很小的容积内也具有无方向性特征的接收天线、包括于接收天线中的芯部、以及使用接收天线的便携式装置。
为实现以上目的，提供了具有以下方面的接收天线。设置有三个天线线圈并且它们的中心轴线在一个交点处相互正交。这些天线线圈中的每一个都关于交点对称。设置有一个芯部，电线缠绕在该芯部周围以便形成这三个天线线圈中的每一个。三个天线线圈中的第一天线线圈形成于内侧，而第三天线线圈形成于外侧。第二天线线圈形成于第一和第三天线线圈之间。第二天线线圈和第一与第三天线线圈中的一个构成了一对选定的天线线圈。这对选定的天线线圈中的位于内侧的天线线圈的缠绕电线的末端与这对选定的天线线圈中的位于外侧的天线线圈的缠绕电线的始端相连接。这种结构使得接收天线的尺寸缩小并且能够防止由于天线线圈之间的重叠区域中产生的寄生电容而发生天线线圈中的干涉。
优选地，不包括于这对选定的天线线圈中的另一个天线线圈与这对选定的天线线圈中的每一个都保持一个间距而重叠。间距的提供能够进一步加强防止接收天线中的寄生电容的影响。
另外，用于形成三个天线线圈中的每一个的芯部为圆柱形或棱柱形，其剖面关于芯部的中心轴线经过的一点对称。第一沟槽部件形成于芯部的一个表面上并环绕着包括芯部的中心轴线的第一虚拟剖面的周边。第二沟槽部件形成于芯部的表面上并环绕着包括芯部的中心轴线的第二虚拟剖面的周边，其中第二虚拟剖面与第一虚拟剖面正交。第三沟槽部件形成于芯部的表面上并环绕着与中心轴线正交的第三虚拟剖面的周边。第三虚拟剖面的周边位于设置在芯部的基面之间的曲面上，基面关于中心轴线通过的该点对称。芯部的这种结构使得接收天线能够被有效地实现。
另外，还提供了具有以下方面的包括接收天线的便携式装置。接收电路通过三个天线线圈接收信号以便解调成数字信号。控制电路根据接收电路中解调的数字信号执行控制。这种结构使得便携式装置结构紧凑并且适用于便携式装置例如电子钥匙。
通过参照附图进行的以下详细描述，可以对本发明的以上及其它目的、特征和优点有更为清楚的了解。图中图1A是示出了一种接收天线的结构的顶视图；图1B是示出了接收天线的结构的侧视图；图2A是示出了一种芯部的结构的顶视图；图2B是示出了芯部的结构的侧视图；图3是示出了一种便携式装置的电子结构的示意图；图4A至4E是示出了便携式装置的各个部分的波形的波形图；图5是示出了X轴、Y轴和Z轴天线特征的测量结果的示意图；图6是示出了X轴、Y轴和Z轴天线特征的测量结果的示意图；图7A至7B是示出了接收天线的方向性的测量结果的示意图；图8A是示出了一种天线的尺寸的视图；图8B至8C是示出了X轴和Y轴天线的通讯距离、芯部厚度、芯部直径以及天线线圈的匝数之间的关系的示意图；图9A是示出了一种天线的尺寸的视图；图9B至9C是示出了Z轴天线的通讯距离、芯部厚度、芯部直径以及天线线圈的匝数之间的关系的示意图；图10是示出了便携式装置的另一种电子结构的示意图；图11A是示出了另一种接收天线的结构的项视图；图11B是示出了另一种接收天线的结构的侧视图；图12A是示出了另一种芯部的第一部分的结构的顶视图；以及图12B是示出了另一种芯部的第二部分的结构的顶视图。
具体实施例方式
现在将参照附图对本发明的一个实施例进行说明。图1A和1B是示出了一种三轴线一体式接收天线(下文中只称作“接收天线”)的结构的顶视图和侧视图。
本实施例的接收天线1由一柱状铁素体芯部2和三个天线线圈3x、3y、3z构成，每个天线线圈通过将电线缠绕于芯部2上而形成。三个天线线圈3x、3y、3z的每根中心轴线在芯部2的重心处相互正交，并且三个天线线圈3x、3y、3z中每一个都关于重心对称。
这里，芯部2的中心轴线的方向为Z方向。在与芯部2的中心轴线正交的剖面内彼此正交的两个方向是X方向和Y方向。天线线圈3x通过将电线以X方向为中心缠绕于芯部2上而形成。天线线圈3y通过将电线以Y方向为中心缠绕于芯部2上而形成。天线线圈3z通过将电线以Z方向为中心缠绕于芯部2的圆周上而形成。
这里，图2A和2B示出了一种芯部2的结构的顶视图和侧视图，其中天线线圈3x、3y、3z已拆除。第一沟槽21环绕着(或者平行于)包括芯部2的中心轴线和重心的Y-Z剖面而形成于其中。第二沟槽22环绕着(或者平行于)包括芯部2的中心轴线和重心的X-Z剖面而形成于其中。第三沟槽23环绕着(或者平行于)包括芯部2的重心的X-Y剖面而形成于其中。
第一沟槽21离芯部2的夹着一个曲面的两个基面具有比第二沟槽22更大的深度。第一沟槽和第二沟槽21、22中的每一个离芯部2的曲面具有比第三沟槽23更大的深度。
在以上结构的芯部2中，天线线圈3x通过沿着第一沟槽21缠绕电线而首先形成。天线线圈3y通过沿着第一沟槽22缠绕电线而随后形成。天线线圈3z通过沿着第三沟槽23缠绕电线而最后形成。这样就形成了接收天线1。
这里，每根电线缠绕时都覆盖着沟槽的底部以便形成第一层。第二层覆盖在第一层上而形成，电线就象这样向外有规律地缠绕。在每一个天线线圈3x、3y、3z中，缠绕电线的始端位于内侧(向着沟槽的底部)，而缠绕电线的末端位于外侧(向着沟槽的开口)。
利用第一沟槽21形成的天线线圈3x和利用第二沟槽22形成的天线线圈3y形成一个重叠区域。在重叠区域中，天线线圈3x的邻近末端的电线层和天线线圈3y的邻近始端的电线层彼此保持接触。利用第三沟槽23形成的天线线圈3z和相应的天线线圈3x、3y也分别形成另两个重叠区域。在重叠区域中，天线线圈3x、3y的邻近末端的每个电线层与天线线圈3z的邻近始端的电线层之间保持距离S(0.7至1.0毫米)。
下面，图3示出了一种便携式装置10(此处为电子钥匙)的内部结构。便携式装置10用于一种电子钥匙系统中，这种电子钥匙系统通过安装于车辆中的车内装置与电子钥匙之间的无线通讯而控制着车门的锁定/开锁。
如图3中所示，便携式装置10包括以下各部分X轴天线11、Y轴天线12、Z轴天线13、接收电路5、控制微型计算机6以及传输电路7。X轴天线11包括构成了接收天线1的天线线圈3x和构成了谐振电路的电容器4x。Y轴天线12包括构成了接收天线1的天线线圈3y和构成了谐振电路的电容器4y。Z轴天线13包括构成了接收天线1的天线线圈3z和构成了谐振电路的电容器4z。接收电路5接收通过天线11、12、13而利用ASK(振幅移位键控)调制的信号并解调成数字信号。控制微型计算机6根据接收电路5解调成的数字信号而执行各种控制。传输电路7通过无线电传输至车内装置。
天线11、12、13具有一个公共端子和各自的独立端子。天线线圈3x的末端、天线线圈3y的始端以及天线线圈3 z的始端或末端连接到公共端子。
接收电路5包括提供于每个天线11至13中的波检测电路51至53、加法电路54、波形调整电路55和分压电路56。加法电路54将来自每个波检测电路51至53的输出相加。波形调整电路55通过对来自加法电路54的输出进行数字化处理而产生一个数字信号。分压电路56通过利用电阻器R5、R6分压而产生施加于相应的独立端子中的参考电压。
每个波检测电路51至53同样具有一个包括二极管D、电容器C和电阻器R的已知电路，并且为每个来自对应的天线11至13的接收信号执行包络线检测。
加法电路54将来自相应的波检测电路51至53的输出的相对值相加，这些相对值是相对于来自天线11至13的公共端子的输出(由分压电路56产生的参考电压)。加法电路54具有一个已知的电路，包括一个运算放大器OP1和多个电阻器R1至R4。
波形调整电路55由用作比较器的运算放大器OP2构成，它在对来自加法电路54的输出进行数字化处理时利用可变电阻器VR调整阈值电压。在图4中，示出了接收电路5的各个部分中的信号状态。这里，从与X轴成预定角度θ(＜±45度)而与Z轴正交的方向产生一个脉冲的磁场(参见图4A)。
如图4B中所示，根据磁场方向和绕组方向而在天线线圈3x、3y、3z中与磁场变化同相或者反相产生感应电压。这里，由于天线线圈3z的中心轴线的方向与磁场方向正交，因此天线线圈3z不具有相交的磁通量。因此在天线线圈3z中不产生感应电压。由于天线线圈3x的中心轴线方向与磁场方向所成的角度小于天线线圈3y，因此在天线线圈3x中产生的感应电压大于天线线圈3y中产生的感应电压。
对于天线3x、3y、3z中的感应电压，波检测电路51至53执行包络线检测。如图4C中所示，检测信号根据感应电压的幅值获得。加法电路54产生如图4D中所示的加法信号而波形调整电路55随后通过在一个阈值电压Vref处对加法信号进行数字化处理而产生如图4E中所示的数字波形的检测信号。
如上所述，在本实施例中，X轴、Y轴和Z轴天线11至13由三个天线线圈3x、3y、3z构成，它们的中心轴线彼此正交。来自三个天线11至13的输出进行解调以便相加从而得到加法信号。然后利用加法信号来得到数字波形的检测信号。
因此即使磁场接近任何方向，三个天线11至13中也至少有一个产生输出，并且，此外，可以实现几乎恒定的接收灵敏度，如图7A和7B中所示。这里，接收灵敏度结果根据加法电路54的输出而示出。加法电路54的输出是当磁场的接近方向在每个X-Y平面和X-Z平面上在360度的范围内变化时得到的。
在本实施例中，在接收天线1中，三个天线线圈3x、3y、3z通过将电线缠绕于一个芯部2上而相互重叠。因此，所需的容积可以大大减小。因此这就可以缩小便携式装置包括接收天线1的尺寸。
按照以上方式形成的天线线圈相互重叠，因此在重叠区域就会产生寄生电容。当天线线圈由于寄生电容而相互连接时，阻抗就会改变而幅值特征或相特征就会产生畸变，从而导致接收天线的特征性能降低。
当天线线圈通过将电线缠绕于芯部2上而形成时，电线从内向外缠绕。这样，位于内侧的天线线圈的缠绕电线的末端就会非常靠近位于外侧的天线线圈的缠绕电线的始端，因此在两个天线线圈之间产生的寄生电容就比较强。
因此，在接收天线1中，其缠绕电线接触重叠的天线线圈3x、3y具有公共端子，在该公共端子处，天线线圈3x的末端与天线线圈3y的始端相连接。
这就会引起重叠区域的两个端短路并且就会因此而降低寄生电容的影响。第三天线线圈3z需要通过其自身的任一端而与公共端子相连接。然而，即使任一端与公共端子相连接，寄生电容对于第一和第二天线线圈中的任一个的影响也不能降低。
因此，天线线圈3z和每一个天线线圈3x、3y保持间距S(间隙)而重叠，因为重叠的天线线圈之间提供的间距S能降低寄生电容。在第三天线线圈与每一个第一和第二天线线圈之间提供间距S，就会进一步加强防止接收天线1中的寄生电容的影响。
在图5和6中，示出了关于一个比较实例、第一实施例和第二实施例的每个轴线的天线特征的测量结果(沿纵轴线的阻抗Z(-100至400kΩ)和相θ(-100至100度)、沿侧向轴线的射频F(120至150kHz)。这里，天线线圈3x、3y、3z的每个始端在包括于图5和6中的每个示意电路图中表示为一个黑点(·)。比较实例为天线线圈3x的始端与天线线圈3y的末端在公共端子相连接的情况。第一和第二实施例为天线线圈3x的末端和天线线圈3y的始端在公共端子相连接的情况。在第一实施例中，天线线圈3z的始端与公共端子相连接，而在第二实施例中，天线线圈3z的末端与公共端子相连接。
测量结果显示，由于天线线圈之间的连接，因此比较实例由寄生电容而产生天线特征的畸变(在F＝134kHz时)。相反，第一和第二实施例的天线特征不产生畸变。根据本发明的实施例，这样就可以防止寄生电容的影响，因此就可以得到有利的天线特征。
在图8A至8C和9A至9C中，示出了变化天线线圈的芯部2的厚度t(1、2、3[毫米])、直径φ(8、12、16[毫米])和匝数(150、200、250、300[匝数])时天线的通讯距离的测量结果。
根据日本无线电法规，测量在无线电波传输输出处进行。在图8A至8C中，X轴和Y轴天线11、12接收传输输出，而在图9A至9C中，Z轴天线13接收传输输出。详细地，便携式装置的结构如图3中所示。接收电路5的结构使得能够在天线的独立端子中的输入信号为5mVp-p时，通过对输入信号进行数字化处理而输出一个数字信号。相应的天线与接收电路5相连接，而谐振电容器4也与接收电路5相连接，与传输频率产生并联谐振。因此通讯距离在接收电路5对传输的数据进行精确解调的情况下进行测量。
测量结果显示，在任一个天线11至13中，增大芯部2的直径φ比增大芯部2的厚度t更有助于增大通讯距离，而增大天线线圈的匝数也很有效。为了在日本无线电法规下得到100至150厘米的通讯距离，要求直径为10至14毫米而匝数为200至300匝。
相反，由于芯部2的厚度t对通讯距离影响不大，因此接收天线1可以更薄一点，而几乎不会降低通讯距离。
上面对本发明的实施例进行了说明。然而，本发明并不限于以上实施例，而是也指任何其它实施例，只要应用本发明的内容。
举例来说，在以上实施例中，在接收电路5中，来自三个天线的输出进行解调以便相加从而得到加法信号。然后利用加法信号来得到数字波形的检测信号。然而，如图10中所示，提供了一个天线开关电路61，用于选择来自三个天线的输出中的最大输出。然后在放大器62中对所选择的最大输出进行放大以便在波检测电路63中进行解调。来自波检测电路63的解调后的输出随后在波形调整电路64中进行数字化处理。这里，在接收电路5中只提供了一个波形检测电路63，因此装置的结构得以简化。
在以上实施例中，尽管使用的芯部2为柱状，芯部2也可以为正四方柱，如图11A和11B中所示。芯部2也可以为多边柱或者椭圆柱。
在以上实施例中，用于缠绕电线的第一至第三沟槽提供于一个芯部上。然而，第一和第二沟槽也可以提供于第一分部2a中，如图12B中所示。如图12A中所示，第三沟槽提供于第二分部2b中，第一分部适当地插于第二分部中。
在这种情况下，第一分部2a和第二分部2b在电线已缠绕于两个部分上之后再进行装配，因此就使得制造接收线圈的操作能够有效地完成。
另外，尽管芯部2由铁素体构成，芯部也可以由合成树脂构成。
权利要求
1.一种接收天线(1)，其包括三个天线线圈(3x、3y、3z)，它们的中心轴线在一交点处相互正交，并且这些天线线圈中的每一个都关于交点对称；以及一芯部(2)，电线缠绕在该芯部周围以便形成这三个天线线圈中的每一个；其中三个天线线圈中的第一天线线圈(3x)形成于最内侧，而第三天线线圈(3z)形成于最外侧；其中第二天线线圈(3y)形成于第一天线线圈和第三天线线圈之间；以及其中第二天线线圈以及第一天线线圈与第三天线线圈中的一个构成了一对选定的天线线圈；接收天线的特征在于这对选定的天线线圈中的位于内侧的天线线圈的缠绕电线的末端与这对选定的天线线圈中的位于外侧的天线线圈的缠绕电线的始端相连接。
2.根据权利要求1所述的接收天线，其特征在于不包括于这对选定的天线线圈中的另一个天线线圈与这对选定的天线线圈中的每一个都以一间距(S)重叠。
3.根据权利要求1所述的接收天线，其特征在于第一重叠区域形成于第一天线线圈与第二天线线圈之间，而第二重叠区域形成于第二天线线圈与第三天线线圈之间；以及其中第一和第二重叠区域中的至少一个以间距(S)重叠。
4.一种芯部(2)，电线缠绕在该芯部周围以便形成三个天线线圈(3x、3y、3z)中的每一个，芯部的形状为圆柱形或棱柱形中的至少一种，其剖面关于芯部的中心轴线经过的一点对称，芯部的特征在于，其包括第一沟槽部件(21)，其形成于芯部的表面上并环绕着包括芯部的中心轴线的第一虚拟剖面的周边；第二沟槽部件(22)，其形成于芯部的表面上并环绕着包括芯部的中心轴线的第二虚拟剖面的周边，其中第二虚拟剖面与第一虚拟剖面正交；以及第三沟槽部件(23)，其形成于芯部的表面上并环绕着与中心轴线正交的第三虚拟剖面的周边，第三虚拟剖面的周边位于设置在芯部的基面之间的曲面上，基面关于中心轴线通过的该点对称。
5.根据权利要求4所述的芯部，其特征在于芯部包括一第一部分(2a)和一第二部分(2b)；其中第一部分包括第一和第二沟槽部件并且第二部分包括第三沟槽部件；以及其中第一部分适当地插在第二部分中。
6.一种便携式装置(10)，其包括一接收天线(1)，其包括三个天线线圈(3x、3y、3z)，它们的中心轴线在一交点处相互正交，并且这些天线线圈中的每一个都关于交点对称；以及一芯部(2)，电线缠绕在该芯部周围以便形成这三个天线线圈中的每一个；其中三个天线线圈中的第一天线线圈(3x)形成于最内侧，而第三天线线圈(3z)形成于最外侧；其中第二天线线圈(3y)形成于第一天线线圈和第三天线线圈之间；以及其中第二天线线圈以及第一天线线圈与第三天线线圈中的一个构成了一对选定的天线线圈；一接收电路(5)，该接收电路通过三个天线线圈接收信号以便解调成数字信号；以及一控制电路(6)，该控制电路根据接收电路中解调的数字信号执行控制；该便携式装置的特征在于这对选定的天线线圈中的位于内侧的天线线圈的缠绕电线的末端与这对选定的天线线圈中的位于外侧的天线线圈的缠绕电线的始端相连接。
7.根据权利要求6所述的便携式装置，其特征在于不包括于这对选定的天线线圈中的另一个天线线圈与这对选定的天线线圈中的每一个都以一间距(S)重叠。
8.根据权利要求6或7所述的便携式装置，其特征在于接收电路包括三个波检测电路(51至53)，这些波检测电路中的每一个设置于这三个天线线圈中的每一个内，并检测来自这三个天线线圈中的每一个的输出；一加法电路(54)，该加法电路将来自三个波检测电路的输出相加；以及一波形调整电路(55)，该波形调整电路对来自加法电路的输出进行数字化处理。
9.根据权利要求6或7所述的便携式装置，其特征在于接收电路包括信号选择装置(61)，用于从来自三个天线线圈的信号中选择幅值最大的最大信号；一放大器(62)，该放大器将选择的最大信号放大；一波检测电路(63)，该波检测电路检测来自放大器的输出；以及一波形调整电路(64)，该波形调整电路对来自波检测电路的输出进行数字化处理。
全文摘要
接收天线(1)由一柱状铁素体芯部(2)和三个天线线圈(3x、3y、3z)构成，每个天线线圈通过将电线缠绕于芯部2上而形成。三个天线线圈(3x、3y、3z)的每根中心轴线在芯部2的重心处相互正交。三个天线线圈(3x、3y、3z)中每一个都关于重心对称。第三天线线圈(3z)与第一天线线圈(3x)和第二天线线圈(3y)中的每一个保持一个间距(S)重叠。第一天线线圈(3x)与第二天线线圈(3y)直接接触重叠，在该处第二天线线圈(3y)的始端与第一天线线圈(3x)的末端(外端)相连接。
文档编号H01Q7/08GK1469506SQ0313639
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月4日 优先权日2002年6月4日
发明者北原高秀, 永井伸佳, 佳 申请人:株式会社电装