CN101777697A

CN101777697A - 天线装置和信号传输系统

Info

Publication number: CN101777697A
Application number: CN200910224326A
Authority: CN
Inventors: 岩崎纪阳; 上田穗积
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: CN101777697B; JP5050223B2; JP2010161652A

Abstract

本发明提供一种天线装置，其具有简单的结构并可同时用于信号电波的发射和接收。其中，天线装置(1)包括第一磁性磁芯(2)，其是开磁路结构；天线线圈(3)，卷绕在第一磁性磁芯(2)上，其一端与第一端子连接；第二磁性磁芯(5)，其是闭磁路结构；辅助线圈(6)，卷绕在第二磁性磁芯(5)上，其一端与天线线圈(3)的另一端连接，另一端与第二端子连接。

Description

天线装置和信号传输系统

技术领域

本发明提供了一种天线装置和信号传输系统，特别地，该天线装置和信号传输系统例如可以安装在汽车门等上，在对门锁进行上锁/开锁时使用。

背景技术

在现有技术中，已知存在不需要将钥匙插入钥匙孔(cylinder)也可以实现对汽车等的门进行上锁/开锁的无钥匙进入系统(keyless entry system)。例如，在用于无钥匙进入系统的带钥匙的远距离控制装置(以下，简称为钥匙遥控器)中，设置有用于指示上锁或开锁的按钮、以及通过用户按下该按钮产生预定频率的信号电波的天线装置等。此外，如果用户按下钥匙遥控器的按钮，即使用户距离汽车数米也可以对车门实施上锁或开锁。近年来，还实现了只要持有钥匙遥控器的用户靠近汽车，就可以检测出人体接近汽车，从而实现汽车门开锁的无钥匙进入系统。

此外，通过核对嵌入钥匙中的认证码和汽车所存储的认证码，实现了用于汽车引擎起动的防盗装置(immobilizer)的实用化。近年来，希望实现通过结合防盗装置和无钥匙进入系统，来提高防盗性能，防止汽车被盗的技术已成为下一个发展目标。

在专利文件1中，公开了通过并联连接两个线圈来提高信号电波的接收性能的技术。

在先技术文献

专利文件1：日本特开2005-354191号公报

但是，如果仅使一台天线装置具有发射、接收信号电波的功能，则与发射信号电波时相比，在接收信号电波时流入天线装置的电流会变小。因此，天线装置的共振频率会偏离所接收的信号电波的频率，从而造成无法接收信号电波。这是因为，在发射和接收信号电波时，使天线装置工作的电流大小不同，因此，天线装置的电感发生变化。此外，本来希望装载在汽车等上的天线装置可以实现轻量化，但是，如果分别设置用于发射信号电波和接收信号电波的天线装置，则会导致部件数量增多，从而成为汽车的重量增加的主要原因。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于通过简单的结构进行信号电波的发射和接收。

本发明包括：第一磁性磁芯，为开磁路结构；天线线圈，卷绕在第一磁性磁芯上，其一端与外部连接；第二磁性磁芯，为闭磁路结构；以及辅助线圈，卷绕在第二磁性磁芯上，其一端与天线线圈的另一端连接。

由此，可以将天线装置兼用于信号电波的发射、接收。

发明的效果

根据本发明，可以将一台天线装置用于信号电波的发射和接收，因此，无需分别准备用于发射信号电波的天线装置或用于接收信号电波的天线装置。所以，不会占用天线装置的设置位置，具有节省空间的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式中天线装置的实例的结构图；

图2是表示本发明的一个实施方式中天线装置的实例的立体图；

图3是表示本发明的一个实施方式中天线装置的电流路径的示意图；

图4是表示本发明的一个实施方式中天线装置的信号电波发射时的动作实例的示意图；

图5是表示本发明的一个实施方式中天线装置的信号电波接收时的动作实例的示意图；

图6是表示对于本发明的一个实施方式中天线装置的电流的电感的特性的实例的说明图；以及

图7是表示对于本发明的一个实施方式中天线装置的电流的电感的特性的实例的说明图。

具体实施方式

下面，参照图1～图7对本发明的一个实施例进行说明。在本实施例中，描述了用于无钥匙进入的发射天线和防盗装置的接收天线的天线装置1的实例。

首先，对无钥匙进入系统和防盗装置的整体操作进行说明。

在现有技术中，装配有无钥匙进入系统的汽车向车体周围(数米范围内)发射预定频率的信号电波。该信号电波的频率例如是125kHz或134.2kHz。然后，如果钥匙从汽车接收到信号电波，则在信号电波上加载自身的ID，并向汽车发射例如315MHz的信号电波。汽车接收到来自钥匙的315MHz的信号电波之后，基于预先存储的ID进行认证。然后，在汽车确认是合法用户的情况下，对车门进行开锁。

此外，在汽车内，装配有用于发动引擎的钥匙插口。在插口周围，形成有天线线圈，通过核对嵌入钥匙的电子芯片中存储的ID和汽车的ID，对用户进行认证。这时，天线线圈将ID请求加载在125kHz或134.2kHz的信号电波上发射至钥匙，并且给钥匙供电。钥匙根据从天线线圈接收到的ID请求，将其自身的ID加载在125kHz或134.2kHz频率的信号电波上进行发射。汽车通过核对接收到的ID对用户进行认证。

图1示出了本例天线装置1的结构的俯视图。

天线装置1包括第一磁性磁芯2、以及卷绕在第一磁性磁芯2上的天线线圈3，该天线线圈3为开磁路结构，例如该天线装置1可以设置在汽车的门把手内部。第一磁性磁芯2设置在树脂制成的基底(base)8上，基底8包括电容器4、环形(toroidal)闭磁路结构的第二磁性磁芯5、卷绕在第二磁性磁芯5上的辅助线圈6、以及三根电气配线端子7a～7c。

第一磁性磁芯2形成为扁平的棒状，材质采用锰锌铁氧体(Mn-Znferrite)。这是因为通过产生更强的磁场、磁通，可以使其具有高输出的发射天线的功能。此外，其目的在于通过对天线线圈3施加大电流输入，从而防止由于磁性饱和导致的电感劣化。一般地，锰锌铁氧体的导磁率(μ)和最大饱和磁通密度(Bm)高于现有技术所使用的镍锌类铁氧体(Ni-Znferrite)的导磁率(μ)和最大饱和磁通密度(Bm)。此外，用作磁性磁芯的锰锌铁氧体的绝缘电阻值低于镍锌类铁氧体的绝缘电阻值。而且，作为第一磁性磁芯2的材质并不限于锰锌铁氧体，也可以采用金属类压粉磁芯、薄体非晶态金属的层积磁芯等。

在第一磁性磁芯2上由非导电性的树脂或橡胶等形成未示出的绝缘层，以防止天线线圈3和第一磁性磁芯2的导通。此外，通过在绝缘层上以期望的卷绕圈数来卷绕导线，从而形成天线线圈3。

在基底8上形成用于设置电容器4和辅助线圈6的装载部9a、9b。装载部9a、9b是配合电容器4和辅助线圈6的外形而形成的，并在设置了电容器4和辅助线圈6之后，通过硬化树脂等来进行固定。天线线圈3的一端连接至辅助线圈6的一端。天线线圈3的另一端连接至电气配线端子7b和电容器4的一端。辅助线圈6的另一端连接至电气配线端子7a。此外，电容器4的另一端连接至电气配线端子7c。

此外，设置在基底8上的电气配线端子7a～7c通过未示出的导线与未示出的控制装置连接。在本例中，通过控制装置适当地改变流入电气配线端子7a～7c的电流路径，从而使天线装置1具有作为使用串联共振电路或并联共振电路进行动作的无钥匙进入系统以及防盗装置的功能。关于电流路径的实例将在后面进行描述。

图2示出了天线装置1的实例的立体图。

示出了卷绕有辅助线圈6的第二磁性磁芯5被设置在基底8上形成的凹部中。

图3是表示天线装置1的电流路径的示意图。

天线线圈3的一端连接至辅助线圈6的一端。辅助线圈6的另一端连接至电气配线端子7a。另一方面，天线线圈3的另一端连接至电容器4的一端和电气配线端子7b。此外，电容器4的另一端连接至电气配线端子7c。

这里，参照公式(1)来对调整天线线圈3和辅助线圈6的电感值以及发射天线的共振频率的详细情况进行说明。

共振频率：

fo = 1 / 2 π \sqrt{} (L \times C)

...公式(1)

电容器的电容分量：C、电感值：L

公式(1)是用于求得共振频率fo的公式，在C为一定值时，如果L变大，则共振频率fo向低频率转变。相反，如果L变小，则共振频率fo向高频率转变。因此，表示出了通过改变天线线圈3和辅助线圈6的电感值，可以调整共振频率fo。

图4是示出发射信号电波时的天线装置1的动作实例的示意图。

本实例的信号传输系统10包括天线装置1、用于向天线装置1提供电流的电压源11、12以及用于切换电流路径的开关15～18。

电气配线端子7a通过开关15与电压源11连接。此外，电气配线端子7a通过开关16接地。

另一方面，电气配线端子7c通过开关17与电压源12连接，该电压源12用于向天线装置1提供电流。此外，电气配线端子7c通过开关18接地。

电气配线端子7b与未示出的电子电路连接。电压源12可以是与电压源11相同的电压源。

图4A示出了发射信号电波时的天线装置1的动作实例。

此时，开关15、18接通，开关16、17断开。从电压源11提供的电流依次传送至开关15、辅助线圈6、天线线圈3、电容器4以及开关18，天线装置1进行串联共振。

图4B示出了发射信号电波时的天线装置1的动作实例。

此时，开关16、17接通，开关15、18断开。从电压源12提供的电流依次传送至开关17、电容器4、天线线圈3、辅助线圈6以及开关16，天线装置1进行串联共振。

如果天线装置1进行串联共振，则阻抗变为最小，因此，大电流通过天线装置1的各个部分。从而，天线装置1具有发射强信号电波的发射天线的功能。

图4C示出了具有发射天线功能的天线装置1的示意图。

如图4A、图4B所示，在发射信号电波时，通过各个部分的电流变大，因此，卷绕有辅助线圈6的第二磁性磁芯5磁性饱和。从而，可以认为辅助线圈6的电感不存在。也就是说，和现有的发射天线的特性相同。

图5是示出接收信号电波时的天线装置1的动作实例的示意图。

图5A示出了接收信号电波时的天线装置1的动作实例。

图5B示出了图5A所示的并联共振中的天线装置1的等效电路。

此时，开关16、18接通，开关15、17断开。天线线圈3、辅助线圈6和电容器4进行并联共振。

如果天线装置1进行并联共振，则阻抗变为最大，因此，电动势变为最大，流入天线装置1的电流非常小。此时，天线装置1具有接收信号电波的接收天线的作用。

图5C是示出具有接收天线的作用的天线装置1的示意图。

如图5A、图5B所示，在接收信号电波时，通过各个部分的电流变小，因此，卷绕有辅助线圈6的第二磁性磁芯5不会磁性饱和。此时，天线装置1利用天线线圈3和辅助线圈6的电感进行共振。这里，与发射信号电波时相比，接收信号电波时的电感变小，但是，由辅助线圈6补充变小部分的电感。因此，共振频率与发射信号电波时的频率值相同。

在某个电流以上，本实例的辅助线圈6变为磁性饱和。如上所述，辅助线圈6由环形线圈或层积线圈等制成。此外，基于电流的大小，天线线圈3的电感发生变化。这里，与小电流的情况相比，在大电流的情况下，电感会变大几个百分比(例如，5％)左右。

如果电感变化，则共振频率也会发生变化，对于目标频率的信号电波的接收性能或发射性能就会降低。本实例的辅助线圈6可以吸收该电感的变化部分，使共振频率不论电流大小都保持恒定。

在大电流的情况下，辅助线圈6磁性饱和，其电感几乎为零。因此，天线装置1仅利用天线线圈3的电感和电容器4来进行共振。

在小电流的情况下，天线线圈3的电感比大电流时降低几个百分比左右。此时，辅助线圈6没有磁性饱和，因此，可以补充天线线圈3所降低的电感，防止共振频率变化。也就是说，在小电流时，利用辅助线圈6、天线线圈3以及电容器4来进行共振。

图6示出了对于流入天线装置1的电流的电感的特性的实例。

天线装置1接收信号电波时，流入天线装置1的电流I非常小，天线线圈3的电感为L₁。但是，辅助线圈6的电感增量21为ΔL，天线装置1的电感为L₂。这里，满足L₂＝L₁+ΔL的关系。

另一方面，天线装置1发射信号电波时，流入天线装置1的电流为I1，电感稍微变大，为L₂。此时，辅助线圈6的电感增量21减小。天线装置1的电流由I₁变为I₂为止，天线装置1的电感为恒定值L₂。并且，如果电流超过了I₂，则天线装置1的电感减小。

图7示出了图6所示的对于流入天线装置1的电流的电感的特性的详细实例。

图7A示出了对于流入天线线圈3的电流的电感的特性的实例。

在电流为零时，天线线圈3的电感为L₁。然后，随着电流增加，天线线圈3的电感增加，在电流为I₁时，天线线圈3的电感为L₂。之后，即使电流增加，天线线圈3的电感也保持在L₂。但是，如果电流超过I₂，则天线线圈3的电感降低。

图7B示出了对于流入辅助线圈6的电流的电感的特性的实例。

在电流为零时，辅助线圈6的电感为ΔL。然后，随着电流的增加，辅助线圈6的电感降低，在电流为I₁时，辅助线圈6的电感为最小值。之后，即使电流增加，辅助线圈6的电感也保持在最小值。

图7C示出了在结合天线线圈3和辅助线圈6的情况下、对于流入天线装置1的电流的电感特性的实例。

在电流为零时，天线线圈3的电感为L₁。另一方面，辅助线圈6的电感为ΔL。因此，天线线圈3和辅助线圈6的电感相加为L₂。

根据以上描述的本实施方式所涉及的天线装置1，可以实现一台装置兼具有发射、接收信号电波的功能。在发射信号电波时，至少通过串联共振天线线圈3和辅助线圈6，可以发射强信号电波。另一方面，在接收信号电波时，至少通过天线线圈3和辅助线圈6并联共振，可以接收信号电波。在接收信号电波时，通过辅助线圈6的电感的增量补充天线线圈3的电感的降低，因此，可以使发射、接收的信号电波的频率为恒定。这样，将天线装置1的共振频率调整为当发射信号电波或接收信号电波时频率相同(例如，125kHz)，通过切换信号电波的发射、接收，可以使一台天线装置1具有发射天线和接收天线的功能。

例如，用于无钥匙进入的发射天线和用于防盗装置的接收天线进行动作所需要的共振频率同为125kHz。天线装置1可以通过辅助线圈6的磁性饱和来吸收基于电流变化的电感变化。因此，通过调整天线装置1，以使可以接收低频率的信号电波，从而可以将天线装置1用作用于防盗装置的接收天线。同样地，通过调整天线装置1，以使可以发射高频率的信号电波，从而可以将天线装置1用作用于无钥匙进入系统的发射天线。其结果是，在将天线装置1安装于汽车的门把手、保护拴(belay)、门内部等的情况下，可以削减具有多个种类的天线装置的数量，具有为节省空间做贡献的效果。

此外，开关15～18可以使用低价的开关元件等。因此，在构成无钥匙进入系统和防盗装置时，具有能够降低制造成本的效果。

此外，天线装置1在向钥匙发射信号电波时，向钥匙提供电力。因此，即使钥匙的电池没有了，钥匙也会对接收的信号电波进行应答，从而可以实现对门进行开锁、或起动汽车的引擎等。

此外，在上述实施方式所涉及的天线装置1中，辅助线圈6与基底8一体形成，但是辅助线圈6除了内置于天线装置1内之外，还可以设置在用于控制天线装置1的控制电路侧。

此外，开关15～18也可以使用例如场效应晶体管(FET：Field effecttransistor)、变压器、集成电路(IC：Integrated Circuit)、继电器电路等。外部的控制电路仅通过控制开关15～18的接通、断开，使得将天线装置1切换为用于信号电波的发射，也可以切换为用于信号电波的接收。

此外，本发明并不仅限于上述实施方式，只要不脱离本发明的宗旨，还可以获得其他各种构成。例如，虽然对将天线装置1、信号传输系统10用于汽车的实例进行了说明，但是，也可以安装于房屋的门上等进行使用。

附图标记说明

1 天线装置 2 第一磁性磁芯

3 天线线圈 4 电容器

5 第二磁性磁芯 6 辅助线圈

7a～7c 电气配线端子 8 基底

9a，9b 装载部 10 信号传输系统

11，12 电压源 15～18 开关

Claims

1.一种天线装置，包括：

第一磁性磁芯，其是开磁路结构；

第一线圈，卷绕在所述第一磁性磁芯上，其一端与第一端子连接；

第二磁性磁芯，其是闭磁路结构；

第二线圈，卷绕在所述第二磁性磁芯上，其一端与所述第一线圈的另一端连接，另一端与第二端子连接。

2.根据权利要求1所述的天线装置，还包括：

电容器，其一端与第三端子连接，另一端与所述第一端子连接。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，

所述第二线圈是环形线圈。

4.根据权利要求3所述的天线线圈，还包括：

装配有所述第二线圈和所述电容器的基底部件。

5.根据权利要求4所述的天线线圈，其中，

在所述基底部件上配置有所述第一端子、所述第二端子、以及所述第三端子。

6.一种信号传输系统，通过改变供给天线装置的电流路径进行信号电波的发射、接收，在所述信号传输系统中，

所述天线装置包括：

第一磁性磁芯，其是开磁路结构；

第二磁性磁芯，其是闭磁路结构；

第二线圈，卷绕在所述第二磁性磁芯上，其一端与所述第一线圈的另一端连接，另一端与第二端子连接，

其中，在所述第二端子上连接有用于切换从第一电压源供给的电压的第一开关、以及接地的第二开关。

7.根据权利要求6所述的信号传输系统，

还包括：电容器，其一端与第三端子连接，另一端与所述第一端子连接，

其中，在所述第三端子上连接有用于切换从第二电压源供给的电压的第三开关、以及接地的第四开关。

8.根据权利要求6所述的信号传输系统，其中，

发射电波的频率和接收电波的频率相同。

9.根据权利要求6所述的信号传输系统，其特征在于，

在发射信号电波时，所述第二磁性磁芯磁性饱和，在接收信号电波时，所述第二磁性磁芯不磁性饱和。

10.根据权利要求6所述的信号传输系统，其特征在于，

在发射信号电波时，来自于外部电压源的大电流串联地传递给所述第一线圈、所述第二线圈、以及所述电容器，进行串联共振。

11.根据权利要求6所述的信号传输系统，其特征在于，

在接收信号电波时，在包括所述第一线圈以及所述第二线圈、所述电容器的并联共振电路中流入小电流。