CN102800922B - 一种tpms的螺圈贴片变相倒f天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，包括，轮毂、与轮毂连接的气门管，其特征在于：所述轮毂内表面上设置有激励天线装置。本发明的优点：结构简单，便于装配，连接牢固可靠，适用于不同型号的轮毂，使用安全、重量轻、微小型，不另占专用空间也不占PCB板的位置空间，其辐射电平分布无大起伏且呈多极化特性颇适合轮胎动态转动的要求。

Description

一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统

技术领域

本发明涉及轮胎压力监测系统（TPMS），具体的是一种设置在轮胎内部的用于监测轮胎压力，而传输其数据的螺圈分形贴片变相倒F天线系统。

背景技术

近年来，轮胎压力监测系统（TPMS）技术发展很快，转发器结构多种，相应天线的形式也多样化。但这些天线都存在占据电路板（PCB）较多位置空间，使辐射效率受到影响，且总尺寸较大等问题。还有业者利用轮毂或气门管当作天线，但汽车轮毂结构形式多样，明显影响天线电特性的统一化，且其导体连接存在明显的可靠性和安全性问题。

美国发明专利（专利号：US 2007/0103285.A1）公开了一种倒F天线，其天线随轮胎转动，使天线贴近地面（约<λ/16），不难看出，使用时，天线电特性会有大起伏变化，且因轮胎因软性会产生变形，所以，贴附轮胎内表面上的天线的牢固性存在问题。

还有一个美国发明专利（专利号：US 2006/0273890.A1）也公开了一种利用气门管当天线，其分形曲折线占电路板（PCB）位置空间较多，大幅增加电路板的尺寸，且与气门管连接欠牢固性，同时气门管欠安全性和欠一致性（指不同轮毂情况）。

鉴于上述情况，亟待改进胎压监测系统的发射天线结构形式，设计出一超小型，同时不占PCB板的位置空间，可适用于不同型号的轮毂/轮胎的螺圈贴片变相倒F天线机构。

发明内容

本发明目的是克服现有TPMS的天线技术中存在的问题，提出一种新颖的利用轮毂/金属内表面及一种激励装置来激励轮毂，形成多极化辐射电波。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，包括，轮毂、与轮毂连接的气门管，轮毂内表面上设置有激励装置。采取此种设计，可使天线的辐射面增大，使车轮金属罩相对遮挡减小，使轮胎转动时其辐射电平的起伏量大幅减小，且可形成多极化。

优选地，所述激励天线装置包括一介质罩、位于该介质罩内的一贴片式激励天线、一匹配馈电系统和一PCB/GND板。其中，PCB/GND板靠近轮毂内表面设置，贴片式激励天线和匹配馈电系统都位于PCB/GND板的上方。

优选地，所述贴片式激励天线和匹配馈电系统都设置在同一介质薄片上，该贴片式激励天线可采用螺圈分形（也可取其他分形格式）。

优选地，所述介质薄片上具有一螺旋圈形的天线段和一首端与该天线段的末端连接的匹配短截线段，该短截线段的末端通过引线与PCB/GND板的接地端连接；该PCB/GND板的信号发射端口通过主馈线与天线段的输入端口连接，使RF信号从PCB/GND板送到贴片上，让天线可在434MHz上至少±4MHz频区内最佳工作。

优选地，所述介质薄片分左、右两区域，左区域内设置有所述天线段，该天线段的首端位于左区域的中心区域，天线段自首端向外螺旋盘绕，天线段的末端位于左、右区域的交界处；天线段的首端通过主馈线与PCB/GND板的信号发射端口连接；右区域设置所述短截线段，该短截线段呈倾斜的“U”字，其包括依次顺序连接的一首端与该天线段末端连接的第一斜线段、一过渡段和一末端与所述PCB/GND板的接地端连接的第二斜线段。

优选地，该天线段和短截线段为导带式；该天线段的总长度接近，短截线段的总线长度接近。

优选地，所述介质罩内形成有一供介质薄片卡装的上卡槽和一供PCB/GND板卡装的下卡槽，使贴片和PCB/GND板的固定牢靠，确保耦合空间恒定，提高可靠性，并且可扩大天线的激励空间。

优选地，所述介质罩的材料选用高强度介质，且固化在气门管后端，无直接电连通，增加牢固性和安全性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、结构超小，超薄，不另占空间也不占PCB/GND板的位置空间，且适用于不同型号的有关轮毂。

2、安装牢靠，不易受损，且使用安全。

3、天线电特性稳定，有较大的辐射口径面，有足够辐射增益且起伏量不大（见图5，0~360°±5dB），工作频带较宽（见图4，434±4MHz），便于安装。其激励为多极化电波，可减弱因轮胎转动引起电平起伏变化。

附图说明

图1 是本发明的TPMS-天线的总体结构示意图。

图2 是本发明的天线安装在轮胎内，轮毂内表面上的径向剖面图，并表征激励天线在轮胎内轮毂内表面上的位置。

图3 是本发明中螺圈贴片激励天线和馈电系统的结构，及与PCB/GND板的连接装置。

图4 是本发明天线的实际工作时回波损耗（S11）工作频响特性图（434±4MHZ)。

图5 是本发明天线的实际工作时的辐射电平分布特性图（0～360°辐射起伏电平±5dB）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

请参见图1和2，本创造设计一种应用在轮胎压力监测系统（TPMS）的微型、超薄螺圈分形贴片式变相倒F天线，该天线机构隐蔽在轮胎内，其包括设置在轮毂表面的介质罩300、设置在该介质罩300内的贴片式激励天线102、匹配该激励天线的馈电系统106和PCB/GND板104。

利用轮毂内表面202a为天线的等效GND面，这样即构成轮毂/轮胎两侧开口的辐射孔径，从而形成电波向胎外辐射。根据现有关轮胎206/轮毂202径向尺寸，计算得知其辐射孔径可满足激励电波的要求。

所述贴片式激励天线为微型螺圈分形（本实施例采用螺圈分形，但是本创造不限于螺圈分形，还可以使用其他分形结构）贴片天线，将约在左右电长度上谐振，制备在介质薄板上，在长方形薄介质铜箔薄片上的左半区域，螺圈分形导带宽约1mm左右，该天线段102的首端（首端通过主馈线106a与PCB/GND板104的信号发射端口连接）位于左板区域的中心位置，天线段102以首端为中心向外螺旋盘绕约数圈（由高度最后确定），最外一圈沿着贴片的边缘绕设，其末端位于左、右区域的交界处，使天线段缩小在长方薄片的一半近正方范围内，构成近 的谐振电长度。由于因贴片是卡贴在介质罩内上壁，则有介质罩300的介质电特性影响，必须对电长度进行修正。

所述匹配倒F馈电系统，用回形线导带式的短截线段106b以斜置方式，长约，制备在上述长方形薄介质片的右半区域上。具体地说，该短截线段大致呈倾斜的“U”字，其包括依次顺序连接的一首端F'（位于介质铜箔薄片的侧边缘上）与天线段末端连接的第一斜线段、圆弧过渡段和末端S通过引线106c（也位于介质铜箔薄片的上述侧边缘上）与PCB/GND板104接地端连接的第二斜线段，该第一斜线段与介质铜箔薄片的侧边缘呈斜角，第一斜线段与第二斜线段平行，并联调谐匹配从而形成变相倒F天线。该结构，首先，它不是设置在PCB/GND板104上，即不占用PCB/GND板的位置空间，有效地缩小PCB/GND板104的尺寸，使天线做到微小型化。其次，斜向迂回的设计可以大幅减小占用介质铜箔薄片的面积。

所述PCB/GND板104为长方形介质铜箔片，上有电子器件、圆盘电池和一小段50Ω微带线，该微带线一端接发射器，另一端有Φ1过孔F，便于与F'点相连，在PCB板上离F点较近处开Φ1过孔，作为接地孔D（即上述的接地端），便于与S点相连。

所述高强度介质机壳罩300，壳内尺寸顶面面积略比底面面积小些，高度略比气门管位置高一些。制备成有足够强度，牢牢固定在气门管204末端，其底面近贴轮毂内表面，以确保耦合空间恒定，提高天线可靠性，并且可扩大天线的激励空间。

印刷有所述螺圈贴片天线系统和匹配倒F馈电系统的介质铜箔薄片与PCB/GND板104之间至少要有适当的镜像距（这是电池加PCB板的总厚度，另再加高一点），主要是为了激励电波，F'对F，S对D，由此构成缩小型开放式谐振回路，使之可激励出辐射波型，这里轮毂内表面作为复GND，可使电波沿轮毂内表面展开，通过轮胎两侧向胎外空间辐射。

使用时，PCB/GND板将压力监测信号从其发射端口通过主馈线送入天线段，天线段激励足够电平的多极化电波沿轮毂内表面展开，最后向胎外空间辐射。

整体安装好后在实际电磁环境中，测得其回波损耗（S11）在-14dB以下和S11=-10dB时的相应工作带宽为434±4.5MHz，见图4所示。测得其辐射电平分布，在0～360°中，-55dBm～-65dBm，起伏量为±5dB，处于比较稳定的状态。见图5所示。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，包括，轮毂、与轮毂连接的气门管，其特征在于：所述轮毂内表面上设置有激励天线装置，所述激励天线装置包括一介质罩、位于该介质罩内的一贴片式激励天线、一匹配馈电系统和一PCB/GND板，所述贴片式激励天线和匹配馈电系统都设置在同一介质薄片上，所述介质薄片上具有一螺圈分形的天线段和一首端与该天线段的末端连接的匹配短截线段，该短截线段的末端通过引线与PCB/GND板的接地端连接；该PCB/GND板的信号发射端口通过主馈线与天线段的输入端口连接，使RF信号从PCB/GND板送到贴片上，所述介质薄片分左、右两区域，左区域内设置有所述的天线段，该天线段的首端位于左区域的中心区域，天线段自首端向外螺旋盘绕，天线段的末端位于左、右区域的交界处；天线段的首端通过主馈线与PCB/GND板的信号发射端口连接；右区域内设置有所述的短截线段，该短截线段呈倾斜的“U”字，其包括依次顺序连接的一首端与该天线段末端连接的第一斜线段、一过渡段和一末端与所述PCB/GND板的接地端连接的第二斜线段。

2.根据权利要求1所述的一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，其特征在于：所述天线段和匹配短截线段均为导带式；该天线段的总长度接近，短截线段的总长度接近。

3.根据权利要求1所述的一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，其特征在于：所述介质罩内形成有一供介质薄片卡装的上卡槽和一供PCB/GND板卡装的下卡槽。

4.根据权利要求1所述的一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，其特征在于：所述介质罩的材料选用高强度介质，且固化在气门管后端。

5.根据权利要求1所述的一种TPMS的螺圈贴片变相倒F天线系统，其特征在于：所述贴片式激励天线为螺圈分形。