CN115224479A - 数字钥匙定位天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字钥匙定位天线模块，包括四组铜箔层，分别为：第一铜箔层、第二铜箔层、第三铜箔层和第四铜箔层，在每组铜箔层之间，具有介质层；在第一铜箔层上形成第一镂空区，在第一镂空区上形成天线馈线；在第四铜箔层上形成第二镂空区，在第二镂空区上形成天线焊盘，在天线焊盘上连接有UWB天线；且第四铜箔层作为UWB天线的参考地平面；在第一镂空区和第二镂空区之间，具有贯通的过孔，以使天线焊盘和天线馈线联通。本申请数字钥匙定位天线模块中，四组铜箔层与介质层组成的整体PCB中，UWB天线和天线馈线分别位于两侧，相比现有天线模块布局更合理，有效整体尺寸，更便于在车辆上的安装。

Description

数字钥匙定位天线模块

技术领域

本发明涉及无线天线领域，尤其涉及数字钥匙定位天线模块。

背景技术

在汽车数字钥匙的应用中，需要在车辆上安装天线模块，以完成对数字的定位工作。现有技术中天线模块布局不合理，导致体积过大，造成在车辆上布局困难，安装位置受限。

基于现有天线模块的尺寸，只能将5至7个天线模块分别布置在车外的各个位置，如车外前后保险杠的四个角，车内顶棚、后视镜等位置，该方法局限性在于：天线节点数量多，成本高。布置位置需避开金属结构，可用位置少。同时，节点的分散布置增加了车辆布线的难度。车外布置需要考虑IPx7级防水，结构设计难度大，成本高；需要同时管理多个节点，系统实现复杂。

发明内容

本发明提供一种数字钥匙定位天线模块，布置合理，体积小，便于在车辆上布局安装。

数字钥匙定位天线模块，包括四组铜箔层，分别为：第一铜箔层、第二铜箔层、第三铜箔层和第四铜箔层，在每组铜箔层之间，具有介质层；在所述第一铜箔层上形成第一镂空区，在所述第一镂空区上形成天线馈线；在所述第四铜箔层上形成第二镂空区，在所述第二镂空区上形成天线焊盘，在所述天线焊盘上连接有UWB天线；且所述第四铜箔层作为UWB天线的参考地平面；在所述第一镂空区和所述第二镂空区之间，具有贯通的过孔，以使天线焊盘和所述天线馈线联通。

优选的，还包括收发器，与所述天线馈线联通。

优选的，所述第一铜箔层上用于布置电子元器件，以及对所述电子元器件的走线；所述第二铜箔层和所述第三铜箔层辅助所述电子元器件走线。

优选的，所述UWB天线至少具有四个，且以两行两列的方式排布。

优选的，所述UWB天线包括四个天线：第一天线、第二天线、第三天线和第四天线；以所述第一天线和所述第二天线所在行为第一行；以所述第三天线和所述第四天线所在行为第二行；以所述第一天线和所述第三天线所在列为第一列；以所述第二天线和所述第四天线所在列为第二列；第一行和第二行间距ΔWλ，第一列和第二列间距ΔLλ；其中ΔW为行高系数，取值范围(0,1]；ΔL为列宽系数，取值范围(0,1]；λ为天线发射通信信号的波长,波长范围小于10厘米。

本申请数字钥匙定位天线模块中，四组铜箔层与介质层组成的整体PCB中，UWB天线和天线馈线分别位于两侧，相比现有天线模块布局更合理，有效整体尺寸，更便于在车辆上的安装。

附图说明

图1为本发明数字钥匙定位天线模块的截面图；

图2为本发明数字钥匙定位天线模块中第四铜箔层的示意图；

图3为本发明数字钥匙定位天线工作时象限划分示意图；

图4为本发明数字钥匙定位天线的定位目标位置示意图；

图5为本发明数字钥匙定位天线的安装位置示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明公开一种数字钥匙定位天线模块，参见图1，包括四组铜箔层和三组介质层5，铜箔层分别为：第一铜箔层1、第二铜箔层2、第三铜箔层3和第四铜箔层4，介质层5位于相邻的两组铜箔层之间。也就是铜箔层和介质层5依次交替层叠而成。

在第一铜箔层1上形成第一镂空区，在第一镂空区上形成天线馈线6；在第四铜箔层4上形成第二镂空区，在第二镂空区上形成天线焊盘7，在所述天线焊盘7上连接有UWB天线8；且第四铜箔层4作为UWB天线8的参考地平面。

第一镂空区和第二镂空区之间，具有贯通的过孔9，以使天线焊盘7和天线馈线6联通。当然该通孔9内必然具有能够使天线焊盘7和天线馈线6联通的导电材料。

如图1和图2所示，第一铜箔层1上用于布置电子元器件，以及对电子元器件的走线。该电子元器件可以包括收发器10，收发器10和天线馈线6联通。一般的，可以是天线馈线6与第一铜箔层1连接，在第一铜箔层1上具有用于和收发器10联通的走线，以实现天线馈线6和收发器10的联通。由于上述通孔9的设置，收发器10可以和UWB天线8联通，从而可以向UWB天线8发出控制信号，以及能够获取UWB天线8接收到的信号。

除了收发器10，电子元器件还可以包括控制器和通信接口，以及其他UWB天线可能用到的设备。

第二铜箔层2和第三铜箔层3可以用于辅助电子元器件走线。同样的第四铜箔层4也可以用于走线，并且其是否与天线焊盘7或UWB天线8联通，需要根据实际的设置情况而定。

上述UWB天线8具有四个，且以两行两列的方式排布。这四个天线分别是第一天线81、第二天线82、第三天线83和第四天线84，

以所述第一天线81和所述第二天线82所在行为第一行；

以所述第三天线83和所述第四天线84所在行为第二行；

以所述第一天线81和所述第三天线83所在列为第一列；

以所述第二天线82和所述第四天线84所在列为第二列；

第一行和第二行间距ΔWλ，第一列和第二列间距ΔLλ。

其中ΔW为行高系数，取值范围(0,1]；ΔL为列宽系数，取值范围(0,1]；λ为天线发射通信信号的波长,波长范围小于10厘米。优选的为3.8cm-4.6cm。也就是说，UWB天线8的面积能够控制在100平方厘米的范围内，更优选的能够控制在25平方厘米以内，这对于安装在车辆上的天线模块来说，更小更容易布置。

在应用中，该数字钥匙定位天线模块设置在车辆宽度方向的中心位置，一般安装在车辆内部。车辆的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)与通信接口连接，向定位系统发出相应的控制信号。

一般的，ECU会协商设置定位系统和定位目标之间的任务会话周期和参数等必要信息，其可遵循目前已公开的协议或私有协议。协商完成后由车辆中的ECU将结果通过通信接口发送给本定位系统。

通信接口接收到上述信息后，由控制器控制对应的部件按照相应的要求对定位目标进行测距通信。

UWB天线8发射UWB射频信号。定位目标，指带有UWB通信功能的设备，例如带有UWB功能的车钥匙、手机、手环等，一般是指可用于解锁车辆设备，可统称为数字钥匙或UWB数字钥匙。

上述四个天线处于同一平面内，且水平或接近水平布置，第一天线81和第二天线82靠近车辆的车头方向，第三天线83和第四天线84靠近车辆的车尾方向。

ECU通过通信接口发出了必要信息，控制器控制收发器10和UWB天线8开始工作。

收发器10会选UWB天线8中的任意一个天线作为发射天线，这个发射天线用来发射UWB射频信号。同时会选UWB天线8中的全部天线作为接收天线，用来接收定位目标返回的UWB射频信号。当然这里就需要收发器10具备至少同时接收4路UWB信号的能力。

上述一个天线发射UWB设备信号，全部天线接收返回的UWB射频信号的过程，可以称为测距通信。每次测距通信完成后，控制器或者其他运算单元就可以对定位目标的位置进行计算。

通过第一列或第二列内的天线接收到的UWB射频信号，得到第一到达角θ；通过第一行或第二行内的天线接收到的UWB射频信号，得到第二到达角φ；第一到达角θ的取值范围为：-90°≤θ≤90°；第二到达角φ的取值范围为：-90°≤φ≤90°。第一到达角θ是与水平方向的夹角，第二到达角φ是竖直方向的夹角。将车辆前进的方向定义为竖直方向，图5中为y轴，左右方向为水平方向，图5中用x轴示意。

通过阵列天线组1中至少一个天线接收到的UWB射频信号，得到定位目标到阵列天线组1的斜距D，斜距D可根据飞行时间原理计算得到。

以阵列天线组1为原点，根据两个到达角的取值，可以将定位目标所处的区域划分为四个象限，参见图3，具体如下：

当θ＜0、φ＞0时，判断定位目标位于第一象限；

当θ＜0、φ＜0时，判断定位目标位于第二象限；

当θ＞0、φ＜0时，判断定位目标位于第三象限；

当θ＞0、φ＞0时，判断定位目标位于第四象限。

如图4所示，定位目标相对于阵列天线组1的极坐标位置为：(D,|θ|+(n-1)*π/2)或(D,(π/2-|φ|)+(n-1)*π/2)。

其中n为象限序号，第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的象限序号分别为1、2、3、4。

在第一到达角θ或第二到达角φ等于0时，有如下结果：

当θ＜0、φ＝0时，判断定位目标位于阵列天线组1正前方；

当φ＜0、θ＝0时，判断定位目标位于阵列天线组1正左方；

当θ＞0、φ＝0时，判断定位目标位于阵列天线组1正后方；

当φ＞0、θ＝0时，判断定位目标位于阵列天线组1正右方。

需要注意，本申请中阵列天线组1安装高度一般都在1.2-1.6m这个范围内(根据不同车型，可能会有变动)，可以认为高度基本是固定的，具体的高度在安装时是确认的，也会将该高度同步给ECU，因此在确认位置时会考虑高度的参量。

因为定位目标是数字钥匙，用来解锁车门，其使用时高度位置也相对较为固定，因此本申请中阵列天线组1以平面方式设置，定位目标的高度，对上述判断的位置影响有限。

上述判断位置时，其主要目的可以是判断数字钥匙与车辆的相对位置，通过相对位置，可以使对应的车门响应解锁。因此判断出上述的象限位置受到高度的影响更低。对于上述第一到达角θ或第二到达角φ等于0的情形，可以预先设置好解锁的响应方案。

具体的响应解锁的方案，可以提前预制，可以根据极坐标的位置，判断对应的车门或后备箱解锁。同样的，还可以用来判断数字钥匙是否在车内，用于确定是否能够点火启动车辆。需要注意，这里提到用于解锁、点火等，仅作为其应用的示例，并不用于限制本申请。

本申请上述的定位系统，仅需要一个阵列天线组1即可实现覆盖车身周边360度的定位；布置在车内顶棚，无需防水，结构设计简单；车内布线简单，无需在车身结构上打孔来连接车内外的天线节点。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种数字钥匙定位天线模块，其特征在于，

包括四组铜箔层，分别为：第一铜箔层(1)、第二铜箔层(2)、第三铜箔层(3)和第四铜箔层(4)，在每组铜箔层之间，具有介质层(5)；

在所述第一铜箔层(1)上形成第一镂空区，在所述第一镂空区上形成天线馈线(6)；

在所述第四铜箔层(4)上形成第二镂空区，在所述第二镂空区上形成天线焊盘(7)，在所述天线焊盘(7)上连接有UWB天线(8)；且所述第四铜箔层(4)作为UWB天线(8)的参考地平面；

在所述第一镂空区和所述第二镂空区之间，具有贯通的过孔(9)，以使天线焊盘(7)和所述天线馈线(6)联通。

2.根据权利要求1所述的数字钥匙定位天线模块，其特征在于，

还包括收发器(10)，与所述天线馈线(6)联通。

3.根据权利要求1所述的数字钥匙定位天线模块，其特征在于，

所述第一铜箔层(1)上用于布置电子元器件，以及对所述电子元器件的走线；

所述第二铜箔层(2)和所述第三铜箔层(3)辅助所述电子元器件走线。

4.根据权利要求1所述的数字钥匙定位天线模块，其特征在于，

所述UWB天线(8)具有四个，且以两行两列的方式排布。

5.根据权利要求4所述的数字钥匙定位天线模块，其特征在于，

所述四个天线分别为：第一天线(81)、第二天线(82)、第三天线(83)和第四天线(84)；

以所述第一天线(81)和所述第二天线(82)所在行为第一行；

以所述第三天线(83)和所述第四天线(84)所在行为第二行；

以所述第一天线(81)和所述第三天线(83)所在列为第一列；

以所述第二天线(82)和所述第四天线(84)所在列为第二列；

第一行和第二行间距ΔWλ，第一列和第二列间距ΔLλ；

其中ΔW为行高系数，取值范围(0,1]；ΔL为列宽系数，取值范围(0,1]；λ为天线发射通信信号的波长,波长范围小于10厘米。

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