CN201629408U - 分离三轴低频天线、遥控设备及遥控钥匙 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分离三轴低频天线、遥控设备及遥控钥匙，分离三轴低频天线包括：第一天线、第二天线和第三天线，第一天线和第二天线在同一平面内，第三天线的铁芯轴向垂直于第一天线和第二天线所在的平面，第一天线的铁芯轴向与第二天线的铁芯轴向的延长线互相垂直，第二天线的中轴线位于第一天线的两个端点之间。通过本实用新型，提高了分离三轴低频天线的磁场定位精度。

Description

分离三轴低频天线、遥控设备及遥控钥匙

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，具体而言，涉及一种分离三轴低频天线、遥控设备及遥控钥匙。

背景技术

无钥匙进入被动启动系统是一种新型的智能电子防盗系统。它采用先进的无线射频识别(RFID)技术，通过遥控钥匙和基站端的无线通信，可以实现无需按动遥控器进入车内及一键启动发动机的功能，是一种具有更加智能化的门禁管理和更高性能的汽车防盗系统。

无钥匙进入被动启动系统包括两个部分，无钥匙进入和无钥匙启动。无钥匙进入是指驾驶人员无需按动遥控钥匙，只要带着钥匙在车附近的激活区内，拉动门把手开关，就可以实现车门解锁功能。无钥匙启动是指驾驶员只需按动车内面板的一个按钮，车内基站和遥控钥匙通过低频双向认证后，启动发动机。

图1是相关技术的遥控钥匙的结构示意图。

如图1所示，该遥控钥匙为无钥匙进入被动启动系统的钥匙端，该遥控钥匙包括：主控制器(MCU)1、高频发射模块2、LED灯3、按键开关4、低频加密认证5、低频模拟前端6和低频三轴天线7。所采用的关键技术有：高频收发技术、低频磁场定位技术和低频加密认证技术。

遥控功能中的高频收发技术，主要采用远程无钥进入(RemoteKeyless Entry，简称为RKE)技术，基本原理是遥控钥匙通过滚码技术(防止信号复制)，把按键信息加密后通过高频发射模块2发送基站，基站接收高频数据，根据信息完成遥控解闭锁、升降窗和寻车等功能，其中，高频发射模块2包括高频发射电路和高频发射天线。另外，低频定位时要求遥控钥匙通过高频发射模块2来发送低频定位数据给基站。因此遥控钥匙需要具有高频发送功能。

遥控钥匙和基站间定位中用到的低频磁场定位技术。发动机启动、无钥匙进入汽车的解闭锁等相关功能都需要判断执行动作的条件，其中遥控钥匙和汽车的相对位置就是相关的必要条件，因此需要高精度的低频磁场定位技术。基本原理是车上的基站通过不同位置的天线依次发送低频信号，遥控钥匙的低频模拟前端通过低频三轴天线接收低频数据，完成低频磁场强度检测，得到接收的信号强度指示(Received Signal Strength Indication，简称为RSSI)值和天线信息，再通过高频发射天线发送给基站，基站通过基站端不同天线的RSSI值定位钥匙和车的相对位置。

发动启动过程中的用于防盗的低频加密认证。发动机启动过程中，从安全角度考虑，需要遥控钥匙和基站内的低频芯片完成低频双重认定后，才能启动发动机。因此需要遥控钥匙具有低频双向认证功能。基本原理是通过基站内的芯片与钥匙中内置的发送应答器(Transponder)进行匹配认证达到双重加密的目的。

如图1所示，遥控钥匙采用8位的微控制单元1(MCU)，MCU1上设置有数模转换AD和定时器功能复用的引脚，AD采样低频磁场强度的电压信号，定时器接收低频数据，另外高频数据发送还需要定时器来完成。此MCU1还需完成开关采集功能，考虑到钥匙结构的限制，此MCU1还需具有PIN脚少和低价格的特点。

遥控钥匙可以有2～4个开关，主要考虑封装小特点。遥控钥匙设置1～2个LED灯，用于功能调试，实际成品可根据需要加或是不加。

遥控钥匙的高频发送模块2，包括高频发射电路和高频发射天线，其中，高频发射电路采用分离器件搭的震荡电路，具有较低的成本；高频发射天线设置(印制)在印刷电路板(Printed CircuitBoard，简称为PCB)上，一般采用印制的方法内置在PCB板上。高频发射模块2完成钥匙和遥控相关的功能。

遥控钥匙的低频加密认证模块5，具有无线收发功能，普通模式下具有32密钥，加密模式下，具有48位密钥，完成被动启动时与基站端的低频加密认证。

遥控钥匙的低频模拟前端6，用于解调并接收天线上的低频数据，三轴低频的磁场强度检测，将低频信号转换为高低电平形式，三轴的低频磁场强度转换为电压的形式，通过数据口发送给MCU，完成遥控钥匙低频数据接收和RSSI值测定。

低频模拟前端6还包括分离三轴天线7，此天线用于为低频模拟前端接收低频数据信号和检测磁场强度。低频模拟前端6通过三轴天线7接收基站发送的低频信号，在接收低频信号的同时，将三轴天线7所接收的数据转换为高低电平信号，将磁场强度信号转化成电压信号，遥控钥匙的MCU接收三轴模拟前端数据并采样电压信号，再将数据和电压信号所对应的RSSI值通过高频发送给基站。其中比较关键的点就在于检测磁场强度的精度，这跟三轴模拟前端和三轴天线性能密切相关。

无钥匙进入被动启动系统中，低频磁场的定位不准将会导致部分功能错误，影响汽车的安全和舒适性。遥控钥匙和基站间的低频磁场定位技术中，控制信号不可能一直从一个方向发来，特别是随身携带的单元，发送的方向不可能控制。为了消除天线的方向性，所以在遥控钥匙上需要使用三个方向的天线XYZ，不管信号从哪个方面来都可以接收到。遥控钥匙上的三轴模拟前端通过三轴的天线接收相应信号，完成低频RSSI数据的测量。

目前市场上的无钥匙被动启动系统钥匙端方案中，主要关注方面有高频发射距离，低频加密认证，低频磁场检测的精度和成本。其中，高频发射和低频加密认证供应商都有成熟的方案。而低频磁场检测采用集成三轴天线会增加成本，采用分离式三轴天线具有成本的优势，但影响定位的精度和准确性的因素更多的依赖电路板的布局。

常见的分离三轴天线的布局问题有：三个天线的距离过远，所处磁场区域跨度过大，定位准确性差；X轴天线和Y轴天线相对位置不合理，导致X轴和Y轴两个天线的互感急速上升，两轴采样的信号强度偏差较大，导致定位不准确。现有技术的方案为了避免X轴天线和Y轴天线的互感，将两个天线放置距离很远，这种方案虽能一定程度上减少互感，但是互感仍然存在，并且当在同一点上旋转钥匙，所测得的场强仍会不同，仍会导致定位不准。而定位的不准直接会导致系统功能的部分是丧失和控制器的误动作，例如PE解闭锁功能的不正确，导致车门误解锁和误闭锁，给使用人员的操作时带来了不便。

图2是相关技术的遥控钥匙的分离三轴低频天线的布局示意图。

如图2所示，X轴天线1和Y轴天线2相互垂直，X轴天线1和Y轴天线2用于感应X轴和Y轴的磁场强度。但X轴天线1和Y轴天线2布局位置未相交，当有与X轴天线1(或Y轴天线2)垂直的磁场信号时，X轴天线1(或Y轴天线2)的磁通量最大，感应的磁场强度应该最大，Y轴天线2(或X轴天线1)的磁通量相对较小，感应的磁场强度应该较小。

但是由于X轴天线1(或Y轴天线2)除了接收图中磁场源的信号外，还产生自感和互感，互感的情况会导致实际通过Y轴天线2(或X轴天线1)线圈的磁通量增加，与实际磁场强度不符合，导致天线的定位不准。

基于图2所示的一种改进方案，为了避免X轴天线1和Y轴天线2的互感，将两个天线放置距离L扩大，但这种方案虽能一定程度上减少互感，但是互感影响仍然存在，并且当两个天线距离过远时，在同一点上旋转钥匙，所测得的场强仍会不同，仍会导致定位不准。

上述问题都是由于三轴低频天线间的磁场干扰导致的。对此，业界目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种分离三轴低频天线、遥控设备及遥控钥匙，以解决相关技术中三轴低频天线间的磁场干扰比较严重的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种分离三轴低频天线。

根据本实用新型的分离三轴低频天线可以包括：第一天线、第二天线和第三天线，第一天线和第二天线在同一平面内，第三天线的铁芯轴向垂直于第一天线和第二天线所在的平面，第一天线的铁芯轴向与第二天线的铁芯轴向的延长线互相垂直，第二天线的中轴线位于第一天线的两个端点之间。

更进一步地，第二天线朝向第一天线的端部位于第一天线的两个端部之间并偏离第一天线的端部。

更进一步地，第二天线的中轴线垂直平分第一天线。

更进一步地，第一天线和第二天线之间的距离小于等于第一预定值。

更进一步地，第三天线朝向第一天线和第二天线的一端与第一天线的距离和与第二天线的距离均小于等于第一预定值。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种遥控设备。

根据本实用新型的遥控设备可以具有上述分离三轴低频天线。

更进一步地，遥控设备还可以包括：印刷电路板和高频发射天线，分离三轴低频天线与高频发射天线位于印刷电路板的同一侧或不同侧。

更进一步地，分离三轴低频天线与高频发射天线在印刷电路板上的投影彼此相分离。

更进一步地，分离三轴低频天线中第一天线、第二天线、第三天线可以位于印刷电路板的同一侧。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种遥控钥匙。

根据本实用新型的遥控钥匙可以具有上述的遥控设备。

通过本实用新型，采用第一天线、第二天线和第三天线，第一天线和第二天线在同一平面内，第三天线垂直于第一天线和第二天线所在的平面，第一天线与第二天线的延长线互相垂直，第二天线的中轴线位于第一天线的两个端点之间，这种天线的布局方式解决了相关技术中三轴天线的天线位置布局不合理，导致三轴低频天线的磁场干扰比较严重的问题，进而达到了提高三轴低频天线的磁场定位精度的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是相关技术的遥控钥匙的结构示意图；

图2是相关技术的遥控钥匙的分离三轴低频天线的布局示意图；

图3是根据本实用新型实施例的遥控钥匙的分离三轴低频天线的布局示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

根据本实用新型的实施例，提供了一种分离三轴低频天线。

图3是根据本实用新型实施例的遥控钥匙的分离三轴低频天线的布局示意图。

如图3所示，该分离三轴低频天线可以包括：第一天线1、第二天线2和第三天线3，第一天线1和第二天线2在同一平面内，第三天线3的铁芯轴向垂直于第一天线1和第二天线2所在的平面，第一天线1的铁芯轴向与第二天线2的铁芯轴向的延长线互相垂直，第二天线2的中轴线位于第一天线1的两个端点之间。该布局方案保证三个天线所处的场强一致或者相近，避免第一天线1和第二天线2间的磁场相互耦合，保证低频磁场定位的准确性和精度的最优化。

其中，第二天线2朝向第一天线1的端部可以位于第一天线1的两个端部之间并偏离第一天线1的端部。优选地，第二天线2的中轴线垂直平分第一天线1。

本实用新型实施例的分离三轴低频天线采用分离三轴的天线布局方案，该分离三轴低频天线可以包括：X轴天线、Y轴天线和Z轴天线，如图3所示X和Y轴天线的布局位置垂直，且X(Y)天线延长线与Y(X)天线相交，X(Y)天线的端部远离Y(X)天线靠近X(Y)天线的一端的端部，即Y轴天线靠近X轴芯位置的一侧远离X轴的端部。最好的方案是Y轴天线的中轴线垂直平分X轴天线，此方案避免X轴和Y轴天线耦合，保证了高准确性和高精度的低频磁场定位。在降低成本的同时减少或避免前面所提到的问题。

该实施例中，当三轴天线均采用立方体柱状结构的情况下，X轴天线和Y轴天线的垂直方向比较确定，当三轴天线采用其他立体结构的情况下，天线的之间的位置关系采用天线的铁芯的轴向为参照物，即X轴天线的铁芯轴向和Y轴天线的铁芯轴向在同一平面上且X轴天线的铁芯轴向和Y轴天线的铁芯轴向的延长线互相垂直，Z轴天线的铁芯轴向垂直于X轴天线和Y轴天线所在的平面。

本实用新型中，第一天线1和第二天线2之间的距离小于等于第一预定值；第三天线3朝向第一天线1和第二天线2的一端与第一天线1的距离和与第二天线2的距离也均小于等于第一预定值。当第一天线1与第二天线2之间的距离大于设定的预定值时，两个天线之间的磁场由于互相切割导致磁感强度增加，从而增大了两个天线的磁通量，使天线的定位精度不准确。本实用新型实施例中第一天线1和第二天线2之间的距离为小于等于4cm，最好的方案是小于1cm。第三天线3与第一天线1和第二天线2的距离设定规则同上述内容。

本实用新型实施例中，分离三轴低频天线应用在遥控设备或遥控钥匙中，分离三轴低频天线的X轴天线、Y轴天线和Z轴天线三个低频天线彼此相邻，由于该内置天线使用在遥控钥匙中，它们之间的空间距离应小于遥控钥匙的内部距离，即当X轴天线位于遥控钥匙的一端时，Y轴天线不能在遥控钥匙的另一端，通常情况下X轴与Y轴的距离小于等于1cm。该方案避免三个天线不集中，分布在遥控钥匙的不同部分，即X轴天线、Y轴天线不在遥控钥匙两端。

本实用新型提供一种遥控设备，该遥控设备可以具有上述的分离三轴低频天线。

其中，上述遥控设备可以具有印刷电路板(PCB板)和高频发射天线4，分离三轴低频天线与高频发射天线4位于印刷电路板的同一侧或不同侧。其中，分离三轴低频天线与高频发射天线4在印刷电路板上的投影彼此相分离。

本实用新型实施例中，遥控设备的高频发射天线4与分离三轴低频天线在垂直方向上没有重合的部分，其中，高频发射天线4与分离三轴低频天线可以位于同一平面或不同的平面上。本实用新型实施例中，当高频发射天线4和低频发射天线在同一平面上时，高频发射天线4与低频发射天线没有相交的部分；当高频发射天线4和低频发射天线在同一平面上时，高频发射天线4和低频发射天线没有重合的部分，这种天线的布局方式保证了高频发射天线和低频接收天线的磁场彼此不影响，保证天线能够精确定位。其中，低频接收天线由X轴天线、Y轴天线和Z轴天线组成。

本实用新型另一个实施例中提供的遥控设备的分离三轴低频天线与高频发射天线4可以位于PCB板的同一侧或不同侧。其中，分离三轴低频天线与高频发射天线4位于PCB板的同一侧时，分离三轴低频天线与高频发射天线4没有相交的部分；分离三轴低频天线与高频发射天线4位于PCB板的不同侧时，分离三轴低频天线与高频发射天线4在垂直方向上没有重合的部分，该遥控设备的高频发射天线磁场与低频接收天线的磁场互不干扰。

本实用新型的遥控设备的分离三轴低频天线中第一天线1、第二天线2、第三天线3位于印刷电路PCB板的同一侧，即X轴天线、Y轴天线不分开分布在遥控钥匙内部PCB板的正面和背面两个层，可以在PCB板的任意一侧布局，该布局可以避免PCB板对信号的干扰。

本实用新型提供了一种遥控钥匙，该遥控钥匙是具有上述遥控设备，该遥控设备具有分离三轴低频天线，该遥控钥匙的钥匙端可以包括高频发送模块，低频加密认证和低频接收模块，完成高频发送，加密认证和低频磁场检测功能。

本实用新型实施例中，三轴低频天线位于远离高频发射天线的一端，最好使高频天线的布线和低频天线的布局在遥控钥匙上内部的PCB板的一面，且没有重合的部分；如果高频天线和低频天线布局在遥控钥匙内部PCB板的正面和背面时，需要保证两者没有重合的部分。这种方案保证了高频天线和低频天线的磁场互相不影响。

按照如图2所示的X轴天线、Y轴天线的布局下进行自感和互感的实验仿真，得到LX轴天线的自感强度可以是2.270e-003H，LY轴天线的自感强度可以是2.082e-003H；LX轴天线与LY轴天线对应的互感强度可以是2.169e-004H，LY轴天线与LX轴天线的互感强度可以是2.169e-004H。按照如图3所示的本实用新型三轴低频天线的X轴天线、Y轴天线的布局进行自感和互感的实验仿真，得到LX轴天线的自感强度可以是2.268e-003H，LY轴天线的自感强度可以是2.262e-003H；LX轴天线与LY轴天线的互感强度可以是-8.146e-007H，LY轴天线与LX轴天线的互感强度可以是-8.146e-007H。由上述数据分析可知，如图3所示本实用新型的天线布局方式使得天线之间的互感大大的减少，减小量约为总感应强度的10％左右，另外，对于LY的自感也会产生微小的影响。此数据更进一步的支持了本实用新型实例给出的如图3所示的三轴低频天线布局可以减少天线之间磁场的相互干扰，优化了天线的定位功能。

综上所述，本实用新型实施例给出的如图3所示的三轴低频天线布局优化了如图2所示的三轴低频天线布局的磁场分布。优化的三轴低频天线布局抑制了LX天线与LY天线的互感磁通量的增加，最大程度的减小LX天线与LY天线的互感，提高了由于互感影响天线的定位精度，天线的定位更加准确。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了如下技术效果：本实用新型提供的分离三轴低频天线的方案和天线的布局方式，有高准确性的低频磁场定位，成本相对较低，性价比高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离三轴低频天线，包括：第一天线(1)、第二天线(2)和第三天线(3)，所述第一天线(1)和所述第二天线(2)在同一平面内，所述第三天线(3)的铁芯轴向垂直于所述第一天线(1)和所述第二天线(2)所在的平面，其特征在于：

所述第一天线(1)的铁芯轴向与所述第二天线(2)的铁芯轴向的延长线互相垂直，所述第二天线(2)的中轴线位于所述第一天线(1)的两个端点之间。

2.根据权利要求1所述的分离三轴低频天线，其特征在于，所述第二天线(2)朝向所述第一天线(1)的端部位于所述第一天线(1)的两个端部之间并偏离所述第一天线(1)的端部。

3.根据权利要求1所述的分离三轴低频天线，其特征在于，所述第二天线(2)的中轴线垂直平分所述第一天线(1)。

4.根据权利要求1所述的分离三轴低频天线，其特征在于，所述第一天线(1)和所述第二天线(2)之间的距离小于等于第一预定值。

5.根据权利要求1所述的分离三轴低频天线，其特征在于，所述第三天线(3)朝向所述第一天线(1)和所述第二天线(2)的一端与所述第一天线(1)的距离和与所述第二天线(2)的距离均小于等于所述第一预定值。

6.一种遥控设备，其特征在于，具有权利要求1至5中任一项所述的分离三轴低频天线。

7.根据权利要求6所述的遥控设备，其特征在于，还包括：印刷电路板和高频发射天线(4)，所述分离三轴低频天线与所述高频发射天线(4)位于所述印刷电路板的同一侧或不同侧。

8.根据权利要求7所述的遥控设备，其特征在于，所述分离三轴低频天线与所述高频发射天线(4)在所述印刷电路板上的投影彼此相分离。

9.根据权利要求6所述的遥控设备，其特征在于，所述分离三轴低频天线中所述第一天线(1)、所述第二天线(2)、所述第三天线(3)位于所述印刷电路板的同一侧。

10.一种遥控钥匙，其特征在于，具有所述权利要求7至9中任一项所述的遥控设备。

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