KR20200077433A - 타이어 압력 센서의 무선 주파수 정합 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시스템 제어 유닛, RF 제어 유닛, RF 정합 유닛 및 다중 주파수 안테나를 순서대로 포함하는 타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치를 개시하며, RF 정합 유닛은 공진 부분, 필터링 부분 및 정합 부분을 순서대로 포함하며, 공진 부분은 RF 제어 유닛에 연결되어 다양한 주파수 대역의 요구되는 초기 주파수 및 차단 주파수로 조정되며; 필터링 부분은 공진 부분과 정합 부분 사이에 연결되어 잡음 및 원하지 않는 주파수 2배 신호를 억제 및 제거하며; 정합 부분은 다중 주파수 RF 신호 에너지의 최대 전력이 다중 주파수 안테나로 전달되게 하여, 다중 주파수 안테나가 상이한 주파수의 다중 RF 신호를 전송할 수 있다.

Description

타이어 압력 센서의 무선 주파수 정합 장치{Radio Frequency Matching Device of Tire Pressure Sensor}
본 발명은 무선 주파수 정합 장치(matching device)에 관한 것이며, 더 구체적으로는 타이어 압력 센서에 배치되고 어떠한 스위칭 회로 없이 다중-주파수 무선 주파수 안테나에 요구되는 정합 회로를 정합할 수 있는 무선 주파수 정합 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 타이어 압력 검출 시스템은 주로 두 개의 부품, 즉 차량에 설치된 모니터링 호스트(monitoring host) 및 타이어에 설치된 타이어 압력 센서를 포함한다. 모니터링 호스트 및 타이어 압력 센서는 보통 315 MHz 또는 433.92 MHz인 일반적인 무선 주파수를 사용하여 무선 신호를 전송한다. 따라서, 상이한 주파수에서 호스트를 모니터링하거나 모니터링 호스트가 상이한 주파수의 타이어 압력 센서로부터 신호를 수신하게 하는데 적합한 타이어 압력 센서를 제공하기 위해서, 판매 국가 또는 판매 지역의 공개 주파수 대역에 따라서 동일한 주파수 모니터링 호스트를 갖춘 단일 주파수 타이어 압력 센서를 판매하는 것이 업계에서 일반적이지만, 이는 판매 추정 및 재고 관리에서 어려움을 초래한다.
위의 이유에 기초하여, 몇몇 회사에서는 이러한 문제점에 대응하여 상이한 개선책을 제안하고 특허를 출원했다. 예를 들어, Schrader Electronics Ltd에 의해 출원된 발명의 명칭이 "다중-주파수 타이어 압력 모니터"인 미국 특허 제 9,333,815 호는 스위칭 회로를 사용하여 주파수가 다른 2 개의 정합 회로 사이를 스위칭한 다음에 동일한 안테나를 통해 신호를 전송한다. 그러나 다이오드가 정합 유닛에 커플링되며 다이오드의 작동 상태가 정합 회로의 임피던스를 스위칭하기 위해 마이크로-컨트롤러 유닛에 의해 제어되는, CUB ELECPARTS INC에 의해 출원된 발명의 명칭이 "이중 주파수 타이어 압력 센서용 안테나 정합 장치"인 대만 특허 I625043 호와 같은 두 개의 정합 회로의 설계에서 개선의 여지가 여전히 남아있다.
그러나, 전술한 대만 특허 또는 미국 특허는 정합 회로의 임피던스를 조정한 후에 안테나로부터 신호를 전송하는 스위칭 수단을 여전히 필요로 한다. 이러한 방식으로, 정합 회로는 다른 주파수에 대해 임피던스 사이를 스위칭할 필요가 여전히 있는데, 이는 타이어 압력 센서의 전력 소비를 증가시키고, 회로 작동 효율을 감소시키고 더 많은 비용을 야기하며, 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위해서 신규한 정합 장치를 제안할 필요가 있다.
종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 스위칭 회로를 사용하지 않고 전력 소비 및 비용 감소의 목적을 달성하기 위해서 다중 주파수 신호를 정합할 수 있는 타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 따르면, 시스템 제어 유닛, RF 제어 유닛, RF 정합 유닛 및 다중 주파수 안테나를 순서대로 포함하는 타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치가 제공되며, 시스템 제어 유닛은 RF 제어 유닛(2)에 연결되고 복수의 상이한 주파수 신호 중 어느 하나가 RF 제어 유닛에 의해 방출될지를 결정하는데 사용되며, 정합 유닛은 RF 제어 유닛과 다중 주파수 안테나(4) 사이에 연결된다. RF 정합 유닛은 공진 부분, 필터링 부분 및 정합 부분을 포함하며, 공진 부분은 RF 제어 유닛에 연결되어 다양한 주파수 대역의 요구되는 초기 주파수 및 차단 주파수로 조정되며; 필터링 부분은 공진 부분과 정합 부분 사이에 연결되어 잡음 및 원하지 않는 주파수 2배 신호를 억제 및 제거하며; 정합 부분은 다중 주파수 RF 신호 에너지의 최대 전력이 다중 주파수 안테나로 전달되게 하여, 다중 주파수 안테나가 상이한 주파수의 다중 RF 신호를 전송할 수 있다.
공진 부분은 복수의 수동 소자를 포함하며, 복수의 수동 소자의 각각의 하나는 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 RF 주파수 정합에 요구되는 다양한 주파수 대역의 초기 주파수 및 차단 주파수를 조정한다.
필터링 부분은 잡음 및 원하지 않는 주파수 2배 신호를 억제하는 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 또는 대역 정지 필터일 수 있는 필터이다.
RF 정합 유닛은 복수의 수동 소자를 포함하며, 수동 소자의 각각의 하나는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되고 RF 제어 유닛에 의해 방출된 각각의 주파수 신호와 정합될 수 있다.
위의 내용에 따르면, 본 발명은 다음 특징 중 하나 이상을 가진다:
1. 본 발명은 전체 회로 작동 효율을 개선하고 점유 회로 공간을 감소시키기 위해 어떠한 스위칭 소자도 사용할 필요가 없다.
2. 다중 주파수 안테나는 상이한 주파수를 전송하는 RF 신호를 정합시키기 위해서 요구되는 주파수 대역의 공진 지점을 얻기 위해 공진 부분(30)만을 사용한다.
3. 본 발명은 어떠한 스위칭 소자를 요구하지 않음으로써, 부품 비용을 절약하고, 전력 소비를 효과적으로 감소시키고, 타이어 압력 센서의 배터리 수명을 개선한다.
도 1은 본 발명의 구성의 개략도를 예시한다.
도 2는 본 발명의 RF 정합 유닛의 실시예의 개략도를 예시한다.
도 3은 도 2의 실시예의 공진 부분의 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 4는 도 2의 실시예의 공진 부분의 제 1 주파수의 주파수 2배 신호를 분석하는 개략도를 예시한다.
도 5는 도 2의 실시예의 공진 부분의 제 2 주파수의 주파수 2배 신호를 분석하는 개략도를 예시한다.
도 6은 도 2의 실시예의 공진 부분 및 필터링 부분의 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 7은 도 2의 실시예의 공진 부분 및 필터링 부분의 다른 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 8은 도 2의 실시예의 공진 부분 및 필터링 부분의 다른 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 9는 도 2의 실시예의 공진 부분 및 필터링 부분의 다른 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 10은 도 2의 실시예의 공진 부분 및 필터링 부분의 다른 신호 분석 다이어그램을 예시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 시스템 제어 유닛(1), RF 제어 유닛(2), RF 정합 유닛(3) 및 다중 주파수 안테나(4)를 포함하는 타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치를 개시하며, 시스템 제어 유닛(1)은 RF 제어 유닛(2)에 연결되고 복수의 상이한 주파수 신호 중 어느 하나가 RF 제어 유닛(2)에 의해 방출될지를 결정하는데 사용되며, 정합 유닛(3)은 RF 제어 유닛(2)과 다중 주파수 안테나(4) 사이에 연결된다.
본 발명에서, RF 정합 유닛(3)은 공진 부분(30), 필터링 부분(31) 및 정합 부분(32)을 포함하며, 공진 부분(30)은 RF 제어 유닛(2)에 연결되어 요구되는 다양한 주파수 대역의 초기 주파수 및 차단 주파수로 조정된다. 필터링 부분(31)은 공진 부분(30)과 정합 부분(32) 사이에 연결되어 상이한 주파수 신호의 잡음 및 원하지 않는 주파수 2배 신호를 억제 및 제거하며, 정합 부분(32)은 RF 신호 에너지(신호 전력)의 최대 전력이 다중 주파수 안테나(4)로 전달되게 하여, 다중 주파수 안테나(4)가 상이한 주파수의 다중 RF 신호를 전송할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서, 공진 부분(30)은 복수의 수동 소자(301 내지 304)를 포함하며, 각각의 수동 소자는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 요구되는 다중 주파수 대역의 초기 주파수 및 차단 주파수를 조정한다. 필터링 부분(31)은 필터, 특히 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 또는 대역 정지 필터이므로, 요구되는 다중 주파수 대역 신호의 주파수 2배 신호가 차단된다. 정합 부분(32)은 복수의 수동 소자(321 내지 324)를 포함하며, 각각의 수동 소자는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되고 RF 제어 유닛에 의해 방출된 각각의 주파수 신호와 정합될 수 있다.
본 발명을 더 이해하기 위해서, 도 2에 도시되고 다음과 같이 설명되는 실시예가 참조된다:
본 실시예에서, 공진 부분(30)은 제 1 커패시터(301), 제 1 인덕터(302), 제 2 인덕터(303) 및 제 2 커패시터(304)를 포함하며, 정합 부분(32)은 제 3 커패시터(321), 제 3 인덕터(323), 제 4 인덕터(322) 및 제 4 커패시터(324)를 포함하며, 제 1 커패시터(301)의 한 단부는 접지되며, 제 1 인덕터(302)의 한 단부는 RF 제어 유닛(2)에 연결되며, 제 1 커패시터(301)의 다른 단부는 제 1 인덕터(302)와 RF 제어 유닛(2) 사이에 연결되며, 제 1 인덕터(302)의 다른 단부는 제 2 커패시터(304)의 한 단부에 연결된다. 제 2 인덕터(303)의 한 단부는 전원에 연결되며, 다른 단부는 제 1 인덕터(302)와 제 2 커패시터(304) 사이에 연결되며, 제 2 커패시터(304)의 다른 단부는 필터(310)의 한 단부에 연결되며, 필터(310)의 다른 단부는 제 3 커패시터(321)에 연결되며, 제 3 커패시터(321)의 다른 단부는 제 3 인덕터(323)의 한 단부에 연결되며, 제 3 인덕터(323)의 다른 단부는 제 4 인덕터(322)의 한 단부 및 제 4 커패시터(324)의 한 단부에 연결되며, 제 4 인덕터(322)의 다른 단부 및 제 4 커패시터(324)의 다른 단부는 모두 접지되며, 제 4 커패시터(324)의 한 단부는 또한 안테나 유닛(4)에 연결된다.
제 3 커패시터(321), 제 3 인덕터(323), 제 4 인덕터(322) 및 제 4 커패시터(324)는 장치 케이스 및 PCB 보드의 실제 설계에 따른 적절한 배치 및 적절한 소자 값, 배선, 임피던스 및 부품의 구성을 달성하기 위해 하나씩 조정되어서, 정합 부분(32)이 제 1 주파수(315 MHz) 및 제 2 주파수(433.92 MHz)와 동시에 정합되고 필터(310)와 직렬로 연결되게 한다. 또한, 직렬 또는 병렬로 연결된 위의 상이한 유형의 저항기, 커패시터 또는 인덕터는 요구되는 주파수 대역에서 하나 이상의 공진 지점을 얻기 위해 적절한 배치 및 적절한 소자 값을 달성하도록 조정될 수 있다. 공진 지점은 네트워크 분석기(S11)에 의해 제공된 매개변수에서 찾을 수 있다. 다중 주파수 안테나가 다중 주파수의 RF 신호를 전송하게 함을 매개변수로부터 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 시스템 제어 유닛(1)은 제 1 주파수와 제 2 주파수 중 어느 하나가 RF 제어 유닛(2)에 의해 방출될지를 결정한다. 도 3은 0 내지 -20 dBm의 대역폭이 필터링 부분(31)을 통과하기 전에 300 MHz 내지 1 GHz임을 보여준다. 도 4를 참조하면, 제 1 주파수가 성공적으로 전송될 수 있지만, 제 1 주파수 신호의 주파수 2배 및 주파수 3배 신호의 신호 강도는 여전히 너무 강하다. 도 5를 참조하면, 제 2 주파수가 성공적으로 전송될 수 있지만, 제 2 주파수 신호의 주파수 2배 신호의 신호 강도는 여전히 너무 강하다. 정상 작동을 위해서 그리고 다른 장치의 작동에 영향을 주지 않기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 필터(310)에 의한 필터링 및 억제 후에, 0 내지 -20 dBm의 대역폭은 300 MHz 내지 550 MHz이며, 제 1 주파수 신호의 주파수 2배 및 주파수 3배 신호는 (도 7에 도시된 바와 같이)효과적으로 억제되며, 또한 제 2 주파수 신호의 주파수 2배 신호가 또한 (도 8에 도시된 바와 같이)효과적으로 억제된다. 최종적으로, 도 9 및 도 10을 참조하면, 정합 부분(32)을 통과한 후에, 주파수 2배 또는 3배 신호의 잡음 및 간섭이 거의 없이 제 1 주파수 및 제 2 주파수 신호 모두가 효과적으로 전송될 수 있음을 알 수 있다.
위의 내용에 따르면, 본 발명은 전체 회로 작동 효율을 개선하고 점유 회로 공간을 감소시키기 위해 어떠한 스위칭 소자도 사용할 필요가 없다. 다중 주파수 안테나는 공진 부분(30)만을 사용하여 요구되는 주파수 대역의 공진 지점을 얻음으로써 상이한 주파수를 전송하는 RF 신호를 정합시킨다. 또한, 본 발명은 어떠한 스위칭 소자도 사용할 필요가 없으므로, 부품 비용을 절약하고, 전력 소비를 효과적으로 감소시키고, 타이어 압력 센서의 배터리 수명을 개선한다.
1 : 시스템 제어 유닛
2 : RF 제어 유닛
3 : RF 정합 유닛
4 : 다중 주파수 안테나
30 : 공진 부분
301 : 제 1 커패시터
302 : 제 1 인덕터
303 : 제 2 인덕터
304 : 제 2 커패시터
31 : 필터링 부분
310 : 필터
32 : 정합 부분
321 : 제 3 커패시터
322 : 제 4 인덕터
323 : 제 3 인덕터
324 : 제 4 커패시터

Claims (5)

  1. 타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치로서,
    RF 제어 유닛;
    다중 주파수 안테나;
    RF 제어 유닛에 연결되고 복수의 상이한 주파수 신호 중 어느 하나가 RF 제어 유닛에 의해 방출될지를 결정하는 시스템 제어 유닛; 및
    RF 제어 유닛과 다중 주파수 안테나 사이에 연결되는 정합 유닛을 포함하며; 상기 RF 정합 유닛은:
    RF 제어 유닛에 연결되고 요구되는 다양한 주파수 대역을 위해 초기 주파수와 차단 주파수 사이의 주파수 대역으로 조정되는 공진 부분;
    공진 부분에 연결되고 잡음 및 주파수 2배 신호를 억제하도록 제공되는 필터링 부분; 및
    필터링 부분에 연결되어 필터링 부분에 의해 출력된 RF 신호 중 각각의 하나가 최대 전력에서 다중 주파수 안테나로부터 출력되게 하는 정합 부분을 포함하는,
    타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 부분은 복수의 수동 소자를 포함하며, 복수의 수동 소자 중 각각의 하나는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 RF 주파수 정합에 요구되는 다양한 주파수 대역의 초기 주파수 및 차단 주파수를 조정하는,
    타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링 부분은 필터인,
    타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 저역 통과 필터, 대역 통과 필터, 또는 대역 정지 필터인,
    타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 정합 유닛은 복수의 수동 소자를 포함하며, 상기 수동 소자 중 각각의 하나는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되고 RF 제어 유닛에 의해 방출된 각각의 주파수 신호와 정합될 수 있는,
    타이어 압력 센서용 무선 주파수(RF) 정합 장치.
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