一种新型TPMS用环天线.PDF

一种新型 TPMS 用环天线 黄东 （长沙元本科技有限公司 湖南 长沙 410001） 摘要 由 HFSS软件建立了常见的大型货柜车的车轮轮箍模型，并由此模型验证了环天线在轮 箍中的特性并进一步仿真得到该环天线应用于 TPMS系统时在传输中能够得到的最大效率。 关键词 环天线 天线效率 TPMS 中图分类号 1．TPMS 系统得组成和工作原理 TPMS 是汽车轮胎压力监视系统 “Tire Pressure Monitoring System”的英文缩写形 式，主要用于实时的汽车对轮胎气压进行自动监测。对轮胎漏气、胎压过低过高进行报警， 保障行车安全，是对驾乘人员生命保障的主动安全预警系统。 其由安置在每个轮胎的传感器、无线发射模块和一个或者扩展的多个接收模块以及一个 终端处理显示装置组成。然后由接收模块接收并处理每个轮胎的胎压、温度等数据，通过驾 驶室的显示终端实时显示胎压、胎内温度等信息并在出现异常时报警。 根据现行的 ISM 频段法规，发射模块功率不得超过 10dBm，频段为 433.92M，当然根据 各国得法律，也许频段会有变化。 2. TPMS 系统发射用天线的现状 TPMS系统现在欧美已经成为家用汽车的标准配置，但是在大型车，尤其加长货柜车中， TPMS 的使用不多，究其原因，发射模块所采集到的信息不足以可靠、低成本的传送到位于 汽车驾驶室的接收机。而根本问题就在于现在的常见 TPMS 系统发射模块由于体积限制采用 PCB天线或者超小型螺旋天线，其天线效率本身并不高，且受汽车轮箍的影响，天线的最大 增益方向并不是指向驾驶室内的接收模块，这样就导致在大型车上接收机无法可靠正确接收 离驾驶室较远的发射模块所送出得数据。而采用电缆延伸至车体中部然后再放置一个接收模 块的做法则增大了产品成本和安装复杂程度。 3. 切合轮毂形状的环天线 3.1 该环天线以及汽车轮箍的模型 如图 1所示，在外径 360mm、内径 340mmm、壁厚 10mm的轮毂中，离内壁 10mm的地方环 绕一圈线径 2mm的金属导线，并在一端串联一个调谐电容使天线在 433.92M处于谐振状态。 3.2 环天线的等效模型及理论效率分析 如图 2 所示，该环天线可等效为一个电容和一个电感的串联谐振电路。 环天线辐射电阻为 4 2 4 R 320π (S / λ ) ≈490 欧姆 rad 回路的损耗电阻为铜导线的电阻，在这里约为 0.004 欧姆 由此得出该环天线的理论效率为 (Rrad / Rrad +Rloss ) 100% 由于该环天线的损耗电阻非常小，故效率很高，理论上接近 100% 3.3 最终 HFSS 仿真得到的天线驻波比 如图 3 所示，当 50 欧姆传输线馈电时，天线在 432M-435.5M 驻波比小于 2，且在 433.92M 中心频率附近驻波比小于 1.2 图 3 4. 结论 该天线外形轮廓贴合大型汽车的轮毂，安装调试方便，效率高，是一种符合大型汽 车 TPMS 使用要求的天线