【技术】Premo核心专利技术Diabolo™,将汽车电子的发射天线长度减少一半

2021-05-09 PREMO
长柔性天线,汽车天线,Diabolo™,PREMO

PREMO公司开发的、用于汽车无钥匙进入系统中发射天线的Diabolo™核心专利技术,成功实现天线长度减少一半,使设备更短、更稳定。


汽车无源无钥匙进入系统在全球市场的占有率不断提高,预计到2025年,将有超过25%的新组装轻型车辆配备无钥匙进入系统,全球的系统年产量超过3000万套。市场希望系统的作用距离更大、耗电更省、尺寸更小、组件数量少,成本更优,这只有设法压缩天线的数量(从5个压缩到3个)才能实现。但汽车天线必须更长才能保证性能不降低。


为此Premo开发了两种备选方案:第一是基于Alma ™通信技术、适用于中远距离的长柔性天线;第二是基于新型专利技术Diabolo™的长柔性天线,产生与传统单芯铁氧体天线相同的磁场,但天线长度缩短一半,提高了机械强度和可靠性。

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图1

无源无钥匙进入系统允许驾驶员在不使用相应的钥匙按钮的情况下锁定和解锁车辆。PKE/KGO/KES系统通过一系列低频(20kHz、125kHz和134kHz)发射天线工作,具体取决于车辆内外使用的芯片组。外部天线位于车门把手、后视镜或行李箱位置。当靠近车辆、拉动把手或触摸把手时,将触发车辆使得低频信号从天线传输到钥匙,钥匙被激活并使用RF通道将其ID传输回车辆,如果钥匙代码正确,则电子模块将解锁车辆。钥匙中的贴片元件需要灵敏度高、温度稳定性好、抗机械冲击和抗跌落。


整个系统可划分为汽车侧和钥匙侧两个部分。当前技术的发展趋势促使汽车侧减少部件数量,从而减少所需天线,提高性能。从4~5个短程天线缩减到3个中程天线,最终到1~2个远程天线。

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图2

据介绍,中程天线比短程天线长,远程天线比中程天线长。

Imagen3.png

图3

较长的设备具有以下明显优势:

  • 距离更远、组件数量更低、系统可靠性更高、系统总成本更低

然而,较长的天线需要较长的磁芯,由于铁氧体固有的脆性会带来以下几个缺点:

  • 非常脆弱、热稳定性很差、机械性能降低、抗弯性很差、抗扭性很差

因此,成本和可制造性不可兼得:

  • 由于烧结收缩过程中的“香蕉效应”,长铁氧体磁芯的生产性很槽糕。

  • 高L/D比的小收缩和膨胀会对有效磁导率产生很大影响,从而导致电感量和SRF参数在使用温度范围内不稳定。

  • 因为综合热系数的不稳定导致用塑料外壳和/或树脂对堆芯进行机械保护变得昂贵和不稳定。

  • 由于工具和模具更大更复杂(资本支出更高)而导致制造成本飙升,而由于脆性和较机械强度低,生产效率低于较小零件。

因此,较长天线的材料成本和工艺成本要高得多,抵消了需用部件数量较低的优势。如果使用长天线的成本远远高于其近程等效天线,则通过使用较少天线来降低系统总成本就不成立。


因此,这带来了技术上的挑战;实现中远程天线具备的所有优势,消除其存在的性脆易碎、材料成本昂贵、糟糕的温度特性及机械强度、工艺不稳定及和投资大等缺点。


Diabolo™天线具备了中程天线的所有优良特性,同时保留了短程天线的所有优良特性(经济高效、机械坚固和热稳定)。Premo创新性地使用了一个具有可变横截面积的磁芯,该横截面积在天线两端最大,在绕组所在的天线中心最小。恒定的磁场强度H环境下,磁感应强度B与磁力线密度和材料的有效磁导率成正比。对于相同的磁性材料和相同的线圈匝数(相同的绕组N=常数),具有一半横截面积的磁芯部分中的磁感应强度B将增大一倍。因此,截面减小的磁芯将集中磁场,使横截面积最小的点处的磁感应强度B最大化。

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图4

该创新减少了发射天线的横截面积,在中程天线中具有明显的优势,因为与现有技术的中程天线相比,可以实现类似的范围、感应、灵敏度、尺寸和成本。


专利EP3333 860A1中描述的基于Premo Alma ™技术的长柔性天线AF系列也可以用本创新制造,包括如下图5所示的磁芯块体组合及连接方式:

Imagen14.png

图5

图6显示了一个给力的Diabolo™天线,比Premo传统KGA中程传统天线短60毫米或50%:

Imagen16.png

图6

Imagen17.png

上表1显示了diabolo™天线和PREMO传统KGA中程天线在相同励磁电流条件下于3米处产生的H磁场。显而易见,值几乎一致。


下表是使用尺寸124x6.5x3的中程磁芯天线与尺寸80x8x29/6、采用Diabolo™磁芯天线的对比结果。

Imagen20.png

在1米和3米处测量H场—短40%的Diabolo™磁芯由于具有较高的有效磁导率和较低的匝数,因而直流电阻较低,因此磁芯呈现出相似的值和更高的Q因子。

显而易见,该新技术解决了以下技术挑战:拥有中程天线的良好特性,同时保留并保持短程天线的所有良好特性(经济高效、机械坚固和热稳定),是逐步减少磁芯宽度和高度的有效方案。

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