用于轮胎的射频通信模块制造技术

一种射频通信模块或半成品，其适于结合入轮胎的结构中并且包括嵌入弹性体共混物中的射频应答器，所述射频应答器包括电子芯片以及适于与射频读取器通信的辐射天线，其中，所述射频应答器进一步包括电连接至电子芯片的主天线，所述主天线与所述辐射天线电磁耦合，辐射天线包括单股螺旋弹簧，所述辐射天线具有涂覆有导电层的由钢制成的芯部。

Radio Frequency Communication Module for Tire

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于轮胎的射频通信模块
本专利技术涉及一种能够插入轮胎的结构中的射频通信模块或半成品，其包括嵌入弹性体共混物中的射频应答器。
技术介绍
在过去几年中，集成到安装组件(包括轮胎和车轮)中的电子设备的发展已经加强。具体地，这些电子设备，例如射频应答器或RFID(射频识别的首字母缩写)标签，包含有关安装组件的信息，例如轮胎的标识符、其特征尺寸等，在所述制品的管理和存储中这些信息是关键数据。另外，这些电子设备还能够测量安装组件的参数，例如，在安装充气状态下由轮胎和轮辋形成的腔体内的温度。这些参数对于安装组件的安全使用至关重要。特别地，为了传达安装组件的参数，通常通过与称为射频读取器的外部发射器/接收器设备的射频传输来实现与这些电子设备的通信。将这种电子设备集成到安装组件中，特别是集成到轮胎中并不简单。具体地，为了在整个产品周期中确保这些电子设备中包含的信息(特别是与轮胎标识符有关的信息)的可靠性，优选的是将电子设备牢固地紧固至轮胎，所述电子设备包含所述轮胎的识别信息。将这种电子设备集成到轮胎结构中会造成一定数量的挑战。首先，将电子设备插入轮胎的结构中可能导致轮胎劣化；因此有必要确保轮胎在其整个寿命周期中保持其物理完整性。第二个挑战涉及电子设备的无线电通信性能。具体地，特别安装有具有不同介电常数的橡胶共混物堆叠以及金属元件的组件的复杂结构在电子设备的天线的射频操作中产生干扰，特别是在UHF(超高频率的首字母缩写)频带中。最后，第三个挑战在于在轮胎的整个寿命周期中确保电子设备本身的物理完整性，特别是因为轮胎在运行条件下承受的高热机械应力。文献EP1977912A1描述了一种轮胎，所述轮胎在其结构中包括电子通信模块，所述电子通信模块包括带有电子芯片以及能够与射频读取器通信的辐射天线的射频应答器，其中，所述辐射天线包括两个螺旋天线段，并且电子芯片电连接至两个螺旋天线段。
技术实现思路
本专利技术的一个主题是一种电子射频通信模块或半成品，其能够结合入轮胎的结构中并且包括嵌入弹性体共混物中的射频应答器，所述射频应答器包括电子芯片以及能够与射频读取器通信的辐射天线，其中，所述射频应答器进一步包括电连接至电子芯片的主天线，所述主天线与所述辐射天线电磁耦合，辐射天线包括单股螺旋弹簧，所述辐射天线具有涂覆有导电层的由钢制成的芯部。导电层的材料可以选自：铜、锌、铝、银、金和黄铜。辐射天线也可以涂覆有化学绝缘层，旨在使弹性体共混物与导电层的材料隔绝。这些层可以由锌、镍、锡或黄铜制成。将这样的电子模块集成到轮胎中能够降低设备由于其结构而劣化的风险，同时改善无线电通信性能并最小化与轮胎的物理完整性相关的风险。具体地，电子设备的劣化通常是由设备的通信辐射天线与电子部分之间存在的电连接故障引起的。此处，不需要机械连接，因为通信天线与电子芯片之间的能量传输是通过主天线利用电磁场实现的。然而，尽管与通信频带及其远场操作有关的辐射天线的尺寸本身很大，但是主天线不受这种限制。因此，它具有较小的尺寸，通常能够容易地承受轮胎的变形而不会在其与电子芯片之间的电流结中产生过高的机械应力。最后，辐射天线的柔软性质限制了应答器附近的轮胎区域恶化的风险。其次，主天线的引入能够解除对设备的辐射天线的尺寸和电子部分的电阻抗的矛盾约束。因此，可以对主天线进行尺寸设计以使其电阻抗与芯片的电阻抗相匹配，以使损耗最小化并因此在功耗方面改善电子设备的性能。然后仅根据电子设备的通信频率标准选择辐射天线的尺寸。所有这些都有助于改善电子设备的无线电通信性能。最后，辐射天线的外侧包覆选自：铜、铝、锌、银、金和黄铜。所有这些金属是优良的导体，这样的选择使得天线的工作能够耐用而灵敏。此外，应答器的单股辐射天线能够使应答器牢固地机械锚固至一种或多种相邻弹性体共混物，使得天线与这些一种或多种相邻弹性体共混物之间的牢固化学键的存在不再特别重要。该锚固还使得能够考虑使用例如TPE的其它弹性体作为封装应答器的材料。此处，术语“弹性体”应理解为意指包括TPE(热塑性弹性体的首字母缩写)的所有弹性体，例如二烯聚合物(例如包括二烯单元的聚合物)、硅酮、聚氨酯和聚烯烃。此处，术语“射频应答器”应理解为意指在射频应答器的外部被动地进行射频应答器的询问。询问阶段不需要射频应答器具有其自己的电源。射频应答器的作用主要是识别外胎。特别地，射频应答器的通信频率位于介于300MHz至3GHz之间的超高频(UHF)频带中，允许在辐射天线的尺寸和射频应答器的可读取距离之间获得有利的折衷，辐射天线的尺寸可以较小从而允许天线容易地集成到外胎中，所述可读取距离可能远离外胎。有利地，射频应答器在介于860MHz至960MHz之间的窄频带中进行通信，更特别是在860MHz至870MHz和915MHz至925MHz的极窄频带中进行通信。具体地，在这些频率下，对于外胎的常规弹性体共混物，在电磁波的传播方面达到了良好的折衷。另外，这些频率是最高可能频率，以便最小化辐射天线的尺寸，从而有助于将射频应答器集成到外胎中。根据一个优选的实施方案，所述辐射天线限定第一纵向轴线，所述主天线是具有至少一匝的线圈，其限定第二纵向轴线并外接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于所述第二纵向轴线，圆柱体的直径介于辐射天线的螺旋弹簧的平均直径的三分之一至三倍之间，优选介于其一半至两倍之间。因此，主天线是环形天线，能量主要通过电感耦合在辐射天线与主天线之间传递。这需要在两个天线之间具有一定的接近度(以便限制两个天线之间的间隙)，从而需要相对于辐射天线确定主天线的线圈的尺寸，以便确保能量的传递效率足以获得所需的无线电通信质量。具体地，主天线的直径可以有利地小于辐射天线的直径；在这种情况下，应答器的整个电子部分被插入辐射天线中，然后组件在诸如轮胎的环境中特别坚固。天线的直径也可以大于辐射天线的直径；当需要向射频应答器添加其它有源或无源电子部件以便能够添加附加功能(例如监视轮胎状态)时，这种情况特别有利。根据一个有利的实施方案，所述辐射天线具有位于两侧区域之间的中心区域，并且所述主天线具有垂直于所述第二纵向轴线的中间平面，所述第一纵向轴线和第二纵向轴线彼此平行并且所述主天线的中间平面设置在所述辐射天线的中心区域。术语“中心区域”在此应理解为是指位于螺旋弹簧的中间平面的两侧的由螺旋弹簧的内径限定的圆柱体，并且其高度对应于螺旋弹簧的长度的25％，优选对应于螺旋弹簧的长度的15％。因此，确保了辐射天线与主天线之间的距离沿着这些天线的纵轴是恒定的，从而在主天线的每个长度单元处优化了相等的能量传递。另外，由电流流动通过的线圈产生的磁场在线圈长度的中心处最大(在λ/2天线的情况下)，因此优选的是将主天线的中间平面设置在辐射天线的中心区域中，更优选的是将其设置在辐射天线的中心处，以便最大化产生电感耦合的磁场。有利地，至少部分地包围所述射频应答器的弹性体共混物的形式为两层，射频应答器设置在这两层之间。根据第一个示例实施方案，辐射天线限定所述射频通信模块的轴向取向，所述两层尺寸相同，在垂直于轴向方向的方向上交错设置。基于层的给定几何形状，这能够获得内表面和外表面具有不同面积的半成品。根据另一个实施方案，辐射天线限定所述射频通信模块的轴向方向，所述两层形状为平行六面体，上层宽度较小，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频通信模块或半成品，其能够结合入轮胎的结构中并且包括嵌入弹性体共混物中的射频应答器，所述射频应答器包括电子芯片(22)以及能够与射频读取器通信的辐射天线(10)，其特征在于，所述射频应答器(1)进一步包括电连接至电子芯片(22)的主天线(24)，所述主天线(24)与所述辐射天线(10)电磁耦合，辐射天线(10)包括单股螺旋弹簧，所述辐射天线具有涂覆有导电层的由钢制成的芯部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.05 FR 16619271.一种射频通信模块或半成品，其能够结合入轮胎的结构中并且包括嵌入弹性体共混物中的射频应答器，所述射频应答器包括电子芯片(22)以及能够与射频读取器通信的辐射天线(10)，其特征在于，所述射频应答器(1)进一步包括电连接至电子芯片(22)的主天线(24)，所述主天线(24)与所述辐射天线(10)电磁耦合，辐射天线(10)包括单股螺旋弹簧，所述辐射天线具有涂覆有导电层的由钢制成的芯部。2.根据权利要求1所述的射频通信模块，其中，导电层选自：铜、铝、锌、银、金和黄铜。3.根据权利要求1所述的射频通信模块，其中，所述辐射天线限定第一纵向轴线，所述主天线是具有至少一匝的线圈，其限定第二纵向轴线并外接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于所述第二纵向轴线，圆柱体的直径介于辐射天线的螺旋弹簧的平均直径的三分之一至三倍之间，优选介于其一半至两倍之间。4.根据权利要求3所述的射频通信模块，其中，所述辐射天线具有位于两侧区域之间的中心区域，并且所述主天线具有垂直于所述第二纵向轴线的中间平面，所述第一纵向轴线和第二纵向轴线彼此平行并且所述主天线的中间平面设置在所述辐射天线的中心区域。5.根据权利要求1至4中任一项所述的射频通信模块，其中，所述主天线设置在所述辐射天线的单股螺旋弹簧的内部。6.根据前述权利要求中任一项所述的射频通信模块，其中，至少部分地...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·德斯特拉夫，A·图雷纳，S·诺埃尔，JM·克莱雅，
申请(专利权)人：米其林集团总公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR