用于被动进入被动启动基站的到达角天线组件

摘要

本申请涉及用于被动进入被动启动基站的到达角天线组件。车辆的基站包括到达角(AoA)天线组件和控制器。AoA天线组件位于车辆的已知位置处。AoA天线组件包括印刷电路板上的一对天线，用于检测由AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角。无线信号可以是BluetoothTM、BluetoothTM低功耗(BLE)、Wi‑FiTM或超宽带(UWB)无线信号。遥控器可以是电话或钥匙的形式。控制器使用检测到的角度和AoA天线组件的已知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。控制器可以根据遥控器的位置来执行车辆的被动进入被动启动(PEPS)操作。

权利要求

1.一种车辆的基站，包括：到达角AoA天线组件，其位于所述车辆的已知位置处，所述AoA天线组件包括在印刷电路板PCB的外层上的第一对天线和第二对天线，以检测由所述AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角，其中所述第一对天线包括沿着第一线彼此间隔开的第一天线和第二天线，并且所述第二对天线包括沿着第二线彼此间隔开的第三天线和第四天线，所述第二线与所述第一线间隔开并平行于所述第一线；以及控制器，其使用检测到的角度和所述AoA天线组件的已知位置来相对于所述车辆定位所述便携式遥控器，

其中，所述AoA天线组件基于所述无线信号的波前何时撞击所述第一天线和所述无线信号的波前何时撞击所述第二天线之间的差，来检测由所述AoA天线组件从所述便携式遥控器接收的无线信号的到达角。

2.根据权利要求1所述的基站，还包括：多个AoA天线组件，其位于所述车辆的相应的已知位置处；以及所述控制器还使用由所述多个AoA天线组件接收的检测到的无线信号的角度和所述多个AoA天线组件的已知位置来相对于所述车辆定位所述便携式遥控器。

3.根据权利要求1所述的基站，其中：TM TM

所述无线信号是Bluetooth 无线信号或者Bluetooth 低功耗无线信号。

4.根据权利要求3所述的基站，其中：所述便携式遥控器是电话。

5.根据权利要求1所述的基站，其中：TM TM TM

所述无线信号是Bluetooth 无线信号、Bluetooth 低功耗无线信号、Wi‑Fi 无线信号或超宽带无线信号；并且

所述便携式遥控器是电话或钥匙。

6.根据权利要求1所述的基站，其中：所述第一对天线以垂直极化和水平极化中的一种操作，而所述第二对天线以垂直极化和水平极化中的另一种操作。

7.根据权利要求1所述的基站，其中：所述控制器能够操作用于实现天线的配对，并用于在所述AoA天线组件的操作期间改变天线的配对。

8.根据权利要求1所述的基站，其中：天线以圆极化、垂直极化或水平极化操作。

9.根据权利要求1所述的基站，其中：天线被实现为PCB迹线天线、贴片天线或不同于贴片天线的表面安装天线。

10.根据权利要求1所述的基站，其中：所述AoA天线组件还包括接地平面，其中所述接地平面是所述PCB的中间层；以及所述AoA天线组件还包括多个电子部件，其中所述电子部件在所述PCB的与天线所在的所述PCB的外层相对的外层上，其中所述电子部件连接到天线以使所述AoA天线组件能够操作。

11.根据权利要求1所述的基站，其中：天线在中心频率为2.4425GHz的100MHz带宽下操作。

12.根据权利要求1所述的基站，其中：所述控制器能够操作用于根据所述便携式遥控器相对于所述车辆的位置来执行所述车辆的被动进入操作和/或根据所述便携式遥控器相对于所述车辆的位置来执行所述车辆的被动启动操作。

13.一种由车辆的基站使用的方法，其中，所述基站包括到达角AoA天线组件和控制器，所述AoA天线组件位于所述车辆的已知位置处，并且包括印刷电路板PCB上的第一对天线和第二对天线，所述第一对天线包括沿着第一线彼此间隔开的第一天线和第二天线，并且所述第二对天线包括沿着第二线彼此间隔开的第三天线和第四天线，所述第二线与所述第一线间隔开并平行于所述第一线，所述方法包括：由所述AoA天线组件检测由所述第一对天线从便携式遥控器接收的无线信号的到达角，其中，基于所述无线信号的波前何时撞击所述第一天线和所述无线信号的波前何时撞击所述第二天线之间的差来检测到达角；

由所述AoA天线组件检测由所述第二对天线从所述便携式遥控器接收的无线信号的到达角；以及

由所述控制器使用检测到的角度和所述AoA天线组件的已知位置来相对于所述车辆定位所述便携式遥控器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述基站还包括位于所述车辆的相应的已知位置处的多个AoA天线组件，所述方法还包括:由所述多个AoA天线组件检测由所述多个AoA天线组件从所述便携式遥控器接收的无线信号的到达角；以及

由所述控制器使用检测到的角度和所述多个AoA天线组件的已知位置来相对于所述车辆定位所述便携式遥控器。

15.根据权利要求13所述的方法，其中：TM TM

所述无线信号是Bluetooth 无线信号或者Bluetooth 低功耗无线信号；以及所述便携式遥控器是电话。

16.根据权利要求13所述的方法，其中：TM TM TM

所述无线信号是Bluetooth 无线信号、Bluetooth 低功耗无线信号、Wi‑Fi 无线信号或超宽带无线信号；以及

所述便携式遥控器是电话或钥匙。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一对天线以垂直极化和水平极化中的一种操作，而所述第二对天线以垂直极化和水平极化中的另一种操作，所述方法还包括：由所述控制器在所述AoA天线组件的操作期间改变天线的配对。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：由所述控制器根据所述便携式遥控器相对于所述车辆的位置来执行所述车辆的被动进入操作和/或根据所述便携式遥控器相对于所述车辆的位置来执行所述车辆的被动启动操作。

说明书

用于被动进入被动启动基站的到达角天线组件

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2018年7月3日提交的美国临时申请号62/693,496的权益，该美国临时申请的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。

技术领域

[0003] 本公开涉及将诸如智能电话的消费者移动设备用作便携式遥控器的被动进入被动启动(PEPS)系统。

背景技术

[0004] 被动进入系统包括便携式遥控器和基站。遥控器由用户携带。基站在诸如车辆的目标处。遥控器和基站彼此进行无线通信，以用于远程控制车辆。

[0005] 由车辆的被动进入系统提供的被动进入功能包括当在车辆附近检测到遥控器(出于讨论的目的，将认为其被授权)时自动解锁车门。

[0006] 因为拥有遥控器的用户可以通过简单操纵门把手将车辆解锁，所以应当检测遥控器相对于车辆的位置。遥控器应当在解锁车辆之前接近车辆。否则，无论何时遥控器在车辆
的大致附近范围内，未被授权的用户都有可能能够将车辆解锁。

[0007] 传统地，便携式遥控器是钥匙(key fob)的形式。智能手机和诸如智能手表的其他可穿戴设备越来越多地被设置有钥匙功能，从而正在取代钥匙。

发明内容

[0008] 车辆的基站包括位于车辆周围的一个或更多个到达角(AoA)天线组件。每个天线组件的功能是检测由基站接收的无线信号从便携式遥控器发出的角度。遥控器可以是钥匙
的形式或者是便携式消费者移动设备的形式。消费者移动设备可以是智能电话(“电话”或
“手机”)、可穿戴设备计算机设备，诸如智能电话或耳塞、平板电脑等。在本文描述的示例性
实施例中，遥控器是电话。

[0009] 在操作中，基站使用检测到的角度，结合其他信息(诸如天线组件的已知位置)，相对于车辆定位电话(即，定位电话的位置)。本公开的主题包括天线组件的设计细节。这种设
计细节使得天线组件能够用作车辆的被动进入被动启动(PEPS)系统的一部分，该系统利用
电话代替钥匙作为便携式遥控器。AoA天线设计使天线组件适用于车辆，同时能够执行AoA
功能，即帮助测量接收到的无线信号的入射角。AoA天线设计还满足车辆(PEPS)系统的安装
和封装要求。

[0010] 实施例提供了车辆的基站。该基站包括到达角(AoA)天线组件和控制器。AoA天线组件位于车辆的已知位置处。AoA天线组件包括印刷电路板(PCB)的外层上的第一对天线，
以检测由AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角。控制器使用检测到的角
度和AoA天线组件的已知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。

[0011] 基站还可以包括位于车辆的相应的已知位置处的多个AoA天线组件。在这种情况下，控制器还使用由多个AoA天线组件接收的检测到的无线信号的角度和多个AoA天线组件
的已知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。

[0012] 无线信号可以是BluetoothTM无线信号或BluetoothTM低功耗(BLE)无线信号。在这种情况下，便携式遥控器可以是电话。

[0013] 无线信号可以是BluetoothTM无线信号、BluetoothTM低功耗(BLE)无线信号、Wi‑TM
Fi 无线信号或超宽带(UWB)无线信号。在这种情况下，便携式遥控器可以是电话或钥匙。

[0014] AoA天线组件还可以包括在PCB的外层上的第二对天线，以检测由AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角。在这种情况下，第一对天线包括沿着第一线彼此
间隔开的第一天线和第二天线，并且第二对天线包括沿着第二线彼此间隔开的第三天线和
第四天线，第二线与第一线间隔开并平行于第一线。第一对天线可以以垂直极化和水平极
化中的一种操作，而第二对天线可以以垂直极化和水平极化中的另一种操作。控制器可操
作用于实现天线的配对，并且用于在AoA天线组件的操作期间改变天线的配对。

[0015] 天线可以以圆极化、垂直极化或水平极化来操作。天线可以被实现为PCB迹线天线、贴片天线或不同于贴片天线的表面安装天线。天线可以在中心频率为2.4425GHz的
100MHz带宽下操作。

[0016] AoA天线组件还可以包括接地平面和多个电子部件。在这种情况下，接地平面是PCB的中间层，并且电子部件在PCB的外层上，该外层与天线所在的PCB的外层相对。电子部
件连接到天线，以使能AoA天线组件的操作。

[0017] 控制器可操作用于根据便携式遥控器相对于车辆的位置来执行车辆的被动进入操作和/或根据便携式遥控器相对于车辆的位置来执行车辆的被动启动操作。

[0018] 另一实施例提供了由车辆的基站使用的方法。基站包括AoA天线组件和控制器。AoA天线组件位于车辆的已知位置处，并且包括PCB上的第一对天线。该方法包括由控制器
检测由AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角。该方法还包括由控制器使
用检测到的角度和AoA天线组件的已知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。

[0019] 基站还可以包括位于车辆各个已知位置处的多个AoA天线组件。在这种情况下，该方法还包括：由控制器检测由多个AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角；
以及由控制器使用检测到的角度和多个AoA天线组件的已知位置来相对于车辆定位便携式
遥控器。

[0020] AoA天线组件还可以包括在PCB的外层上的第二对天线，以检测由AoA天线组件从便携式遥控器接收的无线信号的到达角，第一对天线包括沿着第一线彼此间隔开的第一天
线和第二天线，而第二对天线包括沿着第二线彼此间隔开的第三天线和第四天线，第二线
与第一线间隔开并平行于第一线。在这种情况下，该方法还包括：由控制器检测由第一对天
线从便携式遥控器接收的无线信号的到达角；由控制器检测由第二对天线从便携式遥控器
接收的无线信号的到达角；以及由控制器使用至少一个检测到的角度和AoA天线组件的已
知位置来相对于车辆定位便携式遥控器。

[0021] 第一对天线可以以垂直极化和水平极化中的一种操作，而第二对天线可以以垂直极化和水平极化中的另一种操作。在这种情况下，该方法还可以包括由控制器在AoA天线组
件的操作期间改变天线的配对。

[0022] 该方法还可以包括由控制器根据便携式遥控器相对于车辆的位置来执行车辆的被动进入操作和/或根据便携式遥控器相对于车辆的位置来执行车辆的被动启动操作。

附图说明

[0023] 图1图示了具有示例性遥控系统的车辆的示意图；

[0024] 图2图示了示例遥控系统的框图，该系统具有(i)电话形式的便携式遥控器和(ii)基站；

[0025] 图3图示了描述基站的天线组件的操作的示意图，用于检测从电话接收的信号的到达角(AoA)；

[0026] 图4A图示了AoA天线组件的顶层视图；

[0027] 图4B图示了AoA天线组件的中间层视图；以及

[0028] 图4C图示了AoA天线组件的底层视图。

具体实施方式

[0029] 本文公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅是本发明可以以各种形式和可替代的形式来体现的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大
或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应
被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式利用本发明的
代表性基础。

[0030] 现在参照图1，示出了具有示例性遥控系统12的车辆10的示意图。遥控系统12包括车辆控制器，其具有位于车辆10内的基站14。基站14包括一个或更多个收发器单元，每个收
发器单元具有与位于车辆10周围的一个或更多个天线16、18、20通信的接收器和/或发射
器。收发器单元可以与基站14分离，并且可以位于天线16、18、20周围，或者与天线16、18、20
相结合。车辆控制器被配置成操作门锁机构(未示出)，启动车辆10的点火，和/或执行与车
辆操作相关的各个其他功能。

[0031] 遥控系统12还包括便携式遥控器22。遥控器22是待由车辆10的用户携带的手持单元。通常，遥控器22是钥匙。根据本公开，遥控器22可以是智能手机(“电话”或“手机”)，或其
他消费者移动或可穿戴设备，诸如智能手表。在该示例性实施例中，遥控器22是电话。电话
22通常包括控制器24和天线26。控制器24具有收发器单元，该收发器单元具有用于发射和/
或接收信号的发射器和/或接收器。天线26被配置成向天线16、18、20发送信号和/或从天线
16、18、20接收信号。

[0032] 在遥控系统12的操作中，一个或更多个信号28、30、32可以从天线16、18、20发射以由电话22接收，和/或由天线16、18、20从电话接收。同样地，一个或更多个信号34可以从电
话22的天线26发射以由天线16、18、20接收，和/或由天线26从天线16、18、20接收。

[0033] 现在参照图2，并继续参照图1，示出了遥控系统12的框图。如上所述，遥控系统12包括电话22和基站14。基站14在车辆10处。在其他实施例中，基站14在不同于车辆的目标设
备处，诸如房屋、车库、大门、建筑物、门、照明系统等。基站14被配置成能够控制车辆10的功
能。电话22和基站14可操作用于将信号无线地发射到彼此/从彼此无线地接收信号，以使能
车辆10的遥控。

[0034] 遥控系统12被配置成执行被动进入被动启动(PEPS)功能。PEPS能力使得能够在没有电话22的用户致动的情况下自动地(或“被动地”)对车辆10进行远程控制。作为被动进入
功能的示例，响应于在车辆10附近检测到电话22(认为其被授权)，基站14解锁车门。

[0035] 如图2所显示的，电话22包括具有BluetoothTM低功耗(BLE)收发器40的通信电路。TM TM
在其他实施例中，BLE收发器40是某种其他类型的Bluetooth 收发器、Wi‑Fi 收发器、UWB
(超宽带)收发器等。如图2所示，BLE收发器40具有它自己的天线。

[0036] 如图2进一步显示的，基站14包括远程功能致动器(RFA)44。RFA44包括具有与电话22的收发器40相同类型的收发器50的通信电路。因此，收发器50是BLE收发器。在其他实施
TM TM
例中，收发器50是与电话22的收发器40一致的某种其他类型的Bluetooth 收发器、Wi‑Fi
收发器、USB收发器等。如图2所示，BLE收发器50具有它自己的天线。与BLE收发器50相关联
的天线位于车辆的相应位置处。应当注意，这些只是可能的示例。其他可能包括独立系统或
通过通信链路到RFA 44的连接。

[0037] 如图2中进一步显示的，RFA 44还包括微控制器(或控制器、处理器等)55。控制器55监测门把手检测输入54和车辆启动按钮检测输入56，以检测门把手或者车辆启动按钮的
用户致动。控制器55处理基站14的通信过程，包括控制BLE收发器50的发射和接收操作。控
制器55还被配置成控制车辆10的功能。关于这一点，控制器55可以经由诸如CAN总线57的车
辆网络与其他车辆控制器(诸如，车身控制模块(BCM)58)进行通信。

[0038] 针对PEPS能力，电话22和基站14进行一系列的发现/握手(“握手”(handshaking)”)通信和授权/认证(“授权”)通信。握手通信涉及到电话22和基站14在知道
彼此的存在的同时了解它们是相互配对的。在成功的握手通信会话之后发生的授权通信涉
及授权启用对应于检测到的用户动作的车辆功能(例如，解锁车门)。授权通信旨在验证电
话22被授权用于遥控车辆。

[0039] 握手通信涉及BLE收发器40和50之间的通信。例如，基站14的BLE收发器50通过发射BLE发现信号来发起握手通信。BLE收发器50可以响应于检测到诸如触摸门把手的用户动
作而发射BLE发现信号，或者可以周期性地发射发现信号。在发射BLE发现信号的时间期间，
当电话在基站的BLE通信范围(即，大致在附近)内时，电话22的BLE收发器从基站14接收BLE
发现信号。电话22的BLE收发器40向基站发射BLE确认信号。电话22和基站14具有彼此的标
识，并且根据电话从基站接收BLE发现信号以及基站从电话接收BLE确认信号，知道它们彼
此的存在。

[0040] 握手通信继续以BLE收发器40和50彼此通信BLE握手相关信号进行。BLE握手相关信号涉及电话22和基站14之间关于彼此检测它们是否是匹配的设备的握手过程。握手过程
利用电话22和基站14的先前在电话和基站之间传输的标识。当电话22和基站14先前已经彼
此配对时，它们是匹配的设备。如果电话22和基站14将彼此检测为匹配的设备，则握手通信
会话成功，其中电话和基站认识到它们彼此的存在并且它们是匹配的设备。

[0041] 在握手通信会话成功后，授权通信开始。授权通信可以涉及不同于BLE收发器40和50的电话22和/或基站14的发射器和/或接收器。授权通信通常包括基站14向电话22发射质
询信号(challenge signal)，而电话向基站发回应答信号。如果应答满足质询，则基站14确
定电话22被授权用于遥控车辆10，并授权启用相应的车辆功能(例如，解锁车门)。注意，质
询信号过程可以以不同的方式处理或者可以完全不存在。

[0042] 现在参照图3，继续参照图1和图2，示出了描绘基站14的天线组件60的操作的示意图，用于检测从电话22接收的信号的到达角(AoA)。天线组件60的主要功能是检测由基站14
接收的无线信号从电话22发出的角度。

[0043] 天线组件60是基站14的一部分。天线组件60被配置成从电话22接收无线通信信号。特别地，天线组件60被配置成从电话22的BLE收发器40接收BLE通信信号。这样，天线组
件60可以是与基站14的BLE收发器50相关联的天线之一。可替代地，天线组件60可以是与
BLE收发器50或其自身的BLE收发器相关联的附加天线组件。

[0044] 基站14包括位于车辆10周围的相应的位置处的多个(例如，六至八个)天线组件60。特别地，天线组件60位于车辆10周围，以在整个车辆结构上提供BLE信号接收覆盖。当
然，基站14可以包括少至仅一个天线组件60。

[0045] 如在图3中显示的，天线组件60包括第一天线62和第二天线64。天线62和64沿着第一参考线66彼此间隔开距离“d”。第二参考线67垂直于第一参考线66。在操作中，天线组件
60处于监听模式，以检测来自电话22的BLE信号。来自接近天线组件60的电话22的BLE信号
相对于天线62和64的位置具有波前68。因此，例如如图3中所显示的，接收到的BLE信号的波
前68首先入射到第一天线62上，然后入射到第二天线64上。相位差Ф是以下两项之间的差：
(i)由第一天线62接收的BLE信号的波前68的相位和(ii)由第二天线64接收的BLE信号的波
前68的相位。基于波前68何时撞击第一天线62然后何时撞击第二天线64的差，接收到的BLE
信号的到达角(AoA)“θ”可以使用如图3中描述的几何结构来确定。

[0046] 接收BLE信号的每个天线组件60检测其自身的到达角(AoA)“θ”。由于天线组件60在车辆10上的位置彼此不同，因此每个天线组件60的AoA“θ”也将不同。例如，第一天线组件
60检测θ1，第二天线组件60检测θ2，等等。控制器55结合天线组件60的已知位置分析所有检
测到的AoA“θ”，以确定电话22相对于车辆10的位置。控制器55还可以使用RSSI(接收信号强
度指示符)信息来确定电话22的位置。这种RSSI信息可以由电话22测量和提供和/或由基站
14测量和提供。

[0047] 现在参照图4A、图4B和图4C，示出了AoA天线组件60的顶层、中间层和底层视图。首先，注意的是，AoA天线组件60的“顶层”和“底层”的参考框架仅仅是一个示例，并且AoA天线
组件的定向可以是使得顶层和底层分别是底层和顶层。

[0048] 天线组件60包括印刷电路板(PCB)65。图4A图示了PCB 65的顶层69。第一天线62和第二天线64在PCB 65的顶层69上。第一天线62和第二天线64形成天线组件60的第一对天
线。天线组件60还可以包括第三天线70和第四天线72，它们形成天线组件60的第二对天线。

[0049] 天线62、64、70和72可以以圆极化操作。在这种情况下，提供第二对天线70和72以向天线组件60提供空间分集(spatial diversity)。由于第一对天线62和64沿着第一参考
线定位，而第二对天线70和72沿着通常平行于第一参考线并与第一参考线间隔开的第二参
考线定位，提供了空间分集。

[0050] 天线62、64、70和72可以以双线性或双垂直极化操作。例如，第一对天线62和64以垂直极化操作，而第二对天线70和72以水平极化操作。可替代地，第一对天线62和64以水平
极化操作，而第二对天线70和72以垂直极化操作。

[0051] 天线62、64、70、72可以是贴片天线。天线62、64、70和72可以被实现为PCB迹线、放置在PCB 65上的陶瓷贴片天线、或者某种其他SMD类型的天线。对于天线62、64、70、72，PCB
铜图案是优选的。

[0052] 图4B图示了PCB 65的中间层74。中间层74是“中间的”，因为它在PCB 65内部，在PCB 65的顶层68和底层之间。中间层74是接地平面76的形式。在其他实施例中，中间层74是
部分接地平面或者根本不是接地平面。

[0053] 图4C图示了PCB 65的底层78。电子部件80放置在PCB 65的底层76上。电子部件80连接到天线62、64、70、72，以使能天线组件60的操作。

[0054] 天线馈线未在图4A、图4B和图4C中示出。天线馈线可以通过连接的PCB迹线或耦合的PCB迹线(非接触)来实现。使用适当的馈电设计避免了馈电辐射干扰天线辐射，同时保持
适当的阻抗匹配和极化。

[0055] 天线62、64、70和72可以具有不同于图4A所示的几何设计。天线62、64、70和72为正方形/矩形配置，以节省空间和减轻RF多路径。优选地，天线62、64、70、72在中心频率为
2.4425GHz的100MHz带宽下操作。

[0056] 天线组件60可以具有四个或更多个天线，这些天线是贴片天线，并且可以以不同于所描述的方式配对。例如，作为一个示例，第一天线62和第三天线70可以彼此配对，第二
天线64和第四天线72可以彼此配对。控制器55可以控制信号处理以实现天线的配对，并且
可以在天线组件60的操作期间改变配对。

[0057] 尽管上面描述了示例性的实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。而是，在说明书中所使用的词是描述性而不是限制性的词，并且应理解，可以
在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化。另外，各种实施的实施例的特征可
被组合以形成本发明的另外的实施例。