天线组件、定位基站和单基站定位系统的制作方法

1.本实用新型涉及室内定位技术领域，特别涉及一种天线组件、定位基站和单基站定位系统。


背景技术：

2.在众多的室内定位技术领域中，蓝牙aoa(angle of arrival，到达角度定位方法)技术和uwb(ultra wide band，超带宽)-aoa技术是当前比较流行和前沿的技术。特别是uwb室内定位技术由于其定位精度高、对抗多径效果好、穿透能力强、发射信号功率谱密度低、安全性高等优点，在室内定位技术领域发展越来越好。
3.在uwb定位系统中，常用的定位方式为单基站测量到标签的距离，后台通过多个基站对于同一个标签的测距信息，解算出标签的位置，在实际的应用实施过程中相当的繁琐且不经济适用。为了解决必须架设多基站才能在一个空间定位的问题，就发展出来了aoa的单基站定位技术，而现有的单基站天线设计不足以满足使用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种天线组件，旨在实现单基站定位，优化单基站天线定位效果。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的一种天线组件，用以接收信号并将信号传递给主控制器，包括基板、天线片以及信号针，所述基板开设有至少三个通孔，三个所述通孔的中心点的连线为等边三角形，定义所述等边三角形的边长为a，所述边长a的范围为5毫米至50毫米；所述天线片设于所述基板的表面，所述天线片对应所述通孔设有过孔，以三个所述过孔的圆心所形成的边长相等的正六边形相互覆盖，形成为所述天线片的外轮廓，且所述外轮廓的至少一个尖角的顶点位于所述等边三角形的中心线上，定义所述正六边形的边长为b，所述边长b的范围为至100毫米；至少三个信号针，一所述信号针对应插接于一所述通孔，所述信号针包括针体和接收端子，所述针体的一端与所述接收端子连接，所述接收端子固定于所述通孔，定义所述针体凸出所述天线片的部分为振子段，所述振子段的长度值c的范围为3毫米至50毫米。
6.进一步地，所述通孔的孔壁设置有导电层，所述通孔还设有导电环，所述导电环靠近所述天线片的孔口处设置，所述导电环电性连接所述天线片和所述导电层。
7.进一步地，所述接收端子包括连接部和接线部，所述针体连接所述连接部，所述连接部伸入所述通孔并连接于所述孔壁，所述连接部背离所述针体的表面连接于所述接线部，所述接线部电连接所述主控制器。
8.进一步地，所述连接部设置所述振子段的端面为平面，当所述连接部伸入所述通孔时，所述端面与所述天线片的表面平齐。
9.进一步地，所述连接部包括连接筒和端子介质，所述连接筒为至少一端开口的圆柱状筒体且由导电金属制成，所述针体自所述连接筒的开口一端伸入所述连接筒内，所述
端子介质容置于所述连接筒内并包绕所述针体，所述连接筒的另一端固定于所述接线部。
10.进一步地，所述导电层为铜金属层，所述连接部锡焊连接于所述通孔。
11.进一步地，所述天线片背离所述基板的表面设有绿油圈层，所述绿油圈层分别环绕所述过孔设置。
12.进一步地，所述基板设计为直径120.87毫米，厚度3.0为毫米的圆形板。
13.可选地，所述天线片为厚度36微米的铜箔片，所述边长a取25毫米，所述边长b取45.85毫米，所述长度值c取14毫米。
14.可选地，所述信号针的直径为1.29毫米，所述通孔的孔径为6.22毫米，所述接线部采用sma规格接线头。
15.本实用新型提供一种定位基站，所述定位基站包括上述任一项所述的天线组件。
16.本实用新型还提供一种单基站定位系统，所述单基站定位系统包括一个定位基站和主控制器，所述定位基站为上述的定位基站，所述定位基站和主控制器电连接。
17.本实用新型技术方案采用三角形的天线阵列，将三个信号针呈等边三角形状安装于承载天线片的基板上，等边三角形边长为a且范围为5毫米至50毫米。三个信号针位于等边三角形的三个角点处，信号针的针体凸出天线片的部分为振子段，振子段的长度值c的范围为3毫米至50毫米。以三个角点为中心所形成的边长相等的正六边形相互覆盖，形成为天线片的外轮廓，该外轮廓的至少一个尖角的顶点位于等边三角形的中心线上，上述正六边形的边长为b且范围为至100毫米。通过上述设置，天线组件可通过三个信号针较为精确地得到三个信号的入射角，从而解算出较为精确的标签的角度方向，加上基站对标签的测距距离，即可实现单基站定位出标签在当前基站空间的精确位置。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本实用新型天线组件一实施例的结构示意图；
20.图2为图1中天线组件一实施例基板的结构示意图
21.图3为图1中天线组件一实施例天线片的结构示意图；
22.图4为本实用新型天线组件一实施例信号针的结构示意图；
23.图5为图4中天线组件一实施例信号针另一视角的结构示意图。
24.附图标号说明：
25.标号名称标号名称10基板33接收端子13通孔331连接部131导电环3311连接筒20天线片3313端子介质21绿油圈层333接线部30信号针a等边三角形边长
31针体b正六边形边长311振子段c振子段长度值
26.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
29.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
30.参照图1至图5，本实用新型提出的一种天线组件100，用以接收信号并将信号传递给主控制器，包括基板10、天线片20以及信号针30，基板10开设有至少三个通孔13，三个通孔13的中心点的连线为等边三角形，定义等边三角形的边长为a，边长a的范围为5毫米至50毫米；天线片20设于基板10的表面，天线片20对应通孔13设有过孔，以三个过孔的圆心所形成的边长相等的正六边形相互覆盖，形成为天线片20的外轮廓，且外轮廓的至少一个尖角的顶点位于等边三角形的中心线上，定义正六边形的边长为b，边长b的范围为至100毫米；至少三个信号针30，一信号针30对应插接于一通孔13，信号针30包括针体31和接收端子33，针体31的一端与接收端子33连接，接收端子33固定于通孔13，定义针体31凸出天线片20的部分为振子段311，振子段311的长度值c的范围为3毫米至50毫米。
31.在本技术的一实施例中，一天线基站采用如上述的天线组件100，定位标签从一点e向天线基站所在点f发送位置信号，天线基站通过天线组件100接收位置信号，假定从点e向点f发送位置信号的时间为t1，信号到达点f被天线组件100接收的时间为t2，两点间的距离d可由如下公式得出：
32.d＝(t
2-t1)
×c33.其中c为电磁波在定位空间所在介质中传播的速度。
34.以天线片20所在平面为参考地平面建立空间直角坐标系，将三个信号针30命名为信号针30a、信号针30b以及信号针30c，以信号针30a为中心，以信号针30a和信号针30b的连线所在的直线为x轴，位于参考地平面内与x轴垂直的y轴，以及穿过信号针30a垂直于参考地平面的z轴建立坐标系。信号针30a具备接收和发射功能，信号针30b和信号针30c具备接收功能，定位标签发出的信号被三个信号针30所接收，根据到达时间差算法，可得到定位标签在定位空间中的到达角数据，定位系统在已知到达角和距离数据后可根据几何算法确定
定位标签在定位空间中相对定位基站的位置。
35.参照图1至图3，在本技术的一实施例中，天线片20和信号针30均采用金属铜制成，具有良好的导电能力，性价比较高。天线片20的外轮廓由上述方案中三个正六边形重叠而成图形的外轮廓线确定，信号针30位于每个正六边形的中心，正六边形的设计空间利用率高，使得每个信号针30周围的辐射环境完美对称且信号均匀，改善回波损耗，使定位结果更加精准。
36.本实用新型技术方案通过采用三角形的天线阵列，将三个信号针30呈等边三角形状安装于承载天线片20的基板10上，等边三角形边长为a且范围为5毫米至50毫米。三个信号针30位于等边三角形的三个角点处，信号针30的针体31凸出天线片20的部分为振子段311，振子段311的长度值c的范围为3毫米至50毫米。以三个角点为中心所形成的边长相等的正六边形相互覆盖，形成为天线片20的外轮廓，该外轮廓的至少一个尖角的顶点位于等边三角形的中心线上，上述正六边形的边长为b且范围为至100毫米，保证正六边形可以相互重叠形成完整的天线片20。通过上述设置，天线组件100可通过三个信号针30较为精确地得到三个信号的入射角，从而解算出较为精确的标签的角度方向，加上基站对标签的测距距离，即可实现单基站定位出标签在当前基站空间的精确位置，相对于传统使用多基站定位，提高工作效率并可以节省工作成本。
37.进一步地，参照图2，通孔13的孔壁设置有导电层，通孔13还设有导电环，导电环靠近天线片20的孔口处设置，导电环电性连接天线片20和导电层。天线片20通过设置在孔口的导电环连接孔壁的导电层实现信号的传输。
38.参照图4和图5，在本技术的一实施例中，接收端子33包括连接部331和接线部333，针体31连接连接部331，连接部331伸入通孔13并连接于孔壁，连接部331背离针体31的表面连接于接线部333，接线部333电连接主控制器。连接部331用于伸入通孔13，将信号针30连接于基板10，针体31连接于连接部331，当针体31接收到信号时，信号通过连接部331传入接收部，经由接收部传输至主控制器。
39.进一步地，参照图5，连接部331设置振子段311的端面为平面，当连接部331伸入通孔13时，端面与天线片20的表面平齐。振子段311的末端固定于连接部331，当安装完成时，连接部331伸入通孔13，端面与天线片20的表面平齐以保证振子段311完全伸出天线片20，设置该基准有利于天线组件100的结构更加精准，以配合得到更准确的定位信息。
40.再一次参照图4，在本技术的一实施例中，连接部331包括连接筒3311和端子介质3313，连接筒3311为至少一端开口的圆柱状筒体且由导电金属制成，针体31自连接筒3311的开口一端伸入连接筒3311内，端子介质3313容置于连接筒3311内并包绕针体31，连接筒3311的另一端固定于接线部333。连接部331与孔壁导电层连接的部分为圆筒体，圆筒的外径略小于通孔13的内径，保证连接稳固和信号传输的稳定。
41.进一步地，参照图1，导电层为铜金属层，连接部331锡焊连接于通孔13。天线片20背离基板10的表面设有绿油圈层，绿油圈层分别环绕过孔设置。铜金属层配合上述铜质导电环和铜质天线片20，具有较好的导电能力并具有较好的一致性，过孔周围设绿油圈层，防止在焊锡时，锡液流出损伤天线片20，影响结构性能。
42.在本技术的一实施例中，基板10设计为直径120.87毫米，厚度3.0为毫米的圆形板。天线片20为厚度36微米的铜箔片，边长a取25毫米，边长b取45.85毫米，长度值c取14毫
米，基板10略大于天线片20，空间利用率良好。信号针30的直径为1.29毫米，通孔13的孔径为6.22毫米，接线部333采用sma规格接线头。在工作频点为4ghz时，分别将信号针30接入矢量网络分析仪器，可得三枚信号针30的回波损耗值：
43.端口1为-5.5547db；端口2为：-5.4902db；端口3为：-5.0511db。
44.可见三个端口的回波损耗值非常接近，一致性较好，此天线结构基本满足了定位系统中对于天线电信号性能的要求。本实施例只是列举该天线结构在4ghz的工作频点具有较好的工作状态，该天线结构的有效工作频点范围远不限于此。
45.本实用新型还提出一种定位基站，该定位基站包括天线组件100，该天线组件100的具体结构参照上述实施例。
46.本实用新型还提出一种单基站定位系统，所述单基站定位系统包括一个定位基站和主控制器，所述定位基站为上述的定位基站，所述定位基站和主控制器电连接，并采用上述任意一项实施例或其他有效方法通过上述天线组件100解算空间位置。由于本单基站定位系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
47.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。