CN106921040A - 发射方向可控的双定向天线Beacon设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备、系统及方法，所述的设备包括两个Beacon发射模块、金属定向屏蔽体和定向天线隔离片，Beacon发射模块包括天线，金属定向屏蔽体设置两个定向开口，两个Beacon发射模块设置在所述定向天线隔离片的两侧且两个Beacon发射模块的天线装配面分别朝向所述金属定向屏蔽体的相应定向开口；所述系统包括Beacon信号定向发射端和Beacon信号定向接收端；所述的方法通过金属定向屏蔽体来调节Beacon信号的发射，通过Beacon接收设备实现多方位接收。本发明解决了信号覆盖区域重叠而出现的互相干扰的问题，显著提高了信号识别度。

Description

发射方向可控的双定向天线Beacon设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及蓝牙通信领域，具体是一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备、系统及方法。

背景技术

普通Beacon是建立在低功耗蓝牙协议基础上的一种广播协议，同时它也是拥有这个协议的一款低功耗蓝牙设备（从机）。作为一种Beacon设备，它通常是放在室内或室外的某个固定位置，借此向周围进行连续性广播。但是常规Beacon的天线是非定向的，以Beacon布置点为中心，以圆形区域或扇形区域的形式覆盖周围空间。这样的设计在某些特定的应用场景存在多个不同节点的信号覆盖范围重叠区域非常大，容易造成互相干扰导致误报、漏报、错报等的问题。

公开号为CN106127890A的中国专利公开了一种蓝牙门禁设备、蓝牙终端、蓝牙门禁管理系统及方法。该蓝牙门禁管理方法包括：扫描蓝牙门禁设备轮流发出的普通蓝牙广播消息和Beacon广播消息；对扫描到的Beacon广播消息进行解析，并判断解析出的标识信息是否被特定APP订阅；若被所述特定APP订阅，则唤醒所述特定APP，以对扫描到的普通蓝牙广播消息进行解析，并根据解析出的门禁MAC地址向相应蓝牙门禁设备发送开门控制信息。实施本发明的技术方案，不需要用户将IC卡与门禁设备接触，也不需要触发APP上的相应按键，因此，能实现无障碍通行，对于双手提重物或抱小孩的用户尤为方便。该专利与本发明处于相同的技术领域，但是其与本发明要解决的问题不同。

公开号为CN105554694A的中国专利公开了一种利用蓝牙Beacon广播控制蓝牙智能设备的方法，包括下述步骤：S1，终端搜索蓝牙智能设备，发送Beacon配对广播；S2，蓝牙智能设备判断收到的广播包是否为Beacon广播；若是则进行步骤S3，若否则发送默认Beacon广播；S3，蓝牙智能设备判断收到的是否是一个Beacon配对广播；若是，则进行步骤S4，若否则发送默认Beacon广播；S4，蓝牙智能设备发送特殊Beacon配对广播；S5，终端根据接收的广播包，判断是否是蓝牙智能设备发出的特殊Beacon配对广播；若是则进行步骤S6；S6，终端解析特殊Beacon配对广播，将配对码提取出来并保存；S7，终端发送带有配对码的Beacon控制广播。本发明实现了对蓝牙智能设备的快速简单控制。该专利所述的蓝牙Beacon广播在特定的应用场景下容易出现信号重叠干扰，存在误报、漏报、错报等问题。

公开号为CN104617989A的中国专利公开了一种基于蓝牙Beacon改变终端工作模式的方法和终端，该方法步骤包括：移动终端在发现进入蓝牙信标Beacon信号覆盖范围时，与蓝牙信标建立连接；移动终端通过连接接收蓝牙信标的工作模式信息；移动终端根据工作模式信息调整移动终端、附属设备、或移动终端与附属设备之间协作的工作模式。通过上述方式，本发明能够直接调整移动终端、附属设备、或移动终端与附属设备之间协作的工作模式，不需要在终端进行繁琐操作设置，简化了操作。该专利所述的蓝牙信标Beacon信号覆盖范围在多个信标Beacon同时使用时，容易出现发射信号重叠干扰的问题。

目前一种应用于学校门口考勤打卡的Beacon通信方案如图1所示，采用Beacon与校园卡广播扫描结合的方式，在学校门口内外区域分别布置Beacon热点，在学生卡中配置BLE模块。当佩戴学生卡的同学在进出校门的时候，如果采用普通Beacon布置方案，容易发生校内Beacon布置点与校外Beacon布置点信号覆盖重叠，使用校园卡广播扫描通常会同时扫描到校内与校外的Beacon ID号而导致误判学生进出校园的错误考勤记录。

综上，现有的Beacon通信方案不能解决在特定应用场景下出现的不同Beacon设备覆盖范围重叠交叉区域过大而造成的严重信号干扰问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备、系统及方法，以至少达到解决多个Beacon设备同时使用的时信号出现重叠引发干扰的问题，防止出现信息误报、漏报和错报等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备，它包括两个Beacon发射模块、金属定向屏蔽体和定向天线隔离片，所述的Beacon发射模块包括天线，所述的金属定向屏蔽体设置两个定向开口，所述两个Beacon发射模块和定向天线隔离片设置在所述金属定向屏蔽体内部，定向天线隔离片将金属定向屏蔽体分隔成两个空间，两个Beacon发射模块分别设置在定向天线隔离片的两侧，所述两个Beacon发射模块的天线装配面分别朝向所述金属定向屏蔽体的相应定向开口，天线发射信号在所述金属定向屏蔽体内传输并且能够使发射信号从所述定向开口发送出去，所述定向天线隔离片用于避免天线发射信号发生串扰。

所述的金属定向屏蔽体为非透波金属定向屏蔽体，能够根据天线信号覆盖范围调整所述定向开口的大小和形状，根据实际调测的需要进行尺寸参数的设定用于满足不同应用场景和信号覆盖范围的需要。

所述的金属定向屏蔽体为圆筒形或漏斗形。

所述的天线为板载天线或外置天线。

发射方向可控的双定向天线Beacon系统，它包括如权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备和Beacon接收设备，所述的Beacon接收装置能够无干扰地接收所述Beacon发射模块发出的定向信号。

所述的Beacon接收设备布置在Beacon发射模块发出的定向信号覆盖范围内。

所述的定向信号能够根据实际需要在三维空间内实现发射和接收。

发射方向可控的Beacon信号发射方法，它包括以下步骤：

S1：Beacon发射设备定向发射Beacon信号；

S2：Beacon接收设备在定向Beacon信号覆盖范围内接收Beacon发射设备发射的定向信号。

所述的定向发射通过调节金属定向屏蔽体的结构和定向开口来调节Beacon信号的发射方向；设置多个Beacon设备，用于控制不同场景Beacon信号的发射方向。

本发明的有益效果是：本发明的双定向天线Beacon设备采用背向放置的Beacon发射模块布局，并结合金属定向屏蔽体的设计实现天线信号的定向发射，使不同Beacon发射模块在同一位置的不同方向发出广播信号，金属定向屏蔽体对发射信号的隔离传输避免了二个Beacon同位置布置时出现的天线发射信号因信号覆盖区域重叠而出现的互相干扰的缺陷，定向天线隔离片防止Beacon发射模块发生信号窜扰，每个Beacon发射模块的发射方向是可调可控的，不同Beacon发射模块之间可以实现无重叠交叉信号区域覆盖，例如可以布置至少三个Beacon发射模块和相应的定向天线隔离片、金属定向屏蔽体，用以满足不同的应用场景对Beacon信号发射方向的需要；本发明的双定向天线Beacon系统在Beacon信号的发射端和接收端采用本发明的发射方向可控的Beacon设备进行位置布局，满足三维空间内任意位置的Beacon信号无干扰发射和无干扰接收；本发明的方法可以通过调节金属定向屏蔽体的结构和开口来调节发射方向，也可以通过Beacon发射模块与定向金属屏蔽体、定向天线隔离片的布局来调节发射方向。本发明解决了Beacon设备信号覆盖区域重叠而出现的互相干扰的问题，显著提高了Beacon信号识别度。

附图说明

图1为一种现有的学校门禁考勤打卡全向天线Beacon方案示意图；

图2为本发明的金属定向屏蔽体和定向天线隔离片的布局示意图；

图3为本发明的双定向天线Beacon设备结构示意图；

图4为本发明的双定向天线Beacon工作原理图；

图5为本发明的双定向天线beacon设备工作示意图；

图6为本发明的金属定向屏蔽体结构示意图；

图7为本发明的双定向天线Beacon系统应用示意图；

图8为应用了本发明的双定向天线Beacon方案学校门禁考勤打卡示意图；

图中，101-第一定向天线开口，102-定向天线隔离片，103-第三定向天线开口，104-金属定向屏蔽体，201-第一Beacon发射模块，202-第二Beacon发射模块。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备，它包括两个Beacon发射模块、金属定向屏蔽体和定向天线隔离片，所述的Beacon发射模块包括天线，所述的金属定向屏蔽体设置两个定向开口，所述两个Beacon发射模块和定向天线隔离片设置在所述金属定向屏蔽体，定向天线隔离片将金属定向屏蔽体分隔成两个空间，两个Beacon发射模块分别设置在定向天线隔离片的两侧，所述两个Beacon发射模块的天线装配面分别朝向所述金属定向屏蔽体的相应定向开口，天线发射信号在所述金属定向屏蔽体内传输并且能够使发射信号从所述定向开口发送出去，所述定向天线隔离片用于避免天线发射信号发生串扰。如图2，3所示，第一Beacon发射模块201和第二Beacon发射模块202采用背靠背布局设计，中间以定向天线隔离片102分隔开，定向天线隔离片102为射频信号屏蔽挡板，能够避免信号串扰。第一Beacon发射模块201的天线装配面朝向第一定向天线开口101，第二Beacon发射模块202的天线装配面朝向第二定向天线开口201，定向天线开口分别为不同Beacon发射模块的天线信号发射提供出口，Beacon发射信号沿金属定向屏蔽体104传输，金属定向屏蔽体104采用非透波金属材料加工制作，可以根据天线信号覆盖范围试验调整开口的大小与形状实现对Beacon发射模块的发射信号的隔离传输，信号互相干扰因金属定向屏蔽体104的筒体隔离作用而明显减少，Beacon信号从两个定向天线开口方向发送出去。如图4，5所示，虚线示意图为天线信号传导覆盖区域，在第一定向天线开口101和第二定向天线开口102方向会有局部微弱信号的交叉干扰，经过信号屏蔽隔离后在非传导区域信号干扰衰减明显，不仅可以起到双定向天线传输的效果，而且避免了发射信号覆盖区域的重叠。

所述的金属定向屏蔽体采用非透波金属材料制作，能够根据天线信号覆盖范围调整所述定向开口的大小和形状，根据实际调测的需要进行尺寸参数的设定用于满足不同应用场景和信号覆盖范围的需要。

所述的金属定向屏蔽体为圆筒形或漏斗形。

所述的天线为板载天线或外置天线。应用内置天线可以减小设备体积，而外置天线可以扩大信号传输距离。

首先将定向天线隔离片102安装在圆筒形金属定向屏蔽体104内，再将第一Beacon发射模块201、第二Beacon发射模块202紧贴在定向天线隔离片102的两侧，第一Beacon发射模块201、第二Beacon发射模块202的天线装配面分别朝向相应的定向天线开口，避免影响天线信号传输损耗而降低传输指标。

发射方向可控的双定向天线Beacon系统，它包括如权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备和Beacon接收装置，所述的Beacon接收装置能够无干扰地接收所述Beacon发射模块发出的定向信号。

所述的Beacon接收装置布置在Beacon发射模块发出的定向信号覆盖范围内。如图7所示，在双向天线信号辐射场景中，本发明的双定向天线Beacon系统可以根据实际情况的需要进行位置布局，在定向信号的覆盖范围且没有重叠交叉的区域内进行信号接收，显著提高了信号识别度。

所述的定向信号能够根据实际需要在三维空间内实现发射和接收，例如在类似三通管道的金属定向屏蔽体内设置Beacon发射模块和相应的定向天线隔离片，实现特定方向的信号覆盖区域分布。

发射方向可控的Beacon信号发射方法，它包括以下步骤：

S1：Beacon发射设备定向发射Beacon信号；

S2：Beacon接收设备在定向Beacon信号覆盖范围内接收Beacon发射设备发射的定向信号。

所述的定向发射通过调节金属定向屏蔽体的结构和定向开口来调节Beacon信号的发射方向；设置多个Beacon发射模块以及相应的定向天线隔离片、定向金属屏蔽体，用于控制不同场景Beacon信号的发射方向。如图6所示，本发明提供一种应用于学校门禁考勤打卡系统的金属定向屏蔽体实施例参数，其中定向金属屏蔽体采用非透波金属材料的空心圆筒，圆筒的内径为40cm，外径为42cm，圆筒以定向天线隔离片为中心两端对称，其中一端长99cm，另一端长99cm，可以满足在学校等门禁系统中需要双定向天线辐射Beacon信号的场景应用需求。

如图8所示，作为应用本发明的实施例之一，解决在背景技术中所提到的现有的一种应用于学校门口考勤打卡的Beacon通信方案的错报、误报问题，在智慧校园卡的BLE考勤打卡方案中采用Beacon与校园卡广播扫描方式，在此特定场景下需要在学校门口内外区域布置Beacon热点，早上上学时当佩戴学生卡的同学由门外经过校门进入学校或者放学时同学由校内经过校门走出校外的情况下，采用普通Beacon布置时存在校内布置Beacon与校外布置Beacon信号覆盖重叠，通常同时扫到校内与校外的Beacon ID号而容易导致误判学生进出校园的错误考勤记录。针对存在Beacon信号交叠区域的情况，校内Beacon和校外Beacon在重叠区域同时接收到广播信号，容易受到干扰而造成误判和错判，而采用本发明的双定向天线Beacon方案则可以避免以上存在的信号干扰问题，应用了本发明的结果是基本无Beacon信号交叠区域，校内Beacon和校外Beacon基本单向广播和扫描，校内Beacon和校外Beacon信号基本无干扰。

经过效果对比，本发明的双定向天线在校园卡学校门禁系统打卡考勤应用中可以有效避免校内Beacon与校外Beacon信号交叉覆盖导致的干扰、误判和误打卡问题，消除信号交叉干扰，显著提高校园卡识别准确度，达到了非常好的应用效果。

可以将本发明应用到其他领域的信号发射点方向控制技术中，解决天线发射信号出现重叠的问题。

以上内容仅描述了本发明的基本原理和主要特点。本行业的技术人员应该了解到，在不脱离本发明所附权利要求书所限定的精神和范围内，从形式上和细节上对本发明所做出的变化，均在本发明权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种发射方向可控的双定向天线Beacon设备，其特征在于：它包括两个Beacon发射模块、金属定向屏蔽体和定向天线隔离片，所述的Beacon发射模块包括天线，所述的金属定向屏蔽体设置两个定向开口，所述两个Beacon发射模块和定向天线隔离片设置在所述金属定向屏蔽体内部，定向天线隔离片将金属定向屏蔽体分隔成两个空间，两个Beacon发射模块分别设置在定向天线隔离片的两侧，所述两个Beacon发射模块的天线装配面分别朝向所述金属定向屏蔽体的相应定向开口，天线发射信号在所述金属定向屏蔽体内传输并且能够使发射信号从所述定向开口发送出去，所述定向天线隔离片用于避免天线发射信号发生串扰。

2.根据权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备，其特征在于：所述的金属定向屏蔽体为非透波金属定向屏蔽体，能够根据天线信号覆盖范围调整所述定向开口的大小和形状，根据实际调测的需要进行尺寸参数的设定用于满足不同应用场景和信号覆盖范围的需要。

3.根据权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备，其特征在于：所述的金属定向屏蔽体为圆筒形或漏斗形。

4.根据权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备，其特征在于：所述的天线为板载天线或外置天线。

5.发射方向可控的双定向天线Beacon系统，其特征在于：它包括如权利要求1所述的发射方向可控的双定向天线Beacon设备和Beacon接收装置，所述的Beacon接收装置能够无干扰地接收所述Beacon发射模块发出的定向信号。

6.根据权利要求5所述的发射方向可控的双定向天线Beacon系统，其特征在于：所述的Beacon接收设备布置在Beacon发射模块发出的定向信号覆盖范围内。

7.根据权利要求5和6所述的发射方向可控的双定向天线Beacon系统，其特征在于：所述的定向信号能够根据实际需要在三维空间内实现发射和接收。

8.发射方向可控的Beacon信号发射方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1：Beacon发射设备定向发射Beacon信号；

S2：Beacon接收设备在定向Beacon信号覆盖范围内接收Beacon发射设备发射的定向信号。

9.如权利要求8所述的发射方向可控的Beacon信号发射方法，其特征在于：所述的定向发射通过调节金属定向屏蔽体的结构和定向开口来调节Beacon信号的发射方向；设置多个Beacon设备，用于控制不同场景Beacon信号的发射方向。