CN217182422U - 一种圆极化天线阵列、天线切换控制设备及天线设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种圆极化天线阵列，包括：若干圆极化天线，每三个相邻圆极化天线构成三角形，所有圆极化天线排列成蜂窝状结构，相邻圆极化天线之间的间距小于工作波长的二分之一。本实用新型还涉及天线切换控制设备及天线设备。本实用新型能够接收任意极化方向的来波，避免了接收不到信号的情况发生，能够保证在各个方向收到信号的相位值准确可靠且在各个方向上天线性能无差异，同时在多径、同频干扰的环境中也能很好的工作。天线控制板控制天线板上各圆极化天线的切换，同时天线板上的无线信号通过射频线路传输到天线控制板的射频口上，天线控制板将采样数据传输到计算服务器，最终算得AOA结果。

Description

一种圆极化天线阵列、天线切换控制设备及天线设备

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种圆极化天线阵列、天线切换控制设备及天线设备。

背景技术

在移动互联网时代，越来越多的市场应用依靠位置信息来提供服务，比如：室内导航、资产管理、公共安全等。但是，室外定位的GPS卫星信号无法在室内有效工作，为了能够提供室内定位服务，现在市场上采用了其他一些技术方案，比如:蓝牙信号强度(RSSI)定位,超宽带定位等。但上述的解决方案都有一个或多个问题，限制了它们被广泛地采用。比如：蓝牙信号强度定位技术虽然成本低，普及率高，但定位精度差，受环境影响大，尤其在室内环境下，家具、墙壁等障碍物的存在导致RSSI测量值变化幅度很大，而且每个蓝牙信标设备能覆盖的范围有限，需要在被定位设备上安装专门的软件综合每个蓝牙信标的信号强度得出位置信息，用户有感知且不易部署；超宽带定位技术可提供准确的定位功能，但要在信号端和被定位设备端同时安装配套的硬件，不适合智能手机这种大众应用。

一种新的方向感知技术逐渐引起大家的注意，通过截获无线通信信号，从而评估出该信号的到达方向。这个到达方向一般称之为到达角度(AOA)，AOA信息在方向感知和三角定位方面有非常重要的作用。但是评估出准确的AOA信息需要天线端保证在各个方向收到信号的相位值准确可靠且在各个方向上天线性能无差异，同时在多径、同频干扰的环境中也能很好的工作。

实用新型内容

为了实现根据本实用新型的上述目的和其他优点，本实用新型的第一目的是提供一种圆极化天线阵列，包括：若干圆极化天线，每三个相邻所述圆极化天线构成三角形，所有所述圆极化天线排列成蜂窝状结构。

进一步地，相邻所述圆极化天线之间的间距小于工作波长的二分之一，所述圆极化天线包括辐射部、反射部、馈电部、基板，所述辐射部和所述反射部设置在所述基板上，所述辐射部和所述反射部通过所述馈电部连接。

进一步地，所述辐射部和所述反射部位于所述基板的两侧。

进一步地，所述辐射部和所述反射部之间通过馈电部贯穿所述基板进行连接。

进一步地，所述辐射部上设有切角。

进一步地，所述辐射部为矩形。

进一步地，所述切角的数量为2，两个所述切角位于所述辐射部的对角上。

本实用新型的第二目的是提供一种天线切换控制设备，包括：若干第一射频开关、第二射频开关，所述第一射频开关通过射频线路与所述的圆极化天线阵列中的若干圆极化天线连接，所述第一射频开关通过射频线路与所述第二射频开关连接，所述第二射频开关与天线控制板的射频口连接。

进一步地，所述天线控制板的射频口采用通用输入输出口。

本实用新型的第三目的是提供一种天线设备，包括所述的圆极化天线阵列、天线控制板、所述的天线切换控制设备，所述圆极化天线阵列印刷在天线板上，所述天线控制板通过所述天线切换控制设备与所述天线板上的圆极化天线阵列连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型根据圆极化天线的特点以及定位角度范围、抗干扰的要求，设计了一种圆极化天线阵列，能够接收任意极化方向的来波，避免了接收不到信号的情况发生，能够保证在各个方向收到信号的相位值准确可靠且在各个方向上天线性能无差异，同时在多径、同频干扰的环境中也能很好的工作，满足了天线的使用需求。本实用新型涉及一种天线切换控制设备及天线设备，天线控制板产生GPIO信号控制天线板上各圆极化天线的切换，同时天线板上的无线信号通过射频线路传输到天线控制板的射频口上，天线控制板将采样数据传输到计算服务器，最终算得AOA结果。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为实施例1中12圆极化天线阵列排布示意图一；

图2为实施例1中12圆极化天线阵列排布示意图二；

图3为实施例1中每三个相邻天线构成的三角形示意图；

图4为圆极化天线示意图；

图5为实施例1中10圆极化天线阵列排布示意图；

图6为实施例1中7圆极化天线阵列排布示意图；

图7为实施例1中6圆极化天线阵列排布示意图；

图8为天线设备示意图；

图9为天线控制板与天线切换控制设备连接示意图。

图中：1、辐射部；2、反射部；3、馈电部；4、切角；5、基板。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本实用新型根据圆极化天线的特点以及定位角度范围、抗干扰的要求，设计了一种圆极化天线阵列，区别以往阵元水平或垂直排布，本实用新型中的阵元采用三角密集排布方式。根据AOA定位原理，阵元间间距要小于工作波长的1/2，若阵元间间距大于工作波长1/2，则天线之间的相位差值就会有二义性。

实施例1

一种圆极化天线阵列，包括：若干圆极化天线，每三个相邻圆极化天线构成三角形，所有圆极化天线排列成蜂窝状结构，相邻所述圆极化天线之间的间距小于工作波长的二分之一。由此该圆极化天线阵列能够接收任意极化方向的来波，避免了接收不到信号的情况发生，满足了天线的使用需求。

如图1所示为一种常规的12圆极化天线阵列，各圆极化天线之间距离相等设为d，从图2可以看出间距满足小于工作波长1/2的圆极化天线对有12对。若保持阵元数不变，阵元间距小于工作波长1/2的阵元对数越多，则大于工作波长1/2的阵元对数就越少，各个天线相位值的相互关系就越紧密，这样得出的AOA角度值就越可靠，抗多径和抗干扰的效果就越好。

如图2所示，采用三角密集排布方式，保持12个阵元不变，但是间距满足小于工作波长1/2的阵元对有24对，是图2排布方式的两倍，以此类推还可产生如下3种阵元排布如图5、图6、图7所示，分别对应10天线阵列、7天线阵列、6天线阵列。实际使用时根据定位的精度和天线大小的要求决定天线数量的选择。按照此方式排布天线阵元数不限于最大12个。同时，如图3所示，每三个相邻天线构成的三角形不限于等边三角形，可根据实际需要缩小或放大某条边的长度，如图3中，距离d1、d2、d3均不相等，但都小于工作波长的1/2。

如图4所示，圆极化天线包括辐射部1、反射部2、馈电部3、基板5，辐射部1和反射部2设置在基板5上，辐射部1和反射部2通过馈电部3连接。

具体地，辐射部1和反射部2位于基板5的两侧，辐射部1和反射部2之间通过馈电部3贯穿基板5进行连接。实现对天线阵列进行馈电的效果。

在一实施例中，辐射部1为矩形，辐射部1上设有切角4。具体地，切角4的数量为2，两个切角4位于辐射部1的对角上。实现天线的圆极化性能。

实施例2

一种天线切换控制设备，包括：若干第一射频开关、第二射频开关，第一射频开关通过射频线路与的圆极化天线阵列中的若干圆极化天线连接，第一射频开关通过射频线路与第二射频开关连接，第二射频开关与天线控制板的射频口连接。具体地，天线控制板的射频口采用通用输入输出口。

如图8所示，以12天线阵列为例，第一射频开关包括SP4T Switch2、SP4TSwitch3、SP4T Switch4，SP4T Switch2、SP4T Switch3、SP4T Switch4均为1切4射频开关，第二射频开关为SP4T Switch1，SP4T Switch1为1切3射频开关。每个阵元通过射频线路连接到外围三个1切4射频开关，然后外围三个射频开关通过射频线路连接到中心的1切3射频开关。如图9所示，天线控制板通过GPIO控制每个射频开关相连的射频线路的通断。

实施例3

一种天线设备，包括圆极化天线阵列、天线控制板、天线切换控制设备，圆极化天线阵列印刷在天线板上，天线控制板通过天线切换控制设备与天线板上的圆极化天线阵列连接。

如图8、图9所示，以12天线阵列为例，将圆极化天线阵列印刷到天线板上，然后将匹配的电子元器件焊接到天线板上。天线控制板通过上述的天线切换控制设备连接天线板，天线控制板产生GPIO信号控制天线板上各天线阵元的切换，同时天线板上的无线信号通过射频线路传输到天线控制板的射频口上。将被定位端置于天线下方，当定位信号到达天线板时，天线控制板开始切换天线阵元，每切换一次做一次或多次采样。天线控制板将采样数据传输到计算服务器，最终算得AOA结果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例。

Claims (10)

1.一种圆极化天线阵列，其特征在于，包括：若干圆极化天线，每三个相邻所述圆极化天线构成三角形，所有所述圆极化天线排列成蜂窝状结构，相邻所述圆极化天线之间的间距小于工作波长的二分之一。

2.根据权利要求1所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述圆极化天线包括辐射部、反射部、馈电部、基板，所述辐射部和所述反射部设置在所述基板上，所述辐射部和所述反射部通过所述馈电部连接。

3.根据权利要求2所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述辐射部和所述反射部位于所述基板的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述辐射部和所述反射部之间通过馈电部贯穿所述基板进行连接。

5.根据权利要求2所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述辐射部上设有切角。

6.根据权利要求5所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述辐射部为矩形。

7.根据权利要求6所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于：所述切角的数量为2，两个所述切角位于所述辐射部的对角上。

8.一种天线切换控制设备，其特征在于，包括：若干第一射频开关、第二射频开关，所述第一射频开关通过射频线路与如权利要求1-7任意一项所述的圆极化天线阵列中的若干圆极化天线连接，所述第一射频开关通过射频线路与所述第二射频开关连接，所述第二射频开关与天线控制板的射频口连接。

9.根据权利要求8所述的一种天线切换控制设备，其特征在于：所述天线控制板的射频口采用通用输入输出口。

10.一种天线设备，其特征在于：包括如权利要求1-7任意一项所述的圆极化天线阵列、天线控制板、如权利要求8-9任意一项所述的天线切换控制设备，所述圆极化天线阵列印刷在天线板上，所述天线控制板通过所述天线切换控制设备与所述天线板上的圆极化天线阵列连接。

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