一种UWB定位的智能穿戴天线的制作方法

一种uwb定位的智能穿戴天线
技术领域
1.本实用新型涉及定位手表智能穿戴线技术领域，具体来说是一种uwb定位的智能穿戴天线。


背景技术：

2.uwb是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。uwb定位能够提供精准的定位精度，而且具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高等优点，可以被应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪和导航。相比于wifi和蓝牙定位技术，在定位精度上uwb为厘米级，蓝牙为厘米～米级，wifi为米级。从抗干扰和抗多径方面来说，uwb定位要明显优于其它两种室内定位技术。而携带uwb定位方式的智能穿戴可以应用于老人，小孩精准定位等用途。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种uwb双重定位的手表天线及智能穿戴，实现全方位定位。
4.为了实现上述目的，设计一种uwb定位的智能穿戴天线，包括设置在主机壳的天线支架框，所述天线支架框从上向下扣在主机壳上，天线印刷在所述天线支架框的边缘外周。
5.优选的:天线包括第一天线、第二天线和第三天线，所述第二天线印刷在天线支架框的边缘；所述第一天线印刷在天线智能穿戴表带上；所述第三天线印刷在天线支架框另一端的边缘；所述天线支架边框设有金属化通孔与智能穿戴的主板连接作为天线单元的辐射地。
6.优选的:所述天线支架框贯穿智能穿戴机器，并使得天线支架框左右两端露出智能穿戴机器，所述天线支架框的左右两端分别设有接地点和馈电点。
7.优选的：第二天线和第三天线分布在智能穿戴带子上，两组天线由智能穿戴机器隔开。
8.本实用新型同现有技术相比，其优点在于：
9.1.手表天线在传统的手表天线基础上，增加了uwb天线，配合uwb芯片可实现室内精准定位，弥补了gps天线室内定位精度差的缺点；
10.2.uwb天线在原来的天线支架框的边缘沿用pds工艺，在结构上并没有增加天线的尺寸，另外uwb芯片尺寸较小，放置在主机壳内部也不占用空间。
附图说明
11.图1为典型只能穿戴—手表结构俯视图；
12.图2为天线支架上定位天线分布示意图；
13.图3为uwb天线结构展开等效示意图；
14.图4为uwb定位原理图；
15.图5为toa定位原理图；
16.图中：1.表带；2.主机壳；3.天线支架边框；4.第一天线；5.第二天线；6.第三天线；4-1.第一馈电点；4-2第一接地点；5-1.第二馈电点；5-2第二接地点；6-1.第三馈电点；6-2第三接地点。
具体实施方式
17.下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.参见图1图2图3:图1中示出了本发明的一种典型的智能穿戴，依手表为例的结构俯视图，主机壳形状可以是长方形或圆形，本发明不对智能穿戴主机壳进行限定。
19.所述天线4、5和6使用pds工艺印刷在天线支架b塑料壳的边缘，所述天线支架边框b设置有金属化通孔与智能穿戴的主板连接作为天线单元的辐射地。天线为loop天线形式设计均采用pds工艺分布在只能穿戴设备带上。馈电点4-1、5-1和6-1，接地点4-2、5-2和6-2，分别通过支架上的金属化通孔与pcb板上的rf端和接地端相连。适当的调整对应馈电点和接地点之间的间距，可实现良好的匹配效果。
20.uwb天线由三组天线单元组成，线宽约1mm左右。长度适当，工作频率在6ghz-9ghz之间。4-1、5-1和6-1；4-2、5-2和6-2分别是馈电端和接地端，同样也是通过支架上的金属化通孔与pcb板上的rf模块和接地端电连接。调整上述两段的距离可以在6～9ghz之间实现良好的匹配效果。由于支架空间有限，uwb两两天线之间间距比较近，会产生比较严重的互耦现象，为了解决耦合的问题，第二天线和第三天线宽约1mm左右，分布在智能穿戴带子上，两只天线由智能穿戴机器隔开,从而降低了两天线间的互耦，提高了隔离度。
21.图4为uwb定位原理示意图。uwb定位常用aoa、toa、tdoa等如下是采用toa的定位原理。toa定位到达时间定位法。通过智能穿戴终端给基站发射脉冲信号，计算出发到返回的时间，乘以传播速度，得到往返一次的距离，除以二即为手表终端到定位基站的距离，uwb定位基站的坐标已知，测得手表终端到基站的距离后，通过三点定位法画3个圆，交点即为uwb定位标签的位置。
22.toa具体算法如下
23.使用三个天线做定位时，主动式标签和天线i(i＝1，2，3
…
)的距离可定义为：
24.ri＝(t
i-t0)
×c25.其中
26.t0为读取器开始发射到机器的时间常数，为天线信号到达主动式标签的时间，c为光速。
27.已知三个天线的距离半径(r1，r2，r3)。可利用下列式子估算出主动式标签的位置(xm，ym)
28.r
12＝
(x
1-xm)2+(y
1-ym)229.r
22
＝(x
2-xm)2+(y
2-ym)230.r
32
＝(x
3-xm)2+(y
3-ym)231.本发明中，uwb天线均采用loop天线形式除了loop还可以采用monopole、diopole、
pifa、ifa等形式。uwb天线还可以再集成北斗，格洛纳斯等系统天线，配合芯片实现多模定位，提高定位精度。uwb天线还可以再集成wifi(2.4ghz和5ghz)实现三合一天线。uwb天线还可以采用fpc形式封装在腕带内部，再通过柔性软板把天线和主机内的芯片连接。
32.toa定位原理信息补充：
33.toa即“到达时间”，这种方式定位是通过anchor和tag之间的多次通信实现的，如图5所示：
34.1、anchor首先发给tag一个包，同时记录下anchor当前的时间信息，记为t1。
35.2、tag收到基站的信息，返回一个ack。
36.3、anchor收到tag的ack，记录当前的时间信息，记为t2。
37.4、anchor计算时间差tr＝t2-t1，并且根据此计算出距离。
38.d＝c*tr/2其中c为光速。
39.当然，实际应用中为了更加靠谱，往往不仅仅是利用两次通信来测距，还会有更加复杂的多次通信来提高精度。
40.对于空间定位，只需要利用sx(球面相交法)便可以得出最后的坐标。
41.可见，为了一次定位，每个anchor和tag之间要进行两次通信，故又将这种定位方式称为“two-way-ranging”。这种定位的优势在于其实现的便捷性和对硬件的宽容，只需要有几个摆放在不同位置的anchor和一个tag便可进行定位，而缺点嘛...首先自然是定位速度了，其次，由于每次通信的质量无法保证，而一对anchor/tag又无法做自我的校准，精度自然也会受到影响。
42.pds工艺和toa算法均为现有技术，是本技术领域人员所熟知和易理解的。
43.以上所述，仅为此实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。