一种无线传能超宽带定位标签的制作方法

本发明涉及超宽带定位标签，具体涉及一种无线传能超宽带定位标签。

背景技术：

1、超宽带(ultra wide band，uwb)是近几年新兴的室内定位技术，具有抗多径、低复杂度、时间同步等方面具有先天性优势。超宽带技术是一种新型短距离高速率无线通信技术，规定相对带宽大于20％或者绝对带宽大于500mhz。

2、室内定位不管人员定位还是物资定位均需佩戴或安装超宽带定位标签，而实际使用中由于超宽带标签需要传统电源适配器充电，不仅降低人员使用感还增加了有线充电的繁琐工作。

3、远场无线能量传输将成为未来物联网中革命性的技术，取代基于传统电池的现有物联网设备供电技术。无线能量传输技术的使用可以大大延长物联网设备的寿命，避免电池频繁充电或更换电池的人工干预，尤其适用于移动终端设备。

4、目前无线能量传输方式主要有三类：第一类：是基于电感耦合理论的感应耦合式无线输能，适用于毫米级的短距离能量传输。第二类：是基于近场耦合共振原理的耦合谐振式无线输能，属于中程输电方式。第三类，是基于电磁场空间传输理论的电磁波无线输能，适用于高功率，长距离，是无赖无线输电技术重要方式。本发明所提出的则无线传能方式是采用第三类电磁波无线输能方式。

5、带有放大器的超宽带标签近距离时可发射超宽带信号功率10dbm/ghz,距离稍远时多个超宽带发射设备也可发射10dbm/ghz功率。超宽带定位系统在超宽带定位环境下正常使用或者超宽带标签存储时都会许多超宽带设备发射超宽带信号能量，将这些超宽带能通过无线传能电路收集，用来给超宽标签供电，因此超宽标签供电就无需使用传统适配器充电。

6、中国专利文献(cn115276263a)公开了一种基于uwb定位技术的无线充电桌，包括充电座、uwb基站和充电基站；充电座包括uwb标签、信标天线、逆变电路、整流电路、交/直流输出接口；uwb标签向uwb基站发送脉冲信号，信标天线接收来自充电基站3的定向毫米波，逆变电路、整流电路和交/直流输出接口将定向毫米波转化为电能；uwb基站利用双向飞行时间法算出自身与uwb标签的距离数据；充电基站包括定位软件和相控阵天线；定位软件根据uwb基站的距离数据计算出充电座的位置数据，相控阵天线向充电座1发送定向毫米波。该技术方案中uwb标签仅是一个传统的发射uwb信号的标签，并没有无线无线传能功能，还需有线供电或者更换电池或者给电池充电。而本发明提出的无线传能超宽带定位标签，不仅具有传统发射uwb信号功能，还实现了标签无线能量传输功能，标签无需有线供电、无需更换电池、无需给电池充电，且标签无线能量传输收集是uwb基站和uwb标签或其他设备的uwb信号，因此无需再专门为无线传能超宽带定位标签设计无线能量传输的发射源。同时该无线传能超宽带定位标签，不仅提高了人员使用感，还减免了有线充电(或更换电池)的繁琐工作，还大大降低了无线传能整天系统成本。

7、中国专利文献(cn207301310u)公开了一种基于lf和uwb的室内定位标签节点，包括mcu电路，以及分别与mcu电路相连的电池与电源变换电路、uwb通信电路、lf通信电路和表带断裂检测与报警电路，mcu电路实现整个标签节点的lf数据收发、uwb数据发送、表带断裂检测与报警的管理和控制。本实用新型可以解决室内高密度标签节点布置和高功耗等问题。该技术方案是为了解决近距离传输时定位效果不好的uwb的室内定位标签，仍是传统的uwb标签，标签内部电池还需正常充电或有线供电或更换电池，并不涉及无线传输能量。而本发明提出的无线传能超宽带定位标签，省去了传统上的有线充电，提升了人员佩戴或使用体验感，且省去了充电或更换电池繁琐工作。

8、传统超宽带定位标签需要向电池充电，降低人员使用感还增加了有线充电的繁琐工作，尤其是充电不方便的环境下，又无其他无线信号或其它无线信号很弱的环境下，因此，需要一款无需充电或更换电池的超宽带定位标签。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种无线传能超宽带定位标签，采用环形器使接收端与发射端隔离，通过定位标签接收的uwb信号转换为电能向定位标签进行供电，无需向定位标签的电源进行充电，实现了超宽带定位标签无需要充电或更换电池。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：该无线传能超宽带定位标签，包括uwb天线、环形器、无线传能电路模块、低压线型稳压器和uwb发射电路模块；所述uwb天线与所述环形器电连接，所述环形器与所述无线传能电路模块及所述uwb发射电路模块分别电连接，所述无线传能电路模块分别与所述低压线型稳压器和所述uwb发射电路模块电连接，所述uwb天线接收uwb信号并通过环形器传输给无线传能电路模块，所述无线传能电路模块收集uwb信号能量并将uwb信号能量转换为电能后，再通过低压线型稳压器向uwb发射电路模块供电；所述uwb发射电路模块再发射uwb信号通过环形器后由uwb天线向外发射uwb信号，用来识别该无线传能超宽带定位标签位置。

3、采用上述技术方案，依靠uwb天线收集环境中存在的uwb信号，通过环形器将uwb接收端和发射端进行隔离，环形器将uwb信号传输给无线传能电路模块，通过无线传能电路模块将uwb射频信号转换成电能，并通过低压线型稳压器向uwb发射电路模块供电；其中环形器作用是接收和射频隔离、天线共用器。因为无线传能超宽带定位标签的无线能量传输收集是uwb基站和uwb标签或其他设备的uwb信号，因此无需再专门为无线传能超宽带定位标签设计无线能量传输的发射源，大大降低了无线传能整天系统成本。该无线传能超宽带定位标签解决了传统超宽带定位标签需要向电源充电的问题，提高了了人员使用感，避免了有线充电的繁琐工作。同时无线传能电路模块需要接收的是uwb信号，uwb发射电路模块接收和发射的也是uwb信号，因此在采用环形器使uwb信号的接收端与发射端隔离后，无线传能电路模块与uwb发射电路模块均可以用uwb天线，即使用一个uwb天线实现整uwb信号接收，无线传能电路模块中的uwb信号接收，以及uwb发射电路模块中的uwb信号发射和接收。该无线传能超宽带定位标签的uwb发射天线与整流天线共用，可大大减少天线占用空间，从而减小设备尺寸，且该无线传能超宽带定位标签收集是超宽带设备发射超宽带能量，即便是在完全没有其他无线信号的环境下，无线传能超宽带定位标签也可正常工作。该无线传能超宽带定位标签在传统的超宽带定位标签基础上，增加了无线传能功能，省去了传统有线充电的电源线，依靠收集环境中存在的uwb信号来给电池充电，并向超宽带uwb发射模块供电。

4、优选地，所述无线传能电路模块包括整流电路、滤波稳压电路、电源管理芯片和电源；所述无线传能电路模块接收uwb信号后依次通过整流电路、滤波稳压电路和电源管理芯片，向电源充电并存储能量，再传输给低压线型稳压器。uwb信号依次经过整流电路、滤波稳压电路转换成电能后，再经电源管理芯片给电源存电，并向uwb发射电路模块供电，从而实现无需为定位标签提供有线充电。

5、优选地，所述uwb发射电路模块包含uwb发射芯片和控制芯片mcu，所述控制芯片mcu控制uwb发射芯片发射uwb信号，再通过环形器发射uwb信号。uwb发射电路模块发射超宽带信号(uwb信号)，一方面为超宽带定位用，另一方面可供无线传能电路模块收集超宽带能量(uwb能量)。

6、优选地，所述uwb发射电路模块还包括放大器，所述放大器与所述uwb发射芯片电连接，uwb发射芯片发射的uwb信号先经过所述放大器放大后再发射给所述环形器。

7、优选地，所述电源为电池，所述无线传能电路模块收集超宽带标签和超宽带基站的uwb信号及环境中的uwb信号能量，将uwb信号能量转换为电能，经所述电源管理芯片向所述电池充电存储能量。电池是通过无线传能电路模块收集uwb信号能量整流后充电，不是传统的有线适配器充电。即电池不用像传统超宽带定位标签使用一段时间后需使用有线适配器对其充电。

8、优选地，所述无线传能电路模块还包括整流天线，所述整流天线与所述整流电路电连接，用于接收uwb信号并传送给整流电路。无线传能电路模块还可以通过整流天线接收uwb信号。

9、优选地，所述uwb发射电路模块还包括uwb发射天线，所述uwb发射天线与所述放大器电连接，用于将接收到的uwb信号传输给所述放大器。

10、优选地，所述uwb天线、整流天线和uwb发射天线的工作频段和带宽相同，均为uwb频段。

11、优选地，所述uwb天线为板载印刷的pcb天线，且为椭圆形印刷天线。板载印刷可以降低天线成本，提升天线辐射性能；设置成椭圆形不仅天线全向性好，而且天线没有硬件成本。

12、优选地，无线传能超宽带定位标签还包括外壳和pcb板，所述uwb天线、环形器、无线传能电路模块、低压线型稳压器和uwb发射电路模块均设在所述外壳内，所述uwb天线印刷在所述pcb板上，所述无线传能电路模块、低压线型稳压器、uwb发射电路模和环形器均设在所述pcb板上。

13、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

14、(1)该无线传能超宽带定位标签不仅有传统的超宽带定位标签的超宽带发射功能，而且在此基础上还增加了无线传能功能，省去了传统有线充电的电源线，依靠收集环境中存在的uwb信号来给电池充电，使用更加便捷，提升了人员佩戴或使用体验感；使得该无线传能超宽带定位标签不仅提高了人员使用感，还减免了有线充电(或更换电池)的繁琐工作，还大大降低了无线传能整天系统成本；

15、(2)该无线传能超宽带定位标签无需有线供电、无需更换电池、无需给电池充电，且标签无线能量传输收集是uwb基站和uwb标签或其他设备的uwb信号，因此无需再专门为无线传能超宽带定位标签设计无线能量传输的发射源。