一种天线系统的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线系统。


背景技术：

2.目前，为实现终端的室内定位，利用蓝牙定位基站中的蓝牙天线阵列对蓝牙信标广播的蓝牙信号进行鉴相，从而确定蓝牙信号的到达角度(aoa，angle-of-arrival)，基于aoa进行终端的室内定位。
3.然而，相关技术中，由于蓝牙5.1标准引入的aoa测量需要对蓝牙天线阵列及馈电网络进行单独设计，因此，目前市面上的蓝牙定位基站均为独立设计的产品，导致在室内进行安装时需要大量的安装成本，若为降低安装成本，不采用独立设计，则又无法提供蓝牙5.1aoa的测量能力。


技术实现要素：

4.为解决相关技术中存在的技术问题，本实用新型实施例提供了一种天线系统。
5.本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
6.本实用新型实施例提供一种天线系统，所述天线系统包括：
7.室分天线；
8.蓝牙天线阵列，设置于所述室分天线的壳体外；
9.馈电网络，包括天线开关电路，设置于所述室分天线的壳体外，用于控制所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线与蓝牙信标之间链路的连接和/或断开；
10.所述蓝牙信标，设置于所述室分天线的壳体内，用于通过所述蓝牙天线阵列接收终端发送的信号；
11.传输装置，具有定向传输功能，设置于所述室分天线的壳体内，用于将所述蓝牙信标接收的信号传输给所述室分天线，由所述室分天线对所述信号进行辐射，所述信号用于对所述终端的位置进行定位。
12.上述方案中，所述天线系统还包括：
13.环形装置，设置于所述室分天线的壳体外，用于承载所述蓝牙天线阵列及所述馈电网络。
14.上述方案中，所述环形装置的截面为圆形，和/或，所述环形装置的材质为金属，和/或，所述室分天线的壳体为锥形结构。
15.上述方案中，所述环形装置的尺寸和/或所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线的尺寸，与所述室分天线的辐射性能相匹配。
16.上述方案中，所述天线系统还包括：
17.供电电路，用于利用所述室分天线中的射频馈线为所述蓝牙信标供电。
18.上述方案中，所述蓝牙信标包括主蓝牙信标和从蓝牙信标；其中，
19.所述从蓝牙信标通过所述天线开关电路中至少一个开关的控制，与所述蓝牙天线
阵列连接；所述主蓝牙信标与所述从蓝牙信标通过数字信号进行电连接。
20.上述方案中，所述从蓝牙信标，用于在所述天线开关电路闭合时，通过所述蓝牙天线阵列接收终端发送的信号；
21.所述主蓝牙信标，用于同步所述从蓝牙信标发送的所述信号，并将所述信号传输给所述室分天线。
22.上述方案中，所述天线开关电路，包括至少一个开关，所述至少一个开关与所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线对应连接，其中，
23.所述开关的数量与所述蓝牙天线阵列中蓝牙天线的数量相匹配，所述至少一个开关用于控制所述从蓝牙信标与所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线之间链路的连接和/或断开。
24.上述方案中，所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线包括至少一个蓝牙天线振子；其中，
25.所述蓝牙天线振子的输入阻抗与所述蓝牙天线的馈线阻抗相匹配，所述蓝牙天线振子的输入阻抗与所述蓝牙天线振子的长度和宽度关联。
26.上述方案中，所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线为微带天线。
27.本实用新型实施例提供的天线系统，包括：室分天线；蓝牙天线阵列，设置于所述室分天线的壳体外；馈电网络，包括天线开关电路，设置于所述室分天线的壳体外，用于控制所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线与蓝牙信标之间链路的连接和/或断开；所述蓝牙信标，设置于所述室分天线的壳体内，用于通过所述蓝牙天线阵列接收终端发送的信号；传输装置，具有定向传输功能，设置于所述室分天线的壳体内，用于将所述蓝牙信标接收的信号传输给所述室分天线，由所述室分天线对所述信号进行辐射，所述信号用于对所述终端的位置进行定位。
28.采用本实用新型实施例的天线系统，通过将蓝牙天线阵列从蓝牙定位基站中分离，将蓝牙天线阵列与室分天线进行一体化设计，得到集成有蓝牙天线的室分天线，且在室分天线的壳体内嵌入有蓝牙信标和传输装置，蓝牙信标通过蓝牙天线阵列接收终端发送的信号，并通过传输装置将信号传输给室分天线，由该室分天线进行信号辐射，如此，不仅能够降低安装成本，还可以获得集成有蓝牙定位功能的室分天线，能够提供蓝牙5.1aoa的测量能力，有助于实现终端的室内定位。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例提供的一种天线系统的结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例提供的一种集成蓝牙天线阵列的室分天线的俯视示意图；
31.图3为本实用新型实施例提供的一种集成蓝牙天线阵列的室分天线的仰视示意图；
32.图4为本实用新型实施例提供的另一种天线系统的结构示意图；
33.图5为本实用新型实施例提供的另一种天线系统的结构示意图；
34.图6为本实用新型实施例提供的蓝牙信标的工作时序示意图；
35.图7为本实用新型实施例提供的一种贴片天线与50ω微带馈线进行阻抗匹配的示意图；
36.图8为本实用新型实施例提供的一种蓝牙天线与室分天线共型后的天线应用示意图；
37.附图标记：11-室分天线，111-壳体，112-环形装置，12-蓝牙天线阵列，121-124均表示蓝牙天线，13-馈电网络，14-蓝牙信标，141-主蓝牙信标，142-从蓝牙信标，15-传输装置，16-供电电路，161-低压差线性稳压器，162-电感。
具体实施方式
38.为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且本实用新型实施例所记载的技术方案之间，可以在不冲突的情况下相互结合。
40.在本实用新型实施例记载中，需要说明的是，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介进行间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
41.在对本实用新型实施例的技术方案进行介绍之前，下面先对相关技术进行说明。
42.随着城市化进程的加快，大型商超、办公楼、医院等建筑逐渐增多，人们在室内场景的时间也随之增多。有别于应用于室外成熟的全球定位系统(gps，global positioning system)，室内定位技术和市场还未完全开发出来，一方面，由于室内环境的特点，卫星信号无法到达，使得gps无法使用；另一方面，适用于室内定位的技术标准众多、施工难度较大，至今还没有统一方案。目前使用的室内定位技术包括无线保真(wifi，wireless fidelity)、超宽带(uwb，ultra wide band)、蓝牙、射频识别(rfid，radio frequency identification)、通信基站等。其中，新更新的ble 5.1标准的蓝牙技术因为支持更高的精度、安装成本较低且终端普及率高，而逐渐受到产业的高度关注。
43.目前支持蓝牙ble5.1标准的高精定位的设备，通常采用蓝牙信标上报位置给蓝牙定位基站，然后通过wifi或有线形式回传给定位结算平台的架构。其中，蓝牙信标内置于需要定位的胸卡、手环、手机等设备中，蓝牙定位基站以一定间距均匀布放在需要定位服务的室内，比如设置在室内的天花板上。蓝牙定位基站中的蓝牙天线阵列，用于对蓝牙信标广播的蓝牙信号进行鉴相，从而确定蓝牙信号的aoa，该aoa通过独立的回传通道，比如wifi或4g网络，发送到定位结算平台以进行位置计算，从而实现终端的室内定位。
44.相关技术中，由于蓝牙5.1标准引入的aoa测量需要对蓝牙天线阵列及馈电网络进行单独设计，因此，目前市面上的蓝牙定位基站均为独立设计的产品，其数据回传也需要独立的通道(一般为wifi或4g网)，导致在室内进行安装、供电均需要大量的物业协调工作和安装成本，若为降低安装成本，不采用独立设计，则又无法提供蓝牙5.1aoa的测量能力；其次，部分蓝牙定位基站内置的蓝牙信标采用电池供电，由于电池存在使用寿命限制的问题，因此，为了保障蓝牙信标的供电，需要定期更换电池，后期维护困难。
45.为解决上述技术问题，基于此，本实用新型实施例提供了一种天线系统，该天线系统包括：室分天线；蓝牙天线阵列，设置于所述室分天线的壳体外；馈电网络，包括天线开关电路，设置于所述室分天线的壳体外，用于控制所述蓝牙天线阵列中各蓝牙天线与蓝牙信标之间链路的连接和/或断开；所述蓝牙信标，设置于所述室分天线的壳体内，用于通过所述蓝牙天线阵列接收终端发送的信号；传输装置，具有定向传输功能，设置于所述室分天线的壳体内，用于将所述蓝牙信标接收的信号传输给所述室分天线，由所述室分天线对所述信号进行辐射，所述信号用于对所述终端的位置进行定位。
46.采用本实用新型实施例提供的天线系统，通过将蓝牙天线阵列从蓝牙定位基站中分离，将蓝牙天线阵列与室分天线进行一体化设计，得到集成有蓝牙天线的室分天线，且在室分天线的壳体内嵌入有蓝牙信标和传输装置，蓝牙信标通过蓝牙天线阵列接收终端发送的信号，并通过传输装置将信号传输给室分天线，由该室分天线进行信号辐射，如此，不仅能够降低安装成本，还可以获得集成有蓝牙定位功能的室分天线，能够提供蓝牙5.1aoa的测量能力，有助于实现终端的室内定位。
47.以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细阐述。
48.本实用新型实施例提供了一种天线系统，图1为本实用新型实施例提供的一种天线系统的结构示意图，如图1所示，所述天线系统包括：室分天线11、蓝牙天线阵列12、馈电网络13、蓝牙信标14、传输装置15；其中，
49.蓝牙天线阵列12，设置于所述室分天线11的壳体外；
50.馈电网络13，包括天线开关电路，设置于所述室分天线11的壳体外，用于控制所述蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线与蓝牙信标14之间链路的连接和/或断开；
51.所述蓝牙信标14，设置于所述室分天线11的壳体内，用于通过所述蓝牙天线阵列12接收终端发送的信号；
52.传输装置15，具有定向传输功能，设置于所述室分天线11的壳体内，用于将所述蓝牙信标14接收的信号传输给所述室分天线11，由所述室分天线11对所述信号进行辐射；所述信号用于对所述终端的位置进行定位。
53.这里，蓝牙天线阵列12包括一个或多个蓝牙天线，当蓝牙天线阵列12包括多个蓝牙天线时，假设蓝牙天线的数量为4个，则蓝牙天线阵列12可包括蓝牙天线121、蓝牙天线122、蓝牙天线123、蓝牙天线124(蓝牙天线123在图1中未标示出)。
54.实际应用时，为降低安装成本，本实用新型实施例中将蓝牙天线阵列12从蓝牙定位基站中分离，将蓝牙天线阵列12与室分天线11进行一体化设计，即将蓝牙天线阵列12的蓝牙定位功能融合到天线系统中，示例性的，可将蓝牙天线阵列12设置于室分天线11的壳体外，在实际实施时，可以在室分天线11的壳体外设置一个环形装置，通过该环形装置设置蓝牙天线阵列12。
55.基于此，在一些实施例中，所述天线系统还包括：环形装置，设置于所述室分天线11的壳体外，用于承载所述蓝牙天线阵列12。
56.图2为本实用新型实施例提供的一种集成蓝牙天线阵列的室分天线的俯视示意图，如图2所示，室分天线11包括壳体111，室分天线的壳体111可以为锥形结构，在室分天线的壳体111外侧，比如室分天线11的锥体外侧设置一个环形装置112，该环形装置112的内径与室分天线11的锥体半径相等，在环形装置112上环形嵌入蓝牙天线阵列12，蓝牙天线阵列
12中各蓝牙天线可以为微带天线。
57.图3为本实用新型实施例提供的一种集成蓝牙天线阵列的室分天线的仰视示意图，如图3所示，在室分天线11的壳体内设置有蓝牙信标14，在室分天线11的壳体外设置有馈电网络13，馈电网络13包括天线开关电路(也可简称为开关电路)，天线开关电路包括至少一个开关，该至少一个开关用于控制蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线与蓝牙信标14之间链路的连接和/或断开。
58.实际应用时，室分天线的壳体111可以为锥形结构，在室分天线11的壳体外侧，比如室分天线11的锥体外侧设置一个环形装置112，在环形装置112上环形嵌入具有天线开关电路的馈电网络13。
59.实际应用时，环形装置112的截面可以为圆形，环形装置112的材质可以为金属；也就是说，本实用新型实施例中的环形装置112可以为金属圆环，但并不仅限于此，还可以是其他类型的环形结构。
60.这里，为了保证原室分天线11的辐射性能不受影响，实际应用时，对环形装置112的尺寸，和/或蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线的尺寸有一定的限制。具体地，需要对环形装置112的尺寸，和/或蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线的尺寸进行合理设计，使得环形装置112的尺寸和/或蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线的尺寸，与室分天线11的辐射性能相匹配，从而保证原室分天线11的辐射性能不受影响。
61.实际应用时，蓝牙信标14内置于室分天线11中，为了解决相关技术中为蓝牙信标14供电的电池存在使用寿命限制的问题，本实用新型实施例可以采用室分天线11中的射频馈线为蓝牙信标14进行直流供电。
62.基于此，在一些实施例中，所述天线系统还包括：
63.供电电路，用于利用所述室分天线中的射频馈线为所述蓝牙信标供电。
64.基于图1所示的天线系统的结构示意图，本实用新型实施例还提供了另一种天线系统的结构。图4为本实用新型实施例提供的另一种天线系统的结构示意图，如图4所示，该天线系统还包括供电电路16，供电电路16包括低压差线性稳压器161(ldo，low dropout regulator)和电感162，由供电电路16将室分天线11中的射频馈线的直流电供给蓝牙信标14使用。这里，射频馈线设置于室分天线11的壳体内，例如将射频馈线设置在室分天线11的锥体内侧。射频馈线中有直流电，该直流电用于为蓝牙信标14供电。
65.实际应用时，所述蓝牙信标14包括主蓝牙信标和从蓝牙信标；其中，
66.所述从蓝牙信标通过所述天线开关电路中至少一个开关的控制，与所述蓝牙天线阵列12连接；所述主蓝牙信标与所述从蓝牙信标通过数字信号进行电连接。
67.这里，所述从蓝牙信标，用于在所述天线开关电路闭合时，通过所述蓝牙天线阵列12接收终端发送的信号；所述主蓝牙信标，用于同步所述从蓝牙信标发送的所述信号，并将所述信号传输给所述室分天线11。
68.基于图4所示的天线系统的结构示意图，本实用新型实施例还提供了另一种天线系统的结构。图5为本实用新型实施例提供的另一种天线系统的结构示意图，如图5所示，蓝牙信标14包括主蓝牙信标141和从蓝牙信标142；其中，从蓝牙信标142通过天线开关电路中至少一个开关的控制，与蓝牙天线阵列12连接，在至少一个开关闭合时，从蓝牙信标142通过蓝牙天线阵列12周期性接收终端发送的信号，例如，终端向蓝牙天线阵列12中不同蓝牙
天线振子下发广播信息；主蓝牙信标141通过数字信号与从蓝牙信标142进行电连接，在从蓝牙信标142接收到终端发送的信号后，主蓝牙信标141同步从蓝牙信标142接收到的信号，并将信号通过传输装置15传输给室分天线11，由室分天线11对信号进行辐射；所述信号用于对终端的位置进行定位。
69.这里，传输装置15可以具有定向传输功能，例如传输装置15可以为定向耦合器。终端发送的信号可以为射频(rf，radio frequency)信号，rf信号经过定向耦合器直通到室分天线11供4g/5g通信。
70.实际应用时，室分天线11将信号辐射出去，由蓝牙网关接收到该信号后，将接收到的信号发送给定位服务器，由定位服务器基于接收到的信号，对所述终端的位置进行定位，即确定终端位于哪一个室内空间内。
71.图6为本实用新型实施例提供的蓝牙信标的工作时序示意图，如图6所示，从蓝牙信标142与外部蓝牙即主蓝牙信标141之间建立链路连接，从蓝牙信标142可以通过点对点回传的方式接收(rx)终端发送的信号，比如点对点物联数据信息，将接收到的信号通过广播回传的方式发送(tx)给主蓝牙信标141，即从蓝牙信标142向主蓝牙信标141发送上行定位的消息，即从蓝牙信标142进行物联广播信息的回传；主蓝牙信标141与蓝牙网关之间建立链路连接，主蓝牙信标141将信号传输给室分天线11，由室分天线11回传给蓝牙网关(数据网关回传)，以完成将终端发送的信号回传给蓝牙网关的过程。其中，主蓝牙信标141还可实现链路损坏的检测及系统升级。
72.实际应用时，所述天线开关电路包括至少一个开关，所述至少一个开关与所述蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线对应连接，其中，
73.所述开关的数量与所述蓝牙天线阵列12中蓝牙天线的数量相匹配，所述至少一个开关用于控制所述从蓝牙信标142与所述蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线之间链路的连接和/或断开。
74.这里，所述蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线包括至少一个蓝牙天线振子；其中，所述蓝牙天线振子的输入阻抗与所述蓝牙天线的馈线阻抗相匹配，所述蓝牙天线振子的输入阻抗与所述蓝牙天线振子的长度和宽度关联。
75.实际应用时，蓝牙天线振子可选择简单、低剖面的贴片天线，为了保证蓝牙天线阵列12基本的辐射能力，需对蓝牙天线阵列12中各蓝牙天线包括的蓝牙天线振子进行合理设计，使得蓝牙天线振子的输入阻抗与蓝牙天线的馈线阻抗相匹配。
76.下面对阻抗匹配的过程进行说明。图7为本实用新型实施例提供的一种贴片天线与50ω微带馈线进行阻抗匹配的示意图，首先，选定贴片天线的谐振频率f0，根据公式可得到对应的贴片天线波长λ0；选择馈电方式(以微带线馈电为例)，介质板厚度为h，贴片天线选用介质板的相对介电常数为ε
r
；进而由公式得到贴片天线振子的宽度w；其次，由于实际贴片天线存在边缘效应，根据公式计算得到扩展长度δl，
以及贴片天线选用介质板的有效介电常数进而由公式得到贴片天线振子的长度l。由于设计好的贴片天线输入阻抗通常偏大，一般在100至400ω之间，无法直接与50ω馈线匹配，需要设计阻抗匹配电路；贴片天线的输入阻抗若采用阻抗变换线进行阻抗匹配，则首先确定其特性阻抗进而由得到匹配线宽，其长度其中，ε
e
可以基于上述公式来得到，最后可以根据得到50ω微带馈线的宽度w
f
。
77.需要说明的是，环形装置即金属圆环作为蓝牙天线振子的接地板，金属圆环的外环半径在保证囊括所有蓝牙天线振子外沿的基础上应尽可能的小。
78.图8为本实用新型实施例提供的一种蓝牙天线与室分天线共型后的天线应用示意图，如图8所示，将蓝牙天线阵列从蓝牙定位基站中分离，将蓝牙天线阵列与室分天线进行一体化设计，得到集成有蓝牙天线的室分天线，即得到蓝牙天线与室分天线共型后的天线；5g信源提供的5g信号和蓝牙网关提供的蓝牙信号经过耦合器合路后，通过蓝牙天线与室分天线共型后的天线进行辐射，设置于室分天线内的蓝牙信标可以通过利用室分天线中的射频馈线进行直流供电。
79.本实用新型实施例提供的天线系统，通过将蓝牙天线阵列从蓝牙定位基站中分离，将蓝牙天线阵列与室分天线进行一体化设计，得到集成有蓝牙天线的室分天线，且在室分天线的壳体内嵌入有蓝牙信标和传输装置，蓝牙信标通过蓝牙天线阵列接收终端发送的信号，并通过传输装置将信号传输给室分天线，由该室分天线进行信号辐射，如此，不仅能够降低安装成本，还可以获得集成有蓝牙定位功能的室分天线，能够提供蓝牙5.1aoa的测量能力，有助于实现终端的室内定位。
80.在本实用新型实施例中，所涉及的术语“第一”、“第二”等仅仅是用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定的顺序或先后次序，可以理解地，“第一”、“第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
81.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。