基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，属于天线技术领域，微系统包括天线阵列模块、移相衰减模块、功分模块、TR模块和波控模块；天线阵列模块包括若干UWB天线单元，移相衰减模块包括若干移相衰减通道；功分模块的若干功分端与移相衰减模块的若干移相衰减通道对应连接，功分模块公共端与TR模块双向连接；移相衰减通道的天线接口端与天线阵列模块中的若干UWB天线单元对应连接；波控模块与外部系统经波控模块的控制接口连接，波控模块输出端与移相衰减模块、TR模块连接。本实用新型专利技术系统抗干扰能力强，定位精度高，作用距离远，覆盖范围与适用领域广，且系统成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统
本技术涉及天线
，尤其涉及基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统。
技术介绍
UWB定位技术与传统通信技术有极大的差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。国际标准的UWB频率范围为3.1GHz～10.6GHz。UWB定位系统与蓝牙、RFID、Zigbee等传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供达到10cm级的精确定位精度，UWB技术已占据了室内定位技术的头把交椅。现有的UWB定位基站通常采用固定波束天线形式，而我国UWB分配的频率范围为6GHz～9GHz，属于UWB频段的高频端，其脉冲的穿透性较差，对于出现目标位于定位基站波束范围边缘甚至波束之外的情况，定位精度将大幅下降。此外，UWB定位系统对发射功率有严格的要求，在很低的发射功率的情况下，也将影响定位精度，并且作用距离就不能太远，一般是小于100米。上述因素将导致定位系统对机场、车站、商场等开阔、大型、复杂的室内空间等场所的覆盖面临严重问题。为解决该定位问题，目前只能通过部署多个定位基站的形式，满足覆盖要求，但势必引入较高的成本，如何在不引入较高成本的基础上进一步保证UWB的定位精度、定位范围是目前亟需解决的问题。更进一步地，目前在微波部件装配工艺中，未将天线、供电等模块集成在一张PCB上，增加了制造成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中UWB定位天线在大型空间定位精度下降、定位范围无法实现全区域覆盖的问题，提供了一种基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，微系统具体包括包括天线阵列模块、移相衰减模块、功分模块、TR模块和波控模块；所述天线阵列模块包括若干UWB天线单元，所述移相衰减模块包括若干移相衰减通道；所述功分模块的若干功分端与所述移相衰减模块的若干移相衰减通道对应连接，所述功分模块公共端与所述TR模块双向连接；所述移相衰减通道的天线接口端与所述天线阵列模块中的若干UWB天线单元对应连接；所述波控模块与外部系统经波控模块的控制接口连接，用于接收波束指向角度指令、收发工作模式切换指令和频率信息；所述波控模块输出端与所述移相衰减模块连接，进而配置天线模块中若干UWB天线单元所需的相位、幅度；所述波控模块输出端与所述TR模块连接，用于控制TR模块切换收发模式进而放大需要接收或者发射的射频信号。具体地，所述微系统还包括滤波模块，所述滤波模块包括若干带通滤波电路；所述滤波模块的若干带通滤波电路一端与所述移相衰减模块的若干移相衰减通道一一对应连接，另一端与天线阵列模块的若干UWB天线单元一一对应连接。具体地，所述TR模块包括第一收发切换开关、第二收发切换开关、低噪声放大电路和功率放大电路；所述第一收发切换开关的动端与所述TR模块的UWB信号射频接口连接，所述第一收发切换开关的不动端与低噪声放大电路输出端或功率放大电路输入端连接；所述第二收发切换开关的动端与所述功分模块的公共端连接，所述第二收发切换开关的不动端与低噪声放大电路输入端或功率放大电路输出端连接。具体地，所述天线阵列模块的若干UWB天线单元等间隔设置。具体地，所述移相衰减模块为基于矢量调制的模拟移相衰减体制的移相衰减模块。具体地，所述微系统还包括供电模块，所述供电模块输出端分别与所述TR模块、波控模块、移相衰减模块连接，提供各模块工作所需电压。具体地，所述微系统采用AoB架构集成在PCB微波多层电路板上，所述PCB微波多层电路板包括表层、底层和若干中间层。具体地，所述PCB微波多层电路板的表层设有天线阵列模块接口，用于接入所述天线阵列模块。具体地，所述PCB微波多层电路板的底层设有所述TR模块、波控模块、移相衰减模块、滤波模块和供电模块。具体地，所述PCB微波多层电路板的表层与底层的各个所述模块之间的连接经所述PCB微波多层电路板的若干中间层实现垂直互连。与现有技术相比，本技术有益效果是：(1)本技术将相控阵体制应用于UWB系统，TR模块实现射频信号的放大，功分模块将射频信号分配不同的移相衰减通道，波控模块通过控制移相衰减模块中各移相衰减通道的幅相值，进而实现对各UWB天线单元的幅相配置，使天线阵列模块在指定方向合成高增益的窄波束向目标发射UWB射频信号或接收来自目标的UWB射频信号，抗干扰能力强，系统的作用覆盖范围达到150°，能够满足UWB系统对覆盖范围、作用距离的需求，大大减小系统成本，适用领域广。(2)本技术移相衰减模块包括若干移相衰减通道，由波控模块根据不同的定位目标所需的波束指向角度、抗干扰要求，快速调整各个移相衰减通道的幅相值，并利用矢量调制的模拟移相衰减体制随量化数据密度获得的可达无穷小的移相精度与衰减精度，实现可快速切换的极高精度波束指向，波束指向的精度可达0.03°，满足UWB系统定位精度的需求，同时矢量调制器件的成本远低于数字移相器与数字衰减器，可大幅降低成本。(3)本技术系统采用AoB架构集成在PCB微波多层电路板上，通过芯片级集成与封装，整个系统体积小，节省微波部件装配常用的微组装工序，大幅降低相控阵的装配复杂度、提高工作效率，同时降低了系统成本。(4)本技术PCB微波多层电路板的表层设有天线阵列模块接口，直接对接布局工作频率符合系统要求的各UWB天线单元。(5)本技术PCB微波多层电路板的表层设有天线阵列模块接口，底层设有TR模块、波控模块、移相衰减模块和供电模块包括的所有元器件，PCB微波多层电路板的表层与底层的各个所述模块之间的连接经所述PCB微波多层电路板的若干中间层实现垂直互连，去掉了各模块器件之间的连接器、结构腔体等，从元器件等物料成本以及生产制造成本等多方面实现系统的低成本化。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图中：图1为本技术实施例1的系统框图；图2为本技术实施例1的系统框图；图3为本技术实施例1的系统的覆盖范围示意图；图4为本技术实施例1的矢量调制幅相数据图；图5为本技术实施例1的系统集成在PCB微波多层电路板的示意图；图6为本技术实施例1的PCB微波多层电路板示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，其特征在于：所述微系统包括天线阵列模块、移相衰减模块、功分模块、TR模块和波控模块；所述天线阵列模块包括若干UWB天线单元，所述移相衰减模块包括若干移相衰减通道；/n所述功分模块的若干功分端与所述移相衰减模块的若干移相衰减通道对应连接，所述功分模块公共端与所述TR模块双向连接；所述移相衰减通道的天线接口端与所述天线阵列模块中的若干UWB天线单元对应连接；所述波控模块与外部系统经波控模块的控制接口连接，用于接收波束指向角度指令、收发工作模式切换指令和频率信息；所述波控模块输出端与所述移相衰减模块连接，进而配置天线模块中若干UWB天线单元所需的相位、幅度；所述波控模块输出端与所述TR模块连接，用于控制TR模块切换收发模式进而放大需要接收或者发射的射频信号。/n

【技术特征摘要】
1.基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，其特征在于：所述微系统包括天线阵列模块、移相衰减模块、功分模块、TR模块和波控模块；所述天线阵列模块包括若干UWB天线单元，所述移相衰减模块包括若干移相衰减通道；
所述功分模块的若干功分端与所述移相衰减模块的若干移相衰减通道对应连接，所述功分模块公共端与所述TR模块双向连接；所述移相衰减通道的天线接口端与所述天线阵列模块中的若干UWB天线单元对应连接；所述波控模块与外部系统经波控模块的控制接口连接，用于接收波束指向角度指令、收发工作模式切换指令和频率信息；所述波控模块输出端与所述移相衰减模块连接，进而配置天线模块中若干UWB天线单元所需的相位、幅度；所述波控模块输出端与所述TR模块连接，用于控制TR模块切换收发模式进而放大需要接收或者发射的射频信号。


2.根据权利要求1所述的基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，其特征在于：所述微系统还包括滤波模块，所述滤波模块包括若干带通滤波电路；所述滤波模块的若干带通滤波电路一端与所述移相衰减模块的若干移相衰减通道一一对应连接，另一端与天线阵列模块的若干UWB天线单元一一对应连接。


3.根据权利要求1所述的基于AoB相控阵体制的UWB高精度定位天线微系统，其特征在于：所述TR模块包括第一收发切换开关、第二收发切换开关、低噪声放大电路和功率放大电路；
所述第一收发切换开关的动端与所述TR模块的UWB信号射频接口连接，所述第一收发切换开关的不动端与低噪声放大电路输出端或功率放大电路输入端连接；所述第二收发切换开关的动端与所述功分模块的公共端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑轶，汪渊，吕清刚，李冬，余浪，吴曈，
申请(专利权)人：成都华芯天微科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51