一种基于UWB定位的便携式手机壳

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，具体为一种基于UWB定位的便携式手机壳。

背景技术

近几年，随着定位技术的发展，越来越多的定位技术已被广泛应用。UWB定位技术采用纳秒级非正弦窄脉冲进行数据传输，以其精度高、系统复杂度低、穿透性强等特点，近年来在室内定位、雷达等应用方向备受关注。2023年1月，工信部无线电管理局发布了《超宽带(UWB)设备无线电管理规定(征求意见稿)》，对中国未来UWB技术的使用频段进行了重新划分，有利于未来UWB技术在企业级、消费级等不同应用场景下的频段规划及有序发展。中国在UWB技术的应用方案领域已有诸多尝试，在工业物联网、智能家居、汽车等领域均已实现商业化应用。尽管UWB定位技术优点众多且应用前景广泛，但目前其配套使用的定位手环和定位卡片，仍存在较多局限性。

1.目前人们更习惯使用手机，不愿意佩戴额外的电子设备。以“定位手环”、“定位卡片”等形式的定位标签，并不被广大人群所接受。“忘记佩戴设备”、“摘掉设备”等现象时有发生，导致定位、报警等数据统计不全，影响定位整体效果。

2.以“定位手环”、“定位卡片”等形式的定位标签，受其体积小影响，电池容量不大，需要经常充电来保证其正常工作。如果对上述定位标签进行统一管理，还需要大量的维护人员对定位设备进行统一收取与发放，耗时耗力而且效率低下，而且大批量的设备统一充电也存在着安全隐患。

3.现有的定位标签结构复杂，附加功能较多，如屏显、报警、消息发送、心率监控等，但上述功能并不实用。目前对UWB主要的需求功能是定位，购买现有定位标签附带额外功能较多，价格较高，易损坏而且不便于维修，性价比偏低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于UWB定位的便携式手机壳，将UWB定位标签模组、反向充电等部件整合到手机壳上，无需佩戴额外电子设备，只需要让手机安装上手机壳，即可实现手机与UWB一体式应用与充电，打造更便携、更经济的一体化应用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于UWB定位的便携式手机壳，包括：

手机壳本体，其形状和尺寸适配目标手机；

UWB天线，嵌设于所述手机壳本体，用于传输和接收UWB信号；

UWB标签模组，嵌设于所述手机壳本体，作为UWB信号源，用于实现基于UWB技术的手机定位功能；

电路转接板，嵌设于所述手机壳本体，连接UWB天线和UWB标签模组，并提供电气连接和信号传输；

UWB电路转接FPC，所述UWB电路转接FPC分别连接电路转接板和UWB标签模组，作为电路传输与UWB信号传输的桥梁；

连接模块，其与所述电路转接板相连，并能与手机电池连接，将手机电池电流传输至电路转接板。

优选的，所述UWB天线为贴片式天线，由金属贴片和载体组成，工作频率范围为3GHZ-8GHZ。

优选的，所述UWB标签模组包括：

UWB芯片，用于接收和解析UWB信号；

天线接口，连接所述UWB芯片和所述UWB天线，实现信号的发送和接收；

定位算法模块，利用接收到的UWB信号进行定位。

优选的，所述UWB标签模组的定位频率为UWB Channel 2和Channel 5。

优选的，所述电路转接板为双面板，并使用环保材料制成。

优选的，所述UWB电路转接FPC为挠性绝缘基材上构成的多层柔性板。

优选的，所述手机壳本体为硅胶材质。

本发明提供一种基于UWB定位的便携式手机壳的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备硅胶材料，并根据目标手机的尺寸设计和制作外壳，并对手机壳进行安装位置的开模；

S2、并将UWB标签模组嵌入到手机壳本体中，使UWB标签模组电路连接点朝向外部；

S3、在UWB标签模组电路连接点处，安装UWB电路转接FPC，一侧完成与UWB标签模组电路连接，另一侧安装电路转接板；

S4、将电路转接板底部与连接模块连接，设置连接点，确保与手机电池连接；

S5、电路转接板顶部与UWB天线连接，并将UWB天线嵌入到手机壳本体中，即得基于UWB定位的便携式手机壳。

本发明提供了一种基于UWB定位的便携式手机壳。具备以下有益效果：

1、本发明通过将UWB功能整合在手机壳上，实现手机与UWB定位功能一体化应用，相比市面上的UWB定位手环、UWB定位卡片，基于“UWB定位”的便携式手机壳，无需佩戴其他电子设备，即可获得精准的UWB定位功能。而且手机壳上没有电池，不影响手机整体厚度，手机壳具有良好的散热性，给使用人更好的使用体验。

2、本发明实现手机电池向UWB标签模组反向充电，UWB标签模组不需要单独充电，由于UWB耗电量较低，可以在几乎不影响手机电池耗用下支撑UWB定位功能。手机电池既可支撑手机正常应用，也可以支撑UWB定位模组应用。当现场定位设备需要批量管理时，无需人工统一收取、充电、发放，只需个人日常手机充电，大幅提升现场管理效率。

3、本发明结构简单，性价比高。相比市面上的UWB定位手环，UWB定位标签，基于“UWB定位”的便携式手机壳，只集成了UWB定位模组、定位天线与充电装置。没有像支撑屏幕显示、按钮、消息发送等额外的配件，实用，不易损坏，便于维护，而且价格较低。

4、本发明UWB定位模组可精准找到目标手机，便于室内人员、物品精准定位，当出现人员或手机找不到时，可使用UWB定位功能实现定位；同时可根据时间轴查看历史定位轨迹，实现实时定位与历史轨迹双重追踪。

附图说明

图1为本发明的爆炸示意图；

图2为本发明的UWB标签模组示意图；

图3为本发明的UWB天线示意图。

其中，1、手机壳本体；2、UWB天线；3、UWB标签模组；4、电路转接板；5、UWB电路转接FPC；6、连接模块。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-3，本发明实施例提供一种基于UWB定位的便携式手机壳，包括：

手机壳本体，其形状和尺寸适配目标手机；

UWB天线，嵌设于所述手机壳本体，用于传输和接收UWB信号；

UWB标签模组，嵌设于所述手机壳本体，作为UWB信号源，用于实现基于UWB技术的手机定位功能；

电路转接板，嵌设于所述手机壳本体，连接UWB天线和UWB标签模组，并提供电气连接和信号传输；

UWB电路转接FPC，所述UWB电路转接FPC分别连接电路转接板和UWB标签模组，作为电路传输与UWB信号传输的桥梁；

连接模块，其与所述电路转接板相连，并能与手机电池连接，将手机电池电流传输至电路转接板。

本发明通过将UWB功能整合在手机壳上，实现手机与UWB定位功能一体化应用，相比市面上的UWB定位手环、UWB定位卡片，基于“UWB定位”的便携式手机壳，无需佩戴其他电子设备，即可获得精准的UWB定位功能。而且手机壳上没有电池，不影响手机整体厚度，手机壳具有良好的散热性，给使用人更好的使用体验。

本发明结构简单，性价比高。相比市面上的UWB定位手环，UWB定位标签，基于“UWB定位”的便携式手机壳，只集成了UWB定位模组、定位天线与充电装置。没有像支撑屏幕显示、按钮、消息发送等额外的配件，实用，不易损坏，便于维护，而且价格较低。

本发明使用的UWB标签模组，是一款小尺寸UWB点位发射模组。该模组可嵌入到手机壳中，从而实现定位功能。该UWB标签模组定位频率为UWB Channel 2和Channel 5，外部供电3.3V，支持低速无线通信，支持TODA定位；支持短距低速通信功能；作为UWB信号源，具有上电复位功能。UWB模组采用高精度低温晶体振荡器，能够提供稳定的时钟频率，具有宽电源供电功能。集成收发电路，无需额外射频设计，速率高、系统容量大，定位达到10CM精度，减少开发预算同时提高开发效率。温度参数，工作温度在-20至85摄氏度；存储温度在-40至85摄氏度，此温度可保证绝大多数室内应用及部分室外应用。

本发明使用的UWB天线，是一款适配UWB基站的天线。该天线能够传输、接收UWB信号，将电磁信号从空中接受并转化为电信号。工作频率范围为3GHZ-8GHZ。在手机壳中安装UWB天线具有高辐射效率和增益，能够保证UWB信号的传输和接收，避免由于相位变化导致信号丢失。本款天线属于贴片式天线，是一种微型化的天线结构，由金属贴片和载体组成。贴片天线具有小尺寸、宽带、高辐射效率和低剖面等优点，最大增益在4GHZ时为2.2dBi；6.5GHZ时为3.3dBi；方向性为全向天线，输入阻抗50欧姆；存储及使用温度在-40至85摄氏度；外壳采用PC材料；天线接口采用SMA公头。

本发明使用的电路转接板，为双面板，使用fr4、cem3等环保材料，其中铜箔有限度3oz-5oz，小线宽0.1mm，小间距0.1mm，小环宽0.1mm，小孔径0.1mm。在本发明中，该电路转接板充当信号传输以及电气连接的桥梁，使得不同接口标准的设备可以进行互联。该电路板与UWB天线连接，与UWB电路转接FPC连接，用于UWB信号传输，保证定位功能应用。该电路板通过底部接触PIN*6获取电流，为UWB天线连接与UWB标签模组充电。

本发明使用的UWB电路转接FPC，为挠性绝缘基材上构成的多层柔性板，成品铜厚3oz，表面镀金处理，材料为普通FR-4，成品板厚0.6mm-1mm，线宽线距大于等于5mi l，外形方式为CNC，模冲。该板将三层单面柔性电路板层压在一起，通过钻孔、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。一侧与UWB标签模组连接，一侧与电路转接板连接，作为电路传输与UWB信号传输的桥梁。本发明使用的UWB电路转接FPC体积小、重量轻，具有高度挠曲性，可立体配线，可依空间限制改变形状，可折叠而不影响记号传输功能，同时可以防止静电干扰，具有较强的散热性。

本发明使用的手机壳材料为硅胶，该材料为目前使用人数最多的一种保护套类型，该材料吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度，抗紫外线，耐高温，不易变形，可长期使用。该手机壳具备良好的手感，可以吸附一些磕碰对手机带来的冲击，能一定程度上减轻对后市手机的伤害。硅胶手机壳还具有防水、防尘的功能，即使在恶劣的天气条件下，也能保证手机的正常使用。此外，硅胶手机壳的触感舒适，不仅让我们拿在手中感到愉悦，还能避免手机因手滑而掉落。由于硅胶材料的保护壳一般较为厚质，具有超强的耐磨性，而且便于开模，开模后结构稳定，有利于其他部件的嵌入式组装。

根据手机型号(尺寸)对手机壳进行选型，在手机壳中部偏下位置对UWB标签模组位置进行开膜，将UWB标签模组进行嵌入式组装，UWB标签模组电路连接点朝向外部；在UWB标签模组电路连接点处，安装UWB电路转接FPC，一侧完成与UWB标签模组电路连接，另一侧安装USB尾插电路转接板；电路转接板底部与底部连接模块的接触PIN*6连接；电路转接板顶部与天线连接；手机壳中部偏上位置根据UWB天线大小完成开模，将UWB天线嵌入到手机壳中。

工作时，底部连接模块的接触PI N*6，可与手机电池连接，将手机电池电流传输至电路转接板。该接口为type-c接口，适配于市面上大部分手机。转接电路板与UWB天线通过有线连接；UWB标签模组与UWB电路转接FPC完成电路连接，UWB电路转接FPC与USB尾插电路转接板完成电路连接。以上通过转接电路板完成电流传输。

本发明实现手机电池向UWB标签模组反向充电，UWB标签模组不需要单独充电，由于UWB耗电量较低，可以在几乎不影响手机电池耗用下支撑UWB定位功能。手机电池既可支撑手机正常应用，也可以支撑UWB定位模组应用。当现场定位设备需要批量管理时，无需人工统一收取、充电、发放，只需个人日常手机充电，大幅提升现场管理效率。

将上述部件在手机壳体上完成组装后，进行供电测试，将手机装入手机壳。开机后，查看UWB模组工作情况，如果可以查询到该UWB模组处于“在线状态”，说明本发明的反向充电功能可以正常应用；测试人员使用携带手机壳的手机在具有“UWB”定位环境中行走，在UWB应用地图中查看实时定位信息与历史轨迹信息，如果定位准确而且不会出现定位标记突然消失等情况，说明本发明由UWB定位模组与UWB天线组成的定位组件可以正常应用。当手机没电或处于关机状态时，该手机壳将自动停止电量获取，防止手机电池电量完全耗尽，对手机电池提供保障功能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。