一种近程窄带信号测向的天线阵列布局

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，具体为一种近程窄带信号测向的天线阵列布局。

背景技术

近期，物联网通讯领域室内高精度定位需求不断增长，相关设备被越来越广泛的应用，其中一类系统使用多天线接收或发射设备，在与其它设备相互通讯过程中获得其它设备的信号的到达方向(参考蓝牙AOA)，或者使用自身多天线发射带有空间特异性的信号使其它设备获得信号离开方向(参考蓝牙AOD)，再将方向信息转化为坐标，期望实现较高的定位精度。

这种应用作用距离一般在5-30m的范围，面临着室内较为复杂的多径环境，障碍物，低功耗通讯带来的高信噪比，苛刻的设备实现成本等等多种困难。追求采样数量少，最终结果的角分辨率高，抗多径干扰效果好，测向能力的各向同性，是这类高精度定位应用的重要任务，也是最终应用的必不可少的性能指标。

在这种情况下，如何使这类定位设备获得稳定的高性能，就成了设计研发中一个不可不完成的任务。

现有的此类设备较多的使用了矩形阵列，圆形阵列。矩形阵列在各个方向的孔径差异较大，导致角分辨力和抗干扰能力不一致，而且矩形阵列会产生相位模糊，导致结果有可能出现较大的干扰。

圆形阵列虽然可以获得较好的方向性能，也可以避免相位模糊，但是算法难度高，实现困难，尤其是圆阵到线阵的转化过程会带来一定的系统误差，而且空间的利用率相对较低，当阵列孔径较大时，圆阵围成的图形内部，也无法以圆阵形式采样。

优秀阵列布局可以更好的发挥阵列的性能，所以如何根据现有的限制条件和需求设计出好的阵列布局是需要解决的重要问题。

发明内容

技术方案

本发明主要解决的技术问题是提供一种近程窄带信号测向的天线阵列布局，能够在一定程度上提高定位设备测向的一些性能。

本发明提供一种近程窄带信号测向的天线阵列布局，其包括天线，其特征在于：多个所述天线组成一个正六边形，多个相邻所述天线之间间距相等，每三个相邻的天线可以组成等边三角形或顶角120度的等腰三角形或直线排列分布，多个所述天线对于同一平面波信号的接收方向相同。

优选的，还包括多个所述天线组成阵元为非对称六边形。

优选的，所述天线包括圆极化天线和极化敏感天线。

优选的，所述极化敏感天线为可以获得在空间中两个正交方向极化信号的天线。

优选的，相邻所述天线之间距离大于四分之一波长，小于半波长。

优选的，所述波长为窄带信号波长。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明可以在同一坐标系下俯仰角范围[0-90度]方位角[0-360度]的空间内解得信号波达方向的方向向量在夹角为120度的三个方向向量上的投影，在低仰角情况下可以避免或纠正相位模糊。

对于单一信号源的波达方向估计，使用这种阵列排布，可以应用性能较好的算法，减小阵列尺寸，减少天线单元数量，提高天线采样数量。在较少采样的前提下，提高波达方向估计的角分辨力，抗相干信号干扰能力，增加在复杂环境下，如室内多径反射环境与低信噪比情况下波达方向估计的成功概率。

附图说明

图1为本发明的天线排布结构示意图。

图2为本发明的其中一种阵列结构PCB设计的模拟实物图。

图3为本发明的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

如图3参考坐标系x，y轴所构成的平面为阵列所在平面，z轴与阵列的最大接收方向基本一致，y轴方向与a方向一致。

假设来波方向是

为水平角当/>

θ为俯仰角当θ＝0°时与z轴一致

下面结合公式、图3说明求解方法：

1首先采集每个阵列单元幅值相位信息，建立图3中

2使用三次矩阵分解，求出各个信号

3假设被测信号

那么可以建立一组方程

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即

由

4相位模糊判断

根据方程

对是否出现模糊进行判断：

假设未出现模糊那么根据方程组可得：

Ua+Ub+Uc＝0，实际应用中判断Ua+Ub+Uc≈0是否成立。

如果出现相位模糊，即Ua,Ub,Uc有一个或者一个以上数值符号取反分情况讨论：

(1)有一个数值符号取反：

不妨设为Ua，那么

对于sin(θ)，相位模糊情况出现时，一般对应了低仰角情况，这时sin(θ)≈1

再来判断

由于

(2)有两个数值符号取反，不妨设为Ub,Uc，此时Ub,Uc同时符号取反可得

(3)有三个数值符号取反，此时Ua+Ub+Uc≈0与未模糊的情况相同，因此无法做出判断。

综上，当只有

但是在实际情况中通过合理选择天线的间距，可以避免两个方向或三个方向同时出现相位模糊的情况，因此本发明的阵列排布可以较为有效的在低仰角时判断相位模糊的发生，从而纠正或避免错误结果，扩展设备在空间内的有效测向范围。

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。