Ultra-wideband antenna design and placement in embedded indoor positioning systems
Eronen, Vertti (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231002138009
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231002138009
Tiivistelmä
Ultra-wideband (UWB) is an emerging radio technology that is commonly used for high precision wireless positioning of objects and people. UWB positioning systems often involve a set of ``anchors'' at fixed locations that are used to track the location of a mobile target device. This thesis investigates the mechanical dimensions and placement of the antennas of UWB positioning anchors.
A literature review is performed to establish the principles of common UWB positioning techniques and what is their relationship with the placement and dimensions of UWB antennas. The local regulations on UWB positioning are also investigated. An UWB development kit with positioning capability is used to test the effect of commonly encountered materials near its antennas, the goal is to simulate the device being embedded in furniture.
Three common positioning techniques were identified and each was found to have their own unique requirements for antenna placement. The antenna dimensions were found to be largely defined by the operating frequency. Local regulations were found to place limits on the available solutions in some circumstances. All tested materials were found to have a significant impact on the development kit's performance in certain conditions. Ultra-wideband (UWB) on hiljattain suosioon noussut radioteknologia, jota käytetään usein ihmisten ja esineiden korkean tarkkuuden langattomaan sisätilapaikannukseen. Yleensä UWB -paikannusjärjestelmät koostuvat kiinteästi asennetuista ``ankkureista'', joita käytetään liikkuvan kohdelaitteen sijainnin seuraamiseen. Tässä diplomityössä tutkitaan UWB -paikannusankkureiden antennien mittasuhteita ja niiden sijoittelua.
Yleisten UWB -paikannusmetodien toiminta ja niiden vaikutus antennien mittasuhteisiin ja sijoitteluun selvitetään kirjallisuuskatsauksen keinoin. Myös paikallista UWB -paikannusjärjestelmiä koskevaa lainsäädäntöä tutkitaan. Paikannukseen soveltuvaa UWB -kehitysalustaa käytetään sen antennien läheisyydessä olevien materiaalien vaikutuksen kokeelliseen mittaamiseen. Mittausten tavoite on simuloida laitteen sulauttamista sisustukseen.
Kolme tyypillistä paikannusmetodia tunnistettiin, joista jokaisella todettiin olevan omat vaatimuksensa antennien sijoitteluun liittyen. Antennien mittasuhteiden todettiin määräytyvän pitkälti käyttötaajuuden mukaan. Paikallisen lainsäädännön todettiin rajoittavan mahdollisia toteutustapoja. Kaikkien testatuiden materiaalien havaittiin vaikuttavan merkittävästi kehitysalustan suorituskykyyn tietyissä olosuhteissa.
A literature review is performed to establish the principles of common UWB positioning techniques and what is their relationship with the placement and dimensions of UWB antennas. The local regulations on UWB positioning are also investigated. An UWB development kit with positioning capability is used to test the effect of commonly encountered materials near its antennas, the goal is to simulate the device being embedded in furniture.
Three common positioning techniques were identified and each was found to have their own unique requirements for antenna placement. The antenna dimensions were found to be largely defined by the operating frequency. Local regulations were found to place limits on the available solutions in some circumstances. All tested materials were found to have a significant impact on the development kit's performance in certain conditions.
Yleisten UWB -paikannusmetodien toiminta ja niiden vaikutus antennien mittasuhteisiin ja sijoitteluun selvitetään kirjallisuuskatsauksen keinoin. Myös paikallista UWB -paikannusjärjestelmiä koskevaa lainsäädäntöä tutkitaan. Paikannukseen soveltuvaa UWB -kehitysalustaa käytetään sen antennien läheisyydessä olevien materiaalien vaikutuksen kokeelliseen mittaamiseen. Mittausten tavoite on simuloida laitteen sulauttamista sisustukseen.
Kolme tyypillistä paikannusmetodia tunnistettiin, joista jokaisella todettiin olevan omat vaatimuksensa antennien sijoitteluun liittyen. Antennien mittasuhteiden todettiin määräytyvän pitkälti käyttötaajuuden mukaan. Paikallisen lainsäädännön todettiin rajoittavan mahdollisia toteutustapoja. Kaikkien testatuiden materiaalien havaittiin vaikuttavan merkittävästi kehitysalustan suorituskykyyn tietyissä olosuhteissa.