CN100426588C - 用于蜂窝通信的天线波束控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于蜂窝通信系统的天线波束控制系统(ABCS)。该ABCS能够遥控天线的水平波束方向和水平波束宽度，以进行最佳接收和传输。在其基本设计方面，ABCS包括与反射盘结合的至少一个天线反射器、天线旋转组件和电动控制器，其中反射盘用于接收和传输RF信号。ABCS的所有部件容纳在诸如屏蔽器之类的天线外壳中，天线外壳利用顶盖和底盖保持与环境屏蔽的状态。电动控制器设计成远程驱动ABCS并控制天线反射器的位置，使其最优化。

Description

用于蜂窝通信的天线波束控制系统

技术领域

本发明总体上涉及一种天线控制系统，更具体地说，涉及一种用于蜂窝通信网络中的天线波束控制系统。本发明遥控天线的水平方位角和水平波束宽度，以补偿周围环境的变化。

背景技术

当前，无线蜂窝手机全球通用，而且其用途快速拓展。蜂窝电话与设置在整个接收区域的天线蜂窝基站联合工作，以提供最佳覆盖率。在设计用于无线蜂窝通信系统的蜂窝基站时，蜂窝天线的物理位置和指向在限定蜂窝基站的覆盖量时是很重要的参数。因此，许多蜂窝天线安装在大楼的楼顶或者塔上，以扩展蜂窝基站的覆盖区域。为在室外环境中安装蜂窝天线，把天线安装在固定于每一蜂窝基站的支撑杆的顶部。为在室内环境中安装蜂窝天线，把天线安装在墙壁或者天花板上。在这两种情况下，使用夹持工具以固定天线的布置。

使用天线夹持工具把蜂窝天线牢固地安装在墙壁或者现成的机构上。对技术人员来说，由于需要技术人员爬上高塔或者楼顶并长时间的使用双手，安装或者调整天线不但非常危险，，而且非常辛苦，由于在为了最佳接收而调整天线时，技术人员不得不一遍又一遍地重复许多次相同的步骤，成本很高。

典型现有技术的天线波束控制组件图示在图13中，并包括五个主要部件：蜂窝天线10、天线安装杆18、上部铰接安装架30、上夹持件24和下夹持件26。

蜂窝天线10具有用于发送和接收RF信号的内反射件(未示出)，而且包括上端12和下端14。安装杆18具有上端20和下端22。向杆的上端20结合上夹持件24，向杆的下端22结合下夹持件26。上铰接安装架30具有外端32和内端34。外端32结合到天线10的上端12，内端34通过上夹持件24结合到安装杆18的上端20，如图A所示。天线10的下端14通过下夹持件26结合到天线10的下端14。

现有技术的天线波束控制组件的安装过程包括下述步骤：第一步，松开用于加宽两个夹持件的间距的、设置在上夹持件24和下夹持件26上的一对螺母。第二步，调整下夹持件26以支撑杆18，并通过沿与蜂窝扇区相对应的电磁波的已知方向转动天线10而控制方向角。

第三步，松开设置在铰接安装架30上的一对螺栓，并沿铰接安装架30的折叠方向或者打开方向进行移动，以调整天线向下的倾斜角。调整向下的倾斜角之后，拧紧该对螺栓，以固定天线。通过读取设置在铰接安装架30一侧上的角度指示仪38上的刻痕标记36，确定天线10所需的向下倾斜角度。

由于蜂窝基站周围的地形变化或者交通密集地区的呼叫质量下降，近来要求改变蜂窝天线波束的方向。另外，由于通常是其他蜂窝基站紧密设置，当决定蜂窝基站的位置时，应当考虑与其他蜂窝基站的干扰程度。换句话说，应当考虑所有蜂窝基站的不同情况。特别是，针对水平方位角(即水平操纵)，用于控制传输到辐射部件的信号的相位的电动水平波束操纵将改变波束的方向。结果，产生扫描损失，而且旁瓣(sidelobe)增加。因此，在水平操纵的情况下，通过向左或者向右转动天线本身，可有效地从机械地控制波束方向。在电动控制的情况下，天线必须由至少两列径向辐射元件阵列组成。但是，这都产生了负面问题，例如增加了天线的宽度/尺寸，提高了设计的复杂性，加大了天线重量，或者提高了天线生产的制作成本。

上面讨论了现有无线通信蜂窝基站天线系统，由于人们需要手动调整天线而且由此总是存在发生事故的危险，因此难于频繁地改变天线波束的方向。近来，夹持系统也安装在天线外部，并由此与支撑安装杆组合在一起。这种安装形式要求较大的空间用于天线系统，而且不能实现舒适的分区外观。包括采用移相器电动向下倾斜在内的垂直向下倾斜可保持水平波束的形状，而机械向下倾斜可控制水平波束的中部，但不能有效地控制水平波束形状的侧部。因此，电动向下倾斜更有效。

本发明解决和/或消除了现有技术中固有的上面讨论的许多问题。

对现有技术的专利和工业文献进行检索，没有公开记载在本申请的权利要求书中的天线波束控制系统。

发明内容

本发明所公开的天线波束控制系统(ABCS)设计成应用于蜂窝通信网络。

提供一种用于蜂窝通信的天线波束控制系统，包括旋转反射组件，该旋转反射组件具有：a)具有顶盖和底盖的天线外壳；b)分布在所述天线外壳内的可旋转天线反射器，所述可旋转天线反射器具有上表面和下表面；c)与所述可旋转天线反射器对接的轮轴；d)连接至轮轴的齿轮传动电机，从而使可旋转天线反射器在所需的方向上旋转，以改变所述可旋转天线反射器的水平方位角和水平波束宽度；以及e)用于根据从外部提供的控制信号控制所述齿轮传动电机的驱动的电动控制器。

鉴于上述公开的内容，ABCS的主要目的使提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，可通过旋转天线反射器遥控天线波束的水平方位角和水平波束宽度。

本发明的另一目的是提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，可通过在天线反射器的后部安装一杆并旋转杆上的至少一个天线反射器而控制天线波束的水平方位角。

本发明的另一目的是提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，通过在线性位置设置两个天线反射器、环绕两个线性设置的天线反射器旋转天线反射器，并环绕每一反射器的中心旋转两个天线反射器而改变天线波束的水平方位角、水平波束宽度和波束的形成。

本发明的另一目的是提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，通过把所有必须的部件放入单个天线外壳而降低天线的尺寸并提供分区的舒适外观。

本发明的另一目的是提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，能够通过远程地采用遥控方法机械操作和控制水平波束指向角，而调整天线的水平波束指向角。

本发明的另一目的是提供一种用于蜂窝通信网络的天线波束控制系统，能够通过机械操作而遥控水平波束指向角，即使利用具有单列辐射部件的天线，也可实现水平波束的操纵。

本发明的目的是生产一种从生产和消费观点来说成本都很有效的ABCS。

从结合附图的下述详细的说明书和权利要求书中，本发明的这些和其他目的和优点将变得清晰。

附图说明

图1是用于蜂窝通信的天线波束控制系统(ABCS)的第一种设计方案的侧视分解示意图。

图2是图示在第一ABCS设计方案中的系统的侧视和横向剖视图。

图3是第一ABCS设计方案的俯视图。

图4是具有被围在单个天线外壳内的三个内部天线的第一ABCS设计方案的俯视图。

图5是第二ABCS设计方案的侧视和横向剖视图。

图6是图示在图5中的系统的俯视图。

图7是包括在图5中的齿轮机构的俯视图。

图8是图5中使用的天线安装架的俯视图。

图9是示出设置在天线外壳内的三个天线的俯视图。

图10是第三ABCS设计方案的横向剖视图。

图11是图10所示系统的俯视图。

图12是图11所示的两个天线反射器处于相对转动角度的俯视图。图13是用于蜂窝通信的现有技术中的天线波束控制组件的透视图。

具体实施方式

以用于蜂窝通信的天线波束控制系统(ABCS)的优选实施例的方式描述实施本发明的最佳方式。本申请公开了三种设计结构的ABCS的优选实施例：第一种设计结构图示在图1-4中，第二种设计结构图示在图5-9中，第三种设计结构图示在图10-12中。

如图1-4所示，第一种设计结构的ABCS包括旋转反射组件100，该旋转反射组件100由以下8个主要部件组成：天线外壳181、天线反射器151、顶部轮轴(hub)131、底部轮轴132、中空接头管(offset)安装适配器111、减速齿轮142、齿轮传动电机161和电动控制器171。第一种设计的部件图示在图1的分解示意图中并在图2中连接起来。

最好如图1所示，优选由天线屏蔽器组成的天线外壳181包括顶盖101和底盖102。天线外壳181内设置包括旋转反射组件100的主要部件。

图示在图2的侧视图和图3的俯视图中的天线反射器151具有上表面和下表面，并且设置在顶部轮轴131和底部轮轴132之间。顶部轮轴131与天线反射器的上表面配合，并包括压配合在顶部轮轴131上的第一轴承121。第一轴承121与天线外壳181的顶盖101对接，而底部轮轴132与天线反射器151的下表面配合。底部轮轴132具有在底部轮轴132之下扩展的一体式下部轴130以及与下部轴130对接的第二轴承122。

中空接头管安装适配器111具有顶部和底部，顶部与第二轴承122对接，而底部与天线外壳181的底盖102对接。减速齿轮142连接至与底部轮轴132成为一体的下部轴130。下部轴130连接至容纳在接头管安装适配器111内部的减速齿轮。

齿轮传动电机161连接至天线外壳181的底盖102，并已连接至与减速齿轮142啮合的输出齿轮141。减速齿轮142在由齿轮电机161指示的方向上转动天线反射器，以控制天线反射器的水平方位角和水平波束宽度。由电动控制器171提供齿轮传动电机161的方向和控制，该电动控制器171反过来利用外部提供的控制信号进行控制。外部提供的控制信号可以从便携设备提供或者从中心控制站提供。根据蜂窝天线的位置，由电动控制器选择用于传输的信号。为了提供最优的蜂窝位置，必须考虑蜂窝基站的位置环境。这些考虑因素包括：设置在蜂窝基站附近的建筑物数量和类型、被传输信号的模式和强度、以及预期蜂窝呼叫的数量。

如图4所示，ABCS的第一种设计方案进一步包括至少三种旋转反射器。这种设计方案中的三种反射器安装在共同基础上。

如图5-9所示，ABCS的第二种设计结构包括旋转反射组件100，该旋转方式组件进一步包括九个主要部件：天线外壳281、支撑安装杆211、多个套筒231、232和233、多个轴承221、222和223、一组天线安装架291和292、天线反射器251、底部轮轴242、齿轮传动电机261以及电动控制器271。

最好如图5所示，优选由天线屏蔽器组成的天线外壳81包括顶盖201和底盖202。天线外壳281内设置包括旋转反射组件100的主要部件。

如图5和6所示，支撑安装杆211的尺寸设计成穿过天线外壳281的顶盖201和底盖202。在支撑安装杆周围设置由上套筒231、中套筒232和下套筒233组成的多个套筒。压在套筒231、232和233的内圈(race)上的分别是上轴承221、中轴承222和下轴承223。

该付天线安装架291和292具有连接至第一轴承221和第二轴承222的外圈的内侧。天线安装架的外侧连接至天线反射器251，如图5所示。图8示出了天线安装架的详细结构。

底部轮轴242包括与天线反射器251的下表面对接的一组齿轮齿。齿轮齿243为渐开式的，而且构成为具有与齿轮电机的输出齿轮相匹配的径向扇形的星形齿轮。天线外壳281的底盖202连接至齿轮传动电机261。齿轮传动电机261具有与底盖242上的齿轮齿243组啮合的输出齿轮。这种齿轮传动结构使天线反射器在由齿轮传动电机261指示的方向上旋转，以控制天线反射器251的水平方位角和水平波束宽度。由电动控制器271提供齿轮传动电机261的方向和控制方式，该电动控制器271反过来利用外部提供的控制信号进行控制。外部提供的控制信号可以从便携设备提供或者从中心控制站提供。

如图10-12所示，ABCS的第三设计结构包括旋转反射组件100，该旋转组件100进一步包括十个主要部件：无线外壳381、顶部转盘312、至少一个顶部轮轴300、底部转盘311、至少一个底部轮轴326、至少一个天线反射器351、至少一个减速齿轮343、至少一个齿轮传动电机362、盘齿轮传动电机361和电动控制器371。

最好如图10所示，优选由天线屏蔽器组成的天线外壳81包括顶盖301和底盖302。天线外壳381内设置包括旋转反射组件100的主要部件。

天线外壳381包括顶盖301和底盖302。通过盘轴承322把顶部转盘312可旋转地连接至顶盖301的内表面。通过盘轴承346，至少一个顶部轮轴300与顶部转盘312的下表面对接。同样地，通过盘轴承321，底盖302的内表面可旋转地连接至底部转盘311。至少一个底部轮轴326与底部转盘311的上表面对接。

在至少一个顶部轮轴300和至少一个底部轮轴326之间，至少一个天线反射器351设置在天线外壳381内。如图10-12所示，示出了两个天线反射器351。如图10所示，至少一个允许天线反射器以最佳RPM旋转的减速齿轮343连接至底部轮轴326。减速齿轮349由至少一个齿轮传动电机362驱动，这些齿轮传动电机362如图10所示连接至底部转盘的上表面。

盘齿轮传动电机361设置在底盖302的上表面上，盘齿轮传动电机361具有与设置在底部转盘311上的盘驱动齿轮342对接的输出齿轮341。盘驱动电机361和驱动齿轮342结合允许至少一个天线反射面351在由齿轮传动电机362指示的方向上旋转，以控制天线反射器351的方位角和水平波束宽度。由电动控制器371提供齿轮传动电机362的方向和控制方式，该电动控制器371反过来利用外部提供的控制信号进行控制。外部提供的控制信号可以从便携设备提供或者从中心控制站提供。

虽然本发明已经被完全详细地进行了说明而且示意性地图示在附图中，但并不局限于这些细节，因为不超出本发明的精神实质和保护范围，本发明可以有许多改变和改进。例如，可以由其他不同形状的屏蔽器代替所公开的圆柱形屏蔽器。还有，通过转动扭拒的齿轮和电机可以根据系统设计的要求设置在不同位置。另外，可以使用正时带代替齿轮。因此，在随附权利要求的语言和保护范围内，上述说明涵盖了任何和所有改进和形式。

Claims (16)

1. 一种用于蜂窝通信的天线波束控制系统，包括旋转反射组件，该旋转反射组件具有：

a)具有顶盖和底盖的天线外壳；

b)分布在所述天线外壳内的可旋转天线反射器，所述可旋转天线反射器具有上表面和下表面；

c)与所述可旋转天线反射器对接的轮轴；

d)连接至轮轴的齿轮传动电机，从而使可旋转天线反射器在所需的方向上旋转，以改变所述可旋转天线反射器的水平方位角和水平波束宽度；以及

e)用于根据从外部提供的控制信号控制所述齿轮传动电机的驱动的电动控制器。

2. 如权利要求1所述的天线波束控制系统，其中所述天线外壳包括圆形屏蔽器。

3. 如权利要求2所述的天线波束控制系统，其中：

至少两个可旋转天线反射器设置在所述天线外壳内。

4. 如权利要求2所述的天线波束控制系统，其中：

当从外部提供的控制信号被提供至所述电动控制器时，从便携式设备或者从中心控制站提供控制信号。

5. 如权利要求2所述的天线波束控制系统，其中两个可旋转天线反射器成线性位置设置。

6. 一种用于蜂窝通信的天线波束控制系统，包括旋转反射组件，该旋转反射组件具有：

a)具有顶盖和底盖的天线外壳；

b)具有上表面和下表面、并设置在所述天线外壳内的可旋转天线反射器；

c)与所述可旋转天线反射器的上表面紧密配合的顶部轮轴，所述顶部轮轴具有压配合在所述顶部轮轴上的第一轴承，并且第一轴承与所述天线外壳的顶盖对接；

d)与所述可旋转天线反射器的下表面紧密配合的底部轮轴，所述底部轮轴具有在所述底部轮轴之下扩展的一体式下部轴以及与所述下部轴对接的第二轴承；

e)具有顶部和底部的中空接头管安装适配器，顶部与第二轴承对接，底部与所述天线外壳的底盖配合；

f)连接至所述天线外壳的底盖的齿轮传动电机，所述齿轮传动电机具有输出齿轮；

g)与所述输出齿轮啮合的减速齿轮，从而可旋转天线反射器在所述齿轮传动电机指示的方向上旋转，以控制所述可旋转天线反射器的水平方位角和水平波束宽度；以及

h)根据外部提供的控制信号控制所述齿轮传动电机的驱动的电动控制器。

7. 如权利要求6所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，进一步包括安装在用于两扇区设备的共用基础上的至少两个可旋转天线反射器。

8. 如权利要求6所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，进一步包括安装在用于三扇区设备的共用基础上的至少三个可旋转天线反射器。

9. 如权利要求8所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，其中：

可独立操作每个所述可旋转反射器，以控制水平方位角和水平波束宽度。

10. 一种用于蜂窝通信的天线波束控制系统，包括旋转反射组件，该旋转反射组件具有：

a)具有顶盖和底盖的天线外壳；

b)穿过所述天线外壳的顶盖和底盖的支撑安装杆；

c)环绕所述支撑安装杆设置的多个套筒；

d)压配合在所述多个套筒的内圈上的多个轴承；

e)连接至所述多个轴承中的两个轴承的外圈的一组天线安装架；

f)连接至每个所述天线安装架上的可旋转天线反射器，而且所述可旋转天线反射器完全设置在所述天线外壳内；

g)具有一组齿轮齿的底部轮轴，所述底部轮轴与所述可旋转天线反射器的下表面对接；

h)连接至所述天线外壳的底盖的齿轮传动电机，所述齿轮传动电机具有与所述底部轮轴的齿轮齿对接的输出齿轮，允许所述可旋转天线反射器在由所述齿轮传动电机指示的方向上旋转，以控制所述可旋转天线反射器的水平方位角；以及

i)根据外部提供的控制信号控制所述齿轮传动电机的驱动的电动控制器。

11. 如权利要求10所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，进一步包括安装在用于三扇区设备的共用基础上的至少三个可旋转天线反射器。

12. 如权利要求11所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，其中：

可独立操作每个所述可旋转天线反射器，以控制水平方位角和水平波束宽度。

13. 如权利要求10所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，其中：

所述底部轮轴齿轮齿是渐开线式的，而且被构成为具有径向扇形的星形齿轮，所述扇形的尺寸设计并分割为与所述齿轮传动电机的输出齿轮配合。

14. 一种用于蜂窝通信的天线波束控制系统，包括旋转反射组件，该旋转反射组件具有：

a)具有顶盖和底盖的天线外壳；

b)通过盘轴承可旋转地连接至顶盖的内表面的顶部转盘；

c)具有与所述顶部转盘的下表面对接的盘轴承的顶部轮轴；

d)通过盘轴承可旋转地连接至底盖的内表面的底部转盘；

e)具有与所述底部转盘的上表面对接的盘轴承的底部轮轴；

f)在所述顶部轮轴和底部轮轴之间，设置在所述天线外壳中的可旋转天线反射器；

g)连接至所述底部轮轴的减速齿轮，用于旋转所述可旋转天线反射器；

h)连接至所述底部转盘的齿轮传动电机，所述齿轮传动电机驱动所述减速齿轮；以及

i)设置在所述底盖上的盘齿轮电机，所述盘齿轮电机具有输出齿轮，而所述底部转盘具有盘驱动齿轮，输出齿轮与盘驱动齿轮对接，从而所述可旋转天线反射器在由所述齿轮传动电机指示的方向上旋转，以控制所述可旋转天线反射器的水平方位角和水平波束宽度；以及

j)根据外部提供的控制信号控制所述齿轮电机和所述盘齿轮电机的驱动的电动控制器。

15. 如权利要求14所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，进一步包括安装在用于三扇区设备的共用基础上的至少三个可旋转天线反射器，其中每一可旋转天线反射器能够控制水平方位角和水平波束宽度。

16. 如权利要求15所述的用于蜂窝通信的天线波束控制系统，其中：

可独立操作每个所述可旋转天线反射器，以控制水平方位角和水平波束宽度。

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