CN101331647B - 在移动通信基站中的可变波束控制天线 - Google Patents

Abstract

提供一种用于移动通信基站的天线。在移动通信基站中的可变波束控制天线中，至少两个辐射器部分垂直地布置，每个具有反射器，该反射器带有至少一个安装其中的辐射器。至少一个力产生器通过外部控制信号提供转动力，并且力传递部分将力产生器产生的转动力传递到至少一个反射器，并因而转动至少一个反射器。根据本发明，因为可变波束控制天线设置为能够控制水平波束宽度的一列式天线，因此可变波束控制天线可以低成本生产，并且允许对近来移动通信无线网络所要求的容易自动优化。

Description

在移动通信基站中的可变波束控制天线

技术领域

本发明总体涉及一种在移动通信基站中的天线，具体地涉及一种可变波束控制天线，该可变波束控制天线设置为控制天线的水平波束宽度和水平调向。 

背景技术

在发展的早期，尽管移动通信系统中使用固定天线作为基站天线，但是近年来，垂直可变下倾天线由于其先进性而被广泛地使用。这个垂直可变下倾天线通过使用移相器来调整在垂直阵列中的相位，因而根据单元站点的过剩垂直地控制天线波束。 

近年来，甚至用于在区段(sector)的方向上，根据在单元站点内部的订户的分布，水平地对天线波束进行调向的技术已经得到了发展。为了水平地控制天线波束，可以考虑两种方式：通过提供到每列的信号的电相位控制的电子水平波束控制，和使用一列式天线的机械水平调向。 

由于机械的波束控制方案在天线尺寸和成本上是有利的，且具有不引起水平旁瓣的电子的优点，而被广泛使用。无须说，垂直波束控制方案通过单独操作进行，因而可应用到垂直倾斜和水平调向。 

使用装配有垂直倾斜和水平调向的两维控制功能的天线，根据订户分布的动态网络优化成为可能。然而，在实际单元站点仅使用两维波束控制可能会产生问题。在最典型的区段结构中，即，三个120度区段结构中，当根据订户分布调整水平调向方向时，可能会产生遮蔽或者增加区段间的重叠区域。因而，为了水平调向方向的调整，需要改变水平波束宽度以抑制遮蔽并最小化重叠区域。 

至今为止，简单且低成本地实施水平波束宽度改变功能是非常困难 的。传统上，水平波束宽度以三种方式改变。 

其中一种方式是调整在一个1列式天线中反射器的角度和长度。它是用于垂直偏振天线的典型方法。其例子公开在“Ref.Mobile AntennaSystem Handbook，K.Fujimoto and J.R.James pp.133-134”(参见《移动天线系统手册》K.Fujimoto and J.R.James著，133-134页)。然而，水平波束宽度改变方法的明显缺陷在于，由于有效反射器长度，天线变得非常巨大，并且目前广泛使用的双偏振天线的绝缘和交叉偏振降级。 

另一种改变水平波束宽度的方式是典型的天线技术，其中三列或者多列式天线是水平地实施，因而通过每列的相位和分布比率的控制来改变天线波束宽度。这种技术的例子发现在由“Andrew Corporation”(“安德鲁公司”)申请的发明名称为“蜂窝状天线”的申请号为No.2003-7000418的韩国专利中。这种方法在移动通信基站中用于商业化是不可行的。 

尽管在典型移动通信基站中使用一列式或者两列式天线实现预定波束宽度，但是上述技术需要至少三列式天线。因而增加了天线尺寸和成本。而且，为了改变分布比率和相位，使用昂贵且高损耗部件，因而减少天线增益。因而，采用这种方法的天线被用于军事目的。 

另一种方法是两列式或者多列式天线被水平实施，并且在各列中的反射器的水平调向方向被机械地控制以相互交叉，因此以控制波束宽度。实际上，用这种天线难以形成适合区段的典型天线波束。这种技术的例子发现在由本申请人申请的名称为“在移动通信基站中用于控制天线的装置”，专利申请号为No.2003-95761的韩国专利申请。当通过改变天线波束宽度获得宽的波束宽度时，在天线的向前方向产生纹波，并且不同于“急剧跌落”的辐射图增加了区段之间的重叠区域。这种方法也需要至少两列式天线。 

发明内容

因而，本发明的目的是提供一列式天线，该天线设置为控制水平波束宽度。 

本发明的另一个目的是提供一种在移动通信基站中可变波束控制天线，其是一列式天线，该一列式天线设置为控制水平波束宽度，并因此适合于高功能、低成本和网络优化。 

本发明的进一步的目的是提供一种在移动通信基站中可变波束控制天线，其是一列式天线，该一列式天线设置为控制水平波束宽度和水平调向。 

通过提供一种在移动通信基站中可变波束控制天线实现上述目的。在天线中，至少两个辐射器部分垂直地布置以具有相同转动中心，每个具有带有安装其中的至少一个辐射器的反射器。至少一个力产生器通过外部控制信号提供转动力，和力传递部分传递力产生器产生的转动力到至少一个反射器且因而转动至少一个反射器。通过垂直布置的所述至少两个辐射器部分的旋转改变天线的水平波束宽度。 

优选地，天线进一步包括：第二力产生器，所述第二力产生器用于提供转动力以转动整个辐射器部分；和第二力传递部分，所述第二力传递部分用于将第二力产生器产生的转动力传递到辐射器，并因而转动整个辐射器。 

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的安装在移动通信基站的可变波束控制天线的示意图； 

图2示意性地说明图1所示天线中反射器的转动位置的例子； 

图3是根据本发明的另一种实施方式的安装在移动通信基站的可变波束控制天线的示意图； 

图4是图1中所示天线的波束宽度控制模拟结果的示例图； 

图5是图3中所示天线的波束宽度控制模拟结果的示例图； 

图6A、图6B和图6C是说明根据本发明第三实施方式的在移动通信基站中的可变波束控制天线的重要部分的立体图； 

图7是在图6A、图6B和图6C中所示的天线的重要部分中第二辐射器的底部局部放大立体图； 

图8A和图8B是从图6A、图6B所示的天线修改的天线的示例图。 

具体实施方式

本发明优选的实施方式将使用附图详细地说明如下。诸如具体部件的细节被描述在如下的说明中，对本领域技术人员而言很明显，这些细节被提供用于充分理解本发明，并且因而在本发明范围内可以对它们做出变化和修改。 

图1是根据本发明的实施方式的安装在移动通信基站的可变波束控制天线的示意图，图2示意性地说明图1所示天线中反射器的转动位置的例子。 

参考图1和图2，根据本发明的实施方式的用于改变水平波束宽度的天线是一列式天线结构。该天线在垂直方向上有三个单独的辐射器部分。即，单独地设置有第一辐射器部分10、第二辐射器部分20和第三辐射器部分20。 

为了接收和传输用于移动通信的无线信号，每个辐射器部分设置有具有天线装置的反射器，所述天线装置包括至少一个适当地布置其中的辐射器。 

在图1所示的例子中，第一辐射器部分10设置有第一反射器11，所述第一反射器11包括第一、第二和第三反射器111、112和113。第二辐射器部分20设置有第二反射器21，所述第二反射器21包括第四、第五和第六反射器211、212和213。第三辐射器部分30设置有第三反射器31，所述第三反射器31包括第七、第八和第九反射器311、312和313。 

根据本发明的实施方式，第一、第二和第三反射器11、21和31设置成围绕第一、第二和第三辐射器部分10、20和30中的相同转动中心转动。或者它们可以设置成围绕不同转动中心转动，该不同转动中心或多或少地偏离共同的转动中心。 

第一、第二和第三力产生器13、23和33设置为响应外部控制信号对第一、第二和第三反射器11、21和31产生转动力。它们可以是电动机。 

第一、第二和第三力传递部分12、22和32设置以将第一、第二和第三力产生器13、23和33产生的转动力传递到第一、第二和第三反射器11、21和31并且因而转动它们。第一、第二和第三力传递部分12、22和32设置为 包括多个齿轮、轴和轴承。 

控制第一、第二和第三力产生器13、23和33操作的外部控制信号可以由电缆或者无线地从源提供，即，从天线、基站主体(没有显示)或者基站控制器附近提供。 

当高建筑被建立或者新基站建筑在附近区域，或者当辐射环境由于临时电话数量增加而改变时，为了最优单元规划，合适的控制信号被应用到第一、第二和第三力产生器13、23和33，因而在合适程度上转动第一、第二和第三反射器11、21和31。 

在具有上述结构的天线中，第一、第二和第三辐射器部分10、20和30包含在一个天线罩50中，所述天线罩50作为壳体，该壳体用上下帽(没有显示)密封。因而，天线罩50使第一、第二和第三辐射器部分10、20和30共同地看起来像单个天线。 

图3是根据本发明的另一种实施方式的安装在移动通信基站的可变波束控制天线的示意图。天线与图1中所示天线在结构和原理上相同。尽管第一、第二和第三反射器11、21和31中的辐射器在图1的天线中是一列式阵列结构的，但是如图3所示的本发明的第二实施方式中，辐射器以两列设置在反射器中。 

图4是图1中所示天线的波束宽度控制模拟结果的示意图，图5是图3中所示天线的波束宽度控制模拟结果的示意图。参考图4和图5，示出了根据第一和第三反射器11和31相对在中间的第二反射器21的转动角度(方向)的水平波束宽度的变化，并且注意到获得了好的波束形成。图4和图5所示的模拟结果总结在如下表1和表2中。 

(表1) 

波束宽度	65	90	120
				辐射方向	0	±41	±54

(表2) 

波束宽度	33	45	65	90
					辐射方向	0	±24	±30	±36

[0041] 通过垂直地布置成一列的第一、第二和第三辐射器部分10、20和30相互转动方向的合适控制，根据本发明的第一和第二实施方式的用于移动通信基站的可变波束控制天线能够可变化地控制水平波束宽度，并且可以形成在天线的向前方向上带有很少纹波的波束。 

尽管已经描述了第一、第二和第三辐射器部分10、20和30设置有它们各自的第一、第二和第三力产生器13、23和33以转动第一、第二和第三反射器11、21和31，但是可以进一步预期第一、第二和第三反射器11、21和31是通过使用一个力产生器和力传递部分来部分地或者整体地转动，所述力传递部分带有多个齿轮和齿轮轴用于部分地或者整体地将力产生器产生的力传递到第一、第二和第三辐射器部分10、20和30。 

图6A、图6B和图6C是说明根据本发明第三实施方式的在移动通信基站中的可变波束控制天线的重要部分的立体图。具体而言，图6A示出了从左上方观察的天线的重要部分的后部，图6B示出了从右下方观察的天线的重要部分的后部，图6C示出了从比所述左上方低的高度观察的天线的重要部分的后部。在图6C中没有显示力产生器。图7是在图6A、图6B和图6C中所示的天线的重要部分中第二发射器的底部的局部放大立体图，相当于从左上方观察的天线的重要部分的前部的视图。 

如图1和图3所示的天线，参考图6A到图7，这个天线具有三个垂直的单独的辐射器部分和第一、第二和第三反射器11′、21′、31′，该第一、第二和第三反射器垂直地布置为具有相同转动中心。如在第一实施方式中，第一、第二和第三反射器11′、21′、31′可以不具有相同转动中心。 

第二反射器21′由图7中的固定导向件440a和44b固定到天线罩(没有显示)并且第一和第三反射器11′、31′可转动地安装。 

包括电机的力产生器33′安装在第三反射器31′下面，并且电机的转动轴与第三反射器31′通过齿轮连接，因而第三反射器31′随着电机的转动一起转动。 

在这种结构中，通过带有多个齿轮和齿轮轴的力传递部分，第一反射器11′设置为在与第三反射器31′的转动相反的方向转动。第一到第五齿轮411到415和齿轮轴416共同形成力传递部分。 

第一齿轮连接到第三反射器31′的上端部分，因而它可以随着第三反 射器31′的转动一起转动。第二齿轮412安装为与第一齿轮411啮合地转动，且第三齿轮413安装为与第二齿轮412啮合地转动。第五齿轮415连接到第一反射器11′的下端部分，因而第一反射器11′可以随着第五齿轮415的转动一起转动。第二齿轮414安装为与第五齿轮415啮合地转动。 

第三齿轮413由齿轮轴416连接到第四齿轮414。当第三齿轮413转动时，这个齿轮轴4165转动，因而又转动第四齿轮414。 

当第三反射器33′通过驱动力产生器33′转动时，第一到第五齿轮411到415依次转动。因此，第一反射器11′以与第三反射器33′的转动相反的方向转动。 

在根据本发明的第三实施方式的这个可变波束控制天线中，第一和第二反射器11′和31′相对第二反射器21′彼此互相作用，因此在相反方向上转动。因此，水平波束宽度能够可变地控制。同时，在图6A到图7中，支撑杆430设置在合适位置以稳定地支撑第二反射器21′。 

图8A和8B是从图6A、图6B所示的天线修改的天线的示意图。图8A示出了从左上方观察的天线的重要部分的后部，而图8B示出了从右下方观察的天线的重要部分的后部。参照图8A和8B，这个天线几乎与第三实施方式的天线结构相同。该天线具有：带电机(未示出)的第二力产生器53，用于转动整个第一、第二和第三反射器11′、21′和31′以控制水平调向和水平波束宽度；和第二力传递部分52。 

第二力产生器53响应外部控制信号而操作。第二力产生器53设置有用于转动整个第一、第二和第三反射器11′、21′和31′的电机。第二力传递部分52设置到力产生器33′的固定框架的下部。因而，在第二力产生器53中的电机的转动轴通过齿轮连接到力产生器33′的固定框架，因而固定框架随着电机的转动一起转动。因而，在力产生器33′中的固定框架的转动导致整个第一、第二和第三反射器11′、21′和31′转动。 

尽管已经说明了第二反射器21′在图6A、6B和6C中通过图7的固定引导件440a和440b固定到天线罩(没有显示)中，但是在图8A和8B所示的天线结构中，第二反射器21′可转动地安装并且因而没有固定到天线罩。 

在修改的天线中，第一、第二和第三反射器11′、21′和31′整体地转动，因而天线的水平调向能够可变化地控制。 

尽管参照本发明的某些优选的实施方式本发明已经被示出和说明，但是本领域所属技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对该实施方式进行形式和细节上的多种变化。 

例如，尽管已经说明了根据本发明的实施方式的天线具有三个单独的辐射器部分，但是可以作为其它实施方式进一步设想天线具有两个或者四个或者更多辐射器部分。考虑到垂直旁瓣特征、实施的复杂性和成本，这个辐射器结构可以被合适地设计。 

另外，尽管辐射器部分设置为通过使用力产生器和力传递部分而转动，即，通过机械的水平波束宽度改变方案而转动，但是替代上述方案可采用电子的水平波束宽度改变方案，如同控制水平调向的电子水平调向方案，在电子的水平波束宽度改变方案中天线的水平波束宽度通过控制从辐射器部分的辐射器发射的信号的相位而控制。 

因而，在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对该实施方式进行形式和细节上的多种变化。 

如上所述，因为根据本发明的用于移动通信基站的可变波束控制天线设置为能够控制水平波束宽度的一列式天线，因此根据本发明的用于移动通信基站的可变波束控制天线可以低成本生产，并且允许对近来的移动通信无线网络所要求的容易自动优化。虽然传统上，对于基站区段需要带有不同波束宽度的很多种天线，但是在本发明中单个天线容易改变其波束宽度。 

进而，这个一列式天线可以控制水平调向和水平波束宽度。 

Claims (4)

1.一种在移动通信基站中的可变波束控制天线，包括：

第一、第二和第三辐射器部分，该第一、第二和第三辐射器部分垂直地依次布置，第一、第二和第三辐射器部分中的每一个具有反射器，该反射器带有至少一个安装在其中的辐射器；

力产生器，用于通过外部控制信号提供转动力以转动第三辐射器部分的反射器；

力传递部分，用于随同第三辐射器部分的反射器的转动一起，在与第三辐射器部分的反射器的转动方向相反的方向上，转动第一辐射器部分的反射器；

第二力产生器，用于提供转动力以整体地转动第一、第二和第三辐射器部分、力产生器和力传递部分；和

第二力传递部分，用于将第二力产生器产生的转动力传递到至少所述力传递部分，并且因而整体地转动第一、第二和第三辐射器部分、力产生器和力传递部分，

其中，通过垂直地依次布置的所述第一、第二和第三辐射器部分的旋转改变所述天线的水平波束宽度。

2.根据权利要求1所述的可变波束控制天线，其中力传递部分包括：

第一齿轮，所述第一齿轮连接到第三辐射器部分的反射器的端部，用于随同第三辐射器部分的反射器的转动一起转动；

第二齿轮，用于随着第一齿轮的转动一起转动；

第三齿轮，用于随着第二齿轮的转动一起转动；

齿轮轴，用于随着第三齿轮的转动一起转动；

第四齿轮，用于随着齿轮轴的转动一起转动；和

第五齿轮，连接到第一辐射器部分的反射器的端部，用于随着第四齿轮的转动一起转动，并且因而转动第一辐射器部分的反射器。

3.根据权利要求1所述的可变波束控制天线，其中反射器安装在一个用作壳体的天线罩中，所述天线罩由上下帽封闭。

4.根据权利要求1、2、3中任何一项所述的可变波束控制天线，其中辐射器在反射器中布置成一列或者两列。

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