CN102664310A - 一种高性能的二维电调天线的机械结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能的二维电调天线的机械结构，涉及电调天线技术领域，具体涉及一种具有垂直下倾角调整和水平方向调整的电调天线的机械结构。本发明是顶部机构、天线壳体和下部机构连接构成一个腔体；天线本体安装在腔体中，并被顶部机构和下部机构从两端旋转固定；下部外观件包裹在下部机构外侧；下倾角传动系统安装在天线本体上，控制天线下倾角度；方位角传动系统安装在下部机构上，控制天线本体水平朝向。本发明能以较小的外形和重量实现二维电调天线各项功能，提高了天线的工作可靠性和环境适应性，操作更加简单，降低了安装与调试难度。

Description

一种高性能的二维电调天线的机械结构

技术领域

本发明涉及电调天线技术领域，尤其涉及一种高性能的二维电调天线的机械结构，具体涉及一种具有垂直下倾角调整和水平覆盖方向调整的电调天线的机械结构。

背景技术

自具有下倾角调整功能的电调天线——一维电调天线问世后，因其能改变辐射单元的相位从而控制天线的下倾角度，实现了网络覆盖密集程度调整和相邻天线覆盖范围干扰最小的性能。虽然一维电调天线在网络覆盖和网络覆盖调整时较定向天线性能有大幅的提高，目前满足了运营商高质量信号覆盖要求也能实现远程控制，但在覆盖范围快速调整和智能控制方面还存在明显的不足：一维电调天线只能在天线正朝向上改变覆盖范围，当水平角度上改变覆盖范围时，必须到天线安装现场对单个天线进行人为操作；远程控制也仅只能控制天线下倾角调整。

二维电调天线不仅具有一维电调天线所有优点，还能实施水平覆盖范围调整并能实现远程控制。针对由二维电调天线组成的天线网络可根据手机用户的分布情况，随时调整网络覆盖范围，随时达到较好的网络覆盖效果，可以实现真正意义上的远程控制——控制人员只需在监控室通过CCU对网络中每个天线下倾角和水平方位角进行控制，也可以根据某区域的手机用户分布变化的规律或可能发生的突然变化，先期规划出覆盖此区域的几种网络覆盖预案——为系统中每个天线的下倾角和水平方位角的状态规划几种特定状态，以便随时调用控制，达到覆盖范围快速调整和智能控制的目的，这也是天线今后的发展趋势。

目前，二维电调天线的实现方式主要有二种：

一、下倾角调整和水平方位角调整均采用改变辐射单元的相位方式实现；

二、下倾角调整采用改变辐射单元的相位方式实现，水平方位角调整采用改变天线反射板水平朝向的方式实现。

第一种实现方式，天线反射板不需要运动，结构较简单，但需要天线有足够的纵向辐射单元阵列，天线外形尺寸大，不符合天线小型化的发展趋势，基本很少被采用暂不作为本发明的研究范畴；

第二种实现方式，反射板需要水平方向角度运动，这样会带来天线下倾角传动系统和方位角传动系统的相互影响、天线水平调整运动的平稳性可靠性、反射板转动情况下射频连接器工作的可靠性、下倾角度和水平方位角度的肉眼读取不方便等一系列问题，结构设计比较复杂。

现有的二维电调天线虽结构上已基本实现功能，仍存在不同程度的缺陷：

1、部分天线厂家的二维电调天线只能实现下倾角用RCU控制，水平方位角只能用手动控制，无法真正实现远程控制；

2、现有二维电调天线采用下倾角传动系统的输入接口固定安装在反射板上，那么控制下倾角的RCU会随反射板转动，天线的底板必须开出RCU的让位槽，RCU必须穿过底板与下倾角传动系统连接，天线底部需要的面积较大，工程安装难度大；RCU的连接线缆也会随RCU的运动来回摆动，如果线缆扎线稍有偏差，有可能会影响天线水平方位角运动；

3、现有二维电调天线采用天线的射频连接器直接固定在反射板上，随反射板转动，天线的底板必须开出工程线缆的让位槽，工程线缆穿过底板连接到反射板上，工程线缆会随反射板的运动来回摆动。这样设计主要有两方面问题：

①工程线缆较粗较硬让反射板转动阻力增大，经常造成反射板不能正常转向，工程线缆的摆动对电连接器的连接可靠性也会造成影响；

②工程线缆受力状态比较恶劣，它与需要转动的反射板直接连在一起，会将外力直接传递到反射板和水平传动系统构件上，容易造成严重的破坏；

4、为保证天线反射板水平转动平稳，现有的二维电调天线会将反射板安装到有钢结构支柱的框架中，这样设计保证了结构强度和反射板回转运动平稳可靠，但产品体积大、重量大；

5、现有二维电调天线肉眼读取的标尺设计将下倾角标尺和水平角度标尺分开布置，都设置在天线底板下部，天线底版下部还设置有天线支架钢构、RCU和工程线缆，不能方便、直观的读取角度。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题，提供一种高性能的二维电调天线的机械结构。

本发明的技术方案是：

1、设计原则

本发明采用的结构方案，应能克服二维电调天线因为反射板转动带来的一系列结构问题，采用简单的结构形式、较小的天线体积和重量，达到二维电调天线的结构功能要求。

结构方案主要考虑以下因素：

a、为使天线体积较小，将天线水平回转轴设置到天线本体底面投影的几何中心，保证天线本体具有最小的回转半径；

b、天线采用无刚性支柱的结构形式，上、下端支撑天线本体的顶部安装板和底板与天线罩固定，利用天线罩支撑天线主体结构，并保证天线能承受规定的风荷作用不被破坏。

c、下倾角传动系统和水平方位角都可用的RCU进行调整，两个RCU都固定安装到天线底板上，提高RCU驱动的可靠性；

d.天线的射频连接器固定安装到天线底板上，在工程安装时更容易保证射频连接器连接的可靠性，同时保证工程线缆安装后不会运动，工程线缆受到的外力直接传递到天线底部的钢构件上，避免对天线本体和其它构件的破坏；

e、为使天线本体水平转动时更加平稳，天线本体与顶部安装板和底板采用轴承连接方式；轴承选用塑料轴承降低结构件对天线的电气指标的影响；

f、为方便、直观的肉眼读取天线的下倾角度和水平方位角度，将两标尺组合设计成一个观察窗，并将观察窗设置到天线罩上；

g、天线的防雨防尘设计应达到相关要求；

h、如果固定天线底部安装架的地脚螺栓位置已定，现有的天线二维电调天线只能在水平360°全向角度中的某些角度区间进行调整，不能实现水平任意区间角度调整，我公司在设计中底部安装支架采用双层底盘调节机构，能在360°任意区间保证水平角度调节范围。底部安装支架采用双层底盘调节机构也可以用于一维电调天线，保证地脚螺栓位置已定的情况下一维电调天线能够朝向任意角度。

2、具体结构

本发明包括工作对象下倾角传动系统和方位角传动系统；

设置有顶部机构、天线壳体、天线本体、下部机构和下部外观件；

顶部机构、天线壳体和下部机构依次连接构成一个腔体，并使其具有足够的强度；

天线本体安装在腔体中，并被顶部机构和下部机构从两端旋转固定，保证天线本体旋转运动功能；

下部外观件包裹在天线壳体和下部机构外侧，起着保护内部结构和美化外观的效果；

下倾角传动系统安装在天线本体上，其输入接口固定安装在下部机构上，该系统控制下倾角移相器改变天线下倾角度；

方位角传动系统固定安装在下部机构上，通过方位拨叉带动天线本体旋转，控制天线水平覆盖方向。

工作原理：

本发明所采用的机械结构方案主要保证的是天线安全性、功能性和操作性。顶部机构、天线壳体和下部机构依次连接构成一个强度可靠的腔体，通过轴承从上、下端同时旋转连接天线本体，保证天线工作的安全性。天线的下倾角调整依靠安装在天线本体上的下倾角传动系统完成，下倾角传动系统能改变下倾角移相器滑块位置，从而改变辐射单元的相位实现天线下倾角调整功能；天线的水平方位角调整依靠的是方位角传动系统，它通过方位拨叉带动天线本体机械转动，实现天线水平覆盖方向调整功能。天线的传动系统接口和射频连接器均设置在下部机构上固定安装，保证了天线安装、调试时的操作方便、可靠。

与现有技术相比，本发明具有下列优点和积极效果：

①能在较小的外形尺寸和重量情况下实现二维电调天线功能；

②在保证天线强度的前提下取消了天线中的钢支柱，进一步减轻了天线重量、体积，并使天线的结构更加简单；

③天线的射频连接器固定安装到底板上，工程外接线缆不随反射板旋转而摆动，提高了射频连接器的工作可靠性，也提高了反射板旋转的平稳性，降低了安装、调试难度，一旦连接调试完成就可扎线固定，状态稳定；

④天线的下倾角、方位角传动系统的输入接口都固定安装在天线底板上，RCU和RCU线缆都不随反射板旋转摆动，提高了RCU的工作可靠性，也提高了反射板旋转的平稳性，降低了安装、调试难度，一旦连接调试完成就可扎线固定，状态稳定；

⑤天线本体上下端都采用塑料轴承旋转固定，塑料轴承的使用消除了天线结构对天线三阶互调指标的不利影响；

⑥天线的下倾角数据和方位角数据全在一个观察窗中，读取方便，直观；

⑦在固定天线的地脚螺栓位置一定的情况下，天线能够进行360°转向。

总之，本发明能在较小的天线外形尺寸和重量的情况下实现二维电调天线的各项功能要求，有效地避免了现有的二维电调天线不完善的结构造成的工作隐患，提高了二维电调天线的工作可靠性和安装环境的适应性，使天线的操作更加简单，也降低了天线安装、调试难度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为顶部结构示意图；

图3为天线壳体结构示意图；

图4为天线本体结构示意图；

图5为下部机构和下部外观件示意图；

图6为双层底盘调节机构示意图；

图7为观察窗读取角度示意图。

图中：

10-顶部机构，

11-避雷针，12-避雷针安装座，13-顶盖，14-顶部安装板，

15-压条，16-轴承座，17-顶部塑料轴承；

20-天线壳体，

21-天线罩，22-观察窗；

30-天线本体，

31—上轴，32—反射板，33—下倾角移相器，34—辐射单元，

35—刻度盘，36—方位拨叉，37—下轴；

40—下部机构；

41—下部塑料轴承，42—轴承座，43—底板  44—底安装支架，

45—底盘，46—压条；

50—下部外观件，

51—连接圈，52—下壳体；

60—下倾角传动系统；

70—方位角传动系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、总体

如图1，本发明包括工作对象下倾角传动系统60和方位角传动系统70；

设置有顶部机构10、天线壳体20、天线本体30、下部机构40和下部外观件50；

顶部机构10、天线壳体20和下部机构40依次连接构成一个腔体，并使其具有足够的强度；

天线本体30安装在腔体中，并被顶部机构10和下部机构40从两端旋转固定，保证天线本体30旋转运动功能；

下部外观件50包裹在天线壳体20和下部机构40外侧，起着保护内部结构和美化外观的效果；

下倾角传动系统60安装在天线本体30上，其输入接口固定安装在下部机构40上，该系统控制下倾角移相器33的滑块位置；

方位角传动系统70固定安装在下部机构40上，通过方位拨叉36带动天线本体30旋转。

二、功能块

1）顶部机构10

如图2，顶部机构10由避雷针11、避雷针安装座12、顶盖13、顶部安装板14、压条15、轴承座16和顶部塑料轴承17组成；

其连接关系是：

避雷针11、避雷针安装座12、顶盖13、顶部安装板14、轴承座16依次连接，构成顶部结构10的主体；

压条15与顶部安装板14从内外两侧夹紧天线罩21的上端，并用螺栓锁紧；

顶部塑料轴承17卡入轴承座16用以旋转连接天线本体20的上端。

顶部机构10的结构功能：

避雷针11穿过顶盖13中心孔与避雷针安装座12螺纹连接，构成可拆卸的结构，方便产品的运输；在装配后，避雷针11下端面可以压紧顶盖13上端表面可防止雨水渗入；压条15与顶部安装板14从内外两侧夹紧天线罩21的安装方式比通常使用的胶封方式强度更好，可靠性更高；顶盖13不仅在中心被避雷针11和避雷针安装座12固定，在四周与顶部安装板14利用卡扣连接，构成牢固的安装结构；避雷针11、避雷针安装座12、顶盖13、顶部安装板14、轴承座16与天线罩21构成刚性的连接整体，任何构件受到的外力作用都会传递到天线主要承力构件上，提高顶部机构10的可靠性。

（1）避雷针11

如图2，避雷针11主体为长圆柱形，顶端为尖顶结构，底部为保证有较大端面为圆锥体，端面上设有螺柱；

避雷针11通过螺柱与避雷针安装座12形成可拆卸螺纹连接，便于包装和运输。

避雷针11的螺柱穿过顶盖13的中心孔与避雷针安装座12配合，夹紧顶盖13的顶面起到防水的作用。

（2）顶盖13

如图2，顶盖13为帽状结构，顶部设有中心孔，四周设有4个卡扣；

顶盖13将除避雷针11外所有顶部结构件都罩入其中，不使用胶封也能保证良好的防水作用。中心孔是避雷针11安装需要，也与避雷针11一起构成防水结构；四周的4个卡扣与顶部安装板14侧面的小凸起配合，与顶盖13边缘配合固定。

（3）顶部安装板14

如图2，顶部安装板14上设置有避雷针安装座12、轴承座16的安装孔，四周侧面的设置有4个小凸起，底面设有凸边；

顶部安装板14上安装了避雷针安装座12、轴承座16，也与压条15一起通过螺钉夹紧天线罩上部，形成可靠连接，将顶部构件受到的外力，直接传递到天线的承重件上，保证更好的结构强度。顶部安装板14四周的小凸起固定和支撑顶盖13的边缘。

（4）顶部塑料轴承17

如图2，顶部塑料轴承17对天线本体30起着旋转固定作用，从结构功能上与金属轴承没有区别，在充分的力学分析和强度测试许可的情况下，天线中使用塑料轴承有利于保证天线电气性能指标。

2）天线壳体20

如图3，天线壳体20由天线罩21和观察窗22组成；

其连接关系是：

在天线罩21的外表面上设置有观察窗22。

天线壳体20的结构功能：

天线罩21与顶部机构10和下部机构40构成一腔体承载天线本体30的重量及运动载荷；观察窗22与刻度盘35构成下倾角和方位角刻度读取装置，如图7所示，观察窗22上设置有下倾角刻度线和方位角基准线，安装在下倾角传动系统60拉杆上的刻度盘上设有下倾角基准线和水平方位角刻度线，观察窗22相对于大地是静止的，刻度盘35相对于大地上下移动和水平转动，它们相互配合从两个方向都采用基准线对刻度线的读取方式进行读取，实现一个窗口读取两方向刻度功能。

（1）天线罩21

如图3，天线罩21是一长筒。

（2）观察窗22

如图3、图7，观察窗22设有4个螺钉孔，一个与天线罩21配合的圆弧面和深陷的工作平面，工作平面是透明的，其上设有方位角的基准线和下倾角刻度；

观察窗22用螺钉固定在天线罩21中下部的外表面上，工作平面深入天线罩21的内部，是为了与刻度盘35彼此贴近，有助于读数；观察窗22与刻度盘35配合读取下倾角和水平方位角的两个方向数值，实现标尺合二为一。

方法是：用观察窗22上的方位角的基准线对准刻度盘35上的方位角刻度进行天线的方位角角度读取；用刻度盘35上的下倾角基准线对准观察窗22上的下倾角刻度进行天线的下倾角角度读取。

观察窗22不仅实现一个窗口读取两个角度，而且使标尺不设置在天线底板上，避免线缆或构件挡住刻度，让角度的读取方便直观。

3）天线本体30

如图4，天线本体30由上轴31、反射板32、下倾角移相器33、辐射单元34、刻度盘35、方位拨叉36、下轴37和馈电线缆组成；

其连接关系是：

上轴31、反射板32和下轴37依次连接构成结构主体；

下倾角移相器33、辐射单元34和馈电线缆等天线功能件都安装在反射板32上，实现天线基本功能；

方位拨叉36与下轴37连接。

天线本体30的结构功能：

上轴31和下轴37安装在反射板32上下两端，用以旋转连接顶部机构10和下部机构40构成可旋转机构；反射板32承载天线功能件；方位拨叉36安装在下轴37上，接受方位传动系统70控制，带动反射板32旋转。

（1）刻度盘35

如图4、图7，刻度盘35具有圆弧形的工作表面，在工作表面上设有下倾角基准线和方位角刻度；

刻度盘35的工作表面设置成圆弧形是为了更近的贴合观察窗22使读数误差减小；

刻度盘35安装在下倾角传动系统60的拉杆上，天线的下倾角调整时，拉杆会上下移动，那么下倾角基准线就会相应移动高低位置与观察窗22上的下倾角刻度对照读取天线下倾角度；反射板32方位角发生改变时，拉杆会带着刻度盘35旋转，用观察窗22上的方位角基准线对准刻度盘35上的方位角刻度对照读取方位角度。

4）下部机构40

如图5，下部机构40由下部塑料轴承41、轴承座42、底板43、底安装支架44、底盘45和压条46组成；

其连接关系是：

轴承座42、底板43、底安装支架44和底盘45依次连接；

底安装支架44和压条46从内外两侧夹紧天线罩21的下端，并用螺栓锁紧；

下部塑料轴承41卡入轴承座42。

下部结构40的结构功能：

底安装支架44和底盘45是天线的钢制底部承重构件，承载天线的重量和风荷产生的作用力。底安装支架44利用压条46与天线罩21构成牢固的连接。轴承座42安装在底板43上，用下部塑料轴承41将天线本体30的下轴37旋转固定；底板43上安装有天线的射频连接器和两个传动系统的输入接口，实现射频连接器和传动系统的输入接口的固定安装；底板43安装到底安装支架44上，将受到的力直接传递到主体钢构上；如图6，底安装支架44上的圆弧形长槽与底盘45上的圆弧形长槽相互配合，保证地脚螺栓位置确定的情况下，天线能在水平方向能朝向任意角度。

（1）下部塑料轴承41

如图5，下部塑料轴承41对天线本体30起着旋转固定作用，从结构功能上与金属轴承没有区别，在充分的力学分析和强度测试许可的情况下，天线中使用塑料轴承有利于保证天线电气性能指标。

（2）底板43

如图5，底板43安装在底安装支架44上，承载着轴承座42传递的天线本体的重量和转动冲击。

两个传动系统的输入接口和天线射频连接器都固定安装在底板43上，避免了射频连接器和传动系统的输入接口安装在会转动的反射板上带来的一系列不可靠的问题，提高天线的工作可靠性，降低了天线安装、调试难度。

（3）底安装支架44

如图5、图6，底安装支架44是天线的承重钢构件，两层平板结构件用钢管焊接连接而成；上层结构设有与天线罩21连接的凸沿，有与底板43连接的安装孔；下层结构设有圆弧形长槽；

底安装架44的凸沿通过螺钉和压条46将天线罩下端夹紧，形成可靠的固定连接；下部的圆弧形长槽与底盘45上的螺杆相配合，使底安装支架44相对于底盘45有一定的角度调整范围，底盘45上也开有圆弧形长槽，使底盘45相对于固定天线的地脚螺栓有一定的角度调整范围，这两个调节范围共同作用，保证地脚螺栓位置确定的情况下，天线能在水平方向朝向任意角度。

（4）底盘45

如图5、图6，底盘45设置有螺柱和圆弧形长槽，与底安装架44构成双层角度调整机构。

5）下部外观件50

如图5，下部外观件50由连接圈51和下壳体52组成。

其连接关系是：

连接圈51配合底盘45将下壳体52固定。

下部外观件50的结构功能：

连接圈51可以抱紧或放松天线罩21外表面，正常状态连接圈51抱紧天线罩21时，可配合底盘45将下壳体52从上下端夹紧，此时天线的下部结构可以被下部外观件50保护；连接圈51放松天线罩21时，连接圈51和下壳体52一起向上滑动，从而将天线整个下部结构显露出来，便于天线安装与调试。

（1）连接圈51

如图5，连接圈51侧边设有锁紧螺钉，可通过调整锁紧螺钉状态，使连接圈51抱紧或放松天线罩21；连接圈51设有环形凸台，用以在锁紧下壳体52时卡入其中，使结构更加稳定；正常情况下，连接圈51抱紧天线罩21，固定下壳体52；在需要安装、调试或维修天线时，可松脱连接圈51，连接圈51和下壳体52可沿天线罩21向上滑动，将天线下部结构整体显露出来，便于操作。

其它功能部件均为通用件，毋须赘述。

Claims (6)

1.一种高性能的二维电调天线的机械结构，包括工作对象下倾角传动系统（60）和方位角传动系统（70）；其特征在于：

设置有顶部机构（10）、天线壳体（20）、天线本体（30）、下部机构（40）和下部外观件（50）；

顶部机构（10）、天线壳体（20）和下部机构（40）依次连接构成一个腔体，并使其具有足够的强度；

天线本体（30）安装在腔体中，并被顶部机构（10）和下部机构（40）从两端旋转固定，保证天线本体（30）旋转运动功能；

下部外观件（50）包裹在天线壳体（20）和下部机构（40）外侧，起着保护内部结构和美化外观的效果；

下倾角传动系统（60）安装在天线本体（30）上，其输入接口固定安装在下部机构（40）上，该系统控制下倾角移相器（33）改变天线下倾角度；

方位角传动系统（70）固定安装在下部机构（40）上，通过方位拨叉（36）带动天线本体（30）旋转，控制天线水平覆盖方向；

①所述的顶部机构（10）由避雷针（11）、避雷针安装座（12）、顶盖（13）、顶部安装板（14）、压条（15）、轴承座（16）和顶部塑料轴承（17）组成；

    其连接关系是：

避雷针（11）、避雷针安装座（12）、顶盖（13）、顶部安装板（14）、轴承座（16）依次连接，构成顶部结构（10）的主体；

压条（15）与顶部安装板（14）从内外两侧夹紧天线罩（21）的上端，并用螺栓锁紧；

顶部塑料轴承（17）卡入轴承座（16）用以旋转连接天线本体（30）的上端；

②所述的天线壳体（20）由天线罩（21）和观察窗（22）组成；

其连接关系是：

在天线罩（21）的外表面上设置有观察窗（22）；

③所述的天线本体（30）由上轴（31）、反射板（32）、下倾角移相器（33）、

辐射单元（34）、刻度盘（35）、方位拨叉（36）、下轴（37）和馈电线缆组成；

其连接关系是：

上轴（31）、反射板（32）和下轴（37）依次连接构成结构主体；

下倾角移相器（33）、辐射单元（34）和馈电线缆等天线功能件都安装在反射板（32）上，实现天线基本功能；

方位拨叉（36）与下轴（37）连接；

④所述的下部机构（40）由下部塑料轴承（41）、轴承座（42）、底板（43）、底安装支架（44）、底盘（45）和压条（46）组成；

其连接关系是：

轴承座（42）、底板（43）、底安装支架（44）和底盘（45）依次连接；

底安装支架（44）和压条（46）从内外两侧夹紧天线罩（21）的下端，并用

螺栓锁紧；

下部塑料轴承（41）卡入轴承座（42）；

⑤所述的下部外观件（50）由连接圈（51）和下壳体（52）组成；

其连接关系是：

连接圈（51）配合底盘（45）将下壳体（52）固定。

2.按权利要求1所述的高性能的二维电调天线的机械结构，其特征在于：

所述的避雷针（11）主体为长圆柱形，顶端为尖顶结构，底部为圆锥体，端面上设有螺柱。

3.按权利要求1所述的高性能的二维电调天线的机械结构，其特征在于：

所述的顶盖（13）为帽状结构，顶部设有中心孔，四周设有卡扣。

4.按权利要求1所述的高性能的二维电调天线的机械结构，其特征在于：

所述的观察窗（22）设有4个螺钉孔，与天线罩（21）配合的圆弧面和深陷的工作平面，工作平面是透明的，设有方位角的基准线和下倾角刻度。

5.按权利要求1所述的高性能的二维电调天线的机械结构，其特征在于：

所述的刻度盘（35）具有圆弧形的工作表面，工作表面上设有下倾角基准线和方位角刻度，安装在下倾角传动系统（60）的拉杆上。

6.按权利要求1所述的高性能的二维电调天线的机械结构，其特征在于：

所述的底安装支架44是天线的承重钢构件，两层平板结构件用钢管焊接连接而成；上层结构设有与天线罩21连接的凸沿，有与底板43连接的安装孔；下层结构设有圆弧形长槽。

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