CN107431269B - 用于移动通信系统的小型天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移动通信系统的小型天线设备，其可包括：天线罩，其中具有至少一个频带辐射元件；至少一个移相器部分，设置在天线罩内部并连接辐射元件；以及旋转旋钮部分，设置以暴露于天线罩的外部并直接耦合移相器部分，以驱动移相器。

Description

用于移动通信系统的小型天线设备

技术领域

本发明涉及小型天线设备，其可以应用于移动通信(PCS、蜂窝、 CDMA、GSM、LTE等)网络中的基站或中继站。

背景技术

移动通信系统的基站一般分为用于发送和接收信号处理的基站主单元和包括多个辐射元件的天线单元以发送和接收无线电信号。通常，基站装置安装在地面上的低位置，天线设备安装在诸如建筑物屋顶或塔架的高位置，并且天线设备可以通过馈电电缆等彼此连接。

另外，在目前的移动通信环境下，不仅商业化2G(Generation)、3G、 4G LTE(LongTerm Evolution)，而且还引入了下一代5G系统。移动通信业务的各种频带根据通信系统或通信服务提供商和国家进行混合，基站环境多样化。因此，为了实现高效的基站系统并降低基站的操作成本，基站 (和基站天线设备)具有宽带系统。

另一方面，在使用无线电波的移动通信服务中，由于无线电波的特性，由于诸如地形、建筑等环境而不能发送的区域。因此，最近，小型天线设备被安装在建筑物的外墙上，位于地面上的低位置，以解决根据环境无线电波不能传输的阴影区域。另外，在安装在低外壁等上的小型天线设备中，安装具有高频带的至少一个频带的辐射元件。

这种小型移动通信基站天线设备安装在低区域，使其尺寸不能像给用户带来不舒适的尺寸。也就是说，设置有辐射元件的天线罩的尺寸相对较小，并且提供用于自动控制辐射元件的倾斜角度的自动倾斜模块的空间，例如大型天线设备。

另外，小型化天线设备由于频率高，受到建筑物和地形的影响，并安装在各个地方。然而，在每个小型化天线设备中具有自动倾斜模块需要高成本。

另外，由于小型天线设备中天线罩的尺寸小，所以要安装在小型化天线设备内的辐射元件的数量非常少。例如，在大型天线设备中提供的辐射元件安装在安装在高层建筑外墙上的大型天线设备的1/3以下。通过自动倾斜安装在天线罩中的少量辐射元件来调节角度，与大型天线设备的辐射元件的倾斜角度相比，安装在小型天线设备上的辐射元件的倾斜角度减小。也就是说，如果辐射元件的倾斜角度被自动调节，则出现在小型天线设备的辐射元件的情况下倾斜角度的误差范围变大的问题。另外，小型天线设备在高频带中实现。如果倾斜角度的误差变大，则频带可能变化，辐射性能可能降低，或辐射性能可能无法正确实现。此外，当天线设备安装在高外壁上时，操作者难以手动地操纵辐射元件的倾斜角度。然而，在安装在低外墙或地形上的小型天线的情况下，可以调节倾斜角度的容易程度在增加。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是改进安装在低洼地区的小型天线设备中的辐射元件的倾斜角度控制结构，以减少辐射元件倾斜角度的误差并保持高辐射性能，并提供用于移动通信系统的小型天线设备，其被优化以克服限制，降低安装成本以及材料和处理成本。

技术方案

因此，根据本发明的各种实施方案的一个实施方案，用于移动通信系统的小型天线设备包括：天线罩，其中具有至少一个频带辐射元件；移相器部分，至少设置在天线罩内部并连接辐射元件以调节辐射元件的倾斜角度；以及旋转旋钮部分，设置以暴露于天线罩的外部并直接耦合移相器部分，以驱动移相器。

本发明的效果

根据本发明的实施方案的用于移动通信系统的天线设备可以调整安装在用户环境中的小型天线设备的辐射元件的倾斜角度，并可以使倾斜角度的误差范围最小化得到改善。

另外，无意识地倾斜辐射元件的现有倾斜角的不必要结构的安装(这导致倾斜角度的大量误差)可以得到限制，以确保安装空间，并且降低材料成本。可以通过最小化不必要的成本来制造具有价格竞争力的产品。

附图简述

图1是根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备的透视图。

图2是示出这样状态的图，其中在根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备中，小型天线设备以低水平安装在外壁上。

图3是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备是内部主要部件的俯视图。

图4是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备的内部主要部件的透视图。

图5是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备的移相器的另一实施方案的图。

图6是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备的旋转旋钮部分的图。

图7是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的天线设备的示意性内部电路配置的框图。

附图标记说明

100:用于移动通信系统的小型天线设备

110:天线罩

120:旋转旋钮部件

130:移相器部件

具体实施方案

本发明能够进行各种修改和各种实施例，并且将参照附图详细描述一些实施例。然而，应当理解，本发明不限于具体实施例，而是包括落在本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

包括诸如“第一”、“第二”等序列的术语可以用于描述各种组件，但是组件不受术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开来。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件也可以被称为第一部件。术语“和/或”包括多个相关列出项目或多个相关列出项目中的任何一个的任何组合。

基于“前”、“后”、“顶”、“底”等等在附图中所示的相对术语可以用诸如“第一”、“第二”(例如“第一”、“第二”)等以所述的顺序任意确定，并且可以根据需要任意地改变。

本文使用的术语仅仅是为了描述部件的微型实施例而不是限制本发明。单数形式“a”、“an”和“the”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。在本申请中，术语“包括”或“具有”等用于指定存在所述特征，数量、步骤、操作、元件、部件或其组合，并且不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件或其组合。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。通常使用的字典中定义的术语应被解释为具有与相关技术的上下文意义一致的含义，并且被解释为理想或过度的形式意义，除非在本申请中明确定义不要如此。

图1是根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备100 的透视图。图2是示出这样状态的图，其中在根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备100中，小型天线设备100安装在薄型外墙 (或立柱)10上。

根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备100可包括天线罩110、移相器130(例如，图3中的130)和旋转旋钮120。

天线罩110可以包括其中具有至少一个频带的多个辐射元件(例如，图7中的101、102、103)。多个辐射元件101、102、103中的每一个具有用于处理特定频带的传送和接收信号的辐射元件。可以安装多个辐射模块(及其辐射元件)，例如，串联垂直在天线罩110内设置的反射器(例如，图3中的140)的通常相对较大区域上。

移相器130接收相应频带的输入信号并将输入信号分配给多个辐射元件，以便为辐射到天线设备的整个辐射束提供电气垂直倾斜。此时，分散信号的相位互补变化，分配给布置在垂直线中的每个辐射元件的信号相对于彼此具有适当的相位差。移相单元130通常包括可变线结构其中用于传送每个分割信号的传输线在长度上是机械地或电可变的，以及对应于外部线路运动或旋转驱动的可变线结构，并且分布式信号的相位是变化的。移相器单元130通常由包括电动机等的电驱动单元驱动。然而，在本发明的实施方案中，移相器单元130没有设置这样的电驱动单元，并且被配置为根据操作被驱动。

即，在本发明的一个实施方案中，旋转旋钮(未示出)暴露于天线设备 100的外部，并直接耦合移相单元130以驱动移相器单元130。

例如，旋转旋钮部分120可以被配置为使得外部暴露部分设置成类似于拨盘旋钮的形状，使得操作者可以从外部手动地旋转旋钮。旋转旋钮部分120可以在内部具有连接到移相器部分130的机械连接结构，以便根据外部操作者的手动操作将旋转驱动力直接传送到内部移相器部分130。

在天线罩110中，除了多个辐射、反射板和移相器之外，还可以添加用于发送和接收信号的发送和接收信号处理(未示出)的各种组件(未示出)。天线罩110围绕辐射元件、反射器和各种部件，并且可以被设置为整体圆柱形。

天线罩110可以被构造成具有整体上具有均匀横截面积的圆柱形形状，以便最小化制造工艺时间和制造工艺成本。天线罩110可以由合成材料制成，例如FRP(强化纤维塑料)、ASA(丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯)、PVC (聚氯乙烯)等，然后挤出。可以在天线罩110的下部设置用于向外部输入/输出内部辐射元件传送/接收信号等的多个端口111a、111b、111c和111d。天线罩110可以由支撑部分11支撑并固定到外壁10。天线设备100 可以连接到服务带分离器/组合器等，其可以通过多个端口分开安装在外部。

在本发明的实施方案中，本发明的天线设备可具有服务于第一频带和第二频带的多带天线结构。第一频带可是1.8GHz的PCS(个人通信服务) 带，第二频带可能是宽带2.5GHz的无线电服务(BRS)带(例如，2.495 至2.690GHz)。因此，天线设备分别具有用于处理相应带的信号的移相器。类似地，旋转旋钮部分120也为每个带单独提供。在图1和图2中，示出了用于第一频带(PCS带)的第一旋转旋钮121和用于第二频带的第二旋转旋钮122。分别地，多个端口中的第一和第二端口111a和111b设置用于输入和输出第一频带中的+45度极化信号和-45极化信号，端口中的第三和第四端口111c和111d可以设置用于输入和输出第二频带中的+45度极化信号和-45度极化信号。

同时，在本发明中，天线设备100有多带天线结构，用于服务两个频带。然而，本发明不限于此，并且可能具有服务三个或更多无线电频带的结构，然而应该理解，旋转旋钮部分120的数量可以通过多带天线结构来增加。

图3是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备 100是内部主要部件的俯视图。图4是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备100的内部主要部件的透视图。如附图所示，示出天线设备100内部的后面结构。

在图3和4中，至少在天线罩110的内侧设置有移相器部分130，例如，在反射板140的后表面上，并且可以根据旋转部件120的操作来调节天线设备的倾斜角度。在图3和4中，多个辐射元件可以垂直地布置在反射板140的前表面上。移相器单元130和多个辐射元件可以通过传输电缆等彼此电连接或通过形成在反射板140中的通孔安装。

在图3和4，移相器单元130可包括用于第一频带的第一移相器单元 131和用于第二频带的第二移相器单元132。第一移相器131分别通过重叠两个移相器结构131a和131b来分别用于在第一频带中的+45度偏振信号和-45极化信号的信号处理。类似地，第二移相器部分132形成为这样结构，其中用于信号处理第一频带中+45度极化信号和-45极化信号的两个移相器结构132a和132b彼此重叠。

第一和第二移相器部件131和132(以及它们的移相器结构)均包括具有形成在基底基板上的多个分布结构的传输线和可以具有预定介电常数的基底基板。

图5是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备 100的移相器的另一实施方案的图。在图5中，将更详细地描述适用于本发明的移相器130的结构。移相器130包括可以是印刷电路板的基底基板，例如连接到传输信号的输入端子i1的输入线路133c和用于分割从输入线路输入的传输信号的传输线路133c。133c连接到多个传输线和多个输出线路，连接到输出端子o1、o2、o3、o4和o5，以输出到模块。如图5 所示，第一线、第二线和第三线133d可以形成为多个输出线，另外，从输入线133c第一线和第二线输入的信号被提供以用于输出具有适当相位差的信号的旋转线134。

旋转线134可以围绕旋转轴线O旋转，并且在旋转轴线O处电连接到输入线133c。旋转线134的一端电连接到第一线，另一端电连接到第二线。当旋转线134旋转时，相应的线图案被适当地设计，使得维持旋转线134 与第一线和第二线之间的电连接。在这种情况下，例如，第三线路133d 可以被配置为将信号直接输出到第三输出端子i3而不改变输入到输入线路133c的信号的相位。

信号输入到输入线133c的信号被分配到第一线、第二线和第三线 133d，并被输出到第一线。分配给第二线的第一端部o2和o4侧的信号再次分配给第二线的两端o1和o4。此时，根据旋转线134的旋转位置，分配到第一线和第二线的两端的信号的传播路径的长度差产生A相位差。

在这种配置中，旋转线134的旋转被配置为在根据本发明的实施方案与所述旋转旋钮部分120互锁，以便当旋转旋钮部分120被驱动时，输出的信号的从各相输出线(和/或两端)可适当地调整。

在图5中，输入到一个输入端i1的信号被分配到第一至第五输出端 o1至o5，彼此具有相位差。可以看出这是这样的结构：当多个辐射元件对应地设置有各自的输出端子(例如五个)时，其可以应用。如果提供三个辐射元件，应当理解的是，移相器部分可以具有仅包括第一线和第三线 133d的结构。

图6是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的小型天线设备 100的旋转旋钮部分120的图。

在图6中，旋转旋钮部分120被暴露于的天线罩110的外部，并且被直接耦合移相器130以驱动移相器。旋转旋钮120可设置在天线罩110的后表面、侧表面和底表面的至少一个中。在本发明的示例性实施方案中，底表面进行。

在本发明的实施方案中，天线罩110设置有辐射元件用于服务两个特定频带，使得第一旋转旋钮部分121和第二旋转旋钮122，如附图所示。

在图6中，为了便于改变相位的操作，相位可变量显示在第一旋转旋钮121和第二旋转旋钮122的安装位置的外侧上的适当的单元中。可以另外形成刻度盘121a。

图7是示出根据本发明实施方案的用于移动通信系统的天线设备100 的示意性内部电路配置的框图，并且例如示出双带天线结构。参照图7，根据本发明的实施方案的双重带天线设备例如包括第一和第二频带的第一至第三辐射元件101、102和103，并且可以设置在在纵向方向上垂直站立的一个反射器140上。

近年来，具有宽带特性的宽带辐射元件已经设置覆盖例如具有的分数带的大约45％的宽度的带。这样辐射元件可以例如具有1710至2690MHz 的工作特性。在本发明的实施方案中，多带天线使用这样的宽带辐射元件被实现。在这种情况下，如图7中所示，可以提供辐射元件，其可以共用于第一和第二频带。当然，这种结构是用于在对应的天线设备的小型化，并且应理解的是，在某些情况下，可以提供针对每个的第一频带和第二频带的单独的辐射元件。

在该结构中，为了提供用于第一频带的整个辐射束的电垂直倾斜，所述第一频带的输入信号被接收并分配到第一到第三辐射元件101-103，并且第一移相器131(131a,131b)用于改变分配信号，使得分配给相应的辐射元件的信号具有彼此规定的相位差。类似地，为了提供用于第二频带的整个辐射束的电动垂直倾斜，所述第二频带的输入信号被接收并分配到第一到第三辐射元件101-103，并且第二移相器部分132(132a,132b)用于改变分配信号，使得分配给相应的辐射元件的信号具有彼此规定的相位差。

分布在第一移相器131中的多个信号和分布在第二移相器132中的多个信号通过多个频率合成器151和152彼此耦合，并被设置给对应的辐射元件。多个频率合成器151和152可以具有双工器结构或双工机结构，其中用于过滤第一频带的过滤器单元的结构和用于过滤第二频带的过滤器单元的结构组合。此外，尽管术语频率合成器在上述说明中被使用，但是应当理解，这样的频率合成器可以具有当输入和输出信号的方向逆转时充当分频器的构造。

如图7所示的根据本发明实施方案的天线设备的结构类似于使用多个频率合成器151和152以及宽带辐射元件101、102的第一和第二实施方案的结构。频带的无线信号可以被普遍使用，从而减少整体天线尺寸。

此外，在这种结构中，当操作者改变用于移动通信系统的小型天线设备100的RF信号的相位时，操作者可以选择天线罩。旋转部分120暴露于旋转旋钮120的外部，而且旋转。传输线133的长度根据旋转部分120 的旋转而在移相器单元130中变化。辐射元件中的每一个都由操作者设置的倾斜角度变化，其可以变化。

如上所述，可以执行根据本发明的实施例的用于移动通信系统的天线设备100的配置和操作。虽然已经参考本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

例如，在上述说明中，将挤出真空成型方法应用于根据本发明的实施方案的天线罩110，但是也可以应用吹塑成型方法。另外，天线罩110可以使用可变的挤出成型方法成型。

在上述说明中，根据本发明的实施方案，服务带分离/组合装置安装在天线罩110的底部。然而，根据天线罩110和天线罩110的内壁之间的安装，可以在天线罩110和外壁10之间设置服务带分离/组合。

虽然已经结合某些示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。

Claims (3)

1.一种用于移动通信系统的小型天线设备，包括：

天线罩，其中具有用于至少一个频带的多个辐射元件；

移相器部分，连接所述多个辐射元件并改变至少一个设置于所述天线罩内部的所述多个辐射元件的信号的相位；以及

旋转旋钮部分，设置以暴露于天线罩的外部并直接耦合所述移相器部分，以根据人工操作驱动所述移相器部分；

其中所述小型天线设备服务至少第一频带和第二频带，

其中所述旋转旋钮部分包括用于第一频带的第一旋转旋钮部分和用于第二频带的第二旋转旋钮部分；

而且所述多个辐射元件分别由用于第一频带和第二频带共用带的辐射元件组成；

其中所述移相器包括：

第一移相器单元，用于接收第一频带的输入信号，并将具有相位差的信号分配给所述多个辐射元件和提供输入信号；以及

第二移相器单元，用于通过所述多个辐射元件分配和提供彼此具有相位差的信号；以及

多个频率合成器，用于组合第一移相器单元和第二移相器单元的输出信号之间的对应信号，并将相应的信号提供给所述多个辐射元件中的相应辐射元件；

第一移相器部分具有分别用于处理第一频带中的+45度偏振信号和-45度偏振信号的两个移相器结构彼此重叠的结构。

2.根据权利要求1所述的用于移动通信系统的小型天线设备，其中所述旋转旋钮部分设置在所述天线罩的后表面、侧表面和底表面的至少一个上。

3.根据权利要求1所述的用于移动通信系统的小型天线设备，其中在所述天线罩中的旋转旋钮的安装位置处另外形成用于指示相位可变量的刻度盘。

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