CN1491460A - 用于天线、无线电收发设备和转动联结器的支承结构 - Google Patents

Abstract

用于支承多个天线(11)的支承结构(10)具有多个每个支承至少一个天线(11)的天线支架(13)。每个天线支架(13)能围绕转动轴线转动地被支承。至少一个天线支架(13)能选择地相对于另一个或每个其它的天线支架(13)转动，使被上述的至少一个天线支架(13)支承的天线(11)与该天线支架(13)一起转动。

Description

用于天线、无线电收发设备和转动联结器的支承结构

技术领域

本发明涉及用于天线、无线电收发设备和转动联结器的支承结构。

背景技术

与有线通讯相比，无线通讯具有许多有吸引力的优点。例如，由于不需要用机械挖沟或铺设电缆或电线，并且使用者的位置可以非常迅速地安装和拆除，无线系统的安装费用要低得多。

如果由于能够分配给每个用户的带宽增加，无线信号的带宽必需同样地增加，而需要大的带宽(数据传输速度)，这是无线系统的特点。此外，能够用于无线传输的频率必需精细地被管制。因为较低的无线电频率已被分配完毕，实际上只能使用在微波频率(也就是在吉赫兹(GHz)范围)或更高的频率的这样的大带宽。

使用微波或更高频率的问题是，在被诸如建筑物、车辆、树木等遮断时这些无线电频率格外地被衰减或完全被阻挡。这样的遮断对兆赫兹(MHz)波段的信号并不造成很大的衰减，但是在吉赫兹波段就成为严重的问题。因此，通常认为微波或更高的频率很难用于提供与大量的分散用户的通讯的公共访问网络。

在对无线电带宽有许多需求时，任何无线通讯系统的谱效率都是特别重要的。实际上，管理和发许可证的当局只能批准无线电频谱的相对窄的范围。

使用点对多点广播的蜂窝系统，为了提供给用户满意的带宽，对无线电频谱有高的需求，因此不是非常有谱效率。

在这样的系统中为了把数据从一个站点传到其它站点在许多应用中使用中继器或继电设备是已知的。通常，这样的中继器用点对多点方式转播信号，因此类似于蜂窝方式，并且相应地缺乏谱效率。

使用多重许多点对点无线传输的“网状”通讯系统，能够比蜂窝系统更有效地使用无线电频谱。一个网状通讯系统的例子披露在我们的国际专利申请WO-A-98/27694中，其整个公开内容归并在此以备参考。在网状通讯系统的典型实施中，许多节点通过使用许多点对点的无线电线路相互链接。每个节点一般是静止的或固定的，并且节点都可包含有用于把用户或使用者连接到系统的设备。每个节点都有通过许多点对点的无线电线路传输和接收无线信号的设备，并且如果由上述节点接收的数据包含有给其它节点的数据就会被安排转发这些数据。至少某些，最好是大多数，在某些情况下是全部节点，在相互连接的节点的完全建立的网中每个节点都与一个用户联系，这个用户可能是自然人或诸如公司、大学等等的组织。每个用户节点一般作为这个用户专用的连接的终点(也就是作为数据传输源和接收器)，并且也作为其它节点的传输数据的分布式网络的构成整体所需的部分。可能有无用户的节点，无用户的节点被系统操作员操作，以便为系统的用户提供更好的地理覆盖范围。使用的频率可能是，例如至少大约1GHz。也可以使用大于2.4GHz或4GHz的频率。实际上可以使用28GHz、40GHz、60GHz或甚至200GHz的频率。在无线电频率以上，诸如数量级为100,000GHz(红外区)的其它更高的频率也能被使用。

在网状通讯系统中，每个节点通过独立的点对点无线传输链接与一个或多个相邻的节点链接。如果在每个节点中兼备有中继功能，则它可以通过网路以不同路径发送信息。信息以一系列的“跳跃”围绕系统从节点到节点从源头传输到目的地。通过适当地选择节点的相互连接，有可能构成提供多条可选路径的网络，这样能改善服务的有效性。

网状通讯系统通过沿着两个节点之间直的视线，例如用高定向的光束，定向点到点的无线传输能够更有效地使用频谱。这样使用空间定向的传输减小了在其它空间区域的不希望的传输的水平，并且也提供显著的定向增益，这样使用空间定向传输作为节点之间的连接，使连接比用较小定向光束能达到更远的跨越范围。相反，蜂窝系统必须跨越一个广阔的空间区域传输，以便支持点对多点的传输。在蜂窝系统中通常是通过设有一个蜂窝系统的基站做到这一点，基站发射一个无线电波束，这个波束有方位角(通常是60度、120度的扇形或全向的)非常宽的波束宽度。但它在垂直面(elevation)内有较窄的波束宽度，也就是说从蜂窝系统的基站发射出的波束通常相对在水平方向是平展的和宽的。

除改进的谱效率外，网状通信系统通过使用引导点对点无线传输的高增益天线能够从改进的性能受益，由此也改进这种传输的质量。另外，网状拓扑结构可以提供改善的覆盖，因为各种各样的无线链接的方向可以被调整以引导无线传输绕过障碍物。

可以设想一种由点对点链接的静态结构组合而成的网状网络，在这种静态结构中链接的方向在安装时被确定。然而，如果节点能改变一个或多个点对点链接的方向，那么改善的网状网络是可能的。这种改变链接的方向和结构的能力可以被用于支持网状网络的增长和发展，因为它意味着节点能重新安排节点之间的点对点链接。

在一个典型的网状通信系统中，每个节点需要支持多路点对点的无线链接，每个无线链接都使节点与一个相应的其它节点联系。为了支持这样多路的无线链接和能够改变一个或多个无线链接的方向，最好节点能控制用来沿着链接发射和接收无线传输的天线。

在WO-A-94/26001中披露了能控制用在无线局域网中的天线的装置。在这个特殊的例子中描述到，三个筒状天线被设置成一个在另一个之上，第四个、全向的天线位于这三个筒状天线之上。每个筒状(pillbox)天线大体上由两部分组成，一个固定的基础部分和一个能转动的上部或反射器部分。每个筒状天线具有一个扇形形式的反射/接收辐射图。借助于能转动的反射器部分，扇形的方向能围绕一个水平的平面被转动。重要的是，仅仅是每个筒状天线的一部分被转动，而不是各个筒状天线的全部。每个筒状天线的固定的基础部分能使传送波导管通过筒状天线和全向天线之间。因为用于筒状天线的转动装置，这些传送波导管被定位在筒状天线的旋转轴线之外，特别是在筒状天线的外侧。这本身又意味着，传送波导管不可避免地妨碍用于筒状天线至少某个方向的从筒状天线处的发射或在筒状天线处的接收。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种用于支承多个天线的支承结构，这种支承结构具有：多个天线支架，每个支架至少支承一个天线，每个天线支架具有第一和第二末端；每个天线支架被支承用以围绕第一和第二末端之间的转动轴线转动；至少一个天线支架能选择性地相对于这个或每个其他的天线支架转动，使得由上述至少一个天线支架支承的天线随同转动。

因为在每种情况下整个天线支架都能转动，装配在天线支架上的天线不可避免地随同转动。在一个优选的实施例中，转动轴线是明显离开的，这意味着天线的馈线可以简单地适应沿着转动轴线。这也简化了用于支承结构的机械装置及其部件，并且也使在天线馈线中的损失被减到最小。另外，在点对点系统中，与扇形系统或准扇形系统相反，所使用的波束宽度与实际能在传输频率上实现的一样窄。这又意味着任何较大尺寸的物理障碍物都可能对发射或接收的波束有显著不利的影响。例如，参考WO-A-94/26001中的装置，波导管在天线的某个方向妨碍天线，工作在28GHz的波导管可能大约1.5cm宽。这样的障碍物不仅在某个方向完全遮蔽天线，而且也影响在其他方向的辐射方向图。在通信系统中按照批准的频率工作，根据国际标准(如由ETSI设定的规定)这一般是不许可的。(这里应当指出，许多无线局域网在没有被批准的频率下工作，因此一般不讨论无线局域网。)

在使用中，支承结构一般垂直布置，一个天线支架垂直地定位于其它的天线支架之上。

至少两个天线支架优选端-对-端地布置，即一个上述天线支架的第一末端与另一个上述天线支架的第二末端相对。

每个天线支架最好能独立于每个其他的天线支架地转动。实际上在典型的实施例中，当一个天线支架转动时，一般需要把第一个天线之上紧挨着的天线支架转回到原始位置，以便把除了这一个天线支架之外的所有天线支架都保持它们的原始位置。

转动装置必须设置用于将一个天线支架相对于一相邻的天线支架转动。

可以设置多个转动装置，每个都用于将一相应的天线支架相对于一相邻的天线支架转动。

这个或每个转动装置可以有固定于上述天线支架之一的电动机和在相邻天线支架上的齿圈，该齿圈能被相对于其他天线支架转动上述天线支架之一的电动机传动地啮合。

第一个上述天线支架可以具有与相邻的第二个天线支架的第二末端相对的第一末端，用于第二个天线支架的轴承可以有在上述第一个天线支架的第一末端上的第一个环形的轴承半体和在上述的第二个天线支架的第二末端上的第二个环形的轴承半体。

每个天线支架最好能独立于每个其它的天线支架转动。

相应的天线可以被安装在每个天线支架上，用来发射和接收无线信号。

相应的波导管可以沿着每个天线支架的转动轴线安置，用来在安装于上述的天线支架中的天线和无线电收发机之间引导电磁波。

在一个实施例中，至少两个相邻的天线支架有重合的转动轴线、包括安装在上述相邻天线支架之一中的无线电收发机的支承装置、安装在上述相邻天线支架的另一个中的天线、第一波导管和第二波导管，第一波导管以第一末端连接于上述无线收发机，而以第二末端上连接于第二波导管的第一末端，第二个波导管的第二末端被连接于上述的天线，第一和第二波导管之间的连接是能转动的连接，以便使第一和第二波导管能像上述相邻的天线支架彼此相对转动一样彼此相对转动。能转动的连接具有与上述相邻的天线支架的转动轴线重合的转动轴线。在只需要一个单独的能转动的连接并使相邻的天线支架相互独立地转动时，这种布置能以简单的方式把无线收发机分配到安装在一个天线支架中的一个上的天线和安装在上述的相邻的天线支架中的另一个中的天线之间。

支承装置可以具有外部的天线屏蔽器。

支承装置可以具有外部的天线屏蔽器，至少一个天线支架的轴承至少部分地由天线屏蔽器构成。

至少一个天线支架可以至少部分地由对于被支承结构支承的天线发射的频率不透明的不透明(opaque)材料构成。

最末端的天线支架可以能转动地安装在支承结构的固定的基座上，支承结构具有使上述最末端的天线支架相对于基座转动的转动装置。

每个天线支架最好被轴承支承，轴承被构造和设置成明显地离开每个天线支架的转动轴线。这使得天线馈电装置、电线等能适于沿着转动轴线。

根据本发明的第二个方面，提供一种无线电收发设备，这种设备具有：至少两个天线，每个天线能独立地围绕其自身的转动轴线转动；以及，至少一个连接于上述的至少两个天线中的每一个的无线电收发机，无线电收发机能相对于上述的至少两个天线中的每一个独立地围绕转动轴线转动。

至少两个天线的和至少一个无线电收发机的转动轴线最好平行或重合。

根据本发明的第三个方面，提供一种用于能转动地把两个波导管连接在一起的转动联结器，这种转动联结器具有：第一个波导管段；第二个波导管段；具有被绝缘体分离的内导体和外导体的同轴传输段，用于把在第一个波导管段的波导管传输借助同轴传输段与在第二个波导管段中的波导管传输相耦合；以及，在使第一个波导管相对于第二个波导管独立地转动时，把第一个波导管和第二个波导管保持在一起的夹子。

这样的转动联结器特别是用在上述的把一个天线支架中的波导管与相邻的天线支架中的波导管相连接的支承结构中。然而，转动联结器也可以用于其它的用途。转动联结器可供被连接的波导管之间的转动用，以及，在优选的实施例中，使波导管简单地连接在一起，并且如果需要，还可以被拆开。

同轴传输段最好是轴对称的。

同轴传输段的外导体可以由第一波导管段的凸缘构成。夹子可以被安装到第二波导管段中，并且这样设置，使得当第一和第二波导管段组装在一起时，第一波导管段的凸缘可以被推进夹子中并被夹子卡住。

夹子基本上是圆筒形的，并且有多个弹性的腿，在腿的自由端有朝向里面的突起，当第一和第二波导管段相互组装在一起时，这些自由端被卡在第一波导管段的凸缘的后面。

附图说明

现在参考附图通过例子对本发明的实施方式予以说明，其中：

图1是按照本发明的支承结构的实施例的部分剖视图、部分分解的透视图；

图2是图1的支承结构的天线支架的纵向剖开的透视图；

图3是图1的支承结构的轴承的细部剖开的透视图；

图4是按照本发明的转动联结器的实施例的纵向剖视图；

图5是图4的转动联结器的局部透视图；

图6是图4的转动联结器的夹子的透视图；

图7和8分别是按照本发明的支承结构的另一实施例的示意透视图和示意纵剖视图；

图9和10分别是按照本发明的支承结构的另一实施例的示意透视图和示意纵剖视图；

图11是网状通信网络的一部分的示意图；

图12a和12b示出由网状通信网络的天线发射的波束的典型辐射图的例子；以及

图13a和图13b示意地示出一个天线的实施例的后视图和侧向剖视图。

具体实施方式

参看图1至3，示出用于支承多个天线11的支承结构10的第一个例子。支承结构10在使用中通常与如上和如下进一步描述的网状通信系统的节点有关系，在这种通信系统中许多节点使用许多点对点的无线电线路相互联系。

在这个例子中示出，支承结构10基本上是圆筒状的。这个例中的每个天线11适合于发射或接收无线电频率或更高的频率，例如2.4GHz、4GHz、28GHz、40GHz、60GHz或甚至200GHz；超过无线电频率的范围，其它更高的频率，例如大约100,000GHz(红外)数量级也可能被使用。每个天线11背向支承结构10的中心纵向轴线12。在这个例子中每个天线11形状都是椭圆形的，并且其短轴与支承结构10的中心纵向轴线12平行，而其长轴与中心纵向轴线12成直角。在使用中，支承结构10一般垂直取向，使其中心纵向轴线12垂直，并因此使每个天线11一般沿基本在垂直方向(elevation)上集中在水平面上的方向发射和接收，即通常在这个水平面的大约±5°内。

每个天线11被安装在它自己的天线支架13内。在这个例子中示出，每支承一个相应的天线11有四个天线支架13。为了经济地制造，最好所有的天线支架13都基本相同(即除次要的或无关紧要的区别外，包括那些由制造过程中的变动所可能引起的区别，结构和/或功能上彼此相同)。

在这个例子中的每个天线支架13一般都是圆形截面的空心圆柱形。每个天线支架13都能围绕通过天线支架13的第一或上端15和第二或下端16的转动轴线14转动。每个天线支架13的圆筒形侧壁17在一侧设有凹入部分以容纳天线11，并且设有螺钉固定孔18，它可以容纳用于把天线11固定于天线支架13的螺钉。在这个例子中，外天线屏蔽器20包围着天线支架13。

为了使各种部件制造简单和为了减少能转动的波导管联结器的数量(下面进一步讨论)，最好所有能转动的天线支架13的转动轴线14都相互重合，并且最好所有能转动的天线支架13的转动轴线14都与支承结构10的中心纵向转动轴线12重合。

天线支架13末端对末端地垂直堆叠，使一个天线支架13的第一末端15与相邻的天线支架13的第二末端16相对。最下边的天线支架13的第二或下端16与圆柱形的基座单元19相对，基座单元19在使用中是不动的，并且一般被固定在用户的房屋上。在这个例子中在图1至3中示出，相邻的天线支架13用轴承30连接在一起，轴承30设置在天线支架13之间的连接处，并且使相邻的天线支架13能相互相对转动。类似的轴承30设置在最下边的天线支架13和基座单元19之间的连接处，使最下边的天线支架13能相对于基座单元19转动。

在相邻的天线支架13之间的轴承30包括一个形成在最下边的天线支架13的第一或上端15上的第一轴承半体31和一个形成在上面的天线支架13的下或第二端16上的第二轴承半体32。下边的轴承半体31有径向向外突出的凸缘33，凸缘33在其上表面有一环形槽34。类似地，上轴承半体32有径向向外突出的凸缘35，凸缘35有与下轴承半体31的环形槽34相对的V形的环形槽36。相对的环形槽34，36形成容纳滚珠轴承的(未画出)的沟道，并且使天线支架13能彼此相对转动。类似的布置可以用于支承结构10的最下边的天线支架13和基座单元19之间的轴承30。

在这个例子中示出，在每个天线支架13的第二或下端16上的径向凸缘35有多个分离的下垂的腿37，每个腿37在其自由端都设有向里的卷边38。卷边38贴合在相邻的天线支架13的第一或上端15上的邻接的径向凸缘33之下，或贴合在用于最下边的天线支架13的基座单元19的相应结构之下，以便使天线支架13和基座单元19能简单地、但牢固的夹在一起。

在图1至3中示出的实施例中的用于天线支架13的轴承30由分别在相邻的天线支架13以及最下边的天线支架13和基座单元19上的轴承半体31、32相配合构成，轴承也可以由其它的布局构成。例如，轴承30的整体可以由独立构成天线支架13的分离的部件构成。在其它的可供选择的布局中，用于任何特别的天线支架13的轴承30可以设在这个天线支架13和外天线屏蔽器20或其他的外部结构之间，使天线支架13能转动地被天线屏蔽器20或其他的外部结构支承。

在这些布局的任何一个中，轴承30使相邻的天线支架13之间和最下边的天线支架13和基座单元19之间能整体地自由转动。然而，它也可以根据需要限制一个天线支架13相对于它的一个或多个天线支架转动的量，例如防止支承结构10中的电缆被过度卷绕或被缠绕。为了使任何一个天线支架13能满360°转动，相邻的天线支架13应该彼此相对能被转动720°或最好超过720°。

为了使一个天线支架13能相对于相邻的天线支架转动，一驱动装置，例如电动机50，被固定在每个天线支架13内部朝向它的第二或下端16。其它的驱动装置，特别是提供步进动作的驱动装置是可能的，例如包括液压的、气动的、或棘轮型的驱动装置。电动机50具有一齿轮51，齿轮51与相邻的天线支架13的齿圈53的向里的齿52啮合，齿圈53设置在每个天线支架13的第一或上端15。当电动机50被启动以转动齿轮51时，在齿轮51和齿圈53之间的啮合使天线支架13彼此相对转动。电动机50最好是步进电动机以便精细地和灵敏地控制天线支架13的运动。也要看到，上部的相邻天线支架13在电动机50的作用下在那个天线支架13上转动时，最下边的相邻天线支架13保持相对静止不动。在最下边的天线支架13和基座单元19之间设有相应的电动机和齿圈装置(未画出)，以便能使最下边的天线支架13能相对于基座单元19转动。

当在图1至3所示出的实施例的天线支架13通过在一个天线支架上的电动机50与在直接下边的天线支架13或基座单元19上的齿圈53的啮合被转动时，在这种情况下在此如果设有一外天线屏蔽器20或其他的外部结构，那么天线支架13被具有一驱动设备，例如电动机被转动，宁可在每个天线支架13和天线屏蔽器20或其他的外部结构之间动作，而不是如上述的例子那样在相邻的天线支架13/基座单元19之间动作。

上述的支承结构10使每个天线支架13能围绕它的转动轴14完全独立地转动至少满360°。这使得每个天线11能指向任何方向的方位。也可以理解，例如如果需要转动任何个别的天线支架13，不过要把在这个天线支架13之上的天线支架13保持在现在的位置上，在图1中示出的装置中由作用在相邻的天线支架13或最低的天线支架13和基座单元19之间的力导致转动(而不是例如由于作用于外天线屏蔽器20的力)，如果一个天线支架13被转动通过某一转动角度，就需要在紧挨着这个天线支架13之上的天线支架13沿相反的方向转动相同的角度。换句话说，如果一个天线支架13被转动，通常需要转动紧挨着这个第一个天线支架13之上的天线支架13返回它的原始位置，以便把除这一个天线支架13之外的所有其它的天线支架13保持在其原始位置。在一个优选的实施中，用于转动天线支架13的控制系统被这样设置，使得自动地使被转动的天线支架13之上的天线支架13产生准确相等的和相反的转动。这通过串联和反相的连接相邻天线支架13的电动机50就能简单地实现。

天线支架13所有上述的转动都能在与支承结构10有关的适当编程的控制器的控制下自主地或至少半自主地实现。这可以例如在操作者远程的控制下实现，或者通过使天线支架13每个都转动直到来自合适节点的强信号在每个天线11上被接收到，这样使得天线11去“寻找”其它合适定位的节点。

在图1至3示出的例子中，每隔一个天线支架13都装有一个单个的无线电收发机单元60，尽管其它的布置，例如一个单个的无线电收发机单元用于所用的天线也是可行的。一般地，无线收发机单元60是射频模块。无线电收发机单元60含有所有通过天线11发射和接收信号的必需的电路。每个无线电收发机单元60为同一个天线支架13中的天线11服务，也为相邻天线支架13中的天线11服务(在这个例子中示出，为下面的天线支架13)。在这个例子中示出，以微波频率(大约1GHz或更高)无线传输到天线11和从天线11发出，用波导管100将射频模块60连接于各个天线11。

像所有的轴承和转动部件都设置成离开支承结构10的中心纵向轴线12和天线支架13的转动轴线14一样，上述的装置明显离开支承构件10的中心纵向轴线12和天线支架13的转动轴线14。这使得波导管100或其他的天线馈线能部分地沿着支承构件10的中心纵向轴线12和天线支架13的转动轴线14通过。

现在参看图4至6，这里示出转动联结器101的例子。转动联结器101在上述支承结构10的例子中特别用于将一个天线支架13中的波导管100与相邻的天线支架13中的波导管100连接，虽然转动联结器101也可以用于其它的用途。转动联结器101的转动轴线X沿着天线支架13的转动轴线12。转动联结器101的第一或上波导管段102与上边的天线支架13中的波导管100连接，波导管100又与上边的天线支架13中的无线电收发机单元60连接。转动联结器101的第二波导管段103与下边的天线支架13中的波导管100连接，该波导管100又与下边的天线支架13中的天线11连接。与第一个波导管段102连接的第一波导管过渡段104把在第一个波导管段102中的波导管传输变换为同轴传输，反过来也一样。同轴传输段105进行同轴传输。可以理解，同轴传输段105具有轴对称的传输图形。与第二波导管段103连接的第二波导管传输段106把在第二波导管段103中的波导管传输变换为同轴传输，反过来也一样。

同轴传输段105的外导体由第一波导管段102的凸缘107充当。凸缘(nose)107的方向沿着连接器101的转动轴线X的方向，并且插入第二波导管段103的凹座108中。弹性的夹子109，可能是塑料的，使凸缘107保持在凹座108中，以将第一和第二波导管段102、103固定在一起。单独示出在图5中的夹子109基本上是圆筒形的，具有一个径向向外突出的环形的凸缘110和多个下垂的腿111。在组装好的转动联结器101中，环形凸缘110插入凹座108的环形槽112中，以便把夹子109固定在第二波导管段103上，腿111围绕第一波导管段102的凸缘107。在腿111的自由端上的向里的突起113卡入在凸缘107后面的环形槽114，从而把第一和第二波导管段102、103固定在一起。

第一波导管段102的凸缘107有一个中心的带肩的通孔115，它用于容纳作为同轴传输段105的中心导体的销子116。最好由低损耗绝缘材料，例如PTFE制成的绝缘套117，在凸缘107中围绕着销子116的大部分以形成同轴传输段的中心部分。在销子116与第一和第二波导管段102、103之间的气隙118用于形成在绝缘套117之上和之下的同轴传输段。可以看出，第一波导管段102的带肩的通孔115和第二波导管段103的相接合的表面使绝缘套117固定就位。这样选择销子116、绝缘套117，以及气隙118的尺寸，使得在波导管过渡段104、106和同轴传输段105之间在工作频率上传输阻抗达到电匹配，并且降低传输的损耗和反射。类似地，在凸缘107的末端上外导体的厚度(即接合处的径向深度)最好选择为对应于以径向传输模式工作频率的四分之一波长的距离，以限制通过接合处电磁辐射的泄漏，并且减少传输损耗和反射。

当接合处被组装好后，凸缘107的末端和第二波导管段103的接合表面就在同轴传输段的外导体上形成电连结。在一种可选的装置中，最好能够在凸缘107的末端和第二波导管段103邻接的表面之间设有低损耗绝缘材料制成的薄的绝缘垫圈119或气隙，以形成电绝缘接触。方便地，垫圈119由也具有低摩擦的材料，例如PTFE(聚四氟乙烯)制造。

第一波导管段102被做成两个半体，两个半体可以用某些合适的措施，例如螺钉、胶粘剂等固定在一起。第一波导管段102中空的内部形成矩形截面的波导管腔。第一波导管段102的形状这样构成，即，波导管腔的宽边的方向最初从邻接其末端的连接的波导管100开始平行于转动轴X延伸，然后经由一个基本上U形的弯曲部与第一波导管段102垂直地，然后平行地，然后再垂直于在邻接于其第二末端的凸缘107的转动轴X。在组装好的转动联结器101中，销子116穿过一个在第一波导管102壁上的小的圆孔120进入第一波导管段102的腔室内。

第二波导管段103同样被做成两个半体，两个半体可以用某些合适的措施，例如螺钉、胶粘剂等固定在一起。第二波导管段103中空的内部形成矩形截面的波导管腔。第二波导管段103的形状这样构成，即，波导管腔的宽边的方向最初从邻接于其末端的波导管100开始平行于转动轴X延伸，然后在与其第二末端邻接的容纳第一波导管段102的凸缘107的凹座108处垂直于转动轴X。在组装好的转动联结器101中，销子116穿过一个在第一波导管102壁上的小的圆孔120进入第二波导管段103的腔室中。

为了组装两个相邻的天线支架13，两个第一波导管段102半体与销子116和定位在凸缘107中的绝缘套管117一起被固定。组装好的第一波导管段102然后被连接到上边的天线支架13中的波导管100上(在这个例子中波导管100被连结到上边的天线支架13中的无线收发模块60上)。两个第二波导管段103半体同样地与插在环形槽112中的夹子109的环形凸缘110一起被固定。组装好的第二波导管段103然后被连接在下边的天线支架13中的波导管100上(在这个例子中波导管100被连接在下边的天线支架13中的天线11上)。然后两个天线支架13被组装在一起，把转动联结器101的第一和第二波导管段102、103也组装在一起。在组装时，夹子109的腿111覆盖在凸缘107上直到朝向内部的突起113进入凸缘107后面的槽114，这样把第一和第二波导管段102、103固定在一起。如果需要的话，通过施加适度的力将向里的突起111与槽114分离，就能够拆下转动联结器101。这样夹子109能使第一和第二波导管段102、103容易地连接，以及如果需要，也容易地分离。

本领域技术人员可以理解，在如上所述的同轴传输段105中传输微波或类似的频率时，电磁场对于同轴轴线(这个轴线既平行于内导体116也平行于外导体117)是圆形对称的。这个特性使得同轴传输段105能不影响传输效率地围绕转动联结器101的转动轴转动。此外，上述的装置保证同轴传输段105尽可能的短，以便使传输损失最小。

可以理解，传输可以从第一波导管段102传向第二波导管段103，或反过来也一样，这是根据与第二波导管段103连接的天线11是在接收还是在发射。

上述的和特别是由图1至3示出的装置，可选择地和图4至6的转动联结器101一起，使在一个天线支架13中的天线11和在相邻的天线支架13中的天线11共用一个单独的射频模块或无线电收发机单元60，而使这两个天线支架13仍然能彼此相对转动，并且在无线电收发机单元60和天线11之间的任何接合处只需要使单个的转动联结器达到最大。用于支承结构的可替换的装置也是可以的。

例如，参看图7和8，其中示出支承结构10的第二个实施例。具有与上述的部件相同或相当的结构和功能的部件一般具有相同的附图标记，也不再说明。

在图7和8的实施例中，在专用的无线电收发机支架80的每一边都设有天线支架13，无线电收发机支架80是与天线支架13同轴的单独的部件。无线电收发机支架80包含有公共的无线电收发机单元60，无线电收发机单元60通过各自的波导管100连接到两个天线11上。为了使天线支架13能相对于无线电收发机支架80转动，在波导管100与在无线电收发机支架80中的公共无线电收发机单元60之间分别设有能转动的联结器101。可以理解，尽管在图中没有画出，设有用于转动天线支架13的轴承和装置，在所有情况下，或是在天线支架13和无线电收发机支架80之间或是在天线支架13和外天线屏蔽器或其它的外部结构之间，都与上面讨论的一样。

支承结构10的第三个实施例示出在图9和10中。同样，具有基本与上述的部件相同或相当的结构和功能的部件具有相同的附图标记，也不再说明。在第三个实施例中，图7和8的装置通过在每一端添加一个天线支架13实际上被延长。在示出在图9和10的实施例中，环形轴承30被装在外天线支架13和内天线支架13之间。

在这个实施例中单独的公共无线电收发机单元60为所有的天线11服务。公共的无线电收发机单元60和最里边的天线11之间的连接可以与参照图7和8在上面说明的第二个实施例的一样。对于公共无线电收发机单元60和最外边的天线11之间的连接，另外的波导管100从公共无线电收发机单元60出发穿过最里边的天线支架13到达装在最里边和最外边的天线支架13的界面上的各自能转动的联结器101。在最外边的天线支架13中的另外的各自的波导管100通过能转动的联结器101和在最外边的天线支架13内的天线11之间。

作为对在图1至10中示出的实施例的改进，吸收电磁辐射的材料，例如加碳的塑料，可以混在某些或所有天线支架13的材料中以吸收来自天线11和/或无线电发射单元60的不希望有的电磁辐射。作为另外一个实施例，反射材料，例如涂金属的塑料，可以被用于某些或所有天线支架13的材料以形成对天线支架13的里面的东西的电磁屏蔽。本领域技术人员可以理解，通过把吸收或反射材料加入转动的天线支架13，吸收/反射性能与天线11的角度位置无关地以不变的方式影响电磁辐射的辐射方向图，从而可以保证电磁性能基本上与天线11的方向无关。

改进的另外一个实施例这样构筑每个天线支架13的圆筒形侧壁17，使它形成对，例如雨、雪等的环境保护。这可以通过使用防水材料构筑圆筒形的侧壁17，并且在天线支架13之间设置不透水的密封实现。

应该意识到，任何的环境保护、电磁辐射反射和电磁辐射吸收性能都可以提供。把环境保护、电磁辐射反射和/或电磁辐射吸收性能加到天线支架13自身中意味着，不再需要外天线屏蔽器20，因为天线支架13在实际上能形成它们自己的天线屏蔽器。本领域技术人员应该意识到，通过把添加材料加在天线11的前面可以减小必须的电磁信号，并从而省掉外天线屏蔽器20可以达到全面的低的信号损失。

现在参看图11，其中示意地示出如上所述的网状通信网络501的实施例，上述的装置可以被用在这种网络中。网状网络501有许多的节点A-H(在图11中只画出了八个)，这些节点通过在多对节点A-H之间的各个点对点数据传输链接502在逻辑上和物理上相互连接，以便形成相互连接的节点网络。节点A-H之间的链接502使用充分单方向的(即高定向的)射频传输，即每个信号不是广播的，而是指向特别的节点，用能沿着链接502在两个方向通过的信号。传输频率一般至少是1GHz，例如，可以是2.4GHz、4GHz、28GHz、40GHz、60GHz或甚至200GHz。在无线电频率以上，其它更高的频率，如100,000GHz的数量级(红外区)也可以被使用。

每个节点A-H有多个为潜在的为其它节点的点对点的传输链接而配备的天线。在典型的实施例中，每个节点A-H有四个天线，并因而可以与多达四个或更多的其它节点接通。在图11中示意地示出的实施例中，相互联系的节点A-H的网络501与干线503连接。数据通信从干线503传出的点在这里被称为干线网络连接点(“TNCP”)504。TNCP504和网状网络1之间的连接一般是通过网络插入点(“MIP”)505。MIP505一般包括标准节点551，标准节点551具有与网状网络501的节点A-H相同的物理构造，并通过馈电线连接553连接到专门的配合节点552。专门的配合节点552通过合适的(无线电)到TNCP504的链接554保证高的数据传输速率连接，配合节点552又有适用的设备用于在高的数据传输速率下发射和接收。

在通信网络501中每个节点上的天线如上所述可以被安装在支承结构上或无线电收发机装置上。可以方便地根据例如各个节点的物理或地理位置，把一种特殊型式的支承结构或无线电收发装置用于某些节点，而把不同型式的支承结构或无线电收发装置用于其它的节点。

如在我们的同样待定的国际专利申请no.(代理卷号P8220WO)中描述的，每个天线11发射的波束可以是不对称的，并且特别是最好在水平方向(azimuth)比在垂直方向(elevation)窄。这示意地示出在图12A和12B中，在图中画出了被发射的波束400，其在垂直方向的波束宽度401大于在水平方向的波束宽度402。换句话说，在天线发射的波束400上，对着波束400的主波瓣405的半功率点403、404的角，在垂直方向上大于在水平方向上的，如由图12A和12分别示出的。这有许多优点，特别是在上文中使用节点之间的许多点对点的无线传输的网状通信网络中使用时。可以理解，实际上波束400可能在水平或基本水平的方向上被发射(即波束方向在垂直方向上集中在或基本集中在水平面上，也就是一般在水平面的约±5°之内)。

使用在水平方向波束宽度窄的波束，可以提高通信网络501的谱效率。这是因为，在典型的实施中，相同的频率可能被用在许多不同的空间位置上，相同频率的重复使用可能导致节点的需要的信号被来自其他节点的不需要的信号干扰，不希望的干扰包括许多干扰的传输，例如由使用相同频率的其它无线传输引起的同频道干扰和由使用相邻频率的无线传输引起的相邻频道干扰。如上所述通过在网状系统中使用不对称定向的天线，能够减少同频道干扰和相邻频道干扰的合计的水平，这使得对于给定的干扰水平和/或干扰的绝对水平的降低和/或为用户的设备服务需要的频谱量的减少能更多地重复使用某些频率。通常，使用在水平方向矩形的波束宽度降低谱效率。此外，假定传输对准的节点与发射传输的节点可能在不同的垂直面内，具有在垂直面内相对宽的波束宽度(即高波束)意味着，波束最可能到达目标节点，而不用在垂直面内调整发射天线。换句话说，实际上可能需要或甚至必须对发射节点的天线在水平面内进行控制，不对称的波束使得发射节点的天线较少可能需要在垂直面内可操控。应该意识到，如果需要或必须使发射节点的天线在水平面内是能操控的，那么上述的天线可能是能被机械地调整或被电子地调整或两者皆可，机械的调整可被用于粗调，而电子的调整被用于细调，一旦天线指向接近正确的方向时。类似的考虑也用于接收节点的天线。

不对称波束的另外的优点是，能够降低天线上的风力载荷的影响，实际上在天线装置被安装在户外时这一点可能很重要。例如，对于安装在杆子或类似物上面的天线，风力载荷的影响通常使杆子弯曲，导致天线支架倾斜离开水平面。天线的这种移动可能导致在垂直面内的明显的偏离(depointing)，但在水平面内部不产生或产生较小的偏离。具有在垂直方向较大的波束宽度意味着，天线装置对风力载荷偏离的影响不太敏感。

不对称波束的再一个优点是它对天线装置整体高度的影响。特别是，为了产生波束宽度在水平方向比在垂直方向窄的波束，天线一般从顶到底相对要短(以便在垂直方向产生相对较大的波束宽度)，而从边到边相对要宽(以便在水平方向产生相对较窄的波束宽度)。这意味着，对于相同的频率和天线增益，天线装置的整体高度可以例如比如果使用对称波束要小。可以理解，计划调整和美学可能意味着相对短的天线装置是高度合乎需要的。

此外，对于给定的天线尺寸，可以通过提高频率来实现较高的增益和定向性(即减小的波束宽度)。在典型的实施中，天线装置与在上述类型的网状通信系统中的节点相联系，这个影响可以被用于补偿出现在工作在较高频率上工作的无线传输链接中的增加的通道损失。例如，如果一节点被重新设计为以较高的频率工作，而保持天线的整体尺寸不变，天线可以被设计成产生高增益的(对于上述给定的尺寸)，而这可以补偿工作在上述较高频率时的增加的通道损失。

现在参看图13A和13B，示出一种受到优选的天线，通称为扭转反射器天线。线性极化的喇叭形天线200朝向如箭头所示的极化-敏感的平面副反射器201，箭头示出TEM波的传播方向。由副反射器201将能量反射到抛物面的波纹形的主反射器202上。主反射器202的波纹这样布置，使波束的极化在反射时扭转90°。由于极化的扭转，当能量再一次碰到平面的副反射器201时，它便穿进远端场。应该注意到，主反射器202的波纹的布置造成精确的相移，该相移影响反射时的极化扭转，相移与频率有关。类似地，副反射器201的厚度一般这样选择，使从其最里面的和最外面的表面的反射被消除，这又是与频率有关的效果。

上面简要说明的基本天线在WO-A-98/49705中有更充分的说明，其全部内容合并于此以备参考。然而，因为如上面所讨论的最好被天线11发射的波束是不对称的，并且特别是与在垂直方向是高的相比在水平方向较窄，主反射器202和对应的副反射器201在优选的实施方式中是椭圆形的，并且椭圆的短轴垂直放置。

在上述的网状通信网络中，节点一般这样布置，节点之间的无线传输以在1GHz至100GHz的范围内的频率进行。特别优选的频率在大约24GHz到大约30GHz的范围内或在大约40GHz到大约44GHz的范围内。对于在大约24GHz到大约30GHz的范围内的频率，在水平方向的波束宽度最好在5°至7°的范围内，垂直方向的波束宽度最好在9°至12°的范围内。对于在大约40GHz到大约44GHz的范围内的频率，在水平方向的波束宽度最好在3.5°至5°的范围内，垂直方向的波束宽度最好在6.5°至9.5°的范围内。通常，频率升高，在水平方向和垂直方向的波束宽度都减小。一般说来，最好在水平方向的波束宽度小于大约9°，而在垂直方向的波束宽度小于大约15°。

对本发明的实施例已经详细地参照所举的实施例作了说明。然而，应该意识到，可以在本发明的范围内对所述的实施例做出变更和改动。例如，上述的任何一个实施例的支承结构10都可以通过添加另外的天线支架13而延长。依传输频率而定，可以不用波导管，而用其他装置在无线电收发机单元和天线之间传输信号。

Claims (22)

1.用于支承多个天线的支承结构，这种支承结构具有：

多个每个至少支承一个天线的天线支架，每个天线支架具有第一和第二末端：

每个天线支架能围绕第一和第二末端之间的转动轴线转动地被支承；

至少一个天线支架能被选择地相对于另一个或每个其它的天线支架转动，使被上述的至少一个天线支架支承的天线与该天线支架一起转动。

2.按照权利要求1所述的支承结构，其特征在于，至少两个天线支架末端对末端排列，使上述天线支架中的一个的第一末端与上述天线支架中的另一个的第二末端相对。

3.按照权利要求1或2所述的支承结构，包括一个使一天线支架相对于相邻的天线支架转动的转动装置。

4.按照权利要求1或2所述的支承结构，包括多个每个都使各个天线支架相对于相邻的天线支架转动的转动装置。

5.按照权利要求3或4所述的支承结构，其特征在于，这个或每个转动装置具有一固定在上述天线支架中的一个上的电动机和一在相邻天线支架上的齿圈，该齿圈可被电动机驱动地啮合，以便使上述天线支架中的一个相对于其它的转动。

6.按照权利要求1至5之一项所述的支承结构，其特征在于，上述天线支架中的第一个具有与相邻的第二天线支架的第二末端相对的第一末端，并且第二天线支架的轴承具有在上述的第一天线支架的上述的第一末端上的第一环形轴承半体和在上述的第二天线支架的上述的第二末端上的第二环形轴承半体。

7.按照权利要求1至6之一项所述的支承结构，其特征在于，每个天线支架都能独立于每个其它的天线支架转动。

8.按照权利要求1至7之一项所述的支承结构，包括安装在每个天线支架上的用于发射和/或接收无线电信号的各个天线。

9.按照权利要求1至8之一项所述的支承结构，包括沿着每个天线支架的转动轴线的用于在安装于上述天线支架上的天线与无线电收发机之间引导电磁波的各个波导管。

10.按照权利要求1至9之一项所述的支承结构，其特征在于，至少两个相邻的天线支架具有重合的转动轴线，并且具有一安装在上述相邻的天线支架中的一个中的无线电收发机，一安装在上述相邻的天线支架中的另一个中的天线，一第一波导管和一第二波导管；第一波导管以第一末端连接在上述的无线电收发机上，以第二末端连接于第二波导管的第一末端；第二波导管的第二末端与上述的天线连接；第一和第二波导管之间的连接结构是能转动的联结器，该能转动的联结器使第一和第二波导管能像上述的天线支架彼此相对转动一样彼此相对转动，上述能转动的联结器具有于上述相邻的天线支架的转动轴线重合的转动轴线。

11.按照权利要求1至10之一项所述的支承结构，包括一外天线屏蔽器。

12.按照权利要求1至11之一项所述的支承结构，包括一外天线屏蔽器，其特征在于，用于至少一个天线支架的轴承至少部分地由天线屏蔽器形成。

13.按照权利要求1至12之一项所述的支承结构，其特征在于，至少一个天线支架至少部分地由对于被支承结构支承的天线发射的频率不透明的不透明材料构成。

14.按照权利要求1至13之一项所述的支承结构，其特征在于，最末端的天线支架能转动地安装在支承结构的固定基座上，并且具有一用于使上述最末端的天线支架相对于基座转动的转动装置。

15.按照权利要求1至14之一项所述的支承结构，其特征在于，每个天线支架由构成和设置成明显离开每个天线支架轴线的轴承支承。

16.无线电收发设备，该设备具有：

至少两个天线，每个天线能围绕它自己的转动轴线独立地转动；以及，

至少一个无线电收发机与上述的至少两个天线的每一个连接，该无线电收发机能相对上述的至少两个天线的每一个围绕转动轴线独立地转动。

17.按照权利要求16所述的无线电收发设备，其特征在于，所述至少两个天线的转动轴线与至少一个无线电收发机的转动轴线平行或重合。

18.一种用于将两个波导管可转动地联结在一起的转动联结器，该转动联结器具有：

第一波导管段；

第二波导管段；

具有被绝缘体分开的内导体和外导体的、用于经由该同轴传输段将在第一波导管段内的波导管传输与在第二个波导管段内的波导管传输相耦合的同轴传输段；以及，

用于将第一波导管和第二波导管固定在一起，而使第一波导管能独立于第二波导管转动的夹子。

19.按照权利要求18所述的转动联结器，其特征在于，所述同轴传输段是轴对称的。

20.按照权利要求18或19所述的转动联结器，其特征在于，所述同轴传输段的外导体由第一波导管段的凸缘构成。

21.按照权利要求20所述的转动联结器，其特征在于，夹子安放在第二波导管段上，并且这样布置，使得当第一和第二波导管段被组装在一起时，第一波导管段的凸缘能被推入夹子中并被该夹子卡住。

22.按照权利要求21所述的转动联结器，其特征在于，夹子基本上是圆筒形的并具有多个弹性的腿，这些腿在其自由端具有朝向内部的突起，当第一和第二波导管段被组装在一起时，这些腿的自由端安装在第一波导管段的凸缘的后边。

Images