CN201956460U - 一种天线方位角自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种天线方位角自动调节装置，包括天线、控制单元、监控终端和驱动马达总成，天线包括天线本体和位于天线本体外的、用于固定天线本体位置的抱杆组件，抱杆组件包括一个在驱动马达总成的驱动下带动天线本体水平转动的第一转动活节以及密封装置；监控终端通过控制单元获取天线当前的方位角信息，并根据该方位角信息和目标方位角向控制单元输出方位角调整指令；控制单元根据监控终端的方位角调整指令向驱动马达总成输出控制信号，将天线的方位角调整至目标方位角。本实用新型的天线方位角的自动调节装置，能够实时远程或本地自动调节天线的水平方位角，降低了天线方位角优化的成本，增强了天线的可管理性，推动了网络建设的质量和速度。

Description

一种天线方位角自动调节装置

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域，特别涉及一种天线方位角自动调节装置。

背景技术

移动通信的蜂窝网络中，基站天线的水平方位角的准确与否，对网络规划和优化的工作会产生巨大的影响。网络规划人员需要通过基站各小区准确的方向角信息，进行覆盖、容量规划预测。网络优化人员在进行路测时，也需要借助准确的工参信息，对测试过程中的邻区信息、同频干扰情况等做出准确的判断。

目前，天线的水平方位角调整均为人工机械调整，即调整时需要先将天线上下端的抱杆螺栓松开，然后人工手动整体转动天线并锁紧。这种人工调整存在着诸多问题：

(1)其操作性差、经济效益性差，并且由于其需要双人操作，工作位置通常很高，具有一定的危险性。

(2)在网络优化过程中，由于天线的水平方位角往往需要多次调整、逐渐逼近，因此需要工作人员多次登杆或上塔，以达到较为理想的网络优化效果，致使调整效率低下。

(3)天线调整的角度主要靠地面罗盘仪目测，准确性不能得到保证。

(4)实时调整性差，不能与网络优化同步。

(5)工作人员进行现场操作的各项维护费用较高。

由于以上所列举的人工调整的诸多问题，且随着天线类型和数量的增加，准确而及时地确认并调整各个站点的天线水平方位角则变得更加复杂和困难。

实用新型内容

本实用新型提供了一种天线方位角的自动调节装置，能够实时远程或本地自动调节天线的水平方位角，降低了天线方位角优化的成本，增强了天线的可管理性，推动了网络建设质量和速度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种天线方位角自动调节装置，包括天线、控制单元、监控终端和驱动马达总成，

所述天线包括天线本体和位于所述天线本体外的、用于固定天线本体位置的抱杆组件，所述抱杆组件包括一个在驱动马达总成的驱动下、带动天线本体水平转动的第一转动活节；

所述监控终端向所述控制单元输出目标方位角指令；

所述控制单元根据所述监控终端的目标方位角指令和天线的当前方位角，向所述驱动马达总成输出将所述天线的方位角调整至目标方位角的控制信号。

优选地，所述天线上部的抱杆组件进一步包括一个第二转动活节，该转动活节在天线本体转动的驱动下水平转动，其固定于所述天线本体背面的上部；

所述第一转动活节固定于所述天线本体背面的下部。

优选地，所述第一转动活节包括由驱动马达总成驱动的涡轮，

所述涡轮通过涡轮轴与所述天线本体的背面连接，其由所述驱动马达总成驱动、带动所述天线本体水平转动，

所述涡轮与驱动马达总成的输出轴形成双向自锁的涡轮蜗杆啮合。

优选地，进一步包括密封装置，所述涡轮和驱动马达总成封装在该密封装置中。

优选地，所述控制单元进一步包括DC/DC模块、方位角传感器模块、微控制器模块、通信接口适配模块和马达驱动模块，

所述DC/DC模块为该控制单元提供电源，

所述通信接口适配模块用于匹配不同物理承载通道及串行通信的接口标准，接收监控终端向控制单元输出的目标方位角调整指令、向监控终端发送当前天线方位角信息；

所述方位角传感器模块获取当前方位角的感应信息、并发送给微控制器模块，微控制器模块经过算法计算获取当前天线方位角信息；

所述微控制器模块根据当前方位角的感应信息计算当前天线方位角信息，根据所述监控终端的目标方位角指令和当前天线方位角信息，向所述马达驱动模块输出方位角调整指令，

所述马达驱动模块根据微控制器模块输出的方位角调整指令、向所述驱动马达总成输送正向或反向电压。

优选地，所述监控终端与所述通信接口适配模块之间通过基于二进制启闭键控调制或RS485标准的串行物理数据传输通道进行串行通信。

优选地，所述监控终端为远端网管中心、本地维护终端或手持监控终端。

优选地，所述控制单元内置于所述天线本体内。

优选地，所述驱动马达总成包括直流电机和用于转化所述直流电机的转速和扭矩的变速箱、以及输出所述直流电机的转速和扭矩的输出轴。

优选地，所述驱动马达总成固定于所述抱杆组件，其临近所述第一转动活节。

优选地，所述驱动马达总成的输出轴为蜗杆。

通过使用本实用新型的天线方位角自动调节装置，可以解决以下问题：

(1)可实时远程或本地自动调节天线的方位角，避免了因气候、入站难、工程人员不到位、工程任务繁多以及实际操作难度大等问题带来的非实时性和及时性；

(2)大大降低了天线方位角优化的成本，只通过后台网管中心或本地维护终端便可获取天线的当前方位角信息，同时，发出一个指令即可使天线自动调整到所需要的方位角，极大的降低了维护及网络优化成本。

(3)增强了天线的可管理性；

(4)提高网络建设质量和速度，避免了由于现场天线信息不清楚，导致网络建设时，配置错误的情况发生，同时天线方位角的实时调整大大节约了网络优化的时间；

(5)实现了天线的可追溯性和可维护性，从而极大地方便了对天线的管理与维护。

附图说明

图1是本实用新型的天线方位角自动调节装置的结构示意图；

图2是本实用新型的天线抱杆组件的安装示意图；

图3是本实用新型的第一转动活节的结构示意图；

图4是本实用新型的天线方位角自动调节装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的在于提供一种天线方位角的自动调节装置，能够实时远程或本地自动调节天线的水平方位角，降低了天线方位角优化的成本，增强了天线的可管理性，推动了网络建设质量和速度。

图1是本实用新型的天线方位角自动调节装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型的天线方位角自动调节装置包括：天线101、控制单元102、监控终端103和驱动马达总成104。

其中，天线101包括天线本体和位于天线本体外的、用于将天线本体固定于天线杆或天线塔等位置的抱杆组件，该抱杆组件包括一个在驱动马达总成104的驱动下、带动天线本体水平转动的第一转动活节。

监控终端103向控制单元102输出目标方位角调整指令。

控制单元102根据监控终端103的目标方位角调整指令和天线的当前方位角信息，向驱动马达总成104输出控制信号，使驱动马达总成104运转，将天线101的方位角调整至目标方位角。

图2是本实用新型的天线抱杆组件的安装示意图，图3是本实用新型的第一转动活节的结构示意图。如图2和图3所示，天线101的抱杆组件可分为上抱杆组件201和下抱杆组件202。下抱杆组件202进一步包括一个在驱动马达总成的驱动下、带动天线本体水平转动的第一转动活节203，第一转动活节203固定于天线本体背面的下部。上抱杆组件201进一步包括一个第二转动活节，该转动活节在天线本体转动的驱动下水平转动，其固定于所述天线本体背面的上部。

第一转动活节203包括与天线本体固定连接的前活节301和与抱杆端连接的后活节302。其中，前活节301与后活节302之间通过轴303铰接，轴303与前活节301固定连接。其中，轴303的轴线方向为垂直方向。轴303的一端固定有涡轮304，后活节302进一步包括与涡轮304啮合的蜗杆305，该蜗杆305可为驱动马达总成的输出轴。

由于涡轮304通过涡轮轴303与天线本体连接，因此，当蜗杆305在驱动马达总成的驱动下带动涡轮304和涡轮轴303旋转、则前活节以涡轮轴303的轴线为轴线转动，从而带动天线本体在水平方向上转动，达到调整天线水平方位角的目的。

优选地，第一转动活节进一步包括密封装置105，涡轮304、蜗杆305和驱动马达总成104均封装在密封装置105中，该密封装置105的防护等级根据需求最高可以达到IP55。

进一步地，第一转动活节可包括旋转限位装置，优选地，该旋转限位装置包括设置于前活节301后端的凸起502和设置于后活节302的两个限位块501，其中两个限位块501分别设置于天线水平旋转的两个极限位置，当天线水平旋转至该极限位置时，通过现为快501对凸起502的阻挡作用，对天线的水平旋转起到限位作用。

由于第一转动活节和第二转动活节分别位于天线本体的下部和上部，因此在驱动天线本体转动时，仅驱动其中一个转动活节即可。通常将位于下抱杆组件的第一转动活节作为主动活节，即利用驱动马达总成驱动主动活节转动，而位于上抱杆组件的第二转动活节则作为被动活节。当天线本体在主动活节的驱动下水平转动时，则可驱动被动活节随着天线本体一起转动。

当然，也可将位于上抱杆组件的第二转动活节作为主动活节，而将位于下抱杆组件的第一转动活节作为被动活节。

如图1所示，控制单元102进一步包括DC/DC模块121、方位角传感器模块122、微控制器模块123、通信接口适配模块124和马达驱动模块125。

其中，DC/DC模块121为控制单元102提供电源。

控制单元102通过通信接口适配模块124接收监控终端103向控制单元102输出的目标方位角调整指令。通信接口适配模块124的接口用于匹配不同物理承载通道及串行通信标准。

方位角传感器模块122获取方位角的感应数据给微控制器模块123，经过微控制器模块123的计算，获取天线101当前的方位角信息。

微控制器模块123根据监控终端103的目标方位角调整指令和天线的当前方位角信息，向马达驱动模块125输出方位角调整指令，

马达驱动模块125根据微控制器模块123输出的方位角调整指令、向驱动马达总成104输送正向或反向电压，使驱动马达总成104正向或反向转动，以调整天线101的方位角。

监控终端103可为远端网管中心131、本地维护终端132或手持监控终端133。其中，远端网管中心131或本地维护终端132通过移动通信主设备134与控制单元之间进行通信。

监控终端103与通信接口适配模块124之间通过基于二进制启闭键控(OOK)调制或RS485标准的串行物理数据传输通道进行串行通信。

当天线101按照初始方位角的大致要求安装完毕后，如果后台网络优化人员或现场安装人员认为这个角度不合适，则通过基站系统的远端网管中心(OMC)131或本地维护终端(LMT)132或安装现场的手持监控终端133向控制单元102发出设置新的天线方位角的命令，此命令通过基于OOK调制或RS485标准的串行物理数据传输通道，发给天线侧的控制单元102，控制单元102的微控制器模块123根据目标方位角及通过方位角测试模块122获取的当前方位角情况，自适应输出控制信号，向马达驱动模块125输出方位角调整指令。马达驱动模块125根据微控制器模块123输出的方位角调整指令、向驱动马达总成104输送正向、反向电压或是停止输出电压，进而通过天线101的转动活节的涡轮蜗杆传动，带动天线101水平转动。

当天线101的方位角转到目标方位角后，控制单元102发送方位角设置成功及当前方位角信息给基站系统的远端网管中心(OMC)131或本地维护终端(LMT)132或安装现场的手持监控终端133，天线方位角自动调节操作结束。

优选地，驱动马达总成104包括直流电机、用于转化直流电机的转速和扭矩的变速箱、以及输出直流电极的转速和扭矩的输出轴。变速箱的作用是使直流电机的高速、小扭矩转动变换为低速、大扭矩转动，输出轴以蜗杆305转动的形式输出动力驱动涡轮轴303的转动。其中，涡轮304、蜗杆305的头数及蜗杆305的形状和传动比可以根据实际应用所需要的转动力矩来选择。

优选地，驱动马达总成104可固定于抱杆组件上，其临近于第一转动活节203。

为了达到天线方位角的固定和天线位置的稳固，驱动马达总成104的输出轴与涡轮305形成具有断电双向自锁功能的涡轮蜗杆啮合。则在天线方位角调整完毕后，第一转动活节203的位置自锁，不会由于外界干扰而产生位置角度的偏移。

图4是本实用新型的天线方位角自动调节装置的一个实施例的结构示意图。该实施例为本实用新型的天线方位角自动调节装置应用于TD-SCDMA智能天线的方位角调节。

根据本实用新型，在现有的TD-SCDMA智能天线的上下抱杆组件靠近抱杆侧上增加两个可转动活节401，转动活节401有两个中间互联零件，互联零件通过轴作为铰链连接，其中活节部分的前活节(位于天线侧)与天线面及连接轴进行刚性连接，后活节(位于抱杆端)的连接孔采用内潜轴承或小摩擦材料护套，前后活节通过连接轴作为铰链连接起来。

当天线安装在抱杆上后，天线面能够以上下可转动活节为轴转动。在下面抱杆组件的转动活节的连接轴的一端具有涡轮，以便于接受外力驱动，带动前活节组件沿轴线转动，进而带动天线面转动，以达到调节方位角的目的。天线的下抱杆组件上的后活节与电动马达总成刚性固定，电动马达总成内置减速箱，使电动马达在供电时，低速旋转，通过蜗杆驱动天线下面抱杆组件的前活节轴上的涡轮转动，带动天线面改变方位角。

智能天线的内部安装控制单元402，此控制单元402的马达控制模块425输出电源，电动马达403的两根电源线与智能天线内部的控制单元402相连，以为电动马达404提供电源。

本实用新型的天线方位角调节装置的监控终端403利用现有的智能天线与远端射频单元(RRU)431之间的AC校准通道对智能天线的控制单元402进行供电和对外通信。通信信号采用OOK调制，在AC校准通道上传输。监控终端403的远端网管中心(OMC)434通过TD-SCDMA网络设备的无线网络控制器(RNC)433、基带处理单元(BBU)432、远端射频单元(RRU)431与智能天线的内置控制单元402进行通信；本地维护终端(LMT)435通过基带处理单元(BBU)432、远端射频单元(RRU)431与智能天线的内置控制单元402进行通信。

控制单元402中，分路合路滤波器421完成对OOK调制信号、直流电源及射频AC校准信号的分路及合路，实现多路信号及电源共享一个物理通道。

OOK调制解调模块422对控制单元402发往RRU侧的信号进行OOK调制，对接收来自RRU侧的OOK调制信号进行解调。

DC/DC模块426为控制单元402内部各模块器件提供电源。

OMC 434或LMT 435通过现有的TD-SCDMA系统中的中间设备RNC433、BBU 432、RRU 431，从天线的控制单元402获取当前天线的方位角信息，也可以通过OMC 434或LMT 435向天线的控制单元402发起设置新的天线方位角的命令，控制单元402通过方位角传感模块424获取当前方位角信息，根据目标方位角及当前方位角情况，自动控制电动马达404，电动马达404通过驱动蜗杆带动天线可转动活节的前活节上的涡轮转动，从而带动天线旋转。天线方位角转到目标角度后，控制单元402发送方位角设置完成以及当前方位角信息给远端网管中心(OMC)434或本地维护终端(LMT)435。

本实施例是基于TD-SCDMA系统而设计的一种典型案例，在此思想指导下也可以对实现方案略作调整，例如：天线的上下活节设计在靠近天线面的位置、而不是靠近抱杆侧；与天线面刚性连接的涡轮和电动马达放置在天线下部抱杆组件可转动活节的上表面(或下表面)或放置在天线上部抱杆组件可转动活节的上表面(或下表面)；与控制单元的通信方式不采用在AC校准通道上承载OOK调制信号，而采用RS485接口形式进行通信等。

通过使用本实用新型的天线方位角自动调节装置，可以解决以下问题：

(1)可实时远程或本地自动调节天线的方位角，远端网管中心(OMC)或本地维护终端(LMT)可以根据网络优化的需要实时地调整天线的方位角，避免了因气候、入站难、工程人员不到位、工程任务繁多以及实际操作难度大等问题带来的非实时性和及时性；

(2)大大降低了天线方位角优化的成本，传统的方式需要工程人员到现场，然后登高、机械调节、锁紧等环节，耗费一定的交通费及登高作业费和工时费，而此种方式只通过后台网管中心或本地维护终端便可获取天线的当前方位角信息，同时，发出一个指令即可使天线自动调整到所需要的方位角，极大的降低了维护及网络优化成本。

(3)增强了天线的可管理性：由于天线内置了控制单元，天线由原来的后台网管不可见设备，变为后台网管看得见、可管理的设备，使后台网管可以方便获取各个站点的天线信息，如厂家、产品编号、生产日期、天线类型(线阵、双极化、电调天线、单天线面的超宽频天线、双天线面的超宽频天线等)、天线权值、内置下倾角、方位角、水平波束宽度、垂直波束宽度、天线工作频段、工作频段增益等等；

(4)提高了网络建设质量和速度，避免了由于现场天线信息不清楚而导致的网络建设时，配置错误的情况发生。同时天线方位角的实时调整大大节约了网络优化的时间；

(5)提高了天线的可追溯性、可维护性：由于后台网管能够获取天线的信息(如：天线厂家、编号、生产日期、类型等)，使得天线变得可追溯，当某个天线故障时，可以根据网管所存站点天线信息，确定更换天线的类型，使维护更换天线更便捷，同时可根据后台网管所存天线信息，便于对故障天线的厂家、生产日期、天线类型的统计，因此极大方便了对天线的管理与维护。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种天线方位角自动调节装置，其特征在于，包括天线、控制单元、监控终端和驱动马达总成，

所述天线包括天线本体和位于所述天线本体外的、用于固定天线本体位置的抱杆组件，所述抱杆组件包括一个在驱动马达总成的驱动下带动天线本体水平转动的第一转动活节；

所述监控终端向所述控制单元输出目标方位角调整指令；

所述控制单元根据所述监控终端的目标方位角调整指令和天线的当前方位角，向所述驱动马达总成输出将所述天线的方位角调整至目标方位角的控制信号。

2.根据权利要求1所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述抱杆组件进一步包括一个第二转动活节，该转动活节在天线本体转动的驱动下水平转动，其固定于所述天线本体背面的上部；

所述第一转动活节固定于所述天线本体背面的下部。

3.根据权利要求2所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述第一转动活节包括由驱动马达总成驱动的涡轮，

所述涡轮通过涡轮轴与所述天线本体的背面连接，其由所述驱动马达总成驱动、带动所述天线本体水平转动，

所述涡轮与驱动马达总成的输出轴形成双向自锁的涡轮蜗杆啮合。

4.根据权利要求3所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，进一步包括密封装置，所述涡轮和驱动马达总成封装在该密封装置中。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述控制单元进一步包括DC/DC模块、方位角传感器模块、微控制器模块、通信接口适配模块和马达驱动模块，

所述DC/DC模块为该控制单元提供电源，

所述控制单元通过通信接口适配模块接收监控终端向控制单元输出的目标方位角调整指令、向监控终端发送当前天线方位角信息；

所述方位角传感器模块获取当前方位角的感应信息、并发送给微控制器模块，微控制器模块经过算法计算获取当前天线方位角信息；

所述微控制器模块根据当前方位角的感应信息计算当前天线方位角信息，根据所述监控终端的目标方位角指令和当前天线方位角信息，向所述马达驱动模块输出方位角调整指令，

所述马达驱动模块根据微控制器模块输出的方位角调整指令、向所述驱动马达总成输送正向或反向电压。

6.根据权利要求5所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，第一转动活节进一步包括限制天线本体水平转动范围的旋转限位装置。

7.根据权利要求5所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述监控终端与所述通信接口适配模块之间通过基于二进制启闭键控调制或RS485标准的串行物理数据传输通道进行串行通信。

8.根据权利要求7所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述监控终端为远端网管中心、本地维护终端或手持监控终端。

9.根据权利要求8所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述控制单元内置于所述天线本体内。

10.根据权利要求9所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述驱动马达总成包括直流电机、用于转化所述直流电机的转速和扭矩的变速箱、以及输出所述直流电机的转速和扭矩的输出轴。

11.根据权利要求10所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述驱动马达总成固定于所述抱杆组件，其临近所述第一转动活节。

12.根据权利要求10所述的天线方位角自动调节装置，其特征在于，所述驱动马达总成的输出轴为蜗杆。

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