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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft Mikrowellen-Funkgeräte und insbesondere
eine integrierte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antennensystem,
wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.
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Eine solche Hechfrequenzeinheit/Antennensystem
ist beispielsweise aus
US 5,508,712 bekannt.
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Mikrowellenfunkverbindungen werden
in großem
Umfang eingesetzt, um große
Datenmengen zu übertragen,
wie beispielsweise in Erd- und Weltraum-Mikrowellen-Kommunikationsfernverbindungen.
Sie sind ebenfalls für
Anwendungen kurzer Entfernungen und geringer Energie von Interesse,
wie beispielsweise den grundlegenden Sprach-, Video- und Datenverbindungen
zwischen beispielsweise einer Mobilfunk-Basisstation und einer zentralen
Vermittlungsstelle. Bei solchen Anwendungen beträgt die Mikrowellen-Übertragungsdistanz
typischerweise etwa 0,5 bis 5 Meilen, liegt das Mikrowellensignal
in einem spezifischen Frequenzbereich zwischen 2 bis 94 GHz, und
beträgt
die Ausgangsleistung des Mikrowellensenders etwa 100 Milliwatt.
Solche Mikrowellen-Kommunikationssysteme werden allgemein als "Punktzu-Punkt"-Systeme
bezeichnet.
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Entsprechend den Hochleistungs-Mikrowellen-Kommunikationssystemen
weist ein herkömmliches
Punkt-zu-Punkt-System drei physische Basisteile auf: eine Signalverarbeitungseinheit
(SPU), die manchmal als "Innen"-Einheit bezeichnet wird und Basisband-Funkkomponenten
aufweist, eine Hochfrequenz-(HF)-Einheit
(RFU), die manchmal als "Außen"-Einheit
bezeichnet wird und die Mikrowellen-Hochfrequenzkomponenten aufweist,
und eine Antenne. Da eine Mikrowellenzuführung bzw. -einspeisung zwischen
den mit Mikrowellenfrequenz arbeitenden Komponenten erforderlich
ist, ist die Vorfrequenzeinheit innerhalb weniger Fuß von der
Antenne angeordnet, die einfach an der Außenseite angebracht ist und
zu einem anderen Punkt-zu-Punkt-Terminal ausgerichtet ist, das in
einer gewissen Entfernung davon platziert ist. Die Antenne ist typischerweise
eine Parabolantenne des Cassegrain-Typs. Die Signalverarbeitungseinheit kann
in einiger Entfernung von der Hochfrequenzeinheit platziert sein.
Ein normaler Koaxialkabelsatz erstreckt sich zwischen der Signalverarbeitungseinheit und
der Hochfrequenzeinheit, aber eine Mikrowellen-Koaxialzuführung ist
zwischen der Hochfrequenzeinheit und der Antenne erforderlich.
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DE 26 18 120 A1 offenbart eine integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne,
die an einem Mast mittels Befestigungselementeh befestigt ist. Diese Befestigungselemente
ermöglichen
ein Drehen der Antenne um den Mast und eine Achse senkrecht zum Mast
zu Ausrichtungszwecken.
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DE
85 20 604 U1 offenbart eine integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne,
die an einem Mast angebracht ist. Ein Befestigungselement in Form
einer Klammer ermöglicht
die Drehung der Antenne in einer horizontalen oder einer vertikalen
Richtung.
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US
2,413,558 offenbart eine Hochfrequenzeinheit und eine Antenne,
die beide an einem Teleskop-Dreibein angebracht sind. Die Einheit/Antenne ist
mit dem Teleskop-Dreibein mittels einer Klemmschraube verbunden,
die mit einem Gewindebereich eines Flanschelements zusammenwirkt.
Dieses Befestigungselement ermöglicht
eine Drehung der Antenne um die Längsachse des Gewindebereichs.
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US
4,827,273 offenbart eine Befestigungsanordnung, um eine
längliche
Kommunikationsantenne an einem Kotflügel anzubringen.
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Die Dokumente
US 2,955,288 , DE 295 09 454 U1, GB
2 310 542 A und
DE
2 246 945 A1 offenbaren Befestigungssysteme für Antennen.
Jedes offenbarte Befestigungselement ermöglicht eine Drehung der Antenne
um eine vertikale und eine horizontale Achse manuell oder mittels
eines Motors.
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Da Punkt-zu-Punkt-Systeme populärer werden,
wird deren physische "Verpackung" wichtiger. Die existierenden Hochfrequenzeinheiten
und Antennen sind sperrig, schwer und in vielen Fällen schwierig
zu befestigen, auszurichten und schwierig bei der Aufrechterhaltung
der Ausrichtung. Mit der Ausweitung von Punkt-zu-Punkt-Systemen
in großen
Städten
wird es schwieriger, neuen Befestigungsplatz an existierenden Masten
anderswo zu finden. Die Installationspersonen müssen die später zu installierende Hochfrequenzeinheit
und Antenne an immer gefährlicheren
Plätzen
hochziehen, um einen Sichtlinienkontakt mit dem entfernten Terminal
aufzubauen. Die Hochfrequenzeinheit und die Antenne müssen in
enger Nähe
zueinander angebracht werden. Herkömmliche Befestigungssysteme
für die
Hochfrequenzeinheit und die Antenne umfassen Anordnungen von Klammern,
Spanndrähten und
Spannschrauben. Große
Sorgfalt muss bei der Ausrichtung der Antenne zu der entfernten
Antenne aufgebracht werden, um das Befestigungssystem einzustellen.
Falls die Antenne zu einem späteren
Zeitpunkt ersetzt werden muss, muss die neue Antenne wieder ausgerichtet werden.
Um diese Probleme zu überwinden,
entwickelt die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung eine
integrierte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellen-Hochfrequenzeinheit und Antenne,
die sehr viel kompakter und leichter ist als herkömmliche
Systeme. Allerdings bleibt das Problem der Abstützung, der integrierten Einheit
in der Weise erhalten, die Installation und den Austausch einfach
und angenehm zu machen. Es gibt deshalb ein Bedürfnis nach einer Befestigungsart,
die in Verbindung mit der verbesserten integrierten Hochfrequenzeinheit
und der Antenne verwendet wird und diese Probleme überwindet. Die
vorliegende Erfindung erfüllt
diese Bedürfnisse und
liefert ferner damit zusammenhängende
Vorteile.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellen-Hochfrequenzeinheit/Antenne
mit einer günstigen
bzw. praktischen Befestigungsstruktur bzw. Befestigungsaufbau, wie er
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist. Der Befestigungsaufbau
ermöglicht
der integrierten Hochfrequenzeinheit/Antenne, schnell und einfach
an einem Aufbau, wie beispielsweise einem Mast, von einer einzelnen
Person befestigt zu werden. Die Ausrichtung ist einfach auszuführen, wobei eine
Einstellung in drei Freiheitsgraden, zwei Winkelgraden zu Ausrichtungszwecken
und einem Rotationsgrad zur Erreichung einer gewünschten Polarisation möglich ist.
Der Trägeraufbau
hält die
integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne in einer stabilen fes ten Ausrichtung
nach Abschluss der Ausrichtung. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt die integrierte
Hochfrequenzeinheit/Antenne ersetzt werden muss, ist sie leicht
von einer einzelnen Person zu demontieren und zu ersetzen. Der Befestigungsaufbau
gewährleistet,
dass der Ersatz auf das gleiche entfernte Terminal wie die ersetzte
Einheit ausgerichtet ist, eine wichtige Annehmlichkeit, da die Schwierigkeit
und die Kosten für
die Neuausrichtung hoch sein können. Der
Befestigungsaufbau ist leichtgewichtig, und kostengünstig.
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Entsprechend der Erfindung umfasst
eine integrierte Punktzu-Punkt-Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antennensystem
eine Mikrowellenempfänger/Antenneneinheit,
ein Gehäuseträgerelement, das
an der Mikrowellen-Sende-/Empfänger/Antenneneinheit
angebracht ist, und ein Befestigungsaufbau-Trägerelement, das mit dem Gehäuseträgerelement
zusammenwirkt. Das Befestigungsaufbau-Trägerelement
umfasst ein fest einstellbares Kugelgelenkelement, wobei die Kugel
oder die Kugelpfanne fest mit dem Gehäuseträgerelement und das andere mit
einem Anbringungsaufbau, wie eine Klammer, verbunden ist. "Fest
einstellbar" bedeutet, dass das Element eingestellt werden kann
und dann nach der Einstellung in dieser Position fixiert werden
kann.
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Der Befestigungselement-Trägeraufbau
entsprechend der vorliegend en Erfindung
umfasst eine Basis mit einem Basiskörper, einer weiblichen sphärischen
Basissockelfläche
in dem Basiskörper,
eine Basisbohrung, die sich durch den Basiskörper und die weibliche sphärische Basissockeloberfläche erstreckt,
zumindest zwei Einstellschrauben-Befestigungen, die von dem Basiskörper getragen
werden, und eine Einstellschraube, die mittels Gewinde mit jeder
der Schraubenbefestigungen in Ein griff steht. Es gibt eine Kugelkomponente,
die einen männlichen sphärischen
Kugelsockel mit einer äußeren Oberfläche, die
so dimensioniert ist, dass sie in der weiblichen sphärischen
Basissockelfläche
aufgenommen werden kann, umfasst, eine weibliche sphärische Kugelsockeloberfläche, die
konzentrisch zu und einen kleineren Radius als die äußere Oberfläche des männlichen
sphärischen
Kugelsockels ist bzw. aufweist, einen ringförmigen Flansch, der sich um
eine Basis der Kugelkomponente erstreckt und so positioniert ist,
dass er in Eingriff mit den Einstellschrauben bringbar ist, eine Öffnung,
die sich durch einen Scheitelpunktbereich des männlichen sphärischen
Sockels entfernt von der Basis der Kugelkomponente erstreckt, und
ein Befestigungselement, das mit dem Gehäuseträgerelement zusammenwirken kann.
Eine spnärische
Verriegelungsmutter umfasst eine weibliche sphärische Verriegelungsmutter-Fläche, die
zur Aufnahme innerhalb der weiblichen sphärischen Kugelsockelfläche dimensioniert
ist, und eine Verriegelungsmutter-Bohrung, die sich in Ausrichtung
zu der Basisbohrung hindurch erstreckt. Eine Verriegelungsschraube
erstreckt sich durch, die Verriegelungsmutterbohrung und die Basisbohrung
und weist eine Verriegelungsschraubenmutter auf, die darauf schraubbar.
in Eingriff bringbar ist.
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Der Kugelgelenk-Befestigungsaufbau
mit seinen Einstellschrauben ermöglicht
es, die Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
bezüglich des
Winkels in Höhenwinkel-Richtung
und Azimuth-Richtung durch eine koordinierte Bewegung der Einstellschrauben
auszurichten. Die Öffnung
in der Kugelkomponente erlaubt es, die Winkelausrichtung entsprechend
der Größe der Öffnung zu
variieren, und eine Winkelvariation von insgesamt 20 Grad hat sich
als ausreichend herausgestellt. Durch leichtes Lösen aller Einstellschrauben
kann die gesamte Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
um die Richtung gedreht werden, die zu der entfernten Einheit zeigt,
so dass die Polarisation der gesendeten und empfangenen Signale
optimiert werden kann. Nach Abschluss der Winkel und der Rotationsausrichtung
wird die Verriegelungsmutter angezogen, um die Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
in der ausgewählten
festen Ausrichtung zu halten. Die Einstellschrauben können gelöst werden,
um die Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
beispielsweise auf Grund von Temperaturänderungen zu stören, oder
sie können
sogar ganz entfernt werden.
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Die Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
umfasst vorzugsweise ein Gehäuse
mit einer Vorderseite, und einer Rückseite, und ein Mikrowellenhochfrequenz-Sende-Empfänger/Elektronikpaket
innerhalb des Gehäuses,
wobei das Elektronikpaket eine externe Verbindung und eine Antennenverbindung
besitzt. Es gibt vorzugsweise eine Antenne, die an der Vorderseite
des Gehäuses
angebracht ist; und eine Mikrowellenhochfrequenzeinspeisung, die
eine Verbindung zwischen der Antenne und der Antennenverbindung
des Mikrowellen-Sende-Empfänger-Elektronikpakets
schafft. Bei dieser Lösung
ist das Gehäuseträgerelement
an der Rückseite
des Gehäuses
angebracht.
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Die vorliegende Erfindung, die zusammen mit
einem geeigneten Gehäuseträgerelement,
wie beispielsweise einem Schwalbenschwanzträger, eingesetzt wird, erlaubt
es der Mikrowellensendeempfänger/Antenneneinheit,
reproduzierbar und genau ausgerichtet zu werden. Falls die Mikrowellen-Sende-Empfänger/Antenneneinheit
ausgewechselt werden muss, kann sie leicht entfernt und ersetzt
werden, ohne normalerweise eine Neuausrichtung zu benötigen. Das
gesamte System ist viel leichter und weniger sperrig als frühere herkömmliche Punkt-zu-Punkt-Einheiten.
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Andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierteren
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit
den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der
Erfindung zeigen. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf
diese bevorzugte Ausführungsform
begrenzt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Mikrowellenfunksenders und -empfängers;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Mikrowellen-Hochfrequenzeinheit und
Antenne;
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3A ist
eine perspektivische Ansicht einer integrierten Hochfrequenzeinheit/Antenne
entsprechend der Erfindung;
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3B ist
eine perspektivische Rückansicht der
integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne von 3A;
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4 ist
eine Seitenansicht eines Befestigungselement-Trägeraufbaus;
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5 ist
eine Schnittansicht des Befestigungselement-Trägeraufbaus
von 4 entlang der Linie 5–5; und
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6 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer herkömmlichen
Hochfrequenzeinheit und Antenne und einer integrierten Hochfrequenzeinheit/Antenne,
die an einem Mast befestigt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Mikrowellenfunksende-Empfangssystems 20.
Der allgemeine elektronische Aufbau solcher Systeme 20 ist
im Stand der Technik bekannt und ist beispielsweise detaillierter
in "RF Components for PCS Base Stations" beschrieben, veröffentlicht
von Strategies Unlimited, 1996. Die vorliegende Erfindung liegt
nicht in einer Änderung
dieser bekannten elektronischen Basislösung, sondern in dessen Verpackung
und Befestigung in einer sehr vorteilhaften Form.
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Das System 20 umfasst eine
Signalverarbeitungseinheit 22, die Basisbandsignale verarbeitet, eine
Hochfrequenzeinheit 24, die Mikrowellensignale verarbeitet,
und eine Mikrowellenantenne 26. Die Signalverarbeitungseinheit
besitzt Eingangs-/Ausgangssignale 28 mit Sprach-, Video-
und/oder Datenverbindungsinformationen. Diese Eingangs-/Ausgangssignale 28 werden
durch die Basishandschaltung 30 und einen Modulator/Demodulator 32 verarbeitet.
Ein Controller bzw. eine Steuerung 34 und eine Energieversorgung 36 sind
ebenfalls in der Signalverarbeitungseinheit 22 vorgesehen.
Die Signalverarbeitungseinheit 22 kommuniziert mit der
Hochfrequenzeinheit 24 über
ein herkömmliches
Koaxialkabel 38 bei niedrigen Frequenzen.
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Die Hochfrequenzeinheit 24 weist
einen Mikrowellensender/-Empfänger 40 auf,
der in einem ausgewählten
Mikrowellen- Frequenzband
innerhalb des breiten Frequenzbandes arbeitet, das sich von etwa
2 bis etwa 94 GHz (Gigahertz) erstreckt, indem das Niederfrequenzsignal
der Signalverarbeitungseinheit 22 umgewandelt wird. Ein
Controller 42 und eine Energieversorgung 44 sind
in der Hochfrequenzeinheit 24 vorgesehen. Der Mikrowellensender/-Empfänger 40 hat
eine Antennenverbindung 46, in die eine Mikrowellen-Hochfrequenzeinspeisung bzw.
-zuführung 48 gebracht
ist, um der Antenne 26 ein Signal zu liefern oder um Signale
von der Antenne zu empfangen. Die Mikrowellen-Hochfrequenzzuführung 48 kann
ein Koaxialkabel oder ein Wellenleiter sein, der nicht mehr als
eine Länge
von wenigen Fuß haben
darf, ohne eine wesentliche Signaldämpfung zu erleiden.
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2 stellt
die Implementierung einer herkömmlichen
früheren
Hochfrequenzeinheit 24 und Antenne 26 dar, die
mit der Mikrowellenzuführung 48 verbunden
ist, die den Elektroniklösungsweg
von 1 nutzt. Die Hochfrequenzeinheit 24 misst
typischerweise 12 Inch auf 12 Inch auf 12 Inch und wiegt etwa 35 amerikanische
Pfund. Die Antenne 26 ist eine Parabolantenne des Cassegrain-Typs
mit einem Schüsseldurchmesser
von etwa 12 Inch oder mehr und einem Gewicht von etwa 15. amerikanischen Pfund.
Beide Komponenten müssen
an einem Ort befestigt werden, derart, dass die Antenne 26 auf
ein gleiches, aber entfernt platziertes Terminal zielt. Der Installateur
muss einen Weg finden, die Antenne 26 so zu befestigen,
dass sie zu der Antenne der entfernten Einheit ausgerichtet ist,
und die Hochfrequenzeinheit 24 so zu befestigen, dass sie
sicher, aber innerhalb des durch die Länge der Mikrowellenzuführung 48 erlaubten
Bereichs liegt. Andere Versionen der früheren Lösung von 2 sind bekannt, bei denen die Parabolantenne
direkt an der Hoch frequenzeinheit befestigt ist, aber ein solcher
kombinierter Lösungsweg
bleibt ungünstig
in der Handhabung und schwer.
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3A und 3B zeigen eine integrierte
Hochfrequenzeinheit/Antenne in einer perspektivischen Vorder- und
Rückansicht.
Diese Vorrichtung benutzt den allgemeinen elektronische n Lösungsweg
von 1, aber mit einer
sich unterscheidenden Architektur und Antenne, die wichtige Vorteile
bieten. Eine integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 weist
ein Gehäuse 62 auf,
das eine äußere Wand 64 mit
einer Vorderseite 64a und einer Rückseite 64b besitzt.
Ein Griff 65, der integraler Bestandteil oder lösbar sein kann,
erstreckt sich von dem Gehäuse 62 und
ermöglicht
ein leichtes Tragen der Hochfrequenzeinheit/Antenne 60.
Eine Mikrowellen-Hochfrequenzsende-/Empfangs-Elektronikbaueinheit (nicht sichtbar)
ist in dem Gehäuse 62 angebracht.
Die Elektronikbaueinheit umfasst den Mikrowellensender/Empfänger 40,
den Controller 42 und die Energieversorgung 44.
Ein Teil der äußeren Wand 64,
in diesem Fall die Vorderseite 64a, weist eine integrale
Flachantenne 68 auf. Die Flachantenne 68 kann
separat ausgebildet sein und an der Wand 64 angebracht sein,
oder sie kann als integraler Bestandteil der Wand selbst ausgebildet
sein. Dieser Teil der Wand 64, der nicht die Antenne 68 ist,
kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, wie beispielsweise Metall
oder Kunststoff. Eine Antennenkuppel (nicht gezeigt) in Form einer
Kunststoffplatte kann über
der Seite der Flachantenne 68 angebracht sein, um diese zu
schützen.
Die Flachantenne 68 ist vorzugsweise eine Antenne mit kontinuierlichen
Querelementen (CTS). Die CTS-Mikrowellenantenne
ist im Stand der Technik bekannt und ist beispielsweise im US-Patent 5,266,961
beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen
wird.
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Die integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 hat
eine Antennenverbindung und ein Mikrowellen-Hochfrequenzzuführungskabel,
das sich von der Antennenverbindung zu der Rückseite der Flachantenne 68 erstreckt.
Die Hochfrequenzzuführung
ist zumindest 1–2
Inch lang und ist vollständig
in dem Gehäuse 62 aufgenommen
und ist demgemäß in 3A und 3B nicht sichtbar. Es gibt nur eine geringe
Mikrowellendämpfung,
wenn das Signal diese kurze Zuführung
durchläuft.
Der Installateur muss die einzelne integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 nur
positionieren und ortsfest fixieren und muss sich nicht um eine
Bewegung und Positionierung zweier Einheiten in einer kompatiblen
Weise kümmern.
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3B zeigt
einen Teil eines Trägerelements 70,
mit dem das Gehäuse 64 und
angebrachte Komponenten an einem Befestigungsaufbau angebracht werden
können.
Das Trägerelement 70 weist einen
erhöhten
Bereich des Gehäuses 64 in
Form eines Hutabschnitts 72 auf, der sich von der Rückseite 64b nach
hinten erstreckt. An dem Hutabschnitt 72 ist ein erster
Bereich des Trägerelements 70 angebracht,
das sich von dort weiter rückwärts erstreckt, was
als ein bevorzugtes männliches
Schwal- benschwanz-Verbindungsstück 74 dargestellt
ist. Das männliche
Schwalbenschwanz-Anschluss- bzw. -verbindungsstück 74 weist eine relativ
schmale Basis 76 und einen seitlich vergrößerten Zapfen 78 auf.
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Ein Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 ist
in 4 und 5 dargestellt. Dieses Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 ist
Teil des Trägerelements 70.
Wie nachfolgend detaillierter diskutiert werden wird, besteht die
Funktion des Befestigungsaufbau-Trägerelements 90 darin,
die Verbindung zwischen dem Gehäu seträgerelement 70 und
einem externen Aufbau, wie beispielsweise einem Mast, herzustellen.
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Das Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 weist
eine Basis 92, eine Kugelkomponente 94, die mit
der Basis 90 in der Art eines Kugelgelenks zusammenwirkt,
eine sphärische
Verriegelungsmutter 96, die die Kugelkomponente 94 an
der Basis 90 in einer ausgewählten Ausrichtung hält, und
eine Verriegelungs- schraube 98 auf, die – wenn sie
angezogen ist - die Kugelkomponente 94 mit der Basis 90 durch
die sphärische
Verriegelungsmutter 96 verriegelt. Die Kugelkomponente 94 wirkt
mit dem Gehäuse-Trägerelement,
im bevorzugten Fall dem männlichen
Schwalbenschwanz-Anschlussstück 74,
zusammen, um die Hochfrequenzeinheit/Antenne zu tragen.
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Die Basis 92 weist einen
Basiskörper 100 auf,
der eine Befestigungsaufbau-Trägerelementachse 102 besitzt.
Eine weibliche sphärische
Basissockel-Fläche 104 bildet
eine Fläche
des Basiskörpers 100 und
ist zu der Achse 102 zentriert. Eine Basisbohrung 106 erstreckt
sich durch den Basiskörper 100,
fällt mit
der Achse 102 zusammen und durchdringt die weibliche sphäzische Basissockelfläche 104.
Zumindest zwei Einstellungs-schraubenbefestigungen 108 erstrecken
sich nach außen
in Form von Ohren von den Seiten des Basiskörpers 100. Es gibt vorzugsweise
vier solcher Einstellschraubenbefestigungen 108, die in
90-Grad-Abständen
um den Umfang des Basiskörpers 100 herum
beabstandet sind. Die Einstellschraubenbefestigungen 108 weisen
innere Gewinde (nicht dargestellt) auf. Eine Einstellschraube 110 steht über ein
Gewinde in Eingriff mit den inneren Gewinden jeder der Einstellschraubenbefestigungen 108.
Die Einstellschrauben sind vorzugsweise an den Enden entfernt von
den Köp fen abgerundet.
Die Einstellschraubenbefestigungen 108 sind vorzugsweise
so ausgerichtet, dass eine Achse 112 der Einstellschraube 110 einen
Winkel A zu der Achse 102 von der Hälfte des gewünschten Einstellwinkels
einnimmt, der vorzugsweise etwa ± 20 Grad ist.
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Die Kugelkomponente 94 weist
einen männlichen
sphärischen
Kugelsockel 116 mit einer äußeren Fläche 118 auf, die so
groß ist,
um innerhalb der weiblichen sphärischen
Basissockeifläche
104 aufgenommen zu werden. Die Sockelflächen 116 und 104 sind
vorzugsweise Halbkugeln oder ein etwas kleinerer Abschnitt einer
Kugel, so dass sie leicht miteinander in Eingriff bringbar oder
aus ihrem Eingriff bringbar sind. Der männliche sphäzische Sockel 116 umfasst
auch eine weibliche sphärische
Kugelsockelfläche 120,
die konzentrisch zu und einen kleineren Radius als der weibliche
sphärische
Kugelsockel 116 ist bzw. hat.
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Die Kugelkomponente umfasst eine
Basis 122, an der der männliche
sphärische
Kugelsockel 116 angebracht ist. Ein ringförmiger Flansch 124 erstreckt
sich entlang des Rands oder des Umfangs der Basis 122.
Der ringförmige
Flansch 124 ist so angeordnet, dass er mit den abgerundeten
Spitzen der Einstellschraube 110 zusammenwirken kann. Der ringförmige Flansch 124 ist
vorzugsweise mit einer Neigung ausgerichtet, so dass seine Fläche 126 etwa rechtwinklig
zu der Achse 112 der Einstellschraube 110 liegt.
Eine Öffnung 128 erstreckt
sich durch den männlichen
sphärischen
Kugelsockel 116 an dessen Spitze. Die Öffnung 128 begrenzt
einen Winkel, vorzugsweise von etwa ± 20 Grad von der Achse 102 (40
Grad insgesamt), relativ zu der Mitte des männlichen sphärischen
Kugelsockels 116, um eine, Winkeleinstellung um diesen
Betrag zu ermöglichen,
wie dies nachfolgend diskutiert wird.
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Ein weibliches Schwalbenschwanz-Befestigungselement 80,
das mit dem männlichen
Schwalbenschwanz-Gehäuseträgerelement 74 in
Eingriff bringbar ist, ist an der Basis 122 der Kugelkomponente 94 befestigt,
die weg von dem männlichen sphärischen
Sockel 116 zeigt. In der bevorzugten Ausführungsform
ist ein Befestigungselement ein zweiter Teil eines Schwalbenschwanz-Anschlusstücks, in
diesem Fall einer Nut 130. Die Nut 130 ist dimensioniert,
um den Zapfen 78 darin aufzunehmen. Eine Einstellschraube 132 ist
vorgesehen, um den Zapfen 78 in einer ausgewählten Position
innerhalb der Nut 130 zu halten.
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Die sphärische Verriegelungsmutter 96 hat eine
männliche
sphärische
Verriegelungsmutter-Fläche 134,
die dimensioniert ist, um innerhalb der weiblichen sphärischen
Kugelsockelfläche 120 aufgenommen
zu werden. Eine Verriegelungsmutter-Bohrung 136 erstreckt
sich durch die sphärische
Verriegelungsmutter 96 in Ausrichtung zu der Basisbohrung 106.
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Die Verriegelungsschraube 98 erstreckt
sich durch die Basisbohrung 106 und die Verriegelungsmutterbohrung 136.
Die Verriegelungsschraube hat eine Verriegelungsschraubenmutter 138,
die darauf aufgeschraubt ist. Wenn die Mutter 138 festgezogen wird,
wird die sphärische
Verriegelungsmutter 96 gegen den männlichen sphärischen
Kugelsockel 116 der Kugelkomponente 94 gezogen,
die wiederum gegen die weibliche sphärische Basissockelfläche 104 und
die Basis 92 gezogen wird. Wenn die Mutter 138 gelöst wird,
wird es der sphärischen
Verriegelungsmutter 96 ermöglicht, relativ zu der Basis 92 in
der Art eines Kugelge lenks zu drehen, in einem Umfang, der durch
den begrenzten Winkel der Öffnung 128 vorgegeben
wird.
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Ein Anbringungsaufbau 140 ist
an der Basis 92 angebracht. Der Anbringungsaufbau 140 wird ausgewählt, um
mit dem Aufbau kompatibel zu sein, mit dem das Gehäuse 62 des
Systems 20 verbunden werden soll. Ein typischer Fall, wie
beispielsweise die Anbringung an einem vertikalen Mast, weist der
Anbringungsauf- bau 140 eine Rohrklammer 142 auf, die
mit der Basis 92 über
Schrauben 144 angebracht ist. Die Rohrklammer 142 ist
dimensioniert, um die Anbringung an dem vertikalen Mast, wie in 6 gezeigt, zu ermöglichen.
Der spezifische Anbringungsaufbau kann entsprechend den bestimmten
Befestigungserfordernissen ausgewählt werden. Die Befestigung
und Ausrichtung der Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antennenaufbau
wird vorzugsweise erreicht durch das Befestigen des Anbringungsaufbaus 140 an
dem externen Trägeraufbau.
In dem bevorzugt dargestellten Fall ist die Rohrklammer 142 um
einen vertikalen Mast herum platziert, so dass die Achse 102 des
Anbringungsaufbau-Trägerelements 90 grob auf
den entfernten Ort der anderen Antenne ausgerichtet ist. Die Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne 60 wird
an dem Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 durch
Einsatz der Schwalbenschwanzzapfen- und Nut-Anbringung vorgesehen.
Der Installationstechniker überwacht
ein Signal, das über
die Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne 60 von dem entfernten
Ort für
geeignete Signalparameter empfangen wird.
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Die Verriegelungsschraube 98 wird
zu diesem Punkt leicht gelöst,
um eine Bewegung des Kugelgelenkaufbaus zu ermöglichen, aber wird nicht so gelöst, um einen
Abstand zwischen den Teilen des Befestigungsaufbau-Trägerelements 90 zurückzulassen.
Die Einstellschrauben 110 werden gegen den ringförmigen Flansch 124 so
eingestellt, um die Parameter des empfangenen Signals zu optimieren,
indem die Höhen-
und Azimuth-Winkel der Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne 60 geändert werden,
um so die Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne auszurichten. In
diesem typischen Fall ist der interessierende Signalparameter die
Signalamplitude, und die Einstellschrauben 110 werden verändert, um
die Ausrichtungswinkel zu ändern
und die Signalamplitude zu maximieren. Zur gleichen Zeit ermöglicht die
Rugelgelenkanordnung der Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne 60 eine
Drehung um die Achse 102, um den Polarisationswinkel relativ zu
der entfernten Einheit zu optimieren. Wenn das Signal optimiert
ist, ward die Verriegelungsschraubenmutter 138 festgezogen,
um die Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne 60 in der gewünschten
Ausrichtung zu halten. Die Einstellschrauben 110 können in
Kontakt mit dem ringförmigen
Flansch 124 bleiben. Es ist jedoch bevorzugter, die Einstellschrauben 110 aus
dem hinteren Kontakt mit dem ringförmigen Flansch 124 zu
nehmen, so dass sie keine Kraft gegen den Flansch ausüben können, die
die Ausrichtung negativ beeinflussen würde (wie beispielsweise erfahren,
wenn. die. Sonne asymmetrisch das Befestigungsaufbau-Trägerelement
erhitzt).
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Die Verwendung der Lösung mit
Kugelgelenk für
einen Befestigungsaufbau ist durch das Gleichgewicht der Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne
ermöglicht
und durch seine Integration in einem einzelnen Gehäuse. Die
Befestigung und die Ausrichtung werden leicht von einer einzelnen Person
ausgeführt.
Die Kugelgelenklösung
liefert drei Freiheitsgrade bei der Ausrichtung: Die Höhen- und
Azimuthwinkel und die Rotation um die Achse, um die Polarisation
zu optimieren. Der Einsatz des Schwalben schwanzaufbaus erlaubt es,
dass die Mikrowellenhochfrequenzeinheit/Antenne leicht entfernt
und ersetzt werden kann, wenn notwendig, ohne Neuausrichtung.
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6,
die schematisch und nicht maßstabsgerecht
ist, zeigt die Befestigung einer herkömmlichen Hochfrequenzeinheit 200 und
deren Antenne 202, die über
ihre Mikrowellenzuleitung 204 verbunden sind, an einem
Mast 206, sowie eine integrierte Hochfrequenzeinheit/Antenne
und deren Befestigungsaufbau entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Die Antenne 202 ist an dem Mast 206 über eine
Kombination aus Klammern, Streben. und Spanndrähten (zusammen der Träger 208)
angebracht, deren Positionen mittels Spannern, Einstellschrauben
o. ä. eingestellt
werden können.
Diese Träger-Lösung erlaubt
kein leichtes Verriegeln der Antenne an dem Mast und eine schnelle
Ausrichtung, wie mit dem vorliegenden Lösungsweg, erlaubt keine einfache
Einstellung des Höhen-
und Azimuthwinkels, und erlaubt keine einfache Rotationseinstellung zur
Polarisationsausrichtung. Falls die Antenne aus irgendeinem Grund
darüber
hinaus geändert
werden muss, muss der Trägerauf
bau in einem Umfang aufeinandergebaut werden, der üblicherweise
eine komplette Neuausric htung erfordert.
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Im Gegensatz dazu ist die integrierte
Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 an dem Mast 206 über das
Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 angebracht.
Das Befestigungsaufbau-Trägerelement 90 besitzt
den Aufbau, wie er in den 4 – 5 gezeigt ist und ermöglicht eine
Ausrichtung, die leicht in Richtung des Höhenwinkels und des Azimuthwinkels durchgeführt werden
kann, sowie eine Polarisationseinstellung um die Ausrichtungsrichtung.
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Die Träger-Lösung der Erfindung wurde in die
Praxis umgesetzt mit einem Prototyp einer integrierten Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 zum
Betrieb mit einer Mikrowellenfrequenz von 37 – 40 GHz, wie in 3A gezeigt. Die Flachantenne
besitzt eine Breite W von etwa 10,5 Inch, eine Länge L von etwa 10,5 Inch und
eine Dicke TA von etwa 1 Inch. Die übrigen Komponenten,
der Mikrowellensender/Empfänger 40,
Controller 42 und der Energieversorgung 44 passen
in ein Gehäuse,
das die gleiche Länge
und Breite besitzt und eine Dicke TB von
etwa 2 Inch hat. Die Gesamtgröße des Gehäuses und
des Antennenpakets ist etwa 12 Inch auf 12 Inch auf 3 Inch. Das Gewicht
der integrierten Hochfrequenzeinheit/Antenne 60 beträgt etwa
13 amerikanische Pfund. Es ist höchst
wünschenswert,
dass dieses Gewicht weniger als etwa 15 amerikanische Pfund beträgt, da wesentlich
größere Gewichte
schwieriger werden, um vom Personal in ausgesetzte Befestigungsorte
getragen zu werden. Die Träger-Lösung, die
hier beschrieben ist, ist vollständig
zufriedenstellend zur Befestigung dieser Vorrichtung.