SE529953C2 - Styrsystem för styrning av den elektriskt inställda lutningen hos en antenn - Google Patents

Description

V15 20 25 30 « 1 ' y 529 935 För manuell drift kan stången vara försedd med en kuggstång, som ingriper med en kuggmekanism kopplad till en manöverratt som kan vridas runt manuellt. I motordrivna system, se exem- pelvis PCT/SE2005/001777 (Powerwave Technologies Sweden AB), är en elektrisk motor, exempelvis en stegmotor, anordnad under antennhöljet och är ansluten med ett kuggdrev till nämnda kuggstång för förskjutning av stången, vilken utskjuter genom antennhöljets gavelvägg.

Man har även föreslagit att koppla ett motordrivet element ge- nom en magnetkoppling till kopplade element belägna på insidan respektive utsidan av antennhöljet. Se PCT/SE2005/001776 (Powerwave Technologies Sweden AB).

Vidare är det välkänt att åstadkomma den önskade justeringen genom fjärrstyrning av en dylik elektrisk motor, som är anslu- ten till tiltjusteringsmekanismen, se exempelvis patentskrif- ten US 6198458 Bl (Deltec). Härvid är hela styrsystemet, in- klusive tiltjusteringsmekanismen, elmotorn och huvuddelen av tillhörande elektronik, anordnat på insidan av antennhöljet.

Ovanstående system är relativt komplicerade och dyrbara att tillverka. Emellertid måste antennerna ibland utbytas för att tillgodose nya krav och standarder, och sådant utbyte eller uppgradering blir därför mycket dyrbart, eftersom samtliga komponenter i systemet, inklusive antennelementen, matnings- systemet, tiltjusteringsmekanismen och styrsystemet måste by- tas ut.

Ett förslag, som tillàter utbyte av styrsystemet till en bas- stationsantenn, beskrives i den offentliggjorda internatio- nella patentansökningen WO 02/061877 (Kathrein). Härvid är hela styrsystemet, inklusive elektroniken och elmotorn, monte- 74176 sv. översæloc: 2007-02-28 10 15 20 25 30 529 '953 3 rat i en separat enhet på utsidan av antennhöljet, så att ut- byte möjliggöres. Det förskjutbara mekaniska elementet, i form av en vridbar axel, sträcker sig genom en öppning i antennhöl- jets undre gavel och ingriper med elmotorn (eller ett därtill kopplat drivelement). Naturligtvis är även dylika separata en- heter relativt dyra att byta ut på plats. Vidare är de meka- niska elementen delvis anordnade på utsidan av antennhöljet där de utsättes för rådande klimatförhàllanden och således måste vara tåliga och väderbeständiga.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Mot denna bakgrund är det ett huvudsyfte med föreliggande upp- finning att åstadkomma ett förbättrat styrsystem för styrning av den elektriska inställningen av en antennenhet på så sätt, att styrsystemet är enkelt att tillverka och tillåter enkel och föga kostnadskrävande montering, uppgradering och utbyte.

Ytterligare ett syfte är att åstadkomma ett antennsystem med ett integrerat styrsystem, som är säkert inneslutet i ett hölje, utan några rörliga delar som utskjuter genom höljets väggar och som har en ren utsida.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen syftar uppfin- ningen till att åstadkomma ett system, där några av komponen- terna i styrsystemet är inneslutna i en bärbar, handhållen an- ordning, varigenom komponenterna inuti antennhöljet kan mins- kas till ett minimum, så att det stationära antennsystemet blir mindre komplicerat och billigare.

Huvudsyftet uppnås för ett styrsystem av det inledningsvis an- givna slaget genom att dela upp styrsystemets komponenter i två delar, nämligenfi - en första del, som innefattar hela tiltjusteringsmekanismen, nämnda elmotor och nämnda positionssensor, vilka element utgör 74176 sv. óvers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 -5129 interna komponenter som är anordnade inuti antennhöljet, och - en andra del, som innefattar återstående komponenter i styr- systemet, vilka komponenter består av yttre komponenter, inne- fattande en elmotorstyrkrets och en logisk krets, som bestäm- mer den elektriska tiltinställningen, vilka yttre komponenter är anordnade i minst en separat, yttre styrenhet belägen på utsidan av men i närheten av antennhöljet och är utformad för operativ koppling till nämnda inre komponenter belägna inuti antennhöljet.

Den huvudsakliga uppfinningstanken är således att uppdela styrsystem i två delar, den ena inuti antennhöljet och den andra i en separat, yttre enhet belägen på utsidan av men i närheten av antennhöljet. Pâ detta sätt kan antennenheten in- uti höljet göras relativt enkel, medan uppgraderade eller nya utföranden, som tillgodoser nya krav eller standarder, kan an- ordnas i en modifierad yttre enhet, utan behov av utbyte av antennelementen, matarkablarna, tiltinställningmekanismen, el- motorn eller positionssensorn som är anordnade inuti antennhöljet. Kopplingen mellan de inre och yttre komponen- terna i styrsystemet åstadkommes antingen genom en direkt elektrisk kabelanslutning eller genom en kapacitiv koppling. I ingetdera fallet krävs någon mekanisk förbindning mellan an- tennenheten och den yttre delen av styrsystemet.

Den separata, yttre styrenheten kan antingen bestå av en sta- tionär låda, som arbetar automatiskt och som är anordnad invid antennhöljet, i synnerhet vid dettas undre gavelvägg, eller i form av en bärbar, handhållen styrenhet, för manuell inställ- ning av den elektriska tilten hos antennen. Det är även möj- ligt att tillhandahålla en bärbar handhållen styrenhet i kom- bination med en stationär låda. 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 .529 955 5 Liksom vid befintliga styrsystem finns en möjlighet till fjärrstyrning av den elektriska tiltinställningen av antennen, exempelvis från en basstation, via ett antennstyrnätverk (an- tenna line master control network) eller ett internetbaserat nätverk från en övervakningscentral (Operation and Maintenance Center, OMC).

Olika detaljutföranden och fördelar med styrsysytemet enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till bifo- gade ritningar, som åskådliggör några föredragna utföringsfor- mer.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur l visar schematiskt ett övergripande kommunikationssys- tem med ett antennsystem och ett styrsystem enligt förelig- gande uppfinning; Figur 2 visar schematiskt en antennenhet som utgör en del av kommunikationssystemet enligt figur l; Figur 3 visar schematiskt en handhållen styrenhet enligt före- liggande uppfinning; Figur 4 visar schematiskt en stationär styrlàda enligt före- liggande uppfinning; Figur 5 visar schematiskt ett styrsystem enligt föreliggande uppfinning; och Figur 6 visar en modifierad version av styrsystemet enligt fi- gur 5.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 529 '9525 6 Kommunikationssystemet, som visas schematiskt i figur 1, inne- fattar en basstation 10, som är ansluten dels till ett inter- netbaserat nätverk 20 innefattande en övervakningscentral (operation and maintenance centre, OMC) 30, belägen på ett av- lägset ställe, och dels, via en antennhuvudstyrenhet (antenna line master control unit, MCU) 40, ett antennsystem med en stationär styrenhet 50, en handhållen styrenhet 60 samt en an- tennenhet 70.

De yttre styrenheterna 50 och 60 kan användas separat eller i kombination med varandra. Var och en av dem innehåller, såsom framgår av figur 3 och 4, några yttre komponenter hos ett styrsystem som tjänar till justering av den elektriska in- ställningen av antennenheten 70. Antennenheten 70 innefattar även, såsom visas i figur 2, ett antal komponenter som bildar en del av styrsystemet.

Antennenheten 70 innefattar en uppsättning antennelement 71a, 7lb, 7lc, 7ld, 71e, som är anordnade i en vertikal kolumn (el- ler i ett tvàdimensionellt arrangemang (array) innefattande ett antal vertikala kolumner belägna sida vid sida). Antenn- elementen 7la-e är anslutna till enskilda matarkablar 72a, 72b, 72c, 72d respektive 72e, så att de kan mottaga och ut- sända radiofrekvent energi, exempelvis i mikrovågsområdet, i ett eller flera frekvensband, eventuellt i två ortogonala po- larisationer, i vilket fall varje antennelement är ansluten till två matarledningar. Varje antennelement kan utgöras av en dipol eller en patch, såsom är välkänt för fackmannen.

Den utsända strålloben, som uppkommer från den enskilda strål- ningen från de olika antennelementen 7la-e, kan styras med av- seende pà huvudriktningen i förhållande till en horisontell riktning, genom styrning av fasen för signalen till varje an- 74176 sv. óvers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 = -529 955 7 tennelement. Genom att förskjuta fasen successivt utmed den vertikala kolumnen kan loben således lutas uppåt eller nedåt i förhållande till horisontalriktningen, s.k. ”elektrisk tilt” eller ”elektrisk nedåtriktad tilt", varvid det senare ut- trycket användes i de normala fall strålloberna riktas ett få- tal grader under horisontalriktningen. Sådana fasförskjut- ningsanordningar användes ofta nuförtiden, snarare än mekanisk inställning av hela antennenheten.

Såsom visas schematiskt i figur 2 är antennenheten 70 försedd med en fasskiftare 73, t.ex. i form av en mekanisk stång som är linjärt rörligt och uppbär ett dielektriskt material som påverkar utbredningshastigheten för signalen till respektive antennelement. Då stången förskjutes påverkas fasen för signa- len, och den elektriska lutningen hos antennen kan därigenom justeras genom påverkan på stången. Det mekaniska arrange- manget som sådant utgör ej någon del av föreliggande uppfin- ning (se de ovan angivna dokumenten), utan det väsentliga sär- draget är att det finns något slags mekaniskt element som kan förskjutas i ändamål att justera den elektriska tilten.

Enligt föreliggande uppfinning är styrsystemet för styrning av antennenhetens elektriska tilt utformad på ett förbättrat och fördelaktigt sätt. Således är vissa komponenter i styrsystemet anordnade i antennenheten 70, innanför antennhöljet, medan de återstående komponenterna är anordnade i en separat, yttre en- het 50, 60 belägen utanför men i närheten av antennhöljet, Närmare bestämt är hela tiltjusteringsmekanismen hos fasskif- taren 73, en elmotor 75 och en positionssensor 74 anordnade inuti antennhöljet, vilket schematiskt betecknas med hänvis- ningssiffran 70. 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 ' '529 9355 8 De radiofrekventa signalerna till och från antennelementen överföres via en matarkabel 76, eventuellt bestående av ett antal matarledningar, en för varje polarisation, och eventu- ellt ett antal dylika matarledningar (exempelvis i separata koaxialkablar) för det fall antennenheten arbetar i ett antal frekvensband (eventuellt en matarledning för varje frekvens- band och respektive polarisation).

Elmotorn 75 är direkt och mekaniskt kopplad till fasskiftarens 73 mekaniska element, såsom en stång, och positionssensorn 74 är anordnad att avkänna eller mäta det mekaniska elementets aktuella läge. Härigenom blir det möjligt att åstadkomma en återkopplad styrning av det mekaniska elementets rörelse, med hjälp av avkänningssignaler respektive styrsignaler, som över- föres genom tillhörande elektriska styrledningar 77 och 78.

På detta sätt kommer de element, som sträcker sig genom an- tennenhetens hölje 70, endast att utgöras av elektriska matar- kablar och styrledningar, via en anslutningskontakt 79. Det är således möjligt och mycket fördelaktigt att låta styrsigna- lerna överlagras på de radiofrekventa signalerna, under an- vändning av samma elektriska kabel eller kablar. Alternativt kan styrsignalerna kopplas genom kapacitiv koppling, såsom vi- sas i figur 6.

De återstående komponenterna i styrsystemet är placerade i en separat, yttre styrenhet, som är belägen på utsidan men i när- heten av antennenheten 70, antingen i en stationär styrenhet 5, såsom visas i figur 4, eller i en handhållen styrenhet 6, såsom visas i figur 3.

I figur 3 visas de huvudsakliga komponenterna som inrymmes i en stationär styrenhet 50 schematiskt i form av en låda, som 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 ' 529 953 9 lämpligen anordnas på den undre gavelväggen i antennenhetens 70 hölje. Dessa huvudsakliga komponenter innefattar en motor- styrkrets 51 och en positionssensorläsare eller -avkodare 52, vilka komponenter är anslutna via elektriska ledningar 53 re- spektive 54 till en kontakt 55 samt en logikkrets 56, som är ansluten mellan positionssensorläsaren 52 och motorstyrenheten 51 och likaså till ytterligare en kontaktanslutning 57, exem- pelvis för anslutning till en antennhuvudstyrenhet (antenna line master control unit MCU) 40 i en tillhörande basstation 10 (se figur 1). Logikkretsen 56 kan innehålla en förutbestämd styralgoritm eller en algoritm, som är inställbar från antenn- huvudstyrenheten 40 (eller en övervakningscentral operation and maintenance centre, OMC) 3, som likaledes visas i figur l.

De elektriska komponenterna i den stationära styrenheten 50 strömförsörjes via en strömförsörjningsenhet 58 vilken exem- pelvis matas från tillhörande basstation 1, som antages vara placerad på relativt kort avstånd.

Den stationära styrenheten 50 kan enkelt placeras invid an- tennenhetens 70 hölje, och det är lätt att byta ut densamma med hjälp av kontakten 55 (förutom konventionella mekaniska fästorgan). Således kan antennenheten 70 bibehållas oföränd- rad, medan den stationära styrenheten eller lådan 50 bytes ut.

Detta är ett bekvämt och relativt billigt sätt att uppgradera antennsystemet med ett nytt styrsystem som tillgodoser nya krav eller standarder.

Som ett alternativ eller komplement till den stationära styr- enheten 50 tillhandahåller föreliggande uppfinning en handhål- len styrenhet 60, medelst vilken antennenhetens 70 elektriska tilt kan justeras manuellt. Den handhàllna styrenheten 60 är företrädesvis utformad som en ordinär TV-fjärrkontrollanord- 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 s29'9sz 10 ning eller liknande, och omfattar ett antal batteriförsörjda kretsar (battery BP), inklusive en motorstyrkrets 61 (svarande mot kretsen 51 i den stationära enheten 50) och en positions- sensorläsare 62 (motsvarande läsaren 52 i den stationära enhe- ten 50) samt en till ett användargränssnitt hörande logikkrets 66 (svarande mot men utformad något annorlunda än logikkretsen 56 i den stationära enheten 50). Lokikkretsen 66 i användar- gränssnittet är ansluten till en manuell tiltinställningsan- ordning i form av ett tangentbord 67 med tangenter, vridbara rattar eller liknande fingermanövrerade element eller röst- styrorgan, innefattande en mikrofon och en röstigenkännings- krets 69. Företrädesvis innefattar den handhållna styrenheten 60 även en display 68 för visuell indikering av relevanta data, exempelvis aktuell inställning av den elektriska tilten, eventuella diagnostiska data hörande till antennenheten och eventuellt även laddningsstatus för batteriet BP.

Då den handhållna styrenheten 60 användes som komplement till den stationära styrenheten 50 anslutes handenhetens 60 kontakt 65 till en kontakt 59 på den stationära enheten 50, varigenom komponenterna inuti den stationära enheten 50 förbikopplas via en ledning som leder direkt till den motstående kontakten 55, så att motorstyrenheten 61 och positionssensorläsaren 62 an- slutes direkt till motorn 75 och positionssensorn 74 i antenn- enheten 70. Som ett alternativ är det naturligtvis möjligt att anpassa den handhållna enheten 70 på så sätt, att den kan an- slutas till kontakten 57 hos den stationära enheten 50 och därigenom justera logikkretsens 56 programmering med hjälp av den handhållna enhetens 60 manuella tiltinställningsorgan.

Figur 5 visar hur antennenheten 7, den stationära styrenheten 50 och den handhållna styrenheten 60 är inbördes förbundna med elektriska ledningar eller kontakter, varvid det förutsättes 74176 sv. översndoc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 'S29 953 ll att endast en av enheterna 50, 60 normalt användes i prakti- ken.

I figur 6 visas en modifierad utföringsform med en kapacitiv koppling mellan antennenheten 70', den stationära styrenheten 5' och den handhållna styrenheten 60'. I en sådan utförings- form föreligger även behov av en signalomvandlare SC som är ansluten till motorn och positionssensorn inuti antennenheten 70'.

Styrsystemet och antennsystemet enligt uppfinningen kan modi- fieras av fackmannen i förhållande till de ovan föredragna ut- föringsformerna. De olika elektriska kontakterna mellan enhe- terna 70 och 50, 60 kan anordnas på olika ställen. Det är emellertid att föredra att den stationära styrlådan är belägen invid antennenhetens undre ände, exempelvis invid antennhöl- jets undre gavelvägg, och att anordna de elektriska kontak- terna (79, figur 2) är anordnade vid denna undre gavelvägg. På detta sätt skyddas den något från regn och snö och blir även enkelt åtkomlig för enkel anslutning eller utbyte av den yttre enheten 50 och/eller 60.

Istället för en linjärt rörlig stång, som bildar en del av tiltjusteringsmekanismen, kan ett roterbart hjul användas. Ett sådant hjul kan drivas enkelt av en elektrisk motor.

Slutligen är det möjligt att placera positionssensoravkodaren (52; 62) i styrsystemets första del inuti antennhöljet, sna- rare än i den andra delen (såsom visas i exemplen). 74176 sv. övers.doc; 2007-02-28

Claims (14)

10 15 20 25 30 ' ï s29 ësá 12 PATENTKRÄV

1. Styrsystem för styrning av elektrisk tilt, dvs. den elekt- riskt styrda lutningen hos en utstrålad lob, hos en antenn (70), exempelvis en basstationsantenn, vilken antenn är för- sedd med ett hölje som inrymmer ett antal antennelement (71a- e), en matarkabel (76) ansluten till antennelementen för mat- ning av radiofrekvens energi till och från antennelementen, en fasskiftaranordning (73) innefattande en tiltjusteringsmeka- nism med ett förskjutbart mekaniskt element för justering av en elektrisk tiltinställning för antennloben som utstrålas från antennen, vilket styrsystem omfattar en manöveranordning, innefattande en elektrisk motor (75) för manövrering av det förskjutbara mekaniska elementet, och en positionssensor (74) för avkänning av det förskjutbara mekaniska elementets läge, k ä n n e t e c k n a t a v att - styrsystemet är uppdelat i två delar, nämligen - en första del, som omfattar hela tiltjusteringsmekanismen (73), nämnda elektriska motor (75) och nämnda positionssensor (74), vilka element utgör inre komponenter som är placerade inuti antennhöljet (70), och - en andra del, som innefattar de återstående komponenterna hos styrsystemet, vilka komponenter utgör yttre komponenter, innefattande en elmotorstyrkrets (5l; 61) och en logikkrets (56; 66) som bestämmer den elektriska tiltinställningen, vilka yttre komponenter är anordnade i minst en separat, yttre styr- enhet (50: 60) belägen på utsidan av men i närheten av nämnda antennhölje (70) och är utformade för operativ koppling, med hjälp av en direkt elektrisk trådanslutning eller en kapacitiv koppling, till nämnda inre komponenter (73,74,75) inrymda in- uti nämnda antennhölje (70).

2. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v 74176 sv. översxloc; 2007-02-28 10 15 20 25 30 529'953 13 att nämnda yttre komponenter i nämnda minst en yttre styrenhet (50: 60) även innefattar en positionssensoravkodare (52, 62).

3. Styrsystem enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda minst en yttre styrenhet omfattar en stationär styrlåda (50) som är placerad invid nämnda antennhölje (70), vilken stationära styrlåda är monterad för enkelt utbyte av densamma.

4. Styrsystem enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda logikkrets (56) i nämnda stationära styrlåda (50) arbe- tar enligt en protokollalgoritm som är förprogrammerad eller fjärrstyrd.

5. Styrsystem enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda stationära styrlåda (50) även inrymmer en strömförsörj- ningsanordning (58) som matas från en yttre källa.

6. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda yttre komponenter i nämnda minst en yttre styrenhet (50: 60) är elektriskt anslutna till nämnda inre komponenter inuti antennhöljet (70) via en elektrisk kontakt (55,79; 65, 79).

7. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda yttre komponenter i nämnda minst en yttre styrenhet (50'; 60') är kapacitivt kopplade till nämnda inre komponenter inuti nämnda antennnhölje (70').

8. Styrsystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda minst en yttre styrenhet omfattar en handhållen, batte- ridriven styranordning (60) som är operativt ansluten till nämnda inre styrkomponenter inuti nämnda antennhölje (70), varvid nämnda logikkrets består av en logikkrets i ett använ- 74176 sv. övers.doc: 2007-02-28 10 15 20 25 30 529'9s3 14 dargränssnitt som är kopplat till en manuell tiltinställnings- anordning (67,69).

9. Styrsystem enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda användargränssnittlogikkrets (66) är ansluten till en display (68) för visuell indikering av aktuell elektrisk til- tinställning för antennen.

10. Styrsystem enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda användargränssnittlogikkrets (66) är kopplad till röstigenkänningsorgan (69) som utgör nämnda manuella tiltin- ställningsorgan.

11. ll. Styrsystem enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda minst en yttre styrenhet omfattar, förutom nämnda handhållna styranordning (60: 60'), en stationär styrlåda (50: 50') som är placerad invid nämnda antennhölje (70: 70') och är operativt kopplad till nämnda inre komponenter (73,84,75) hos styrsystemet, vilken handhållna styranordning (60) är anslut- bar till nämnda stationära styrlåda (50) för manuell inställ- ning av antennens elektriska tilt istället för automatstyrning eller fjärrstyrning.

12. Styrsystem enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t a v att tiltinställningen justeras genom modifiering av programmet i nämnda logikkrets (56) i nämnda stationära styrlåda (50) med hjälp av nämnda handhållna styrenhet (60).

13. Styrsystem enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t a v att komponenterna (5l,52,56) i nämnda stationära styrlåda (50) är förbikopplade (59,55) under nämnda manuella inställning. 74176 sv, översdoc: 2007-02-28 '529 953 15

14. Antennsystem omfattande en basstationsantenn (70; 70') och ett styrsystem (50,60,73,74,75; 50',60',73',74',75') i en- lighet med något av föregående krav. 74176 sv. översdoc; 2007-02-28