用于具有半独立倾角的双工天线的倾角适配器的制作方法

本公开的各个方面涉及基站天线，并且更具体地涉及用来控制双工天线的半独立倾角的机械装置。

背景技术：

蜂窝移动操作者正使用更多频谱带和每一个带内的日益更多的频谱，以适应增加的订户通信量，并且以便部署新的无线接入技术。因此，对双工天线存在巨大需求，该双工天线覆盖多个紧密间隔的频带(例如，790-862MHz和880-960MHz)。基于网络覆盖要求，操作者经常需要调节天线的竖直辐射图案，即，在竖直平面中的图案的横截面。当需要时，天线的主波束的竖直角度(也称为“倾角”)的改变用于调节天线的覆盖面积。调节波束倾斜角度可以被机械地且电力地实现。机械倾角可以通过向下物理地转向双工天线被提供，而电力倾角可以通过控制每一个辐射元件的辐射信号的相位使得主波束向下移动被提供。机械和电力倾角可以使用远程控制能力被单独地或组合地调节。

如果与天线支持的每一个频带关联的倾角(例如，电力倾角)被完全独立地控制，则网络性能可以被优化。然而，这个独立性可能需要大量的双工器和其它部件，添加显著的成本和复杂性到双工天线的产生。

因此，将有利的是，具有低复杂性的合算的双工天线和用来远程控制该双工天线的机械装置，该双工天线能够为支持频带的每一个产生高品质的辐射图案。

技术实现要素：

本公开的各个方面涉及一种倾角适配器，该倾角适配器被构造用来促进天线的第一射频(RF)频带和第二射频频带的希望倾角。该天线支持两个或更多个频带，其中支持频带的每一个的竖直倾角通过粗调级相移被分离地控制，但通过微调级相移被共同地控制。

在一个方面中，该倾角适配器可以包括：第一杆，该第一杆联接到至少一个第一粗调移相器；第二杆，该第二杆联接到至少一个第二粗调移相器；交联构件，该交联构件操作性地接合到第一杆和第二杆；第一齿条，该第一齿条联接到交联构件；和第二齿条，该第二齿条联接到第一齿条；至少一个第一微调移相器；和至少一个第二微调移相器。第一杆或第二杆的侧向运动引起第二齿条的侧向运动。

附图说明

以下详细描述当结合附图被阅读时将被更好地理解。为了说明本发明，在附图中示出目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于示出的精确布置和仪器。

在附图中：

图1是具有简单设计的双工天线的一个例子的示意图；

图2是具有更复杂的设计的双工天线的另一例子的示意图；

图3是根据本公开的一方面的双工天线的另外例子的示意图；

图4是根据本公开的一方面的使用刮片弧和滑动电介质移相器的双工天线的示意图；

图5A是根据本公开的一个方面的双工天线的例子的示意图，该双工天线具有1.0米的长度，其第一频带和第二频带具有4°的相同的希望向下倾角；

图5B是根据本公开的一方面的双工天线的例子的示意图，该双工天线具有1.0米的长度，其第一频带和第二频带具有8°的相同的希望向下倾角；

图5C是根据本公开的一方面的双工天线的例子的示意图，该双工天线具有1.0米的长度，其第一频带具有4°的希望向下倾角并且第二频带具有8°的希望向下倾角；

图6是根据本公开的一方面的图5A-5C的双工天线的背侧的一部分的透视图；

图7是根据本公开的一方面的倾角适配器的放大透视图；

图8是根据本公开的一方面的图6的双工天线的前侧的一部分的透视图；并且

图9是根据本公开的一方面的微调移相器的放大视图。

具体实施方式

某些术语在以下描述中仅仅为了方便被使用并且不是限制性的。词“下”、“底”、“上”和“顶”指定所参考的图中的方向。除非在这里特别阐明，术语“一”、“一个”和“该”不限于一个元件，而是应当被解读为意指“至少一个”。该术语包括上述词、其派生词和类似含义的词。也应当理解，当涉及本发明的部件的尺寸或特性时，在这里使用的术语“大约”、“近似地”、“基本上”、“大体上”和类似术语表示描述的尺寸/特性不是严格的边界或参数并且不排除功能上类似的从其的较小变化。至少，包括数值参数的这种参考将包括变化，使用在该技术领域中被接受的数学和工业原理(例如，凑整、测量或其它系统误差、制造公差等等)，该变化将不改变最低有效数位。

图1是双工天线100的例子的示意图。如示出的，双工天线100包括联接到相应双工器105、107的输入的第一和第二第一级移相器101、103。相应双工器105、107的每一个输出可以联接到辐射元件109、111的子阵列，在辐射元件109、111的子阵列内导致固定的倾角。在使用少数双工器的情况下，双工天线100具有简单性并且实现起来可能相对廉价。不幸的是，由双工天线100产生的辐射图案的品质可能由于相位偏移的一些是固定的而受损害。

例如，如图2中示出的四辐射元件双工天线200的构造中所示，当每一个频带的电倾角被完全独立地控制时可以实现较高品质的图案。如示出的，每一个辐射元件201、203、205、207联接到相应的双工器209、211、213、215，而该相应的双工器的每一个联接到移相器217、219的每一个的输出。当使用双极化功能时，双工器的数量可以加倍。这种双工天线可能由于较大的长度在复杂性和成本上增加。例如，具有1.4、2.0和2.7米的相应长度的双工天线可能分别需要10、16和20双工器，从而为支持的频带的每一个产生高品质辐射图案。

如从结合图1和2的描述显然的，为了更好的性能，可能希望双工天线具有用于每一个支持的频带的单独地可控制的倾角。虽然完全单独的可控制倾角可能是合意的，但至少部分地由于频带倾角范围对支持该频带的天线的安装高度的依赖性在双工天线的每一个支持的频带的相应的竖直倾角范围之间(或之中)可能存在显著相关。更具体地，天线安装在地面上方越高，可接受的操作可能需要的该倾角越大。

通过针对用来处理两个或更多个频带的双工天线，本公开的数个方面可以利用上面讨论的倾角相关，其中支持频带的每一个的竖直倾角可以通过粗调级相移被独立地控制，但通过微调级相移被共同地控制。因此，本公开的数个方面可以实现仰角图案，其品质类似于上面的图2的双工天线200的品质，但低成本、轻重量和简单性类似于上面的图1的双工天线100。

现在参考图3，根据本公开的方面，双工天线300可以包括：第一和第二粗调移相器301、303，第一和第二双工器305、307，第一和第二微调移相器309、311，和辐射元件313、315。如这里讨论的，辐射元件的每一个可以指的是单个辐射元件或多个辐射元件的子阵列。第一粗调移相器301可以被设置到倾角值α，该倾角值α可以在与第一频带关联的第一倾角上提供第一贡献，而第二粗调移相器311可以被设置到倾角值β，该倾角值β可以在与第二频带关联的第二倾角上提供第二贡献。例如，第一粗调移相器301可以被构造用来接收第一频带(例如，790-862MHz)的RF信号，并且基于设定的倾角值α将该RF信号分成变化的相信号。例如，变化的相信号的一个可以具有第一相，并且变化的相信号的另一个可以具有不同于第一相的第二相。第二粗调移相器311可以被构造用来接收第二频带(例如，880-962MHz)的RF信号，并且以与第一粗调移相器301的方式类似的方式将该RF信号分成变化的相信号。

双工器305、307可以被构造用来双重通信从粗调移相器301、311输出的变化的相信号。例如，双工器305可以被构造用来接收从第一粗调移相器301输出的一个或更多个变化的相信号，以及从第二粗调移相器303输出的一个或更多个变化的相信号。从双工器305、307的每一个的输出可以指导根据第一频带和第二频带的通信信号。

从第一双工器和第二双工器305、307的每一个的输出可以分别连接到第一和第二微调移相器309、311的输入。第一和第二微调移相器309、311可以被构造用来提供辐射元件313、315之中的相移。第一和第二微调移相器309、311可以允许以相同的效果操作双工天线的支持频带的全部。更具体地，第一和第二微调移相器309、311可以被构造用来基于支持频带的设定倾角值α°和β°的平均值或(α°+β°)/2提供相移。为了帮助抑制产生的辐射图案的旁瓣，粗调和微调移相器的每一个可以包括功率分配器(诸如例如Wilkinson功率分配器，未示出)以实现跨越辐射元件313、315的锥形的幅值分布(例如，直线相位前进)。

现在参考图4，双工天线400的第一和第二粗调移相器401、403例如可以具有诸如美国专利No.7463190中描述的刮片弧移相器的形式，该美国专利的内容整体并入这里。至少部分地由于刮片弧移相器的在小量面积中产生大的相移的能力，刮片弧移相器对于粗调相移可能是优选的。第一和第二微调移相器409、413可以具有滑动电介质移相器或刮片弧移相器的形式(如现有技术中已知的)以实现(α°+β°)/2的倾角值(如上面讨论的)。至少部分地由于滑动电介质移相器容易允许跨越相应输出的不同功率水平(这可能有利于实现跨越双工天线的孔径的锥形)，滑动电介质移相器可能是优选的。如该技术领域中已知的其它类型的移相器可以按照本公开的精神被使用。类似于双工天线400，根据本公开的数个方面，为了帮助抑制产生的辐射图案的旁瓣，粗调和微调移相器的每一个可以包括功率分配器(诸如例如Wilkinson功率分配器，未示出)以实现跨越辐射元件413、415的子阵列的锥形的幅值分布。

本公开的数个方面可以涉及各种天线长度，这可以包括使用另外的部件(例如，具有另外输出的双工器和移相器)。例如，图5A-5C是双工天线500的例子。如示出的，双工天线500可以包括：第一和第二粗调移相器501、503，第一和第二双工器505、507，第一和第二微调移相器509、511，和辐射元件502、504、506、508。

第一粗调移相器501可以被设置到倾角值α，该倾角值α可以在与第一频带关联的第一倾角上提供第一贡献，而第二粗调移相器503可以被设置到倾角值β，该倾角值β可以在与第二频带关联的第二倾角上提供第二贡献。例如，第一粗调移相器501可以被构造用来接收第一频带的RF信号，并且基于设定的倾角值α将该RF信号分成变化的相信号。例如，可变的相信号的一个可以具有第一相，并且可变的相信号的另一个可以具有不同于第一相的第二相。第二粗调移相器503可以被构造用来接收第二频带的RF信号，并且可以以与第一粗调移相器501的方式类似的方式将该RF信号分成变化的相信号。

双工器505、507可以被构造用来双重通信从粗调移相器501、503输出的变化的相移信号。例如，双工器505可以被构造用来接收从第一粗调移相器501输出的一个或更多个变化的相信号，以及从第二粗调移相器503输出的一个或更多个变化的相信号。

从双工器505、507的每一个的输出可以指导响应于第一频带和第二频带的通信信号。第一和第二双工器505、507的每一个的输出可以分别联接到第一和第二微调移相器509、511的输入。第一和第二微调移相器509、511可以被构造用来提供辐射元件502、504、506、508之中的相移。第一和第二微调移相器509、511可以允许以相同的效果操作双工天线的支持频带的全部。更具体地，第一和第二微调移相器509、511可以被构造用来基于相应粗调移相器501、503的设定倾角值α和β的组合提供相移。这个组合可以例如包括支持频带的设定倾角值α°和β°的平均值或(α°+β°)/2。为了帮助抑制产生的辐射图案的旁瓣，粗调移相器501、503和微调移相器509、511的每一个可以包括功率分配器(诸如例如Wilkinson功率分配器，未示出)以实现跨越辐射元件502、504、506、508的锥形的幅值分布。

根据本公开的方面，倾角值θ可以与由移相器的每一个产生的相移相关。例如，相移＝sin(θ)*S*k，其中S＝以度为单位的辐射元件之间的距离(波长＝360°)，并且k＝以元件间隔度量的移相器输出之间的距离。对于小的值的向下倾角，sin(θ)*S≈θ*sin(1)*S≈0.0175*θ*S。

在图5A-5C中示出的构造中，每一个粗调移相器501、503可以包括分开的两个元件间隔的输出(即，k＝2)。例如，根据图5A-5C中的双工天线500，每一个粗调移相器501、503可以移位每2个辐射元件。每一个微调移相器509、511可以包括分开一个元件间隔的输出(即，k＝1)。例如，根据图5A-5C中的双工天线500，每一个微调移相器509、511可以移位每个辐射元件。辐射元件之间的距离S可以典型地在250°-300°之间。然而，按照本发明，S可以是这个范围外的其它值。在S的值在250°-300°的范围中的情况下，sin(1)*S≈5°。应当注意，按照本公开，粗调移相器501、503的每一个可以包括可以分开小于或大于两个元件间隔的输出。此外，应当注意，按照本公开，微调移相器509、511的每一个可以包括分开大于一个元件间隔的输出。也应当注意，特别地对于其它构造(例如，双工天线600、700、800、900、1000等等)，按照本公开的精神，其它粗调和微调移相器可以包括分开任何数量的元件间隔的输出。

参考图5A，当用于每一个频带的设定倾角值是相等的(例如，α＝β＝4°)时，该双工天线可以具有与具有完全独立的倾角的支持频带的每一个的精度类似的精度。因此，在使用上面的方程的情况下，由第一粗调移相器501产生的相移＝α*sin(1)*S*k＝4*5*2＝40°。因此，第一粗调移相器501可以产生在相位上改变40°的一对变化的相信号。通过使第一粗调移相器501的输出的一个具有-20°的相位并且另一个具有+20°的相位，可以实现相移的这种变化。然而，应当注意，按照本公开，可以使用其它相移。

在α＝β＝4°的情况下，第一和第二微调移相器509、511可以被构造用来基于双工天线的支持频带的设定倾角值的组合产生相移。例如，第一和第二微调移相器509、511可以被构造用来基于设定倾角值α＝β＝4°的平均值产生相移，该平均值在这种情况下将是4°。因此，根据上面的方程，由第一和第二微调移相器509、511的每一个产生的相移可以是20°，这可以导致10°和+10°的跨越第一和第二微调移相器509、511的每一个的输出的相位前进。下面的表1提供如归因于每一个移相器的被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的一系列相移，和通过这种构造被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的总相移。

表1

替代地，如图5B中示出的，如果α＝β＝8°，则由第一和第二粗调移相器501、503产生的相移＝α*sin(1)*S*k＝8*5*2＝80°。因此，第一和第二粗调移相器501、503的每一个可以产生80°的相移。例如，第一和第二粗调移相器501、503的输出信号分别可以具有相位-40°和+40°。然而，应当注意，按照本公开，可以使用其它相移。第一和第二微调移相器509、511可以被构造用来基于设定倾角值α和β的平均值产生相移，该平均值在这种情况下将是8°。因此，根据上面的方程，由第一和第二微调移相器509、511的每一个产生的相移可以是40°，这可以通过使输出信号的一个具有-20°的相位并且输出信号的另一个具有+20°的相位被实现。下面的表2列出如归因于每一个移相器的被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的相移和被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的总相移。

表2

如图5C中所示，根据本公开的方面，当用于支持频带的希望倾角不同时，性能可能仅仅略微降低，但可能仍然是可接受的。例如，在设定倾角α＝4°且β＝8°的情况下，用于两个支持频带的微调移相器509、511可以被构造用来基于平均设定倾角值产生相移，该平均设定倾角值在这种情况中将是(α+β)/2＝6°。因此，根据上面的方程，由第一和第二微调移相器509、511的每一个产生的相移将是6*5*1，这可以导致30°的相移，这可以通过-15°和+15°的跨越第一和第二微调移相器509、511的输出的直线相位前进被实现。下面的表3列出对于具有倾角值α＝4°和β＝8°的这个第一频带的如归因于每一个移相器的被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的相移和被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的总相移。

表3

下面的表4列出对于具有倾角值α＝4°和β＝8°的第二频带的如归因于每一个移相器的被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的相移和被施加到每一个辐射元件502、504、506、508的总相移。

表4

通过上面的数据的分析，表3和4中列出的双工天线的双频带实现的辐射元件502、504、506、508的总相移可能相对接近辐射元件502、504、506、508的理想相移(例如，效果上完全独立的倾角实现，如表1和2中体现的)。因此，本公开的方面可能能够实现仰角图案，该仰角图案的品质类似于更复杂的双工天线的品质。

图6是双工天线500的背侧的一部分的透视图。第一和第二粗调移相器501、503的每一个分别可以包括两个刮片弧移相器501a、501b；503a、503b。例如，第一移相器501可以包括：一个刮片弧移相器501a，该一个刮片弧移相器被构造用来为第一频带的+45°极化调节相移；和另一刮片弧移相器501b，该另一刮片弧移相器被构造用来为第一频带的-45°极化调节相移。类似地，第二粗调移相器503可以包括：一个刮片弧移相器503a，该一个刮片弧移相器被构造用来为第二频带的+45°极化调节相移；和另一刮片弧移相器503b，该另一刮片弧移相器被构造用来为第二频带的-45°极化调节相移。

第一和第二粗调移相器501、503可以通过相应的连接构件607、609连接到相应的第一和第二频带输入601、603和倾角适配器605。更具体地，连接构件607可以连接到第一频带输入601、第一移相器501和倾角适配器605的第一杆611。类似地，连接构件609可以连接到第二频带输入603、第二移相器503和倾角适配器605的第二杆613。

图7是倾角适配器605的放大透视图，该倾角适配器可以被构造用来实现双工天线500的操作的第一和第二频带的希望倾角。倾角适配器605可以包括底架615，该底架在其内部内限定腔。底架615的两个相对的侧壁616可以包括多个相应的开口617、第一级齿条619、第一级杆611和第二级杆613的各部分可以以可滑动的方式与该开口接合。

交联构件621可以在两个相对的侧壁616之间的位置以可枢转的方式连接到第一级齿条619、第一级杆611和第二级杆613。该交联构件621可以包括狭槽623、625，该狭槽被布置在交联构件621的相对的端部。相应的销627、629可以被固定到第一和第二级杆611、613并且可以从第一和第二级杆611、613延伸。相应的狭槽623、625可以允许在相应的狭槽623、625内的相应的销627、629的运动。

因此，第一级杆611的侧向运动可以引起在狭槽623内的销627的运动以及绕固定到第二级杆613的销629的交联构件621的实际上的旋转运动。

交联构件621的旋转运动可以引起交联构件621的中心629与第一级杆611沿相同的侧向方向运动。交联构件621的中心629的侧向运动又可以引起第一级齿条619与第一级杆611沿相同的侧向方向移动一段距离。如在此自始至终讨论的，侧向运动可以指沿轴线Y-Y的直线运动。

类似地，第二级杆613的侧向运动可以引起在狭槽625内的销629的运动以及绕固定到第一级杆611的销627的交联构件621的实际上的旋转运动。交联构件621的旋转运动可以引起交联构件621的中心629与第二级杆613沿相同的侧向方向运动。交联构件621的中心629的侧向运动又可以引起第一级齿条619与第二级杆613沿相同的侧向方向运动。

第一级齿条619可以被构造用来以第一和第二级杆611、613的任一个行进的距离的预定部分运动。为了实现支持的第一和第二频带的设定倾角值α、β的平均值，该预定部分可以是1/2。换句话说，第一级齿条619可以被构造用来移动第一和第二级杆611、613的任一个移动的距离的1/2的侧向距离。

第一级齿条619可以与第一小齿轮631啮合接合，而该第一小齿轮可以通过轴635连接到第二小齿轮633。第二小齿轮633可以与第二级齿条637啮合接合。因此，第一级齿条619的上述侧向运动可以引起第二级齿条637的侧向运动。第二级齿条637的侧向运动可以根据第一级齿条619对第二级齿条633的传动比。

更具体地，在第一级齿条619侧向运动时，第一小齿轮631可以旋转，而第一小齿轮的旋转可以引起轴635的旋转，该轴的旋转可以驱动第二小齿轮633的旋转。此外，第二小齿轮的旋转可以引起第二级齿条637的侧向运动，该第二级齿条布置在双工天线500的前侧(例如，与背侧相对)上并且联接到微调移相器509、511。

倾角适配器605的各种部件可以由铝或适合于耐受双工天线500的正常操作条件的任何材料(诸如其它金属或聚合物材料)构成而不偏离发明构思。

图8是天线罩被移除的双工天线500的前侧(例如，与背侧相对)的透视图。双工天线500可以包括辐射元件502、504、506、508，该辐射元件可以是安装到供给板702的一个的第一和/或第二频带辐射元件。微调移相器509、511可以集成到供给板702的一个中。第二级齿条637可以连接到细长杆704，该细长杆可以将微调移相器509、511的每一个连接到刮片连接杆706，其相对的端部可以连接到微调移相器509、511的相应的刮片臂708(如图9中所示)(其中移相器的一个509或511的例子在图9中被示出)。因此，第二级齿条637的侧向运动可以引起细长杆704的侧向运动。细长杆704的这种侧向运动可以引起一个或更多个刮片连接杆706的运动，导致相应刮片臂708的运动，引起微调级移相器实现希望的倾角水平。

在操作中，根据希望倾角值α的输入，连接构件607可以侧向运动，引起第一粗调移相器501在与第一频带关联的第一倾角上提供第一贡献。根据希望倾角值β的输入，连接构件609可以侧向运动，引起第二粗调移相器503在与第二频带关联的第二倾角上提供第二贡献。

连接构件607、609的侧向运动可以引起相应的第一和第二级杆611、613的运动。第一和/或第二级杆611、613的运动可以引起第一级齿条619的运动，第一级齿条的运动通过第一小齿轮631、轴635和第二小齿轮633可以引起第二级齿条637的侧向运动。第二级齿条637的侧向运动可以引起第一和第二微调移相器509、511基于相应粗调移相器501、503的设定倾角值α和β的组合提供相移。

应当注意，不同的天线类型可能包括不同数量的辐射元件，这可能导致不同的辐射元件间隔和移相器弧半径。因此，粗调移相器和微调移相器可能被这种变化不同地影响。例如，较长长度的天线可能包括较大数量的辐射元件，这可能增加以元件间隔度量的一些移相器输出之间的距离，而较短长度的天线可能包括较少的辐射元件，这可能导致一些移相器输出之间的距离的减小。如上面讨论的，移相器的相移值可以与移相器的输出的每一个之间的距离成比例。例如，粗调移相器的相移值可以取决于双工天线中的辐射元件的总数量，并且因此，粗调相移值可以基于双工天线的长度增加或减小。然而，从微调移相器输出的相移值可能不被类似地影响。例如，为了考虑较大数量的辐射元件，双工天线可以使用包括另外微调移相器的另外供给板以驱动辐射元件。因此，微调移相器的每一个的输出之间的距离可以不改变，或者可以与粗调移相器的输出以相同的方式不改变。

因为粗调移相器和微调移相器被它们被实施在其中的双工天线类型不同地影响，它们连接到其上的倾角适配器的一个或更多个部件也可能需要被修改。为了为不同的天线类型实现适当的粗调和微调相移，可以调节传动比以产生第二级齿条637相对于第一级齿条619的希望运动。例如，第一小齿轮631和/或第二小齿轮633的直径可以增加或减小以考虑不同天线类型，诸如美国专利申请No.14/812339中讨论的其它天线类型和布置，该美国专利申请的全部内容通过引用并入这里。例如，第一小齿轮631的直径可以增加，而这可以增加沿第一小齿轮631的周边的齿的数量。这种修改可以导致增加的传动比。替代地，第一小齿轮631的直径可以减小，而这可以减小沿第一小齿轮631的周边的齿的数量。这种修改可以导致减小的传动比。按照本公开的精神，该传动比可以以其它技术被修改。

如这里使用的，“输入”、“输出”和一些其它术语或短语指的是传输信号路径。然而，因为这里描述的结构可以是无源部件，网络和部件也在接收信号路径中执行相互操作。因此，“输入”、“输出”和一些其它术语的使用仅仅为了清楚，并且不意味着暗示双工天线不在接收和传输方向中同时地操作。

现在已经详细讨论了本公开的各个方面；然而，本发明不应当被理解为限于这些特别方面。也应当理解，在本发明的范围和精神内可以作出本发明的各种修改、适应和替代实施例。