专利名称：蜂窝基站天线的制作方法
背景技术：
在许多被动天线装置中，希望能够在天线装置被安装在塔上后调节天线装置的辐射模式(方向图radiation pattern)。可能有许多因素导致出现这种需要，包括对波束可能产生障碍的新建筑物，植被的生长或其它周围环境的变化。也可能由于通过性能的分析希望调节方向图或调节天线覆盖的区域的形状。
有许多种不同的方法可以调节方向图。一种方法是实际改变天线装置的位置。但一旦天线装置被安装于天线塔，改变位置是困难的。也可以改变每个天线的方位角和俯仰角，但这种方法在用于多个天线时较昂贵。另外，调节天线的方位角和俯仰角所需要的机械装置可能妨碍机械天线的安装。
另一种调节天线装置中的成组的许多天线的方向图的方法是调节每个天线的相位角。通过调节每个天线的相位角，主波束(主波束产生方向图)相对地球表面倾斜。这些天线被分为第一组、第二组和第三组。所有三组天线分布于天线装置的嵌板(平板panel)。调相器被安装于这些天线组的两组之间，因此，调节调相器改变了方向图。调相器包括与传输线耦合的导体，以产生电容。导体可沿传输线旋转和移动，改变电容在传输线上的位置。传输线耦合到有一个相位角的天线。这个相位角的值部分取决于电容的位置。因此，通过改变电容的位置可改变相位角。调相器可耦合到许多天线以调节所有这些天线的相位角。
然而，目前使用的调相器有许多缺点。首先，导体通常由黄铜制作，刻蚀和切割成本较高。因此，导体通常被切割为长方形。而传输线的路径是弧形的。导体未覆盖电容处的整个宽度，减少了电容的效率。
现有的调相器的另一个问题是功率分配器到调相器的耦合。天线装置从一个功率源接收功率。然而，三组天线的每组有不同的功率需求。因此，功率分配器必需连接到装置。目前，功率分配器可是有不同阻抗的一组电缆。由于电缆需要焊接到一起，用不同的电缆增加了制作困难。另外，由于需要人工工作，增加了出错的概率。另一种分配功率的方法是在PCB(印刷线路板)上产生功率分配器，然后用电缆连接功率分配器到调相器。虽然这减少了一些成本，其缺点是仍需要许多电缆。
第三个问题是由于使用不同长度的电缆连接天线到调相器的适当的输出端引起的。每个天线在调相器设置为零时有其默认的相位角。默认的相位角是与一定长度的传输线耦合的电缆的长度的函数。为了获得不同的默认的相位角，用不同长度的电缆连接到不同的天线。虽然必需购买不同长度的电缆仅略微增加制造成本，这大大增加了安装的错误概率。在许多天线装置，电缆长度的不同仅为一英寸或更小。安装时，如果电缆未适当标注，安装人员可能难以区别这些电缆的不同。
为了移动调相器，可能需要在嵌板的一侧的激励器(actuator)，可能包括一个小钮或可旋转的盘，用于人工改变调相器。因此，当需要调节方向图时，工人必须爬上塔，到调相器的嵌板的上面。这是困难和耗时的过程。另外，仅可能人工移动激励器，需要进行体力劳动。由于天线位于塔上，人可能掉下来或在爬上爬下塔的过程中受伤，在这也是危险的活动。
附图简要描述本发明的前述和其它优点在参照附图阅读下列详细描述后会变得清晰。
图1是本发明的天线装置的原理示意图；图2是根据本发明的一个实施例的调相器装置的原理示意图；图3是根据本发明的一个实施例的嵌板和调相器装置的侧透视图；图4是图3所示的截面B的放大图；图5是图3所示的截面A的放大图；图6a是根据本发明的一个实施例的轴衬座的前视图；**图6b是根据本发明的一个实施例的的轴衬座的端视图；图6c是根据本发明的一个实施例的的轴衬座的侧视图；图7是根据本发明的一个实施例的激励器杆的分解的透视图；图8是根据本发明的一个实施例的压紧螺母的透视图；图8A是根据本发明的一个实施例的激励器杆和具有地面控制器的电气激励器的透视图；图9是根据本发明的一个实施例的激励器杆和电气激励器的透视图。
虽然本发明容易进行不同的修改和变形，图中示出了举例的具体实施方案且具体实施方案将详细描述。然而，应该知道，本发明不限于公开的具体形式。本发明包括所附权利要求的精神和范围内的所有变形，等同物和替换物。
具体实施例图1是本发明的天线装置100的侧视图。天线装置100包括沿嵌板160分布的多个天线110，120，130，140，150。天线110，120，130，140，150被分组为第一组170，第二组180和第三组190。第一天线110和第五天线150在第一组170中。第二天线120和第四天线140在第二组180中。第三天线130在第三组190中。
为调节方向图，必须调节天线装置100的垂直电磁波束。这是通过调节第一组170相对第二组180的相位角实现的。然而，第一组170调节的量与第二组180调节的量应当不同。为实现这一点，第一调相器200连接到第一组170，第二调相器210连接到第二组180。第二组180的调节量通常是第一组170调节量的函数。为保证第一和第二组170，180以正确的比例调节，第二调相器210可连接到第一调相器200，因此，调节第一调相器导致第二调相器的调节。更具体地，第二调相器210可连接到第一调相器200，因此，调节第一调相器200预定距离导致第二调相器移动的距离是该预定距离的固定比例。
图2分别描绘适用于调节垂直波束或垂直波束下倾角的第一和第二调相器200，210的原理示意图。第一调相器200耦合到第一天线组170，第二调相器210耦合到第二天线组180。这些天线110，120，130，140，150的每个具有不同的相位角。通过调节这些天线110，120，130，140，150或第一和第二组170，180的至少一个的相位角，调节了天线装置100的垂直波束。
第一和第二调相器200，210以同样方式运行。为了描述的简洁，将较详细描绘第一调相器200。为调节相位角，导体帕220在第一传输线240的第一弧形部分230滑动。第一传输线240的一端耦合到第一天线110，而第一传输线240的另一端耦合到第五天线150。导体帕220与第一弧形部分230联合构成一个电容。对于天线110和150，电容等效于高频短路。到短路电路处的第一传输线240的长度影响天线的相位角。由于导体帕220在第一弧形部分230滑动，短路处不断变化，改变了第一传输线240的长度，因此，改变了两天线110和150的相位角。由于天线110和150位于第一传输线240的相对端，短路电路的移动加长了到一个天线的传输线长度，而减少了到另一个天线的传输线长度。换句话说，传输线有固定长度。传输线的固定长度被分为第一等效长度和第二等效长度。第一等效长度为从第一天线110到传输线240上的导体帕220处的长度。第二等效长度为从第五天线150到传输线240上的导体帕220处的长度。当导体帕220向第五天线调节，第一等效长度增加而第二等效长度减少。当导体帕220向第一天线调节，第二等效长度增加而第一等效长度减少。
在这个具体实施例中，导体帕220为具有金属面的第一可旋转的PCB板250。第一传输线240安装在另一个固定的PCB板260上。固定的PCB板260和第一可旋转的PCB板250作为电容间的介质。在现有技术的系统中，有时用空气介质。如果导体帕相对第一弧形部分230改变位置，调节了电容的容量，因此改变了调相器的阻抗匹配。如果两部分接触，电容消失，这会非常恶劣地影响了天线的性能。另外的系统用介质片分开导体帕和传输线，这必须用支架和点固定装置。然而，介质片消弱电容效果。通过用PCB板为介质，导体帕不能接触传输线也不消弱电容效果。另外，PCB板的制造成本远低于安装介质片。
第一可旋转的PCB板250在节点270处枢轴地连接到固定的PCB板260，节点270作为第一可旋转的PCB板250的枢轴点。在另一端，节点280，第一可旋转的PCB板250可滑动地安装在第一缝255。机械激励器(将描述)包括激励器棒500和主臂500a，以弧形路径在第一弧形部分230上移动第一可旋转的PCB板250，因此，如上所述，改变天线110和150的相位角。
为增加电容效果，第一可旋转的PCB板250的在第一弧形部分230上移动的端290可是弯曲的。第一可旋转的PCB板250的端290的弧线半径与第一弧形部分230的弧线半径相同。另外，第一可旋转的PCB板250和第一弧形部分230有同样的位于节点270处的原点。通过完全对准弧形部分230，电容增加，增加了第一调相器200的效率。
第一传输线240电连接到输入端300，用于接收功率。第一可旋转的PCB板也电连接到输入端300。第一传输线240在第一输出端310耦合到第一天线110(如图1所示)，也在第五输出端350耦合到第五天线150(如图1所示)。天线110和150的每个在电容设置为零时具有默认的相位角，如图2所标示。天线110的默认的相位角是第一传输线240和连接第一传输线240到天线110的电缆线(未示出)的长度的函数。第一传输线240包括第一路径330，第一路径330为从第一弧形部分230到第一输出端310。第一路径330的长度由第一天线110的默认的相位角确定。第一传输线240包括第二路径340，第二路径340连接第一弧形部分230到第五输出端320。第二路径340的长度由第五天线150的默认的相位角确定。通过改变第一路径330和第二路径340的长度，安装以连接天线到输出端的电缆可为同样长度，简化了安装。
第二调相器210工作方式与第一调相器200相同。第二可旋转的PCB板350安装在固定的PCB板260上，且电耦合到输入端300。第二可旋转的PCB板350可绕节点355旋转，节点355也是第二可旋转的PCB板350连接到固定的PCB板260之处。第二传输线360有第二弧形部分370、第一路径380和第二路径390，也电连接到输入端300。第二可旋转的PCB板350刷过第二弧形部分370，以产生电容。第二可旋转的PCB板350由包括激励器杆500和主臂500a的机械激励器移动。主臂500a通过将要描述的连接装置在位于固定的PCB板的第二缝405中的节点395连接到板350。第二传输线360的第一路径380连接到第二输出端400，耦合到第二天线120(图1)，而第二传输线360的第二路径390连接到第四输出端410，耦合到第四天线140。与第一调相器200相同，调节第一和第二路径380和390的长度产生适当的默认的相位角。
第三传输线420也连接到输入端300，耦合到第三输出端430，第三输出端430连接到第三天线130。第三传输线420具有产生适当的默认的相位角的长度。由于不同的传输线240、360、420的每个路径330、340、380、390、420全部被调节以产生适当的默认的相位角，可用同样长度的电缆连接天线110、120、130、140、150到它们对应的输出端310、400、430、410、320。这不仅使制造容易，也减少了连接错误的长度的电缆到输出端的安装错误。
输入端300连接到作为功率分配器的导电带440，且输出功率给第一和第二调相器200、210和第三传输线420。导电带440有固定的阻抗。导电带440的阻抗是导电带440的宽度的函数。通过改变导电带440的宽度，阻抗改变了，因此功率改变了。在本发明中，导电带440分支为第一带450、第二带460和第三带470。第一带450将功率从导电带440传送到第一调相器200。第二带460将功率从导电带440传送到第二调相器210。第三带470将功率从导电带440传送到第三传输线420。第一带450、第二带460和第三带470的每个的宽度被制造成从导电带440(或功率分配器)吸收正确量的功率。通过在固定的PCB板260上使用功率分配器，省去了额外的电缆，减少了成本，增加了天线装置100的可靠性。在本发明的另一实施例中，可包括在沿弧形部分230、370的第一和第二传输线240、360上分配功率的导电带。
有时希望锁定第一和第二调相器于固定位置。在目前的系统中，由于调相器不包括标示或类似的标计，调相器被锁在制造时的位置。然而，在本发明的一个实施例中，固定的PCB板包括在第一缝255上的第一组标示480a和在第二缝405上的第二组标示480b。标示组480a和480b向用户提供查看第一和第二调相器200、210设置的相位角的方法。还可包括锁机构485，用于锁定第一和第二调相器200、210在设定的位置。在一个实施例中，也在可包括在固定的PCB板260上的一系列的过孔490a，490b且与在第一和第二可旋转的PCB板250、350上的过孔495a，495b对齐。可用一个螺丝(未示出)锁定第一和第二可旋转的PCB板250、350到固定的PCB板260。由于固定的PCB板260能被安装到第一和第二调相器200、210而不需要知道所需的相位角是否需要被锁定，使用标示和锁定系统是一个很大的改进。因此，这个装置可在下订单前制造。一旦收到定单，如果需要，可使用标示和锁定系统锁定第一和第二调相器200、210于正确位置。
现参照图2-4，图2示出固定的PCB板260的前面。图3示出固定PCB板260的背面和天线装置100的嵌板160的侧面的透视图。图4是图3的放大细图。在图3和4中，示出两个类似的PCB板260，261，每个PCB板有一对第一和第二调相器200，210。两对调相器均运行在同样模式，这里仅描绘示范多个PCB板260，261可被安装在单个嵌板上，且均耦合到同一机械激励器(杆500和主臂500a)。如上所述，第一调相器200包括固定的PCB板260，具有切过该板的第一弧形缝255和在固定的PCB板260的另一边上的第一可旋转的PCB板或帕250(图2)。第二调相器210包括固定的PCB板260，第二可旋转的PCB板或帕350(图2)，和第二弧形缝485。为使第一和第二PCB板250，350旋转，主臂500a耦合到可旋转的PCB板250，350。
在一个实施例中，机械激励器包括激励器杆500，主臂500a和包括第一臂510和第二臂520的连接构件。主臂500a连接到在枢轴点511处的第一臂510的一端。在节点270，第一臂510的另一端连接到固定的PCB板260和第一可旋转的PCB板250。这个节点270的横截图示出有连接的三层，第一可旋转的PCB板250，固定的PCB板260和第一臂510。如果固定的PCB板260是固定的，第一臂510和第一可旋转的PCB板250也在点270保持固定。通过在固定的PCB板260上的第一缝255，节点280连接第一可旋转的PCB板250到第一臂510。
通过第二缝405，在节点395，第二臂520连接到第二可旋转的PCB板350。因此，第二臂520的移动导致第二可旋转的PCB板350沿第二缝405移动。第二臂520也在第一臂510上的节点270和节点280的约中点位置的节点522处可旋转地连接。因此，在第一臂510移动时，第二臂520也移动。由于第二臂520在中点连接到第一臂510，当第一臂510的节点512移动预定距离，第二臂520的节点395移动约该预定距离的一半。在另一个实施例中，第二臂520可连接在第一臂510上的不同处，这取决于第一和第二调相器200和210间的希望的移动比。
图5描绘了激励器杆500的握端505，它伸展通过嵌板160的底部530。激励器杆500的握端505安装在嵌板160的底部530上。利用伸展激励器杆500通过嵌板160的底部530，人工调节机构时仅需推或拉激励器杆500，而不需象现有技术一样旋转在嵌板160侧的小钮或盘。激励器杆500的握端505上还包括标示535，以指示人所调节的机构的调节量，示出的钮536盖注激励器杆500的螺丝端538。标示535与波束的垂直下倾角有直接的关系。例如，杆上的零标示对应零度的下倾角。由于标示535未定位，用户可根据需要的大小调节下倾角。下倾角不需要以一度或半度为单位移动。钮536在螺丝端538上旋转调节，使用户能容易握住激励器杆500移动。
激励器杆500通过轴衬座540安装在嵌板160的底部530上。轴衬座540在图6a-6c很好地描绘。轴衬座540包括一对连接到嵌板160的支架550a和550b。在所示的实施例中，支架550a和550b通过一对螺丝560a和560b连接(如图5所示)。然而，可以预期，也可使用其它方法，如铆钉、热粘结、焊接、铜焊等。
轴衬座540也有适用于接受激励器杆500的圆柱部分560。轴衬座540的圆柱部分560允许激励器杆500能滑上或滑下移动。然而，为防止激励器杆500在圆柱部分560内旋转，在圆柱部分560的内墙上，包括一个平的区域570(图6b)。圆柱部分560的一端包括下文将详细描述的螺丝部分565。
如上所述，激励器杆500的握端505包括标示535。轴衬座540包括在圆柱部分560相对面上的指示器窗590，以使用户看到标示535(见图6c)。在一个实施例中，轴衬座540也可为透明塑料，因此，用户可看到所有标示535。
如图7和8所示，压紧螺母595也在激励器杆5 00滑动。压紧螺母595包括三部分螺丝帽600，塑料夹子610和套圈620。压紧螺母595的螺丝帽600在轴衬座540的螺丝部分565旋转，以锁定激励器杆500在所需位置。当螺丝帽600在轴衬座540的螺丝部分565旋转，塑料夹子610和套圈620在轴衬座540夹入(象三明治)。套圈620作为轴衬座540密封圈。塑料夹子610包括缝625，在螺丝帽600相对轴衬座540旋紧，它减少了宽度。这使压紧螺母595紧固轴衬座540，以锁定激励器杆500在所需位置。
虽然，人工激励器是有用的，希望有可由地面或更远处控制的电气激励器，如在遥控室630(图8A)。在图9中，描绘了转换如上所述的人工激励器为电气激励器660。电气激励器660包括活塞(piston)(未示出)和螺丝桶670。为转换人工激励器，必需去掉压紧螺母595和钮536。然后，锁定螺母650旋在轴衬座540上。激励器杆500的螺丝端538旋入活塞。然后，电气激励器660的螺丝桶670被推上轴衬座540的螺丝部分565和旋转。一旦活塞和螺丝桶完全旋上激励器杆500，紧固锁定螺母650，锁定轴衬座540到螺丝桶670。
电气激励器660可是在相对嵌板160固定位置的步进马达。步进马达旋转，驱动螺丝或轴线性运动。螺丝或轴耦合到激励器杆500。因此根据步进马达的旋转方向上下移动激励器杆500。也希望电气激励器660可包括适用于从遥控源702接收调节信号的接收器700。也可包括适用于传感激励器杆500的位置的传感器704。也可包括应答器706，以向遥控处或信号箱返回信号，指示所作的调节的量。
因此，本发明可容易地根据用户的希望从人工激励器转换为电气激励器。因此，可灵活使用激励器，用户可以先买人工激励器，然后升级到电气激励器。这有许多优点。如果很少需要调节垂直波束，用户可能开始不希望花钱买电气激励器。然而，当需要变化，用户可购买电气激励器和转换激励器。
虽然通过一个或多个实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.蜂窝基站天线，包括多个辐射器；传输线，相互连接所述辐射器；电磁调相系统，包括连接到信号馈源和耦合到所述传输线的调相器，所述调相器具有至少一个可由电气激励器响应来自远方的信号源的命令间歇移动的元件，以在移动一停止过程中的不同的相位值间调节所述相互连接的辐射器的相对信号相位。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述可移动的元件是弧形可移动的帕，容性耦合到所述传输线。
3.如权利要求1所述的天线包括传感器，用于传感所述调相器的位置。
4.如权利要求3所述的天线，其中，所述远方的源响应所述传感器。
5.如权利要求3所述的天线，其中，所述调相系统包括机械激励器，耦合到所述可移动元件，其中，所述传感器传感所述机械激励器的位置。
6.如权利要求5所述的天线，其中，所述远方的源响应所述传感器。
7.如权利要求1所述的天线，其中，所述远方的信号源与电气激励器无线通信。
8.蜂窝基站天线装置包括嵌板，其上安装有多个辐射器；信号馈电网络，有效地耦合到所述辐射器；信号调相器，在所述馈电网络中；线性相互作用的调相机械激励器，耦合到所述调相器，且有靠近所述嵌板的底边的终端。
9.如权利要求8所述的天线装置，其中，所述信号调相器包括枢轴安装的调相帕，容性耦合在所述馈电网络中。
10.如权利要求9所述的天线装置，其中，所述机械激励器耦合到所述帕，且配置为转换所述机械激励器的线性运动为所述帕的弧线运动。
11.如权利要求8所述的天线装置，其中，所述机械激励器适用于在人工操纵与由电气激励器操纵之间转换。
12.如权利要求9所述的天线装置还包括第一印刷线路板，所述第一印刷线路板至少包括所述馈电网络的一部分，且所述帕安装在所述第一印刷线路板上。
13.如权利要求8所述的天线装置，所述天线包括第一和第二调相器，耦合到所述机械激励器且由所述机械激励器操纵。
14.如权利要求13所述的天线装置，其中，所述第一调相器与所述第二调相器相互机械耦合。
15.如权利要求8所述的天线装置，其中，所述机械激励器包括位置锁。
16.如权利要求8所述的天线装置，其中，所述调相器还包括固定的印刷线路板；信号输入端，安装在所述固定的印刷线路板上；帕，电磁耦合到所述信号输入端；传输线，电磁耦合到所述帕，且成为所述信号馈电网络的一部分，其中，所述帕的移动改变所述传输线的有效长度。
17.如权利要求16所述的天线装置，其中，所述帕枢轴耦合到所述信号输入端。
18.如权利要求8所述的天线装置，其中，所述机械激励器耦合到电气激励器，由所述电气激励器响应来自远方的信号源的命令进行机械调节。
19.蜂窝基站天线包括嵌板，其上安装有多个辐射器；信号馈电网络，有效地耦合到所述辐射器；至少一个机械调相器，位于所述嵌板上，且形成所述信号馈电网络的一部分，所述调相器具有可相对移动的调相元件；不在所述嵌板上的电气激励器，所述电气激励器机械耦合到至少一个所述调相元件。
20.如权利要求19所述的天线，其中，所述电气激励器通过机械激励器耦合到至少一个所述调相元件。
21.如权利要求19所述的天线，其中，所述嵌板定向为垂直的，且所述电气激励器位于所述嵌板下。
22.如权利要求20所述的天线，其中，所述机械激励器可转换为人工操纵。
23.如权利要求19所述的天线，其中，所述电气激励器由远方的信号源控制。
24.如权利要求20所述的天线包括传感器，用于传感所述机械激励器的位置。
25.如权利要求24所述的天线，其中，所述电气激励器由远方的信号源响应所述传感器的信号进行控制。
26.如权利要求19所述的天线，其中，所述嵌板包括第一印刷线路板，所述第一印刷线路板至少包括所述馈电网络的一部分。
27.如权利要求16所述的天线还包括可旋转的帕，安装在所述第一印刷线路板上，所述帕构成相对可移动的调相元件。
28.如权利要求19所述的天线，其中，所述嵌板包括多个调相器，耦合到通用的机械激励器且由之操纵。
29.如权利要求19所述的天线，其中，所述电气激励器包括电动马达。
30.蜂窝基站天线，包括多个辐射器；传输线，相互连接所述辐射器；调相系统，用于改变相互连接的所述辐射器的相对相位，所述调相系统还包括印刷线路板，具有形成所述传输线一部分的印刷的导体；调相器，连接到信号馈源，且耦合到所述印刷的导体，所述调相器具有可间歇移动的元件，配置成用于在移动-停止过程中在不同的相位值间调节相互连接的所述辐射器的相对相位。
31.如权利要求30所述的天线，还包括可移动的印刷线路板枢轴连接到所述印刷线路板，所述可移动的印刷线路板具有容性耦合到所述印刷导体的导电层。
32.如权利要求30所述的天线，其中，所述调相系统由电气激励器响应来自远离所述天线的信号源的命令进行机械操纵。
33.如权利要求32所述的天线，还包括机械激励器连接在所述电气激励器与所述调相器之间。
34.具有方向图和相对地球表面有下倾角的垂直方向图的天线装置，所述天线装置包括多个辐射器，安装在嵌板上；印刷线路板，安装在所述嵌板上；调相器，安装在所述印刷线路板上，且适用于调节所述多个辐射器的相位角，所述调相器具有弧形传输线部分和与所述弧形传输线部分电磁耦合的帕，所述帕具有弧形部分，其弧度半径实际等于所述弧形传输线部分的弧度半径。
35.如权利要求34所述的天线，其中，所述帕移动时，实际与所述弧形传输线部分对齐。
全文摘要
发射信号的天线装置。天线装置包括分为第一组(170)和第二组(180)的至少两个天线。两组天线安装在嵌板(160)上。第一调相器(200)耦合到第一组天线。第一调相器也耦合到第二调相器，第二调相器耦合到第二组天线。第一调相器耦合到第二调相器，因此调节第一调相器也就调节了第二调相器。第一调相器适用于调节第一组天线的信号的相位角，第二调相器适用于调节第二组天线的信号的相位角。
文档编号H01Q21/08GK1505850SQ02803184
公开日2004年6月16日 申请日期2002年1月24日 优先权日2001年2月19日
发明者马丁·L·日摩门, 杰米·帕斯科, 吉姆·杰阔巴兹, 开尔文·E·林汉, E 林汉, 帕斯科, 杰阔巴兹, 马丁 L 日摩门 申请人:安德鲁公司