专利名称：带有多装置控制单元的多波束天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及手机或移动电话基站天线的领域，并且更具体地，涉及带有可移除的 多装置控制单元的远程电动倾斜(RET)基站天线，该多装置控制单元能够切换为对包括在 天线内的多于一个电-机致动器进行远程控制。
背景技术：
在本领域中，带有可变电动倾斜(VET)功能的天线是公知的。经常在蜂窝网络中 使用的这些天线使网络操作者能够通过手动旋转旋钮或平移位于天线外部上的轴来电动 倾斜天线的仰角波束指向方向。该旋钮或轴连接于天线内的移相器，该移相器将机械转动 或轴的平移转化为天线内形成网络的无线电频率波束的相位变化。天线内的发射元件之 间的相位变化使从天线发射的波束相对于天线的机械准线(boresite)上下倾斜。在US 7，068，236中描述了示范VET技术的蜂窝基站天线的示例，其内容通过引用并入本文。在蜂窝网络中需要波束倾斜调节以减少网络中站点之间的信号传播，以便使信号 干扰最小化并且使网络容量最大化。带有VET功能的天线使网络操作者能够在蜂窝站点处 进行精确的倾斜调节而无需机械地倾斜天线并且无需改变站点的视觉外观。带有VET功能 的天线典型地包括某种倾斜指示器以向位于天线处的人员提供天线电动倾斜设定的视觉 反馈，从而检查天线或者手动地进行倾斜调节。在本领域内远程电动倾斜(RET)天线也是公知的。RET天线包括附接至天线或安 装在天线内的电-机致动器以旋转旋钮或平移VET天线上的轴。这使VET天线的电动倾斜 能够从远程位置进行控制，消除了雇佣索具装配工攀爬塔并对天线波束的电动倾斜进行手 动调节的费用。图1示出了 RET致动器的传统配置，其中，三频天线4包括三个独立的、可单独移 除的RET致动器fe-c，天线的每个工作频带一个RET致动器。每个RET致动器是在单一的 外罩内包括有雷击保护电路、通信电路、电机、电机控制电路、动力控制电路以及电机位置 传感器的独立的电-机装置。对于设计为工作于多频带的天线而言，多个独立的RET致动 器附接至天线壳体或插入天线壳体内。线缆组件连接在RET致动器之间以给该天线的多个 RET致动器提供动力及信令。由于多个RET致动器所使用的外部线缆组件及冗余的电子部 件的成本导致这种设计方法是昂贵的。此外，可移除的RET致动器必须构造为与用于多波 束天线的每个波束的移相器轴物理对齐并接收该移相器轴，这需要带有不同移相器轴配置 的各天线所用的不同的可移除的RET致动器配置。典型的多频RET天线上的移相器调节旋钮或轴的位置受RET致动器的物理尺寸及 形状以及它们的附接机构限制。移相器调节旋钮或轴必须隔开足够远以使多个RET致动器能够附接于该天线而不会机械干涉。旋钮或轴也必须隔开足够远以便为RET致动器安装硬 件提供空间并为用于安装硬件的工具提供通路。因此，天线上的移相器调节旋钮或轴的位 置通常由RET致动器的几何构型确定，而不是由天线内最佳的移相器设置确定。这些限制 增加了 RET天线设计的机械复杂性并增加了新的天线模型的开发时间及成本。因此，存在对这样的一种RET天线的持续需求其能够为降低成本而以较少的电 子部件来制造，并且其减少了对天线内移相器驱动轴位置的机械限制。
发明内容
本发明通过带有构造成插入天线的插座内以及从该插座中移除的多装置控制单 元的RET天线满足了上述需要。多装置控制单元与典型地位于天线外罩内的一个或更多个 模块切换单元一起工作，以控制位于天线内的电机及位置传感器，从而使位于多装置控制 单元中的单一控制器能够控制多个诸如移相器控制电机这样的嵌入式电-机致动器。这使 多个电机能够共用位于多装置控制单元中的共用控制系统，这大大地减少了多波束RET天 线所需的电子部件的数量。多装置控制单元典型地包括小壳体内的一个或更多个雷击保护电路、通信电路、 电机控制器、动力控制电路以及电机位置感应电路，在制造时其通常位于天线壳体内侧。通 过模块切换单元在天线内的所有电机之间共用这些部件，这使多装置控制单元内的单组部 件能够取代设置在现有的RET致动器中的冗余部件。模块切换单元监控内部寻址总线并基 于用于该电机的硬件地址而接通与适当电机及电机位置反馈传感器的连接。模块切换单元 构造为可插入天线本体的插座内并使用两个安装螺丝固定。通常地描述，本发明可实施为用于电信系统的多波束RET基站天线。该天线包括 由壳体支撑的许多波束系统。每个波束系统包括许多天线元件，所述天线元件用于在传播 方向上引导电磁能量的波束；多个移相器，所述移相器可操作地连接至所述天线元件，用于 使波束传播方向倾斜；控制装置，所述控制装置可操作地连接至所述移相器，用于操作所述 移相器以使波束传播方向倾斜；以及齿轮-电机单元，所述齿轮-电机单元可操作地连接至 所述控制装置，用于以电-机的方式驱动所述控制装置以使波束传播方向倾斜。该天线还 包括多装置控制单元，所述多装置控制单元操作为选择性地控制各波束系统的波束传播 方向；以及一个或更多个模块切换装置，所述模块切换装置构造成使所述多装置控制单元 与所述天线系统的电机及位置传感器连接，以使所述多装置控制单元的单组控制电子部件 能够选择性地控制各波束系统的波束传播方向。该模块切换单元典型地位于所述外罩内并且所述多装置控制单元典型地构造为 用于手动地插入到由壳体支撑的插座内以及从所述插座中移除，该插座典型地向所述天线 外部开放。该多装置控制单元典型地包括作为用于多装置控制单元的充分部件的雷击保护 电路、通信接口、内部寻址接口、电机控制接口、动力感应接口以及动力控制电路。该模块切 换装置典型地包括作为用于模块切换装置的充分部件的至少一个开关、信号路由装置、以 及多个地址寄存器，并且每个寄存器与所述天线的波束系统相关联。本发明也可以以一种用于提供带有任选的多波束RET控制功能的用于电信系统 的基站天线的方法来实现。为天线运营商提供天线，所述天线包括位于天线外罩内的多个 波束系统。每个波束系统包括许多天线元件，所述天线元件用于在传播方向上引导电磁能量的波束；许多移相器，所述移相器可操作地连接至所述天线元件，用于使波束传播方向 倾斜；控制装置，所述控制装置可操作地连接至所述移相器，用于操作所述移相器以使波束 传播方向倾斜；以及齿轮-电机单元，所述齿轮-电机单元可操作地连接至所述控制装置， 用于以电-机的方式驱动所述控制装置以使波束传播方向倾斜。在交付前，所述天线设置 有由壳体支撑的插座，所述插座可向天线外部开放。响应于在最初交付天线之后收到的来 自天线运营商的对于任选的多波束RET控制功能的要求，为天线运营商提供多装置控制单 元，该多装置控制单元构造为用于手动地插入所述插座内以及从所述插座中移除。模块切 换装置可操作成使所述多装置控制单元与天线系统的电机及位置传感器连接，以使所述多 装置控制单元的单组控制电子部件能够选择性地控制各波束系统的波束传播方向。鉴于上述情况，可以理解，本发明提供了具有成本效率的RET天线，该RET天线包 括多装置控制单元，该多装置控制单元大大地减少了多RET系统所需的电子部件的数目。 根据下文的实施方式的详细说明、附图以及权利要求，用于实施本发明的具体实施方式
，以 及由此实现上述优点的具体技术及结构将变得显而易见。
图1是带有三个可移除RET致动器的三频天线的现有技术配置的电气示意图。图2是带有多装置控制单元以及内部切换装置的三频RET天线的电气示意图。图3是带有多装置控制单元的三频RET天线的立体图。图4是带有多装置控制单元的RET天线中的RET控制装置的主视图。图5是带有多装置控制单元的RET天线的天线外罩的仰视图。图6是多装置控制单元以及相关联的插座的前部立体图。图7是多装置控制单元以及相关联的插座的后部立体图。
具体实施例方式本发明通过带有能够被插入到天线的插座中以及从该插座中移除的多装置控制 单元的RET天线满足了上述需要。该多装置控制单元与一个或更多个模块切换单元一起工 作，模块切换单元典型地位于天线外罩内。多装置控制单元与位于天线内的电机及位置传 感器一起工作，以使位于多装置控制单元中的单一控制器能够控制多个诸如移相器控制电 机这样的嵌入式电-机致动器。这使多个电机能够共用位于多装置控制单元中的共用控制 系统，这大大地减少了多波束RET天线所需的电子部件的数目。多装置控制单元典型地包括小壳体内的一个或更多个雷击保护电路、通信电路、 电机控制器、动力控制电路以及电机位置感应电路，该小壳体通常位于天线外罩内。在天线 内的多个电机之间通过模块切换单元共用这些部件，这使多装置控制单元中的单组部件能 够取代设置在现有的RET致动器中的冗余部件。模块切换单元监控内部寻址总线并基于用 于该电机的硬件地址而接通与适当电机及电机位置反馈传感器的连接。这使多个电机能够 共用一个共用控制系统，大大地减少了多RET系统所需的电子部件的数目。多装置控制单元上的电子连接器插入插座上的配对连接器内，该插座安装至天线 外罩以在多装置控制单元与天线内的电机及位置传感器之间提供动力、信令以及电机位置 反馈。与各移相器调节轴相关联的电机及电机位置反馈传感器永久地附接在天线内。这种配置消除了传统RET致动器的机械传动及联接接口，并在RET控制器与天线之间使用由多 装置控制单元实现的电接口来取代该机械传动及联动接口。天线内的电连接是采用柔性的 且不限制用于天线内电机及电机位置传感器的安装位置的线束制成的。这种设计的另外的益处是消费者不需要在安装时执行校准步骤。在工厂时就已安 装并校准了位置反馈传感器。由于在天线离开工厂后，移相器传动链绝对不存在机械分离， 因此也不会失去校准。本发明能够用于为除用于远程电动波束倾斜(RET)之外的目的而控 制天线内的电-机致动器。用于远程方位波束转向(RAQ和/或远程方位波束宽度控制 (RAB)的致动器也能够使用同一多装置控制单元来控制。现在转到附图，其中，在所有的附图中相似的元件数字指示相似的元件，图1是带 有三个可移除RET致动器fe-c的三频天线4的现有技术配置的电气原理图。在这种设置 中，具有在天线4与RET致动器fe-c之间形成传动联接的机械接口 7。三频天线4包括三 个独立的、可单独移除的RET致动器fe-c，实现天线的工作频带的每个天线阵列一个RET致 动器。参见作为代表性单元的RET致动器fe，该RET致动器是独立的电-机装置，其在单一 外罩67a内包括有雷击保护电路5 及Mb、通信接口 56a、位置传感器接口 58a、电机控制 接口 60a、动力控制电路62a、电机6 以及位置传感器66a。延伸穿过外罩的驱动杆68a驱 动相关联的天线阵列70a的移相器。因此，RET致动器fe-c包括用以对阵列的电动倾斜进 行控制所需的装置的完整复制，该阵列传送并接收用于多波束天线的一个波束的信号。此 外，驱动杆68a-c必须与天线阵列70a-c的控制杆机械接合，导致受物理限制的并且可能复 杂化的机械接口 7。图2是包括双极化三频RET天线12以及多装置控制单元20的天线系统10的电气 示意图。多装置控制单元20包括雷击保护电路72及74、通信接口 76、内部寻址接口 82、电 机控制接口 84、位置感应接口 86以及动力控制电路88。多装置控制单元20与典型地位于 天线外罩内的模块切换装置Ha-b —起工作，从而控制移相器以实现多频天线的多达四个 频带用电动波束倾斜。因此，图2中示出的多装置控制单元20以及模块切换装置14a-b取 代了图1中示出的现有技术设计中的多达四组部件(即，多装置控制单元中的那些部件)。 多装置控制单元20中的单组部件与模块切换装置Ha-b协作，从而以多装置控制单元20 中的单组控制部件来控制天线的所有三个波束的电动倾斜，该多装置控制单元20具有在 本具体构造中休眠的四个潜在控制电路中的一个。应当理解，多装置控制单元20可构造成 控制其它装置。例如，典型的控制单元能够支持多达16个电机/位置传感器。虽然图2仅 示出了两个模块切换装置Ha-b，但是典型地能安装八个模块切换装置，并且能够根据设计 选择安装更多或更少数目的模块切换装置。由于各模块切换装置Ha-b是相同的，因而将描述代表性的模块切换装置14a。构 造为对用于由天线阵列实现的多达两个工作频带的、来自多装置控制单元20的倾斜控制 指令进行传递的模块切换装置对多达两个现有内部移相器电机90a-b进行驱动、并且与主 机天线的多达两个现有内部位置传感器92-b相连。模块切换装置1 本身包括开关94a-b、 固定地址寄存器96a_b、以及比较器98a。作用为信号路由装置以将控制指令发送至适当开 关的比较器能够由地址寄存器或者将寻址信号直接传到相关寻址装置的任何其它合适的 信号路由装置中的或与之相关的功能所取代。然而，可以理解，在仅发送两个地址的情况 下，对于本具体实施方式
中的信号路由任务，一个简单的比较器是足够的。多装置控制单元20中的控制逻辑与固定的地址寄存器94a-b及比较器98a协作地工作以选择性地控制移相 器电机90a_b。因此，多装置控制单元20能够通过一对模块切换装置Ha-b独立地控制多 达四个移相器电机。当然，根据具体的天线需求，能够控制更多或更少数目的移相器电机。应当理解，RET电机及位置传感器是天线12中原始设置的电机及位置传感器，这 避免了对多装置控制单元20与天线12之间的机械联接的需要。因此，如图2示意性所示， 在多装置控制单元20与天线12之间仅需要电接口 15。如果需要，在没有多装置控制单元 20的情况下，能安装电机90a-b、位置传感器92a-b、以及切换装置Ha_b，但它们在天线12 中保持休眠状态。这使天线12能够在工厂就设置成通过增加多装置控制单元20而容易地 将天线12从手动倾斜控制转变为RET机动倾斜控制。虽然在这种替代方案中设置有电机 90a_b、位置传感器92a_b、以及切换装置Ha_b但使它们在手动倾斜控制天线中保持休眠 状态，但是设置这些部件的成本大多由消除了为将现有技术类型的RET致动器连接至天线 所需的机械联接及伴随的物理设计限制的益处所抵消。在制造时，模块切换装置Ha-b以及相关联的线路优选地位于天线外罩内的重要 位置。然而，作为可替代的设置，可在工厂安装多装置控制单元20作为原始装置，并且包 括切换装置Ha-b的模块可装配到插座内。在这种情况下，根据对任选RET功能的需要而 为消费者提供切换模块。作为另一种可替代的设置，多装置控制单元20以及模块切换装置 14a-b可组合成装配到插座内的一体的控制模块。在这种情况下，根据对任选RET功能的 需要而为消费者提供一体的控制模块。作为又一可替代的设置，可在工厂将模块切换装置 14a-b和多装置控制单元20的组合功能作为原始装置安装在天线内或与天线相关联，并且 可根据对任选RET功能的需要为消费者提供激活装置或激活码。使用附加的机动致动器能够增强本发明的优点，例如，用于波束方位转向及波束 宽度控制。具体地，带有位于天线内重要位置的附加切换装置的具有相同尺寸的多装置控 制单元20能够控制许多机动致动器以实现这些及其它天线功能。因此，多装置控制单元方 案能够在不存在天线与可移除的远程控制致动器之间的机械联接的物理限制的情况下广 泛延伸至在天线内执行宽范围功能的机动致动器。图3是基本按比例示出的包括三频天线12的天线系统10的底部的立体图。对于 这种具体的天线，横跨天线外罩25底部的最大宽度约为10英寸5cm)，并且横跨天线外 罩底部的最大深度约为6英寸(14. 2cm)。天线的高度未示出并且对于不同实施方式会显著 变化。例如，典型的三频天线12可约为8英尺10英寸O. 7米)高。外罩25的底部设置 六个由所列举的线缆连接器16所表示的线缆连接器。每个竖直阵列传送并接收三频天线 的一个频带，并且每个频带具有两个线缆连接器，每个极一个线缆连接器。同样在外罩的底 部，具有三个由所列举的、端部带有手动调节旋钮18的手动波束倾斜调节器32所表示的手 动波束倾斜调节器(包括显示在移相器控制杆底部上的波束倾斜指示器、连接于移相器控 制杆底部的手动波束倾斜调节旋钮、以及指示器罩盖)。天线系统10还包括多装置控制单 元20，该多装置控制单元20装配在外罩25的底部上的天线壳体中的插座22内(如图4_7 所示)。图4是天线12中的RET控制装置的主视图。具有三个由移相器控制杆M所表示 的移相器控制杆、三个由齿轮-电机单元26所表示的齿轮-电机单元、以及三个由所列举 的位置传感器28所表示的位置传感器。插座22接收多装置控制单元20，物理地支撑切换装置Ha-b并与切换装置Ha-b电连接，切换装置Ha_b在PC卡上实现。如图4所示并且 如图2示意所示，该切换装置Ha-b通过通向齿轮电机及位置传感器的线路35a_b电连接。
图5是RET天线12的天线外罩25的仰视图。外罩25设置有用于接收多装置控 制单元20的插座22 (在图5中未示出多装置控制单元)，多装置控制单元20插入插座内并 且通过两个螺丝固定。图6是多装置控制单元20以及相关联的插座22的前部立体图，而 图7是多装置控制单元20以及相关联的插座22的后部立体图。多装置控制单元20的前 部包括用于将多装置控制单元连接至远程控制单元的线缆连接器30。多装置控制单元的后 部包括诸如PC板边缘连接器这样的插头32，该插头32插入插座22上的连接器34内。如 图4所示，切换装置Ha-b插到连接器34上，并且再通过线路连接至位于天线内的齿轮-电 机以及位置传感器。
权利要求
1.一种用于电信系统的基站天线，包括多个波束系统，所述多个波束系统由天线壳体支撑，每个波束系统包括多个天线元 件，用于在传播方向上引导电磁能量的波束；多个移相器，所述移相器可操作地连接至所述 天线元件，用于使波束传播方向倾斜；控制装置，所述控制装置可操作地连接至所述移相 器，用于操作所述移相器以使波束传播方向倾斜；以及齿轮-电机单元，所述齿轮-电机单 元可操作地连接至所述控制装置，用于以电-机的方式驱动所述控制装置以使波束传播方 向倾斜；多装置控制单元，所述多装置控制单元操作为选择性地控制各波束系统的波束传播方 向；以及至少一个模块切换装置，所述至少一个模块切换装置构造为使所述多装置控制单元与 天线系统的电机及位置传感器连接以使所述多装置控制单元的单组控制电子部件能够选 择性地控制各波束系统的波束传播方向。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述多装置控制单元构造为用于手动地插入由 所述壳体支撑的插座内以及从所述插座中移除。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述模块切换装置单元位于外罩内。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述多装置控制单元包括雷击保护电路、通信接 口、内部寻址接口、电机控制接口、动力感应接口以及动力控制电路。
5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述模块切换装置包括至少一个开关、信号路由 装置、以及多个地址寄存器，每个地址寄存器与所述天线的波束系统相关联。
6.一种用于电信系统的基站天线，包括多个波束系统，所述多个波束系统由天线壳体支撑，每个波束系统包括多个天线元 件，用于在传播方向上引导电磁能量的波束；多个移相器，所述移相器可操作地连接至所述 天线元件，用于使波束传播方向倾斜；控制装置，所述控制装置可操作地连接至所述移相 器，用于操作所述移相器以使波束传播方向倾斜；以及齿轮-电机单元，所述齿轮-电机单 元可操作地连接至所述控制装置，用于以电-机的方式驱动所述控制装置以使波束传播方 向倾斜；插座，所述插座由所述壳体支撑；多装置控制单元，所述多装置控制单元构造为用于手动地插入所述插座中以及从所述 插座中移除，所述插座操作为选择性地控制各波束系统的波束传播方向；以及至少一个模块切换装置，所述至少一个模块切换装置能够操作成使所述多装置控制单 元与天线系统的电机及位置传感器连接，从而使所述多装置控制单元的单组控制电子部件 能够选择性地控制各波束系统的波束传播方向。
7.根据权利要求6所述的天线，其中，所述多装置控制单元基本包括雷击保护电路，通 信接口、内部寻址接口、电机控制接口、动力感应接口以及动力控制电路。
8.根据权利要求7所述的天线，其中，所述模块切换装置基本包括一个或更多个开关、 信号路由装置、以及多个地址寄存器，每个地址寄存器与所述天线的波束系统相关联。
9.一种用于提供带有任选的多波束远程电动倾斜控制功能的用于电信系统的基站天 线的方法，包括以下步骤为天线运营商提供天线，所述天线包括由天线壳体支撑的多个波束系统，每个波束系统包括多个天线元件，用于在传播方向上引导电磁能量的波束；多个移相器，所述移相器 可操作地连接至所述天线元件，用于使波束传播方向倾斜；控制装置，所述控制装置可操作 地连接至所述移相器，用于操作所述移相器以使波束传播方向倾斜；以及齿轮-电机单元， 所述齿轮_电机单元可操作地连接至所述控制装置，用于以电-机的方式驱动所述控制装 置以使波束传播方向倾斜；在交付给天线运营商之前，为所述天线设置插座，所述插座由所述壳体支撑； 在交付给天线运营商之前，为所述天线设置切换装置，所述切换装置可操作成使多装 置控制单元与天线系统的电机及位置传感器连接，从而使所述多装置控制单元的单组控制 电子部件能够选择性地控制各波束系统的波束传播方向；以及响应于最初交付天线之后收到的来自天线运营商的对于任选的多波束远程电动倾斜 控制功能的需求，为天线运营商提供所述多装置控制单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多波束远程电动倾斜控制基本包括雷击保 护电路、通信接口、内部寻址接口、电机控制接口、动力感应接口以及动力控制电路。
11.根据权利要求10所述的天线，其中，所述模块切换装置基本包括一个或更多个开 关、信号路由装置、以及多个地址寄存器，每个地址寄存器与所述天线的波束系统相关联。
全文摘要
带有构造为可插入到天线的插座内以及从天线的插座中移除的多装置控制单元及模块切换单元的RET天线。多装置控制单元与位于天线内的电机及位置传感器一起工作，以使位于多装置控制单元中的单一控制器能够控制多个诸如移相器控制电机这样的嵌入式电-机致动器。多装置控制单元包括小壳体内的雷击保护电路、通信电路、电机控制器、动力控制电路以及电机位置感应电路。通过模块切换单元在天线内的所有电机之间共用这些部件，这使多装置控制单元内的单组部件能够替换设置在现有RET天线内的冗余部件。
文档编号H01Q3/00GK102150325SQ200980108711
公开日2011年8月10日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月11日
发明者埃里克·普罗托, 安东尼·帕洛内, 弗兰克·苏利耶, 格雷戈里·吉拉德 申请人:安费诺有限公司