带有简化的驱动机构的紧凑式天线移相器的制作方法

相关申请的交叉引用

根据35u.s.c.§119的相关节段，该申请基于2018年4月23日提交的编号为62/661,230的美国临时专利申请“compactantennaphaseshifterwithsimplifieddrivemechanism(带有简化的驱动机构的紧凑式天线移相器)”且要求享有其优先权，其全部内容由此通过引用并入。

本发明涉及无线通信，且更特别地涉及并入机械移相器的小蜂窝(cell)天线。

背景技术：

城镇部署蜂窝网络需要紧凑且提供多种增益谱(profile)配置的天线。对该挑战的解决方案是具有若干内部阵列面或扇区(其各自对应于360度角度覆盖区域的给定的方位部分)的圆柱形天线。通常，取决于期望的覆盖区域，天线可必需具有向下或向上倾斜其增益的能力。此类增益图(pattern)的调整按常规用可集成到每个天线阵列面中的移相器来实现。

常规的移相器具有弧刷(wiper)臂，其在弧刷臂远端(与枢转端相反)处单独地接合。该配置具有两个主要的缺点：(1)它增加与移相器相关联的零件数量和材料；以及(2)它限制减小阵列面大小的能力。由于弧刷臂需要一种沿方位轴线延伸到阵列面外边缘的驱动机构，出现后者复杂情况。在具有带三个阵列面或扇区(例如，各自以120度的间隔定向)的圆柱形配置的小蜂窝天线的情况下，常规的驱动机构干扰其它阵列面pcb。这是由于设置在其相应阵列面的外边缘处的驱动机构的配置。因而，驱动机构干扰其它pcb，即，在它们会合处。

因此，存在对一种具有最小轮廓和零件数的允许在圆柱形/扇区天线内安装多个阵列面的移相器的需要。

技术实现要素：

本发明的方面涉及一种用于天线的移相器布置。移相器布置具有成对移相器，每个移相器具有第一弧刷臂和第二弧刷臂，第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有近端和远端以及设置在近端与远端之间的枢转轴线。第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有设置在其下侧上的弧刷臂传导迹线，其中传导迹线设置在枢转轴线与远端之间，且驱动销槽设置在枢转轴线与近端之间。移相器布置具有驱动轴，该驱动轴具有纵向轴线和两个驱动销，其中驱动销设置在驱动轴的相反侧上在距驱动轴的纵向轴线一定侧向距离处，且由多个撑杆机械地联接到驱动轴。驱动销中的每个机械地联接到成对移相器中的每个移相器的对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂，其中在驱动轴沿纵向轴线平移时，每个驱动销在对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂的驱动销槽内滑动，促使第一弧刷臂和第二弧刷臂围绕它们对应的枢转轴线一齐旋转。

本发明的另一方面涉及一种天线，该天线包括rf信号输入端口、多个辐射器，以及在rf信号输入端口与多个辐射器之间电联接的移相器布置。移相器布置具有成对移相器，每个移相器具有第一弧刷臂和第二弧刷臂。第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有近端和远端以及设置在近端与远端之间的枢转轴线。第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有设置在其下侧上的弧刷臂传导迹线，其中传导迹线设置在枢转轴线与远端之间，且驱动销槽设置在枢转轴线与近端之间。移相器布置具有驱动轴，该驱动轴具有纵向轴线和两个驱动销，其中驱动销设置在驱动轴的相反侧上在距驱动轴的纵向轴线一定侧向距离处，且由多个撑杆机械地联接到驱动轴，其中驱动销中的每个机械地联接到成对移相器中的每个移相器的对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂。在驱动轴沿纵向轴线平移时，每个驱动销在对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂的驱动销槽内滑动，促使第一弧刷臂和第二弧刷臂围绕它们对应的枢转轴线一齐旋转。

本发明的另一方面涉及一种具有多个阵列面的天线，多个阵列面中的每个对应于不同的覆盖方位角。阵列面中的每个包括pcb结构、设置在pcb结构上的多个辐射器，以及设置在pcb结构上的移相器布置。移相器布置具有成对移相器，移相器中的每个在一个或多个rf信号输入与多个辐射器之间电联接。每个移相器具有第一弧刷臂和第二弧刷臂，第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有近端和远端以及设置在近端与远端之间的枢转轴线。第一弧刷臂和第二弧刷臂各自具有设置在其下侧上的弧刷臂传导迹线，其中传导迹线设置在枢转轴线与远端之间，且驱动销槽设置在枢转轴线与近端之间。移相器布置具有驱动轴，该驱动轴具有纵向轴线和两个驱动销，其中驱动销设置在驱动轴的相反侧上在距驱动轴的纵向轴线一定侧向距离处，且由多个撑杆机械地联接到驱动轴，其中驱动销中的每个机械地联接到成对移相器中的每个移相器的对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂。在驱动轴沿纵向轴线平移时，每个驱动销在对应的第一弧刷臂和第二弧刷臂的驱动销槽内滑动，促使第一弧刷臂和第二弧刷臂围绕它们对应的枢转轴线一齐旋转。

附图说明

参照某些实施例，可具有本发明的详细描述，使得以该方式可理解本发明的特征，该实施例中的一些在附图中示出。然而，要注意的是，图仅示出该发明的某些实施例且因此不被认为是限制其范围，因为所公开的主题的范围还包含其它实施例。图不必按比例，重点大体上放在示出本发明的某些实施例的特征上。图中，相似的标号用来指示在各种视图各处的相似部分。

图1示出根据本公开内容的示例性圆柱形/扇区天线，其中是三扇区天线，每个扇区跨过一百二十度的覆盖。

图2示出如从天线阵列面的面向外侧所看到的根据本公开内容的示例性移相器组件。

图3示出如从天线阵列面的面向内侧所看到的根据本公开内容的示例性移相器组件。

图4示出根据本公开内容的示例性移相器弧刷臂。

图5是根据本公开内容的带有单个移相器对的阵列面印刷电路板(pcb)的边缘视图。

图6a示出扇区天线和用于其单个扇区的独立驱动的移相器组件的内部透视图。

图6b示出全向扇区天线和用于驱动全向天线的所有扇区的共同驱动的移相器组件的内部透视图。

图7a是图6a中示出的扇区天线的顶视图，其描绘三扇区阵列和沿每个扇区的内面设置的独立驱动的移相器组件。

图7b是图7b中示出的全向扇区的顶视图，其描绘用于沿全向天线的所有扇区同时驱动移相器的竖直轴/辐网。

具体实施方式

本发明涉及一种移相器组件，其中每个弧刷臂具有设置在弧刷臂的中心附近的枢转点，且其中与远端相反的端部与驱动销接合。移相器的两个弧刷臂与单个驱动销接合，且因此都由联接到驱动马达的单个轴驱动。

根据本公开内容的移相器组件需要比常规移相器更少的材料和更少的零件。此外，因为驱动机构基本位于移相器的中心处(沿方位轴线)，在阵列面pcb的外边缘处有更多空间来允许阵列面在方位尺寸上收缩，允许较小的小蜂窝天线。

图1示出示例性小蜂窝天线100。天线100可具有多个阵列面110a、110b和110c，其中的每个对应于方位方向a、b和c，由此每个阵列面110a、110b、110c具有基本覆盖360度的其对应方位部分的增益图。方位方向a、b和c可各自正交于它们对应的阵列面110a、110b、110c的表面，且各自可正交于倾斜(或竖直)轴线z。示例性天线100具有三个阵列面，其各自以120度间隔，然而，将理解的是，该设计的变型(包括阵列面的数量和角度定向)是可能的且在本公开内容的范围内。例如，每个阵列面可跨过九十(90)度或六十(60)度。

阵列面110a、110b、110c中的每个具有印刷电路板(pcb)结构112、多个辐射器130和移相器组件120。每个移相器组件120根据它们沿倾斜轴线z的位置来向成组的辐射器130提供相位差延迟。大体上，沿倾斜轴线位于阵列面110a/b/c的中心(相位中心)处的辐射器130不给予任何相位延迟，且成排的辐射器130根据沿倾斜轴线距相位中心的距离来给予增大的相位差延迟。移相器的大体原理和它们如何运行是本领域中众所周知的。

在本公开内容的天线100的可能变型之中，有两种配置：三扇区和全向。对于三扇区变型，每个阵列面110a、110b、110c独立地操作。在本文中使用的背景下，独立操作意味着每个阵列面110a、110b、110c具有联接到它对应辐射器130的它自己的rf信号，且每个移相器120独立地操作。因而，每个120度扇区独立地操作，即，不受相邻扇区中的rf信号所影响。在全向变型中，三个阵列面110a、110b、110c是统一的，因为阵列面110a、110b、110c上所有的辐射器130联接到相同的rf信号源，且移相器130一齐操作。

图2示出如从天线阵列面110(“阵列面110”的使用可简单为阵列面110a、110b、110c中的任一者或全部)的面向外侧所看到的根据本公开内容的示例性移相器组件120。移相器组件120可包括两对弧刷臂205a和205b，其中的每一者配置成围绕它们相应的轴线210旋转，且由驱动销215相互可旋转地且机械地联接，该驱动销215在pcb槽220内平移。如示出的，弧刷臂205a、205b定向成使得驱动销215位于pcb槽220内的其整个运动范围内或附近。还(以虚线)示出弧刷臂205a、205b，其中驱动销215在pcb槽220内的其中心位置中。移相器组件120还包括pcb开口225和230。pcb开口225和230限定与弧刷臂205a、205b的扫掠对应的弧形边界(当它们响应于驱动销215在pcb槽220内的平移来进行旋转时)。每个弧刷臂205a、205b具有远侧钩部，该远侧钩部与pcb开口225、230中的一个的边缘机械地接合(在下文描述)。

移相器组件120包括多个第一输入/输出rf信号迹线24，其中的每个将一个传导迹线电联接到另一传导迹线。例如，弧刷臂205a、205b可将第一输入/输出rf信号迹线24电联接到第二输入/输出rf信号迹线245。

通过使轴线210置于弧刷臂205a、205b中的每个的中心附近，且通过促使弧刷臂205a、205b如示出的那样接合驱动销215，有可能用单个驱动机构(在下文描述)驱动两个弧刷臂205a、205b。相比之下，常规的弧刷臂205a、205b在近端处具有其轴线，且在其远端处受驱动。

图3示出如从天线阵列面110的面向内侧所看到的根据本公开内容的示例性移相器组件120。弧刷臂205a、205b用虚线示出，因为它们设置在pcb的另一侧上。示出弧刷臂驱动轴300，弧刷臂驱动轴300由支承撑杆305机械地联接到驱动销215。沿倾斜(或纵向)轴线的平移促使驱动轴300并行一致地接合驱动销215。因此，驱动轴300在相应的pcb槽220内一齐驱动弧刷臂205a、205b。结果，弧刷臂205a、205b围绕相应的枢转点210旋转。

图4描绘根据本公开内容的示例性弧刷臂205a或205b的单独透视图。更特别地，且参照图3和图4，弧刷臂205a、205b中的每个具有：(i)用于围绕枢转轴线210旋转的孔口405，(ii)设置在一端处的钩或内弯的端部415，以及(iii)用于接纳驱动销215的槽410，驱动销215在驱动轴300与pcb槽220平移时接合弧刷臂205a、205b。如在上文提到的，钩或内弯的端部415接合pcb开口225、230的边缘，以保证弧刷臂205a、205b与下者之间的电联接：(i)传导迹线，(ii)第一输入/输出rf信号迹线240，和/或(iii)第二输入/输出rf信号输入迹线245。弧刷臂205a、205b中的每个还具有台阶特征420，其高度从弧刷臂205a、205b中的一个到弧刷臂205a、205b中的另一个可不同。考虑到图5中的以下详细论述，此类特征将变得显而易见。

图5是根据本公开内容的带有弧刷臂对205a、205b的印刷电路板pcb112和天线阵列面的边缘视图。示出的弧刷臂对205a、205b可为弧刷臂组件120内的两对中的任一者。其中示出pcb开口225、230，示为pcb112中的间隙；弧刷臂205a、205b(即，经由轴线210可旋转地联接到pcb112)，且经由远侧钩415在pcb开口225、230的边缘处可平移地联接到pcb112。驱动销215联接到两个弧刷臂205a、205b，且可平移地设置在pcb槽220内。

将显而易见的是，第一弧刷臂205a和第二弧刷臂205b关于它们相应台阶特征420中的每个限定可变的高度尺寸。首先，将显而易见的是，为了使两个弧刷臂205a、205b接合驱动销215，它们一定必需错开，使得一个叠置在另一个上。其次，即使第二弧刷臂205b是两个弧刷臂205a、205b中的“较低者”(它带有驱动销槽410的部分更接近于作为弧刷臂205a的相应部分的pcb112)，它继续或仍具有台阶特征。这是由于以下事实：它仍期望在两个弧刷臂205a、205b中的较低者与输入/输出rf信号迹线515中的任一者之间提供距离，以便防止电信号干扰输入/输出rf信号迹线515。

图5中还示出设置在弧刷臂205a、205b的下侧上的弧刷臂传导迹线505。弧刷臂传导迹线505与rf信号迹线240电联接，且取决于rf信号迹线的位置(远侧对近侧)和弧刷臂205a/b围绕由枢转轴线210限定的轴线的角度定向，对rf信号迹线赋予相位延迟。

图6a和图7a中，描绘扇区天线110a的内部透视图。更特别地，为单个扇区天线110a提供独立驱动的移相器组件120。其中，弧刷臂(由pcb结构遮挡)由输入驱动轴300沿输入/输出rf迹线移位和滑动。即，弧刷臂205a、205b由设置在支承撑杆305的远端处的驱动销215可枢转地联接到输入驱动轴300。旋转促动器610转动扇区驱动轴605，扇区驱动轴605采用蜗轮齿轮传动机构来将促动器610的旋转运动转换为沿输入驱动轴300的线性运动。

沿倾斜(或纵向)轴线的平移促使驱动轴300并行一致地接合驱动销215，且促使弧刷臂205a、205b围绕相应的枢转点210旋转。图7a中示出的扇区天线的顶视图描绘至少三个独立驱动的移相器组件120，每个移相器组件沿每个扇区的内面设置。

图6b和图7b中，描绘全向天线的内部透视图。更特别地，多个共同驱动的移相器组件120a、120b、120c由驱动轴/撑杆布置一齐驱动。移相器组件120a、120b、120c中的每个由中心轴650和辐式支承撑杆655、660的组合来移位。中心轴610由轴配件665可滑动地安装到pcb的背侧，且由旋转促动器670上下平移。

更特别地，旋转促动器670驱动蜗轮齿轮传动机构来将促动器670的旋转运动转换为沿中心输入轴610的线性运动。沿倾斜(或纵向)轴线的平移由驱动轴650实现，驱动轴650接合弧刷臂205a、205b中的每个且使弧刷臂205a、205b中的每个围绕它们相应枢转轴线210中的每个枢转。图7a中示出的全向天线的顶视图描绘由共同促动的中心轴650移位的多个独立驱动的移相器组件120a、120b、120c。

虽然本文中以被认为是最实际和优选的实施例来示出和描述本发明，认识到，可在所描述的方法和系统中进行改变、修改、调配、变型和变更，且其对前述描述的本领域技术人员将是显而易见的，其未脱离本发明的精神和范围，因此不限于本文中的细节。出于该原因，期望此类改变包括于所附权利要求书的范围内。用于阐述实施例的描述方式应解释为说明性的，而不是限制权利要求书的整个范围，该权利要求书包含其任何和所有等同物。