天线、电调控制装置及其电下倾角调节控制方法与流程

本发明涉及通信技术领域，具体而言，本发明涉及一种天线、电调控制装置及其电下倾角调节控制方法。

背景技术：

基站电调天线的电下倾角调整，通常是通过电机的转动来带动天线移相器的移动实现的。当前的电调控制系统的设计中，一个电机对应调节一个天线频段的移相器，动辄数十个频段的多频段天线就需要使用多个电机。随着多频电调天线的广泛使用，如果每个天线频段都需要使用一个电机去调节，多频天线电调控制器的成本将越来越高，体积也将越来越大。这跟未来天线“小型化、智能化、定制化”的发展方向相矛盾。

包含本申请人在内，业内主体不断针对电调控制系统提出演进方案，但总体上效果均较为一般，原因在于对体积上越来越小的天线而言，频段数倍增而间距越来越小，要满足这种情况下的集中控制调相需求，就需要系统地解决问题，这一方面涉及到对电调控制机械传动结构部分的改进，另一方面也涉及到机电控制部分的改进，而且两方面之间需要有机协调，既要考虑结构成本因素，也要考虑操控稳定因素等。

综上，现有技术中针对多频段天线的电调控制方案，仍然存在较大的改进空间。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供结构简单、控制稳定的电调控制装置。

本发明另一目的旨在提供一种操作简单的电下倾角调节控制方法。

本发明又一目的旨在提供一种天线。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的一种电调控制装置，包括机电控制模块、移相驱动模块以及切换传动模块，

所述移相驱动模块包括沿周向均匀布设且沿轴向可伸缩设置的多个调相控制件，调相控制件套设有控制其自身转动的输出齿轮，每个调相控制件用于与天线的一个对应频段的移相部件相联动设置；

所述切换传动模块用于将第一转动力矩转换为运行在其传动轴上的选频部件的直线运动，将第二转动力矩转换为所述选频部件及由该传动轴驱动的二级主动齿轮的周向运动，所述二级主动齿轮用于与一个被所述选频部件对准并执行直线运动后顶起的调相控制件上套设的输出齿轮相啮合；

所述机电控制模块用于接收外部指令而控制其第一电机和第二电机相应输出所述第一转动力矩和第二转动力矩，以通过两个转动力矩的配合而控制所述选频部件对准其中一个调相控制件执行移相控制。

进一步的，所述切换传动模块在对准其中相邻两个调相控制件的间距两端分别设置正向止挡件与逆向止挡件，用于限制所述选频部件在该正向止挡件与逆向止挡件所定义的最大行程范围内选定对准一个调相控制件。

进一步的，所述机电控制模块包括控制单元以及与该控制单元电性连接的所述的第一电机和第二电机、通信模块、存储器与霍尔反馈器件，所述霍尔反馈器件用于检测第二电机的转动数据而提供给该控制单元计算出对应的运动量程，所述存储器用于存储各个频段对应的信号的电下倾角状态数据，所述通信模块用于接收所述的外部指令。

本发明还提供一种电下倾角调节控制方法，由前述电调控制装置的控制单元执行，其包括如下步骤：

步骤s11：控制所述第一电机正转输出第一转动力矩，带动传动轴上的选频部件直线运行而实现下降复位，使该选频部件脱离与任何调相控制件的接触以确保释放调相控制件与该传动轴上的二级主动齿轮的啮合；

步骤s12：控制所述第二电机输出第二转动力矩，带动传动轴上的选频部件周向运动到达该外部指令所指定的目标频段所对应的调相控制件的对准位置；

步骤s13：控制所述第一电机反转输出第一转动力矩，带动传动轴上的选频部件直线运行而上升，从而顶起与其位置相对准的调相控制件，使其伸出端与目标频段的移相部件相连接，使其输出齿轮与传动轴上的二级主动齿轮相啮合；

步骤s14：控制所述第二电机输出第二转动力矩，带动传动轴上的二级主动齿轮周向运动而控制以输出齿轮与之相啮合的调相控制件转动，从而带动与该调相控制件相连接的移相部件实施移相，而改变目标频段信号所产生的电下倾角。

进一步的，所述的电下倾角调节控制方法还包括前置步骤：

步骤s10：响应电调控制装置的通信模块所接收的外部指令，启动电机进行待机状态。

进一步的，所述的电下倾角调节控制方法还包括后续步骤：

步骤s15：将目标频段当前形成的电下倾角状态数据存储于所述存储器中。

进一步的，步骤s12包括如下具体步骤：

步骤s121：控制第二电机进行初始化校准，计算出正向止挡件到逆向止挡件的运动量程；

步骤s122：根据该运动量程计算出将选频部件转动到目标频段对应的调相控制件所在位置所对应转动方向和转动量；

步骤s123、控制第二电机运行按照该转动方向和转动量执行，使所述选频部件转动到与该目标频段的调相控制件相对准的位置。

进一步的，步骤s121包括如下具体步骤：

步骤s1211：控制所述第二电机正转以通过所述选频部件探测正向止挡件；

步骤s1212：控制所述第二电机反转以通过所述选频部件探测逆向止挡件；

步骤s1213：通过霍尔反馈器件检测第二电机的转动而提供的转动数据计算出正向止挡件到逆向止挡件的运动量程。

进一步的，步骤s14包括如下具体步骤：

步骤s141：从存储器中读取所述目标频段相对应的电下倾角状态数据，获得其电下倾角的当前角度信息；

步骤s142：从通信模块提供的外部指令中提取目标角度信息；

步骤s143：根据预存算法计算出目标角度信息与当前角度信息之间的角度差所对应的调角行程；

步骤s144：控制所述第二电机按照所述的调角行程而转动，而经传动轴带动所述二级主动齿轮，由二级主动齿轮带动相应的调相控制件实施移相，从而实现目标频段的电下倾角的调节。

本发明另外还提供了一种天线，其采用上述的电下倾角调节控制方法进行信号的电下倾角调节。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的一种电调控制装置和电下倾角调节控制方法，通过机电控制模块接收外部指令将第二转动力矩转换为所述选频部件周向运动以选定一个多个调相控制件的其中一个目标调相控制件，将第一转动力矩转换为运行在其传动轴上的选频部件的直线运动，将所选定的目标调相控制件顶至其自身的输出齿轮与传动轴的二级主动齿轮啮合；最后再将第二转动力矩转换为二级主动齿轮的轴向运动，从而通过目标调相控制件的输出齿轮带动目标调相控制件执行移相控制。在完成该目标调相控制件对应的移相控制后，通过控制第一转动力矩，将所述选频部件下移复位，重复以上动作选择下一个目标调相控制件执行相应的移相控制。

本发明提供的电调控制装置通过两个转动力矩的配合而控制所述选频部件对准其中一个调相控制件执行移相控制，因此可以支持多频天线的控制系统，实现只用两个电机结合切换传动模块就可以控制多频天线的角度调整的目的。

由于电调控制装置在结构上做出了改进，因此，在实施控制时仅采用了两个电机分别输出力矩控制不同部件便可实现对多个频段信号的调相控制，结构上的简化确保了操控时的稳定度从而确保了精准调相效果，也大大降低了多频段天线的总体成本。在5g时代，本发明所提出的解决方案，将有助于降低基站整体造价和维护难度。

本发明其他附加有益效果将在具体实施例中给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的电调控制装置的模块之间关系所构成的原理框图；

图2为本发明的切换传动模块主要部件结构以及切换传动模块与移相驱动模块的部分连接结构示意图；

图3为本发明机电控制模块的电路原理框图；

图4为本发明电下倾角调节控制方法的流程示意图；

图5为本发明电下倾角调节控制方法步骤s12的具体流程示意图；

图6为本发明多个调相控制件的周向分布关系及相关止挡件之间的相对位置关系示意图；

图7为本发明电下倾角调节控制方法步骤s121的具体流程示意图；

图8为本发明电下倾角调节控制方法步骤s14的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“连接”可以是直接相接，也可是通过中间部件(元件)间接连接。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元一定为不同的装置、模块或单元，也并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

一种电调控制装置，如图1所示，包括机电控制模块1、移相驱动模块2以及切换传动模块3。

如图2所示，所述切换传动模块3包括第一输入齿轮31和第二输入齿轮32、传动轴30、升降机构34、选频部件35。

所述传动轴30的两端分别固设一级主动齿轮301和二级主动齿轮302，所述一级主动齿轮301和二级主动齿轮302均可以同时随着传动轴30的转动而转动。

在本实施例，所述升降机构34包括一传动齿轮341以及以升降部342，在所述传动齿轮341顺时针或逆时针转动时，所述升降部342可以升高或降低，具体可以通过所述传动齿轮341和升降部342内部设置螺杆螺母传动机构来实现其来回直线运动。

所述选频部件35与一套筒36固定连接，使选频部件35可以随套筒36轴向运动和周向运动。

所述选频部件35设置于所述升降部342背向所述传动齿轮341的一端，可以随所述升降部342的升降而同步升降。

所述传动齿轮341和升降部342以及与选频部件35固定连接的套筒部351顺次套设于所述传动轴30并且设置于所述一级主动齿轮301和二级主动齿轮302之间。所述选频部件35靠近二级主动齿轮302的一端。传动齿轮341枢设于所述传动轴30，两者之间的转动相互不干扰。

当所述套筒36通过升降位于所述传动轴30的第一位置时，其套筒36的内部结构与所述传动轴30连接设置，使其可以随着传动轴30的转动而同向转动，使选频部件35方位随着其转动而改变。

当套筒36位于传动轴30第二位置时，其内部与所述传动轴30脱离连接，使其不能随着传动轴30转动，从而保持选频部件35的方位不变。第二位置与传动齿轮341的距离大于第一位置与传动齿轮341的距离。

所述第一输入齿轮31与所述的传动齿轮341啮合，所述第二输入齿轮32与传动轴30的一级主动齿轮301啮合。

当所述套筒36位于第一位置时，转动第二输入齿轮32，第二输入齿轮32带动传动轴30的一级主动齿轮301，一级主动齿轮301带动传动轴30，传动轴30带动所述套筒部件36，从而改变选频部件35的方位。

在确定好所述选频部件35的方位之后，转动第一输入齿轮31，第一输入齿轮31带动所述传动齿轮341，在所述传动齿轮342转动下，升降机构34的升降部342远离所述传动齿轮341，同时，所述升降部342将所述的选频部件35往传动轴30的二级主动齿轮302的方向推。当与选频部件35固定连接的套筒36位于第二位置时，停止推动套筒36，此时套筒36与所述传动轴30脱离连接。

在套筒36位于第二位置时，转动第二输入齿轮32，第二输入齿轮32带动传动轴30的一级主动齿轮301，一级主动齿轮301带动传动轴30，传动轴30仅带动二级主动齿轮302。

本实施例，将作用于所述第一输入齿轮31的作用力定义为第一转动力矩；将作用于所述第二输入齿轮32的作用力定义为第二转动力矩。因此，所述切换传动模块3内部各个传动部件的相互配合，将第一转动力矩转换为运行在其传动轴30上的选频部件35的直线运动，将第二转动力矩转换为所述选频部件35及由该传动轴30驱动的二级主动齿轮302的周向运动。

所述移相驱动模块2包括沿所述传动轴30的二级主动齿轮302周向均匀布设且沿轴向可伸缩设置的多个调相控制件20。为了更好区分调相控制件20与切换传动模块3的各部件的方位关系，定义传动轴30的二级主动齿轮302的方向为上方，一级主动齿轮301的一端为下方。在套筒36位于第一位置时，其选频部件35位于多个调相控制件20靠近传动齿轮341一端的正下方，且选频部件35运动的圆周范围与所述多个调相控制件20周向分布的圆周对应。使选频部件35在处于与某一个调相控制件20对应的位置时，可以正对着该调相控制件20。

所述调相控制件20套设有控制其自身转动的输出齿轮201，每个调相控制件20用于与天线的一个对应频段的移相部件相联动设置。

用于辐射天线某一频段信号的辐射单元列，由一个或多个移相器负责将信号移相后馈入该辐射单元列的各个相应的辐射单元，而各个移相器的移相均通过所述移相部件的移动来实现，而移相部件的移动通过一个调相控制件20来控制，因此，每个调相控制件20用于对应控制一个频段的辐射单元列的移相部件的移相。

所述移相驱动模块2结合切换传动模块3，其通过调相控制件20实现其对应频段信号的移相设计原理如下：

输入第一转动力矩控制选频部件35的直线运动，在所述套筒36运动到所述第一位置时，输入第二转动力矩，所述选频部件35做周向运动，在所述选频部件35对准某一需要移相的频段信号对应的的调相控制件20时，停止输入第二转动力矩。再次输入第一转动力矩将所述选频部件35向上推，同时所述的选频部件35将对应的调相控制件20往上顶，直至套筒36处于第二位置。这时该调相控制件20控制其自身转动的输出齿轮201与所述传动轴30的二级主动齿轮302啮合。所述二级主动齿轮302用于与每一个被所述选频部件31对准并执行直线运动后顶起的调相控制件20上套设的输出齿轮201相啮合。

在被顶起的调相控制件20与二级主动齿轮302啮合后，输入第二转动力矩，带动所述二级主动齿轮302，进而转动该调相控制件20。因此，调相控制件20的周向运动控制与其连接的移相部件的移相工作以实现对应频段信号的移相。

完成该调相控制件20对应的该频段信号移相之后，输入第一转动力矩，使传动轴30上的选频部件35下降复位，使该选频部件35脱离与该调相控制件20的接触以确保释放该调相控制件20的输出齿轮201与传动轴30上的二级主动齿轮302的啮合。

如需对另一频段信号进行移相，则需再次输入第二转动力矩，改变选频部件35的方位，对准另一调相控制件20，重复以上的调相动作。

如图3所示，所述机电控制模块1包括控制单元10以及与该控制单元10电性连接的所述的第一电机11和第二电机12、通信模块13、存储器14与霍尔反馈器件15。机电控制模块1用于接收外部指令而控制其第一电机11和第二电机12相应输出所述第一转动力矩和第二转动力矩，以通过两个转动力矩的配合而控制所述选频部件35对准其中一个调相控制件20执行移相控制。所述霍尔反馈器件15用于检测第二电机12的转动数据而提供给该控制单元10计算出对应的运动量程，所述存储器14用于存储各个频段对应的信号的电下倾角状态数据，所述通信模块13用于接收所述的外部指令。

基于上述电调控制装置本发明还提供了一种电下倾角调节控制方法，由所述的电调控制装置的控制单元10执行，如图4所述，其包括如下步骤：

步骤s11：控制所述第一电机11正转输出第一转动力矩，带动传动轴30上的选频部件35直线运行而实现下降复位，使该选频部件35脱离与任何调相控制件20的接触以确保释放调相控制件20与该传动轴上的二级主动齿轮的啮合；

此步骤，主要是控制所述第一电机11正转输出第一转动力矩，将所述选频部件35复位处于所述的第一位置。

另外，在此步骤之前，还包括一步骤s10：响应电调控制装置的通信模块13所接收的外部指令，启动电机进行待机状态。

步骤s12：控制所述第二电机12输出第二转动力矩，带动传动轴30上的选频部件35周向运动到达所述外部指令所指定的目标频段所对应的调相控制件20的对准位置；

由于所述选频部件35在每一次在所有调相控制件20中，选择一个目标调相控制件执行相应的移相动作。由于每一次选择的目标调相控制件20可能不一样，所以当目标调相控制件20完成移相工作，选频部件35下降复位后，其所处的周向位置可能不同。为了使所述的选频部件35能够准确无误地运行到下一个目标调相控制件20，则需要精确控制第二电机12对应输出的第二转动力矩，以控制所述选频部件35的行程。因此，需要对选频部件35的位置和行程进行初始化校准。

如图6所示，在电调控制装置的切换传动模块3中，在所述选频部件35周向运动范围对准其中相邻两个调相控制件20的间距的两端分别设置正向止挡件与逆向止挡件，用于限制所述选频部件35在该正向止挡件与逆向止挡件所定义的最大行程范围内选定对准一个调相控制件20。

有鉴于此,请参阅图5和图6，所述初始化校准的步骤包括以下几个步骤。

步骤s121：控制第二电机12进行初始化校准，计算出正向止挡件到逆向止挡件的运动量程；

所述移相驱动模块2沿所述传动轴30的二级主动齿轮302周向均匀布设多个调相控制件20，以所述移相驱动模块2具有六个调相控制件20的实施例为例。所述六个调相控制件20对应控制多频天线的六个频段信号的移相。如图6所示，在所述六个调相控制件20正对的下方对应的圆周位置，为选频部件35的周向运动路径，在所述的运动路径中，设置六个固定的位置a至f分别对应所述的六个调相控制件20。选择相邻的两个位置a和f相对的边缘处，分别设置一正向止挡件51和逆向止挡件52。

接下来通过以下几个子步骤得到选频部件35的运动量程，如图7所示：

步骤s1211：控制所述第二电机12正转以通过所述选频部件35探测正向止挡件51；

第二电机12正转输出第二转动力矩，推动所述的选频部件35转动，当探测到正向止挡件51后停止输出力矩。所述霍尔反馈器件15检测第二电机12的转动数据存储到存储器中14中。

步骤s1212：控制所述第二电机12反转以通过所述选频部件35探测逆向止挡件51；

第二电机12反转输出的第二转动力矩，推动选频部件35转向逆向止挡件52后，停止输出力矩。霍尔反馈器件15将其探测到的转动数据存储到存储器中14中。

步骤s1213：通过霍尔反馈器件15检测第二电机12的转动而提供的转动数据计算出正向止挡件51到逆向止挡件52的运动量程l。

本步骤，所述控制单元10将霍尔反馈器件15检测到的转动数据计算出选频部件35从正向止挡件51到逆向止挡件52的运动量程l(可以直接采用霍尔反馈器件15计算的转动计数)。

步骤s122：根据所述的运动量程l计算出将选频部件35转动到目标频段对应的调相控制件20所在位置所对应转动方向和转动量；

具体的，参考图6，假如c位置所对应的调相控制件20为本次需要选择的目标调相控制件20。由于在两个相邻的两个位置a和f相对的边缘处，分别设置一正向止挡件51和逆向止挡件52，两个相邻位置的距离为l/(6-1),本次的目标调相控制件20在c的位置，也就是从a开始顺时针的第三个位置，则从正向止挡件51所在的位置a开始，所述选频部件35需要移动的量程l(c)＝(3-1)*l/(6-1)。控制单元10根据计算出来目标调相控制件20所需要移动的量程，向所述第二电机12发出相应的指令，第二电机12收到相应的转动方向及转动量的指令后，执行下一步骤：

步骤s123：控制第二电机12运行从上一步骤得到的转动方向和转动量的指令执行，使所述选频部件35转动到与该目标频段的调相控制件20相对准的c位置，以在下一步骤可以准确无误地将目标调相控制件20往上顶。

在步骤s12，第二电机12输出相应的第二转动力矩将选频部件35准确转到目标调相控制件20对应的位置。

步骤s13：控制单元10向第一电机11发出相应的指令，控制其反转输出第一转动力矩，带动传动轴30上的选频部件35直线运行而上升，从而顶起与其位置c相对准的目标调相控制件20，使目标调相控制件伸出端与目标频段的移相部件相连接，并且使目标调相控制件20的输出齿轮201与传动轴30上的二级主动齿轮302相啮合。

步骤s14：控制单元10向第二电机12再次发出相应的指令，控制所述第二电机12输出第二转动力矩，带动传动轴30上的二级主动齿轮302周向运动，从而通过与二级主动齿轮302相啮合的输出齿轮201带动相应的调相控制件20转动，从而带动与该目标调相控制件20相连接的移相部件实施移相，而改变目标频段信号所产生的电下倾角。

本步骤需要根据该目标调相控制件20对应的目标频段当前的电下倾角状态以及接下来需要调整的角度来确定所述目标调相控制件20需要转动的量，从而根据预存算法算出第二电机12对应需输出第二转动力矩的量。具体的通过以下几个子步骤来实现，如图8所示：

步骤s141：从存储器14中读取所述目标频段相对应的电下倾角状态数据，获得其电下倾角的当前角度信息；

步骤s142：从通信模块13提供的外部指令中提取本次目标频段所需要调整的目标角度信息；

步骤s143：控制单元10根据预存算法计算出目标频段c的目标角度信息与当前角度信息之间的角度差所对应的第二电机的调角行程n。

在本步骤，得到所述的调角行程后，还可以通过校准算法，校准所述目标频段当前的角度信息，以确保在完成调角行程n后，能够得到更加精确的目标角度。需要注意的是，此处所称的调角，指的是天线波束电下倾角。

首先，假定频段c的电下倾角在0°-10°之间，其对应的移相行程可被第二电机12测量，启动第二电机12正向旋转以正向调角，直到第二电机12转动至最大角度10°的位置边界时发生堵转；然后，反向旋转第二电机12运行至最小角度0°对应的位置边界时发生堵转，得到调角10°所对应的调角行程n；需要注意的是，此处调角行程n用霍尔反馈器件15所测得的转动计数数据来加以表示，该转动计数数据本质上对应该频段的移相器的可调节的行程。在此基础上，假如目标频段当前的电下倾角的角度是5°，那么转动第二电机使其运行5*n/10个霍尔计数单位，就是控制移相器运行到电下倾角处于5°的位置，由此，完成目标频段c当前状态的校准。

同理，当知道了一个频段每个角度所占的行程n/10之后，对于需要目标频段需要设置新的目标角度，可以先求出目标角度与内存所存储的当前角度两者的差值，然后计算出所对应的第二电机的调角行程n即可，当然，当然，第二电机12的转动方向则需与差值的正值或负值相对应。

步骤s144：控制单元10控制所述第二电机12按照所述的调角行程n而转动，而经传动轴30带动所述二级主动齿轮302，由二级主动齿轮302带动相应的调相控制件20实施移相，从而实现目标频段c的电下倾角的调节。

在完成目标频段c的电下倾角调节后，还包括一步骤s15：将目标频段当前形成的电下倾角状态数据存储于所述存储器中。以便在下一次该频段c需要调角时提取数据使用。

本实施例所提到的行程数据均为霍尔反馈器件15检测得到的霍尔值经由所述控制单元10根据预定算法计算转化而得到，或者直接采用表征电机转动计数的转动数据即霍尔值作为行程数据也可。所述第一电机12和第二电机13用步进电机实现。

本实施例所述调相控制件20的数量为六个只是基于本发明提供的电调控制装置及其电下倾角调节控制方法的一种实施方式，在其他实施例，调相控制件20的数量可以根据产品的需求增加或者减少，在基于本发明技术方案的前提下，适应修改算法中的数据即可。

本发明还提供一种天线，其采用前述电下倾角调节控制方法进行信号的电下倾角调节。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中发明的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。