在移動通信基站中的可變波束控制天線的製作方法

2023-09-20 13:40:20 3

專利名稱：在移動通信基站中的可變波束控制天線的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種在移動通信基站中的天線，具體地涉及一種可變 波束控制天線，該可變波束控制天線設置為控制天線的水平波束寬度和水 平調向。
背景技術：
在發展的早期，儘管移動通信系統中使用固定天線作為基站天線，但 是近年來，垂直可變下傾天線由於其先進性而被廣泛地使用。這個垂直可 變下傾天線通過使用移相器來調整在垂直陣列中的相位，因而根據單元站 點的過剩垂直地控制天線波束。近年來，甚至用於在區段(sector)的方向上，根據在單元站點內部 的訂戶的分布，水平地對天線波束進行調向的技術已經得到了發展。為了 水平地控制天線波束，可以考慮兩種方式通過提供到每列的信號的電相 位控制的電子水平波束控制，和使用一列式天線的機械水平調向。由於機械的波束控制方案在天線尺寸和成本上是有利的，且具有不引 起水平旁瓣的電子的優點，而被廣泛使用。無須說，垂直波束控制方案通 過單獨操作進行，因而可應用到垂直傾斜和水平調向。使用裝配有垂直傾斜和水平調向的兩維控制功能的天線，根據訂戶分 布的動態網絡優化成為可能。然而，在實際單元站點僅使用兩維波束控制 可能會產生問題。在最典型的區段結構中，即，三個120度區段結構中， 當根據訂戶分布調整水平調向方向時，可能會產生遮蔽或者增加區段間的 重疊區域。因而，為了水平調向方向的調整，需要改變水平波束寬度以抑 制遮蔽並最小化重疊區域。至今為止，簡單且低成本地實施水平波束寬度改變功能是非常困難的。傳統上，水平波束寬度以三種方式改變。其中一種方式是調整在一個l列式天線中反射器的角度和長度。它是用於垂直偏振天線的典型方法。其例子公開在"Ref. Mobile Ante皿a System Handbook, L Fujimoto and丄R. James pp. 133-134 ，，(參見 《移動天線系統手冊》K. Fujimoto and J. R. James著，133-134頁)。 然而，水平波束寬度改變方法的明顯缺陷在於，由於有效反射器長度，天 線變得非常巨大，並且目前廣泛使用的雙偏振天線的絕緣和交叉偏振降 級。另一種改變水平波束寬度的方式是典型的天線技術，其中三列或者多 列式天線是水平地實施，因而通過每列的相位和分布比率的控制來改變天 線波束寬度。這種技術的例子發現在由"Andrew Corporation"("安德 魯公司")申請的發明名稱為"蜂窩狀天線"的申請號為No. 2003-7000418 的韓國專利中。這種方法在移動通信基站中用於商業化是不可行的。儘管在典型移動通信基站中使用一列式或者兩列式天線實現預定波 束寬度，但是上述技術需要至少三列式天線。因而增加了天線尺寸和成本。 而且，為了改變分布比率和相位，使用昂貴且高損耗部件，因而減少天線 增益。因而，採用這種方法的天線被用於軍事目的。另一種方法是兩列式或者多列式天線被水平實施，並且在各列中的反 射器的水平調向方向被機械地控制以相互交叉，因此以控制波束寬度。實 際上，用這種天線難以形成適合區段的典型天線波束。這種技術的例子發 現在由本申請人申請的名稱為"在移動通信基站中用於控制天線的裝置"， 專利申請號為No. 2003-95761的韓國專利申請。當通過改變天線波束寬度 獲得寬的波束寬度時，在天線的向前方向產生紋波，並且不同於"急劇跌 落"的輻射圖增加了區段之間的重疊區域。這種方法也需要至少兩列式天 線。發明內容因而，本發明的目的是提供一列式天線，該天線設置為控制水平波束寬度。本發明的另 一個目的是提供一種在移動通信基站中可變波束控制天 線，其是一列式天線，該一列式天線設置為控制水平波束寬度，並因此適 合於高功能、低成本和網絡優化。本發明的進一步的目的是提供一種在移動通信基站中可變波束控制 天線，其是一列式天線，該一列式天線設置為控制水平波束寬度和水平調 向。通過提供一種在移動通信基站中可變波束控制天線實現上述目的。在 天線中，至少兩個輻射器部分垂直地布置以具有相同轉動中心，每個具有 帶有安裝其中的至少一個輻射器的反射器。至少一個力產生器通過外部控 制信號提供轉動力，和力傳遞部分傳遞力產生器產生的轉動力到至少一個 反射器且因而轉動至少一個反射器。優選地，天線進一步包括第二力產生器，所述第二力產生器用於提 供轉動力以轉動整個輻射器部分；和第二力傳遞部分，所述第二力傳遞部 分用於將第二力產生器產生的轉動力傳遞到輻射器，並因而轉動整個輻射 器。


圖l是根據本發明的實施方式的安裝在移動通信基站的可變波束控制 天線的示意圖-,圖2示意性地說明圖1所示天線中反射器的轉動位置的例子； 圖3是根據本發明的另一種實施方式的安裝在移動通信基站的可變波 束控制天線的示意圖；圖4是圖1中所示天線的波束寬度控制模擬結果的示例圖； 圖5是圖3中所示天線的波束寬度控制模擬結果的示例圖； 圖6A、圖6B和圖6C是說明根據本發明第三實施方式的在移動通信基站中的可變波束控制天線的重要部分的立體圖；圖7是在圖6A、圖6B和圖6C中所示的天線的重要部分中第二輻射器的底部局部放大立體圖；圖8A和圖8B是從圖6A、圖6B所示的天線修改的天線的示例圖。
具體實施方式
本發明優選的實施方式將使用附圖詳細地說明如下。諸如具體部件的 細節被描述在如下的說明中，對本領域技術人員而言很明顯，這些細節被 提供用於充分理解本發明，並且因而在本發明範圍內可以對它們做出變化 和修改。圖l是根據本發明的實施方式的安裝在移動通信基站的可變波束控制天線的示意圖，圖2示意性地說明圖1所示天線中反射器的轉動位置的例 子。參考圖1和圖2，根據本發明的實施方式的用於改變水平波束寬度的天 線是一列式天線結構。該天線在垂直方向上有三個單獨的輻射器部分。艮P， 單獨地設置有第一輻射器部分IO、第二輻射器部分20和第三輻射器部分 20。為了接收和傳輸用於移動通信的無線信號，每個輻射器部分設置有具 有天線裝置的反射器，所述天線裝置包括至少一個適當地布置其中的輻射 器。在圖l所示的例子中，第一輻射器部分10設置有第一反射器11，所述 第一反射器ll包括第一、第二和第三反射器lll、 112和113。第二輻射器 部分20設置有第二反射器21，所述第二反射器21包括第四、第五和第六反 射器2U、 212和213。第三輻射器部分30設置有第三反射器31，所述第三 反射器31包括第七、第八和第九反射器311、 312和313。根據本發明的實施方式，第一、第二和第三反射器ll、 21和31設置成 圍繞第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30中的相同轉動中心轉動。或 者它們可以設置成圍繞不同轉動中心轉動，該不同轉動中心或多或少地偏 離共同的轉動中心。第一、第二和第三力產生器13、 23和33設置為響應外部控制信號對第 一、第二和第三反射器1K 21和31產生轉動力。它們可以是電動機。第一、第二和第三力傳遞部分12、 22和32設置以將第一、第二和第三 力產生器13、 23和33產生的轉動力傳遞到第一、第二和第三反射器ll、 21 和31並且因而轉動它們。第一、第二和第三力傳遞部分12、 22和32設置為包括多個齒輪、軸和軸承。控制第一、第二和第三力產生器13、 23和33操作的外部控制信號可以 由電纜或者無線地從源提供，§卩，從天線、基站主體(沒有顯示)或者基 站控制器附近提供。當高建築被建立或者新基站建築在附近區域，或者當輻射環境由於臨 時電話數量增加而改變時，為了最優單元規劃，合適的控制信號被應用到 第一、第二和第三力產生器13、 23和33，因而在合適程度上轉動第一、第 二和第三反射器ll、 21和31。在具有上述結構的天線中，第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30 包含在一個天線罩50中，所述天線罩50作為殼體，該殼體用上下帽(沒有 顯示)密封。因而，天線罩50使第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30 共同地看起來像單個天線。圖3是根據本發明的另一種實施方式的安裝在移動通信基站的可變波 束控制天線的示意圖。天線與圖l中所示天線在結構和原理上相同。儘管 第一、第二和第三反射器ll、 21和31中的輻射器在圖1的天線中是一列式 陣列結構的，但是如圖3所示的本發明的第二實施方式中，輻射器以兩列 設置在反射器中。圖4是圖1中所示天線的波束寬度控制模擬結果的示意圖，圖5是圖3 中所示天線的波束寬度控制模擬結果的示意圖。參考圖4和圖5，示出了根 據第一和第三反射器11和31相對在中間的第二反射器21的轉動角度(方 向)的水平波束寬度的變化，並且注意到獲得了好的波束形成。圖4和圖5 所示的模擬結果總結在如下表1和表2中。(表l)波束寬度6590120輻射方向0±41±54(表2)波束寬度33456590輻射方向0±24±30±36通過垂直地布置成一列的第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30 相互轉動方向的合適控制，根據本發明的第一和第二實施方式的用於移動 通信基站的可變波束控制天線能夠可變化地控制水平波束寬度，並且可以 形成在天線的向前方向上帶有很少紋波的波束。儘管已經描述了第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30設置有它們 各自的第一、第二和第三力產生器13、 23和33以轉動第一、第二和第三反 射器ll、 21和31，但是可以進一步預期第一、第二和第三反射器ll、 21和 31是通過使用一個力產生器和力傳遞部分來部分地或者整體地轉動，所述 力傳遞部分帶有多個齒輪和齒輪軸用於部分地或者整體地將力產生器產 生的力傳遞到第一、第二和第三輻射器部分IO、 20和30。圖6A、圖6B和圖6C是說明根據本發明第三實施方式的在移動通信基站 中的可變波束控制天線的重要部分的立體圖。具體而言，圖6A示出了從左 上方觀察的天線的重要部分的後部，圖6B示出了從右下方觀察的天線的重 要部分的後部，圖6C示出了從比所述左上方低的高度觀察的天線的重要部 分的後部。在圖6C中沒有顯示力產生器。圖7是在圖6A、圖6B和圖6C中所 示的天線的重要部分中第二發射器的底部的局部放大立體圖，相當於從左 上方觀察的天線的重要部分的前部的視圖。如圖1和圖3所示的天線，參考圖6A到圖7，這個天線具有三個垂直的 單獨的輻射器部分和第一、第二和第三反射器ll'、 21'、 31'，該第一、 第二和第三反射器垂直地布置為具有相同轉動中心。如在第一實施方式 中，第一、第二和第三反射器1T、 21'、 31'可以不具有相同轉動中心。第二反射器21'由圖7中的固定導向件440a和44b固定到天線罩(沒有 顯示)並且第一和第三反射器ll'、 31'可轉動地安裝。包括電機的力產生器33'安裝在第三反射器31'下面，並且電機的轉動 軸與第三反射器31'通過齒輪連接，因而第三反射器31'隨著電機的轉動一 起轉動。在這種結構中，通過帶有多個齒輪和齒輪軸的力傳遞部分，第一反射器ir設置為在與第三反射器3i'的轉動相反的方向轉動。第一到第五齒輪411到415和齒輪軸416共同形成力傳遞部分。第一齒輪連接到第三反射器31'的上端部分，因而它可以隨著第三反射器31'的轉動一起轉動。第二齒輪412安裝為與第一齒輪411嚙合地轉動， 且第三齒輪413安裝為與第二齒輪412嚙合地轉動。第五齒輪415連接到第 一反射器ir的下端部分，因而第一反射器11'可以隨著第五齒輪415的轉 動一起轉動。第二齒輪414安裝為與第五齒輪415嚙合地轉動。第三齒輪413由齒輪軸416連接到第四齒輪414。當第三齒輪413轉動 時，這個齒輪軸4165轉動，因而又轉動第四齒輪414。當第三反射器33'通過驅動力產生器33'轉動時，第一到第五齒輪411 到415依次轉動。因此，第一反射器11'以與第三反射器33'的轉動相反的 方向轉動。在根據本發明的第三實施方式的這個可變波束控制天線中，第一和第二反射器ir和3r相對第二反射器2i'彼此互相作用，因此在相反方向上轉動。因此，水平波束寬度能夠可變地控制。同時，在圖6A到圖7中，支 撐杆430設置在合適位置以穩定地支撐第二反射器21'。圖8A和8B是從圖6A、圖6B所示的天線修改的天線的示意圖。圖8A示出 了從左上方觀察的天線的重要部分的後部，而圖8B示出了從右下方觀察的 天線的重要部分的後部。參照圖8A和8B，這個天線幾乎與第三實施方式的 天線結構相同。該天線具有帶電機(未示出)的第二力產生器53，用於轉動整個第一、第二和第三反射器ir、 21'和3r以控制水平調向和水平波束寬度；和第二力傳遞部分52。第二力產生器53響應外部控制信號而操作。第二力產生器53設置有用 於轉動整個第一、第二和第三反射器ll'、 21'和31'的電機。第二力傳遞 部分52設置到力產生器33'的固定框架的下部。因而，在第二力產生器53 中的電機的轉動軸通過齒輪連接到力產生器33'的固定框架，因而固定框 架隨著電機的轉動一起轉動。因而，在力產生器33'中的固定框架的轉動 導致整個第一、第二和第三反射器ll'、 2r和31'轉動。儘管已經說明了第二反射器21'在圖6A、6B和6C中通過圖7的固定引導 件440a和440b固定到天線罩(沒有顯示)中，但是在圖8A和8B所示的天線結構中，第二反射器2r可轉動地安裝並且因而沒有固定到天線罩。在修改的天線中，第一、第二和第三反射器ir、 2i'和3r整體地轉 動，因而天線的水平調向能夠可變化地控制。儘管參照本發明的某些優選的實施方式本發明已經被示出和說明，但 是本領域所屬技術人員將理解，在不背離本發明的精神和範圍的情況下， 可以對該實施方式進行形式和細節上的多種變化。例如，儘管已經說明了根據本發明的實施方式的天線具有三個單獨的 輻射器部分，但是可以作為其它實施方式進一步設想天線具有兩個或者四 個或者更多輻射器部分。考慮到垂直旁瓣特徵、實施的複雜性和成本，這 個輻射器結構可以被合適地設計。另外，儘管輻射器部分設置為通過使用力產生器和力傳遞部分而轉動，即，通過機械的水平波束寬度改變方案而轉動，但是替代上述方案可 採用電子的水平波束寬度改變方案，如同控制水平調向的電子水平調向方 案，在電子的水平波束寬度改變方案中天線的水平波束寬度通過控制從輻 射器部分的輻射器發射的信號的相位而控制。因而，在不背離所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況 下，可以對該實施方式進行形式和細節上的多種變化。如上所述，因為根據本發明的用於移動通信基站的可變波束控制天線 設置為能夠控制水平波束寬度的一列式天線，因此根據本發明的用於移動 通信基站的可變波束控制天線可以低成本生產，並且允許對近來的移動通 信無線網絡所要求的容易自動優化。雖然傳統上，對於基站區段需要帶有 不同波束寬度的很多種天線，但是在本發明中單個天線容易改變其波束寬 度。進而，這個一列式天線可以控制水平調向和水平波束寬度。
權利要求
1.一種在移動通信基站中的可變波束控制天線，包括至少兩個輻射器部分，所述輻射器部分垂直地布置，每個輻射器部分具有反射器，該反射器帶有安裝在其中的至少一個輻射器。至少一個力產生器，用於通過外部控制信號提供轉動力；和力傳遞部分，用於將力產生器產生的轉動力傳遞到至少一個反射器，並且因而轉動所述至少一個反射器。
2. 根據權利要求l所述的可變波束控制天線，其中反射器安裝在一個 用作殼體的天線罩中，所述天線罩由上下帽封閉。
3. 根據權利要求l所述的可變波束控制天線，其中反射器具有相同的 轉動中心。
4. 根據權利要求l所述的可變波束控制天線，其中反射器具有不同的 轉動中心。
5. 根據權利要求1至4中的任何一項所述的可變波束控制天線，其中 輻射器在反射器中布置成一列或者兩列。
6. 根據權利要求1至4中的任何一項所述的可變波束控制天線，進一 步包括第二力產生器，用於提供轉動力以轉動整個輻射器部分；和 第二力傳遞部分，用於將第二力產生器產生的轉動力傳遞到輻射器， 並且因而轉動全部輻射器。
7. —種在移動通信基站中的可變波束控制天線，包括-第一、第二和第三雙輻射器部分，該第一、第二和第三雙輻射器部分 垂直地依次布置，第一、第二和第三雙輻射器部分中的每一個具有反射器， 該反射器帶有至少一個安裝在其中的輻射器；力產生器，用於通過外部控制信號提供轉動力以轉動第三輻射器部分 的反射器；和力傳遞部分，用於隨同第三輻射器部分的反射器的轉動一起，在與第三輻射器部分的反射器的轉動方向相反的方向上，轉動第一輻射器部分的 反射器。
8. 根據權利要求7所述的可變波束控制天線，其中力傳遞部分包括第一齒輪，所述第一齒輪連接到第三輻射器部分的反射器的端部，用 於隨同第三輻射器部分的反射器的轉動一起轉動；第二齒輪，用於隨著第一齒輪的轉動一起轉動； 第三齒輪，用於隨著第二齒輪的轉動一起轉動； 齒輪軸，用於隨著第三齒輪的轉動一起轉動； 第四齒輪，用於隨著齒輪軸的轉動一起轉動；和第五齒輪，連接到第一輻射器部分的反射器的端部，用於隨著第四齒 輪的轉動一起轉動，並且因而轉動第一輻射器部分的反射器。
9. 根據權利要求7所述的可變波束控制天線，其中反射器安裝在一個 用作殼體的天線罩中，所述天線罩由上下帽封閉。
10. 根據權利要求7、 8、 9中任何一項所述的可變波束控制天線，其 中輻射器在反射器中布置成一列或者兩列。
11. 根據權利要求7、 8、 9中的任何一項所述的可變波束控制天線， 進一步包括第二力產生器，用於提供轉動力以轉動整個輻射器部分、力產生器和 力傳遞部分；和第二力傳遞部分，用於將第二力產生器產生的轉動力傳遞到至少所述 力傳遞部分，並且因而轉動整個輻射器部分、力產生器和力傳遞部分。
12. —種在移動通信基站中的可變波束控制天線，包括至少兩個輻射器部分，所述輻射器部分垂直布置，每個輻射器部分具 有反射器，該反射器帶有至少一個安裝在其中的輻射器；用於響應外部控制信號，控制提供到輻射器部分的信號的相位的可變 移相器；和力產生器，用於通過外部控制信號產生力以操作可變移相器。
全文摘要
提供一種用於移動通信基站的天線。在移動通信基站中的可變波束控制天線中，至少兩個輻射器部分垂直地布置，每個具有反射器，該反射器帶有至少一個安裝其中的輻射器。至少一個力產生器通過外部控制信號提供轉動力，並且力傳遞部分將力產生器產生的轉動力傳遞到至少一個反射器，並因而轉動至少一個反射器。根據本發明，因為可變波束控制天線設置為能夠控制水平波束寬度的一列式天線，因此可變波束控制天線可以低成本生產，並且允許對近來移動通信無線網絡所要求的容易自動優化。
文檔編號H01Q3/26GK101331647SQ200680047027
公開日2008年12月24日 申請日期2006年4月5日 優先權日2005年12月13日
發明者文營燦, 邵盛煥, 金仁昊, 金德龍 申請人:Kmw株式會社