蜂窝天线及其系统和方法
专利汇可以提供蜂窝天线及其系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种蜂窝天线，其允许与诸如电向下倾 角 、电波束宽度或电方位调节之类的一个或多个其它天线属性的调节结合的机械方位调节。提供了一种集成控制装置，其可以利用串行、无线或RF馈送线路来传播通信。多频带 实施例 通过利用机械和电方位调节来提供用于两个频带的方位调节。还提供了一种合并了此类天线的系统及控制它们的方法。，下面是蜂窝天线及其系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种蜂窝天线，包括：
阵列天线，该阵列天线相对于天线杆可旋转地安装，以便使得能 够进行所述天线的波束的方位转向；
方位位置激励器，被配置为使所述阵列天线相对于天线杆旋转； 以及
激励器控制器，被配置为通过可寻址串行总线来接收与分配给该 激励器控制器的地址相关的控制数据，并且根据接收到的方位控制数 据来控制所述方位位置激励器。
2.如权利要求1所述的天线组件，进一步包括天线屏蔽器，在该 天线屏蔽器内部所述阵列天线被可旋转地支撑。
3.如权利要求2所述的天线组件，其中，所述天线杆包括适于向 所述天线屏蔽器顶部的天线提供主要物理支撑的天线悬置结构。
4.如权利要求2所述的天线组件，其中，所述方位位置激励器被 配置为使所述天线屏蔽器顶部的阵列天线旋转。
5.一种包括如权利要求1中所限定的至少一个阵列天线组件的天 线系统和一种包括基站控制器的控制装置，该基站控制器适于产生用 于向所述激励器控制器发射的所述寻址控制数据。
6.如权利要求5所述的天线系统，包括被配置为通过RF馈送线 路在所述基站控制器与所述激励器控制器之间传送控制数据的调制/解 调装置。
7.如权利要求5所述的天线系统，包括被配置为在所述基站控制 器与所述激励器控制器之间传送控制数据的无线通信装置。
8.如权利要求5所述的天线系统，包括直接连接在所述基站控制 器与所述激励器控制器之间的可寻址串行总线。
9.如权利要求6所述的天线系统，其中所述可寻址串行总线是 RS485总线。
10.一种包括多个基站天线站点的网络管理系统，每个基站天线 站点具有如权利要求5所限定的一组天线系统，所述网络管理系统包 括被配置为通过所述天线系统的所述基站控制器与单个激励器控制器 进行通信的中央控制器。
11.如权利要求10所述的网络管理系统，其中，所述中央控制器 使用因特网协议与所述基站控制器通信。
12.如权利要求1所述的天线，进一步包括：
馈送网络，被配置为向所述阵列天线的间隔开的辐射元件的阵列 提供信号以及从其接收信号，该馈送网络包括向下倾角移相器以改变 通过所述馈送网络的信号的相位；
向下倾角移相器激励器，被配置为调节所述向下倾角移相器；
其中，所述激励器控制器被配置为根据接收到的向下倾角控制数 据来控制所述向下倾角移相器激励器，以便调节所述阵列天线的波束 的向下倾角。
13.如权利要求12所述的天线，其中，所述激励器控制器是控制 所述方位位置激励器和所述向下倾角移相器激励器两者的集成控制 器。
14.如权利要求12所述的天线，其中，所述馈送网络包括用于改 变通过所述馈送网络的信号的相位的多个向下倾角移相器和被所述激 励器控制器控制的多个向下倾角移相器激励器。
15.如权利要求1所述的天线，进一步包括：
波束宽度移相器，用于改变通过所述馈送网络的信号的相位；
波束宽度移相器激励器，被配置为调节所述波束宽度移相器；
其中，所述激励器控制器被配置为根据接收到的波束宽度控制数 据来控制所述波束宽度移相器激励器，以调节所述阵列天线的波束的 所述波束宽度。
16.如权利要求1所述的天线，进一步包括：
功率分配器，其改变通过所述馈送网络的不同分支的信号的功率；
功率分配器激励器，被配置为调节所述功率分配器；
其中，所述激励器控制器被配置为根据接收到的波束宽度控制数 据来控制所述功率分配器激励器，以调节所述阵列天线的波束的所述 波束宽度。
17.如权利要求1所述的天线，进一步包括：
馈送网络，被配置为向所述阵列天线的间隔开的辐射元件阵列提 供信号以及从其接收信号，所述馈送网络包括波束宽度移相器以改变 通过所述馈送网络的信号的相位；
波束宽度移相器激励器，被配置为调节所述向下倾角移相器；其 中，所述激励器控制器被配置为根据接收到的波束宽度控制数据来控 制所述向下倾角移相器激励器，以便调节所述阵列天线的波束的波束 宽度。
18.如权利要求1所述的天线，进一步包括：
馈送网络，被配置为向所述阵列天线的间隔开的辐射元件阵列提 供信号以及从其接收信号，所述馈送网络包括功率分配器以调节通过 所述馈送网络的不同分支的信号的相对功率；以及
功率分配器激励器，被配置为调节所述功率分配器；
其中，所述激励器控制器被配置为根据接收到的波束宽度控制数 据来控制所述功率分配器激励器，以调节所述阵列天线的波束的所述 波束宽度。
19.一种蜂窝天线，包括：
阵列天线，该阵列天线相对于天线杆可旋转地安装，以便使得能 够进行所述天线的波束的方位转向，该天线具有用于在第一频带上操 作的第一阵列的辐射元件和用于在第二频带上操作的第二阵列的辐射 元件；
方位位置激励器，被配置为使所述阵列天线相对于天线杆旋转；
第一馈送网络，被配置为向所述第一阵列的辐射元件提供信号以 及从其接收信号，包括方位移相器以改变通过所述馈送网络的信号的 相位；
方位移相器激励器，被配置为调节所述方位移相器；以及
激励器控制器，被配置为接收控制数据，以及根据接收到的机械 方位控制数据来控制所述方位位置激励器，使所述阵列天线相对于天 线杆旋转以改变所述天线的方向，以及根据接收到的电方位控制数据 来控制所述方位移相器激励器，以相对于所述第二阵列的方位波束方 向来调节所述第一阵列的方位波束方向。
20.如权利要求19所述的蜂窝天线，其中，所述第一频带不同于 所述第二频带。
21.如权利要求19所述的蜂窝天线，其中，所述激励器控制器被 配置为通过可寻址串行总线来接收与分配给该激励器控制器的地址相 关的控制数据。
22.如权利要求19所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括向下倾角移相器和向下倾角移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应以调节所述第一阵列的波束的向下倾角。
23.如权利要求19所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度移相器和波束宽度移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应以调节所述第一阵列的波束宽度。
24.如权利要求19所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度功率分配器和波束宽度功率分配器激励器，对来自所述激 励器控制器的驱动信号作出响应以调节所述第一阵列的波束宽度。
25.如权利要求22所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度移相器和波束宽度移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应以调节所述第一阵列的波束宽度。
26.如权利要求22所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度功率分配器和波束宽度功率分配器激励器，对来自所述激 励器控制器的驱动信号作出响应以调节所述第一阵列的波束宽度。
27.如权利要求1所述的天线，进一步包括附着于阵列天线的罗 盘，以使所述罗盘读数指示方位波束方向。
28.如权利要求27所述的天线，其中，所述罗盘将罗盘读数发送 到所述控制器。
29.如权利要求28所述的天线，其中，所述控制信号包括规定期 望方位波束方向的信号，并且其中，所述控制器被配置为基于所述罗 盘读数和所述期望方位波束方向来控制方位转向电动机。
30.如权利要求28所述的天线，其中，所述控制器被配置为针对 磁北与真正北方之间的偏移而修正罗盘读数。
31.一种蜂窝天线系统，包括：
中央控制系统和至少两个如权利要求1所述的天线；
其中，控制器被配置为通过单个可寻址串行总线从所述中央控制 系统接收控制信号。
32.如权利要求31所述的天线系统，其中：
每个天线包括附着于其阵列天线的罗盘，以便所述罗盘读数指示 所述天线的方位波束方向；
将所述罗盘读数发送到所述中央控制系统，所述中央控制系统被 配置为将控制信号发送到命令方位激励器的控制的适当控制器，以便 使该所述罗盘读数与期望的方位波束方向一致。
33.一种调节具有第一和第二阵列的多阵列天线的波束方位的方 法，其中，所述第一阵列具有包括用于调节波束方位的一个或多个可 变元件的馈送网络，该方法包括：
机械地定向所述天线，以便实现所述第二阵列的期望方位波束方 向；以及
设置所述可变元件以便实现所述第一阵列的期望波束方位方向， 所述第一阵列的期望波束方位方向不同于所述第一阵列的所述波束方 位。
34.一种蜂窝天线，包括：
a.第一阵列的辐射元件，被配置为在被激发时产生第一波束；
b.与所述第一阵列相关联的第一馈送网络，其具有用于调节所述 第一波束的方位方向的一个或多个第一可控元件；
c.第二阵列的辐射元件，被配置为在被激发时产生第二波束；
d.与所述第二阵列相关联的第二馈送网络，其具有用于调节所述 第二波束的方位方向的一个或多个第二可控元件，其中，所述第一可 控元件能独立于所述第二可控元件而被控制，以便允许所述阵列的第 一和第二波束的独立方位转向；以及
e.容纳所述第一和第二阵列的天线罩。
35.如权利要求34所述的蜂窝天线，其中，所述第一阵列被设计 为用于第一频带中的操作，并且所述第二阵列被设计为用于第二频带 中的操作，并且其中，所述第一频带不同于所述第二频带。
36.如权利要求35所述的蜂窝天线，其中，所述第一阵列的所述 第一可控元件通过第一电激励器来控制，且其中，所述天线包括激励 器控制器，该激励器控制器被配置为通过可寻址串行总线来接收与分 配给该激励器控制器的地址相关的控制数据。
37.如权利要求36所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括向下倾角移相器和向下倾角移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应，以调节所述第一阵列的波束的向下倾角。
38.如权利要求36所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度移相器和波束宽度移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应，以调节所述第一阵列的波束宽度。
39.如权利要求36所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度功率分配器和波束宽度功率分配器激励器，对来自所述激 励器控制器的驱动信号作出响应，以调节所述第一阵列的波束宽度。
40.如权利要求37所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度移相器和波束宽度移相器激励器，对来自所述激励器控制 器的驱动信号作出响应，以调节所述第一阵列的波束宽度。
41.如权利要求37所述的蜂窝天线，其中，所述第一馈送网络包 括波束宽度功率分配器和波束宽度功率分配器激励器，对来自所述激 励器控制器的驱动信号作出响应，以调节所述第一阵列的波束宽度。
42.如权利要求34所述的天线，进一步包括附着于所述阵列天线 的天线定向传感器，以使所述天线定向传感器读数指示方位波束方向。
43.如权利要求42所述的天线，其中，所述天线定向传感器将罗 盘读数发送到控制所述可控元件的控制器。
44.如权利要求43所述的天线，其中，所述控制器接收控制信号， 所述控制信号包括规定期望方位波束方向的信号，并且其中，所述控 制器被配置为基于所述罗盘读数和所述期望方位波束方向来控制所述 可控元件。
45.如权利要求44所述的天线，其中，所述控制器被配置为针对 磁北与真北之间的偏移而修正所述罗盘读数。
46.如权利要求34所述的蜂窝天线，包括响应于控制命令来机械 地使所述蜂窝天线相对于天线杆转向的机械方位激励器。
47.如权利要求46所述的蜂窝天线，其中，所述机械方位激励器 由机械方位激励器控制器来控制，该机械方位激励器控制器被配置为 通过可寻址串行总线来接收与被分配给该机械方位激励器控制器的地 址相关的控制数据。
48.一种使集成蜂窝天线的波束进行方位转向的方法，所述集成 蜂窝天线具有布置成多个列的第一阵列的辐射元件和布置成多个列的 第二阵列的辐射元件，其中，所述第一阵列的列被馈送相移信号，使 得所述第一阵列的波束的方位方向被定向于第一方向，并且其中所述 第二阵列的列被馈送相移信号，使得所述第二阵列的波束的方位方向 被定向于不同于所述第一方向的第二方向。
49.一种蜂窝天线，包括：
a.阵列天线，该阵列天线具有被配置为在被激发时分别产生第一 和第二波束的第一和第二阵列的辐射元件，所述阵列天线能够相对于 天线杆可旋转地安装，以使得能够进行所述第一和第二波束的机械方 位转向；
b.机械方位激励器，被配置为使所述阵列天线相对于天线杆旋转；
c.第一馈送网络，被配置为向所述第一阵列的辐射元件供应信号 和从其接收信号，包括第一可变元件以便改变通过该馈送网络的信号 的相位；
d.第一可变元件调节器，被配置为调节所述第一移相器；以及
e.激励器控制器，被配置为接收控制数据，并根据接收到的机械 方位控制数据来控制机械方位激励器，以便使所述阵列天线相对于天 线杆旋转以改变所述天线的定向，以及根据接收到的电方位控制数据 来控制所述第一可变元件调节器，以便相对于所述第二阵列的方位波 束方向来调节所述第一阵列的方位波束方向。
50.如权利要求49所述的蜂窝天线，其中，所述第一阵列被配置 为在第一频带上操作，而所述第二阵列被配置为在不同于所述第一频 带的第二频带上操作。
51.如权利要求50所述的蜂窝天线，其中，所述第二阵列在较低 频带上操作。
52.如权利要求49所述的蜂窝天线，其中，所述第二阵列是单列 阵列。
53.如权利要求49所述的蜂窝天线，所述蜂窝天线包括第二馈送 网络，所述第二馈送网络被配置为向所述第二阵列的辐射元件提供信 号以及从其接收信号，包括被激励器控制器控制的第二可变元件，以 改变通过所述第二馈送网络的信号的相位，来调节所述第二阵列的波 束的方位方向。
54.如权利要求53所述的蜂窝天线，其中，所述第一阵列是正交 偶极子的阵列。
55.如权利要求53所述的蜂窝天线，其中，所述第二阵列是环形 辐射器的阵列。
56.如权利要求55所述的蜂窝天线，其中，所述第一和第二阵列 被协同定位。
57.如权利要求53所述的蜂窝天线，其中，所述激励器控制器被 配置为通过可寻址串行总线来接收与分配给该激励器控制器的地址相 关的控制数据。
58.一种调节多阵列天线的波束方位的方法，所述多阵列天线具 有被配置为在被激发时分别产生第一和第二波束的第一和第二阵列的 辐射元件，其中，所述第一阵列具有包括用于调节第一波束方位的一 个或多个可变元件的馈送网络，该方法包括：
a.机械地定向所述天线，以便实现所述第二波束的期望的方位波 束方向；以及
b.设置所述一个或多个可变元件，以便实现所述第一波束的期望 波束方位，所述第一波束的期望波束方位不同于所述第二波束的波束 方位。
59.如权利要求58所述的方法，包括获取关于所述天线的定向的 定向信息，并根据该定向信息机械地定向所述天线。
60.如权利要求59所述的方法，其中，所述定向信息是经由附着 于所述天线的电子罗盘获取的。
61.如权利要求60所述的方法，其中，所述定向信息被供应给远 程中央控制器，所述远程中央控制器提供用于根据该定向信息来定向 所述天线的控制命令。
62.一种设置多阵列天线的第一和第二波束的不同波束方位定向 的方法，所述多阵列天线具有第一和第二阵列的辐射元件，其中所述 第一阵列具有包括用于调节波束方位的一个或多个可变元件的第一馈 送网络，并且所述第二阵列具有包括用于调节波束方位的一个或多个 可变元件的第二馈送网络，该方法包括：
a.机械地定向所述天线，以便将一条线定向为与所述第一和第二 波束的期望波束方向之间的天线垂直；
b.设置所述第一馈送网络的一个或多个可变元件，以便实现所述 第一波束的期望的波束方位；以及
c.设置所述第二馈送网络的一个或多个可变元件，以便实现所述 第二波束的期望的波束方位。
63.一种包括中央控制系统和至少两个如权利要求49所述的天线 的蜂窝天线系统，其中，所述激励器控制器被配置为从中央控制系统 接收控制信号以控制所述天线的波束定向。
64.如权利要求63所述的天线系统，其中每个天线包括电子罗盘， 该电子罗盘向所述中央控制系统提供指示天线方位定向的罗盘读数。
65.如权利要求64所述的天线系统，其中，所述中央控制系统被 配置为将控制信号发送到天线的激励器控制器，以控制方位激励器， 以使所述罗盘读数与期望的方位波束方向一致。
66.一种蜂窝天线，包括：天线罩；能相对于所述天线罩相对旋 转的辐射元件的多个平板和用于使每个平板独立地相对于所述天线罩 旋转的方位激励器。
67.如权利要求66所述的蜂窝天线，其中，每个列具有单列辐射 元件。
68.如权利要求66所述的蜂窝天线，其中，每个平板可以独立地 旋转到期望的方位定向。
69 如权利要求66所述的蜂窝天线，包括用于使所述天线罩相对 于天线杆旋转的天线罩激励器。
70.一种使天线的波束转向的方法，所述天线包括可相对于天线 罩进行相对旋转的辐射元件的多个平板，具有用于使每个平板相对于 所述天线罩独立地旋转的方位激励器，该方法包括使所选的平板相对 于所述天线罩旋转以实现期望的波束图和或定向。
71.如权利要求70所述的方法，其中，所有平板在共同的方向上 对准。
72.如权利要求70所述的方法，其中，外部平板相互远离地定向。
73.如权利要求34所述的蜂窝天线，其中，所述可控元件包括有 源相位调节元件。
74.如权利要求73所述的蜂窝天线，其中，所述有源相位调节元 件包括PIN二极管。
75.如权利要求73所述的蜂窝天线，其中，所述有源相位调节元 件是光学可控的。
76.如权利要求49所述的蜂窝天线，其中，所述第一移相器是有 源移相器。
77.如权利要求76所述的蜂窝天线，其中，所述有源移相器包括 PIN二极管。
78.如权利要求77所述的蜂窝天线，其中，所述有源移相器是光 学可控的。
79.如权利要求35所述的天线，其中，所述第一频带在824至 960GHz的范围内，并且所述第二频带在1710至1720GHz的范围内。
80.如权利要求50所述的天线，其中，所述第一频带在824至 960GHz的范围内，并且所述第二频带在1710至1720GHz的范围内。
81.一种蜂窝天线，包括：
a.具有第一阵列的辐射元件的中央平板；
b.辐射元件的一对外部平板，可旋转地连接于所述中央平板的边 缘；以及
c.用于调节所述外部平板相对于所述中央平板的相对位置的激励 器装置。
82.一种调节多阵列天线的波束方位的方法，所述多阵列天线具 有被配置为在被激发时分别产生第一和第二波束的第一和第二阵列的 辐射元件，该方法包括：
a.定向所述第一波束，以实现所述第一波束的期望的方位波束方 向；以及
b.定向所述第二波束，以实现所述第二波束的期望的方位波束方 向，所述第二波束的期望的方位波束方向不同于所述第一波束的波束 方位。
83.一种蜂窝通信天线，包括
阵列天线，被配置成产生波束以及被安装用于可调节定向；
天线定向传感器，被安装在所述天线之上或附近，并且被配置为 产生表征所述天线的物理定向的信号；
用于调节所述阵列天线或波束的属性的电激励器；以及
天线控制器，对所述传感器信号作出响应，并且被配置为控制所 述激励器以实现期望的天线定向或波束定向或配置。
84.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，其中，所述激励器调节 所述阵列天线的物理定向。
85.如权利要求84所述的蜂窝通信天线，其中，所述物理定向上 的调节产生波束方位、波束高度或波束横摇等的变化。
86.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，其中，所述激励器相对 于所述阵列天线来调节所述天线波束的定向。
87.如权利要求86所述的蜂窝通信天线，其中，所述波束定向调 节包括波束高度、波束方位或波束宽度的调节。
88.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，其中，所述天线定向传 感器包括电子罗盘、倾角计、或陀螺仪。
89.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，包括全球定位卫星 (GPS)接收机。
90.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，包括用于通过三角测量 来确定每个阵列天线的位置的射频RF接收机。
91.如权利要求83所述的蜂窝通信天线，其中，所述天线定位传 感器永久性地固定于所述阵列天线。
92.一种蜂窝通信天线系统，包括：
多个阵列天线，用于产生覆盖多个小区扇区的波束；
多个天线定向传感器，与所述多个天线相关联并且被配置为分别 感测所述阵列天线的物理定向；
多个激励器，用于分别调节所述阵列天线的属性；以及
控制装置，被配置为从所述定向传感器接收定向信息并且调节所 述阵列天线的每个的属性，以实现每个天线的期望天线定向或波束定 向或配置。
93.如权利要求92所述的蜂窝通信天线系统，其中，所述控制装 置调节所述阵列天线的属性以匹配所述控制装置所存储的期望属性 值。
94.如权利要求92所述的蜂窝通信天线系统，其中，选择至少一 个天线的期望天线属性以实现系统覆盖、系统使用和期望天线定向中 的一个。
95.如权利要求92所述的蜂窝通信天线系统，其中，所述控制装 置经由可寻址串行总线来控制所述激励器。
96.如权利要求92所述的蜂窝通信天线系统，其中，所述控制装 置经由无线链路来控制所述激励器。
97.一种蜂窝通信系统，包括：
多个如权利要求92所述的天线系统；以及
中央控制器，与所述天线系统通信以接收定向信息，并且发送控 制信息以调节所述天线系统的一个或多个属性。
98.如权利要求97所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统向 所述中央控制器提供定向信息。
99.如权利要求98所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统周 期性地向所述中央控制器提供定向信息。
100.如权利要求98所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统 在被所述中央控制器请求时向所述中央控制器提供定向信息。
如权利要求97所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统 在指定事件发生时向所述中央控制器提供定向信息。
如权利要求101所述的蜂窝通信系统，其中，所述指定事件 是容许范围之外的阵列天线定向。
如权利要求97所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统 对来自所述中央控制器的命令作出响应。
如权利要求97所述的蜂窝通信系统，其中，所述中央控制 器周期性地向每个天线系统发送期望属性信息。
如权利要求97所述的蜂窝通信系统，其中，每个天线系统 包括位置传感器，用于确定每个天线系统的位置并向所述中央控制器 提供位置信息。
一种控制蜂窝通信天线的定向的方法，所述蜂窝通信天线具 有用于测量所述天线的定向的定向传感器和用于调节所述天线的定向 的激励器，包括：
确定所述天线的定向；以及，如果所述天线的定向不在期望的范 围内，
则驱动激励器并监视由所述定向传感器所测量的所述天线的定 向，直到所述天线的定向位于期望的范围内。
如权利要求106所述的控制蜂窝通信天线的定向的方法，其 中所述定向是以下中的一个或多个：方位组、垂直定向和偏转。
一种控制蜂窝通信天线的波束属性的方法，所述蜂窝通信天 线具有用于测量所述天线的定向的定向传感器和用于调节所述天线的 天线馈送网络的可变元件的激励器，该方法包括：
确定所述天线的定向；以及，
控制所述天线的激励器，以便根据所述天线的定向来实现期望的 波束图。
如权利要求108所述的控制蜂窝通信天线的波束属性的方 法，其中，所述波束属性选自包括波束方位、向下倾角和波束宽度的 组。
110.一种在蜂窝通信系统中确定多个天线系统的配置的方法，所 述多个天线系统包括多个天线，所述多个天线具有用于测量所述天线 的定向的定向传感器和用于确定所述天线的位置的位置传感器，该方 法包括：
获取每个天线系统的天线的位置和定向读数，以及将该读数传送 到中央控制器。
111.如权利要求110所述的方法，其中，所述中央控制器保持天 线位置和定向的数据库，并且控制所述天线系统以实现期望的覆盖。
112.如权利要求110所述的方法，其中，所述中央控制器保持天 线位置和定向的数据库，并且向所述天线系统提供期望的属性值。
113.一种配置蜂窝通信天线的方法，所述蜂窝通信天线包括用于 测量所述天线的定向的定向传感器和用于确定所述天线的位置的位置 传感器，所述方法包括：
确定所述天线的位置和定向；
将位置和定向信息存储在控制器中；以及
基于所存储的位置和定向信息控制激励器来调节所述天线的属 性，以提供期望的波束覆盖。
114.如权利要求113所述的配置蜂窝通信天线的方法，其中，所 述位置和定向传感器是便携式单元，该便携式单元被临时固定到所述 天线以确定位置和定向，并将所述位置和定向信息提供给所述控制器。
115.一种蜂窝通信天线，包括：
用于产生波束的阵列天线；
天线位置和定向传感器，被安装在所述天线之上或附近，并且被 配置为产生表征所述天线的位置和定向的信号；
用于调节所述阵列天线或波束的属性的激励器；以及
天线控制器，对传感器信号作出响应，并且被配置为控制所述激 励器以实现期望的天线或波束配置。
116.一种在包括一个或多个基站的蜂窝通信系统中控制覆盖的方 法，包括步骤：
a.获取关于一个或多个基站的天线的位置和定向的信息；
b.获取期望的波束覆盖信息；
c.至少部分地基于所述期望的波束覆盖信息来计算所述天线的期 望天线定向；以及
d.控制所述天线，使得其波束符合所述期望的天线定位。
117.如权利要求116所述的方法，进一步包括步骤：
a.获取关于所述天线的一个或多个波束成形元件的配置的信息；
b.计算所述天线的期望波束形状；以及
c.控制所述天线，使得其波束形状对应于所述期望的波束形状。
118.如权利要求116所述的方法，其中，所述波束覆盖信息包括 关于障碍物的信息。
119.如权利要求116所述的方法，其中，所述波束覆盖信息包括 关于当前蜂窝通话量的信息。
120.如权利要求116所述的方法，其中，所述波束覆盖信息包括 关于历史蜂窝通话量的信息。
121.如权利要求116所述的方法，其中，获得关于多个天线的位 置和定向的信息。
122.如权利要求118所述的方法，其中，所述多个天线中的一些 与不同的基站相关联。
123.一种在包括一个或多个基站的蜂窝通信系统中控制覆盖的方 法，包括步骤：
a.获取关于一个或多个基站的天线的位置和定向的信息；
b.将天线波束的虚拟投影显示在与所述天线所在环境对应的虚拟 构形上；
c.经由用户输入设备来修改天线波束定向；
d 将经修改的虚拟天线波束显示在与经由用户输入设备进行的修 改对应的虚拟环境中；以及
e.控制所述天线，使得所述波束符合期望的天线定向。
124.如权利要求123所述的方法，其中，获取关于所述天线的一 个或多个波束成形元件的配置的信息并用所述信息来产生所述虚拟天 线波束。
125.如权利要求124所述的方法，其中，所述用户输入设备能够 修改波束形状的属性，并且天线被控制以符合经由该用户输入设备设 置的属性。
126.如权利要求123所述的方法，其中，所述用户输入设备是虚 拟现实数据手套。
127.一种蜂窝通信系统，包括：
a.中央控制器；
b.一个或多个基站，每个基站具有一个或多个天线和向所述中央 控制器提供关于每个天线的定向的信息的基站控制器；
c.其中，所述中央控制器控制每个天线的定向，以实现期望的覆 盖。
128.如权利要求127所述的蜂窝通信系统，其中，每个基站向所 述中央控制器发送关于天线波束形状的信息，并且所述中央控制器控 制每个天线的波束形状。
129.如权利要求127所述的蜂窝通信系统，其中，每个基站包括 位置传感器并向所述中央控制器发送关于其物理位置的信息。
130.一种蜂窝通信系统，包括：
a.中央控制器；以及
b.一个或多个基站，每个基站具有一个或多个天线和向所述中央 控制器提供关于每个天线的定向的信息的基站控制器；
其中，所述中央控制器包括显示装置和用户输入设备，所述显示 装置用于显示代表迭加在虚拟拓扑结构上的所述基站的天线波束的虚 拟天线波束，所述用户输入设备使得用户能够操纵虚拟波束，以生成 被发送用以控制相应天线的属性的控制信号。
131.如权利要求130所述的蜂窝通信系统，其中，每个基站控制 器向所述中央控制器提供关于每个天线波束的波束形状的信息。
132.如权利要求130所述的蜂窝通信系统，其中，每个基站控制 器向所述中央控制器提供关于每个基站的位置的信息。
133.如权利要求130所述的蜂窝通信系统，其中，所述用户输入 设备是虚拟现实数据手套。
技术领域
本发明涉及一种蜂窝天线和并入该天线的系统以及控制该天线的 方法。更特别地，虽然不是排他性的，但公开了一种天线，其提供了 结合其它天线属性的调节的天线波束的机械方位调节。还公开了允许 每个阵列的独立波束转向的多阵列。
本发明还涉及一种包括传感器的蜂窝通信天线，所述传感器用于 确定天线波束的位置和/或定向。该位置和/或定向信息可在本地用来控 制天线的属性，或者可以被传送到可以控制天线属性的中央控制器。
背景技术
用于实现天线波束方位的机械调节的系统是已知的，但尚未被很 好地集成到蜂窝天线中。在Rhodes公开提供电属性调节(例如向下倾 角、方位和波束宽度)的集成天线系统的同时，存在对提供机械和电 属性调节的良好综合的天线的需要。还存在对独立地控制多阵列天线 的属性的需要。
当安装蜂窝通信天线时，使用罗盘和机械倾角计来关于支撑结构 定向天线已经是惯例。这在塔架的顶部可能是困难且不稳定的，并且 在稍后需要时可能不方便进行调节。
在可以用激励器来定向天线的地方，已经提供了用于测量运动的 设备，但是由于安装时的有限校准或非线性，这些设备可能不总是提 供关于天线的实际定向的正确信息。此外，如果天线的定向在使用中 改变(例如由于鸟撞击)，这可能不被网络运营商得知，并且可能危 及网络性能。
天线的真实位置和定向的知识将简化安装并允许采用改善的控制 策略。
示范性实施例
提供了一种天线，其允许与一个或多个其它天线属性的调节相结 合的机械方位调节。提供了集成的控制装置(arrangement)，其可以 利用串行、无线或RF馈送线路来传播通信。还提供了并入此类天线的 系统及控制它们的方法。描述了多个实施例，并且以下实施例将仅作 为非限制性示范性实施例来阅读。
根据一个示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，其包括：
阵列天线，其可以关于天线杆被可旋转地安装，以便使得能够进 行天线的波束的方位转向；
方位位置激励器，其被配置为使阵列天线关于天线杆旋转；以及
激励器控制器，其被配置为通过可寻址总线来接收与分配给该激 励器控制器的地址相关的控制数据，并且根据接收到的方位控制数据 来控制方位位置激励器。
根据另一示范性实施例，提供了一种包括多个基站天线站点的网 络管理系统，每个基站天线站点具有如上所述的一组天线系统。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，包括：
阵列天线，其可以关于天线杆被可旋转地安装，以便使得能够进 行天线的波束的方位转向，所述天线具有用于在第一频带上操作的第 一阵列的辐射元件和用于在第二频带上操作的第二阵列的辐射元件；
方位位置激励器，其被配置为使阵列天线关于天线杆旋转；
第一馈送网络，其被配置为向第一阵列的辐射元件供应信号以及 从其接收信号，其包括方位移相器以改变通过该馈送网络的信号的相 位；
方位移相器激励器，其被配置为调节方位移相器；以及
激励器控制器，其被配置为接收控制数据，以及根据接收到的机 械方位控制数据来控制方位位置激励器，以便使阵列天线关于天线杆 旋转以改变天线的方向，以及根据接收到的电方位控制数据来控制方 位移相器激励器，以便关于第二阵列的方位波束方向来调节第一阵列 的方位波束方向。
根据另一示范性实施例，提供了一种调节多频带天线的波束方位 的方法，该多频带天线具有第一阵列和第二阵列，其中，第一阵列具 有馈送网络，该馈送网络包括用于调节波束方位的一个或多个可变元 件，该方法包括：
机械地定向天线，以便实现第二阵列的期望的方位波束方向；以 及
设置可变元件，以便实现第一阵列的期望的波束方位，其不同于 第一阵列的波束方位。
在本发明的另一方面，提供了一种天线，其允许电和/或机械波束 转向以便提供集成多阵列天线波束的独立转向。提供了一种可以利用 串行、无线或RF馈送线路来传播通信的集成控制装置。还提供了并入 此类天线的系统及控制它们的方法。描述了多个实施例，并且以下实 施例将仅作为非限制性示范性实施例来阅读。
根据一个示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，其包括：
a.第一阵列的辐射元件，其被配置为在被激发时产生第一波束；
b.与第一阵列相关联的第一馈送网络，其具有用于调节第一波束 的方位方向的一个或多个第一可控元件；
c.第二阵列的辐射元件，其被配置为在被激发时产生第二波束；
d.与第二阵列相关联的第二馈送网络，其具有用于调节第二波束 的方位方向的一个或多个第二可控元件，其中，所述第一可控元件可 以独立于第二可控元件被控制，以便允许所述阵列的第一和第二波束 的独立方位转向；以及
e.容纳第一和第二阵列的天线罩。
根据另一示范性实施例，提供了一种使集成蜂窝天线的波束进行 方位转向的方法，所述集成蜂窝天线具有布置成多个列的第一阵列的 辐射元件和布置成多个列的第二阵列的辐射元件，其中，第一阵列的 列被馈送移相信号，使得第一阵列的波束的方位方向被定向于第一方 向，并且其中，第二阵列的列被这样馈送相移信号，使得第二阵列的 波束的方位方向被定向于与第一方向不同的第二方向。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，其包括：
a.阵列天线，其具有被配置为在被激发时分别产生第一和第二波 束的第一和第二阵列的辐射元件，所述阵列天线可以关于天线杆被可 旋转地安装，以便使得能够进行第一和第二波束的机械方位转向；
b.机械方位激励器，其被配置为使阵列天线关于天线杆旋转；
c.第一馈送网络，被配置为向第一阵列的辐射元件供应信号以及 从其接收信号，其包括第一可变元件以便改变通过该馈送网络的信号 的相位；
d.第一可变元件调节器，其被配置为调节第一移相器；以及
e.激励器控制器，其被配置为接收控制数据，以及根据接收到的 机械方位控制数据来控制机械方位激励器，以便使阵列天线关于天线 杆旋转以改变天线的定向，以及根据接收到的电方位控制数据来控制 第一可变元件调节器，以便关于第二阵列的方位波束方向来调节第一 阵列的方位波束方向。
根据另一示范性实施例，提供了一种调节多阵列天线的波束方位 的方法，所述多阵列天线具有被配置为在被激发时分别产生第一和第 二波束的第一和第二阵列的辐射元件，其中，所述第一阵列具有馈送 网络，该馈送网络包括用于调节第一波束方位的一个或多个可变元件， 该方法包括：
a.机械地定向天线，以便实现第二波束的期望的方位波束方向； 以及
b.设置一个或多个可变元件，以便实现第一波束的期望波束方位， 其不同于第二波束的波束方位。
根据另一示范性实施例，提供了一种设置多阵列天线的第一和第 二波束的不同波束方位定向的方法，所述多阵列天线具有第一和第二 阵列的辐射元件，其中，所述第一阵列具有第一馈送网络，该第一馈 送网络包括用于调节波束方位的一个或多个可变元件，并且，所述第 二阵列具有第二馈送网络，该第二馈送网络包括用于调节波束方位的 一个或多个可变元件，该方法包括：
a.机械地定向天线，以便将一条线定向为与第一和第二波束的期 望波束方向之间的天线垂直；
b.设置第一馈送网络的一个或多个可变元件，以便实现第一波束 的期望的波束方位；以及
c.设置第二馈送网络的一个或多个可变元件，以便实现第二波束 的期望的波束方位。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，其包括天线罩； 可关于天线罩相对旋转的辐射元件的多个平板(panel)，和用于使每 个平板独立地关于天线罩旋转的方位激励器。
根据另一示范性实施例，提供了一种使天线的波束转向的方法， 该天线包括可关于天线罩进行相对旋转的辐射元件的多个平板，所述 天线具有用于使每个平板关于天线罩独立地旋转的方位激励器，该方 法包括使所选的平板关于天线罩旋转，以实现期望的波束图和或定向。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝天线，其包括：
a.具有第一阵列的辐射元件的中央平板；
b.辐射元件的一对外部平板，其可旋转地连接于中央平板的边缘； 以及
c.激励器装置，用于调节外部平板关于中央平板的相对位置。
根据另一示范性实施例，提供了一种调节多阵列天线的波束方位 的方法，所述多阵列天线具有被配置为在被激发时分别产生第一和第 二波束的第一和第二阵列的辐射元件，该方法包括：
a.定向第一波束，以实现第一波束的期望的方位波束方向；以及
b.定向第二波束，以实现第二波束的期望的方位波束方向，其不 同于第一波束的波束方位。
在本发明的另一方面中，提供了一种蜂窝通信天线，其包括用于 确定天线的位置和/或定向的传感器。这允许采用简化的安装和先进的 控制策略。描述了多个实施例，并且以下实施例将只作为非限制性示 范性实施例来阅读。
根据一个示范性实施例，提供了一种蜂窝通信天线，其包括：
用于产生波束的阵列天线；
天线定向传感器，其被安装在天线之上或附近，并且被配置为产 生表征天线定向的信号；
用于调节阵列天线或波束的属性的激励器；以及
天线控制器，其对传感器信号作出响应，并且被配置为控制激励 器以实现期望的天线或波束配置。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝通信天线，其包括：
用于产生波束的阵列天线；
天线位置和定向传感器，其被安装在天线之上或附近，并且被配 置为产生表征天线的位置和定向的信号；
用于调节阵列天线或波束的属性的激励器；以及
天线控制器，其对传感器信号作出响应，并且被配置为控制激励 器以实现期望的天线或波束配置……
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝通信天线系统，其包括：
多个阵列天线；
多个天线定向传感器，其被配置为测量每个阵列天线的定向；
用于调节阵列天线的属性的激励器；以及
控制装置，其被配置为从定向传感器接收定向信息，以及调节阵 列天线的属性以实现期望的天线配置。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝通信系统，其包括：
多个如上所述的天线系统；以及
中央控制器，其与天线系统通信以接收定向信息，并发送控制信 息以调节天线系统的一个或多个属性。
根据另一示范性实施例，提供了一种控制蜂窝通信天线的定向的 方法，所述蜂窝通信天线具有用于测量天线的定向的定向传感器和用 于调节天线的定向的激励器，该方法包括：
确定天线的定向；以及，如果天线的定向不在期望的范围内，
则驱动激励器并监视由定向传感器所测量的天线的定向，直到天 线的定向位于期望的范围内。
根据另一示范性实施例，提供了一种控制蜂窝通信天线的波束属 性的方法，所述蜂窝通信天线具有用于测量天线的定向的定向传感器 和用于调节天线的天线馈送网络的可变元件的激励器，该方法包括：
确定天线的定向；以及，
控制天线的激励器，以便根据天线的定向来实现期望的波束图。
根据另一示范性实施例，提供了在蜂窝通信系统中确定多个天线 系统的配置的方法，所述多个天线系统包括多个天线，所述多个天线 具有用于测量天线的定向的定向传感器和用于确定天线位置的位置传 感器，该方法包括：
获取每个天线系统的天线的位置和定向读数，并且将该读数传送 到中央控制器。
根据另一示范性实施例，提供了一种配置蜂窝通信天线的方法， 所述蜂窝通信天线包括用于测量天线的定向的定向传感器和用于确定 天线位置的位置传感器的，该方法包括：
确定天线的位置和定向；
将位置和定向信息存储在控制器中；以及
基于所存储的位置和定向信息来控制激励器来调节天线的属性， 以提供期望的波束覆盖。
根据另一示范性实施例，提供了一种在包括一个或多个基站的蜂 窝通信系统中控制覆盖的方法，其包括步骤：
a.获取关于一个或多个基站的天线的位置和定向的信息；
b.获取期望的波束覆盖信息；
c.至少部分地基于所述期望的波束覆盖信息来计算天线的期望天 线定向；以及
d.控制天线，使得其波束符合期望的天线定位。
根据另一示范性实施例，提供了一种在包括一个或多个基站的蜂 窝通信系统中控制覆盖的方法，其包括步骤：
a.获取关于一个或多个基站的天线的位置和定向的信息；
b.将天线波束的虚拟投影显示到与天线所在环境对应的虚拟构形 (topography)上；
c.经由用户输入设备来修改天线波束定向；
d将经修改的天线波束显示在与经由用户输入设备进行的修改对 应的虚拟环境中；以及
e.控制天线，使得波束符合期望的天线定向。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝通信系统，其包括：
a.中央控制器；
b.一个或多个基站，每个基站具有一个或多个天线和向中央控制 器提供关于每个天线的定向的信息的基站控制器；
c.其中，所述中央控制器控制每个天线的定向以实现期望的覆盖。
根据另一示范性实施例，提供了一种蜂窝通信系统，其包括：
a.中央控制器；以及
b.一个或多个基站，每个基站具有一个或多个天线和向中央控制 器提供关于每个天线的定向的信息的基站控制器；
其中，所述中央控制器包括显示装置(means)和用户输入设备， 所述显示装置用于显示代表迭加在虚拟拓扑结构上的基站的天线波束 的虚拟天线波束，所述用户输入设备使得用户能够操作虚拟波束来生 成被发送以控制相应天线的属性的控制信号。
附图说明
并入本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例， 并连同以上给出的本发明的一般说明、及以下给出的实施例的详细说 明一起，用于解释本发明的原理。
图1示出了根据第一实施例的天线的示意侧视图；
图2a示出了根据第二实施例的天线的示意侧视图；
图2a示出了根据第三实施例的天线的示意侧视图；
图3a示出了用于图1和图2中所示类型天线的馈送装置；
图3b示出了多频带天线实施例的示意图；
图3c示出了由单列低频带阵列和多列高频带阵列组成的多阵列天 线；
图3d示出了由多列低频带阵列和多列高频带阵列组成的多阵列天 线；
图3e示出了包括电或光学相移馈送网络的由多列低频带阵列和多 列高频带阵列组成的多阵列天线；
图3f示出了由多个可旋转平板组成的天线；
图3g至3l示出了图3f中所示天线的各种配置；
图3m示出了具有用铰链接合的外部平板的天线；
图4示出了其中经由一个或多个RF馈送线路来发送控制数据的蜂 窝基站的示意图；
图5示出了用于图4中所示蜂窝基站的第一数据通信装置的示意 图；
图6示出了用于图4中所示蜂窝基站的第二数据通信装置的示意 图；
图7示出了用于图4中所示蜂窝基站的第三数据通信装置的示意 图；
图8示出了其中经由串行总线来发送控制数据的蜂窝基站的示意 图；
图9示出了用于图8中所示蜂窝基站的数据通信装置的示意图；
图10示出了其中经由无线链路来发送控制数据的蜂窝基站的示意 图；
图11中示出了用于图10中所示蜂窝基站的第一数据通信装置的示 意图；
图12中示出了用于图10中所示蜂窝基站的第二数据通信装置的示 意图；以及
图13示出了网络管理系统的示意图。
图14示出了提供向下倾角、方位和波束宽度调节的馈送装置的示 意图。
图15示出了根据另一实施例的天线的示意侧视图；
图16示出了图14中所示天线的控制装置的示意图；
图17示出了天线系统和一个天线的波束的示意图；
图18示出了具有机械波束方位、倾斜和横摇(roll)激励器的天线 的示意表示；
图19示出了天线系统和投射到地形(landscape)上的一个天线的 波束的示意图；以及
图20示出了蜂窝通信系统的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的蜂窝天线1的侧视图。天线1包括阵列 天线2，阵列天线2具有反射体3和多个辐射元件4(仅指示了其中的一 部分并且其数目可以改变)。反射体3可以绕着轴承5和6旋转，以便阵 列天线2可以关于天线杆7旋转。安装支架8和9允许将天线安装在诸如 塔架的支撑结构上。
方位位置激励器10响应于来自激励器控制器11的驱动信号而使阵 列天线2关于天线杆7旋转。方位位置激励器10可以是驱动螺纹轴13的 齿轮方位电动机12的形式，所述螺纹轴13在其旋转时上下驱动螺母14。 螺母14具有从中突出的销钉15，其位于半圆柱导向装置17中的螺旋槽 16内部。随着销钉15上下移动，导向装置17使阵列天线2绕着其竖轴旋 转以提供机械的方位转向。应理解的是，可以采用一系列的机械驱动 装置，诸如齿轮驱动系统、曲柄装置、皮带和滑轮传动等等。
在图1所示的实施例中，向连接器18供应RF馈送，并且线圈馈送线 路19将该RF馈送供应给天线阵列2。在本实施例中，将控制信号提供给 串行总线连接器20并经由电缆21将其供应给激励器控制器11。激励器 控制器11经由电缆22来控制方位电动机12，并经由电缆24来控制调节 包含在可变馈送组件23内的一个或多个可变元件的一个或多个激励 器。线圈馈送线路19和电缆24均具有多余的长度以使得天线阵列2能够 轻松旋转。
可变馈送组件23可以包括单个移相器或多个移相器以调节向下倾 角。可变馈送组件23可以另外或替换地包括一个或多个移相器或功率 分配器以实现波束宽度调节。可变馈送组件23还可以包括一个或多个 移相器以实现电方位调节。可以为多频带天线提供电方位调节，以便 可以机械地调节第一阵列的天线波束的方位并且可以电气地调节第二 阵列的天线波束以实现期望的偏移。
激励器控制器11可以从可变馈送组件23接收状态和配置信息，诸 如移相器或功率分配器的当前位置或者激励器是否具有故障状况等。 还可以提供罗盘25以给出关于天线阵列2的方位定向的实时测量。可以 在安装的位置关于真正的北方来调节基本读数。可以经由连接到串行 总线连接器20的串行电缆而将此状态和配置信息从激励器控制器11供 应到基站辅助设备控制器。
在使用中，由激励器控制器11接收到的串行数据将包括激励器控 制器的地址连同规定所需操作参数的数据。当激励器控制器11接收到 与其地址相关的数据时，其根据用于将被控制的属性的控制数据来控 制激励器。例如，激励器控制器11可以接收具有222度值的机械方位的 数据。控制器11从罗盘25获得定向信息，并驱动方位电动机12以便使 天线阵列2旋转，直到来自罗盘25的罗盘读数对应于期望定位。同样地， 控制器11可以接收关于所需向下倾斜角度的数据。诸如齿轮电动机的 向下倾角移相器激励器可以驱动馈送网络中的一个或多个移相器，直 到相关位置传感器向激励器控制器11传达已经达到期望移相器位置 (参见US6198458，此处以引用的方式并入其公开)。同样地，波束宽 度激励器和方位激励器可以被激励器控制器11驱动以实现期望的值。
这样，激励器控制器11可以响应于从可寻址串行总线接收到的命 令来控制机械方位和电方位、向下倾角和波束宽度。
图2a示出了其中通过单个RF馈送线路接收所有RF信号和控制数 据的第二实施例。相同的整体已被给定与图1中所示那些相同的数字。 在本实施例中，线圈馈送线路19向天线接口26供应RF馈送信号，该天 线接口26向可变馈送组件23供应RF信号，并且提取控制信号并将其供 应给激励器控制器31。随着天线接口26被安装到反射体3，柔性控制电 缆27被提供给方位电动机12。天线接口26可以提取由RF馈送线路供应 的功率以便操作激励器控制器23及其相关的激励器。DC偏置电压可以 被施加于位于蜂窝基站塔架基座(base)处的RF馈送线路并在塔架的 顶部被天线接口26提取。这种装置具有这样的优点，即只有单个RF馈 送线路需要连接到每个天线以提供RF信号和控制数据两者。
图2b示出了图1中所示实施例的变体，其中，方位位置激励器10a 是支撑天线阵列2并使其旋转的顶部安装齿轮电动机的形式。天线的基 座通过轴承6a被保持在适当位置，轴承6a被固定于天线基座并且延伸到 天线屏蔽器7a的壁。
现在参照图3a，其中示出了适合于调节图1和2中所示类型的天线 的波束的向下倾角和波束宽度的馈送装置。在这种情形中，该天线包 括三行辐射元件38至40、41至43和44至46，但是可以理解，可以采用 任何期望数目。RF馈送线路28向差动移相器(differential phase shifter) 29进行馈送，该差动移相器29在本示例中为可变差动移相器。激励器 控制器31驱动激励器30，以便调节可变差动移相器29的位置，以实现 期望的波束向下倾角。激励器控制器31驱动激励器35至37，以便调节 功率分配器32至34，以调节天线波束宽度。
可以采用许多利用一系列可能的不同可变元件的馈送装置，其某 些示例在通过引用而并入此处的US2004/0038714A1中有叙述。虽然示 出了诸如差动移相器的无源可变元件，可以理解，所述可变元件可以 是使用PIN二极管的有源元件、光学控制器件等等。图14示出的实施例 包括由向下倾角移相器激励器201驱动的向下倾角移相器200、由功率 分配器激励器205驱动的功率分配器202、203和204，以及由方位移相 器激励器209驱动的方位移相器206、207和208，用以实现天线波束的 向下倾角、波束宽度和方位的调节。可以理解，可以根据应用来调节 任何一个属性或属性组合。在简单应用中，可以在有机械方位调节的 情况下提供电向下倾角调节。
在图3b中所示的多阵列实施例中，辐射元件的第一阵列的列49可 以具有如图3a中所示的馈送网络，而辐射元件的第二阵列的列48可以具 有馈送网络48a，其包括移相器48b以便改变供应到辐射元件的外部列的 相位以实现方位波束转向。这样，可以通过机械地定向天线来机械地 设置第一阵列的波束方向，并且可以使用馈送网络中的电方位调节来 使第二阵列的波束方向偏移。所述阵列可以在相同或不同的频带中操 作。在图3b中所示的实施例中，阵列49在高于阵列48的频带中操作。
图3c示出了多阵列天线，其具有低频带辐射元件的阵列和由高频 带辐射元件的三列131、132和133组成的阵列，所述低频带辐射元件可 以例如采取环形辐射器126、127、128、129和130的形式，而所述高频 带辐射元件可以例如采取正交偶极子131a、132a和133a的形式。可以理 解，取决于应用，辐射元件可以是任何合适的形式。馈送网络134由馈 送中央列132的直通线路(through line)135和馈送列131和133的可变移 相器136组成。被示意地示出为137的机械方位激励器使天线125绕着其 竖轴旋转以提供机械方位转向。在使用中，可以通过驱动机械方位激 励器137以将天线125定位到期望方向，来设置低频带元件126至130的 波束的方位方向。然后可以调节可变差动移相器136以便定向高频带元 件的波束的方位方向。本地控制器可以控制机械方位激励器187和激励 器以控制可变差动移相器136。这可以基于本地控制装置或响应于来自 中央控制器的控制指令。
图3d示出了多阵列天线138，其由三列正交偶极子(其中之一指示 为139)形式的高频带元件的阵列和可以如图所示被交错和交叉的三列 环形辐射器(其中之一指示为140)形式的低频带元件阵列组成。在一 个实施例中，可以提供一个馈送网络141以馈送高频带辐射元件的列， 以便由线路142直接从RF馈送线路143馈送高频带元件的中央列，并且 由线路144和145直接从移相器146的输出馈送高频带元件的外部列，所 述移相器146可以是多种电磁或电配置中的任何一个。RF馈送和控制装 置可以是多种配置中的任何一个，其包括本说明书的图5-12中所示的那 些。机械方位激励器147允许天线138的机械方位波束转向。本实施例 可以以与图3c中所示实施例相同的方式操作。但是，如果，以与高频带 列相同的方式(即使用按照馈送网络141的馈送网络)来馈送低频带列， 则可以在电子上使高频带和低频带阵列两者的波束单独地转向。因此， 可以调节机械方位激励器147以便将天线138定向于第一方向，并且独 立的高频带和低频带馈送网络可以用来电子地使每个阵列的方位波束 方向转向。这允许使天线机械地定向于每个阵列的期望波束定向与每 个阵列的波束的期望波束定向之间的位置，以便通过电子波束转向来 偏移以实现所设计的波束定向。这可以通过减少所需电方位波束转向 的量来使波束图的失真最小化。通过提供调节整个天线138的定向及因 此一起调节高频带和低频带阵列的定向的能力，且再加上低频带和高 频带阵列单独的调节，可以实现两个波束的无限的方位设置以满足通 话量或其它设计参数。在一个示范性实施例中，高频带辐射元件可以 在1710至1720GHz的范围内，而低频带辐射元件可以在824至960GHz 的范围内。
图3e示出了图3d的变体，其中馈送网络141由馈送网络141a代替， 在馈送网络141a中，采用有源元件来实现每列的辐射元件的期望相移。 所述有源元件可以是PIN二极管、光学控制元件和任何其它适当的元 件。
图3f示出了天线148，其具有可经由激励器152至154关于天线罩 155旋转的辐射元件的平板。所述阵列可以是示意地示出的单列阵列， 或者是多列阵列。这种装置使得每个平板149至151的每个阵列关于天 线罩155被独立地定向。更进一步地，天线罩155本身可以经由激励器 156而被旋转地定向。图3g至31示出了天线148的可能配置。在图3g中， 所有平板均关于天线罩155被平直地定向。在图3h中，所有平板向左旋 转相同的量，且在图3j中，所有平板向右旋转相同的量。在图3k中，外 平板149和151向外旋转以便加宽天线的波束。在图31中，由于激励器156 使天线罩155旋转，图3k的配置被旋转。这样，该天线通过多个天线辐 射器平板的旋转而提供方位转向和波束成形。
图3m示出了一种变体，其中辐射元件的外平板210和211可以接合 点213和214为枢轴向辐射元件的中央平板212转动。外平板210和211可 以通过单独的机械激励器独立地关于中央平板212旋转，或者可以经由 共用的机械联动装置215来调节。这种装置允许使用相对简单的天线结 构来产生宽的波束宽度。
可以理解，在以上实施例中，可以采用不同形式的辐射元件。还 可以理解，在以上实施例的每一个中，可以通过本地控制器或中央控 制器来实现控制。每个天线可以提供关于每个天线的配置和定向的信 息，并在本地根据本地控制策略或者在中央基于全局控制策略来控制 天线。
现在参照图4，示出了具有三个天线68、69和70的天线基站47的示 意图。辅助设备控制器51包括允许膝上型电脑53与基站辅助设备控制 器51对接的连接器52。
图5示出了其中基站控制器55经由回程链路54与中央控制器通信 的第一实施例。从基站控制器55将用于控制天线属性的命令发送到辅 助设备控制器51。调制/解调装置在控制接口50与天线接口59至61之间 传递命令。基站控制器55经由RF馈送线路57将用于传输的RF信号发送 到控制接口50。辅助设备控制器51将用于控制可控天线元件的命令发 送到控制接口50，该控制接口50将控制命令迭加到RF馈送线路56至58 上。每个天线包括天线接口59至61，所述天线接口提取所迭加的控制 命令并将其提供给控制天线68至70的激励器65至67的控制器激励器62 至64。可以理解，可以控制任何数目的激励器并且其可以包括用于调 节天线的物理位置的控制电动机、用于控制移相器的激励器、用于调 节功率分配器或其它可调节元件的激励器。控制数据将包括激励器控 制器的地址连同指定将被控制的属性(例如向下倾角)和期望值的控 制数据。激励器控制器还可以将要经由控制接口50被传递到辅助设备 控制器51的状态和配置信息发送到天线接口59至61。此状态和配置信 息可以经由回程链路54而被供应到中央控制器。
图6示出了其中相同的整体已被给定相同数字的修改变体。在这种 情形中，控制接口71将控制数据仅迭加在RF线路58上。天线接口72被 并入天线68内，并且其经由串行电缆73至75将控制数据提供给激励器 控制器62至64。这种装置通过仅需要单个天线接口72并且控制接口71 仅与一个馈送电缆对接而降低了成本。
图7示出了类似于图6的实施例，除天线接口77在塔架的顶部位于 天线68至70的外部这一点之外。经由串行总线连接78至80来向激励器 控制器62至64供应控制数据。这种装置具有以下优点，即无论经由RF 馈送线路还是串行电缆来沿塔架发出控制数据，均可以采用标准化天 线单元68至70。
图8示出了其中经由串行电缆83来沿塔架81将控制数据从辅助设 备控制器82发送到天线84至86的实施例。提供了访问端口87以使得便 携式控制器(例如膝上型电脑)88能够直接与辅助设备控制器82通信 以实现本地控制。如图9所示，激励器控制器89至91和辅助设备控制器 82被串行总线83、92和93互连。激励器控制器89至91根据从辅助设备 控制器82接收到的控制数据来控制激励器194至196。来自激励器控制 器89至91的状态和配置信息经由串行总线被传送到辅助设备控制器 82。
图10示出了经由无线链路直接在控制器94与天线95至97之间传送 控制数据的无线实施例。可以理解，控制器94可以是在基站处支持无 线通信的辅助设备控制器或诸如具有无线卡的膝上型电脑等便携式设 备。控制器94可以位于远处并经由远距离无线电链路来控制天线95至 97。
图11示出了其中单个天线接口98与控制器94进行无线通信并经由 串行总线102至104与激励器控制器99至101通信以控制激励器108至 110的第一实施例。这种装置允许采用具有串行接口的标准天线105至 107。
图12示出了其中激励器控制器111至113包括使得每个激励器控制 器111至113能够与控制器94直接通信的无线通信电路的实施例。
图13示意地示出了其中中央控制器114经由回程链路115至119与 多个基站120至124通信的网络管理系统。中央控制器114从每个基站控 制器获取状态和配置信息并将控制数据发送到基站120至124。中央控 制器114可以周期性地接收状态和配置信息和/或状态和配置信息可以 应请求或每当发生变化时被发送。中央控制器114可以根据计划表、应 运营商要求或主动地响应于当前操作条件(例如通话量要求等)来调 节天线属性。
在另一实施例中，图15示出了天线311。图16示意地示出了用于天 线的控制装置。在阵列天线的旋转被激励器304控制的情况下，阵列天 线301可以绕着轴承302和303旋转。控制数据经由例如可寻址串行总线 306被发送到天线控制器305。但是，如Elliot中所述，可以经由RF馈送 线路307或无线链路来供应控制数据。在本实施例中，例如全球定位卫 星(GPS)接收机308将位置信息供应给天线控制器305。天线控制器305 控制馈送网络309内的激励器312至313以控制关于阵列天线的天线波 束定向。如Elliot和Rhodes中所述，馈送网络309的激励器312至313可以 调节移相器和/或功率分配器以便关于阵列天线的平面来调节天线波束 的方位、向下倾角和/或波束宽度。
在本实施例中，定向传感器310可以永久性地安装到阵列天线301 并产生表征天线定向的信号。
定向传感器可以包括用于确定波束方位的电子罗盘和/或陀螺仪 和/或用于测量波束高度的倾角计和/或陀螺仪。作为绝对定向传感器的 替换，可以采用相对位置确定方法，诸如通过确定窄波束(RF、激光 等)为了被基站或信标机接收到而必须指向的方向来确定关于另一基 站(或信标机等)的相对定向。已知基站的位置，可以确定天线的相 对定向。来自定向传感器310的传感器信号被供应给天线控制器305。
根据一个实施例，蜂窝通信天线311的天线控制器305可以在其中 存储期望的物理定向或天线波束定向信息。在操作期间，基于来自定 向传感器310的定向信息和/或来自GPS接收机308的位置信息，天线控 制器可以控制激励器304以实现阵列天线301的期望方位定向，或者可 以控制馈送网络309的激励器，以调节关于阵列天线301的天线波束的 向下倾角和/或方位和/或波束宽度。例如，定向传感器310的数字罗盘 可以检测阵列天线301的实际定向并将其传送到天线控制器305。天线 控制器305可以确定阵列天线301的该定向是否位于存储在天线控制器 305内的值的容许范围内。如果其在容许范围之外，则天线控制器305 可以调节激励器304以改变阵列天线301的物理定向，直到来自定向传 感器310的传感器信号指示容许范围内的定向。
天线属性的容许值可以存储在天线控制器305内并且可以经由可 寻址串行总线306或另一通信信道来更新。物理定向的容许范围和波束 定向属性可以存储在计划表中，在该计划表中，这些值针对不同的时 间段、或可变通话量、容量或信号障碍物方面的可变树叶(foliage)或 其它季节性(seasonal)改变，或其它操作条件被设置。例如，由于改 变的通话量需求，可以要求覆盖从天线在一个时间段内在第一区域中， 成为天线在另一时间段内在另一区域中。此计划表可以周期性地从中 央控制器上载。
现在参照图17，示出了蜂窝通信天线系统功能314的示意图，其并 入了图15和16中所示的蜂窝通信天线。天线318从GPS卫星315、316和 317接收GPS定位信号。使用此信息，天线318的控制器可以确定其位置。 天线波束319具有包括波束宽度320、波束高度(此处称为波束向下倾 角)321和水平波束定向(此处称为波束方位)322的可调节波束属性。 天线波束的这些属性可以被调节以便提供期望的波束覆盖。
另外或者替换地，天线的定向可以被物理上调节以改变天线波束 的覆盖。图18示出了用于调节天线323的物理定向的装置的示意图。激 励器324、325和326可以分别调节波束方位327、横摇328和向下倾角 329。如本领域中众所周知的那样，激励器324至326可以是齿轮电动机， 其通过适当的联动装置来调节天线323的定向。
现在参照图19，其示出了投射到地形上的天线331的波束330。可 以理解，通过调节该天线的物理定向的属性和/或其波束的属性，可以 基于测量的天线331的位置和定向而对于期望的覆盖使波束宽度、波束 方位、波束向下倾角和波束横摇最优化。可以使用2D或3D显示技术将 类似于图19中所示的图像显示给用户。构形表示天线331位于其中的环 境。还可以示出诸如建筑物的障碍物。还可以(由颜色、质地或其它 虚拟属性)指示当前、期望或历史通话量水平。可以基于接收到的与 得自基站处的GPS单元的其物理位置有关的信息来叠加天线331。天线 331的定向可以基于来自天线331中的传感器的定向信息。波束330的形 状可以基于与波束成形元件的配置有关的信息来确定。其可以根据波 束的极化而具有诸如颜色或阴影等的不同光学特性。使用虚拟现实数 据手套或其它输入设备的用户可以修改波束330。通过用数据手套来抓 住波束，用户可以根据需要或通过打开和闭合手指来对其进行定向， 例如改变波束宽度。用户能够观察到波束的修改如何影响虚拟显示器 中的虚拟波束，并因此能够观察到真实波束将如何投射在拓扑结构上。 这提供了简单的直觉用户界面。
图20示出了蜂窝通信系统，其中，中央控制器332经由回程链路333 至335与基站控制器336至339通信。基站控制器336至339从天线340至 343接收位置和/或定向信息并将此信息提供给中央控制器332。替换地， 基站控制器336至339可以包括GPS接收机，避免在每个天线中提供一个 的需求。中央控制器332可以保持数据库，在该数据库中存储了最新位 置和定向数据，连同历史数据，如果需要的话。位置和定向信息可以 被周期性地或应来自中央控制器332的请求被发送到中央控制器332。 中央控制器332可以经由基站控制器336、337、338和339将控制命令发 送到每个天线内的每个控制器，以便如上所述基于即时需要、响应于 预定的条件变化、或者根据预定的时间计划表来调节天线的物理定向 和/或天线波束属性。
在一个实施例中，当安装新的天线时，其可以向中央控制器332发 送位置和/或定向信息。中央控制器332可以确定天线的期望操作参数并 将其发送回以便其被存储在基站控制器或每个天线内的控制器中。然 后，每个天线可以控制天线物理定向和/或波束定向以满足所需的操作 参数。替换地，可以在中央控制器332内保持智能，以便其直接命令每 个本地天线控制器进行调节，直到其接收到满足所需操作参数的位置 和/或定向信息。在操作期间，控制器332可以将期望操作参数的计划表 发送到提供不同时间段内的操作计划表的基站控制器或天线控制器。 该计划表可以提供不同时间段内的不同波束覆盖。更进一步地，中央 控制器332可以监视系统使用并调节机械定向和/或波束属性，以便随着 使用的改变而主动地提供期望的覆盖。
通过有规律地监视每个天线的位置和定向，中央控制器332可以监 视整个蜂窝通信网络的正确操作。例如，如果天线遭遇鸟撞击并变得 方向偏离，则中央控制器332可以检测天线的不正确定向，并且如果可 能的话，进行调节或以其他方式适当地确保执行维护。每个天线控制 器可以被编程，以便如果位置或定向参数在规定的范围之外，则向中 央控制器332发送向其告知该异常的信号。然后，控制器332可以调节 天线参数以便补偿或指示需要维修。
可以理解，关于图19所述的图形用户界面可以应用于如图19中所 示的系统，以使运营商能够在经由中央控制器332处的用户界面控制穿 过系统的所有天线波束。
该系统使得在天线安装时每个天线的位置和定向能够被传送到中 央控制器332。也可以将诸如移相器和功率分配器之类的波束成形元件 的设置提供给中央控制器332，以使得能够确定每个天线的波束的形 状。还可以向控制器332提供关于固定障碍物(建筑物等)和可变障碍 物(例如树叶)的信息。可以进一步向控制器332提供关于投射的通话 量的信息(例如对于一天的不同时间或对于诸如体育赛事的事件的典 型通话量曲线图)以及关于通话量的实时信息(例如实际当前通话量 或接下来的时间段内的通话量)。然后，控制器332可以计算用于给出 特定构形内的期望覆盖所需的每个天线的期望物理天线位置和波束配 置。控制器332可以通过将天线位置和定向信息覆盖到该区域的构形图 上以计算期望的覆盖来执行此操作。控制器332可以考虑关于所涉及的 区域的使用和系统覆盖要求的信息。如将对本领域的技术人员来说显 而易见的那样，控制器332可以利用已知的天线位置和定向信息来操作 大范围的控制策略。
替换地，运营商可以使用用户界面来控制天线波束定向和形状。 运营商可以看到该区域的之外或其部分的拓扑结构，以便用加在该拓 扑结构上的基站控制该区域。天线的波束可以基于关于每个天线的位 置和定向的信息及每个天线的波束成形元件的设置而被投射到拓扑结 构上。每个天线的常态持续时间可以由颜色或某些其它光学属性来指 示。建筑物及其它障碍物也可以使用诸如颜色的视觉属性示出。系统 通话量可以叠加到构形上以使用颜色或某些其它视觉属性来显示当前 通话量、历史通话量和/或预测通话量。当多个属性需要被显示在同一 空间的情况下，一个属性可以是颜色，并且另一个可以是诸如双向影 线等的填充效果。用户可以使用输入设备(例如数量(amount)、虚 拟现实数据手套等)来选择波束，并且使用该输入设备来修改天线波 束的属性。例如，运营商可以使用虚拟现实数据手套来抓取波束，并 且通过移动该数据手套来改变其定向。运营商可以通过打开和闭合数 据手套的指状物来调节诸如波束宽度的波束属性。这样，运营商可以 关于区域中的通话量和障碍物如何影响波束在视觉上观察其它波束和 该波束的覆盖的同时调节一个波束。可以理解，可以利用一系列的控 制策略而采用多种输入设备。
作为基于GPS位置定位的替换，还可以采用三角测量法。每个天 线控制器可以包括RF接收机，其用于从诸如蜂窝塔架的已知位置接收 传输，以通过三角测量来计算每个天线的位置。
因此提供了一种天线，其提供保持良好的天线辐射图的方位和向 下倾角调节。共用控制器使得能够共同地控制机械方位、电向下倾角、 电波束宽度和电方位激励器。可寻址串行总线接口简化了天线和控制 器的互连。可以经由RF馈送线、串行数据电缆或无线连接来发送控制 数据。对于多频带应用，机械和电方位调节的组合允许对于两个或更 多个阵列独立地调节方位。
还提供了一种提供双重电方位波束转向、组合的机械和电方位转 向、独立的机械列转向和双重机械转向的天线。这允许对于两个或更 多个阵列独立地调节波束方位。共用控制器使得能够共同地控制机械 方位、电向下倾角、电波束宽度和电方位激励器。可寻址总线接口简 化了天线和控制器的互连。可以经由RF馈送线路、串行数据电缆或无 线连接来发送控制数据。
还提供了一种能够检测其位置和定向并将该位置和定向传送到本 地或中央控制器的天线。该天线可以包括将天线的属性保持在期望参 数内的装置。这些期望参数可以被预置或下载。这种天线的系统通过 仅需要将天线安装在近似的定向而简化了安装，因为随后可以通过改 变天线的机械定向和/或天线波束的属性来对其进行调节。该系统使得 能够及时地在任意一点处确定精确的天线位置和定向并将其用于一系 列的控制策略。
虽然已通过本发明的实施例的描述而阐明了本发明，并且虽然已 经详细地描述了所述实施例，但并不意欲将所附权利要求的范围约束 或以任何方式限制与这样的细节。本领域的技术人员将容易地看出另 外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于特定细节、 代表性装置和方法、及所示和所述说明的示例。因此，在不偏离申请 人的总体发明构思的精神或范围的情况下可偏离这样的细节。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年8月17日提交的美国申请序列号11/505,548、 于2006年7月18日提交的美国申请序列号11/488,216、以及于2006年4月 6日提交的美国申请序列号11/399,627的优先权，所述申请均题为蜂窝 天线及其系统和方法。
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