CN102369635A - 具有密封无线电设备外壳的平板天线 - Google Patents
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Abstract
提供了一种平板天线，它包括外壳、内部密封、多个微型无线电设备和RF模块以及天线罩。外壳可以包括矩形后面板，以及，在外壳的纵向延伸，至少从后面板的纵边缘延伸出来的第一壁，从第一壁延伸出来并且向内形成角度的第二壁，从第二壁延伸出来的第三壁，以及从第三壁部分延伸出来从外壳的空腔向外的法兰，该法兰大体上与后面板平行，且该法兰具有安装位置和位于安装位置与第三壁部分之间的密封区，使得壁和法兰的组合在横截面上总体呈现为“Z”形。可以将内部密封设计成与由外壳的法兰限定的区域重叠，从而当内部密封位于法兰的密封区时形成环境密封。内部密封还可以具有固定在它上面的多个RF辐射模块。内部密封还可以提供电磁屏蔽。多个微型无线电设备位于外壳空腔内，并且每个微型无线电设备都耦合到RF辐射模块。
Description
技术领域
概括地说，本发明的领域涉及在通信应用中使用的平板天线。具体地说，本发明的领域涉及在多辐射单元平板天线中无源和有源天线组件的设置。
背景技术
典型的已知蜂窝电话基站***包含几个单元，这几个单元包括一个或更多个平板天线以及基站电子设备(electronics)，每个平板天线包括安装在地面以上高处的辐射单元阵列，基站电子设备远离天线阵列安装。已知的天线阵列典型地包括多个辐射单元和馈电网络。辐射单元和馈电网络可以安装在平板天线板上。见例如发明名称为Dual Polarized Base StationAntenna的第6,034,649号美国专利。在一些天线中，可以将辐射单元的接地面用作天线结构的一部分。在一些已知平板天线中，馈电网络可以包括功率分配器、移相器或者用于调整波束宽度和/或波束方向的其它电路装置。然而通常情况下，这些已知平板天线具有包括无源组件的馈电网络，而没有进行功率放大的有源装置。
典型情况下，已知的平板天线由低噪声放大器(LNA)驱动。LNA可以安装在平板天线的支撑结构上，或者作为基站的一个部分来进行安放，包含平板天线下面的地面上的环境外壳(enclosure)。LNA可以通过同轴电缆耦合到平板天线的馈电网络。将LNA安放在基站处的环境外壳之内有助于保护有源电子设备免遭自然环境的损害。然而，这种设置需要从基站环境外壳到平板天线的位置进行大量的布线，其中，平板天线可能位于基站上方很高的位置。
另一种类型的平板天线是各个无线电单元与辐射单元相关联的平板天线。例如，发明名称为“Antenna Array System”的国际专利申请WO2008/1009421公开了一种全数字天线阵列。通过引用将WO 2008/100942结合进来。在′421申请中，将数字信号提供给通信集线器。通信集线器将该数字信号分配给多个微型无线电设备(micro radio)。天线辐射单元与每个微型无线电设备相关联。然而，′421专利申请没有考虑或解决关于封装和天线设计的一些问题。
例如，在现有技术中的远程无线电头(remote radio head)天线中，平板天线中的组件是无源的，因而散热并不是问题。然而在′421申请中，每个微型无线电设备具有用于将数字信号转换成RF信号的功率数字到模拟转换器。这种功率转换器产生大量的热，必须将其散发出去。′421申请没有教导或提出解决该散热问题的方法。另外，将包括功率放大器在内的有源电子组件安放在平板天线内会带来关于保护这些电子设备免遭恶劣环境状况(诸如降雨和其它形式的降水)损害的实质性问题。在′421申请中没有针对环境状况进行防护。同样，421申请没有考虑关于电磁干扰、制造组装和可维护性的问题。
发明内容
根据本发明的一个实例，平板天线可以包括外壳、内部密封、多个微型无线电设备和RF模块以及天线罩。外壳可以包括后面板，以及，在外壳的纵向延伸，至少从后面板的纵边缘延伸出来的第一壁，从第一壁延伸出来并且向内形成角度的第二壁，从第二壁延伸出来的第三壁，以及从外壳的空腔向外从第三壁部分延伸出来的法兰，该法兰大体上与后面板平行，且该法兰具有安装位置和位于安装位置与第三壁部分之间的密封区。第一壁和第三壁通常可以垂直于后面板。可以将内部密封设计成与由外壳的法兰限定的区域重叠，使得当内部密封位于法兰的密封区时形成环境密封。内部密封还可以具有固定在其上的多个RF辐射模块。内部密封还可以提供电磁屏蔽。多个微型无线电设备位于外壳空腔内，并且每个微型无线电设备都耦合到RF辐射模块。天线罩将RF辐射模块封住。
此外，平板天线还可以包括安装在后面板外侧的散热器。可以安装微型无线电设备，使得散热器可以将这些微型无线电设备产生的热量散发出去。外壳的末端大体上可以是平头壁，或者使纵壁的形状能够通过外壳的一端或两端。
根据本发明的另一实例，平板天线包括外壳、天线罩组合(radomeassembly)以及通过外壳和天线罩组合保护的多个微型无线电设备。外壳可以具有后面板，从后面板延伸出来的第一壁部分，第二壁部分和第三壁部分，以及从第三壁部分向外延伸出来的法兰。第二壁部分朝着外壳的空腔向内形成角度，法兰具有安装位置和位于安装位置与第三壁部分之间的密封区。天线罩组合可以具有天线罩，固定在其上的多个RF辐射模块，以及围绕天线罩空腔周边设置的密封单元。天线罩组合上的密封单元可以适合于与法兰的密封区形成密封。多个微型无线电设备位于外壳内部，并且每个微型无线电设备与多个RF辐射模块中的一个模块相耦合。多个微型无线电设备可以位于微型无线电模块上。
附图说明
图1是本发明中平板天线一个实例的组件的示意图。
图2是本发明中壳体(housing)的一个实例的剖面图。
图3是本发明中壳体的一个实例的一部分的等距视图。
图4示出了本发明中平板天线的另一实例，其中的天线罩组合(assembly)被分离。
图5是本发明中天线罩组合一个实例的组件的示意图。
本发明提供一种数字基站天线，该数字基站天线能够保护多个微型无线电设备免受环境状况影响，同时提供机械刚性的，容易维护的平板天线。
具体实施方式
参考图1，在一个实例中，平板天线10包括外壳12、内盖14、天线罩16以及后散热器18。如同下面更加详细地描述的一样，外壳12可以由金属板(sheet metal)形成。平板天线10可以包括安装在外壳12内的多个微型无线电设备20。微型无线电设备20可以热耦合到后散热器18。在下面详细描述的本发明的一个方面中，内盖14可以包括多个RF模块24。
参考图2和图3，外壳12包括后面板30、下侧壁32、形成角度的侧壁34、上侧壁36以及法兰38。在一个实例中，下侧壁32和上侧壁36垂直于后面板30，而法兰38平行于后面板30。形成角度的侧壁34朝向外壳的内部形成角度。后面板30、侧壁32、侧壁34、侧壁36以及法兰38可以从金属板形成。可以对壁的连接处形成的拐角进行焊接。经焊接的拐角具有防止潮气经由拐角进入外壳的好处。
可以对后面板30、下侧壁32、倾斜的侧壁34、上侧壁36以及法兰38的组合进行配置，使得从横截面观察时这些单元呈现为Z形。在本发明的一个实例中，在外壳的两个纵边上使用这种Z形设置，而端壁37是平的。在另一实例中，可以在外壳的三边(例如，两个纵边和一个末端)上或者在外壳的所有四边上使用这种Z形。与常规箱型结构相比，这种Z形提供改善的结构刚性。
除了增强刚性之外，对于给定的外部法兰尺寸，Z形侧壁外壳还提供增大的内部空间。例如，与具有同一尺寸的外翻法兰的常规箱型外壳相比，对于给定的法兰尺寸，Z形外壳具有更多的内部容量。可以使用内翻法兰，然而，关于对抗不利环境状况尤其是潮气的密封，这种法兰可能具有更多的挑战。另外，因为可能将天线罩配置为在外翻法兰上滑动并与其啮合，因此外翻法兰是所希望的，外翻法兰使得对天线罩进行安装和拆除而不安装或拆除紧固件成为可能。在对位于通信塔上的平板天线10进行维护时，这可能是有利的。
法兰38可以是平的并且平行于后面板30。在一个实例中，平法兰38提供一个区域，以便于法兰38和内盖14之间密封。在这个实例中，法兰38包括密封区40。法兰38还可以包括用于内盖14的固定***。
在一个实例中，密封区位于固定***和上侧壁36限定的周边开口之间。在这个实例中，将法兰38上的紧固件放置在密封区外面就不需要对紧固件本身进行密封或进行可密封设计。因此，有许多选择可用于紧固件。另外，可以在金属板完成(例如上漆、涂覆)之后再将紧固件添加上去。
平板天线10包括通信集线器50、电源52以及校准无线电设备54。在示出的实例中，通过外壳12、内盖14和密封区40来保护通信集线器、电源和校准无线电设备之间的互连免受不利环境状况影响。
在图1所示的实例中，示出了8个RF模块24和16个微型无线电设备20(每个都具有双工器)。每个RF模块24与一对对应的微型无线电设备20相耦合。在这个实例中，一对微型无线电设备中的第一微型无线电设备20驱动对应的RF模块24的第一辐射单元，而该对微型无线电设备中的第二微型无线电设备20驱动对应的RF模块24的第二辐射单元。在例如RF模块24包括双极化辐射单元的情况下可以使用这种设置。
每个微型无线电设备20还连接到通信集线器50。通信集线器50连接到基站设备(BSE)(未示出)。可以由基站设备向通信集线器50提供数字信号。例如，光纤链路或其它数字传输介质可以提供BSE和通信集线器50之间的连接。典型情况下，通信集线器从BSE接收数字信号，包括由平板天线10进行RF发射的信息，并向BSE传送数字信号，包括由平板天线10通过RF信号接收的信息。
通信集线器50和每个微型无线电设备20之间的连接还可以是数字的。在一个实例中，通信可以符合SerDes标准来进行通信。通信集线器50向微型无线电设备20发送信号以用于RF发射，并从微型无线电设备20接收信号，这些信号对应于通过RF模块24和微型无线电设备20接收的RF信号。通信集线器20还可以进行幅度和相位调整，以控制RF发射或接收的特性。当以电子方式进行幅度和相位调整时，不必包括具有电子机械功率分配器和移相器的常规馈电网络。
在一个实例中，微型无线电设备20可以包含数字上变频器、功率数字到模拟转换器(包括数字到RF转换器)。该微型无线电设备可以包含双工无线电设备，在这种情况下，该微型无线电设备还可以包括时分双工开关、低噪声模拟到数字转换器(包括RF到数字转换器)以及数字下变频器。时分双工滤波器将时分双工开关耦合到RF模块。
内盖14可以从一片铝制造出来。也可以将其它材料用于内盖14。在示出的实例中，选择铝是因为这种材料适合同时提供环境密封和电磁屏蔽。在这个实例中，内盖14保护平板天线10内的微型无线电设备20和其它电子设备免受潮气和其它环境危害的影响，并保护微型无线电设备20和其它电子设备以屏蔽RF模块24的电磁发射。作为无源装置的RF模块24不需要像有源设备一样被有效地密封以与自然环境隔离。在RF模块24和微型无线电设备20之间在电缆(未示出)上承载RF信号。这些电缆可以经过内部密封(inner seal)14内的密封孔。
内盖14还可以充当RF模块24的支撑结构。这些RF模块可以包括多个射频辐射单元。在一个示出的实例中，内部密封14支持8个RF模块24。在一个实例中，RF模块24包含贴片天线，尤其是双极化贴片天线。也可以换成是，RF模块包含偶极子或交叉偶极子天线单元。在一些实施例中，可以将辐射单元放置在盘形反射器上。在其它实施例中，可以将辐射单元放置在接地面上。
可以在国际申请WO 2006/135956 A1中找到适当的贴片天线的例子，通过引用的方式将其并入。在这个实例中，贴片辐射器位于接地面以上并受到激发，从而产生双极化RF信号。这可以通过以相反相位激发辐射器的相对边来实现。
可以对内部密封14进行钻孔以匹配外壳12，使得安装硬件(mountinghardware)可以将内部密封14接合到外壳12上。密封62可以位于铝框中的销子(stud)上。或者，密封位于由销子限定的周边之内。或者，可以提供两个密封，第一密封在销子上，而第二密封在由销子限定的周边之内。
天线罩16可以包括法兰(未示出)，以与外壳12的法兰限定的边缘，或者内部密封14的边缘，或者这两者，相啮合并在其上滑动。或者，天线罩16包括安装孔(未示出)，固定装置可以通过该安装孔。
参考图4和图5，提供了平板天线110的另一实例。在本发明的这个实例中，平板天线110包含外壳112、天线罩组合116以及后散热器118。在这个实例中，外壳112大致与外壳12相同，在这里不再对其进行重复描述。平板天线110可以包括安装在外壳112内的多个微型无线电设备120。可以将微型无线电设备120组成无线电模块122。无线电模块112可以热耦合到后散热器118。在下面将要详细描述的这个实例的一个方面中，天线罩组合116包括多个RP模块124。
在图5中，示出了天线罩组合。天线罩组合116包括天线罩160、密封162以及多个RF模块124。每个RF模块124可以包括多个RF单元。这些RF单元可以包含若干单个模块，若干对或若干其它成组的模块，或者单个模块中的多个RF单元。在一个示出的实例中，图5的天线罩组合包括8个RF模块。每个RF模块124包含一组辐射单元。
在图5所示的实例中，示出了4个无线电模块122。在该实例中的每个微型无线电模块122包括2个微型无线电设备120。无线电模块122并不限于2个微型无线电设备，可以包含另外的微型无线电设备。每个微型无线电设备120连接到对应的RF模块上。每个微型无线电设备120还连接到通信集线器150。通信集线器150连接到基站设备上。可以由基站设备向通信集线器提供数字信号。光纤链路或其它数字传输介质可以提供这种连接。通信集线器和每个微型无线电设备之间的连接也可以是数字化的。
天线罩组合116可以包括具有销子166的铝框164。在一个实例中，RF模块124的反射单元与铝框164整合在一起。密封162可以位于铝框中的销子上。或者，密封可以位于由销子限定的周边之内。或者，可以提供两个密封，销子上的第一密封，以及由销子限定的周边之内的第二密封。
天线罩160包括安装位置168。在一个实例中，安装位置168可以包含多个孔，固定装置可以穿过这些孔。在一个实例中，RF模块124位于天线罩160内，天线罩160具有托架170和穿过安装位置168的螺钉172。或者，可以使用夹子或粘合剂将RF模块124固定到天线罩160。在天线罩160中提供安装位置168有助于确保将RF单元准确地定位在天线罩160中。
在示出的实例中，可以将RF模块124安装在天线罩160中，以构成天线罩组合116。在这种设置中，可以够着(接触到，accessed)诸如微型无线电设备120之类的电子组件而不影响天线罩160中RF模块124的位置。然而，如果需要进行维护，可以将RF模块124从天线罩组合116中拆除。
如同在前面描述的实例中一样，RF模块124可以包含贴片天线，尤其是双极化贴片天线。或者，RF模块可以包含偶极子或者交叉偶极子天线单元。在一些实施例中，可以将辐射单元置于盘形辐射器上。在其它实施例中，可以将辐射单元置于接地面上。
Claims (18)
1.一种平板天线，包括：
外壳，所述外壳包括矩形后面板以及第一、第二和第三壁，它们各自的纵轴与所述外壳的纵轴大致平行取向，其中：
所述第一壁从所述后面板的纵边缘延伸出来，
所述第二壁从所述第一壁延伸出来并向内形成角度，
所述第三壁从所述第二壁延伸出来；
所述外壳还包括从所述外壳的空腔向外从所述第三壁部分延伸出来的法兰，所述法兰大致与所述后面板平行，所述法兰具有安装位置和位于所述安装位置与所述第三壁部分之间的密封区；
内部密封，将所述内部密封设计成与由所述外壳的所述法兰限定的区域重叠，所述内部密封具有固定在其上的多个RF辐射模块，所述内部密封适于在位于所述法兰的所述密封区时形成密封，
多个微型无线电设备，所述多个微型无线电设备位于由所述外壳限定的空腔内，其中，每个微型无线电设备耦合到RF辐射模块；以及
天线罩，所述天线罩将所述RF辐射模块封住。
2.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述平板天线还包括安装在所述后面板外侧的散热器。
3.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述第一壁和所述第三壁与所述后面板成直角地延伸。
4.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述外壳还包括两个端壁，所述两个端壁垂直于所述外壳的所述纵轴，所述端壁从所述后面板延伸出来并与所述第一、第二和第三壁的端接合。
5.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述第一、第二和第三壁还包括所述外壳的端上与所述外壳的所述纵轴垂直的壁。
6.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述天线罩与所述外壳上的法兰滑动地接合。
7.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述内部密封提供环境和电磁屏蔽。
8.如权利要求1所述的平板天线，其中，所述内部密封由一片铝制成。
9.如权利要求1所述的平板天线，其中，每个RF辐射单元与两个微型无线电设备相关联。
10.如权利要求1所述的平板天线，还包括耦合到每个微型无线电设备的通信集线器。
11.如权利要求10所述的平板天线，还包括校准无线电设备。
12.一种平板天线，包括：
外壳，所述外壳包括矩形后面板以及与所述外壳的纵轴平行取向的第一、第二和第三壁，其中：
所述第一壁从所述后面板的纵边缘延伸出来，
所述第二壁从所述第一壁延伸出来并向内形成角度，
所述第三壁从所述第二壁延伸出来；
从所述外壳的空腔向外从所述第三壁部分延伸出来的法兰，所述法兰大致与所述后面板平行，所述法兰具有安装位置和位于所述安装位置与所述第三壁部分之间的密封区；
所述第一、第二和第三壁以及法兰被设置为当在横截面中观察时形成Z形；
用于环境密封所述外壳的模块；以及
多个微型无线电设备，所述多个微型无线电设备位于所述外壳的所述空腔内，其中，每个微型无线电设备耦合到RF辐射模块。
13.如权利要求12所述的平板天线，其中，所述用于环境密封所述外壳的模块包括啮合到所述法兰的天线罩。
14.如权利要求12所述的平板天线，其中，所述用于环境密封所述外壳的模块包括内部密封，将所述内部密封设计成与由所述外壳的所述法兰限定的区域重叠，并且其中，所述内部密封具有固定在其上的多个RF辐射模块，所述内部密封适于在位于所述法兰的所述密封区时形成密封。
15.如权利要求12所述的平板天线，其中，所述平板天线还包括安装在所述后面板外侧的散热器。
16.一种平板天线，包括：
外壳，所述外壳具有后面板，从所述后面板延伸出来的第一壁部分，第二壁部分和第三壁部分，以及从所述第三壁部分向外延伸出来的法兰，其中，所述第二壁部分朝着所述外壳的空腔向内形成角度，所述法兰具有安装位置和位于所述安装位置与所述第三壁部分之间的密封区；
天线罩组合，所述天线罩组合具有天线罩，固定在其上的多个RF辐射模块，以及围绕所述天线罩的空腔周边设置的密封，并且适于与所述法兰的所述密封区形成密封；以及
多个微型无线电设备，所述多个微型无线电设备位于所述外壳内，其中，每个微型无线电设备耦合到RF辐射模块。
17.如权利要求16所述的平板天线，其中，所述平板天线还包括安装在所述后面板外侧的散热器。
18.如权利要求16所述的平板天线，其中，每个微型无线电设备位于微型无线电模块上，所述微型无线电模块包括多个微型无线电设备。
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