用于基站天线的传动机构和基站天线的制作方法

1.本公开总体上涉及通信系统。更特别地，本公开涉及一种用于基站天线的传动机构、以及包含该传动机构的基站天线。


背景技术：

2.蜂窝通信系统用于向固定和移动用户提供无线通信。蜂窝通信系统可以包括多个基站，每个基站为指定的覆盖区域(通常称为“小区”)提供无线蜂窝服务。每个基站可以包括一个或多个基站天线，该基站天线用于向位于由该基站服务的小区内的用户发射射频(“rf”)信号，并从该用户接收rf信号。基站天线是定向设备，其能够将在某些方向上发射或从某些方向上接收的rf能量进行集中。
3.现代基站天线通常包括两个、三个或更多个线性(或平面)阵列的辐射元件，其中每个线性阵列具有可电子调节的下倾角。线性阵列通常包括交叉极化辐射元件，并且设置了单独的移相器用于针对每个极化电子地调节天线波束的下倾角，使得天线可以包括两倍于线性阵列的移相器。此外，在许多天线中，设置了单独的发射和接收移相器，使得可以独立地调节发射和接收辐射方向图。这使移相器的数量再次翻倍。因此，基站天线具有八个、十二个、十八个、三十二个、或更多个移相器用于将远程电调下倾角应用于线性阵列并不足为奇。
4.可以在基站天线中设置远程电调倾角(“ret”)致动器和相关联的传动机构来调节移相器。常规上，每个移相器均配备有单独的ret致动器，由此导致基站天线包括很多个ret致动器，从而显著增大了基站天线的大小、重量和成本。因此，在一些情况下，需要采用包括单个马达的ret致动器来同时驱动多个移相器。
5.图1示出了一种现有技术的传动机构1，其试图利用单个马达2来同时驱动多个移相器3。传动机构1包括由马达2借助于螺杆4而驱动的驱动杆5和平行于驱动杆5并在垂直于驱动杆5的轴向方向的横向方向上彼此间隔开的多个连杆6。每个连杆6均可以驱动一个或多个移相器以调节其下倾角。多个连杆6经由一个或多个连接板7而被固定在一起，以在驱动杆5的驱动下同时轴向移动，从而驱动多个移相器。
6.受限于马达2的输出功率，现有技术的传动机构1只能驱动有限数量的移相器。比如，目前在基站天线中常用的马达能够产生约10lbf的拉力，而驱动一个移相器需要大约0.7lbf的拉力，因此，一个马达最多只能驱动14个移相器。然而，在一些情况下，要求利用单个马达来驱动至少32个移相器，传动机构1显然不能满足这样的要求。
7.其次，由于多个连杆6在横向方向上彼此间隔开，每个连杆6相较于驱动杆5存在力臂并因此存在力矩。由于每个连杆6相较于驱动杆5的力臂大小均不同，因此其产生的力矩也不同，这将导致所述多个连杆6产生非均匀的驱动力并因此影响相应移相器的调节精度。
8.再者，如图2a和图2b所示，在现有技术中，每个连杆6经由固定于其上的连接元件8来驱动每个移相器的可移动元件9，使其在弧形槽10中移动。当可移动元件9偏离弧形槽10的中央位置时，连杆6所产生的拉力11会产生切向分量12和径向分量13，其中，只有切向分
量12能够用于驱动可移动元件9，这使得连杆6所产生的有效拉力降低并由此进一步减小了单个马达2所能够驱动的移相器的数量。另外，当可移动元件9移动至弧形槽10的两端时，其可能被卡在弧形槽10的端部而难以移出，因此需要更大的力，这进一步减小了单个马达2所能够驱动的移相器的数量。


技术实现要素：

9.本公开的目的之一是提供一种用于基站天线的传动机构以及包含该传动机构的基站天线，其能够克服现有技术中的至少一个缺陷。
10.在本公开的第一方面，提供了一种用于基站天线的传动机构。所述传动机构可以包括：蜗轮蜗杆单元，所述蜗轮蜗杆单元包括由马达驱动的蜗杆和与所述蜗杆啮合连接的蜗轮；至少一个齿轮对，每个齿轮对包括彼此啮合的小齿轮和大齿轮，所述小齿轮与所述蜗轮安装在公用的第一驱动轴上，以使得所述小齿轮与所述蜗轮同步旋转；和至少一个连杆，每个连杆包括固定地安装于其上的第一齿条元件，其中，每个齿轮对的大齿轮与相应的一个连杆上的第一齿条元件啮合连接，以在每个齿轮对的大齿轮转动时经由所述第一齿条元件轴向移动所述连杆。
11.根据本公开的一个实施例，所述传动机构还可以包括适于与移相器的可移动元件固定连接的弧形连接件，所述弧形连接件构造成被旋转地驱动以使所述移相器的可移动元件沿弧线移动。
12.根据本公开的一个实施例，所述弧形连接件可以构造为弧形齿条，所述弧形齿条的前端面设置有多个齿，每个连杆可以包括固定地安装于其上的至少一个第二齿条元件，所述第二齿条元件与所述弧形齿条的所述多个齿啮合连接，以在所述连杆轴向移动时使所述弧形齿条旋转。
13.根据本公开的一个实施例，每个第二齿条元件可以包括镜像布置的两组齿，每组齿分别与一个弧形齿条啮合连接，以使得每个第二齿条元件能够同时驱动一对移相器的两个可移动元件。
14.根据本公开的一个实施例，所述至少一个齿轮对可以包括多个齿轮对，所述多个齿轮对的小齿轮彼此间隔开地安装在所述第一驱动轴上。
15.根据本公开的一个实施例，所述多个齿轮对的大齿轮可以彼此间隔开地安装在第二驱动轴上。
16.根据本公开的一个实施例，所述蜗杆可以沿着所述连杆的方向延伸，而所述第一驱动轴可以沿着垂直于所述连杆的方向延伸。
17.根据本公开的一个实施例，所述蜗杆的一端可以与所述马达的输出轴直接或间接地连接而所述蜗杆的另一端可以由支撑元件支撑。
18.根据本公开的一个实施例，所述蜗轮和所述蜗杆的齿数比可以在15至50之间。
19.根据本公开的一个实施例，所述第一驱动轴可以具有非圆形的横截面，所述小齿轮可以具有用于所述第一驱动轴的非圆形孔。
20.根据本公开的一个实施例，所述第一驱动轴可以与所述蜗轮和/或所述小齿轮一体形成。
21.根据本公开的一个实施例，所述第二驱动轴可以与所述大齿轮一体形成。
22.根据本公开的一个实施例，每个齿轮对可以包括用于小齿轮的支撑件。
23.根据本公开的一个实施例，所述小齿轮可以包括本体，所述本体可以包括设置有齿的齿部分和适于安装在所述支撑件中以使所述小齿轮能够转动的轴部分。所述支撑件可以包括环形套筒，所述小齿轮的轴部分可以被可旋转地安装在所述环形套筒中。
24.根据本公开的一个实施例，所述第一齿条元件可以包括底板、从所述底板的一侧竖直向上延伸的竖直板、和位于所述竖直板顶端的齿条，所述竖直板设置有与所述连杆进行连接的连接元件。
25.根据本公开的一个实施例，所述连接元件可以包括立柱、卡扣夹、螺钉、钩件和连结紧固件、以及凹槽中的一种或多种。
26.根据本公开的一个实施例，所述第二齿条元件可以包括底板，所述底板的一个表面上设置有齿条而另一相对表面上设置有与所述连杆进行连接的连接元件。
27.根据本公开的一个实施例，所述连杆可以由玻璃纤维或金属制成。
28.根据本公开的一个实施例，所述第一驱动轴可以由玻璃纤维或金属制成。
29.根据本公开的一个实施例，所述第二驱动轴可以由玻璃纤维或金属制成。
30.根据本公开的一个实施例，所述传动机构可以构造成由单个马达同时驱动至少32个移相器。
31.在本公开的第二方面，提供了一种基站天线。所述基站天线可以包括根据本公开的任一实施例的用于基站天线的传动机构。
32.要注意的是，针对一个实施例描述的本公开的各方面可以被包含到其它不同的实施例中，尽管没有针对所述其它不同的实施例进行具体描述。换言之，可以以任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或组合任意实施例的特征，只要它们不相互矛盾即可。
附图说明
33.在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图中：
34.图1示出了现有技术中的用于基站天线的传动机构。
35.图2a和图2b分别从正面和背面示出了现有技术中的传动机构与移相器之间的连接。
36.图3示出了根据本公开的一个实施例的用于基站天线的传动机构的正视图。
37.图4示出了图3所示的传动机构的局部透视图。
38.图5示出了图3所示的传动机构的蜗轮蜗杆单元。
39.图6示出了图3所示的传动机构的齿轮对以及固定在连杆上的齿条元件。
40.图7a和图7b分别示出了6所示的齿轮对的小齿轮的具体结构以及用于支撑小齿轮的支撑件的具体结构。
41.图8示出了图6所示的齿条元件的具体结构。
42.图9和图10示出了图3所示的传动机构的弧形连接件以及与其啮合的齿条元件。
43.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，清楚起见，某些特征的尺寸可以改变而未按比例绘制。
具体实施方式
44.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开内容更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
45.应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
46.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。
47.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“联接”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。
48.在说明书中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于便于说明而不旨在限定。任何由“第一”、“第二”、“第三”等表示的技术特征均是可互换的。
49.在说明书中，诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
50.参照图3和图4，示出了根据本公开的一个实施例的用于基站天线的传动机构100。传动机构100可以包括平行布置的多个连杆101。所述多个连杆101可以被单个马达102同时驱动而轴向移动，并且每个连杆101在其轴向移动时可以驱动一个或多个移相器103的可移动元件(比如，旋转刷型移相器的刷片)，以调节由基站天线所产生的天线波束的指向角(比如仰角或下倾角)。在图3和图4所示的实施例中，传动机构100包括平行布置的8个连杆101，每个连杆101可以同时驱动沿其轴向方向间隔开的两对移相器103，因此，传动机构100可以同时驱动32个移相器。然而，本公开不局限于此，本公开的传动机构100可以用于驱动任意其它数量的移相器。在根据本公开的实施例中，连杆101可以由玻璃纤维、其它塑料或金属制成。
51.传动机构100可以包括蜗轮蜗杆单元。如图5所更清楚地示出的，蜗轮蜗杆单元可以包括沿着连杆101的方向延伸的蜗杆104和与蜗杆104啮合连接的蜗轮105。蜗杆104构造成由马达102驱动而围绕其纵向轴线旋转，为此，蜗杆104的一端可以与马达102的输出轴直接或间接地连接，而蜗杆104的另一端可以由支撑元件106所支撑。蜗轮105可以设置在蜗杆104的上方并在蜗杆104的驱动下而旋转。蜗轮105的中心轴线可以设置成与蜗杆104垂直。
52.在根据本公开的实施例中，可以通过选择蜗轮蜗杆单元的蜗轮105和蜗杆104的齿数比而不同程度地放大马达102的输出转矩，以便使得单个马达102可以驱动更多数量的移
相器。通常来说，蜗杆104的头数可以为1至5，而蜗轮105的齿数可以为蜗杆104的头数的若干倍。在根据本公开的一个实施例中，蜗杆104的头数可以选择为1，蜗轮105的齿数可以在15至50之间，因此，蜗轮105和蜗杆104的齿数比在15至50之间。这样，蜗轮蜗杆单元可以将马达102的输出转矩放大15至50倍，从而使得在使用相同马达进行驱动的情况下传动机构100所产生的拉力为现有技术的传动机构1所产生的拉力的15至50倍。蜗轮105和蜗杆104的齿数比也可以在其它适当的范围之间，比如在5至50之间、10至50之间、5至40之间、5至35之间、5至30之间、5至20之间、等等。
53.蜗轮蜗杆单元在放大马达102的输出转矩的同时还会降低马达102的输出转速，而较慢的输出转速使得能够更加精确地调节移相器。另外，与现有技术中所采用的螺杆4相比，蜗轮蜗杆单元的蜗杆104可以具有更短的长度，这能够减小传动机构100在基站天线中所占据的空间。
54.传动机构100还可以包括多个齿轮对，每个齿轮对用于驱动相应的一个连杆101。在图3和图4所示的实施例中，由于传动机构100包括8个连杆101，因此其相应地包括8个齿轮对。齿轮对用于进一步放大马达102的输出转矩。如图4和图6更清楚地示出的，每个齿轮对均包括小齿轮106和与小齿轮106啮合的大齿轮107。多个齿轮对的所有小齿轮106与蜗轮105安装在一公用的驱动轴108上，以与蜗轮105同步旋转。驱动轴108沿着垂直于连杆101的方向延伸，并且多个齿轮对的小齿轮106在驱动轴108上彼此间隔开。驱动轴108能够确保多个齿轮对的小齿轮106均具有相同的转速、并且能够将蜗轮105的输出力矩经由该驱动轴108均匀地传递给每个小齿轮106。这能够消除现有技术的传动机构1中的多个连杆6驱动力不均匀的问题并因此能够更加精确地对基站天线中的多个移相器进行同步调节。
55.同样地，多个齿轮对的所有大齿轮107也可以安装在一公用的驱动轴109上并且彼此间隔开。驱动轴109使得多个齿轮对的所有大齿轮107均具有相同的转速并因此具有均匀的输出力矩。然而，在根据本公开的其它实施例中，多个齿轮对的大齿轮107也可以不安装在公用的驱动轴109上，而是彼此独立。
56.根据需要，可以通过选择大齿轮107和小齿轮106的齿数比而进一步不同程度地放大马达102的输出转矩并同时降低马达102的输出转速，这使得不仅能够用单个马达102同时驱动更多数量的移相器、并且能够以更慢的速度更加精确地调节移相器。
57.在根据本公开的一个实施例中，驱动轴108可以具有非圆形(比如矩形)的横截面，其延伸通过设置在小齿轮106中央的用于与驱动轴108的非圆形横截面匹配的非圆形孔，使得小齿轮106相对于驱动轴108不可旋转。同样地，驱动轴109可以具有非圆形(比如矩形)的横截面，其延伸通过设置在大齿轮107中央的用于与驱动轴109的非圆形横截面匹配的非圆形孔，使得大齿轮107相对于驱动轴109不可旋转。在根据本公开的另一实施例中，驱动轴108可以与小齿轮106以及蜗轮105一体形成，驱动轴109也可以与大齿轮107一体形成。
58.为了增强对小齿轮106的支撑，还可以为多个齿轮对中的每个小齿轮提供支撑件110。图7a和图7b分别示出了根据本公开的一个实施例的小齿轮106和支撑件110的具体结构。小齿轮106可以包括具有非圆形孔111的本体。本体包括设置有齿的齿部分112和适于安装在支撑件110中以使小齿轮能够转动的轴部分113。轴部门113的两端设置有凸缘114和115，凸缘114和115限制小齿轮106相对于支撑件110的平移。支撑件110可以包括基座116、从基座116直立延伸的本体117、和位于本体117的顶端的环形套筒118。基座116可以固定在
基站天线中。小齿轮106的轴部分113可以被可旋转地安装在环形套筒118中，其中，凸缘114和115分别位于环形套筒118中的两侧以限制小齿轮106相对于支撑件110的平移。支撑件110可以构造成分体结构，以便于安装小齿轮106。
59.返回图6，传动机构100的每个齿轮对通过与大齿轮107啮合连接的齿条元件119来驱动相应的连杆101。齿条元件119可以固定地安装在连杆101上，因此，当大齿轮107转动时，其能够通过齿条元件119而轴向移动连杆101，从而移动一个或多个移相器103的可移动元件。借助于齿条元件119，每个大齿轮107能够更加平稳且高效地驱动相应的连杆101。
60.图8示出了根据本公开的一个实施例的齿条元件119的具体结构。齿条元件119可以包括底板120、从底板120的一侧竖直向上延伸的竖直板121、和位于竖直板121顶端的齿条122。齿条122包括多个齿，以与大齿轮107的齿啮合。竖直板121设置有与连杆101进行连接的连接元件。连接元件可以包括一系列立柱123和一对卡扣夹124。立柱123被接收在相应的连杆101中的对应圆柱形孔内，而卡扣夹124在立柱插入连杆101的圆柱形孔中的情况下将连杆101保持就位，从而使得齿条元件119被固定在连杆101上。然而，应当理解，可以使用各种连接元件中的任何一种，例如立柱、螺钉、钩件和连结紧固件、凹槽等。
61.为了解决现有技术的传动机构1的连杆6所产生的拉力11在可移动元件9偏离弧形槽10的中央位置时会产生切向分量12和径向分量13的问题，本公开的传动机构100还包括适于带动移相器的可移动元件与其一起沿弧形移动的弧形连接件125。如图9和图10所示，弧形连接件125构造成弧形齿条的形式，其前端面设置有齿126。移相器的可移动元件(比如，旋转刷型移相器的刷片)可以在弧形连接件125的中央位置处与弧形连接件125固定连接，以在弧形连接件125的带动下移动。弧形连接件125的齿与固定在连杆101上齿条元件127的齿128啮合，以使弧形连接件125在齿条元件127轴向移动时旋转并因此带动移相器的可移动元件旋转。
62.与齿条元件119不同，齿条元件127包括底板129，底板129的一个表面上设置有包含多个齿128的齿条129，而底板129的相对表面设置有包括诸如立柱和卡扣夹的连接元件以便于将齿条元件127固定在连杆101上。在图9和图10所示的实施例中，固定在连杆101上的每个齿条元件127可以驱动一对移相器的可移动元件。因此，齿条元件127可以包括镜像布置的两组齿128，每组齿128分别与一个弧形连接件125的齿126啮合。为此，每对移相器中的两个可移动元件布置成其连接有弧形连接件125的端部彼此面对。
63.借助于弧形连接件125，连杆101的拉力始终保持在连杆101的轴向方向上而不存在任何其它方向的分量，这使得连杆101的拉力能够全部用于移动移相器的可移动元件而没有任何效率损失。另外，当采用弧形连接元件125时，将不再需要现有技术的弧形槽10，因此将不会产生移相器的可移动元件被卡在弧形槽10中而难以移出的问题。
64.在根据本公开的实施例中，蜗轮105、小齿轮106、大齿轮107、齿条元件119和127、以及弧形连接件125均可以由塑料制成，而驱动轴108和109可以由玻璃纤维制成。为了进一步增强驱动轴108和109的抗扭转强度，驱动轴108和109也可以由金属或者其它具有高抗扭转强度的材料制成。
65.尽管根据本公开的传动机构100在图3和图4所示的实施例中包括多个连杆101和多个齿轮对，但是根据本公开的传动机构100可以仅包括一个连杆101和一个齿轮对。在该情况下，传动机构100仍然可以借助于蜗轮蜗杆单元以及齿轮对放大马达102的输出转矩并
降低马达102的输出转速，从而仍然保留了传动机构100的上述全部优点。
66.上文参照附图描述了根据本公开的示例性实施例。但是，本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，能够对本公开的示例性实施例进行多种变化和改变。所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由所附权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。