具有可重配置徑向波導的雙極化寬帶靈活圓柱形天線陣列的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于靈活天線的實施例，所述靈活天線通過使用直流電(direct current，DC)開關選擇性地啟用/停用徑向波導上的可調(diào)諧元件對射頻(radio frequency，RF)信號進行波束指向。所述天線包括兩個平行徑向波導結(jié)構(gòu)，每個包括第一徑向板、與所述第一徑向板平行的第二徑向板，以及垂直地置于并且徑向分布在所述兩個板之間的導電元件。所述徑向波導結(jié)構(gòu)還包括多個四分之一RF扼流圈，所述四分之一RF扼流圈經(jīng)由各個微帶和可調(diào)諧元件連接至所述導電元件。所述兩個平行徑向板被隔開一高度，所述高度根據(jù)RF信號的期望傳輸頻率范圍、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間來確定。
【專利說明】具有可重配置徑向波導的雙極化寬帶靈活圓柱形天線陣列的裝置和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年6月30日遞交的發(fā)明名稱為“具有可重配置徑向波導的雙極化靈活圓柱形天線陣列的裝置和組裝方法”的、申請?zhí)枮?4/319,884的美國專利申請案以及2014年6月30日遞交的發(fā)明名稱為“具有可重配置徑向波導的雙極化寬帶靈活圓柱形天線陣列的裝置和方法”的申請?zhí)枮?4/319,981的美國專利申請案的優(yōu)先權(quán)，這兩個在先申請的全部內(nèi)容明確地并入本文中作為參考。
技術(shù)領域
[0003]本發(fā)明涉及天線設計，并且在具體實施例中，涉及一種具有可重配置徑向波導的雙極化寬帶靈活圓柱形天線陣列的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]無線射頻(rad1frequency，RF)信號的現(xiàn)代無線發(fā)射器或天線執(zhí)行波束指向(beam steering)，以便操縱福射圖的主瓣的方向并實現(xiàn)更高的空間選擇性。傳統(tǒng)的波束指向技術(shù)通過一系列移相器和RF開關依賴于對RF信號的相位進行操縱。移相器、RF開關和其它復雜組件的包含增加了靈活天線的制造成本和設計復雜度。因此，需要不太復雜的具有寬帶傳輸?shù)撵`活天線設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一實施例，一種在天線中的徑向波導結(jié)構(gòu)包括第一徑向板、與所述第一徑向板基本上平行的第二徑向板，以及垂直地置于并且徑向分布在所述第一徑向板和所述第二徑向板之間的多個導電元件。所述導電元件連接至微帶和可調(diào)諧元件。所述徑向波導結(jié)構(gòu)還包括多個四分之一射頻(rad1 frequency，RF)扼流圈，所述RF扼流圈經(jīng)由所述微帶和所述可調(diào)諧元件連接至所述導電元件。所述第一徑向板和所述第二板被隔開一高度，所述高度根據(jù)RF信號的期望傳輸頻率范圍、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間的直徑來確定。
[0006]根據(jù)另一實施例，一種天線設備包括第一徑向波導結(jié)構(gòu)，所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)包括兩個第一平行徑向板和多個第一導電元件，所述多個第一導電元件連接至可調(diào)諧元件并垂直地置于所述兩個第一平行板之間。所述兩個第一平行板被隔開一高度，所述高度根據(jù)射頻(rad1 frequency，RF)信號的期望傳輸頻率范圍、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間來確定。所述天線設備還包括第二徑向波導結(jié)構(gòu)，所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)類似于所述第一波導結(jié)構(gòu)并且包括兩個第二平行徑向板和多個第二導電元件，所述多個第二導電元件類似于所述第一有源元件并且連接至第二可調(diào)諧元件。所述第二導電元件與所述第一導電元件具有相同的間隙空間并且垂直地置于所述兩個第二平行板之間。所述兩個第二板被隔開與所述第一兩個平行板隔開的相同高度。所述天線設備還包括多個輻射元件，所述輻射元件置于所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)與所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)之間，并且圍繞所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周徑向分布。所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)基本上平行。
[0007]根據(jù)又一實施例，一種用于具有寬帶無線傳輸?shù)奶炀€的方法包括確定所述天線的所述寬帶無線傳輸期望的頻率范圍，確定所述天線的多個導電元件的高度。所述高度使所述寬頻無線傳輸在所述頻率范圍內(nèi)。所述方法還包括根據(jù)所述高度和所述頻率范圍確定所述天線的兩個平行板的直徑。通過將所述導電元件垂直地置于并且徑向分布在所述平行板之間，組裝所述天線的徑向波導結(jié)構(gòu)。通過將類似于所述導電元件的多個第二導電元件垂直地置于并且徑向分布在類似于所述兩個平行板的兩個第二平板之間，組裝類似于所述徑向波導結(jié)構(gòu)的第二徑向波導結(jié)構(gòu)。所述方法還包括將所述徑向波導結(jié)構(gòu)和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)基本上平行放置，以及圍繞所述徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周放置多個徑向元件。
[0008]前述內(nèi)容已經(jīng)相當寬泛地概述了本發(fā)明一實施例的特征，從而能夠更好地理解接下來對本發(fā)明的詳細說明。下文將描述本發(fā)明實施例的另外特征和優(yōu)點，這些構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的主題。本領域技術(shù)人員應理解，所公開的構(gòu)思和具體實施例可被很容易地用作修改或設計用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)或過程的基礎。本領域技術(shù)人員也應該認識到，這類等同結(jié)構(gòu)沒有偏離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0009]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進行的說明，附圖中:
[0010]圖1示出了用于通信數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡的示意圖；
[0011]圖2為根據(jù)本公開一實施例的雙端口波導天線的側(cè)視圖；
[0012]圖3為圖2的雙端口波導天線的徑向波導的等軸視圖；
[0013]圖4為根據(jù)本公開一實施例的用于雙端口波導天線的徑向波導的DC控制系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0014]圖5為根據(jù)本公開一實施例的雙端口波導天線的徑向波導中的多組可調(diào)諧元件的俯視圖；
[0015]圖6為用于天線的可調(diào)諧元件的設計實施例的俯視圖；
[0016]圖7示出了包括圖6中可調(diào)諧元件的測試波導結(jié)構(gòu)的等軸視圖和俯視圖；
[0017]圖8為根據(jù)本公開一實施例的開啟(ON)狀態(tài)下圖7中測試波導結(jié)構(gòu)的第一設計的頻譜圖；
[0018]圖9為關閉(OFF)狀態(tài)下圖7中測試波導結(jié)構(gòu)的第一設計的頻譜圖；
[0019]圖10為根據(jù)本公開一實施例的開啟(ON)狀態(tài)下圖7中測試波導結(jié)構(gòu)的第二設計的頻譜圖；
[0020]圖11為關閉(OFF)狀態(tài)下圖7中測試波導結(jié)構(gòu)的第二設計的頻譜圖；
[0021]圖12為根據(jù)本公開一實施例的天線的徑向波導結(jié)構(gòu)的功率分配器配置的俯視圖；
[0022]圖13為圖12中功率分配器配置中的不同端口的頻譜圖；
[0023]圖14為根據(jù)本公開一實施例的圖2中雙端口波導天線的配置的頻譜圖。
[0024]圖15為圖2中雙端口波導天線的輻射圖案的圖示；
[0025]圖16為圖2中雙端口波導天線的共極化和交叉極化增益的圖示；
[0026]圖17為圖2中雙端口波導天線的共極化和交叉極化增益的圖示；
[0027]圖18為通過控制天線的功率分配器實現(xiàn)不同波束輻射圖案和取向的多個示例的圖示；
[0028]圖19示出了實現(xiàn)和使用雙端口波導天線的方法實施例的流程圖；以及
[0029]圖20示出了通信設備實施例的方框圖。
[0030]除非另外指明，不同附圖中對應編號和符號一般表示對應部件。附圖的繪制清楚地示出了實施例的相關方面，并不必是按比例繪制。
【具體實施方式】
[0031]下面詳細地討論當前優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應理解，本發(fā)明提供了可以體現(xiàn)在多種具體環(huán)境中的許多可應用的發(fā)明構(gòu)思。所論述的具體實施例僅僅說明了用以制造和使用本發(fā)明的具體方式，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0032]本文公開的是用于靈活天線的實施例，該靈活天線通過使用直流電(directCUrrent，DC)開關選擇性地啟用/停用徑向波導上的可調(diào)諧元件使例如RF或微波信號等無線傳輸進行波束指向。該天線為包括兩個徑向波導的雙極化靈活天線，這兩個徑向波導具有電子控制的功率分配器，并且適于例如在RF或微波頻率范圍內(nèi)的寬帶傳輸。如本文使用的，術(shù)語RF頻率和RF信號分別用來表示在RF、微波以及用于無線通信的頻譜的其它合適區(qū)域中的頻率和信號。
[0033]圖1示出了用于通信數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡100。網(wǎng)絡100包括具有覆蓋區(qū)域112的接入點(access point，AP)110、多個用戶設備(user equipments，UE) 120和回程網(wǎng)絡 130。厶卩 110可包括能夠提供無線接入，例如用以與UE 120建立上行鏈路(短劃線)和/或下行鏈路(點劃線)連接的任何組件。AP 110的示例包括基站(base stat1n，nodeB)、增強型node_B(enhanced node_B，eNB)、毫微微蜂窩基站以及其它無線啟用的設備。UE 120可包括能夠與AP 110建立無線連接的任何組件?；爻叹W(wǎng)絡130可以是允許數(shù)據(jù)在AP 110與遠程終端(未示出)之間進行交換的任何組件或組件集合。在一些實施例中，網(wǎng)絡100可以包括各種其它無線設備，例如繼電器、毫微微蜂窩基站等。網(wǎng)絡100的AP 110或其它無線通信設備可包括如下所述的靈活天線設備。靈活天線用來與諸如用于蜂窩和/或WiFi通信的其它設備發(fā)射/接收無線或RF信號。
[0034]圖2示出了雙極化靈活天線200的實施例，該雙極化靈活天線在本文還稱為雙端口波導天線。雙端口波導天線200包括第一徑向波導結(jié)構(gòu)205(例如在天線的底部或基座)和第二徑向波導結(jié)構(gòu)206(例如在天線的頂部)，它們是類似的。每個波導結(jié)構(gòu)由彼此分開適當距離的兩個平行徑向表面組成。平行徑向表面/板211經(jīng)由形成短路終止的導電裝置213電連接，與開路終止波導相比，降低了輻射損失。平行板211被隔開預定高度H，這促進了天線的寬帶操作，這在下文進一步描述。在一實施例中，導電裝置213是在兩個板211的邊緣周圍放置的導電襯墊，這在下文進一步描述。一系列輻射元件230圍繞兩個徑向波導的圓周分布在第一徑向波導結(jié)構(gòu)205和第二徑向波導結(jié)構(gòu)206之間。輻射元件230包括導電饋送路徑231。另外，貼片232耦合至每個輻射元件230的外表面。輻射元件230的邊緣(底部和頂部邊緣)形成邊緣探針233，該邊緣探針將輻射元件230電連接至第一徑向波導結(jié)構(gòu)205和第二徑向波導結(jié)構(gòu)206。邊緣探針233是輻射元件230的一部分，并且在制造工藝中被印制有輻射元件230，這簡化了輻射元件230和邊緣探針233的制造工藝。每個徑向波導還包括兩個表面/板211之間的一系列接地引腳214。接地引腳214在徑向波導的圓周周圍分布并且靠近輻射元件230的邊緣探針233。每個接地引腳214可放置在與相鄰的一對邊緣探針233大約等距離處。
[0035]圖3示出了對應于第一徑向波導結(jié)構(gòu)205或第二徑向波導結(jié)構(gòu)206的徑向波導結(jié)構(gòu)設計300的實施例。該圖示出了導電裝置213(例如導電襯墊)、(在輻射元件230—端的)邊緣探針233的部分，以及接地引腳214。徑向波導結(jié)構(gòu)耦合至線路饋電210并且包括多個立式金屬或圓柱形導電元件220和RF扼流圈208。線路饋電210放置在其中一個徑向板211 (部分示出)的暴露表面的頂部，并處于板211的中心。如圖所示，導電元件220為垂直地置于徑向板211之間的導電(例如金屬)圓柱或?qū)Ь€，并且水平地散置在線路饋電210與輻射元件230之間。RF扼流圈208在連接至線路饋電210的表面/板211處，連接至導電元件220的一端。導電元件220還耦合至可調(diào)諧組件(如下所述)，所述可調(diào)諧組件依靠能量源(例如DC電源)來改變徑向波導結(jié)構(gòu)205/206上電流流動，諸如(例如)PIN二極管。在另一些實施例中，可調(diào)諧元件包括使用移動的部件或電連接改變電流流動的機電組件，諸如微機電系統(tǒng)(m i c r ο -electromechanical systems，MEMS)組件。RF扼流圈208可包括用于阻斷RF頻率信號而不阻斷DC信號的任何組件。RF扼流圈208通過微帶209連接至各個導電元件220的頂部。
[0036]上面的組件沿著徑向波導結(jié)構(gòu)205/206的板211之間的高度H設計，以便允許天線的寬帶操作，這在下文進一步描述。線路饋電210耦合至并且置于徑向波導結(jié)構(gòu)300的其中一個板211的中心。這樣，線路饋電210提供在徑向波導結(jié)構(gòu)300上向外輻射的電信號(例如RF信號)。導電元件220分布在徑向波導表面/板211之間，并散置在線路饋電210和輻射元件230(其中，只示出了邊緣探針233)之間。導電元件220連接至可調(diào)諧元件(如下文所述)，該可調(diào)諧元件可選擇性地被啟用/停用，用于引導RF信號朝著被選擇的輻射元件230傳播。這樣，導電元件220處的被啟用的可調(diào)諧元件充當功率分配器，該功率分配器使天線的無線傳輸進行波束指向。由Halim Boutayeb于2013年2月6日遞交的發(fā)明名稱為“使用可重配置的功率分配器基于圓柱形電磁帶隙(CEBG)結(jié)構(gòu)的電子可指向天線(Electr onicallySteerable Antenna Using Reconfigurable Power Divider Based on CylindricalElectromagnetic Band Gap(CEBG)Structure Y'的申請?zhí)枮?3/760，980的美國申請描述了關于徑向波導結(jié)構(gòu)300的組件的更多細節(jié)，該申請的全部內(nèi)容如同復制一樣并入本文中作為參考。
[0037]然而，與上述參考申請的全向天線設計不同，雙端口波導天線200包括兩個徑向波導結(jié)構(gòu)205和206(或雙極化端口)，這提供了更高的靈活性、更好的功率效率和改善的干擾抑制。如上所述，雙極化端口波導是類似的，并可以被類似地控制，以實現(xiàn)極化匹配，從而使輻射功率或信噪比大體加倍并實現(xiàn)上述改進。例如，這種天線可以用于基于媒體的調(diào)制。雙端口波導天線200還能夠提供寬帶操作，這在下文進一步描述。
[0038]圖4示出了用于雙端口波導天線的徑向波導的DC控制系統(tǒng)400的實施例。系統(tǒng)400使用(由DC電流驅(qū)動的)DC開關，用于靈活天線的波束指向控制。這種控制系統(tǒng)使天線沒有(依賴于移相器和RF開關實現(xiàn)波束指向的)傳統(tǒng)靈活天線復雜。如圖所示，一組二極管(PIN二極管)由微控制器經(jīng)由一系列DC開關控制。靈活天線中波束指向相關的處理是以操縱該組的PIN 二極管為基礎，因此遠沒有傳統(tǒng)靈活天線固有的基帶處理(例如計算相位/幅度偏移等)復雜。與傳統(tǒng)靈活天線設計中包含的處理器相比，微控制器可具有更低的復雜度，并且消耗更低的電能。同樣示出了在徑向波導的中心處的同軸線路饋電。同軸線路饋電連接至RF信號源(未示出)。
[0039]在一些配置中，通過使用公共開關啟用多組有源元件，減少了實現(xiàn)波束指向需要的DC開關的數(shù)量。圖5示出了多組導電元件220，具有靈活天線200中可由公共開關控制的可調(diào)諧或有源元件。導電元件220處的多組可調(diào)諧元件(如短劃線所示)由相同的開關控制，以便使用更少的開關(例如圖5中的20個開關)來控制波束指向。
[0040]圖6為示出用于諧振器結(jié)構(gòu)的實施例設計2400的俯視圖，該諧振器結(jié)構(gòu)包括導電元件220和RF扼流圈208，它們經(jīng)由微帶209彼此連接?？烧{(diào)諧或有源元件，諸如PIN二極管207，也置于微帶209與RF扼流圈208之間。這些元件的組合形成徑向波導結(jié)構(gòu)205/206中的一個DC控制的諧振器。徑向波導結(jié)構(gòu)205/206中諧振器的微帶209可具有不同的長度L，以便優(yōu)化傳輸系數(shù)(提高更寬頻率范圍上的傳輸)AF扼流圈208是四分之一波長開放式徑向線(radial stub)。導電元件220具有合適的直徑Dw。針對徑向波導結(jié)構(gòu)205/206的板211之間的給定高度H，每個諧振器的諧振的頻率由直徑Dw、長度L和在導電元件周圍的間隙空間的直徑Dclear(在圖6中示出)控制。為了促進天線的寬帶頻率(寬頻帶)操作，H被設定為大約四分之一波長。這通過諧振器的設計2400以及通過相應地調(diào)整其組件的尺寸(L、Dw、Dclear、H)是可能的。
[0041]圖7示出了測試波導結(jié)構(gòu)的等軸視圖610和俯視圖620，該測試波導結(jié)構(gòu)包括類似于圖7中諧振器結(jié)構(gòu)的多個結(jié)構(gòu)。測試波導結(jié)構(gòu)(使用計算機模擬)被模擬為矩形波導，該矩形波導包括一排3個具有周期性邊界條件(Floquet邊界條件)的有源結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有位于該行元件的對端上的兩個端口(端口 I和端口 2)。
[0042]圖8示出了通過模擬獲得的開啟(ON)狀態(tài)(接通PIN二極管207)下測試波導結(jié)構(gòu)的頻譜，以及圖9為關閉(OFF)狀態(tài)(斷開PIN二極管207)下的頻譜。測試結(jié)構(gòu)設計包括以下尺寸:H=10mm，Dw = 3.2mm，L = 0.5mm，并且Dclear = 8mm。傳輸系數(shù)(短劃線曲線)和反射系數(shù)(實線曲線)的值在從I千兆赫(Gigahertz，GHz))到8GHZ的頻率范圍內(nèi)以dB示出。圖8和圖9中的曲線表明諧振器結(jié)構(gòu)(包括PIN 二極管207)可以用于當PIN 二極管207打開時在從5GHz到6GHz的頻帶中傳遞福射。
[0043]圖10示出了開啟(ON)狀態(tài)(接通PIN二極管207)下測試波導結(jié)構(gòu)的另一示例設計的頻譜，以及圖11為關閉(OFF)狀態(tài)(斷開PIN 二極管207)下的頻譜。該設計相應地包括以下尺寸:H= 1mm，Dw = 3.2mm，L = 9.2mm，并且 Dc I ear = 8mm。諧振器通過 P IN 二極管 207 的DC 控制被開啟和關閉。傳輸系數(shù)(短劃線曲線)和反射系數(shù)(實線曲線)的值在從IGHz到8GHZ的頻率范圍內(nèi)以dB示出。圖10和圖11中的曲線表明諧振器結(jié)構(gòu)可以用于當PIN二極管207關閉(OFF)時在從5GHz到6GHz的頻帶中傳遞輻射。圖8至圖11中的結(jié)果表明改變微帶的長度影響PIN 二極管207的開關效果，因此影響波導結(jié)構(gòu)的操作以及RF信號的波束指向。
[0044]圖12示出了天線的功率分配器配置3000的示例。諧振器結(jié)構(gòu)被劃分為不同組，每個組對應于徑向波導結(jié)構(gòu)205/206的一個端口。徑向波導結(jié)構(gòu)205/206具有大約164mm的直徑，并且徑向波導結(jié)構(gòu)205/206的板之間的間隔的高度等于約10mm。徑向波導結(jié)構(gòu)205/206包括具有36個對應二極管的36個諧振器結(jié)構(gòu)，以及12個端口，每個端口由若干DC開關控制。為了說明，示出了五個端口。只有對應于端口2和4的諧振器被打開(例如，二極管被打開)。其它配置可以包括更少或更多端口或不同分組的諧振器，例如以獲得預期的功率分配器傳輸頻譜。圖13示出了根據(jù)圖12中的配置系數(shù)Sll(端口 I處的反射系數(shù))、S21(從端口 I到端口2的傳輸系數(shù))、S31 (從端口 I到端口 3的傳輸系數(shù))、S41 (從端口 I到端口 4的傳輸系數(shù))和S51(從端口 I到端口 5的傳輸系數(shù))的頻譜(以dB計)。在從5GHz到6GHz的范圍和端口 I處的激勵(對應于徑向波導結(jié)構(gòu)的中心中的線路饋電)下，端口 2和4顯示相對較高的傳輸，而端口 I顯示良好(低)的反射系數(shù)。剩余端口 3和5(其中二極管被關閉)顯示相對較低的傳輸。因此，該功率分配器配置允許使來自端口 2和4方向的線路饋電的RF輻射的波束指向。
[0045]圖14示出了雙端口波導天線的示例性配置的頻譜。具體而言，功率分配器(通過打開/關閉選定的二極管)在兩個徑向波導結(jié)構(gòu)205/206處進行相似地配置和控制，以便獲得預期的輻射圖案。該圖示出了良好的阻抗匹配:端口 I處的反射系數(shù)Sll對應于一個波導的線路饋電，以及端口 2的反射系數(shù)S22對應于另一個波導的線路饋電，這兩種反射系數(shù)都很低。該圖還示出了端口 I和2之間的低耦合:從端口 2到端口 I的傳輸系數(shù)很低，反過來也如此。理想情況下，預期頻帶范圍內(nèi)波導的耦合在從5GHz到6GHz的范圍內(nèi)應該相對較低。圖15示出了圖14的配置的對應輻射圖案(在3D空間內(nèi))。圖16示出了在第一平面(Y-Z平面)上圖15中兩個波導的共極化(實線)和交叉極化(點劃線)的以dB計的歸一化增益，并且圖17示出了在第二平面(X-Y平面)上的共極化和交叉極化的歸一化增益。圖16和圖17示出了對應平面處的相對較高傳輸(極化)以及由于兩個波導之間耦合而相對較低的交叉極化。
[0046]圖18示出了通過控制如上所述的天線的功率分配器實現(xiàn)的各種波束輻射圖案和取向。所述圖案包括波束的各種取向(以不同的角度，例如0、10°、20°、30°)、各種波束形狀(例如較寬的波束、再寬一些的波束)和各種數(shù)量的模擬輻射波束(例如在一個或多個方向上)。通過(針對不同諧振器)調(diào)諧/中斷不同組的二極管，使用相同的波導結(jié)構(gòu)(相同的雙端口天線)可實現(xiàn)上述各種波束形態(tài)。
[0047]圖19示出了實現(xiàn)和使用如上所述靈活天線的方法實施例1900。在步驟1910，確定天線的寬帶無線傳輸期望的頻率范圍。在步驟1920，確定天線的多個圓柱形導電元件的高度，以便使寬帶無線傳輸在所述頻率范圍內(nèi)。在步驟1930，通過將所述圓柱形導電元件垂直地置于并且徑向分布在平行板之間，組裝天線的徑向波導結(jié)構(gòu)。在步驟1940，通過將類似于所述圓柱形導電元件的多個第二圓柱形導電元件垂直地置于并且徑向分布在類似于所述兩個平行板的兩個第二平行板之間，組裝類似于所述徑向波導結(jié)構(gòu)的第二徑向波導結(jié)構(gòu)。在步驟1950，平行放置所述徑向波導結(jié)構(gòu)和第二徑向波導結(jié)構(gòu)。在步驟1960，圍繞所述徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周放置多個輻射元件。在步驟1970，將直流電(direct current，DC)控制器和多個DC開關連接至具有可調(diào)諧元件的多組圓柱形導電元件和具有第二可調(diào)諧元件的類似多組第二圓柱形導電元件。每一個DC開關連接至對應組的可調(diào)諧元件和對應第二組的第二可調(diào)諧元件。在步驟1980，根據(jù)天線的寬帶無線傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)的RF信號的期望傳播方向和傳輸頻率，選擇多組可調(diào)諧元件中的一組或多組和第二多組的第二可調(diào)諧元件中的一組或多組來啟用。在步驟1990，經(jīng)由控制器接通連接至所選多組和第二多組的一個或多個DC開關。
[0048]圖20示出了通信設備2000的實施例的方框圖，該通信設備包括可以是(或不是)如圖20所示排列的處理器2004、存儲器2006和開關接口 2014。處理器2004可以是能夠執(zhí)行計算和/或其它處理相關任務的任何組件，并且可相當于微控制器250(如上所述)。存儲器2006可以是能夠存儲用于處理器2004的程序和/或指令的任何組件。開關接口 2014可以是允許處理器2004操縱或控制一系列DC開關來實現(xiàn)靈活天線上的波束指向的任何組件或組件集合。
[0049]雖然本公開已提供了若干實施例，但應理解，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本發(fā)明所公開的系統(tǒng)和方法可以許多其它具體形式來體現(xiàn)。本發(fā)明的示例應被視為說明性而非限制性的，且本發(fā)明并不限于本文所給出的細節(jié)。例如，各種元件或組件可以結(jié)合或合并到另一個系統(tǒng)中，或者某些特征可以省略或不實施。
[0050]此外，在不偏離本公開的范圍的情況下，各種實施例中描述和說明為離散或單獨的技術(shù)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和方法可以與其它系統(tǒng)、模塊、技術(shù)或方法進行組合或合并。示出或論述為彼此耦合或直接耦合或通信的其它項也可以采用電方式、機械方式或其它方式通過某一接口、設備或中間部件間接地耦合或通信。其它變化、替代和改變的示例可以由本領域的技術(shù)人員確定，并且在不偏離本文所公開的精神和范圍的情況下實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種在天線中的徑向波導結(jié)構(gòu)，包括: 第一徑向板； 與所述第一徑向板基本上平行的第二徑向板； 垂直地置于并且徑向分布在所述第一徑向板和所述第二徑向板之間的多個導電元件，其中所述導電元件連接至微帶和可調(diào)諧元件；以及 多個四分之一射頻(rad1 frequency，RF)扼流圈，其中所述RF扼流圈經(jīng)由所述微帶和所述可調(diào)諧元件連接至所述導電元件， 其中，所述第一徑向板和所述第二徑向板被隔開一高度，所述高度根據(jù)RF信號的期望傳輸頻率范圍、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間的直徑來確定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述高度等于大約四分之一波長，所述波長對應于所述RF信號的傳輸頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述第一徑向板和所述第二徑向板隔開的所述高度、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和所述間隙空間的直徑具有確定所述天線的寬帶傳輸?shù)某叽?，所述寬帶傳輸與從約5千兆赫到約6千兆赫的頻率范圍重疊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述第一徑向板和所述第二徑向板隔開的所述高度、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和所述間隙空間的直徑具有確定所述天線的寬帶傳輸?shù)某叽纾鰧拵鬏斉c從約I千兆赫到約8千兆赫的頻率范圍重疊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中連接至所述導電元件的所述微帶具有可變長度，并且所述微帶的所述可變長度相比于所述微帶的一個長度提供更寬的頻率范圍上的傳輸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述可調(diào)諧元件為置于所述微帶和所述RF扼流圈之間的二極管，并且連接至多個直流電(direct current，DC)開關和所述DC開關的控制器，所述控制器和所述DC開關用于啟用和停用所述二極管，并且所述啟用或停用引導所述RF信號的傳播。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中每一個所述DC開關連接至對應組的二極管并且啟用或停用所述對應組中的所有所述二極管。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述對應組中的所有被啟用或被停用的二極管充當確定所述RF信號的傳輸方向和傳輸系數(shù)的功率分配器。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中響應于所述二極管的啟用和停用之一，所述微帶的所述長度確定所述RF信號的傳輸。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波導結(jié)構(gòu)，其中所述可調(diào)諧元件為微機電系統(tǒng)(micro-electromechanical systems，MEMS)。11.一種天線設備，包括: 第一徑向波導結(jié)構(gòu)，包括兩個第一平行徑向板和多個第一導電元件，所述多個第一導電元件連接至可調(diào)諧元件并且垂直地置于所述兩個第一平行板之間，其中所述兩個第一平行板被隔開一高度，所述高度根據(jù)射頻(rad1 frequency，RF)信號的期望傳輸頻率范圍、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間來確定； 第二徑向波導結(jié)構(gòu)，類似于所述第一波導結(jié)構(gòu)并且包括兩個第二平行徑向板和多個第二導電元件，所述多個第二導電元件類似于所述第一導電元件并且連接至第二可調(diào)諧元件，其中，所述第二導電元件與所述第一導電元件具有相同的間隙空間并且垂直地置于所述兩個第二平行板之間，所述兩個第二板被隔開與所述第一兩個平行板隔開的相同高度；以及 多個輻射元件，置于所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)與所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)之間，并且圍繞所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周徑向分布，其中所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)基本上平行。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線設備，還包括: 第一線路饋電，基本上連接至所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)的表面的中心并且連接至RF信號源； 第二線路饋電，基本上連接至所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的表面的中心并且連接至所述RF信號源； 多個直流電(direct current，DC)開關，連接至所述可調(diào)諧元件和所述第二可調(diào)諧元件；以及 用于所述DC開關的控制器，所述控制器通過接通和斷開所述DC開關實現(xiàn)啟用和停用所述可調(diào)諧元件和所述第二可調(diào)諧元件。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線設備，其中每一個所述導電元件連接至微帶和二極管，以及所述天線還包括多個RF扼流圈，每一個所述RF扼流圈連接至所述二極管之一。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線設備，其中根據(jù)所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和在每一個所述導電元件周圍的間隙空間確定所述兩個第一平行板隔開的和所述兩個第二徑向板隔開的相同高度。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線設備，其中所述高度、所述微帶的長度、所述導電元件的直徑和所述間隙空間確定所述天線的寬帶傳輸，所述寬帶傳輸與從約5千兆赫到約6千兆赫的頻率范圍重疊。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線設備，其中所述高度、所述微帶的長度、所述導電元件的所述直徑和所述間隙空間確定所述天線的寬帶傳輸，所述寬帶傳輸與從約I千兆赫到約8千兆赫的頻率范圍重疊。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線設備，其中所述DC開關連接至對應組的所述可調(diào)諧元件并且連接至相似組的所述第二可調(diào)諧元件。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天線設備，其中所述第一徑向波導結(jié)構(gòu)和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)具有大于100毫米(mm)的直徑，所述兩個第一平行板和所述兩個第二平行板中的每一個之間間開的所述高度等于10_，所述可調(diào)諧元件和所述第二可調(diào)諧元件中的每一個的總數(shù)量為36個可調(diào)諧元件，所述組的所述可調(diào)諧元件和所述類似組的所述第二可調(diào)諧元件中的每一組的總數(shù)量為18組。19.一種用于具有寬帶無線傳輸?shù)奶炀€的方法，所述方法包括: 確定所述天線的所述寬帶無線傳輸期望的頻率范圍； 確定所述天線的多個導電元素的高度，其中所述高度使所述寬帶無線傳輸在所述頻率范圍內(nèi)； 根據(jù)所述高度和所述頻率范圍確定所述天線的兩個平行板的直徑； 通過將所述導電元件垂直地置于并且徑向分布在所述平行板之間，組裝所述天線的徑向波導結(jié)構(gòu)； 通過將類似于所述導電元件的多個第二導電元件垂直地置于并且徑向分布在類似于所述兩個平行板的兩個第二平行板之間，組裝類似于所述徑向波導結(jié)構(gòu)的第二徑向波導結(jié)構(gòu)； 將所述徑向波導結(jié)構(gòu)和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)基本上平行放置；以及 圍繞所述徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周和所述第二徑向波導結(jié)構(gòu)的圓周放置多個徑向元件。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括: 根據(jù)所述高度和所述頻率范圍確定所述導電元件的直徑； 根據(jù)所述高度和所述頻率范圍確定微帶的長度，所述微帶將對應二極管連接至所述導電元件和所述第二導電元件中的每一個;以及 根據(jù)所述高度和所述頻率范圍確定在所述導電元件和所述第二導電元件中的每一個的周圍的間隙空間直徑。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述導電元件和所述第二導電元件耦合至各個可調(diào)諧元件，并且所述方法還包括: 將多個直流電(direct current，DC)開關經(jīng)由所述導電元件和所述第二導電元件連接至各個組的所述可調(diào)諧元件； 將所述DC開關連接至控制器； 根據(jù)所述天線的所述寬帶無線傳輸?shù)乃鲱l率范圍內(nèi)的RF信號的期望傳播方向和傳輸頻率選擇所述可調(diào)諧元件來啟用；以及 經(jīng)由所述控制器接通連接至所述選擇的可調(diào)諧元件的一個或多個所述DC開關。
【文檔編號】H01Q3/24GK105874648SQ201580003197
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年6月27日
【發(fā)明人】哈林姆·博泰亞伯, 保羅·華生, 托比·坎普
【申請人】華為技術(shù)有限公司