CN105874648A - 具有可重配置径向波导的双极化宽带灵活圆柱形天线阵列的装置和方法 - Google Patents

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CN105874648A CN201580003197.7A CN201580003197A CN105874648A CN 105874648 A CN105874648 A CN 105874648A CN 201580003197 A CN201580003197 A CN 201580003197A CN 105874648 A CN105874648 A CN 105874648A
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Abstract

本发明提供了用于灵活天线的实施例，所述灵活天线通过使用直流电(direct current，DC)开关选择性地启用/停用径向波导上的可调谐元件对射频(radio frequency，RF)信号进行波束指向。所述天线包括两个平行径向波导结构，每个包括第一径向板、与所述第一径向板平行的第二径向板，以及垂直地置于并且径向分布在所述两个板之间的导电元件。所述径向波导结构还包括多个四分之一RF扼流圈，所述四分之一RF扼流圈经由各个微带和可调谐元件连接至所述导电元件。所述两个平行径向板被隔开一高度，所述高度根据RF信号的期望传输频率范围、所述微带的长度、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间来确定。

Description

具有可重配置径向波导的双极化宽带灵活圆柱形天线阵列的装置和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月30日递交的发明名称为“具有可重配置径向波导的双极化灵活圆柱形天线阵列的装置和组装方法”的、申请号为14/319,884的美国专利申请案以及2014年6月30日递交的发明名称为“具有可重配置径向波导的双极化宽带灵活圆柱形天线阵列的装置和方法”的申请号为14/319,981的美国专利申请案的优先权，这两个在先申请的全部内容明确地并入本文中作为参考。
技术领域
本发明涉及天线设计，并且在具体实施例中，涉及一种具有可重配置径向波导的双极化宽带灵活圆柱形天线阵列的装置和方法。
背景技术
无线射频(radio frequency，RF)信号的现代无线发射器或天线执行波束指向(beam steering)，以便操纵辐射图的主瓣的方向并实现更高的空间选择性。传统的波束指向技术通过一系列移相器和RF开关依赖于对RF信号的相位进行操纵。移相器、RF开关和其它复杂组件的包含增加了灵活天线的制造成本和设计复杂度。因此，需要不太复杂的具有宽带传输的灵活天线设计。
发明内容
根据一实施例，一种在天线中的径向波导结构包括第一径向板、与所述第一径向板基本上平行的第二径向板，以及垂直地置于并且径向分布在所述第一径向板和所述第二径向板之间的多个导电元件。所述导电元件连接至微带和可调谐元件。所述径向波导结构还包括多个四分之一射频(radiofrequency，RF)扼流圈，所述RF扼流圈经由所述微带和所述可调谐元件连接至所述导电元件。所述第一径向板和所述第二板被隔开一高度，所述高度根据RF信号的期望传输频率范围、所述微带的长度、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间的直径来确定。
根据另一实施例，一种天线设备包括第一径向波导结构，所述第一径向波导结构包括两个第一平行径向板和多个第一导电元件，所述多个第一导电元件连接至可调谐元件并垂直地置于所述两个第一平行板之间。所述两个第一平行板被隔开一高度，所述高度根据射频(radio frequency，RF)信号的期望传输频率范围、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间来确定。所述天线设备还包括第二径向波导结构，所述第二径向波导结构类似于所述第一波导结构并且包括两个第二平行径向板和多个第二导电元件，所述多个第二导电元件类似于所述第一有源元件并且连接至第二可调谐元件。所述第二导电元件与所述第一导电元件具有相同的间隙空间并且垂直地置于所述两个第二平行板之间。所述两个第二板被隔开与所述第一两个平行板隔开的相同高度。所述天线设备还包括多个辐射元件，所述辐射元件置于所述第一径向波导结构与所述第二径向波导结构之间，并且围绕所述第一径向波导结构的圆周和所述第二径向波导结构的圆周径向分布。所述第一径向波导结构和所述第二径向波导结构基本上平行。
根据又一实施例，一种用于具有宽带无线传输的天线的方法包括确定所述天线的所述宽带无线传输期望的频率范围，确定所述天线的多个导电元件的高度。所述高度使所述宽频无线传输在所述频率范围内。所述方法还包括根据所述高度和所述频率范围确定所述天线的两个平行板的直径。通过将所述导电元件垂直地置于并且径向分布在所述平行板之间，组装所述天线的径向波导结构。通过将类似于所述导电元件的多个第二导电元件垂直地置于并且径向分布在类似于所述两个平行板的两个第二平板之间，组装类似于所述径向波导结构的第二径向波导结构。所述方法还包括将所述径向波导结构和所述第二径向波导结构基本上平行放置，以及围绕所述径向波导结构的圆周和所述第二径向波导结构的圆周放置多个径向元件。
前述内容已经相当宽泛地概述了本发明一实施例的特征，从而能够更好地理解接下来对本发明的详细说明。下文将描述本发明实施例的另外特征和优点，这些构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应理解，所公开的构思和具体实施例可被很容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员也应该认识到，这类等同结构没有偏离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的说明，附图中：
图1示出了用于通信数据的无线网络的示意图；
图2为根据本公开一实施例的双端口波导天线的侧视图；
图3为图2的双端口波导天线的径向波导的等轴视图；
图4为根据本公开一实施例的用于双端口波导天线的径向波导的DC控制系统的侧视图；
图5为根据本公开一实施例的双端口波导天线的径向波导中的多组可调谐元件的俯视图；
图6为用于天线的可调谐元件的设计实施例的俯视图；
图7示出了包括图6中可调谐元件的测试波导结构的等轴视图和俯视图；
图8为根据本公开一实施例的开启(ON)状态下图7中测试波导结构的第一设计的频谱图；
图9为关闭(OFF)状态下图7中测试波导结构的第一设计的频谱图；
图10为根据本公开一实施例的开启(ON)状态下图7中测试波导结构的第二设计的频谱图；
图11为关闭(OFF)状态下图7中测试波导结构的第二设计的频谱图；
图12为根据本公开一实施例的天线的径向波导结构的功率分配器配置的俯视图；
图13为图12中功率分配器配置中的不同端口的频谱图；
图14为根据本公开一实施例的图2中双端口波导天线的配置的频谱图。
图15为图2中双端口波导天线的辐射图案的图示；
图16为图2中双端口波导天线的共极化和交叉极化增益的图示；
图17为图2中双端口波导天线的共极化和交叉极化增益的图示；
图18为通过控制天线的功率分配器实现不同波束辐射图案和取向的多个示例的图示；
图19示出了实现和使用双端口波导天线的方法实施例的流程图；以及
图20示出了通信设备实施例的方框图。
除非另外指明，不同附图中对应编号和符号一般表示对应部件。附图的绘制清楚地示出了实施例的相关方面，并不必是按比例绘制。
具体实施方式
下面详细地讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应理解，本发明提供了可以体现在多种具体环境中的许多可应用的发明构思。所论述的具体实施例仅仅说明了用以制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
本文公开的是用于灵活天线的实施例，该灵活天线通过使用直流电(direct current，DC)开关选择性地启用/停用径向波导上的可调谐元件使例如RF或微波信号等无线传输进行波束指向。该天线为包括两个径向波导的双极化灵活天线，这两个径向波导具有电子控制的功率分配器，并且适于例如在RF或微波频率范围内的宽带传输。如本文使用的，术语RF频率和RF信号分别用来表示在RF、微波以及用于无线通信的频谱的其它合适区域中的频率和信号。
图1示出了用于通信数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域112的接入点(access point，AP)110、多个用户设备(user equipments，UE)120和回程网络130。AP 110可包括能够提供无线接入，例如用以与UE 120建立上行链路(短划线)和/或下行链路(点划线)连接的任何组件。AP 110的示例包括基站(base station，nodeB)、增强型node-B(enhanced node-B，eNB)、毫微微蜂窝基站以及其它无线启用的设备。UE 120可包括能够与AP 110建立无线连接的任何组件。回程网络130可以是允许数据在AP 110与远程终端(未示出)之间进行交换的任何组件或组件集合。在一些实施例中，网络100可以包括各种其它无线设备，例如继电器、毫微微蜂窝基站等。网络100的AP 110或其它无线通信设备可包括如下所述的灵活天线设备。灵活天线用来与诸如用于蜂窝和/或WiFi通信的其它设备发射/接收无线或RF信号。
图2示出了双极化灵活天线200的实施例，该双极化灵活天线在本文还称为双端口波导天线。双端口波导天线200包括第一径向波导结构205(例如在天线的底部或基座)和第二径向波导结构206(例如在天线的顶部)，它们是类似的。每个波导结构由彼此分开适当距离的两个平行径向表面组成。平行径向表面/板211经由形成短路终止的导电装置213电连接，与开路终止波导相比，降低了辐射损失。平行板211被隔开预定高度H，这促进了天线的宽带操作，这在下文进一步描述。在一实施例中，导电装置213是在两个板211的边缘周围放置的导电衬垫，这在下文进一步描述。一系列辐射元件230围绕两个径向波导的圆周分布在第一径向波导结构205和第二径向波导结构206之间。辐射元件230包括导电馈送路径231。另外，贴片232耦合至每个辐射元件230的外表面。辐射元件230的边缘(底部和顶部边缘)形成边缘探针233，该边缘探针将辐射元件230电连接至第一径向波导结构205和第二径向波导结构206。边缘探针233是辐射元件230的一部分，并且在制造工艺中被印制有辐射元件230，这简化了辐射元件230和边缘探针233的制造工艺。每个径向波导还包括两个表面/板211之间的一系列接地引脚214。接地引脚214在径向波导的圆周周围分布并且靠近辐射元件230的边缘探针233。每个接地引脚214可放置在与相邻的一对边缘探针233大约等距离处。
图3示出了对应于第一径向波导结构205或第二径向波导结构206的径向波导结构设计300的实施例。该图示出了导电装置213(例如导电衬垫)、(在辐射元件230一端的)边缘探针233的部分，以及接地引脚214。径向波导结构耦合至线路馈电210并且包括多个立式金属或圆柱形导电元件220和RF扼流圈208。线路馈电210放置在其中一个径向板211(部分示出)的暴露表面的顶部，并处于板211的中心。如图所示，导电元件220为垂直地置于径向板211之间的导电(例如金属)圆柱或导线，并且水平地散置在线路馈电210与辐射元件230之间。RF扼流圈208在连接至线路馈电210的表面/板211处，连接至导电元件220的一端。导电元件220还耦合至可调谐组件(如下所述)，所述可调谐组件依靠能量源(例如DC电源)来改变径向波导结构205/206上电流流动，诸如(例如)PIN二极管。在另一些实施例中，可调谐元件包括使用移动的部件或电连接改变电流流动的机电组件，诸如微机电系统(micro-electromechanical systems，MEMS)组件。RF扼流圈208可包括用于阻断RF频率信号而不阻断DC信号的任何组件。RF扼流圈208通过微带209连接至各个导电元件220的顶部。
上面的组件沿着径向波导结构205/206的板211之间的高度H设计，以便允许天线的宽带操作，这在下文进一步描述。线路馈电210耦合至并且置于径向波导结构300的其中一个板211的中心。这样，线路馈电210提供在径向波导结构300上向外辐射的电信号(例如RF信号)。导电元件220分布在径向波导表面/板211之间，并散置在线路馈电210和辐射元件230(其中，只示出了边缘探针233)之间。导电元件220连接至可调谐元件(如下文所述)，该可调谐元件可选择性地被启用/停用，用于引导RF信号朝着被选择的辐射元件230传播。这样，导电元件220处的被启用的可调谐元件充当功率分配器，该功率分配器使天线的无线传输进行波束指向。由Halim Boutayeb于2013年2月6日递交的发明名称为“使用可重配置的功率分配器基于圆柱形电磁带隙(CEBG)结构的电子可指向天线(Electronically Steerable AntennaUsing Reconfigurable Power Divider Based on Cylindrical Electromagnetic BandGap(CEBG)Structure)”的申请号为13/760,980的美国申请描述了关于径向波导结构300的组件的更多细节，该申请的全部内容如同复制一样并入本文中作为参考。
然而，与上述参考申请的全向天线设计不同，双端口波导天线200包括两个径向波导结构205和206(或双极化端口)，这提供了更高的灵活性、更好的功率效率和改善的干扰抑制。如上所述，双极化端口波导是类似的，并可以被类似地控制，以实现极化匹配，从而使辐射功率或信噪比大体加倍并实现上述改进。例如，这种天线可以用于基于媒体的调制。双端口波导天线200还能够提供宽带操作，这在下文进一步描述。
图4示出了用于双端口波导天线的径向波导的DC控制系统400的实施例。系统400使用(由DC电流驱动的)DC开关，用于灵活天线的波束指向控制。这种控制系统使天线没有(依赖于移相器和RF开关实现波束指向的)传统灵活天线复杂。如图所示，一组二极管(PIN二极管)由微控制器经由一系列DC开关控制。灵活天线中波束指向相关的处理是以操纵该组的PIN二极管为基础，因此远没有传统灵活天线固有的基带处理(例如计算相位/幅度偏移等)复杂。与传统灵活天线设计中包含的处理器相比，微控制器可具有更低的复杂度，并且消耗更低的电能。同样示出了在径向波导的中心处的同轴线路馈电。同轴线路馈电连接至RF信号源(未示出)。
在一些配置中，通过使用公共开关启用多组有源元件，减少了实现波束指向需要的DC开关的数量。图5示出了多组导电元件220，具有灵活天线200中可由公共开关控制的可调谐或有源元件。导电元件220处的多组可调谐元件(如短划线所示)由相同的开关控制，以便使用更少的开关(例如图5中的20个开关)来控制波束指向。
图6为示出用于谐振器结构的实施例设计2400的俯视图，该谐振器结构包括导电元件220和RF扼流圈208，它们经由微带209彼此连接。可调谐或有源元件，诸如PIN二极管207，也置于微带209与RF扼流圈208之间。这些元件的组合形成径向波导结构205/206中的一个DC控制的谐振器。径向波导结构205/206中谐振器的微带209可具有不同的长度L，以便优化传输系数(提高更宽频率范围上的传输)。RF扼流圈208是四分之一波长开放式径向线(radial stub)。导电元件220具有合适的直径Dw。针对径向波导结构205/206的板211之间的给定高度H，每个谐振器的谐振的频率由直径Dw、长度L和在导电元件周围的间隙空间的直径Dclear(在图6中示出)控制。为了促进天线的宽带频率(宽频带)操作，H被设定为大约四分之一波长。这通过谐振器的设计2400以及通过相应地调整其组件的尺寸(L、Dw、Dclear、H)是可能的。
图7示出了测试波导结构的等轴视图610和俯视图620，该测试波导结构包括类似于图7中谐振器结构的多个结构。测试波导结构(使用计算机模拟)被模拟为矩形波导，该矩形波导包括一排3个具有周期性边界条件(Floquet边界条件)的有源结构。该结构具有位于该行元件的对端上的两个端口(端口1和端口2)。
图8示出了通过模拟获得的开启(ON)状态(接通PIN二极管207)下测试波导结构的频谱，以及图9为关闭(OFF)状态(断开PIN二极管207)下的频谱。测试结构设计包括以下尺寸：H＝10mm，Dw＝3.2mm，L＝0.5mm，并且Dclear＝8mm。传输系数(短划线曲线)和反射系数(实线曲线)的值在从1千兆赫(Gigahertz，GHz))到8GHZ的频率范围内以dB示出。图8和图9中的曲线表明谐振器结构(包括PIN二极管207)可以用于当PIN二极管207打开时在从5GHz到6GHz的频带中传递辐射。
图10示出了开启(ON)状态(接通PIN二极管207)下测试波导结构的另一示例设计的频谱，以及图11为关闭(OFF)状态(断开PIN二极管207)下的频谱。该设计相应地包括以下尺寸：H＝10mm，Dw＝3.2mm，L＝9.2mm，并且Dclear＝8mm。谐振器通过PIN二极管207的DC控制被开启和关闭。传输系数(短划线曲线)和反射系数(实线曲线)的值在从1GHz到8GHZ的频率范围内以dB示出。图10和图11中的曲线表明谐振器结构可以用于当PIN二极管207关闭(OFF)时在从5GHz到6GHz的频带中传递辐射。图8至图11中的结果表明改变微带的长度影响PIN二极管207的开关效果，因此影响波导结构的操作以及RF信号的波束指向。
图12示出了天线的功率分配器配置3000的示例。谐振器结构被划分为不同组，每个组对应于径向波导结构205/206的一个端口。径向波导结构205/206具有大约164mm的直径，并且径向波导结构205/206的板之间的间隔的高度等于约10mm。径向波导结构205/206包括具有36个对应二极管的36个谐振器结构，以及12个端口，每个端口由若干DC开关控制。为了说明，示出了五个端口。只有对应于端口2和4的谐振器被打开(例如，二极管被打开)。其它配置可以包括更少或更多端口或不同分组的谐振器，例如以获得预期的功率分配器传输频谱。图13示出了根据图12中的配置系数S11(端口1处的反射系数)、S21(从端口1到端口2的传输系数)、S31(从端口1到端口3的传输系数)、S41(从端口1到端口4的传输系数)和S51(从端口1到端口5的传输系数)的频谱(以dB计)。在从5GHz到6GHz的范围和端口1处的激励(对应于径向波导结构的中心中的线路馈电)下，端口2和4显示相对较高的传输，而端口1显示良好(低)的反射系数。剩余端口3和5(其中二极管被关闭)显示相对较低的传输。因此，该功率分配器配置允许使来自端口2和4方向的线路馈电的RF辐射的波束指向。
图14示出了双端口波导天线的示例性配置的频谱。具体而言，功率分配器(通过打开/关闭选定的二极管)在两个径向波导结构205/206处进行相似地配置和控制，以便获得预期的辐射图案。该图示出了良好的阻抗匹配：端口1处的反射系数S11对应于一个波导的线路馈电，以及端口2的反射系数S22对应于另一个波导的线路馈电，这两种反射系数都很低。该图还示出了端口1和2之间的低耦合：从端口2到端口1的传输系数很低，反过来也如此。理想情况下，预期频带范围内波导的耦合在从5GHz到6GHz的范围内应该相对较低。图15示出了图14的配置的对应辐射图案(在3D空间内)。图16示出了在第一平面(Y-Z平面)上图15中两个波导的共极化(实线)和交叉极化(点划线)的以dB计的归一化增益，并且图17示出了在第二平面(X-Y平面)上的共极化和交叉极化的归一化增益。图16和图17示出了对应平面处的相对较高传输(极化)以及由于两个波导之间耦合而相对较低的交叉极化。
图18示出了通过控制如上所述的天线的功率分配器实现的各种波束辐射图案和取向。所述图案包括波束的各种取向(以不同的角度，例如0、10°、20°、30°)、各种波束形状(例如较宽的波束、再宽一些的波束)和各种数量的模拟辐射波束(例如在一个或多个方向上)。通过(针对不同谐振器)调谐/中断不同组的二极管，使用相同的波导结构(相同的双端口天线)可实现上述各种波束形态。
图19示出了实现和使用如上所述灵活天线的方法实施例1900。在步骤1910，确定天线的宽带无线传输期望的频率范围。在步骤1920，确定天线的多个圆柱形导电元件的高度，以便使宽带无线传输在所述频率范围内。在步骤1930，通过将所述圆柱形导电元件垂直地置于并且径向分布在平行板之间，组装天线的径向波导结构。在步骤1940，通过将类似于所述圆柱形导电元件的多个第二圆柱形导电元件垂直地置于并且径向分布在类似于所述两个平行板的两个第二平行板之间，组装类似于所述径向波导结构的第二径向波导结构。在步骤1950，平行放置所述径向波导结构和第二径向波导结构。在步骤1960，围绕所述径向波导结构的圆周和所述第二径向波导结构的圆周放置多个辐射元件。在步骤1970，将直流电(direct current，DC)控制器和多个DC开关连接至具有可调谐元件的多组圆柱形导电元件和具有第二可调谐元件的类似多组第二圆柱形导电元件。每一个DC开关连接至对应组的可调谐元件和对应第二组的第二可调谐元件。在步骤1980，根据天线的宽带无线传输的频率范围内的RF信号的期望传播方向和传输频率，选择多组可调谐元件中的一组或多组和第二多组的第二可调谐元件中的一组或多组来启用。在步骤1990，经由控制器接通连接至所选多组和第二多组的一个或多个DC开关。
图20示出了通信设备2000的实施例的方框图，该通信设备包括可以是(或不是)如图20所示排列的处理器2004、存储器2006和开关接口2014。处理器2004可以是能够执行计算和/或其它处理相关任务的任何组件，并且可相当于微控制器250(如上所述)。存储器2006可以是能够存储用于处理器2004的程序和/或指令的任何组件。开关接口2014可以是允许处理器2004操纵或控制一系列DC开关来实现灵活天线上的波束指向的任何组件或组件集合。
虽然本公开已提供了若干实施例，但应理解，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以许多其它具体形式来体现。本发明的示例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文所给出的细节。例如，各种元件或组件可以结合或合并到另一个系统中，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不偏离本公开的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。示出或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员确定，并且在不偏离本文所公开的精神和范围的情况下实现。

Claims (21)

1.一种在天线中的径向波导结构，包括：
第一径向板；
与所述第一径向板基本上平行的第二径向板；
垂直地置于并且径向分布在所述第一径向板和所述第二径向板之间的多个导电元件，其中所述导电元件连接至微带和可调谐元件；以及
多个四分之一射频(radio frequency，RF)扼流圈，其中所述RF扼流圈经由所述微带和所述可调谐元件连接至所述导电元件，
其中，所述第一径向板和所述第二径向板被隔开一高度，所述高度根据RF信号的期望传输频率范围、所述微带的长度、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间的直径来确定。
2.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中所述高度等于大约四分之一波长，所述波长对应于所述RF信号的传输频率。
3.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中所述第一径向板和所述第二径向板隔开的所述高度、所述微带的长度、所述导电元件的直径和所述间隙空间的直径具有确定所述天线的宽带传输的尺寸，所述宽带传输与从约5千兆赫到约6千兆赫的频率范围重叠。
4.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中所述第一径向板和所述第二径向板隔开的所述高度、所述微带的长度、所述导电元件的直径和所述间隙空间的直径具有确定所述天线的宽带传输的尺寸，所述宽带传输与从约1千兆赫到约8千兆赫的频率范围重叠。
5.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中连接至所述导电元件的所述微带具有可变长度，并且所述微带的所述可变长度相比于所述微带的一个长度提供更宽的频率范围上的传输。
6.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中所述可调谐元件为置于所述微带和所述RF扼流圈之间的二极管，并且连接至多个直流电(directcurrent，DC)开关和所述DC开关的控制器，所述控制器和所述DC开关用于启用和停用所述二极管，并且所述启用或停用引导所述RF信号的传播。
7.根据权利要求6所述的径向波导结构，其中每一个所述DC开关连接至对应组的二极管并且启用或停用所述对应组中的所有所述二极管。
8.根据权利要求7所述的径向波导结构，其中所述对应组中的所有被启用或被停用的二极管充当确定所述RF信号的传输方向和传输系数的功率分配器。
9.根据权利要求6所述的径向波导结构，其中响应于所述二极管的启用和停用之一，所述微带的所述长度确定所述RF信号的传输。
10.根据权利要求1所述的径向波导结构，其中所述可调谐元件为微机电系统(micro-electromechanical systems，MEMS)。
11.一种天线设备，包括：
第一径向波导结构，包括两个第一平行径向板和多个第一导电元件，所述多个第一导电元件连接至可调谐元件并且垂直地置于所述两个第一平行板之间，其中所述两个第一平行板被隔开一高度，所述高度根据射频(radiofrequency，RF)信号的期望传输频率范围、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间来确定；
第二径向波导结构，类似于所述第一波导结构并且包括两个第二平行径向板和多个第二导电元件，所述多个第二导电元件类似于所述第一导电元件并且连接至第二可调谐元件，其中，所述第二导电元件与所述第一导电元件具有相同的间隙空间并且垂直地置于所述两个第二平行板之间，所述两个第二板被隔开与所述第一两个平行板隔开的相同高度；以及
多个辐射元件，置于所述第一径向波导结构与所述第二径向波导结构之间，并且围绕所述第一径向波导结构的圆周和所述第二径向波导结构的圆周径向分布，其中所述第一径向波导结构和所述第二径向波导结构基本上平行。
12.根据权利要求11所述的天线设备，还包括：
第一线路馈电，基本上连接至所述第一径向波导结构的表面的中心并且连接至RF信号源；
第二线路馈电，基本上连接至所述第二径向波导结构的表面的中心并且连接至所述RF信号源；
多个直流电(direct current，DC)开关，连接至所述可调谐元件和所述第二可调谐元件；以及
用于所述DC开关的控制器，所述控制器通过接通和断开所述DC开关实现启用和停用所述可调谐元件和所述第二可调谐元件。
13.根据权利要求12所述的天线设备，其中每一个所述导电元件连接至微带和二极管，以及所述天线还包括多个RF扼流圈，每一个所述RF扼流圈连接至所述二极管之一。
14.根据权利要求13所述的天线设备，其中根据所述微带的长度、所述导电元件的直径和在每一个所述导电元件周围的间隙空间确定所述两个第一平行板隔开的和所述两个第二径向板隔开的相同高度。
15.根据权利要求14所述的天线设备，其中所述高度、所述微带的长度、所述导电元件的直径和所述间隙空间确定所述天线的宽带传输，所述宽带传输与从约5千兆赫到约6千兆赫的频率范围重叠。
16.根据权利要求14所述的天线设备，其中所述高度、所述微带的长度、所述导电元件的所述直径和所述间隙空间确定所述天线的宽带传输，所述宽带传输与从约1千兆赫到约8千兆赫的频率范围重叠。
17.根据权利要求12所述的天线设备，其中所述DC开关连接至对应组的所述可调谐元件并且连接至相似组的所述第二可调谐元件。
18.根据权利要求17所述的天线设备，其中所述第一径向波导结构和所述第二径向波导结构具有大于100毫米(mm)的直径，所述两个第一平行板和所述两个第二平行板中的每一个之间间开的所述高度等于10mm，所述可调谐元件和所述第二可调谐元件中的每一个的总数量为36个可调谐元件，所述组的所述可调谐元件和所述类似组的所述第二可调谐元件中的每一组的总数量为18组。
19.一种用于具有宽带无线传输的天线的方法，所述方法包括：
确定所述天线的所述宽带无线传输期望的频率范围；
确定所述天线的多个导电元素的高度，其中所述高度使所述宽带无线传输在所述频率范围内；
根据所述高度和所述频率范围确定所述天线的两个平行板的直径；
通过将所述导电元件垂直地置于并且径向分布在所述平行板之间，组装所述天线的径向波导结构；
通过将类似于所述导电元件的多个第二导电元件垂直地置于并且径向分布在类似于所述两个平行板的两个第二平行板之间，组装类似于所述径向波导结构的第二径向波导结构；
将所述径向波导结构和所述第二径向波导结构基本上平行放置；以及
围绕所述径向波导结构的圆周和所述第二径向波导结构的圆周放置多个径向元件。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
根据所述高度和所述频率范围确定所述导电元件的直径；
根据所述高度和所述频率范围确定微带的长度，所述微带将对应二极管连接至所述导电元件和所述第二导电元件中的每一个；以及
根据所述高度和所述频率范围确定在所述导电元件和所述第二导电元件中的每一个的周围的间隙空间直径。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述导电元件和所述第二导电元件耦合至各个可调谐元件，并且所述方法还包括：
将多个直流电(direct current，DC)开关经由所述导电元件和所述第二导电元件连接至各个组的所述可调谐元件；
将所述DC开关连接至控制器；
根据所述天线的所述宽带无线传输的所述频率范围内的RF信号的期望传播方向和传输频率选择所述可调谐元件来启用；以及
经由所述控制器接通连接至所述选择的可调谐元件的一个或多个所述DC开关。
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