CN115280597A - 具有螺旋图案的天线振子的天线组件 - Google Patents

Abstract

天线组件(10)包括基板(24)和天线振子(26)的阵列。每个天线振子在相应位置处由基板支承，使得天线振子在空间中被布置为螺旋图案(28)。螺旋图案沿着螺旋图案所围绕转动的轴线具有节距。所述节距和天线振子沿螺旋图案的弧长间隔被设置成使得在发射模式中，被馈送到每个天线振子的射频(RF)信号导致以第一频率和第一模式从天线组件发射具有旋转波前的辐射信号。

Description

具有螺旋图案的天线振子的天线组件

相关应用数据

本申请要求于2020年3月17日提交的美国临时专利申请No.62/990,706和于2020年3月27日提交的瑞典专利申请No.2050341-3的权益，其公开内容通过引用全文并入本文。

技术领域

本公开的技术总体上涉及主要在数据通信链路中使用的天线组件，更具体地，涉及具有以螺旋图案布置的天线振子的天线组件，所述天线组件可以用于支持具有轨道角动量(OAM)的辐射信号的生成，而无需馈电网络中的相位调谐器。

背景技术

已经提出了各种方法来实现无线设备之间具有大数据处理容量的鲁棒通信链路。一种方法是使用多输入多输出(MIMO)天线装置。在更具体的方法中，MIMO可以用具有轨道角动量(OAM)的辐射信号来实现。OAM相对于一些其它MIMO方法的优点是信号处理中的松弛。

但是，用于生成具有OAM特性的辐射信号的当前可用技术存在局限性和挑战。例如，多模式OAM传输要求发射天线和接收天线彼此相距较短距离(例如，在彼此的近场中)。原因是较高的模式倾向于在空间域中更分散。而且，发射天线和接收天线需要彼此对准。

图1示意性地示出了传统的OAM天线阵列1。OAM天线阵列1包括天线振子2的平面环(在所示示例中为八个振子)，其中，每对相邻的天线振子2之间具有相同的弧长。向天线振子2馈送具有增加的相位偏移的信号，以实现期望的模式，其中，对于整圈的天线振子2的，总相移是360度。

在图1中，在每个天线振子2旁边示出了针对模式1馈送到每个天线振子2的射频(RF)信号的输入相位。在图2中例示了相对高的模式的对应远场辐射图3。由于在图案3的预期传播方向上的色散(即，锥形)特性，从图2可以理解在天线阵列1的近场中通信的应用。发射和接收天线阵列1离彼此相距越远，则接收的能量越少。

通过向天线振子2馈送具有不同相位偏移的RF信号，可以实现不同的模式。例如，参考图3A，模式零(n＝0)可以通过将RF信号没有相位偏移地馈送到天线振子2来实现。参考图1和图3B，模式1(n＝+1)可以通过将RF信号以45度相位偏移馈送到天线振子2来实现。参考图3C，模式2(n＝+2)可以通过将RF信号以90度相位偏移馈送到天线振子2来实现。

为了实现一个或更多个模式的相位偏移，天线振子2的馈电网络必须相对复杂并且包括移相器。由于移相器的带宽是有限的，OAM天线阵列的工作带宽也是有限的。

发明内容

本发明公开了一种天线系统，该天线系统被设置为降低将RF信号馈送到用于生成具有旋转波前的射频(RF)信号的天线振子的馈电网络的复杂性，该旋转波前例如是螺旋波、扭曲波或具有OAM的波。在一个实施方式中，天线振子是按照天线振子之间具有高度差的螺旋图案布置的。以这种方式，即使在天线振子之间没有任何相位偏移的情况下将相同的RF信号馈送到每个天线振子，天线振子的结构布置也将导致从天线振子发射相对于与螺旋图案的轴线垂直的相位参考平面具有相应相位差的RF信号。在一个实施方式中，可以避免馈电网络中的移相器，从而增加天线系统的带宽并减少馈电网络中的插入损耗。作为用于具有旋转波前的RF信号的接收天线，天线系统的每个天线振子将输出具有与相对于螺旋图案的轴线的高度差相对应的相位偏移的接收的RF信号。

根据本公开的一个方面，一种天线组件包括基板和天线振子阵列。每个天线振子在各自的位置处由基板支承，使得天线振子在空间中被布置成螺旋图案。该螺旋图案沿着该螺旋图案所围绕转动的轴线具有节距。天线振子沿所述节距和螺旋图案的弧长间隔被设置成使得在发射模式中，被馈送到每个天线振子的射频(RF)信号导致以第一频率和第一模式从天线组件发射具有旋转波前的辐射信号。

附图说明

图1是用于生成具有OAM特性的辐射信号的传统天线阵列的示意图。

图2是由图1的天线阵列发射的辐射图。

图3A是图1的天线阵列的另一示意图，示出了用于发射具有模式零OAM的辐射信号的相位偏移。

图3B是图1的天线阵列的另一示意图，示出了用于发射模式一OAM辐射信号的相位偏移。

图3C是图1的天线阵列的另一示意图，示出了用于发射模式二OAM辐射信号的相位偏移。

图4是具有包括根据本公开的天线组件的射频收发器的无线通信设备的示意图。

图5是根据透视图示出的根据本公开的代表性天线组件的示意图。

图6是根据透视图示出的根据本公开的另一代表性天线组件的示意图。

图7A是根据本公开的另一代表性天线组件的示意图，示出为顶视图。

图7B是图7A的天线组件的另一示意图，示出为侧视图。

图8A和图8B是根据本公开的另一代表性天线组件的示意图，分别示出为具有第一节距P和第二节距P'。

图9是根据本发明的另一代表性天线组件的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图描述实施方式，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。应当理解，附图不必按比例绘制。相对于一个实施方式描述和/或示出的特征可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或类似方式使用，和/或与其它实施方式的特征组合或代替其它实施方式的特征。

示例性环境

参考图4，本发明的各方面涉及天线组件10。天线组件10可以形成射频收发器12的一部分，射频收发器12由无线通信设备14使用或形成无线通信设备14的一部分，用于与另一无线通信设备(未示出)进行无线通信。射频收发器12可用于发射信号、接收信号、或既发射信号又接收信号。无线电通信设备14可以是或形成任何适当设备的一部分。示例性无线电通信设备14是具有固定位置的网络节点，其经由天线组件10向另一固定位置的网络节点发送信号和/或从另一固定位置的网络节点接收信号，例如用于回程操作以支持网络中的客户端设备。另一示例性无线电通信设备14是使用例如机器通信或机器对机器通信在无线网络中通信的物联网(Internet of Things)设备。另一示例性无线电通信设备14是支持与网络的客户端设备通信的网络节点(例如，基站或接入点)。由于经由天线组件10的数据通信在天线组件10的近场中工作得最好，所以无线电通信设备14的大多数实例将是固定位置设备或具有到将与之进行通信的无线电通信设备的已知轨迹的设备。但是，可能的是，天线组件10可以用在移动无线通信设备中。

图4示出了无线电通信设备14的示意性框图。无线电通信设备14可以被实现为能够执行计算机应用(例如，软件程序)的基于计算机的系统，所述计算机应用在被执行时执行无线电通信设备14的功能。可以进行其它布置，例如具有用于执行预定逻辑操作的专用电路的设备。

在一个实施方式中，无线电通信设备14包括非暂时性计算机可读介质(诸如存储数据、信息集和软件的存储器16)以及用于执行该软件的处理器18。处理器18和存储器16可以使用本地接口20联接。本地接口20可以是例如具有伴随控制总线的数据总线、网络或其它子系统。无线电通信设备14可以具有未示出的其它部件。例如，无线电通信设备14可以具有用于在工作时连接到各种外围设备的各种输入/输出(I/O)接口，可以具有显示器，可以具有一个或更多个用户输入设备(例如，按钮、小键盘、触摸屏等)，可以具有一个或更多个传感器或数据收集设备，和/或可以具有除射频收发器12之外的一个或更多个通信接口。

射频收发器12可以包括例如调制解调器或其它信号处理设备，射频收发器12通过馈电网络22在工作时联接到天线组件10。在发射模式中，馈电网络22将RF信号馈送到天线组件10的多个天线振子(下面讨论)中的每一个。在一个实施方式中，馈电网络22不包括用于调节馈送到天线振子的RF信号的相对相位的移相器。在接收模式中，馈电网络22将每个天线振子所输出的信号耦合到调制解调器或其它信号处理设备。

天线装置

另外参照图5，示出了天线组件10的示例性实施方式。天线组件10包括支承天线振子阵列26的基板24。为了通过天线组件10传输RF信号，通过由基板24支承的适当导线(未示出)(例如微带线)，从馈电网络22向每个天线振子26馈送相应的RF信号。天线振子26可以由微带线构成，或者可以具有另一种布置，例如但不限于贴片天线振子。

天线振子26由基板24支承，使得它们在空间中以螺旋图案28(用虚线示出)布置。为了参考，在图5中还示出了笛卡尔参考系的x、y和z轴。z轴表示螺旋图案28的轴线(即，螺旋图案28所围绕转动的轴线)。在所示实施方式中，螺旋图案28是圆形螺旋的单个环。当穿过天线振子26时，螺旋图案28可以具有恒定的半径R_H，使得螺旋图案28具有恒定的带曲率和恒定的扭转。图示的螺旋图案28是右旋螺旋，但也可以用左旋螺旋实现。在此使用并由箭头P表示的术语“节距”是一个整圈的螺旋图案28的高度。节距是平行于螺旋图案28的轴线测量的。这里使用的术语“高度”是沿着螺旋图案28的轴线的参数化点。X轴和y轴垂直于螺旋图案28的轴线。天线组件10的相位参考平面也垂直于螺旋图案28的轴线，并且可以位于任何高度，例如阵列中第一天线振子26a的高度。

在所示实施方式中，有八个天线振子26，标记为26a到26h。可以存在多于或少于八个天线振子26。例如，可以存在四个天线振子26到十六个(或更多个)天线振子26。

在所示实施方式中，基板24也是螺旋形的。基板24具有支承天线振子26的上表面30和相反的下表面32。基板24具有从螺旋图案28的轴测量的内半径R_I和从螺旋图案28的轴测量的外半径R_O。螺旋图案28的半径R_H位于内半径R_I与外半径R_O之间。在一个实施方式中，在每个高度处，半径R_H、内半径R_I和外半径R_O基本上是共面的并且基本上垂直于螺旋图案28的轴线。如本文所用，术语“基本上”意指具有10％或更少的变化。

在图5的实施方式中，基板24的上表面30具有斜度。因此，天线振子26可以在基板24的相应局部斜度倾斜。结果，来自每个天线振子26的发射图可以从螺旋图案28的轴线偏移小的角度。对于具有基本恒定斜度的螺旋图案28，每个天线振子26的偏移角将是基本相同的。因此，由天线组件10发射的波前将偏离螺旋图案28的轴线。在一个实施方式中，该偏移对于使用天线组件10执行的无线通信而言并不重要，并且可以忽略。在另一个实施方式中，可以对所述偏移进行补偿，以使来自每个天线振子26的发射图更平行于螺旋图案28的轴线。例如，基板24可以以补偿角安装到无线电通信设备14的下层部件(例如，印刷电路板(未示出))。另选地，基板24可以在上表面30上天线振子26的位置处形成斜度的局部变化，以补偿偏移角。

在一个实施方式中，每个相邻天线振子对26之间的间隔可以在无线通信之前确定(例如，该间隔可以是“预定的”)。如将要描述的，所述间隔可以是固定的或者可以是可变的以支持多个频率和/或多个模式。在后一种情况下，可以确定多于一个预定间隔。在一个实施方式中，通过天线振子对26之间的螺旋图案28的弧长(在图5中由箭头AL表示)来测量所述间隔，和/或通过天线振子对26之间的高度的物理差异(或在图5中由箭头ΔE表示的轴向长度)来测量间隔。在一个实施方式中，天线振子26是沿螺旋图案28等距地布置的，使得每对相邻天线振子26中的天线振子26沿螺旋图案28所围绕转动的轴线间隔开基本相同的弧长AL和基本相同的轴向长度ΔE。在该实施方式中，相邻天线振子26之间的轴向长度ΔE大约是节距除以天线振子26的数量。在一个实施方式中，一个波长的节距可用于支持辐射信号在一种模式下的发射，而两个波长的节距可用于支持辐射信号在另一种模式下的发射。不同的模式在传播方向上将具有扭曲率不同的波前。

天线振子26沿螺旋图案28的间隔和节距可以是预定的，使得在发射模式中，以相同相位馈送到每个天线振子26的相同RF信号导致以对应于RF信号和螺旋图案28的物理布置的频率和模式从天线组件10发射具有旋转波前的射频辐射信号。在适当选择RF信号和螺旋图案28的物理布置的情况下，旋转辐射波前可以是螺旋或扭曲(例如，螺旋)波前。此外，即使没有相位偏移被引入到馈送到天线振子26的RF信号，由天线组件发射的具有旋转波前的辐射信号可以具有轨道角动量(OAM)。相反，旋转辐射波前是由天线组件10的天线振子26之间的物理弧长和高度间隔差生成的。具体地，这些差异导致每个天线振子26发射天线组件10的相对于垂直于螺旋图案28的轴线的相位参考平面具有相位差的辐射信号的分量。

这样，馈电网络22中可以不存在移相器。也就是说，馈电网络22可以不具有移相器。因此，OAM辐射信号是在不以相位偏移向天线振子26馈送RF信号(例如，通过不将RF信号传递通过移相器以调整RF信号的相位)的情况下发射的。另外，不需要对每个天线振子26的RF信号引入相移的信号处理。

在另一实施方式中，存在移相器以与螺旋图案28的物理布置结合工作。例如，可以使用移相器和螺旋图案28的物理布置来支持两种或更多种操作模式。为了支持一种模式(例如，模式1)，移相器不向馈送到天线振子26的RF信号引入任何相位偏移，而是从所述天线组件10发射旋转辐射波前。为了支持另一模式(例如，模式2或更高)，移相器将相位偏移引入馈送到天线振子26的RF信号。这些相位偏移与螺旋图案28的物理布置相结合，从而以另一模式从天线组件10发射旋转辐射波前。

与具有移相器的馈电网络22相比，从馈电网络22中省略移相器可以显著降低插入损耗。例如，在没有移相器的情况下，单个PA/LNA(即，用于发射的功率放大器和用于接收的低噪声放大器)可用于经由分路器馈送所有天线振子，这可导致较小的插入损耗。此外，如果每个天线振子具有相关联的移相器(每个具有相关联的插入损耗)，则期望具有位于移相器之后的PA/LNA，因此，PA/LNA将被分布到每个天线振子。结果，当省略移相器时，可以实现硬件组件计数的减少。

另外参照图6，基板24可具有第一端34(例如，在螺旋图案28的最低高度处)和第二端36(例如，在螺旋图案28的最高高度处)。支承结构38可直接或间接地连接到第一端34和第二端36以支承基板24。支承结构38还可以将基板24连接到无线通信设备14中的下层结构。下层结构可以是例如印刷电路板(未示出)。在基板24与下层结构之间可以存在附加的支承元件。或者，基板可以为部分或完全填充基板24的下表面32与下层结构之间的体积的主体。

另外参照图7A和图7B，示出了天线组件10的另一实施方式。在该实施方式中，基板26本身不是螺旋，但仍以螺旋图案28支承天线振子26。在所示实施方式中，基板24具有一系列台阶40以分别支承天线振子26。因此，可以认为基板24相对于螺旋图案28的轴线具有在高度上不连续的多个特征，以分别支承螺旋图案28中的每个天线振子26。在所示实施方式中，台阶40互连并形成环。在另一个实施方式中，支承天线振子26的特征是台面(mesa)。

极化和辐射图特性

为了便于从具有旋转波前的天线组件10发射辐射信号，每个天线振子26可以发射具有基本上相同极化的波前(例如，每个天线振子26可以是“共极化的”)。在一个实施方式中，每个天线振子26是相对于天线振子的主轴构造的，以实现期望的极化特性。因此，可以考虑每个天线振子26相对于其它天线振子26沿着螺旋图案28的取向。在一个实施方式中，天线振子26的主轴彼此平行地取向，使得每个天线振子26分别以基本上相同的极化发射与馈送到天线振子的RF信号相对应的信号。在一个实施方式中，来自每个天线振子26的辐射波具有基本相同的相位模式、基本相同的极化和基本相同的增益模式。RF信号可以被馈送到天线振子26以生成具有相对于螺旋图案28的“正上升”相位偏移或相对于螺旋图案28的“负上升”(例如，下沉)相位偏移的发射。以这种方式，天线组件10能够生成正和负的OAM模式。

在一个实施方式中，每个天线振子支持具有不同极化的两个信号的发射，以增加天线组件10的传输容量。在这种情况下，每个天线振子26可以连接到来自馈电网络22的两条馈电线(未示出)。例如，不同的极化可以是水平极化和垂直极化。其它极化(单独或与另一极化组合)是可能的。示例性的极化包括水平极化、垂直极化、45度倾斜极化、左旋圆极化和右旋圆极化。

可变节距

另外参考图8A和图8B，示出了具有可变节距P的天线组件10的实施方式。在该实施方式中，基板24可以由柔性材料制成，例如柔性塑料基板。示例性材料包括但不限于聚酰亚胺、polyetheretherketone(PEEK)和聚酯膜。

如图所示，基板24的第一端34可以直接或间接地连接到支承结构38的下端42，并且基板24的第二端36可以直接或间接地连接到支承结构38的上端42。为了改变螺旋图案28的节距P，支承结构38可具有相对于螺旋图案28的轴线可改变的轴向长度。改变支承结构38的轴向长度相应地使基板24弯曲并使螺旋图案28的节距P扩展或收缩。在一个实施方式中，支承结构28的轴向长度可以变化以具有对应于螺旋图案28的第一节距P的第一轴向长度和对应于螺旋图案28的第二节距P'的第二轴向长度。在另一个实施方式中，支承结构28的轴向长度可以具有在第一轴向长度与第二轴向长度之间的多个长度，从而可以实现螺旋图案28的多于两个节距。

因此，通过对基板24的物理操纵，螺旋图案28的节距是可变的。改变螺旋图案28的节距也将导致每对相邻的天线振子对26之间的轴向高度ΔE(图5)的相应变化。这将改变由每对相邻的天线振子26发射的辐射信号之间的相位偏移。结果，具有螺旋图案28的可变节距的天线组件10将支持以与第一节距相对应的第一频率和模式组合以及与第二节距相对应的第二频率和模式组合发射具有旋转波前的辐射信号。因此，螺旋图案以第一节距支持以第一频率和第一模式发射OAM辐射信号，并且以第二节距支持以不同于第一频率的第二频率或不同于第一模式的第二模式中的一者或两者发射OAM辐射信号。在一个实施方式中，改变节距可以用于支持两个不同的频率，但是在每个节距支持相同的模式。在另一个实施方式中，改变节距可以用于支持两种不同的模式，但是在每个节距具有相同的频率。在又一实施方式中，改变节距可用于支持两个不同的频率和两个不同的模式。

支承构件38可以是或可以包括任何合适的机械操纵器、机电操纵器或微机电系统(MEMS)装置以改变支承构件38的轴向长度。例如，可以存在用于控制支承构件38的轴向长度的控制电路，并且该控制电路可以是射频收发器12的一部分。示例性的机械操纵器是螺纹构件(例如螺杆)，其作用在基板24的第一端34或第二端36处的配对螺纹开口上。在一个实施方式中，螺纹构件可由螺丝刀或其它工具手动地转动。示例性的机电操纵器是使螺纹构件转动或使作用于基板24上的凸轮转动的步进马达。另一示例性机电操纵器是记忆线材(memory wire)。示例性的MEMS器件是MEMS弹簧。

用于OAM通信的机械可调天线的实现使得能够在设备之间实现多于一个数据流，但是简化了馈送电路，使得所有天线振子可以被馈送相同的信号。原则上，在天线振子被馈送单独信号的情况下，天线振子的高度是预定的和/或机械调节的以实现天线振子之间相对于相位参考平面的期望的发射相位偏移，否则这将不得不从相移馈送网络或从信号处理获得。

多重螺旋

为了增加由天线组件10所支持的频率和模式的数量，天线组件10可以包括以第二螺旋图案48布置的天线振子46的第二阵列。布置在附加螺旋图案28和48中的天线振子的附加阵列可以形成天线组件10的一部分。

另外参照图9，示出了具有由第二基板50支承的天线振子46的第二阵列的实施方式。由第二基板50支承的天线振子46的第二阵列可以按照与上述天线振子阵列26类似的方式布置。在一个实施方式中，第二阵列中的每个天线振子46由第二基板50在相应位置处支承，使得第二阵列中的天线振子46在空间中以第二螺旋图案48布置。第二螺旋图案48的半径不同于第一天线振子阵列26的螺旋图案28的半径。而且，第二螺旋图案48具有沿第二螺旋图案48的轴线的节距，该节距通常不同于螺旋图案28的节距。在一个实施方式中，天线振子26的数量不同于天线振子46的数量。具有较大半径的螺旋图案可以具有更多的天线振子。在一个实施方式中，第一基板24至少部分地位于第二基板50所围绕布置的体积内。尽管未在图9中示出，但是每个基板24、50可以与相应的支承构件38相关联，如上所述，支承构件38在轴向长度上是固定的或者在轴向长度上是可变的。

类似于第一阵列的天线振子26，第二阵列中的天线振子46沿第二螺旋图案48的弧长间隔和第二螺旋图案48的节距可在无线通信之前被确定，使得在发射模式中，被馈送到天线振子46的第二阵列中的每个天线振子46的第二RF信号导致发射具有旋转辐射波前的第二RF信号(例如，螺旋或扭曲波前或具有OAM特性)。第二RF信号的频率和模式可以具有不同于由天线振子26发射的RF信号的频率和/或模式。在一个实施方式中，天线振子46的第二阵列支持与天线振子26的第一阵列不同的模式，因为每个阵列在相邻的天线振子对26、46之间具有不同的间隔。例如，在相邻对的天线振子26之间引入的相位偏移可以是45度，其中，在相邻对的天线振子46之间引入的相位偏移可以是90度。

在一个实施方式中，射频收发器12是用具有一个阵列的天线组件10制造的。如果需要改变无线通信设备14的无线通信能力，则可以添加第二阵列。例如，第二基板和天线振子阵列可以从现有基板和天线振子阵列径向向内或径向向外安装。在一个实施方式中，不需要改变馈电网络22，因为不需要与添加的天线单元阵列协调的相移馈电系统。

接收模式

天线组件10可以用于接收模式以接收辐射信号，包括具有旋转辐射波前(例如，螺旋或扭曲波前或具有OAM特性)的辐射信号。由天线组件10的天线振子26接收的辐射信号将导致每个天线振子26输出相应的接收RF信号。由于天线振子26中的高度差，在沿着螺旋图案28的轴线接收辐射信号的情况下，每个天线振子26将向在天线组件10处接收到的辐射信号引入不同量的相位偏移。换句话说，对于沿着螺旋图案28的轴线接收到的辐射信号，所接收的RF信号相对于与螺旋图案28的轴线正交的相位参考平面具有相位偏移，该相位参考平面对应于天线振子26的间隔。因此，可能的是，如果在天线组件10处接收到的RF信号与天线组件10的结构相协调，则由天线振子26输出的RF信号将是同相的和/或将是可相干组合的(例如，可在没有相移的情况下组合)。因此，天线组件10可以与将具有旋转波前的辐射信号的辐射信号的设备的发射相匹配，使得无线电通信设备14最优地接收辐射信号。

本公开的方面

以下是所公开的天线组件10的各种示例性方面。

方面1：一种天线装置(10)，该天线组件包括：

基板(24)；以及

天线振子(26)的阵列，每个天线振子在各自的位置处由所述基板支承，使得所述天线振子在空间中被布置成螺旋图案(28)，所述螺旋图案沿着所述螺旋图案所围绕转动的轴线(Z)具有节距，并且所述天线振子沿着所述节距(P)和所述螺旋图案的弧长间隔(AL)被布置为使得在发射模式中，被馈送到每个天线振子的射频(RF)信号导致以第一频率和第一模式从天线组件发射具有旋转波前的辐射信号。

方面2：根据方面1所述的天线组件，其中，每一对相邻的天线振子中的天线振子沿螺旋图案所围绕转动的轴线被间隔开基本相同的弧长和基本相同的轴向长度。

方面3：根据方面2的天线组件，其中，馈送到每个天线振子的RF信号基本上没有相位差。

方面4：根据方面3所述的天线组件，其中，由所述天线组件发射的具有旋转波前的辐射信号具有轨道角动量(OAM)特性。

方面5：根据方面1至4中任一项所述的天线组件，其中，所述基板是螺旋的并且具有支承表面，所述支承表面支承所述螺旋图案中的所述天线振子。

方面6：根据方面1至4中任一项所述的天线组件，其中，所述基板相对于所述螺旋图案所围绕转动的所述轴线在高度上是不连续的，以分别支承所述螺旋图案中的每个天线振子。

方面7：根据方面1至6中任一项所述的天线组件，其中，所述螺旋图案的节距能够通过对所述基板的物理操纵而变化。

方面8：根据方面7所述的天线组件，其中，每对相邻的天线振子之间的轴向高度的物理变化改变由每对相邻的天线振子发射的辐射信号之间相对于相位参考平面的相位差，以支持以第二频率和第二模式中的至少一者发射辐射信号。

方面9：根据方面7至8中任一项所述的天线组件，其中，所述螺旋图案以第一节距支持以所述第一频率和所述第一模式发射所述OAM辐射信号，并且以第二节距支持以第二频率和第二模式中的至少一者发射所述OAM辐射信号。

方面10：根据方面7至9中任一项所述的天线组件，其中，所述基板具有第一端(34)和第二端(36)，并且所述天线组件还包括联接到所述第一端和所述第二端的微机电系统(MEMS)器件(38)，所述MEMS器件能够工作以改变所述螺旋图案的所述节距。

方面11：根据方面7至9中任一项所述的天线组件，其中，所述天线组件还包括机械或机电操纵器(38)，所述机械或机电操纵器(38)用于物理地操纵所述基板以改变所述螺旋图案的所述节距。

方面12：根据方面1至11中任一项所述的天线组件，其中，所述OAM辐射信号是在不通过用于调节所述RF信号的相位的移相器将所述RF信号馈送到所述天线振子的情况下发射的。

方面13：根据方面1至12中任一项所述的天线组件，其中，每个天线振子是贴片天线振子。

方面14：根据方面1至13中任一项所述的天线组件，其中，每个天线振子支持发射具有不同极化的两个信号。

方面15：根据方面1至14中任一项所述的天线组件，其中，每个天线振子具有主轴，并且所述主轴被定向为彼此平行，使得每个天线振子分别以基本上相同的极化发射与馈送到所述天线振子的RF信号相对应的信号。

方面16：根据方面1至15中任一项所述的天线组件，其中，所述基板是第一基板，并且所述天线振子阵列是第一天线振子阵列，所述天线组件还包括：

第二基板(50)；以及

天线振子(46)的第二阵列，所述第二阵列中的每个天线振子在相应位置处由所述第二基板支承，使得所述第二阵列中的天线振子在空间中被布置成第二螺旋图案(48)，所述第二螺旋图案具有与所述第一天线振子阵列的螺旋图案的半径不同的半径，所述第二螺旋图案沿着所述第二螺旋图案所围绕转动的轴线具有节距，并且所述第二阵列中的所述天线振子沿所述第二螺旋图案的弧长间隔和所述第二螺旋图案的节距被布置为使得在发射模式中，被馈送到所述第二天线振子阵列中的每个天线振子的第二RF信号导致以第二频率和第二模式发射具有旋转波前的第二辐射信号，所述第一和第二频率和所述第一和第二模式中的至少一者是不同的。

方面17：根据方面16所述的天线组件，其中，所述第一基板至少部分地位于所述第二基板所围绕布置的体积内。

方面18：根据方面1至17中任一项所述的天线组件，其中，在接收模式中，在所述天线组件处接收到的辐射信号导致每个天线振子输出相应的接收RF信号，并且对于沿所述螺旋图案的轴线接收到的辐射信号，所述接收RF信号具有相对于相位参考平面的相位偏移，所述相位参考平面垂直于所述螺旋图案的轴线，所述相位参考平面对应于所述天线振子的间隔。

方面19：一种射频收发器(12)，所述射频收发器包括方面1至18中任一项所述的天线组件。

方面20：一种无线通信设备(14)，所述无线通信设备包括根据方面20所述的射频收发器。

结论

尽管已经示出和描述了某些实施方式，但是应当理解，在阅读和理解本说明书之后，本领域技术人员将想到落入所附权利要求范围内的等同物和修改。

Claims (20)

1.一种天线组件(10)，所述天线组件包括：

基板(24)；以及

天线振子(26)的阵列，各个天线振子在相应位置处由所述基板支承，使得所述天线振子在空间中被布置成螺旋图案(28)，所述螺旋图案沿着所述螺旋图案所围绕转动的轴线具有节距，并且所述节距和所述天线振子沿着所述螺旋图案的弧长间隔被布置成使得在发射模式中，被馈送到所述天线振子中的各个天线振子的射频(RF)信号导致以第一频率和第一模式从所述天线组件发射具有旋转波前的辐射信号。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其中，各对相邻的天线振子中的天线振子沿所述螺旋图案所围绕转动的轴线被间隔开基本相同的弧长和基本相同的轴向长度。

3.根据权利要求2所述的天线组件，其中，被馈送到各个天线振子的所述RF信号基本上没有相位差。

4.根据权利要求3所述的天线组件，其中，由所述天线组件发射的具有旋转波前的所述辐射信号具有轨道角动量(OAM)特性。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线组件，其中，所述基板是螺旋形的并且具有支承表面，所述支承表面支承所述螺旋图案中的所述天线振子。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线组件，其中，所述基板相对于所述螺旋图案所围绕转动的所述轴线在高度上是不连续的，以分别支承所述螺旋图案中的所述天线振子中的各个天线振子。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线组件，其中，所述螺旋图案的所述节距能够通过对所述基板进行物理操纵而变化。

8.根据权利要求7所述的天线组件，其中，各对相邻的天线振子之间的轴向高度的物理变化改变由各对相邻的天线振子所发射的辐射信号之间相对于相位参考平面的相位差，以支持以第二频率和第二模式中的至少一者发射所述辐射信号。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的天线组件，其中，所述螺旋图案以第一节距支持以所述第一频率和所述第一模式来发射OAM辐射信号，并且以第二节距支持以第二频率和第二模式中的至少一者发射所述OAM辐射信号。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的天线组件，其中，所述基板具有第一端(34)和第二端(36)，并且所述天线组件还包括联接到所述第一端和所述第二端的微机电系统(MEMS)器件(38)，该MEMS器件能够工作为改变所述螺旋图案的所述节距。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的天线组件，其中，所述天线组件还包括机械或机电操纵器，所述机械或机电操纵器能够工作以物理地操纵所述基板以改变所述螺旋图案的所述节距。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的天线组件，其中，所述OAM辐射信号是在不通过移相器将所述RF信号馈送到所述天线振子以调节所述RF信号的相位的情况下发射的。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的天线组件，其中，各个天线振子是贴片天线振子。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的天线组件，其中，各个天线振子支持具有不同极化的两个信号的发射。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的天线组件，其中，各个天线振子具有主轴，并且所述主轴彼此平行地定向，使得各个天线振子分别以基本上相同的极化发射与被馈送到所述天线振子的所述RF信号相对应的信号。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的天线组件，其中，所述基板是第一基板，并且所述天线振子的阵列是天线振子的第一阵列，所述天线组件还包括：

第二基板(50)；以及

天线振子(46)的第二阵列，所述第二阵列中的各个天线振子在相应位置处由所述第二基板支承，使得所述第二阵列中的所述天线振子在空间中被布置成第二螺旋图案(48)，所述第二螺旋图案具有与所述天线振子的所述第一阵列的螺旋图案的半径不同的半径，所述第二螺旋图案沿着所述第二螺旋图案所围绕转动的轴线具有节距，并且所述第二阵列中的所述天线振子沿所述第二螺旋图案的弧长间隔和所述第二螺旋图案的节距被布置为使得在发射模式中，被馈送到所述天线振子的所述第二阵列中的各个天线振子的第二RF信号导致以第二频率和第二模式发射具有旋转波前的第二辐射信号，所述第一和第二频率和所述第一和第二模式中的至少一者是不同的。

17.根据权利要求16所述的天线组件，其中，所述第一基板至少部分地位于所述第二基板所围绕布置的体积内。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的天线组件，其中，在接收模式中，在所述天线组件处接收到的辐射信号导致由各个天线振子输出相应的接收的RF信号，并且对于沿着所述螺旋图案的轴线接收到的辐射信号，所接收的RF信号相对于与所述螺旋图案的轴线正交的相位参考平面具有相位偏移，所述相位参考平面对应于所述天线振子的间隔。

19.一种射频收发器(12)，所述射频收发器包括根据权利要求1至18中任一项所述的天线组件。

20.一种无线通信设备(14)，所述无线通信设备包括根据权利要求20所述的射频收发器。

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