CN107831372A - 检测天线阵列和/或与其耦合的设备的缺陷的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开的各种说明性实施例一般涉及通过使用由发射天线阵列向位于发射天线阵列的远场区域中的接收天线发射的射频调试信号来检测缺陷。被配置为提供与发射天线阵列的信号辐射分布有关的信息的射频调试信号在接收天线中被接收并被传送到测试单元。测试单元将接收的射频调试信号数字化以获得数字数据集，并将反向传播算法应用于数字数据集以导出发射阵列的重构近场表示。将重构的近场表示与信号辐射参考模板进行比较，以便检测指示发射天线阵列和/或耦合到发射天线阵列的被测设备的缺陷的缺陷幅度和/或缺陷相位。

Description

检测天线阵列和/或与其耦合的设备的缺陷的系统和方法

背景技术

微波和毫米波天线变得越来越流行和普及。这种天线被并入用于各种应用的各种各样的设备中。作为各种各样的结果，面向于尺寸不是重要问题的某些类型应用的设备可以以模块化方式封装，其允许用户灵活地不仅使用子组件的各种组合，而且许可对这些子组件的各种内部组件的一定水平的访问。另一方面，面向于优选小尺寸的应用的其它设备使用高度集成的封装方法，其提供紧凑单元但使得访问单元的内部部件相对困难。然而，可以理解，不管这些设备及其应用的封装如何，期望人们在使用这些设备时出现问题的情况下具有调试这些设备的能力。

在包括射频天线的设备上执行这种调试操作的传统方法涉及技术人员使用扫描仪或探头以在本领域中已知为射频天线的近场辐射区域中执行信号测量。不幸的是，近场信号测量往往不仅执行起来麻烦，而且当不正确地执行时也往往会提供误导或错误的结果。误导或错误的结果可能由于各种原因而发生，诸如当没有经验的技术人员例如通过将探头直接接触天线或通过相对于天线不正确地定向探头而以不正确的方式使用扫描仪或探头时。在一些情况下，即使有经验的技术人员也可能仅仅通过将外物引入近场辐射区域的动作而获得误导或错误的结果。例如，在一些情况下，当被引入天线的近场区域中时，探头可能改变天线的辐射特性，并提供不准确地反映在没有探头的情况下存在的信号值的信号测量。

发明内容

本公开的某些实施例可以提供用于检测发射天线阵列和/或使用发射天线阵列的被测设备中的缺陷的技术效果和/或解决方案。作为示例性缺陷检测过程的一部分，发射天线阵列被配置为朝向位于发射天线阵列的远场区域中的接收天线发射射频(RF)调试信号。在耦合到接收天线的测试单元中处理射频调试信号，以导出发射天线阵列的重构的近场表示。可以将发射天线阵列的重构的近场表示与发射天线阵列的参考信号辐射模板进行比较，以便识别发射天线阵列的一个或多个辐射元件和/或使用该发射天线阵列的被测设备的各种元件中的缺陷。

根据基于本公开的一个示例性实施例，一种方法包括在接收天线中接收由发射天线阵列发射的射频调试信号，所述接收天线位于发射天线阵列的远场区域中，所述发射天线阵列配置为经由所述射频调试信号传播指示所述发射天线阵列的信号辐射分布的信息。该方法还包括对在接收天线中接收的射频调试信号执行缺陷检测过程。所述缺陷检测过程包括：通过将接收天线中接收的射频调试信号数字化来获得数字数据集；将反向传播算法应用于所述数字数据集以导出所述发射天线阵列的重构的近场表示，所述重构的近场表示指示所述发射天线阵列的信号辐射分布；和使用所述发射天线阵列的重构的近场表示来识别以下中的至少一个：a)所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中的至少一个的一个或多个缺陷，或b)所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中的至少一个的零缺陷。

根据本公开的另一示例性实施例，一种方法包括：识别发射天线阵列的第一组辐射元件；识别所述发射天线阵列的第二组辐射元件，使得所述第二组辐射元件的每个单独的辐射元件位于所述第一组辐射元件的两个或更多个辐射元件之间；和通过利用根据调试代码序列格式化的天线馈送信号驱动所述发射天线阵列来发射所述射频调试信号，所述调试代码序列至少部分地被选择，以配置第一组辐射元件以发射具有第一信号相位的第一射频信号分量，并且配置所述第二组辐射元件以发射具有第二信号相位的第二射频信号分量。

根据基于本公开的又一示例性实施例，一种缺陷检测系统包括接收天线和元件缺陷检测器。接收天线配置为接收由发射天线阵列发射的射频调试信号，射频调试信号包括具有第一信号相位的第一射频信号分量和具有第二信号相位的第二射频信号分量，所述第一信号相位和所述第二信号相位被选择成提供指示所述发射天线阵列的信号辐射分布的信息。耦合到接收天线的元件缺陷检测器配置为执行缺陷检测过程。缺陷检测过程包括：通过对射频调试信号进行数字化来获得数字数据集；将反向传播算法应用于所述数字数据集以导出所述发射天线阵列的重构的近场表示，所述重构的近场表示指示所述发射天线阵列的信号辐射分布；使用所述发射天线阵列的所述重构的近场表示来识别所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中至少之一的零个或更多个缺陷。

附图说明

通过结合所附权利要求和附图参考以下描述，可以更好地理解本发明的许多方面。在各个附图中，相同的附图标记表示相同的结构元件和特征。为了清楚起见，并非每个元件在每个图中都用数字标记。附图不一定按比例绘制；而是强调说明本发明的原理。附图不应被解释为将本发明的范围限制为本文所示的示例性实施例。

图1示出根据本公开的包括接收天线的缺陷检测系统的示例性实施例，该接收天线被布置成接收由发射天线阵列发射的射频调试信号。

图2示出发射天线阵列使用根据本公开选择的信号传输锥角向接收天线发射所述射频调试信号。

图3示出根据本公开的用于从发射天线阵向接收天线发射射频调试信号的示例性天线信号馈送布置。

图4示出发射天线阵列的第一示例性信号辐射分布，信号辐射分布指示一组有缺陷的辐射元件。

图5示出根据本公开的对应于第一示例性信号辐射分布的发射天线阵列的示例性重构近场表示。

图6示出发射天线阵列的第二示例性信号辐射分布，信号辐射分布指示列中的一组有缺陷的辐射元件。

图7示出根据本公开的对应于第二示例性信号辐射分布的发射天线阵列的重构近场表示。

图8示出发射天线阵列的第三示例性信号辐射分布，信号辐射分布指示一行中的一组有缺陷的辐射元件。

图9示出根据本公开的对应于第三示例性信号辐射分布的发射天线阵列的重构近场表示。

图10示出发射天线阵列的第四示例性信号辐射分布，信号辐射分布指示一行中的第一组有缺陷的辐射元件和列中的第二组有缺陷的元件。

图11示出根据本公开的对应于第四示例性信号辐射分布的发射天线阵列的重构近场表示。

图12示出根据本公开的当使用示例性信号传输广角锥角发射所述射频调试信号时的示例性发射天线阵列的重构近场表示。

图13示出根据本公开的示例性缺陷检测过程的流程图。

图14示出根据本公开的一些示例性三重调试编码方案。

具体实施方式

贯穿本说明书，为了说明本发明构思的使用和实现方案的目的，描述了实施例和变型。说明性描述应当被理解为呈现发明性概念的示例，而不是限制本文所公开的概念的范围。为此，在本文中使用某些词语，短语和标签仅用于描述本公开的一些方面，因此，本文的词语，短语和标签包括本领域普通技术人员可以理解的各种其他方面。

例如，标签“接收天线”和“发射天线阵列”在这里仅仅为了方便起见而用于指示被配置为执行信号“接收”功能的第一天线与被配置为执行信号“接收”功能的第二天线之间的功能差异以执行信号“发送”功能。然而，如本领域普通技术人员可以理解的，天线通常是无源元件，其可以可互换地和/或同时地用于接收信号以及用于发射信号。因此，在根据本公开的各种替代实施例中，可以使用所谓的“接收天线”来发送信号，并且根据本公开的所谓的“发送天线阵列”可以用于在各种替代实施例中接收信号。更具体地，应当理解，在一些情况下，可以从“接收天线115”向“发射天线阵列109”发射一个或多个射频信号，以便实现一些接收机功能，其可以包括配置根据本公开的被测器件105中的一个或多个低噪声放大器(未示出)的增益设置。作为另一示例，本文所使用的诸如“耦合”和“耦接”之类的词语通常指示两个或更多元件之间的直接或间接电信号连接。因此，当天线阵列被描述为耦合到调试代码序列发生器时，应当理解，在根据本公开的一些实施方案中，调试代码序列发生器可以直接耦合到天线阵列(例如，当调试代码序列发生器具有内置于其中的适当信号驱动电路)，而在根据本发明的一些其它实施方案中，调试代码序列产生器可经由一个或一个以上其它元件(例如放大器或信号耦合器)间接耦合到天线阵列。此外，本文所使用的词语“连接”通常可以涉及通过使用各种类型的元件执行的各种类型的信号连接，诸如线、连接器、印刷电路板上的轨道和/或无线链路蓝牙等)。在一些情况下，在本公开的各个部分中可以互换地使用某些词(“设备”和“被测设备”；“部分”和“段”等)。应进一步理解，本文所使用的词语“示例”旨在非排他性且非限制性的。更具体地，本文所使用的词语“示例性”指示若干示例中的一个，并且应当理解，没有特别的强调、排他性或偏好与该词语的使用相关或由其暗示。

现在注意图1，其示出缺陷检测系统100的示例性实施例，缺陷检测系统100包括接收天线115，其被布置为接收由发射天线阵列109发射的射频调试信号110。射频调试信号110通过被测设备105的一个或多个元件提供给发射天线阵列109。被测设备105可以是各种各样的设备中的任何一种，例如蜂窝电话，无线电手持机，无线通信设备，Wi-Fi设备，无线家庭自动化设备，娱乐/游戏设备或工业控制器。因此，在一些情况下，发射天线阵列109可耦合到集成封装内的被测设备105的各种元件，而在一些其它情况下，发射天线阵列109可以被提供为经由诸如通信电缆的外部耦合链路而耦合到被测设备105的单独元件。因此，在一些应用中，发射天线阵列109可以是形成在包含在被测设备105(例如蜂窝电话)的外壳内部的印刷电路板(PCB)上的带状线天线，在一些其他应用中，发射天线阵列109可以是独立的更庞大的元件，诸如经由RF连接器耦合到被测设备105的鞭状天线。

在图1所示的示例性实施例中，被测设备105不仅包括发射天线阵列109，而且包括驱动和相位调节电路106和控制器107。控制器107配置驱动和相位调节电路106以将天线馈送信号104驱动到发射天线阵列109，用于以包括用以执行根据本公开的缺陷检测过程的一个或多个预定信号相位的格式发射射频调试信号110。

缺陷检测系统100还包括调试代码序列发生器125，调试代码序列发生器125通过通信链路122与控制器107通信，以提供由驱动和相位调节电路106使用的调试代码序列，以确定用于生成天线馈送信号104的信号相位值。调试代码序列发生器125可以以各种方式实现。在第一示例性实施方式中，调试代码序列发生器125可以是独立于诸如缺陷检测系统100的被测设备105之类的其它元件的测试单元120的一部分，从而允许测试单元120由与被测设备105相关联的实体以外的实体制造、拥有、操作和/或维护。然而，在第二示例性实现中，调试代码序列发生器125可以是被测设备的一部分并因此可以例如在需要的基础上由被测装置105的操作者操作。

根据调试代码序列生成器125的封装的性质可以实现和使用其中一个或两个的通信链路122和/或另一个通信链路123可以包括一个或多个无线元件(例如蓝牙)，光学元件(例如激光发射器和光接收器)和/或有线元件(例如电缆)。在图1所示的示例性实施例中，与测试单元120分开封装的调试代码序列发生器125经由通信链路123通信地耦合到测试单元120，通信链路123可以用于在测试单元120与调试代码序列生成器125之间传送信息、消息和/或数据。例如，通信链路122可以由测试单元120的元件缺陷检测器121使用，以向调试代码序列生成器125提供一个或多个调试代码序列和/或指示调试代码序列发生器125使用测试单元120和/或被测设备105的用户偏好的特定调试代码序列。

如图1所示，将位于发送天线阵列109的高频信号辐射表面附近的区域称为近场区域。近场区域的各种特性在本领域中是已知的，并且将不在此详细描述，以便避免分散根据本公开的某些其它方面。接收天线115被布置在发射天线阵列109的远场区域中。远场区域的各种特性在本领域中也是已知的，并且将不在此详细描述，以便避免分散根据本公开的某些其他方面。

在远场区域中，在根据本公开的一些示例实现中，接收天线115耦合到测试单元120，测试单元120可以与集成外壳内的接收天线115并置。接收天线115可以是各种类型的天线之一，并且可以包括平面信号接收表面和/或弯曲的信号接收表面。接收天线115被配置为接收射频信号110的至少一部分，并且提供该部分射频信号110到测试单元120，用于执行根据本公开的缺陷检测过程。为此，测试单元120并入元件缺陷检测器121，元件缺陷检测器121可以包括用于根据本公开执行与检测缺陷有关的各种操作的计算机。因此，计算机可以包括耦合到非暂时性计算机可读存储介质(一个或多个存储器设备)的处理器，用于存储计算机可执行指令以实现本文公开的各种方法步骤和/或用于存储可供被测设备105用于执行根据本公开的缺陷检测过程的一个或多个调试代码序列。

接下来注意图2，其示出发射天线阵列109向接收天线115发射射频调试信号110。发射天线阵列109包括多个辐射元件(由网格图案表示)，其被配置为从驱动和相位调节电路106接收天线馈送信号104，并且使用基于根据本公开的各种考虑所选择的信号传输锥角205来发射射频调试信号110。信号传输锥角205可以以各种方式限定，例如通过相对于信号传输轴215的角度α。

在图2所示的示例性实现中，射频调试信号110以两个旁瓣的形式发射，这两个旁瓣基本上被限制在信号传输锥角205内。更具体地，两个旁瓣用于以在射频调试信号110的各个部分中提供由测试单元120检测的信号相位的格式来发射射频调试信号110。因此，射频调试信号110可以用于传播具有与发射天线阵列109的第一组辐射元件相关联的第一信号相位(0度，例如)的一信号部分、具有与发射天线阵列109的第二组辐射元件相关联的第二信号相位(例如180度)的另一信号部分。在根据本公开的其它示范性实施方案中，可使用两个以上旁瓣来传播射频调试信号110。存在于射频调试信号110中的旁瓣的数目取决于发射天线阵列的某些特性，诸如辐射元件之间的间隔，并且取决于驱动和相位调节电路106使用的调试代码序列的类型。

射频调试信号110入射到接收天线115上的方式取决于发射天线阵列109用于发射射频调试信号110的旁瓣的数量和信号传输的锥角。在图2所示的示例实现中，射频调试信号110的第一旁瓣210主要入射在接收天线115的位置222上，射频调试信号110的第二旁瓣220主要入射在接收天线115的位置223上。作为该布置的结果，入射在位置222和位置223上的射频调试信号110的信号幅度基本上大于入射在接收天线115的位置221上的射频调试信号110的信号幅度。

图3示出根据本公开的用于将射频调试信号110从发射天线阵列109向接收天线115发射的示例性天线信号馈送布置。在该示例性天线信号馈送布置中，天线馈送信号104的第一部分驱动一个或多个选定列(为了清楚起见仅示出一个列)的一些或所有辐射元件，以发送具有第一信号相位的第一组信号段。因此，诸如辐射元件303和辐射元件304的辐射元件发射具有第一信号相位的相应信号段。天线馈送信号104的第二部分驱动一个或多个所选行(为了清楚仅示出一行)的一些或所有辐射元件，以发送具有第二信号相位的第二组信号段。因此，诸如辐射元件301和辐射元件302的辐射元件发射具有第二信号相位的相应信号段。具有第一信号相位的第一组信号段和具有第二信号相位的第二组信号段共同构成由发射天线阵列109向接收天线115发射的射频调试信号110。

图4示出发射天线阵列109的第一示例性信号辐射分布400。信号辐射分布400具有包括行数和列数的矩阵格式，矩阵的每个元素表示由发射天线阵列109的单个辐射元件的信号辐射。在一些示例性实施例中，任何两个相邻辐射元件之间的间隔可以≥λ/2，并且在一些其它示例性实施例中可以大至λ，其中λ对应于射频调试信号110的波长。

在该示例中，发射天线阵列109的每个辐射元件发射具有相同信号相位的信号。虚线框405表示3×3组的零信号幅度，其指示3×3组的有缺陷辐射元件和/或指示连接到3×3组的有缺陷辐射元件的有缺陷元件。

图5示出对应于第一示例性信号辐射分布400的发射天线阵列109的示例性重构的近场表示500。重构的近场表示500可以通过配置发射天线阵列109以在信号传输的示例性30°锥角中发射射频调试信号110并且通过使用元件缺陷检测器121来执行根据本公开的缺陷检测过程来生成。下面将使用其他附图提供关于一些示例性缺陷检测过程的进一步细节。

从图5可以观察到，根据示例性信号辐射分布400使用用于发射射频调试信号110的30°信号传输锥角(即，发射天线阵列109的每个辐射元件发射具有相同信号相位的信号)导致模糊的重建近场表示500。因此，即使要识别重构的近场表示500中的异常，也可能难以明确地识别引起异常的3×3组的有缺陷的辐射元件，更不用说，如果只有一个辐射元件(而不是9)有缺陷，则明确地识别单个辐射元件。因此，通常期望修改信号辐射分布400的特性和/或信号传输的锥角，以便生成提供比重构的近场表示500更好的分辨率的重构近场表示。

记住改变信号辐射分布400的特性的需要，接下来注意图6，其示出发射天线阵列109的第二示例性信号辐射分布600。为了本描述中的比较目的，信号辐射分布600具有类似于信号辐射分布400的矩阵格式，并且包括多个行和多个列。矩阵的每个元素表示由发射天线阵列109的单独辐射元件的信号辐射。在该示例性实施方式中，矩阵的任意两个相邻辐射元件之间的间隔选择为≥λ/2，其中λ对应于射频调试信号110的波长。可以基于小于90°的信号传输的锥角(例如信号传输的30°锥角)来明确选择间隔。

不同于其中发射天线阵列109的每个辐射元件被配置为发射具有相同信号相位的信号的示例性信号辐射分布400，在示例性信号辐射分布600中，矩阵的每个奇数列的辐射元件矩阵发送具有第一信号相位的信号。每个偶数列的辐射元件传输具有第二信号相位的信号。如果第一信号相位例如是0°，并且第二信号相位是180°，则奇数编号列(第一，第三，第五等)中的每个辐射元件发送具有0°信号相位的信号，偶数列(第二，第四，第六等)中的每个辐射元件发送具有180°信号相位的信号。在矩阵的任何两个相邻列上使用两个不同的信号相位的这种布置在本文中通常称为二元反相位编码布置。在两个相邻列上使用的二元反相位编码布置可以扩展到超过二元反相位编码布置的其它布置，例如在三个相邻列上使用三个信号相位(例如0°、120°、和240°)的三元分布相位编码布置、使用四个信号相位的四元分布相位布置，等等。

可以使用各种相位调制格式以各种方式来实现各种相位编码布置。例如，根据本公开的一些实施方案可以基于被测设备105的各种供应商和/或制造商的个人偏好。因此，在一个示例性实施方案中，被测设备105的制造商可以选择将一个或多个单片集成电路(MMIC)数字移相器并入驱动和相位调节电路106中，以便执行根据本公开的相位调节功能。众所周知，MMIC数字移相器基于数字码字生成相移的射频信号。在该示例性实施方案中，数字码字是由调试码序列发生器125生成的并且经由包括在控制器107中的信号驱动电路提供给驱动和相位调节电路106的二元调试码序列。通过使用一个或多个MMIC数字移相器获得的一个或多个移频射频信号构成天线馈送信号104。天线馈送信号104可以通过驱动和相位调节电路106中提供的一个或多个驱动放大器而被驱动到发射天线阵列109的各种射频信号辐射元件中。

此外，各种编码布置通常旨在将射频调试信号110格式化为携带信号相位信息的多个旁瓣。根据本公开优选的是，将射频调试信号110的多个旁瓣的中每一个的全部或至少显著部分限定在预定义的信号传输锥角之内。

当使用二元反相位编码布置时，两个旁瓣中的每一个的信号传输轴可以由以下等式定义：

θ＝±sin^-1(λ/2s) 等式(1)

其中sin^-1是反正弦函数，λ是用于发射射频调试信号110的波长，并且“s”是间隔参数。使用等式(1)确保使得强场辐射在发射天线阵列109的远场区域中是可用的。因此，对于具有s＝λ的阵列，±30°的远场信号扫描范围可能是足以获得发射天线阵列109的重构近场表示，其可用于识别直到单个辐射元件的粒度的缺陷。

使用由第二示例性信号辐射分布600指示的面向列的格式中的反相位编码布置容易适应沿一个或多个列出现的缺陷的检测。因此，例如，使用面向列的反相位编码布置允许更容易地检测沿着第二示例性信号辐射分布600(由虚线椭圆605标识)的列存在的三个有缺陷的辐射元件的集合。

图7示出对应于第二示例性信号辐射分布600的发射天线阵列109的示例性重构近场表示700。由于部分地由于在水平方向上不存在模糊而清楚且相对容易解释的示例性重构近场表示700可以用于识别由图6中的虚线椭圆形605标识的三个有缺陷的辐射元件。应当理解，在一些实施例中，示例性重构近场表示700可以用于验证发射天线阵列109没有有缺陷的辐射元件。

现在回到注意图1，调试代码序列发生器125可以使用1和0来执行上面提到的二元、三元和四元编码布置，并且还可以使用其他类型的代码来允许使用具有不同周期的编码。在根据本发明的一个示例性实施方案中，调试代码序列发生器125可以向驱动和相位调节电路106提供Walsh-Hadamard码序列，其用于生成由驱动和相位调节电路106馈送到用于发送射频调试信号110的发射天线阵列109的各种射频信号发射元件的天线馈送信号104。

通常，Walsh-Hadamard码序列看起来像1和0的周期性串，其中块长度和位移因子由所选择的笛卡尔序列的性质加以确定。根据本公开，Walsh-Hadamard代码序列(以及任何其他代码序列)的每个二进制位“0”可以例如用于表示0°信号相位，并且每个二进制位“1”可以例如用于表示二元反相位编码布置中的180°信号相位。表征Walsh-Hadamard码序列的重复块的各种长度可以视为以下列方式与等式(1)的间隔参数“s”相关的一组超间隔“S”：

S＝n×s 等式(2)

其中“n”是Hadamard序列块长度。例如，在码序列0000111100001111中，Hadamard序列块长度n＝4。由于众所周知的傅立叶变换定理，在旁瓣中发送的信号相位取决于Walsh-Hadamard码移位因子。例如，0011110000111100是代码0000111100001111的移位(和数字正交)版本。这两个代码序列(当用于创建天线馈送信号104时)产生相同的远场功率图案，但是具有不同的信号相位图案，其相差信号相位梯度，该信号相位梯度是由于傅里叶位移定理变化的角度方向余弦的函数。

一般来说，除了代码序列是普通代码序列(即，全零或全1)的情况之外，射频调试信号110以具有角传输方向的旁瓣的形式传输，其中角传输方向由下面的公式表征：

θ＝±sin^-1(λ/2S)＝±sin^-1(λ/2ns) 等式(3)

当信号传输的锥角在某些应用中非常有限时，Walsh-Hadamard码序列往往会特别有吸引力。在高2D分辨率应用中，两个Walsh-Hadamard码序列的乘积可以用于在x方向和y方向上发射射频调试信号110。在发射天线阵列109是8×8阵列或更大的某些应用中，存在本质上不是严格周期性的Walsh码。例如，一组八个Walsh-Hadamard码序列中的六个本质上是严格周期性的，而另外两个是非周期性的。非周期码具有保持一定周期性的位翻转子序列。当非周期性码序列用于产生射频调试信号110时，可产生略微不规则的远场图案。根据本发明，这些不规则远场图案可证明在一些调试应用中是有用的。

接下来注意图8，其示出发射天线阵列109的第三示例性信号辐射分布800。相比于使用列定向的二元反相位编码布置的第二示例性信号辐射分布600，第三示例性信号辐射分布800使用行定向的二元反相位编码布置。在两个相邻行上使用的二元反相位编码布置可以扩展到超过二元反相位编码布置的其它布置，例如在三个相邻行上使用三个信号相位(例如0°、120°和240°)的三元分布的相位编码布置、使用四个信号相位的四元分布相位布置，等等。

图9示出对应于第三示例性信号辐射分布800的发射天线阵列109的示例性重构近场表示900。示例性重构的近场表示900是清楚的并且相对容易解释，这在部分上是由于在垂直方向上不存在模糊。因此，例如，使用行定向的反相位编码布置允许更容易地检测沿着第三示例性信号辐射分布800(由虚线椭圆805标识)的行存在的三个有缺陷的辐射元件的集合。应当理解，在一些实施例中，示例性重构近场表示900可以用于验证发射天线阵列109没有有缺陷的辐射元件。

图10示出发射天线阵列109的第四示例性信号辐射分布1000。相比于使用列定向的二元反相位编码布置的第二示例性信号辐射分布600和使用行定向的二元反相位编码布置的第三示例性信号辐射分布800，第四示例性信号辐射分布1000使用列定向的二元反相位编码布置和行定向的二元反相位编码布置的组合。

图11示出对应于第四示例性信号辐射分布1000的发射天线阵列109的示例性重构近场表示1100。示例性重构的近场表示1100是清楚的并且相对容易解释，这在部分上是由于在垂直方向和水平方向上都不存在模糊，并且在部分上是由于重构的近场表示1100用于识别只有有缺陷的辐射元件，而忽略没有缺陷的辐射元件。因此，例如，更容易检测沿着第四示例性信号辐射分布1000(由虚线椭圆1015标识)的行存在的第一组四个有缺陷辐射元件和沿着第四示例性信号辐射分布1000(由虚线椭圆1010标识)的列存在的第二组四个有缺陷辐射元件。应当理解，在一些实施例中，示例性重构近场表示1100可以用于验证发射天线阵列109没有有缺陷的辐射元件。

图12示出根据本公开的在使用示例性信号传输广角锥角205发射该射频调试信号110时的发射天线阵列109的重构近场表示1200。更具体地，示例性信号传输广角锥角205基本上等于90°(即，α≈90°)，并且发射天线阵列109配置为根据示例的信号辐射分布400发射射频调试信号110。在该配置中，发射天线阵列109的每个单独的辐射元件发射具有相同信号相位的信号。

接收天线115配置为接收基本上所有的射频调试信号110，从而有利地使得缺陷检测向下到发射天线阵列109的单个辐射元件的粒度。用于接收信号传输广角锥角205(α≈90°)的接收天线115可以以各种方式实现。例如，在根据本公开的一个实施方式中，接收天线115可以是半球形结构，其用作圆顶以部分地或完全地覆盖被测设备105。半球形结构的内表面容纳信号接收元件，并且可以选择半球形结构的尺寸(例如直径)，使得信号接收元件位于发射天线阵列109的远场区域中。

发射天线阵列109的重构近场表示1200可以在根据本公开的替代实施方案中获得，其中接收天线115被置于静止状态，并且发射天线阵列109配置为以扫描操作模式发射射频调试信号110(例如通过将发射天线阵列109安装在万向架上)。扫描操作模式确保射频调试信号110自动扫过固定接收天线115的信号接收表面，因此可以消除了对于要使用信号传输广角锥角205(α≈90°)的需要。

现在注意图13，其示出根据本公开的示例性缺陷检测过程的流程图。为了方便起见，将使用在一些其它图(诸如图1-3)中示出的各种元件的附图标记来描述流程图。然而应当理解，根据本公开，流程图可应用于许多其它配置和实施方案。还应当理解，例如，图13中所示的一些框可以通过使用元件缺陷检测器121的计算机加以执行，而一些其他块(例如故障排除块)可以由技术人员手动执行。

在框11中，提供调试代码序列。该操作可以以各种方式进行。在一个示例实施方案中，被测设备105的制造商以存储器设备或数据库的形式提供调试代码序列生成器125。可由制造商和/或由另一实体配置的存储器或数据库可以包含可由被测设备105的用户选择的一个或多个调试代码序列。在另一示例实施方案中，测试单元120使用通信链路123与用于提供一个或多个调试代码序列的调试代码序列发生器125进行通信。

在框12中，所选择的调试代码序列由驱动和相位调节电路106用于生成使用天线馈送信号104提供给发射天线阵列109的输入信号104。发射天线阵列109依次发送根据天线馈送信号104格式化的射频调试信号110。在框14中，射频调试信号110的至少一部分在位于发射天线阵列109的远场区域中的接收天线115中被接收。在接收天线115中接收的射频调试信号110的幅度取决于各种因素，诸如信号传输锥角205。在信号传输锥角205小于90°的一些实施方式中，旁瓣的一些部分可能不入射到接收天线115上，因此，接收天线115仅接收射频调试信号110的一部分。

在框15中，对在接收天线115中接收的射频调试信号110进行处理以获得数字数据集。用于将在天线中接收的信号转换为数字数据集(使用下转换到中频(IF)，通过使用模数转换器等将IF信号数字化)的过程在本领域中是已知的，并且不会在本文中详细阐述以便避免分散根据本公开的某些其它方面。

在框16中，可以将一个或多个反向传播算法应用于数字数据集，用于生成发射天线阵列109的重构的近场表示(例如上面参照图7、9、11和12描述的示例性实施例中的)。可用于此目的的一些示例性反向传播算法可以包括傅立叶逆变换、卷积、弗劳恩霍夫传播算法、菲涅尔传播算法、瑞利-索默菲尔德传播算法、角频谱传播算法或偏微分方程解算器(有限元方法(FEM)和/或有限差分法(FDM))。在根据本公开的示例性实施例中，框16的至少一些方面可以由可以作为计算机的一部分的数字信号处理器(例如，DSP)实现在元件缺陷检测器121中。DSP可以配置为从一个或多个数字化器(例如，模数转换器)接收数字数据集，所述数字化器也提供在元件缺陷检测器121中，用于将接收天线115接收到的射频调试信号110数字化。

在根据本公开的一些实施方案中，可以以提供与发射天线阵列109的各种辐射元件有关的幅度信息的图像的形式来提供重构的近场表示。在根据本发明的一些其它实施方案中，可以以提供与发射天线阵列109的各种辐射元件有关的信号相位信息的图像的形式提供重构的近场表示。在根据本公开的又一些其它实施方案中，可以以提供关于发射天线阵列109的各种辐射元件的与相位信息组合的信号相位信息的图像的形式提供重构的近场表示。

发射天线阵列109的重构的近场表示可以用于识别发射天线阵列109和/或被测设备105中的一个或多个缺陷。在块17中指示的一个示例性实施例中，可以通过将重构的近场表示与信号辐射参考模板进行比较来识别一个或多个缺陷。返回参考框12，可以在框13中通过使用被确保没有缺陷的被测设备105来生成信号辐射参考模板，特别强调确保发射天线阵列109没有缺陷。或者，可以在框13中通过使用计算机仿真来生成信号辐射参考模板。

在框18中，进行验证以确定通过执行框16获得的重构的近场表示与在框13中生成的信号辐射参考模板之间的匹配水平。在根据本公开的一些示例实施方案中，框18可以包括确定在重构的近场表示中可识别的发射天线109的各种辐射元件的信号幅度属性和/或信号相位属性。可以以各种方式执行信号幅度属性的确定。例如，在一些情况下，可以通过使用阈值信号幅度值来应用通过失败方法，以确定辐射元件是良好还是有缺陷的。在一些其它情况下，多个阈值信号幅度值可以用于确定辐射元件是良好的、部分缺陷的还是完全缺陷的。部分有缺陷的辐射元件可导致发射天线阵列的有缺陷辐射元件发射的信号的幅度的减小。可以通过识别重构的近场表示和信号辐射参考模板之间的信号相位信息中的失配来检测一个或多个辐射元件中的有缺陷的信号相位属性。

如果获得可接受的匹配水平，则发射天线阵列109和/或被测设备105被声明为具有零缺陷。另一方面，如果匹配水平是不可接受的(例如，当在发射天线阵列的重构的近场表示中检测到异常时)，则在块19中确定发射天线阵列109或被测设备105中的缺陷元件可单独识别。如果有缺陷的元件不是单独可识别的，则在框20中确定一组元件(或多组元件)是否被怀疑是有缺陷的。一组元件可以例如包括发射天线阵列109的一个或多个辐射元件和/或被测设备105的一个或多个其它元件的组合。如果一组元件(或多组元件)被怀疑是有缺陷的，则在块25中执行元件组的故障排除。然而，如果在块20中怀疑没有元件组有缺陷，可以在块11中提供不同的调试代码序列，并且重复块11后面的各个块(递归地，在一些实施方案中使用多个调试代码序列)。

返回到框19，如果确定有缺陷的元件是可单独识别的，则在框21中，确定缺陷信号相位是否存在于缺陷元件中。如果存在有缺陷的信号相位(例如在预期180°信号相位的情况下存在0°信号相位)，则可以执行框22。然而，如果不存在有缺陷的信号相位，则可以省略框22。应当理解，框22可以自动地(例如通过计算机控制的机器人)和/或手动地执行。当手动执行框22时，可以由用于执行引导直到框22的各种框的计算机向技术人员提供指示(例如消息或图形用户界面(GUI)图像)。该指示可以被定制为向技术人员提供诸如可以有助于有缺陷的信号相位的元件的标识的信息。技术人员使用该指示来对驱动和相位调节电路106中的特定相位相关的组件进行故障排除。

如果在执行块21(以及在运行的情况下执行块22)时不存在有缺陷的信号相位，则在块23中，确定存在有缺陷的幅度。有缺陷的幅度不仅可以在一些情况下以信号的总损失(例如由于发射天线阵列109中的失效的辐射元件所引起的)的形式而被指示，而在一些其它情况下以信号的幅度减小(例如由于被测设备105内的不良连接或故障元件所引起的)的形式。

如果存在有缺陷的信号幅度，则可以自动地(例如通过计算机控制的机器人)和/或手动地执行框24以识别发射天线阵列109和/或被测设备105中的一个或多个缺陷。当手动执行框24时，可以向技术人员提供指示(例如消息或GUI图像)。该指示可以被定制为向技术人员提供诸如可以有助于有缺陷信号幅度的元件的标识的信息。例如，技术人员使用该指示来对驱动和相位调节电路106中的特定幅度相关部件进行故障排除。

技术人员执行的故障排除过程可以具体地针对可能有助于信号幅度的退化或损失的驱动和相位调节电路106和/或被测设备105的某些元件。例如，当框23提供的指示涉及发射天线阵列109中的特定辐射元件时，辐射元件以及与该特定辐射元件相关的项(驱动放大器电线，连接器和/或焊接接头)的故障排除可由技术人员执行。

通过帮助技术人员将故障排除工作集中在发射天线阵列109和/或被测设备105的特定部分，根据本公开的流程图指示的示例性缺陷检测过程的执行不仅可以节省时间和金钱，而且也可以消除与传统故障排除过程相关联的某些问题(诸如通过在近场区域中引入探针而使发射天线阵列109的辐射特性失真)。

图14示出根据本公开的以少数替代组合应用时的示例性三元调试编码方案。相比于可应用于矩阵的两个相邻行和/或列的二元反相位编码布置，三元调试编码布置可应用于矩阵的三个相邻行和/或三个相邻列中的每一个。当编码矩阵的行和/或列的数目是3的倍数时，这种布置可能是方便的。

三个信号相位(例如0°、120°和240°)可用于实现三元分布相位编码布置，其中三个信号相位施加到三个相邻列、三个相邻行、或三个相邻列和三个相邻行的组合(即，应用于垂直和水平方向上)中的每一个。为了说明三元调试编码方案的目的，根据本公开的第四示例性实施方案示出在图14中。

相比于可应用于二元反相位编码布置的等式(1)，当三元分布相位编码布置用于发射射频调试信号110时，x轴方向和y轴方向的每一个中的信号传输分量特别表示为正或负参数(而不是等式(1)中所示的±参数)。分别适用于四个示例性实施方案中的每一个的等式示出在图14中。

总之，应当注意，为了展示本发明的原理和构思，已经参考若干说明性实施例描述了本发明。本领域技术人员将会理解，鉴于本文提供的描述，本发明不限于这些说明性实施例。本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对说明性实施例做出许多这样的变化。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

在接收天线中接收由发射天线阵列发射的射频调试信号，所述接收天线位于所述发射天线阵列的远场区域中，所述发射天线阵列配置为经由所述射频调试信号来传播指示所述发射天线阵列的信号辐射分布的信息；和

对在所述接收天线中接收到的所述射频调试信号执行缺陷检测过程，所述缺陷检测过程包括：

通过将接收天线中接收的射频调试信号数字化来获得数字数据集；

将反向传播算法应用于所述数字数据集以导出所述发射天线阵列的重构的近场表示，所述重构的近场表示指示所述发射天线阵列的信号辐射分布；和

使用所述发射天线阵列的重构的近场表示来识别以下中的至少一个：a)所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中的至少一个的一个或多个缺陷，或b)所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中的至少一个的零缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

选择第一信号相位和第二信号相位，用于配置所述发射天线阵列以经由所述射频调试信号传播指示所述发射天线阵列的信号辐射分布的信息；

使用所述第一信号相位来配置所述发射天线阵列的第一组辐射元件，以发射具有所述第一信号相位的所述射频调试信号的第一部分；和

使用第二信号相位来配置所述发射天线阵列的第二组辐射元件，以发射具有所述第二信号相位的所述射频调试信号的第二部分，所述第二组辐射元件中的每个单独的辐射元件位于所述第一组辐射元件的两个或更多个辐射元件之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一信号相位相对于所述第二信号相位偏移180度，并且所述第一组辐射元件或所述第二组辐射元件中的至少一个包括所述发射天线阵列的行或列中的至少一个的每个辐射元件。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

使用调试代码序列来配置所述第一组辐射元件以发射具有所述第一信号相位的所述射频调试信号的所述第一部分，并且配置所述第二组辐射元件以发射具有所述第二信号相位的所述射频调试信号的所述第二部分，所述调试代码序列被选择为通过所述发射天线阵列将所述射频调试信号的两个或更多个旁瓣限制在所述射频调试信号的信号传输的预定锥角内部。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一信号相位与所述第二信号相位相同。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反向传播算法包括以下至少之一：傅里叶逆变换、卷积、弗劳恩霍夫传播算法、菲涅尔传播算法、瑞利-索默费尔德传播算法、角频谱传播算法、或偏微分方程解算器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述发射天线阵列的重构的近场表示来识别所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的被测设备中至少一个的所述一个或多个缺陷包括：

将所述发射天线阵列的重构的近场表示与所述发射天线阵列的信号辐射参考模板进行比较，以检测所述发射天线阵列的信号辐射分布中的有缺陷信号相位或有缺陷幅度中的至少一个；和

基于所述有缺陷信号相位或所述有缺陷幅度中的所述至少一个，识别所述发射天线阵列或耦合到所述发射天线阵列的所述被测设备中的所述至少一个的所述一个或多个缺陷。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

识别发射天线阵列的第一组辐射元件；

识别所述发射天线阵列的第二组辐射元件，使得所述第二组辐射元件的每个单独的辐射元件位于所述第一组辐射元件的两个或更多个辐射元件之间；和

通过利用根据调试代码序列格式化的天线馈送信号驱动所述发射天线阵列来发射所述射频调试信号，所述调试代码序列至少部分地被选择，以配置第一组辐射元件以发射具有第一信号相位的第一射频信号分量，并且配置所述第二组辐射元件以发射具有第二信号相位的第二射频信号分量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一组辐射元件或所述第二组辐射元件中的至少一个根据所述发射天线阵列的行或列之一布置，并且所述调试代码序列包括二进制码，其具有与第一信号相位和第二信号相位中的相应一个对应的二进制码的相对位。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一组辐射元件根据所述发射天线阵列的行布置，并且所述第二组辐射元件根据所述发射天线阵列的列布置。