CN108206717B - 测试系统和测试方法 - Google Patents

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Abstract

用于测试DUT的测试系统包括分别位于DUT天线的近场和中间场的分别对第一和第二有界辐射表面采样的近场和中间场测量设备，其包括DUT天线在有界辐射表面延伸的至少第一和第二方向上发射的RF信号。测试系统的接收器分别从近场和中间场测量设备获得的样本产生近场值和中间场值的第一和第二矩阵，并且将它们输入至测试系统的处理逻辑部分。处理逻辑部分分别处理近场值和中间场值的第一和第二矩阵，并且据以导出近场相位值的第三矩阵。

Description

测试系统和测试方法
技术领域 本发明涉及使用近场和中间场测量对具有集成的发射器-天线组件的被测设备进行空中(OTA)测试的系统和方法。
背景技术
在下一代无线基础设施(例如，基站、骨干网等)中，用户手机被称为第五代移动网络或第五代无线系统(下文称为“5G”)。5G非常有挑战性，涉及毫米波频率使用、紧凑型相控阵列和前所未有的电子电路集成量。不仅发射器和接收机将会集成到收发机中，而且收发机将与贴片天线或天线阵列集成在一起。集成的收发机和天线或天线阵列在下文中称为“集成的收发机-天线组件”。在5G集成的收发机-天线组件中，将不存在从无线电电子电路到天线的传统连接器。例如，收发机-天线组件可以在同一集成电路(IC)封装中，或者可以在例如经由BGA(球栅阵列)接口与彼此以接口方式连接的分离IC封装中。在任一情况下，包括其天线或天线阵列及其收发机在内的整个无线电设备将是一个不可分割的单元。因此，将不会有从单元外部可访问的天线端口用于与外部测试系统连接。
然而，无线电制造商希望针对所有常见特性(例如，接收机灵敏度、有无干扰存在、总发射功率、调制格式的误差矢量幅度(EVM)、天线辐射模式等)测试它们的单元。所有这些参数都必须在产品设计阶段进行非常详细的测量和研究。在制造阶段，可以将特性甄别出来，但测试速度变得至关重要，以降低成本并与竞争对手供应商竞争。
集成的收发机-天线组件的不可分离性质使传统的收发机测试方法是无用的。传统上，通过将测量设备连接到无线电设备的连接器，可以断开天线并执行所有的接收机和发射器测试。然而，这种连接器在5G单元中是不可用的。此外，5G集成的收发机-天线组件的不可分离性质在测试天线本身时引入了全新的挑战。传统的远场测试室大而昂贵，因此制造商渴望紧凑的天线测试解决方案，如近场测试系统。然而，为了应用傅里叶变换方法以将近场数据转换为远场辐射图案，在近场采样中需要幅度和相位信息两者。当天线可以断开时，这是直接实现的，这是因为可以简单地使用双端口网络分析仪作为端口1用于待测设备(DUT)的天线，并作为端口2用于校准的天线或喇叭。然而，当DUT的天线与DUT的收发机不可分离时，相位信息可能是不可靠的，这是因为DUT的本地振荡器(LO)的相位相对于测量设备的LO的相位很有可能漂移。
此外，执行测试的速度是任何已知或建议的空中(OTA)测试解决方案都没有充分解决的重要问题。许多公司已经建议部署固定在远场中的多个喇叭以加速辐射模式的测量。这种建议的问题在于，由于远场模式是球体而非平面上的分布，因此仍然需要在方位角和高度自由度而不是X和Y平移自由度上平衡DUT。如果使用N个喇叭同时采集信号，则扫描平面或圆柱体时可以实现加速因子N，但是在扫描球体时会遇到频繁的方位仰角坐标访问。因此，加速因子小于N。
此外，随着DUT的贴片阵列中每个天线元件的5位至6位幅度和相位控制的出现，5G系统设计人员在其储存库中的各种辐射模式是巨大的。将其乘以设计者通常希望测试的载波频率的数量并且将对于要测试的两个极化的数量加倍，必须获取的测试数据的量变得非常大。在这些情况下，由于要获取的数据非常庞大，可能需要一整天测试单个天线阵列。因此，对于测试所需的时间量的大加速因子是需要的。
因此，需要一种用于对能够在相对较小区域中相对较短时间内以相对较低成本进行测试的具有集成的收发机-天线组件的DUT进行OTA测试的测试系统和方法。
发明内容
本实施例面向于对具有一起在封装中集成的DUT发射器和天线的DUT执行OTA测试的测试系统、测试方法和计算机程序，所述封装不包括用于测试系统与DUT天线以接口方式连接的连接端口。DUT发射器产生包括有界辐射表面的通过DUT天线经由空气发射的无线电频率(RF)信号。
所述测试系统包括近场测量设备、中间场测量设备和测试仪。近场测量设备在彼此不同的至少第一方向和第二方向上对包括所述RF信号的第一有界辐射表面进行采样，以获得近场值的第一矩阵，所述近场测量设备位于DUT天线的近场。中间场测量设备在至少所述第一和第二方向上对包括所述RF信号的第二有界辐射表面进行采样，以获得中间场值的第二矩阵，所述中间场测量设备位于DUT天线的中间场。测试仪分别处理近场值和中间场值的第一矩阵和第二矩阵，以导出近场相位值的第三矩阵。
所述方法包括：利用近场测量设备，对至少在彼此不同的第一和第二方向上包括RF信号的第一有界辐射表面进行采样，以获得近场值的第一矩阵，所述近场测量设备位于近处DUT天线(102)的近场；利用中间场测量设备，对至少第一方向和第二方向上包括RF信号的第二有界辐射表面进行采样，以获得中间场值的第二矩阵，中间场测量设备位于DUT天线(102)的中间场；和利用测试仪(110)的处理逻辑部分(114)，分别处理近场值和中间场值的第一矩阵和第二矩阵以导出近场相位值的第三矩阵。
计算机程序包括第一、第二和第三代码段。第一代码段从所述测试系统(100)的接收机(112)接收近场值的第一矩阵，所述近场值的第一矩阵是从位于在彼此不同的至少第一和第二方向上对包括RF信号的第一有界辐射表面进行采样的DUT天线(102)的近场中的近场测量设备所生成的电信号获得的。第二代码段从所述接收机(112)接收中间场值的第二矩阵，中间场值的第二矩阵是从位于DUT天线(102)的中间场的中间场测量设备产生的电信号获得的，中间场测量设备在至少第一和第二方向上对包括RF信号的第二有界辐射表面进行采样。第三代码段分别处理近场值和中间场值的第一和第二矩阵，并且分别从近场值和中间场值的第一和第二矩阵导出近场相位值的第三矩阵。
这些和其他特征和优点将从以下描述、权利要求和附图中变得显而易见。
附图说明
当与附图一起阅读时，示例实施例可以从以下具体实施方式中得到最佳地理解。要强调的是，各种特征并不一定按比例绘制。事实上，为了清楚的讨论，尺寸可以任意增加或减小。在适用和可行的情况下，相同的附图标记表示相同的要素。
图1示出根据代表性实施例的用于测试DUT的测试系统的框图。
图2示出根据代表性实施例的表示测试方法的流程图。
图3示出根据代表性实施例的表示所述测试方法的流程图。
图4A和4B示出根据另一代表性实施例的表示所述测试方法的流程图。
具体实施方式
根据本文描述的实施例，提供了一种测试系统和方法，用于测试具有一起在封装中集成的天线和发射器的DUT，该封装不具有外部可访问的连接端口用于将测试系统与天线以接口方式连接。测试系统能够在相对较小的区域内以相对低的成本在相对短的时间量内对DUT进行OTA测试。
下面参照图1-4B描述代表性的实施例。在下面的详细描述中，为了说明而非限制的目的，阐述了公开特定细节的示例性或代表性实施例，以便提供对于可以体现本发明的方式的示例的透彻理解。然而，对于受益本公开的本领域普通技术人员来说，显而易见的是，根据本教导的偏离本文公开具体细节的其他实施例仍在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对公知装置和方法的描述，以便不会使代表性实施例的描述模糊。这些方法和装置显然在本教导的范围之内。
如在说明书和所附权利要求中使用的，术语“一”、“一种”和“所述”包括单数和复数指代，除非上下文另有明确说明。因此，例如，“一种设备”包括一个设备和多个设备。如附图图示的，可以使用相对术语来描述各个元件彼此之间的关系。除了附图中描述的方位之外，这些相对术语还旨在包含装置和/或元件的不同方位。要理解的是，当元件被称为“连接到”或“耦合到”或“电耦合到”另一元件时，可以是直接连接或耦合，或者可以存在中间元件。
这里使用的术语“存储器”或“存储器设备”旨在表示能够存储供一个或多个处理器执行的计算机指令或计算机代码的计算机可读存储介质。这里使用的术语“计算机代码”旨在表示被设计成由处理器或处理核执行的软件和/或固件。这里对“存储器”或“存储器设备”的引用应该解释为一个或多个存储器或存储器设备。存储器例如可以是同一计算机系统内的多个存储器。存储器也可以是分布在多个计算机系统或计算设备中的多个存储器。
这里使用的术语“处理器”、“处理核”或“处理逻辑部分”涵盖能够执行计算机程序或可执行计算机指令的电子组件。这里对包括“处理器”的计算机的引用应当解释为具有一个或多个处理器或处理核的计算机。处理器可以例如是多核处理器。处理器还可以指单个计算机系统内的处理器的集合或分布在多个计算机系统之中的处理器的集合。术语“计算机”还应该被解释为可指代每一个均包括一个或多个处理器的计算机或计算设备的集合或网络。通过可以在同一台计算机内的或可以跨越多个计算机分布的多个处理器，可以执行计算机程序的指令。
如上所述，当DUT天线与DUT收发机不可分离时，测试设备的单个通道收集的相位信息由于DUT LO和测量设备LO之间的相位漂移而可能被认为是不可靠或可疑的。如果DUTLO相干时间短，即使在二维(2D)近场扫描的给定机械访问行内从一个探测元件切换到相邻探测元件也可导致测量的探测元件到探测元件的相对相位值由于LO相漂移而不可靠。以下讨论提供了各种代表性实施例，用于在提供相对较小空间区域中以相对低的成本相对较快地进行测试的测试系统的同时避免相位漂移问题。
在下面的讨论中，以下术语具有以下含义。本文中使用的术语“远场”表示相对于DUT天线等于或大于Fraunhofer距离Df的场。Fraunhofer距离定义为Df＝2D2/λ，其中D是DUT天线的直径，λ是DUT天线的工作波长。本文使用的术语“近场”表示延伸离开DUT天线的距离为λ到D的量级的场。本文中使用的术语“中间场”表示处于近场和远场(如这里已经定义的那些术语)之间的场。本文使用的术语“近场值”表示近场幅度值、近场相位值和近场相对相位值中的一个或多个。本文使用的术语“近场相位值”表示包含在相应近场值中的或从相应近场值导出的相位值。在一些实施例中，近场相位值是直接测量出的，在其它实施例中，它们是从近场和中间场幅度值中得到的。
图1图示根据代表性实施例的用于测试具有DUT天线102和DUT发射器103的DUT101的测试系统100的框图，所述DUT天线102和DUT发射器103集成在一起并且在封装的内部电气互连。封装没有外部可访问的天线连接端口用于允许测试系统100与DUT天线102直接电气互连，或者与DUT天线102和DUT发射器103之间的互连直接电气互连。发射器103通常但不一定是收发机(其通常也包括接收机)的一部分。在本文描述的实施例中，没有从DUT 101到测试系统100的RF连接或LO连接，但是可能存在并且通常具有DUT 101和测试系统100之间的直流(DC)、基带和中频(IF)互连。为了便于说明和简洁，DC、基带和IF连接没有示出在附图中或者在这里加以讨论。
测试系统100包括测试仪110；第一探测元件阵列111，其位于DUT天线102的近场并且电耦接至测试仪110；第二探测元件阵列115，其位于DUT天线102的中间场并且电耦接至测试仪110；第一机械平移装置116，其机械耦接至第一探测元件阵列111；第二机械平移装置117，其机械耦接至第二探测元件阵列115。第一机械平移装置116和第二机械平移装置117是相同机械平移系统的一部分，但是彼此独立地被平移。
测试系统100的测试仪110包括接收机112、切换逻辑部分113、处理逻辑部分114和存储器设备117。接收机112分别经由切换逻辑部分113电耦合至第一探测元件阵列111和第二探测元件阵列115。测试系统100执行DUT 101的OTA测试。
在DUT 101的OTA测试期间，DUT天线102发射至少在第一和第二方向上延伸的包括有界辐射表面的RF信号。有界辐射表面的形状不限于任何特定的形状，例如可以是平坦，弯曲，矩形，椭圆形等。探测元件阵列111是至少1×N的探测元件阵列，其中N是大于等于2的正整数。N个探测元件沿着平行于第二方向的线定位。探测元件阵列111的相邻探测元件之间的间距或间隙通常约为DUT 101的工作波长的一半。为了说明的目的，假定第一和第二方向分别是X、Y、Z直角坐标系的Y和X方向。因此，第一方向和第二方向在这里分别可以互换地称为“Y方向”和“X方向”，也可以称为“第一方向”和“第二方向”。第一探测元件阵列111通常位于Z维度上远离DUT天线102大约DUT天线102的一个工作波长的距离，使得其位于DUT天线102的近场中。
第一探测元件阵列111可以被认为是在至少Y方向上可移动或可平移的条形棒，并且在本文中将被可互换地称为“第一条形棒111”或“第一探测元件阵列111。第一条形棒111包括其中密封着探测元件的消声吸收材料，但在消声吸收材料中具有开口，通过该开口，探测元件的一部分被暴露以允许它们感测DUT天线102发射的有界辐射表面。
在OTA测试期间，当沿着X方向快速电扫描时，第一条形棒111沿着Y方向经由机械平移装置116在M个位置上机械地平移，其中M是大于等于2的正整数。当第一条形棒111沿Y方向平移时，其保持在DUT天线102的近场中，并且沿着X和Y方向在近场中采样第一有界辐射表面。随着在Y方向上机械地平移第一条形棒111，接收机112控制开关逻辑部分113以在X方向上电扫描探测元件。第一条形棒111通常包括场效应晶体管(FET)开关树(为了清楚而未示出)，其经由开关逻辑部分113加以控制以促使依次采样探测元件产生的电信号，并将其经由开关逻辑部分113从第一条形棒111传送到接收机112。应当注意，可以使用其他开关技术，例如双极结型晶体管(BJT)或P本征N(PIN)二极管。本发明的原理和构思不限于在开关逻辑部分113中使用的开关器件的类型或配置。
作为沿着X方向电扫描第一条形棒111的N个探测元件的同时沿着Y方向在M个位置上平移第一条形棒111的结果，M×N的近场值阵列经接收机112获取并输入到处理逻辑部分114。
在已经获取近场值之后，参考信息经第二探测元件阵列115获取，并随后与近场幅度值组合使用以导出近场相位值，如下面参考图4A和4B详细描述的。第二探测元件阵列115位于DUT天线102的中间场。第二探测元件阵列115是至少1×N'的探测元件阵列，其中N'是通常大于N的正整数。N'个探测元件沿着平行于第二方向的虚线定位。第二探测元件阵列115的相邻探测元件之间的间距或间隙通常为DUT 101的工作波长的大约一半或略大。
第二探测元件阵列115可以被认为是在至少Y方向上可移动的条形棒，并且在本文中将被可互换地称为“第二条形棒115”或“第二探测元件阵列115。如同第一条形棒111，第一条形棒115包括其中密封着探测元件的消声吸收材料，但在消声吸收材料中具有开口，通过该开口，探测元件的一部分被暴露以允许它们感测DUT天线102发射的有界辐射表面。
为了获取参考信息，第一机械平移装置116将第一条形棒111平移到一位置，使得其不被夹在DUT天线102和第二条形棒115之间。当在X方向快速电扫描时，第二条形棒115经由机械平移装置117沿着Y方向在L个位置上被机械平移，其中L是大于等于2的正整数。当第二条形棒115沿Y方向平移时，其保持在DUT天线102的中间场，并且沿着X和Y方向在DUT天线102的中间场中采样第二有界辐射表面。第二有界辐射表面对应于至少X和Y方向上第一有界辐射表面的扩展。随着在Y方向上机械地平移第二条形棒115，接收机112控制开关逻辑部分113以在X方向上电扫描第二条形棒115的探测元件。如同第一条形棒111一样，第二条形棒115通常包括晶体管切换树(为了清楚而未示出)，其经由开关逻辑部分113加以控制以促使依次采样第二条形棒115的探测元件产生的电信号，并将其经由开关逻辑部分113从第二条形棒115传送到接收机112。
作为沿着X方向电扫描第二条形棒115的N’个探测元件的阵列的同时沿着Y方向在L个位置上平移第二条形棒115的结果，L×N’的中间场值阵列经接收机112获取并输入到处理逻辑部分114。中间场值至少包括中间场幅度值。根据代表性实施例，中间场值仅包括中间场幅度值。
在L×N’的中间场值阵列已被获取并输入至处理逻辑部分114后，处理逻辑部分114执行导出算法，该算法使用中间场幅度值和近场幅度值以导出近场相位值。导出的近场相位值不受DUT 101的LO与测试仪110的LO之间的相位漂移的影响。下面参照图4A和4B更详细地描述导出算法使用近场幅度值和中间场幅度值导出近场相位值的方式。
测试系统100与现有或提出的测试系统相比非常紧凑并且非常快，用于测试具有集成的天线和发射器并且没有用于将测试系统与DUT天线互连的连接端口的DUT。其主要原因在于，机械平移装置116和117执行的一维(1D)机械平移比现有和/或提出的测试系统(例如，执行2D平衡环之类的那些测试系统)执行的2D机械平移要快几个量级。测试系统100的紧凑的另一原因是由于将第二条形棒115定位在DUT天线102的中间场而非远场中。另外，将第二条形棒115定位在DUT天线102的中间场而非远场中允许第二条形棒115相比于其位于DUT天线102的远场中在X维度上略微更小。虽然第二条形棒115由于DUT天线102发射的有界辐射表面的扩展相比第一条形棒需要在X维度上更大，但是第二条形棒115通常仅比第一条形棒111长约20％。对于通常为一半波长的第二条形棒115的探测元件之间的间隔，这导致第二条形棒115的探测元件的数量N'约为1.2N，其中N是相邻探测元件之间具有相同间距的第一条形棒111的探测元件的数量。然而，应该注意，本发明的原理和概念不限于第一和第二条形棒111和115的物理尺寸，第一和第二条形棒111和115的相邻探针元件之间的节距，第一和第二条形棒111和115的探针元件N和N'的数量。
应当注意，尽管图1描绘了第一和第二条形棒111和115的使用分别在近场和中间场测量设备附近，但是本发明原理和构思不限于分别使用第一和第二条形棒作为近场和中间场测量设备。如本领域技术人员在面对本文提供的描述所理解的，可以将其他类型的近场和中间场测量设备用于此目的。此外，尽管图1描绘了在Y方向上分别用于平移第一和第二条形棒111和115的第一和第二机械平移装置，但是近场和中间场测量设备可以用所有电扫描配置加以配置以在X方向和Y方向上电扫描探测元件，使得不需要近场和中间场测量设备的机械平移。
图2图示根据代表性实施例的OTA测试方法的流程图。通过位于DUT天线的近场的近场测量设备，至少在相互不同的第一和第二方向上采样包括RF信号的第一有界辐射表面，以获得近场值的第一矩阵，如框201所指示的。通过位于DUT天线的中间场的中间场测量设备，至少在所述第一和第二方向上采样包括RF信号的第二有界辐射表面，以获得中间场值的第二矩阵，如框202所指示的。通过处理逻辑部分，分别处理近场值和中间场值的第一和第二矩阵以得到近场相位值的第三矩阵，如框203所指示的。
如上面指示的，近场和中间场测量设备可以采取各种配置，因此，测试系统执行的方法也可以以多种方式加以改变。图3图示根据代表性实施例的具有图1所示配置的测试系统执行的OTA测试方法的流程图。在DUT的近场内M个位置上沿着第一方向机械地平移OTA测试系统的至少N个探测元件的第一阵列，如框211所示。
随着沿着第一方向机械地平移探测元件的第一阵列，在不同于第一方向的第二方向上电扫描该阵列，以获取包括有界辐射表面的RF信号，如框212所示。RF信号中包含的近场幅度值发送到处理逻辑部分，如框213所示。
OTA测试系统的至少N个探测元件的第二阵列在DUT的中间场内沿着第一方向在L个位置上机械平移，如方框214所示。随着探测元件的第二阵列沿着第一方向机械地平移，第二阵列沿着第二方向被电子扫描以获取包括有界辐射表面的RF信号，如方框215所示。包含在RF信号中的中间场幅度值发送到处理逻辑部分，如方框216所示。处理逻辑部分然后使用近场和中间场幅度值导出近场相位值，如方框217所示。
导出算法通常由处理逻辑部分114执行的软件和/或固件来实现，其例如可以是单核或多核微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)等。包括软件和/或固件的计算机代码通常存储在存储器设备117中。虽然存储器设备117示出为处于处理逻辑部分114的外部，但是其可以在处理逻辑部分114的内部。为了说明的目的，存储器设备117在图1中示出为处于处理逻辑部分114的外部。存储器设备117可以是任何合适的非暂时计算机可读介质，例如包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、光存储器件、磁存储器件等。
这里公开的一些本发明原理和构思部分地基于小数阶傅立叶变换的理论，其表明辐射幅度分布在大约D2/3λ(即大约为Fraunhofer距离Df的三分之一)呈现显著的远场特性。小数傅里叶变换是通常傅里叶变换F的幂Fa，其中小数参数a可以取任何实际值。本理论应用于这里描述的原理和构思表明第二条形棒115可以位于中间场而不是远场中，导致上述优点，即测试系统100的紧凑性、第二条形棒115的尺寸更小、第二条形棒115中需要的探测元件更少。其另一优点是允许测试系统115置于成本相比于通常在测量远场值的测试系统中使用的这种类型的大型消声室显著更低的相对较小消声室中。
图4A和4B图示使用测量出的近场和中间场幅度值以导出或计算近场相位值的导出算法的流程图。该导出算法是在此称为Gerchberg-Saxton交替投射算法的已知算法的变型版本，该Gerchberg-Saxton交替投射算法算法公开在以下文章中“APracticalAlgorithm For The Determination Of Phase From Image And Diffraction PlanePictures,”by R.W.Gerchberg and W.O.Saxton,Optik,Volume 35,No.2,pages 237–246(1972)，其通过引用的方式合并在此。
在原始的Gerchberg-Saxton交替投射算法中，第二有界辐射表面在远场中采样，因此在算法中使用全傅里叶变换(即，小数参数a等于1)。根据代表性实施例，第二有界辐射表面(即，被第二条形棒115采样的有界辐射表面)处于中间场。因此，小数傅里叶参数a小于1并且大于等于0。使用大于0并且小于等于1的小数参数a的值是对于并入至这里描述的导出算法的原始Gerchberg-Saxton交替投射算法的变型之一。下文将第一和第二条形棒111和115分别采样的有界辐射表面分别称为第一和第二有界辐射表面。
对于并入至这里描述的导出算法的原始Gerchberg-Saxton交替投射算法的另一变型是使得可以使用畸变形式的不完美测量或相干卷积的校准处理。现实的探测元件以一些邻近效应或相干模糊来对电磁场进行采样。根据代表性实施例，通过分别校准第一和第二条形棒111和115的探测元件来确定第一和第二采样畸变矩阵，以确定在第一和第二探测算法之前或期间的采样畸变矩阵P和P'第一和第二有界的辐射表面。然后一次的基础上获得逆畸变矩阵P-1和P'-1。作为导出算法的一部分，将这些矩阵乘以包含幅度和相位(或者更精确地，幅度和指数化的相位)之乘积的矩阵，以通过执行抗畸变来校准它们的值，如下面参照4A和4B更详细描述的。
Gerchberg-Saxton交替投射算法使用作为相位值阵列和幅度值阵列之乘积的函数。在原始的Gerchberg-Saxton交替投射算法中，通过使用随机数发生器随机地生成处于π和-π之间的相位值，获得用于计算该函数的近场相位值的初始矩阵。根据一代表性实施例，在导出算法中使用的初始近场相位值的矩阵Q包括由随机数发生器生成的随机生成的近场相位值。或者，从DUT制造商的相控阵仿真中获得所使用的初始近场相位值矩阵Q。作为又一替代方案，初始近场相位值矩阵Q包括从第一条形棒111的探测元件测量出的RF信号获得的所测相位值。
参照图4A，执行上面参照图3的框211-213描述的处理以获得所测近场幅度值的矩阵R，如框301所示。然后将矩阵R的所测近场幅度值乘以矩阵Q的初始相位值(或者更确切地，它们的幂)以获得乘积值的矩阵S，如框302所示。框302表示的步骤中执行的乘法处理是逐个元素的乘法处理。例如，矩阵Q的第1列第1行的初始相位值乘以矩阵R的第1行第1列的所测近场幅度值，并且乘积变成矩阵S的第1行第1列处的值。对矩阵Q和R的每个行列位置执行该逐元素乘法处理。
然后，使用常规矩阵乘法(即非对易)将矩阵S乘以逆畸变矩阵P-1以获得这些值的校准矩阵S'，如框303所示。然后对矩阵S'进行小数傅立叶变换Fa运算，其中小数参数a设为大于0且小于1的值以计算所计算的中间场幅度和相位值的矩阵T，如框304所示。小数傅里叶变换Fa是适合于此目的的近场到中间场传播器的示例，但是为此目的可以使用其他近场到中间场传播器，例如角谱计算。然后，通过执行基本上与在框303表示的步骤中执行的运算相反的运算，使矩阵T的所计算中间场幅度和相位值畸变。畸变运算产生畸变计算的矩阵中间场幅度和相位值的矩阵U，如框305所示。然后丢弃矩阵U的畸变的计算中间场幅值，同时矩阵U的畸变的计算中间场相位值保留，例如存储至存储器设备117(图1)，如框306所示。
然后执行上面参照图3描述的框214-216代表的处理以获得所测中间场幅度值的矩阵V，如框307所示。然后将矩阵V的所测中间场幅度值乘以矩阵U的相应畸变的计算中间场相位值，以获得乘积值的矩阵W，如框308所示。如框302代表的处理一样，框308代表的步骤中执行的乘法处理是逐元素的乘法处理。然后将乘积值的矩阵W乘以逆畸变矩阵P'-1以获得乘积值的校准矩阵W'，如框309所示。然后处理进行到图4B中的框311。
在框311处，对矩阵W'执行逆小数傅立叶变换运算，其中小数参数a设为大于0且小于1的值，以计算所计算近场幅度和相位值的矩阵X，如框311所示。在框312代表的步骤中，通过执行基本上与框303表示的步骤中执行的运算相反的运算，使矩阵X的所计算近场幅度和相位值畸变。畸变运算产生畸变的被计算近场幅度和相位值的矩阵Y。然后丢弃矩阵Y的畸变的被计算近场幅度值，同时将矩阵Y的畸变的被计算近场相位值保存为矩阵Q，例如存储至存储器设备117(图1)，如框313所示。
然后在框314确定在框313代表的步骤处保存的畸变的被计算相位值的矩阵Q是否是畸变的被计算近场相位值的最终矩阵。框301-314代表的处理是一个迭代过程，其或者执行被认为足以达到近场相位值的最终矩阵的预定次数(例如，10到30次)，或者直到满足一些收敛标准。在后一情况下，收敛标准可以是例如平方误差是等于0还是非常接近于0。平方误差可以被定义为在第一或第二有界辐射表面上的点的加权相位的连续迭代之间的差的平方和，使得当平方误差等于0时，已发现第一和第二有界辐射表面两者上各点的正确相位值。一个适当的加权方案将更重地加权更高测量幅度的点。图4B中的框314代表关于是否已经执行了预定次数的推导过程的迭代或者是否已经满足这样的收敛标准的确定。
如果在框314确定在框313处保存的畸变的计算近场相位值的矩阵Q不是近场相位值的最终矩阵，则处理返回到框302，并且框302-314代表的处理重复。如果处理返回到框302，则在图4B的框313处保存的当前矩阵Q的近场相位值而不是初始相位值乘以矩阵R的近场幅度值。然后处理继续通过框303到314，如上所述，除了在框307保持现有矩阵V而不是获得中间场幅值的新矩阵V。如果在框314处确定畸变的计算近场相位值的矩阵Q是近场相位值的最终矩阵，则处理结束。
尽管在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本发明的原理和构思，但是这样的说明和描述将被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，图1所示的测试系统100是可以用于执行本发明的方法的许多可能的配置之一，如本领域的技术人员根据在此提供的描述将会理解的。而且，虽然第二条形棒115被示出为在X方向上是线性形状的或者直线的，但是其代之可以相对于DUT天线102凹入，使得第二条形棒115的探针元件感测圆柱形形状的第二有界辐射表面。作为另一例子，尽管第二机械平移装置117已经被描述为在Y方向上线性地移动，但是其也可以代之在第一(Y)方向和第三(Z)方向上通过弧线平移，使得探测元件感测椭球面或球面的第二有界辐射表面。这在DUT天线102具有低增益或者第二条形棒115在距视轴相对较大距离的位置偏移的情况下可能是有利的。作为又一示例，条形棒111和115中的一个或两个可以是探测元件的二维阵列而不是线性阵列。也可以使用单个条形棒111或115在所有需要的位置上将其机械地平移。也可以对上面参考图2-4B描述的方法进行许多变型。例如，可以改变执行图3中所示的框所代表的一些步骤的顺序或次序。类似地，可以改变图4A和4B所示的框代表的一些步骤的顺序或次序。如本领域技术人员根据本公开将会理解的，可以在不偏离本发明的原理和构思的情况下进行这些和其它变型。

Claims (9)

1.一种用于执行被测设备DUT(101)的空中(OTA)测试的测试系统(100)，所述被测设备DUT(101)具有一起在封装中集成的DUT发射器(103)和DUT天线(102)，所述封装不包括用于将测试系统(100)与DUT天线(102)以接口方式连接的连接端口，DUT发射器(103)产生包括有界辐射表面的通过DUT天线(102)经由空气发射的射频RF信号，所述测试系统(100)包括：
近场测量设备，其在彼此不同的至少第一方向和第二方向上对包括所述射频RF信号的第一有界辐射表面进行采样，以获得近场值的第一矩阵，所述近场测量设备位于DUT天线(102)的近场；
中间场测量设备，其在至少所述第一和第二方向上对包括所述射频RF信号的第二有界辐射表面进行采样，以获得中间场值的第二矩阵，所述中间场测量设备位于DUT天线(102)的中间场；以及
测试仪(110)，其分别处理近场值和中间场值的第一矩阵和第二矩阵，以导出近场相位值的第三矩阵。
2.根据权利要求1所述的测试系统(100)，其中，所述近场测量设备和中间场测量设备分别是至少N个和N'个探测元件的第一条形棒(111)和第二条形棒(115)，其中N和N'是大于等于2的正整数，所述第一条形棒(111)的每个探测元件检测射频RF信号并生成包括所述近场值的相应电信号，所述第二条形棒(115)的每个探测元件检测所述射频RF信号并且生成包括所述中间场值的相应电信号，所述测试系统(100)还包括：
机械平移系统，其包括第一机械平移装置(116)和第二机械平移装置(117)，用于分别在DUT天线(102)的近场和中间场内沿至少第一方向平移所述第一条形棒(111)和第二条形棒(115)，并且，
所述测试仪(110)包括接收机(112)、切换逻辑部分(113)和处理逻辑部分(114)，所述第一机械平移装置(116)在DUT天线(102)的近场内的M个位置上沿着至少第一方向机械地平移第一条形棒(111)，同时接收机(112)促使切换逻辑部分(113)在不同于第一方向的第二方向上电扫描所述第一条形棒(111)的探针元件以获取近场值的第一矩阵，其中M是大于等于2的正整数；所述第二机械平移装置(117)在DUT天线(102)的中间内的L个位置上沿着至少第一方向机械地平移所述第二条形棒(115)，同时接收机(112)促使切换逻辑部分(113)在第二方向上电扫描第二条形棒(115)的探针元件以获取中间场值的第二矩阵，其中L是大于等于2的正整数，处理逻辑部分(114)配置为分别处理近场值和中间场值的第一和第二矩阵，以导出近场相位值的第三矩阵。
3.根据权利要求2所述的测试系统(100)，其中，所述近场值和中间场值的第一和第二矩阵分别包括近场和中间场幅值，并且，所述近场相位值的第三矩阵是由处理逻辑部分(114)分别从近场和中间场幅值的第一和第二矩阵导出的。
4.根据权利要求2所述的测试系统(100)，其中，所述第一和第二方向彼此正交。
5.根据权利要求2所述的测试系统(100)，其中，N'大于等于1.2N。
6.根据权利要求2所述的测试系统(100)，其中，所述第二机械平移装置(117)在第一方向和第三方向上沿弧线机械地平移所述第二条形棒(115)。
7.根据权利要求2所述的测试系统(100)，其中，所述第二条形棒(115)相对于所述DUT天线(102)保持至少2D2/3λ的距离d，其中D是所述DUT天线(102)的直径，λ是DUT天线(102)的工作波长。
8.一种用于对具有一起在封装中集成的DUT天线(102)和DUT发射器(103)的待测设备DUT(101)进行空中(OTA)测试的方法，所述封装不包括用于将测试系统(100)与DUT天线(102)以接口方式连接的连接端口，所述DUT发射器(103)产生包括有界辐射表面的通过DUT天线(102)经由空气发射的射频信号(RF)，该方法包括：
利用近场测量设备，对至少在彼此不同的第一和第二方向上包括射频RF信号的第一有界辐射表面进行采样，以获得近场值的第一矩阵，所述近场测量设备位于近处DUT天线(102)的近场；
利用中间场测量设备，对至少第一方向和第二方向上包括射频RF信号的第二有界辐射表面进行采样，以获得中间场值的第二矩阵，中间场测量设备位于DUT天线(102)的中间场；和
利用测试仪(110)的处理逻辑部分(114)，分别处理近场值和中间场值的第一矩阵和第二矩阵以导出近场相位值的第三矩阵。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述近场和中间场测量设备包括第一条形棒(111)和第二条形棒(115)，所述第一条形棒(111)和第二条形棒(115)分别具有至少N个和N'个探测元件，其中N和N'是大于2的正整数，并且
所述测试系统(100)包括第一机械平移装置(116)和第二机械平移装置(117)，所述测试仪(110)包括接收机(112)、切换逻辑部分(113)和处理逻辑部分(114)，对第一有界辐射表面采样的步骤包括：随着接收机(112)控制切换逻辑部分(113)在第二方向上电扫描第一条形棒(111)的探测元件以获取包括第一有界辐射表面的射频RF信号时，促使第一机械平移装置(116)沿着至少第一方向在DUT天线(102)的近场内的M个位置上机械地平移所述第一条形棒(111)，其中M是大于等于2的正整数，并且
对所述第二有界辐射表面进行采样的步骤包括：
随着接收机(112)控制切换逻辑部分(113)沿第二方向电扫描第二条形棒(115)的探测元件以获取包括第二有界辐射表面的射频RF信号时，促使所述第二机械平移装置(117)沿着至少第一方向在所述DUT天线(102)的中间场内的L个位置上机械地平移所述第二条形棒(115)，其中L是大于或等于2的正整数，并且
分别处理近场值和中间场值的第一和第二矩阵的步骤包括：
在接收机(112)中从包括第一和第二有界辐射表面的射频RF信号中分别产生近场值和中间场值的第一和第二矩阵；
将第一和第二矩阵从接收机(112)发送至处理逻辑部分(114)；和
使用近场值和中间场值的第一和第二矩阵来导出近场相位值的第三矩阵。
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