CN113661396A - 测试布置、自动化测试设备、和用于测试包括天线的被测装置的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例是一种用于测试包括天线的DUT的测试布置。所述测试布置包括DUT位置和探针，所述探针包括两个导体。所述测试布置被配置为将所述探针定位在所述DUT位置的附近，使得当所述DUT放置在所述DUT位置中(例如在DUT插口中)或者放置在其中DUT被探针接触到的区域中时，所述探针处于所述DUT的天线元件的电抗近场区域中。

Description

测试布置、自动化测试设备、和用于测试包括天线的被测装置 的方法
技术领域
本发明涉及一种用于测试包括天线的被测装置的测试布置。根据本发明的其他实施例涉及一种具有用于测试包括天线的被测装置的单个或多个位点(site)的自动化测试设备。根据本发明的其他实施例涉及一种用于测试包括天线的被测装置的方法。根据本发明的实施例涉及一种用于具有嵌入式天线阵列的集成电路的空中(over-the-air)电子测试的系统和方法。
背景技术
随着对集成、小型化和无线连接性的不断推动，正在开发新一代用于无线应用(例如5G或WiGig)的装置，其将通信天线包括在集成电路晶片或封装中而不是像前几代那样是分开的。这些天线通常被实现为具有多个元件的阵列天线。
毫米波频率的无线移动或游牧通信保证了每用户每秒千兆比特的数据速率。因此，基于WLAN和/或蜂窝的5G标准均设想例如高达28GHz、39GHz、60GHz或更高的频率的用户接入。为了实现相关的链路距离，尽管毫米波频率处的自由空间衰减很高，例如，可以在链路两端、在基站侧以及在用户装置侧采用高指向性天线。为了支持移动性和/或灵活性，例如，可以在用户装置侧采用使用例如相控阵原理的电子波束操控。
毫米波频谱提供了频率带宽资源，例如用于高吞吐量或高数据速率的无线传输。因此，例如5G无线通信以及例如先进的WiFi系统都设想使用毫米波。根据弗里斯传输方程
Figure BDA0003294165950000011
其中
·Prec和Pt为接收功率和发送功率，
·Grec和Gt为天线增益，
·r为距离，
·并且λ0代表信号在空气中的波长，
毫米波频率下的高自由空间损耗或单位距离的高衰减可以通过例如无线链路一端或两端的高增益天线来补偿。高增益天线具有窄波束宽度。例如，对于移动或游牧应用，天线的波束方向可以被适当地调节并指向链路的相对端。这包括调整极化。
为了收发器电子器件与空中接口之间的紧凑性、低成本和低损耗，封装集成天线阵列模块受到青睐，其包括一个或几个多收发器集成电路连同多层平面天线阵列。天线阵列的形状因数起着重要的作用，因此具有垂直于阵列的优选为双线性极化的波束的二维平面阵列可以与源自具有端射、优选为侧向辐射的线性阵列的波束一起使用。
例如，大多数应用依赖于电子波束操控和/或波束切换，不依赖于机械手段来改变波束方向，而是通过使用天线阵列来实现。尽管并非严格要求，但许多天线阵列仍将阵列的辐射元件彼此靠近放置，以便例如避免在不需要的方向上的辐射或阵列的辐射器的相应贡献的相长干扰。对于平面阵列，阵列的元件之间的典型距离或中心到中心距离例如约为0.6倍的波长λ0(其为自由空间波长)。
因此，通用天线阵列由平面上的多个辐射器元件组成，每个辐射器元件允许在垂直于平面的方向上和以该垂直轴为中心的空间扇区中的两个正交、隔离的极化中的辐射。该阵列布置在平面内的两个方向上是周期性的，周期性为0.6×λ0。
这种天线阵列的标准操作例如涉及来自阵列元件的所有辐射贡献在给定空间方向上的可预测相长干扰。这要求每个辐射器元件在幅度和相位方面的明确定义的(优选地对于包括发送和/或接收电子设备的两个极化的)操作。
相当复杂的集成电路可以在芯片上组合例如多达32个收发器通道和/或内置自测功能。完整的辐射模块合并了一个或几个集成收发器芯片以及具有信号分布和天线阵列的多层板，表现出显著的封装复杂性，因此需要在生产中进行测试。此外，例如，用户装置可以在装置的不同的、空间分离的位置处包括几个辐射模块，并且它可以在多波束或MIMO模式下操作。尤其牵涉到在空中(OTA)测试中对这种用户装置的全套能力的测试。
过去，天线不包括在被测装置(DUT)中，使用标准射频(RF)测量技术通过电气连接来测试这些装置。在晶片中或封装中具有集成天线阵列的无线DUT可以在其任务模式下通过互易天线或天线阵列来测试，该互易天线或天线阵列测量来自DUT的无线信号和/或还可以向DUT提供激励信号。换言之，具有集成天线阵列的DUT不仅可以在DUT的发送模式下测试，还可以或者在某些情况下需要在DUT的接收模式下测试。用于测试这些类型的装置的自动化测试设备(ATE)或系统需要一种方法和探针和/或天线来无线地接收和激发DUT，也称为空中(OTA)测试。利用集成天线阵列测量DUT的标准措施是在适当屏蔽的测量外壳上在远场测量区域中(这表明远离DUT)使用标准的现成的天线，如喇叭天线。
可以通过利用探针以某个明确定义的距离来测量周围空间以便使用球坐标θ和
Figure BDA0003294165950000031
在所有空间方向上绘制辐射强度以用于测量发送(而测量接收类似)，来测试阵列的操作。这个构思通常在具有球面扫描能力的天线消声测量室中实现。
除了精密球面扫描的机械复杂性外，阵列与探针天线之间的距离可能相当大，测量可能在阵列天线的远场区域中进行。远场的最小距离在大约几个约束条件下大约为2×D2/λ0，其中D代表天线阵列的最大尺寸，通常为阵列孔径的对角线长度。在中高增益毫米波阵列中，这个远场距离可能有几米。
由于要在电波暗室中安装大量连接了测试收发器的天线探针，将传统电波暗室措施调整来用于远场测量成为一项非常昂贵的投资。由于每个装置的测量时间过长，这种措施对于生产测试也不实用。
这种措施虽然非常适合实验室类型的测量设置，但由于所需的尺寸，可能无法集成到用于集成电路大批量测试的标准测试单元中。此外，通过利用单个天线在远场区域中工作，其将DUT天线阵列测量为单个波束，这表明所有天线元件都在辐射并且它们的信号组合成单个波束，而不是DUT天线阵列上的每个元件分开。如果将探测天线靠近DUT上的天线阵列的每个单独天线元件，测量或探测天线本身将干扰DUT天线阵列元件并使测量无效。
替代地，探针优选地可以在所谓的辐射近场中以较短的距离围绕天线阵列进行球面扫描。可以通过使用傅立叶变换以数学方式将这些包括幅度和/或相位的测量数据变换到远场。在某种程度上，这些数据也可以向天线阵列变换，直到获得或近似获得跨越辐射孔径的局部场分布为止。然后，可以定位单个故障天线阵列辐射器元件。
回归传统的近场测量，即，通过在大型辐射结构的辐射近场中探测它们并随后进行数学变换来对它们进行电气表征是没有帮助的，因为DUT的测量时间可能会变得更长，因为例如需要扫描所有空间方向。
对于生产测试或对于完整辐射模块的校准，对从辐射模块的给定收发器到其连接的辐射器元件的空中接口的路径进行表征可能就足够了。假设辐射模块的一种测试模式支持所有收发器的顺序测试，可以采用放置在阵列天线前面的单个探针天线(与其距离很小或在天线阵列的辐射近场中，但仍然在阵列的单个辐射元件的远场中)进行这样的测试。
换句话说，在单个空间方向上在幅度和相位上连同相关联的发送或接收链一起探测单个天线阵列辐射器的操作。如果这如所要求的那样奏效，则假定所有其他方向上的辐射性质(包括与其他阵列元件的耦合)也奏效。后一种假定基于设计、仿真或已知良好装置的在先测量。这种措施的一个示例是，当探针天线放置在阵列前面时。阵列的元件一个接一个地被选中。天线阵列与探针天线之间的距离为使得探针天线在阵列天线的辐射近场中，但在单个辐射阵列元件的远场中。非反射和/或吸收外壳允许紧凑的设置。
尽管该构思很简单，但也有几个缺点。首先，作为顺序构思，其可能比更并行化的措施更耗时。其次，根据该设置的几何形状，探针天线在不同角度下“看到”紧凑设置中的大型天线阵列的各个辐射元件，因此绝对测量相当复杂，并因此只有与已知良好装置的比较看起来会简单。第三，从“开启”的辐射器元件到其他辐射器元件的耦合可能以相当复杂的方式(比如通过自由空间但不在远场中和/或通过板表面波和/或通过收发器失配)叠加到测量的响应上，并且可能无法可靠地量化。
鉴于这种情况，需要一种对测试包括天线元件的DUT的复杂性、准确性和成本之间的折衷带来改进的构思。
发明内容
根据本发明的一个方面，已经发现，在所谓的电抗近场电磁操作范围内，在距离DUT非常近的范围内无线地测试DUT是有利的。这不仅避免了在远场电磁工作范围内奏效的方案(其中测量天线需要远离DUT)的集成和/或机械问题，而且还允许DUT天线阵列上的每个单独天线元件的测量。
根据本发明的一个实施例是一种用于测试包括天线的DUT的测试布置。所述测试布置包括DUT位置和探针，所述探针包括两个导体。所述测试布置被配置为将所述探针定位在所述DUT位置的附近，使得当所述DUT放置在所述DUT位置中(例如在DUT插口中)或者放置在其中DUT被探针接触到的区域中时，所述探针处于所述DUT的天线元件的电抗近场区域中。
测试布置或测试布置的测量探针允许在非常近的范围内在所谓的电抗近场操作模式下无线和/或空中(OTA)和/或电子地测试具有集成天线阵列的DUT。所述测试布置和/或测试布置的探针可以非常靠近DUT放置，放置在例如ATE的DUT位置中。所述测试布置可以很容易地集成在当前的用于电子测试大量集成电路的自动化测试单元上。
在一个优选实施例中，所述测试布置的探针被配置为接收由DUT经由DUT的天线发送的信号。所述测试布置的探针还被配置为发送要由DUT使用DUT的天线接收的信号。例如，所述测试布置被配置为测试包括天线的DUT，该天线可以用于发送和/或接收信号。
根据另一实施例，所述探针包括两个在±10°容差内或在±20°容差内的平行导体，例如平行导线。例如，所述探针的平行导体相对于天线的平面具有相同的倾角，并暴露于相同的干扰性或非干扰性信号。
在一个优选实施例中，所述探针的两个导体形成传输线。例如，传输线是一种用于传导射频信号的交流电并考虑了它们的波动性的结构化设计。因此，可以经由传输线将波引导至馈电点，从而允许对由DUT的天线元件辐射的信号进行评估。
根据另一实施例，所述探针的两个导体在天线侧端部、在开口端部或在短接端部形成单个传输线。例如，干扰性和/或非干扰性电磁干扰倾向于相同地影响所述探针的两个导体。
此外，传输线可以将由DUT的天线激发的波引导到馈电点，或者可以将来自馈电点的波引导到DUT，以激发DUT的天线。
在一个优选实施例中，所述探针的两个导体形成横向电磁(TEM)传输线或准TEM传输线，例如形成在天线侧端部，例如在开口端部或在短接端部。
例如，波以横向电的和磁的模式传播，这表明电场和磁场均垂直于传播方向。TEM线可以弯曲和扭曲，而不会在其中产生过多的负面影响或不需要的电流。
根据另一实施例，所述探针的两个导体例如在天线侧端部形成对称的或基本对称的传输线(例如，平行或共面的带状线)，在馈电侧端部平滑转换到微带线。微带传输线与当前的电路构造技术高度兼容。
根据其他实施例，所述探针的两个导体例如在天线侧端部形成平行带状线，例如在馈电侧端部平滑转换到同轴线。同轴线确保了测试布置探针的两个导体与馈电结构或测试布置和/或包括测试布置的自动化测试设备(ATE)的其他部分之间的简单连接。
根据其他实施例，通过使用一个或多个巴伦电路和/或180°混合电路，将所述探针的两个导体的平衡电流组合或匹配以转换到不平衡线，例如微带线或带状线。巴伦电路在平衡信号与不平衡信号之间进行转换，并有助于将探针天线与馈电线(例如同轴线)连接起来。
根据一个实施例，所述探针的两个导体由介电间隔件分离。两个导体之间的介电间隔件提高了所述探针的两个导体的寿命和稳定性，并防止了探针与天线阵列元件的物理接触。
根据其他实施例，所述测试布置被配置为定位探针以使得探针的两个导体与DUT的天线电分离或隔离。两个导体与DUT天线之间的电分离确保探针与天线不接触，并且测试布置的探针测试DUT的天线的发送信号。
根据其他实施例，探针和DUT的天线由介电间隔件或由所定义的空气间隙分离。天线与探针之间的介电间隔件或所定义的空气间隙提高了探针的寿命，并且确保了天线与探针之间的固定距离并防止探针与天线阵列元件的物理接触。
在一个优选实施例中，所述测试布置被配置为将所述探针定位在DUT的天线的附近和/或电抗近场中，其中探针与DUT的天线之间的距离小于0.1×λ0，其中λ0是待测量信号的自由空间波长。将探针定位在DUT天线的附近和/或电抗近场中允许探测DUT的天线阵列的天线元件，使得仅所探测的辐射器元件将显著耦合到探针，而不是它的相邻件。
根据其他实施例，所述探针的两个导体是印刷电路板上的线，其中馈电电路系统可选地也通过使用印刷电路板技术处在印刷电路板上。在电路板上印刷两个导体和/或探针和/或馈电电路系统允许两个导体和/或探针和/或馈电电路系统的快速和/或成本有效的生产。
根据进一步的实施例，所述探针的两个导体是针头状插针。针头状插针对DUT天线的发送信号的影响较小，例如比探针小，其中两个导体是印刷电路板上的线。
根据另一实施例，所述探针的两个导体是分离的、端部开口的、非连接导体，这表明导体之间存在小的物理间隔：间距。两个导体之间的小物理间隔允许测量DUT天线的电场，其中可以使用巴伦电路或使用180°混合电路来组合导体的信号。
根据其他实施例，两个端部开口的导体被配置为探测DUT的贴片天线和/或缝隙天线的电场。
在一个优选实施例中，所述探针的两个端部开口的导体被布置为使得从第一开口端部到第二开口端部的方向平行于(在±10°或±20°的容差内)天线元件在第一开口端部与第二开口端部之间的区域中的电场的平均方向。以从第一开口端部到第二开口端部的方向基本上平行于平均电场矢量的方式定位探针使得由DUT的天线发送的接收信号最大化和/或使得探针对由DUT天线发送的信号的影响最小化。
根据另一实施例，所述探针的两个端部开口的导体被布置为使得第一导体在第一开口端部的区域中的方向(这表示沿着主延伸部)在±10°的容差之内或在±20°的容差之内垂直于DUT的天线的电场的平均方向。此外，第二导体在第二开口端部的区域中的方向(这表示沿着主延伸部)在±10°的容差之内或在±20°的容差之内垂直于DUT的天线的电场的平均方向。以第一导体和第二导体的方向(这表示沿着主延伸部)垂直于DUT的天线的电场的平均方向的方式定位探针使得接收到的由DUT的天线发送的信号最大化和/或使得第一和/或第二导体对DUT的天线的发送信号的影响最小化。
在一个优选实施例中，测试布置被配置成将所述探针的两个端部开口的导体定位在DUT的贴片天线的第一辐射边缘的附近或在DUT的缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分的附近。将所述探针定位在贴片天线的辐射边缘附近或在缝隙天线的辐射缝隙或缝隙部分附近导致更强的接收信号。
根据其他实施例，测试布置包括具有第一和第二导体的第二探针。所述第二探针的两个导体是分离的、端部开口的、非连接导体。此外，测试布置被配置为将所述第二探针的两个导体定位在DUT的贴片天线的第二辐射边缘的附近或DUT的缝隙天线的第二辐射缝隙或缝隙部分的附近。贴片天线的第二辐射边缘与同一贴片天线的第一辐射边缘相对，和/或缝隙天线的第二辐射缝隙或缝隙部分与DUT的同一缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分相对。在相对的辐射边缘附近和/或在相对的辐射缝隙或缝隙部分附近探测贴片天线和/或缝隙天线，提高了测量精度和/或减小了测量不确定度。此外，一对探针测试DUT的贴片和/或缝隙天线的一个极化。
根据其他实施例，测试布置被配置为将所述第一探针的信号与所述第二探针的信号组合。可以通过使用所谓的巴伦或180度混合电路将所述探针上的平衡电流组合成不平衡电流。一对探针测试DUT的贴片和/或缝隙天线的一个极化。
在一个优选实施例中，所述布置包括第三探针和第四探针。第三和第四探针均包括第一和第二导体，其中所述第三探针的两个导体和所述第四探针的两个导体是分离的、端部开口的、非连接导体。所述第三探针的两个导体定位在贴片天线的第三辐射边缘附近或缝隙天线的第三辐射缝隙或缝隙部分附近。第三探针在±10°或±20°的容差之内垂直于DUT的贴片天线的第一辐射边缘或缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分。所述第四探针的两个导体定位在DUT的贴片天线的第四辐射边缘附近和/或缝隙天线的第四辐射缝隙或缝隙部分附近。所述第四探针的位置与贴片天线的第三辐射边缘相对或与DUT的缝隙天线的第三辐射缝隙或缝隙部分相对。使用其中由第一对探针定义的线与由第二对探针定义的线垂直的两对探针，允许在两个垂直方向上测量信号的极化。
根据另一实施例，所述测试布置被配置为例如使用相位和信号幅度的适当调整来组合第一探针的信号、第二探针的信号、第三探针的信号和第四探针的信号。组合所有四个探针的信号提供了由DUT天线发送的信号的例如在极化方面的更完整的再现。
根据进一步的实施例，探针的两个导体在其端部与导电条带连接，在其短接端部形成闭合回路。短接探针的端部允许探测DUT天线的磁场。
根据另一实施例，所述测试布置被配置为在DUT的偶极天线的附近或电抗近场区域中定位被连接以形成回路的两个导体。将具有闭合回路的探针定位在DUT的偶极天线的电抗近场中提高了由DUT天线发送的待测量信号的强度。
根据其他实施例，所述测试布置被配置为在DUT的偶极天线的中心或馈电点附近定位被连接以形成回路的两个导体。将具有闭合回路的探针定位在偶极天线中心附近提供了由DUT天线发送的待测量信号的更高的信号强度。
根据其他实施例，所述测试布置被配置为在DUT的偶极天线的电对称平面中定位被连接以形成回路的两个导体。将具有闭合回路的探针定位在偶极天线的电对称平面中提供了由DUT天线发送的待测量信号的更高的信号强度。
在一个优选实施例中，所述测试布置被配置为定位被连接以形成回路的两个导体以通过其短接端部探测DUT的偶极天线的磁场。将探针的两个导体的端部短接允许测量偶极天线的磁场。
根据其他实施例，探针的两个导体的闭合回路或短接端部的取向由一个平面定义。该平面由双导体线及其短接端部定义，并在±10°或±20°的容差之内垂直于在双导体线的短接端部附近的偶极天线的平均磁场的方向。以双导体线跨越的区域垂直于DUT天线磁场的平均方向的方式定位探针使得DUT天线发送的接收信号最大化和/或使得探针对DUT天线的影响最小化。
根据其他实施例，双导体线远离其短接端部的方向在±10°的容差之内或在±20°的容差之内位于由在双导体线的短接端部附近的偶极天线的磁场回路近似形成的平面内。以双导体线近似处在由DUT的偶极天线的磁场回路形成的平面中的方式定位探针是有利的。所述定位使得DUT天线发送的接收信号最大化和/或使得探针对DUT天线的发送信号的影响最小化。
在另一实施例中，探针被集成到DUT插口中。将探针集成到DUT插口中导致具有更小尺寸的更紧凑的测试布置。此外，其还允许测量DUT两侧的天线。
在一个优选实施例中，探针被集成到探针头中，所述探针头包括一个或多个用于电接触DUT的触点，其可以是例如晶圆、切割后电路(diced circuit)或封装器件。将探针集成到包括其他探针或触点的探针头中允许与其他测试布置和/或测试方法并行地探测和/或测试DUT。
根据其他实施例，所述测试布置包括吸收器，例如，以避免不想要的反射和/或耦合。例如，吸收器可以放置在两个导体与探针的馈电结构之间和/或探针头和/或DUT插口的其他金属部分上。
另一实施例包括一种用于表征和/或校准探针及其馈电网络以用于使用所述测试布置来在信号频率下对DUT进行后续测量的方法，其中在先前测量中在DUT的天线位置处，所述DUT被导电平面表面或被具有薄介电覆盖层的导电平面表面替代。这允许测量入射到所述探针及其馈电网络的馈电侧的信号的反射。测量入射到所述探针及其馈电网络的馈电侧的信号的反射允许校正由DUT的天线发送并由上述测试布置测量的信号。
另一实施例包括具有单位点或多位点测试能力的自动测试设备(ATE)，包括上述测试布置和放置在所述测试布置的DUT位置中的DUT。
在一个优选实施例中，DUT的天线包括在高频率和/或微波频率和/或毫米波频率下的平面天线和/或贴片天线和/或缝隙天线和/或偶极天线。所述ATE被配置为测试和/或探测DUT的天线。
在另一实施例中，DUT包括多个天线。所述ATE能够测试和/或探测例如天线阵列。
在另一实施例中，所述测试布置对于每个天线包括一个或多个探针。这表明例如当DUT包括阵列天线时，可以通过每个天线的一个或多个探针来探测和/或测试每个天线元件。
根据本发明的其他实施例创建了相应的方法。
然而，应当注意的是，这些方法基于与相应设备相同的考虑。此外，对于本文相对于所述设备无论是单独的还是组合地描述的功能和细节，这些方法均可以由任何特征来补充。
附图说明
随后将参照附图描述根据本申请的实施例，其中：
图1示出具有DUT位置和探针的测试布置的实施例的示意性表示，探针包括两个导体；
图2示出DUT中使用的阵列天线的市售示例的图片；
图3示出DUT中使用的天线阵列的示意性示例；
图4示出将在图1中描述的测试布置中被测试的DUT的示意性表示；
图5示出测试DUT的阵列天线的传统测量措施的示意性表示；
图6示出用于测试DUT的阵列天线的测量措施的示意性表示；
图7示出用于测试DUT的阵列天线的另一传统措施的示意性表示；
图8示出包括图1中描述的测试布置的自动化测试设备(ATE)的实施例的示意性表示；
图9示出ATE的初始仿真；
图10示出具有利用图9中描述的仿真的ATE得到的仿真测量结果的示图；
图11示出图1中描述的测试布置的示意性探针设计策略；
图12示出遵循图11中描述的设计策略的ATE的示意性设计示例；
图13示出具有两个探针对以及天线阵列的测试布置的示意性实施例；
图14示出具有两个探针对以及天线阵列的多个测试布置的示意性实施例；
图15a示出具有双极化贴片天线阵列和一个平行带状线探针的示例性仿真设置的顶视图；
图15b示出具有双极化贴片天线阵列和一个平行带状线探针的示例性仿真设置的侧视图；
图15c示出具有双极化贴片天线阵列和四个平行带状线探针的示例性仿真设置的顶视图；
图15d示出具有双极化贴片天线阵列和四个平行带状线探针的示例性仿真设置的侧视图；
图16a示出具有周期性2D双极化贴片天线阵列和平行带状线探针的示例性仿真设置的顶视图；
图16b示出具有周期性2D双极化贴片天线阵列和平行带状线探针的示例性仿真设置的侧视图；
图17示出测试布置和贴片天线阵列的示意性实施例，其中两个平行的带状探针平滑转换到同轴线；
图18a示出具有双极化贴片天线阵列和转换到同轴线的平行带状线探针的示例性仿真设置的顶视图；
图18b示出具有双极化贴片天线阵列、转换到同轴线的平行带状线探针、和吸收层的示例性仿真设置的侧视图；
图19示出测试布置和贴片天线阵列的示意性实施例，其中两个平行带状探针平滑转换到微带线；
图20a示出具有双极化贴片天线阵列和转换到微带线的平行带状线探针的示例性仿真设置的顶视图；
图20b示出具有双极化贴片天线阵列和转换到微带线的平行带状线探针的示例性仿真设置的侧视图；
图21示出带状线电路中的180度混合电路的示意性示例；
图22示出测试布置和介电谐振器天线的示意性实施例；
图23示出具有闭环探针端部和偶极天线阵列的测试布置的示意性实施例；
图24a示出用于测试具有短接平行带状H场探针的偶极辐射器的示例性仿真设置的顶视图；
图24b示出用于测试具有短接平行带状H场探针的偶极辐射器的示例性仿真设置的侧视图；
图24c示出用于测试具有短接平行带状H场探针的偶极辐射器的示例性仿真设置的E场幅度绘图；
图25a示出贴片天线阵列的图片；
图25b示出具有图25a所示的贴片天线阵列的实验性测量设置的图片；
图26a示出图25中描述的实验的结果的示图；
图26b示出图25中描述的实验的结果的放大示图；
图27a示出具有天线阵列的概念验证的测量设置的图片；
图27b示出图27a中描述的实验的结果的示图；
图27c示出一个插图，其中描述了图27b中的示图的端口编号。
具体实施方式
下面将描述不同的创造性实施例和方面。此外，其他实施例将由所附权利要求限定。
应当注意，由权利要求限定的任何实施例可以由本文描述的任何细节、特征和功能来补充。此外，本文描述的实施例可以单独使用，并且还可以可选地由权利要求中包括的任何细节、特征和功能来补充。
此外，应当注意，本文描述的各个方面可以单独使用或组合使用。因此，可以将细节添加到所述各个方面中的每一个，而不将细节添加到所述方面中的另一个。还应当注意，本公开明确或隐含地描述了可用于测试布置或自动化测试设备(ATE)中的特征。因此，本文描述的任何特征可以在测试布置的上下文中或在自动化测试设备的上下文中使用。
此外，本文公开的与方法相关的特征和功能也可以用在被配置为执行这种功能的设备中。此外，本文公开的关于设备的任何特征和功能也可以用在对应的方法中。换言之，本文公开的方法可以由关于设备描述的任何特征和功能来补充。
通过下面给出的详细描述和本发明实施例的附图，将会更全面地理解本发明，然而，不应认为将本发明限制于所描述的具体实施例，而是仅用于解释和理解。
根据图1的实施例
图1示出用于测试包括天线120的被测装置(DUT)110的测试布置100的实施例的示意性表示。测试布置100包括DUT位置130和探针140。探针140还包括两个导体143和146。测试布置100被配置为将探针140定位在DUT位置130附近，使得当DUT 110放置在DUT位置130处时，探针140处于DUT 110的天线120或天线元件的电抗近场区域中。
测试布置100的DUT位置130被配置为例如保持DUT 110和/或对DUT 110馈电，而探针140的两个导体143和146位于DUT 110的天线120的电抗近场区域中以测试DUT 110。
提出了一种适配器或探针140，其允许无线地“空中”(OTA)电子测试具有嵌入式天线120或天线阵列的DUT 110，其中测量探针140定位为非常靠近在所谓的近场区域中工作的DUT 110，表明非常靠近DUT 110。探针140被设计成尽管定位为非常靠近DUT天线120或天线阵列元件但不会显著干扰它们。
探针140例如是由放置在局部辐射点上方(这表明位于DUT天线120上方或DUT天线阵列元件上方)的两个非常接近的平行针头143和146形成的高频线。优选地，在探针140与DUT天线120或DUT天线阵列元件之间没有电流或电接触，这表明它们之间存在某种物理间隔，认为可选地会允许机械接触。在一些情况下，探针140将从辐射点、从天线元件120拾取信号，而不会显著干扰它。在其他情况下，测试信号被馈送到探针140，并且DUT天线120拾取来自辐射探针140的信号。
有多种可能的方式来实现该探针140或适配器，并且将取决于被测装置110的具体要求以及测量仪器和测试单元机械要求的限制。
根据图2的天线阵列
图2示出天线阵列220的一些市售示例的图片。天线阵列220包括多个天线元件250。
天线阵列220的天线元件250的布置通常在平面中的两个方向上是周期性的，典型的周期性在0.5×λ0与0.6×λ0之间。这些阵列天线220内置在DUT中并且可以由上述测试布置测量或表征。
图1的测试布置100能够单独地测量阵列天线220的单个天线元件250。
根据图3的天线阵列
图3示出与图2的220类似的天线阵列320的示意性示例。该天线阵列包括多个天线元件350。图3示出具有以2×2布置的四个天线元件350的天线阵列320与被附接以连接到该天线阵列的电子电路(“RFIC”)的组合。其还示出偶极天线阵列，比如图23(或图24)中描述的具有四个偶极天线辐射器元件2320(或2440)的偶极天线阵列2310(或2450)。
天线阵列320的天线元件350的布置通常在平面中的两个方向上是周期性的，典型的周期性在0.5×λ0与0.6×λ0之间。天线阵列320内置在DUT中并且可以由上述测试布置测量或表征。
图1的测试布置100能够单独地测试天线阵列320的天线元件350。
根据图4的DUT
图4示出将在图1的测试布置100中测试的DUT 400。该DUT包括耦合到封装440的晶片410。封装440还包括天线阵列420，其类似于图2的天线阵列220或图3的天线阵列320。该天线阵列包括耦合到晶片410的多个天线元件450。
在一些情况下，图1的测试布置100被配置为测试由天线阵列420的天线元件450发送的信号，天线元件450由封装440包括并由晶片410馈电。
在一些情况下，图1的测试布置100被配置为向探针馈送测试信号，并且DUT的天线从辐射探针拾取信号。在晶片或封装中具有集成天线阵列的无线DUT仅可以在其任务模式下由互易天线或天线阵列进行测试，该互易天线或天线阵列测量来自被测装置的无线信号并且还向DUT提供激励信号。测试这些类型的装置的自动化测试系统需要一种方法和探针或天线来无线地接收和激发DUT，也称为空中(OTA)测试。
为了在其无线发送模式下测试DUT天线阵列和天线，诸如图1中的探针140或图24中的探针2430之类的探针可以探测或接收无线发送的信号。另外，DUT可以(或在某些情况下必须)连接到自动化测试系统(ATE)。DUT与ATE的连接通常由与DUT金属接触焊盘或金属接触球(比如图4中所示的球)的电流或电接触提供。这种测试理念被表示为“OTA”。
为了在其无线接收模式下测试DUT天线阵列和天线，诸如图1中的探针140或图24中的探针2430之类的探针可以向DUT无线发送小幅度信号。另外，DUT可以(或在某些情况下必须)连接到自动化测试系统(ATE)。DUT与ATE的连接通常由与DUT金属接触焊盘或金属接触球(比如图4中所示的球)的电流或电接触提供。这种测试理念被表示为“OTA”。
这种测试可以通过本文描述的测试布置和构思来实现。
根据图5的传统测量措施
图5示出传统测量措施500。测量措施500包括ATE 510和连接到ATE 510的测量天线530。ATE 510还包括测量系统570、测试夹具550和DUT 540。DUT 540位于测试夹具550中并且电连接到测量系统570。DUT 540还包括DUT天线阵列520。
ATE 510的测量系统570向DUT 540的DUT天线阵列520发送电信号560。DUT天线阵列520根据测量系统570的电信号560发送信号580。DUT天线阵列520的发送信号580由测量天线530接收。测量天线530的测量信号被发送到ATE 510的测量系统570并由其分析以测试DUT天线阵列520。这在相反方向上也奏效：为了测试DUT的接收功能，测量天线530发送信号，该信号由DUT天线阵列520接收。
用于利用集成天线阵列测量DUT的标准措施是在远离DUT的远场测量区域中在适当屏蔽的测量外壳中使用标准的现成天线，如喇叭天线。这种措施虽然适用于实验室类型的测量设置，但可能无法集成到标准测试单元中以对所需尺寸的集成电路进行大批量测试。
此外，通过利用单个天线在远场区域中工作，其将DUT天线阵列测量为单个波束，这表明所有天线元件均在辐射并组合成单个波束，而不是DUT天线阵列上的每个元件。然而，如果DUT支持测试模式，则可以单独地测试形成DUT天线阵列的元件，该模式在时间上依次一个接一个地选择DUT天线阵列的天线元件。这种措施显著增加了测试时间，并且在大数量生产测试中可能不是一个可行的选择。如果将测量天线靠近DUT上的每个单独的天线阵列元件，则测量天线本身将干扰DUT天线阵列元件并使测量无效。
图1的测试布置100提供了电子地测试具有嵌入式天线阵列的DUT的改进的OTA测试方案。该测试布置的测量探针通过在DUT的所谓电抗近场区域中工作来单独地测试天线阵列的天线元件而不会干扰它们的信号。
根据图6的测量措施
图6示出用于测试包括天线元件620的天线阵列610的示例性测量措施600。测量措施600包括天线阵列610和天线阵列的所谓辐射近场测量区域中的连接器结构630。连接器结构630可以描绘将新探针与标准RF连接器(比如所示的矩形波导法兰或同轴连接器)连接的信号分布网络。
传统/商业阵列610的天线元件620的辐射640由有创造性的且差异化的手段来采样/探测/测试，因为它是本发明描述的新型探针阵列。这些探针转而由公知的昂贵但简单的技术(比如线、混合电路、分配器/组合器和开关)连接/转换到连接器630(同轴或如图所示的矩形波导)，并最终到达标准测量RF设备。
在所谓的辐射近场中围绕阵列或天线阵列610球面地扫描天线阵列610的天线元件620的信号640的干扰。可以使用傅立叶变换以数学方式将这些测量数据(例如幅度和相位)变换到远场。
在某种程度上，这些数据也可以向天线阵列610变换，直到大致获得跨越辐射孔径的局部场分布为止。然后，可以定位单相天线辐射器元件。然而，球面扫描系统的成本、大小和扫描时间阻碍了这种设备用于天线阵列610的生产测试。
图1的测试布置100提供了用于电子地测试具有嵌入式天线阵列的DUT的改进的OTA测试方案。测试布置的测量探针通过在DUT的所谓近场区域中工作来单独地测试天线阵列的天线元件而不会干扰它们的信号。
根据图7的传统措施
图7示出用于测试DUT的阵列天线710的传统措施700。传统措施700包括阵列天线710(其包括天线元件720)、探针天线730和吸收器740。探针天线730定位在阵列天线710的辐射近场中。吸收器740围绕测量区域放置以减少不需要的反射和耦合。
探针天线730向天线阵列710的天线元件720发送探测信号750。探测信号750由天线元件720接收。探测信号750用于单独地测试阵列天线元件，这表明一个一个地测试天线元件720。探测信号750的反射760被吸收器740吸收。
图7示出传统措施700的实施例，其中远场距离中的探针天线一个接一个地依次连接到每个阵列辐射器。换句话说，在单个空间方向上以及单个幅度和相位上利用探测信号750探测单个天线阵列辐射器720连同相关联的发送或接收链的操作。如果天线阵列元件720按要求的那样奏效或起作用，则假定所有其他方向上的辐射性质(包括与其他阵列元件的耦合)也将奏效或起作用。后一种假定基于设计和/或仿真或已知良好装置的在先测量。这种措施的一个示例是，当探针天线放置在阵列前面时。阵列的元件一个接一个地被选中。选择天线阵列与探针之间的距离，以使得探针在阵列的辐射近场中，但在单个辐射阵列元件的远场中。非反射和/或吸收外壳允许紧凑的设置。这在相反方向上也奏效：为了测试DUT的发送功能，探针天线730接收由DUT天线720发送的信号。
该措施的缺点为：
·首先，对于发送和/或接收模式，一次仅可测试一个辐射器元件，或者实际上仅可测试阵列天线的单个元件的一个极化。
·其次，对于放置在阵列中不同位置处的元件，所测量的辐射元件的“良好”状态是不同的。这是因为阵列元件相对于探针天线的相对位置是变化的。
“已知良好装置”的测量必须为每个辐射器元件提供“良好”的特性。
相比之下，图1的布置100提供了用于电子地测试具有嵌入式天线阵列的DUT的改进的OTA测试方案。该测试布置的测量探针通过在DUT的所谓电抗近场区域中工作来单独地测试天线阵列的天线元件而不会干扰(或不会显著干扰)它们的信号。
根据图8的自动化测试设备
图8示出自动化测试设备(ATE)800的实施例，其包括与图1的测试布置100类似的测试布置850以及DUT 860。测试布置850包括测量探针810和测试夹具820或DUT位置。DUT860位于测试夹具820中并且电耦合到测试布置850。DUT 860包括DUT天线阵列870，其能够根据测试布置850的电信号880发送无线信号890。DUT天线阵列870的天线元件由探针天线810来探测，以测试夹具820处在DUT 860与探针天线810之间的方式将探针天线810定位。
ATE 800中的与上述测试布置类似的测试布置850向DUT 860的DUT天线阵列870发送电信号880。DUT天线阵列870发送信号890，该信号由测试布置850的探针天线810接收。接收到的信号用于测试DUT 860。
因为图1的测试布置100的探针可以非常靠近DUT放置，所以它可以被容易地集成在自动化测试单元中或在可以用于电子地测试大量集成电路的DUT位置中。
根据图9的初始仿真
图9示出ATE 900的初始仿真(或简化的仿真结构)，ATE 900包括与图1的测试布置100类似的测试布置910以及DUT 920。DUT 920还包括具有天线元件930a-930c的阵列天线970。测试布置910包括馈电结构940和两个导体对或探针天线950a、950b。
图9示出ATE 900的构思或初始仿真。DUT 920的天线阵列970的DUT天线阵列元件930a-930c发送信号960。测试布置910被配置为测量DUT天线阵列元件930a的信号960。元件930a的信号960由探针天线950a、950b接收并且被转发到馈电结构940。
下面列出了测试布置910的TEM线多线探针950的仿真的其他重要方面：
·贴片阵列是密集的，这表明天线元件930之间的距离例如仅略大于λ0/2；
·探针使用TEM线950a、950b，即两根导线，用于在天线元件930a的近场区域中拾取某个电场；
·相邻元件或相邻天线元件930b、930c不耦合；
·可以通过添加吸收器来改进仿真(或布置)；
·天线元件930a与探针的导体导线对950a、950b之间的距离小于λ0/10，这表明探针处于天线元件930a的电抗近场区域中；
·四个导线对可以(可选地)用于一个双极化贴片天线元件或缝隙环；
·导线的间距是可行的，但巴伦和对连接器的扇出(fan-out)似乎更困难或有问题，并且仍可以通过合理的努力来实现；
·第一次仿真显示出小的失谐，而相邻贴片930b、930c的耦合比探测的贴片930a小大约15dB。
仿真图1的测试布置100在操作中的行为，这表明在OTA测试中，单个嵌入式天线阵列元件930a提供了关于测试布置和/或测试布置的测量探针的有用见解和/或方面。根据图9的测试布置900可以可选地由本文关于设备描述的任何特征、功能和细节单独地和组合地进行补充。
根据图10的仿真的结果
图10示出利用图9所示的仿真测试布置的仿真测量的结果。结果示出由针头对探针950a、950b以合理强度测量来自DUT天线阵列元件930a的信号，针头对探针950a、950b对DUT天线阵列元件930a有少许干扰，并且从另一天线阵列元件到针头对仅有极小的耦合。
仿真图1的测试布置100在操作中的行为，这表明在OTA测试中，单个嵌入式天线阵列元件930a提供了关于测试布置和/或测试布置的测量探针的有用见解和/或方面。仿真结果显示出很小失谐，而下一相邻贴片耦合比探测的贴片小大约15dB。即使在该示例仿真中故意将针头对探针950a、950b的横截面的物理尺寸选择得大而笨重(见图9)，探测的贴片的失谐仍然很小(如图10所示)并且与下一未探测的相邻件的耦合仍然很小(如图10所示)。更先进和更复杂的实际实施方式会很容易地回归到形成针头对探针的更细金属针头，从而进一步减小失谐和下一相邻件的耦合。
根据图11的探针设计策略
图11示出用于测试布置的探针设计策略1100，例如与图1的测试布置100类似的测试布置。探针设计策略1100假定了包括天线阵列元件1115的天线阵列1110。阵列天线1110与探针尖端1120隔开一间隙。阵列天线1110与探针尖端1120之间的间隙可以是例如机械止动件。探针尖端1120处在探针的天线侧。探针1130基于TEM线针头。在探针尖端1120与探针1130的馈电侧之间使用吸收材料1140以减小回到辐射器或其他天线阵列元件1115的反射。在探针1130的馈电侧，使用转换电路系统以将信号转换应用到波导或电路板传输线。扇出电路则基于波导或电路板传输线。
下面列出设计策略考虑的探针的重要方面。这些是该探针/适配器措施的实施方式的要求的高级描述，其中一些或所有要求可以由实施例来满足：
·探针(或探针尖端)放置在辐射器或天线阵列元件1115的电抗近场中；
·探针以可机械重现的方式放置；
·探针没有(或至少没有显著地)影响所述辐射器或天线阵列元件1115的馈电阻抗；
·探针没有(或至少没有显著地)影响其他辐射器或其他天线元件1115；
·探针与其他探针解耦(或至少显著解耦)，并且其他辐射器或天线元件未耦合到该探针；
·可以在传输、相位和幅度方面以及耦合方面对设置进行校准。可以端到端地、或者通过来自大金属平板的反射、或通过来自端部开口的针头对探针的传输线反射对该设置进行校准，其中在距离探针端部一定距离内去除任何物理材料。
通过使用仿真测量的有用见解和/或方面，为图1的测试布置100中的探针定义探针设计策略。遵循这些指令带来例如更好的信噪比或更便宜的测试方法。
根据图12的设计示例
图12示出ATE 1200的设计示例的实施例。ATE 1200包括与图1的测试布置100类似并且耦合到DUT 1220的测试布置1230。测试布置1230包括两个探针对1270a、1270b和DUT位置1210。第一探针对1270a耦合到第一巴伦1275a，并且第二探针对1270b耦合到第二巴伦1275b。第一巴伦1275a耦合到第一馈电结构1280a，并且第二巴伦1275b连接到第二馈电结构1280b。测试布置还包括放置在天线阵列1260与巴伦1275a、1275b之间的吸收材料1290。测试布置1230还包括在两个针头对探针1270a、1270b的端部与放置在DUT位置1210处的DUT1220之间的介电间隔件1295。DUT 1220包括例如封装1240和晶片1250。封装1240还包括天线阵列1260，其包括连接到晶片1250的两个(或更多)天线元件。
通过晶片1250对DUT 1220的天线阵列1260中的天线元件进行馈电。天线阵列1260发送的信号由两个探针对1270a、1270b接收。使用相应的巴伦1275a、1275b来组合探针对1270a、1270b的平衡电流，以转换到相应的不平衡馈电件1280a、1280b。
图12示出ATE 1200或测量设置的可能实施方式或实施例，其中仅使用两个针头对天线或探针1270a、1270b来测量或测试具有二元件天线阵列1260的DUT 1220。可以可选地在实施例中单独地或组合地实现的探针设计的重要方面如下：
·DUT 1220的天线阵列是多层WiGig贴片天线，频率例如在57与64GHz之间；
·两个针头对探针1270a、1270b为双线传输线，其为位于辐射缝隙上方的针头状近场探针，换句话说，针头对探针1270a、1270b中的每一个形成了在DUT天线的电抗近场中具有开口端部的双线传输线；
·探针对由鼠笼式巴伦(rat-race balun)或180°混合电路馈电；
·所有和/或几个探针以及可能的电路系统都放置在单个PCB上；
·介电间隔件1295或距离保持器由塑料和/或泡沫制成或使用塑料和/或泡沫制成；
·可选地添加吸收器1290以防止共振和耦合。
可以操作该设计示例，使得由DUT无线发送的信号被探测，并随后在馈电件1280a、1280b处可接入(DUT发送模式的测试)。替代地，可以操作它使得注入馈电件1280a、1280b的信号由探针无线发送到DUT(DUT接收模式的测试)。
如果DUT 1220在封装1240的顶侧和底侧均具有集成天线阵列1260，则可以使用两组探针适配器或成对探针1270，一组用于顶侧，另一组用于底侧。本措施允许将其自身集成到用于集成电路测试的所有不同ATE测试单元配置中。
作为一个示例，例如利用集成在DUT插口上的探针和/或适配器进行单个或多个位点的封装级测试。或者作为另一个示例，利用集成在探针头上的探针和/或适配器进行单个或多个位点的晶圆级探测。此外，所提出的措施也可以用于非ATE应用。
遵循图11中讨论的设计策略，得到用于OTA测试嵌入式天线阵列元件的ATE设计示例。ATE设计示例包括与图1中的100类似的测试布置，构建其是为了确保例如更好的信噪比或更便宜的测试方法。
根据图13的实施例
图13示出与图1的测试布置100类似的测试布置1300以及贴片天线阵列1310。贴片天线阵列1310包括贴片天线阵列元件或贴片辐射器1320。
测试布置1300包括两个针头对探针1330a、1330b，它们定位在贴片辐射器1320b的辐射边缘附近。两个针头对探针1330a、1330b是平行的带状线探针。两个针头对探针通过三个巴伦和/或分配器1350a-1350c连接到馈电结构1340。在贴片天线阵列1310与分配器和/或巴伦1350a-1350c之间有一层吸收器1360。此外，图13示出电场1390的方向，其中垂直分量在贴片辐射器1320b的相对侧基本上相反，并且其中电场处的水平分量在第一探针对1330a的两个导体与第二探针对1330b的两个导体之间具有相同的方向。
贴片天线阵列1310的贴片辐射器1320发送信号1380，该信号被测试布置1300的两个探针对1330a、1330b接收。使用分配器和巴伦1350来组合探针对1330的导体的平衡电流，以转换到不平衡馈电线1340。
图13示出由三个贴片辐射器1320a-1320c制成的天线阵列1310的概念图，其中居中贴片1320b通过两个端部开口的平衡双线传输线1330a、1330b辐射和被探测。大部分辐射能量进入吸收器1360。诸如巴伦和分配器1350之类的信号组合电路系统可以放置在吸收器1360上方的板上。
图13描绘或提出了利用一对平行带状探针以及三个混合组合器来测试贴片辐射器1320的至少一个极化的构思，用于来自馈电连接器的相位-校正信号分布(例如，在平行带状探针激发DUT天线的情况下)或用于校正信号组合(例如，在平行带状探针接收从DUT天线发射的信号的情况下)。吸收器1360主要用于避免来自承载混合组合器电路系统的电路板的反射。
换句话说，贴片辐射器的线性阵列的概念图在图13中以横截面图示出。居中辐射器1320b在向上的方向上发送波前1380。该贴片有两个辐射边缘，其行为类似于缝隙辐射器。在某些情况下，贴片的辐射边缘处的电场如图中箭头所示。双线平衡传输线(例如1320a或1320b)指向贴片的辐射边缘。线的开口端部拾取一小部分电磁场，并以导波的形式在向上的方向上(朝向馈电件)引导这小部分电磁场。线的开口端部与贴片金属之间保持一定距离。由于探测传输线至少近似垂直于贴片平面，因此辐射波的电磁场垂直于远场中的线，并因此不会受到线的干扰。辐射场将被有损吸收材料吸收，为清楚起见，在图中可以将其描绘为角锥形吸收器。然而，在贴片的近场和靠近辐射边缘处，会存在干扰和相互作用，但定量研究显示它们的影响可忽略不计。贴片辐射器与探针之间耦合的强度取决于场景的几何形状，主要取决于线的两根导线之间的间隔以及线的开口端部与贴片辐射边缘之间的距离。在吸收器上方，双线平衡线可以根据需要连接到巴伦、分配器和附加电路系统，比如开关。
图13示出图1的测试布置100的实施例。根据测试目标，可以在每个DUT天线阵列元件1320处放置多个针头对元件或针头对探针1330，或使用较少数量但定位在关键测量点处的针头对探针。然后使用高频电路技术来组合针头对探针的导体，并且例如使用高性能同轴连接器将其互连到测量仪器。
根据图14的实施例
图14示出与图1的测试布置100类似的多个测试布置1410a-1410c以及包括天线阵列元件1430的天线阵列1420的实施例。测试布置1410a-1410c伸入天线阵列1420的天线阵列元件1430的电抗近场中，并包括两个平行针头对探针1440。针头对探针1440耦合到馈电结构1450。
弱耦合、非接触、成对探针1440穿透天线阵列元件或辐射器1430的电抗近场。天线阵列1420的天线元件1430发射信号1460。辐射能量1460的一小部分被发送到探针连接器或馈电结构1450，其包括信号组合电路系统以将信号从平衡线转换到非平衡线。大部分辐射能量(1460)被吸收器1470吸收，吸收器1470放置在天线阵列1430与馈电结构1450之间。成对探针1440之间的耦合非常弱，从而天线阵列辐射器1430的馈电阻抗不(或不显著)受影响。
在该新措施中，利用基于传输线的结构在其电抗近场中(这表明非常靠近天线阵列)对天线阵列的辐射元件进行探测，这样仅探测的辐射元件(而不是其相邻件)才会耦合到探针。因此，可以利用附加探针与第一元件并行地测试相邻元件。当实施例中可能存在部分或全部特征时，探针应结合几个特征：
·从辐射器元件到探针的所定义的(可重复)和可校准的耦合(幅度和相位)，
·所探测的辐射器元件的馈电阻抗不应(或不显著)受探针影响，
·相邻辐射器元件不应(或不显著)耦合到探针，
·相邻辐射器元件的馈电阻抗不应受探针影响。
该构思的实现得益于靠近辐射元件的信号强度，允许辐射元件与探针输入之间的显著但可重复且可校准的衰减。这种措施与任何无线链路设计相反，其中无线链路两端之间的最大可能传输是有吸引力的，这也是电波暗室测试系统中传统天线辐射测试的情况。图14描绘了三个贴片辐射器的线性阵列的所提议构思的思想，其中贴片从该贴片的相对端的两个缝隙进行辐射，因此可以利用两个组合探针对其进行测试。可以同时探测所有三个贴片。吸收器有助于减少不需要的反射和耦合。
换言之，图1所描述的测试布置100的构思可以扩展到多个探针，测试双极化贴片的两侧或更多侧，和/或同时测试几个辐射器元件。根据测试目标，可以在每个DUT天线阵列元件处放置多个针头对元件，或者使用较少数量但定位在关键测量点处的针头对元件。
根据图15的示例性仿真设置
图15示出具有双极化贴片天线阵列1550的示例性仿真设置1500，双极化贴片天线阵列1550包括双极化天线元件1540和一个或多个平行带状线探针1530。
图15a示出从上方观察的具有单个平行带状探针1530的双极化贴片天线阵列1550。图15b示出被视为横截面图的具有单个平行带状探针1530的双极化贴片天线阵列1550。图15c示出从上方观察的具有用于测试两个天线元件的四个平行带状探针1530的双极化贴片天线阵列1550。图15d示出被视为横截面的具有用于测试两个天线元件的四个平行带状探针1530的双极化贴片天线阵列1550。
图15中仿真了图1的测试布置100的一个或多个探针的定位。图15示出用于利用一个或多个平行带状探针测试贴片辐射器1540的示例性仿真设置1500。根据结果，从辐射器馈电连接器到探针端口的耦合大约为-19dB，而来自任何其他辐射器馈电件的最大耦合大约小9dB。
根据图16的示例性仿真设置
图16示出具有周期性2D双极化贴片天线阵列1610的示例性仿真设置1600，双极化贴片天线阵列1610包括双极化天线元件1620和平行带状线探针1630。图16示出与自由空间波长λ0相关的所有尺寸数据。在6GHz原型中使用的λ0为50mm。
图16a示出具有单个平行带状线探针1630的周期性2D双极化贴片天线阵列1610的顶视图。贴片天线阵列1610的周期或两个天线元件1620之间的中心到中心距离为0.5×λ0。
图16b示出具有单个平行带状线探针1630的周期性2D双极化贴片天线阵列1610的侧视图。单个平行带状线探针1630包括两个导体条带，其条带宽度为0.02×λ0且它们之间的间隙为0.02×λ0(例如，具有±50％的容差)。单个平行带状线探针1630放置在与天线阵列1610相距0.01×λ0的距离处(例如，具有±50％的容差)。下面列出了从探针侧开始的周期性2D双极化贴片天线阵列1610的各层：
1)方形铜贴片，尺寸为0.24λ0×0.24λ0
2)贴片介电层，厚度为0.24×λ0(或0.03×λ0)
3)贴片铜接地层
4)馈电电路介电层。
图16所示的贴片铜馈电线为方形铜贴片馈电。
图16示出用于6GHz原型天线阵列的类似图1的100的测试布置的测量值(尺寸数据)。尺寸是相对于自由空间波长λ0给出的，因此允许轻松改变具有其他频率的天线阵列的尺度。然而，在一些实施例中，可以允许与给定尺寸的偏差高达两倍(或甚至更大)。
根据图17的实施例
图17示出与图1的测试布置100类似的测试布置1700以及贴片天线阵列1710的实施例。贴片天线阵列1710包括贴片天线阵列元件或贴片辐射器1720a-1720c。测试布置1700包括两个平行的带状探针1730a、1730b，它们定位在贴片辐射器1720b的辐射边缘附近。两个平行带状探针1730a、1730b平滑地转换到同轴线。两个平行带状探针1730a、1730b通过分配器1750连接到馈电结构1740。贴片天线阵列1710与分配器1750之间物理上是一层吸收器1760，其中通过吸收器对同轴线馈电。此外，图17示出在贴片辐射器1720的相对侧基本上相反的电场1790的方向，并且电场的水平分量在第一平行带状探针1730a的两个导体与第二平行带状探针1730b的两个导体之间具有相同的方向。
贴片天线阵列1710的贴片辐射器1720b发送信号1780，该信号1780被测试布置1700的平滑转换到同轴线的两个平行带状探针1730a、1730b接收。使用分配器1750来组合平行带状探针1730的导体的平衡电流以转换到不平衡馈电线1740。
可以操作该设计示例，使得由DUT无线发送的信号被探测，并随后在馈电件1740处可接入(DUT发送模式的测试)。替代地，可以操作其来使得注入馈电件1740的信号由探针无线发送到DUT天线1720b(DUT接收模式的测试)。
图17提出了通过使用单个180度混合电路或信号组合所需的分配器1750利用一对平滑转换到同轴线的平行带状探针1730来测试贴片辐射器1720的构思。例如，平行条带的第一条带平滑地转换到同轴线的外屏蔽层中，而平行条带的第二条带形成同轴线的内导体。例如，同轴线的外层屏蔽在从馈电结构朝向探针的开口端部的方向上打开得越来越多。
利用平滑转换到同轴线的一对平行带状探针1730测试贴片辐射器1720的至少一个极化。因此，巴伦性质是探针尖端的一部分。因此，来自馈电连接器1740的信号分配仅需要一个混合组合器或分配器1750。沿着探针尖端可能存在显著的同相或不平衡电流，因此在一些情况下需要吸收器1760还可以减少来自探针尖端的可能的单极式辐射。此外，在一些情况下，还需要吸收器1760以避免来自承载混合组合电路系统的电路板的反射。
图17示出图1使用转换到同轴线的不同类型的探针(平行带状探针)的测试布置100的实施例。新型探针具有通过仅使用一个分配器的同轴线至馈电结构的简单连接。
根据图18的示例性仿真设置
图18示出具有双极化贴片天线阵列1850的示例性仿真设置1800，双极化贴片天线阵列1850包括双极化天线元件1840和转换到同轴线的平行带状线探针1830。
图18a示出具有转换到同轴线的单个平行带状线探针1830的双极化贴片天线阵列1850的透视图。图18b示出具有转换到同轴线和吸收层1860的单个平行带状线探针1830的双极化贴片天线阵列1850的侧视图。
图18示出了一种示例性仿真设置，其用于测试具有双极化贴片天线阵列和平滑转换到同轴线的平行带状探针的贴片辐射器。在一些情况下，需要吸收材料来抑制同轴外导体上的共振，否则其会导致单极式辐射和与相邻辐射器元件的强耦合。
图18中仿真了在图1的测试布置100中平滑转换到同轴线的平行带状探针的定位。图18示出了用于测试具有平滑转换到同轴线的平行带状探针的贴片辐射器1840的示例性仿真设置1800。根据结果，从辐射器馈电连接器到探针端口的耦合大约为-19dB，而来自任何其他辐射器馈电件的最大耦合要小10dB以上。
根据图19的实施例
图19示出与图1的测试布置100类似的测试布置1900以及贴片天线阵列1910。贴片天线阵列1910包括贴片天线阵列元件或贴片辐射器1920a-1920c。测试布置1900包括两个平行带状探针1930a、1930b，它们定位在贴片辐射器1920b的辐射边缘附近。两个平行带状探针1930a、1930b平滑地转换到微带线。两个平行带状探针1930a、1930b通过分配器1950连接到馈电结构1940。在贴片天线阵列1910与分配器1950之间，有一层吸收器1960。
此外，图19示出了在贴片辐射器1920的相对侧基本上相反的电场1990的方向，并且电场的水平分量在第一平行带状探针1930a的两个导体与第二平行带状探针1930b的两个导体之间具有相同的方向。
贴片天线阵列1910的贴片辐射器1920发送信号1980，该信号被测试布置1900的平滑转换到微带线的两个平行带状探针1930a、1930b接收。使用分配器1950将平行带状探针1930a、1930b的导体的平衡电流组合起来，以转换到不平衡馈电线1940。
图19提出了通过使用单个180度混合电路或信号组合所需的分配器1950利用平滑转换到微带线的一对平行带状探针1930a、1930b来测试贴片辐射器1920b的构思。利用平滑转换到微带线的一对平行带状探针1930来测试贴片辐射器1920b的至少一个极化。因此，巴伦性质是探针尖端的一部分。因此，来自馈电连接器1940的信号分布仅需要一个混合组合器或分配器1950。沿着探针尖端存在同相或不平衡电流，因此，在一些情况下，还需要吸收器1960以减小可能来自探针尖端的单极式辐射。另外，在一些情况下，还需要吸收器1960以避免来自承载混合组合电路系统的电路板的反射。
图19示出了使用转换到微带线的不同类型的探针(平行带状探针)的图1的测试布置100的实施例。新型探针与当前的电路构造技术兼容。
根据图20的示例性仿真设置
图20示出具有双极化贴片天线阵列2050的示例性仿真设置2000，双极化贴片天线阵列2050包括双极化天线元件2040和转换到微带线的平行带状线探针2030。
图20a示出具有转换到微带状线的单个平行带状线探针2030的双极化贴片天线阵列2050的顶视图。图20b示出具有转换到微带状线的单个平行带状线探针2030的双极化贴片天线阵列2050的侧视图。
例如，微带探针的接地导体朝向平行带状探针的尖端连续变窄。微带线的中心导体在横向方向上从接地导体向平行带状探针连续松开(solve)。因此，由于中心导体延伸到的膨胀部从变窄的接地导体延伸的方向略微偏离(例如5至20度)，所以接地导体和中心导体的重叠部(例如在与承载微带线的电路板的表面垂直的投影中)稳定地偏离。朝向平行带状探针的尖端，接地导体和中心导体已转换为独立的、不重叠的导体。
图20示出用于测试具有平滑转换到微带线的平行带状探针的贴片辐射器的示例性仿真设置。在图20中仿真了图1的测试布置100的平滑转换到微带线的平行带状探针的定位。图20示出用于测试具有平滑转换到微带线的平行带状探针的贴片辐射器2040的示例性仿真设置2000。根据结果，从辐射器馈电连接器到探针端口的耦合大约为-20dB，而来自任何其他辐射器馈电件的最大耦合大约小8dB。
根据图21的巴伦或混合电路
图21示出带状线电路中180度混合电路的示例，其覆盖的面积小于交叉偶极或双极化贴片的面积。
在一些情况下，分配电路必须包括用于每个天线辐射器元件的每个极化的分配器和/或巴伦。将巴伦集成到探针中的构思(比如在图17或图19中)要求每个双极化辐射器天线元件的区域有两个分配器和/或巴伦。这是在单个带状线电路层中实现的，如图21所示。对于比如图13所示的探针系统，在每个双极化辐射器元件的区域安装六个分配器和/或巴伦会复杂得多。在一些情况下，从馈电连接器(比如，例如波导或同轴连接器)通过开关到天线辐射器端口的走线应当在单独的带状线或微带层上完成。因此，在一些情况下，应当考虑具有最少三个介电层(四个导体层)的多层电路。
通过使用一个或多个巴伦电路和/或180°混合电路来组合图1的测试布置100的探针上的平衡电流，以转换到不平衡线，例如微带线或带状线。巴伦电路在平衡信号与不平衡信号之间进行转化，并有助于将探针天线与馈电线(例如，同轴线)进行接口。
根据图22的实施例
图22示出与图1的测试布置100类似的测试布置2200以及介电谐振器天线2210的实施例。介电谐振器天线2210包括介电谐振器2213和微带馈电件2216。微带馈电件2216包括具有开口2224的接地平面2222、天线馈电线2226和衬底2228。通过衬底2228将接地平面2222与天线馈电线2226分开。介电谐振器2213定位在接地平面2222上，使得接地平面2222的开口2224定位在介电谐振器2213的中心与衬底2228之间并且也在介电谐振器2213的中心与天线馈电线2226之间。测试布置2200包括平衡的平行带状探针2230，其定位在介电谐振器2213附近，在介电谐振器2213的中心线上。平行带状探针2230的两个导体通过分配器或巴伦2250连接到馈电结构2240。
在介电谐振器天线2210与巴伦或分配器2250之间有一层吸收器2260。此外，图22示出电场2290的方向。
介电谐振器天线2210发送信号2280，该信号由测试布置2200的平行带状探针2230接收。使用分配器2250对平行带状探针2230的导体的平衡电流进行组合，以转换到不平衡馈电线2240。
图22示出用于不同类型的天线、用于介电谐振器天线2213的图1的测试布置100的实施例。这种类型的天线可以作为上述其他类型的天线利用本发明进行测试。
根据图23的实施例
图23示出与图1的测试布置100类似的测试布置2300以及偶极天线阵列2310的实施例。偶极天线阵列2310包括偶极天线阵列元件2320a-2320c。测试布置2300包括平行带状探针2330，其中探针2330的两个导体在它们的端部与导电条带2335连接，形成闭合回路。平行带状探针的闭合回路定位在偶极天线元件2320b附近，在偶极天线元件2320的对称平面附近。具有闭合回路2330的平行带状探针通过巴伦或分配器2350连接到馈电结构2340。在偶极天线阵列2310与分配器2350之间有一层吸收器2360。此外，图23示出地与偶极天线元件2320的相对端之间的电场2390的方向。
偶极天线阵列2310的偶极天线元件2320b发送信号2380。偶极近场区域中产生的磁场穿过由平行带状探针2330和导电条带2335形成的闭合回路并感应出被导向馈电件2340的信号。使用巴伦或分配器2350将平行带状探针2330的导体的电流进行组合，以转换到不平衡馈电线2340。
换句话说，图23示出了主要用于感测磁场的利用短接平行带状探针2330来测试偶极天线阵列元件2320的所提出的构思的实施例。单个180度混合电路2350用于组合信号。图23示出了所提出的构思的变体，其可以应用于没有接地的平面天线，以便将偶极式结构用于朝向板平面方向的(端射)辐射。此处，具有导电短接件或条带2335的探针可以用于偶极式天线阵列元件2330的中心对称平面中的磁场的弱探测。
图23示出由三个板上偶极辐射器2320a-2320c制成的天线阵列2310的概念图，其中居中的偶极进行辐射并被平衡双线传输线2330的短路端2335探测。大部分辐射能量2380进入吸收器2360。诸如巴伦2350之类的信号组合电路可以放置在吸收器2360后面的板上。可以如图23的概念图中所示那样探测板上端射偶极天线2320a-2320c的线性阵列。这里，探针的双线平衡传输线2330放置在偶极天线的电对称平面中。因此，偶极不受进入其电抗近场区域的金属结构的影响。偶极天线2320的中心部分周围的强磁场的一部分通过其短接端部2335耦合到双线传输线2330。同样，来自相邻偶极辐射器的耦合非常小。因此，可以并行放置几个探针，并单独地探测每个偶极。
可以通过短接两个导体的端部来修改图1的测试布置100，以探测天线元件的磁场。图23示出利用偶极天线和短接平行带状线探针感测磁场的基本思想。根据测量和/或仿真，从辐射器馈电连接器到探针端口的耦合大约为-19dB，而来自相邻偶极的耦合大约小15dB。
根据图24的示例性仿真设置
图24示出示例性仿真设置2400，其用于测试具有短接平行带状H场探针2430的偶极天线阵列2450的偶极辐射器2440a。图24a示出天线阵列2450和短接平行带状探针2430的几何视图，天线阵列2450包括三个偶极天线2440a-2440c，短接平行带状探针2430定位在偶极天线元件的所谓近场区域中，并且沿着与天线阵列2450的平面垂直的主延伸部。图24b示出相同仿真设置2400的侧视图。这里指出了天线阵列2450和探针2430的正交取向。图24c示出在对最上面的偶极进行馈电和探测时仿真设置2400的E场幅度绘图，示出了与相邻偶极的一些耦合、与探针的一些耦合以及大部分不受探针影响的辐射。
可以通过短接两个导体的端部来修改图1的测试布置100，以探测天线元件的磁场。图24示出了具有偶极天线阵列和感测磁场的短接平行带状探针2430的示例性仿真设置，该偶极天线阵列包括三个偶极辐射器2440。从辐射器馈电连接器到探针端口的耦合大约为-19dB，而来自相邻偶极的耦合要小大约15dB。
根据图25的探针的实验性检验
图25示出概念验证的实验性检验。图25a示出设计用于在5.85GHz下操作的具有四个双极化辐射器2540和8条馈电线2520的双线性极化贴片天线阵列2550。
图25a示出具有穿过接地平面的直接馈电件2520的四个双线性极化贴片天线2540的阵列。天线设计是标准的，使用60mil RO4003电介电(εrel＝3.55)材料，天线阵列元件的间距或中心到中心距离为25mm，或0.49倍波长。八个天线馈电件的测量的结果显示出由于制造容差而引起的一些变化，比如，例如中心频率变化为±0.1％。-10dB处的贴片阻抗带宽大约为2.1％。图25b示出具有天线阵列2550和4探针系统2580的实验性测量设置，4探针系统2580特征在于双带探针逐渐变细为微带线。
设计和测量了频率缩放后的实验性设置2500，以验证所提出的技术的以下关键方面或优势：
·定义的从辐射元件到探针的耦合。耦合幅度大约为-20dB；
·探针不会(或不会显著)影响探测的辐射器元件的馈电阻抗。使用敏感(即窄带)贴片天线；
·相邻辐射器元件不会(或不显著)耦合到探针。所测量的耦合应显著小于来自被探测元件的耦合。
设计的具有四个双极化辐射器的贴片天线阵列(其具有8个馈电件)如图25所示。图中还示出了一个示例实验室测量设置，其具有天线阵列和特征为逐渐变细为微带的双带探针的4探针系统。
图1的测试布置100的实验性实施例如图25b所示，以测量所仿真的结果。实验中使用的DUT如图25a所示。实验的结果在图26中讨论。
根据图26的探针的实验性检验的结果
图26示出图25中描述的实验的结果。四个双模贴片天线的8个馈电件的输入馈电反射系数幅度呈现在示图中。图26a和图26b示出相同的示图，但图26b被放大，以强调探测到的两个馈电件之间的差异。
图1的测试布置100的实施例的实验结果如图26所示，其中示出了四个双模贴片的8个馈电件的输入馈电反射系数幅度。如图25所示，探测两个馈电件，并使得天线馈电阻抗谐振的失谐大约为0.3％-0.4％，而该贴片辐射器的-10dB带宽大于2％。
当具有4个双极化贴片天线的天线阵列提供8个馈电端口(编号为1...8)时，一个探针对附接到1号贴片馈电端口，另一探针对附接到3号贴片馈电端口(如图25b所示)。8个馈电端口输入反射系数的幅度(在图26a、图26b中表示为S11)在天线工作频率约为5.85GHz时很小(见图26a)。该测量的放大图示出(图26b)与未被探测的贴片和极化的馈电端口相关的六个几乎相同的测量结果(由于制造不准确性而表现出小的变化)。其还示出标记为“探测的元件”的两个测量结果，它们是附接了探针的两个贴片/极化的输入反射系数幅度(如图25b中的实验性设置所示)。图26中详细说明了图表的图例中的馈电端口编号。
具有根据图27的结果的探针的实验性检验
图27a示出天线阵列2950，其中利用一对双带线探针2930探测一个天线元件2940。对使用平衡的双线传输线探针2930测试贴片天线阵列2950的构思进行实现以验证频率为5.85GHz的构思。选择窄带贴片天线是因为它们对其电抗近场的干扰具有高度敏感性。
图27a示出一对双线平衡传输线探针2930，测试贴片天线阵列元件2940的特定极化。两个鼠笼式巴伦2910以及同相组合器是探针板2970的一部分。
图27a示出了这样的测量设置，其中利用一对双线传输线在一个极化中探测一个贴片天线元件。请注意，探针结构被故意制造得笨重，特别是双线线路的金属条带的宽度和间隔以及它们的支撑介电衬底的厚度，以使得缩放到更高频率和/或更小尺寸(就像例如到60GHz)直接可行。通过将探针应用于贴片天线，阻抗带宽向较低频率移位小于0.3％(即少量)，完全在给定天线的带宽内。
该实验性检验的结果示出在图27b的示图2920上。
测量的结果表示在图27b的示图2920上。示图2920显示了从所有八个天线馈电件到探针连接器的所测量的传输幅度。所测量的从天线馈电件到探针的耦合大约为-18dB，其包括几dB的线损耗。从未探测的馈电件到探针的所测量的耦合对于共线(参见3号)和平行(参见7号)极化相邻贴片要小大约9dB，对于所有其他辐射器更小得多。
在图27c的插图2960中示出端口编号。例如，|S213|表示从天线3端口到探针的传输，而探针安装在天线1极化上。|S211|是所探测的传输。感兴趣的频率为5.85GHz，由单个|S11|曲线指示。
图27a示出图1的测试布置100的实验性设置，其为通过一对双带线探针探测一个元件的天线阵列。该图片仅用于说明，其示出馈电线编号为7的天线元件上方的探针。
图27b示出所测量的耦合。如图27c的插图所指示那样对天线阵列元件进行编号。
图27b示出了图1的测试布置100的实验性实施例的结果。示图2920示出从八个天线连接器中的每一个到探针连接器的所测量的传输幅度。对于端口编号，请参考图中的插图2960。所探测的天线到探针的传输为-18dB，其包括大约1.5dB的探针电路(包括巴伦和组合器)的仿真传输损耗。因此，耦合相当强，并且较弱的耦合(例如探针与贴片之间距离稍大)也会减小天线失谐。来自其他七个天线馈电件的“不需要的”耦合要小得多，其中共线和平行极化的下一相邻件耦合最强，大约为-27dB。仿真表明，通过添加吸收材料减小了不需要的耦合。由于该设置的震动问题，这没有在实验中进行或测试。在所有探针线到位的情况下(这表明对于四个双极化贴片天线具有16条双线线路)的仿真，示出了阵列元件之间的耦合增加，从没有探针的阵列中的大约-17dB最坏情况到在具有所有16条探针线的阵列中的大约-15dB最坏情况，但从天线端口到相邻元件上的探针的不需要的耦合电平没有增加。
结论
公开了用于以快速方式通过低技术努力探测毫米波平面天线阵列的手段。根据一个方面以及其他实施例和方面，主要的创新是阵列天线辐射器在其电抗近场中的非接触式探测。实现了探针对辐射器的非常小、因此可以忽略不计的扰动。这表明探针不会使天线馈电阻抗失谐，并且所连接的收发器可以按照标准操作条件的预期操作。这也表明测试设置是紧凑的，因为不必遵守远场辐射距离限制。辐射器与探针之间微弱但定义明确的信号传输可以用作幅度和相位两者的测试特征。该构思很容易应用于平面以及多层贴片或缝隙式辐射器。讨论了不同的探针形状，比如共面条带、微带、同轴的等。以类似的方式，可以利用磁探针测试比如主要指向电路板平面的辐射所需的偶极式天线。
与在被测天线阵列的远场中或辐射近场中操作的任何其他已知测试方法相比，所提出的测试手段可以并行化，并且在时间和成本方面可能更有效率，并且设置在物理上也更紧凑。
换句话说，本发明提出了使用插入辐射元件的电抗近场中的探针的毫米波天线和天线阵列的测试构思。天线电抗近场的干扰导致天线在辐射特性和馈电阻抗方面的失谐。请注意，其馈电阻抗被探针失谐的天线的测试完全没有用，因为馈电网络中的强驻波会对整个辐射模块的无源和有源部分的行为造成不可预测的影响。本发明提出了几种技术，专用于某些典型类型的辐射器元件：其中由将探针插入电抗近场中引起的天线辐射器馈电阻抗的干扰可忽略。结果，可以在幅度和/或相位上与另一探针并行地单独探测整个辐射模块的每个辐射器或辐射器的每个极化，同时测试相邻元件。后者允许测试不需要的耦合效应和/或允许通过并行性提高测速度。
可以从芯片到波导的耦合和板到波导的耦合的公知技术中推导出新措施的一个变体。其中，波导(例如，矩形或介电波导)连接到片上或板上激发结构。在没有附接波导的情况下，该激发结构可以充当天线辐射器，尽管可能是一个性能不佳且失谐的天线辐射器。在附接了波导的情况下，存在最小辐射，其被认为是不需要的“辐射损耗”和到波导的最大传输。对于板上安装的短波导喇叭天线的特殊情况，可以最小化这两种情况之间辐射器的失谐、到自由空间的辐射和到探测介电棒波导的耦合，因此，单元件探测在这种特殊场景下成为可能。本发明中提出的技术解决了避免探针引起天线辐射器失谐的问题。该措施具有可以单独或组合使用的两个主要方面：
·天线与位于其电抗近场中的探针之间的耦合很小。它在-20dB的数量级，与上述针对全传输的波导耦合措施不同，因此，如果其处于发送状态或模式下，则辐射器的大部分能量仍会被辐射；接收情况或模式是相互的。
·探针及其连接的金属传输线放置在辐射器的电对称平面中，或者靠近其中电场具有主要垂直于该平面的矢量分量的平面。则探针的金属传输线不会或不会太干扰天线的辐射。
·连接到探针端部的金属传输线优选为小横截面的TEM线(或准TEM线，比如微带线)。这种结构导致从天线阵列的相邻天线元件的辐射到探针(即，到沿探针传输线承载的信号)的最小(不需要的)耦合。其还最小化天线阵列的相邻天线元件的辐射场(因此，馈电阻抗)的干扰。
下面，针对两类天线说明新探针构思：
·平面背接地缝隙天线(planar ground-backed slot antenna)，其包括贴片天线、背腔缝隙等，以及
·平面内接地的平面偶极天线，其包括板上八木天线。
返回到辐射器的电磁场讨论这些结构的一般示例。为在5.85GHz下操作并利用不同近场探针探测的四个双极化贴片天线的天线阵列提供测量，从而证明整个构思的合理性。
提出了使用插入单个辐射元件的电抗近场中的金属探针的毫米波天线和阵列的测试构思。公开了几种探针技术，其中天线辐射器馈电阻抗的干扰(通常由于将金属探针插入辐射器的电抗近场中而遇到)可以忽略不计。
提出的针对毫米波天线阵列空中测试的测试构思允许对阵列元件及其极化进行单独和并行探测。可以采用相当简单的金属探针来测试诸如贴片或偶极之类的平面天线。弱耦合和对称性的使用允许探针穿透到辐射器的电抗近场而不会干扰它们。5.85GHz的概念验证实验表明了该措施的有效性，为频率和复杂性的升级铺平了道路。提出的措施为实现高度集成的无线毫米波模块的生产测试作出了宝贵贡献。仿真和实验表明稳定的馈电阻抗和从天线馈电件到探针端口的传输幅度约为-20dB。在相同的探针端口，来自相邻辐射器元件的不需要的耦合至少小10dB。例如，该技术应用于贴片天线、平面偶极天线。讨论了用于毫米波收发器集成天线阵列模块的生产测试的所提出构思的优点。
测试系统的主要方面是吸收器、校准、分配电路和开关。
在“真正的”测试系统中有时需要吸收器。本报告中提供的大多数仿真和所有测量都不使用吸收器。吸收器的使用可能会在进一步减小不需要的耦合方面(特别是与探针的相邻耦合)提高了系统性能。可以将吸收材料层添加到机械设置中。对于毫米波，填充了有损电介质的软聚合物层可用。商业示例是美国马萨诸塞州埃姆斯伯里的ARCTechnologies,Inc.的“SB1007”和“SB1011”。典型的可用层厚度为0.508mm和1.016mm。
可以通过将测试设置附接到可能处于不同定义距离的“短接件”(即金属板)并测量各自的反射系数，来获得通过测试系统的校准传输幅度和相位、以及所有路径的平等性。
传统1:N开关(“SPNT”)的主要问题是低传输或插入损耗。这需要对开关电抗的补偿和完美的阻抗匹配。必须避免驻波效应，因为其会降低频率带宽并导致频率上的传输变化。对于所提出的探针测试构思，可以有意地向每个开关分支添加某种明确定义的衰减，以减小驻波和相关的劣化效应。
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Claims (42)

1.一种测试布置(100、850、910、1230、1300、1410a-1410c、1700、1900、2200、2300)，用于测试被测装置DUT(110、400、540、860、920、1220)，所述DUT包括天线(120、220、250、320、350、420、450、520、610、620、710、720、870、930a-930c、970、1110、1115、1260、1310、1320a-1320c、1420、1430、1540、1550、1610、1620、1710、1720a-1720c、1840、1850、1910、1920a-1920c、2040、2050、2210、2310、2320a-2320c、2440a-2440c、2450、2540、2550、2940、2950)，
其中所述测试布置包括DUT位置(130、550、820、1210)和探针(140、730、810、950a、950b、1130、1270a、1270b、1330a、1330b、1440、1530、1630、1730a、1730b、1830、1930a、1930b、2030、2230、2330、2430、2580、2930)，
其中所述探针包括两个导体(143、146)；
其中所述测试布置被配置为将所述探针定位在所述DUT位置的附近，
使得当所述DUT放置在所述DUT位置中时，所述探针处于所述DUT的天线元件(250、350、450、620、720、930a-930c、1115、1320a-1320c、1430、1540、1620、1720a-1720c、1840、1920a-1920c、2040、2210、2320a-2320c、2440a-2440c、2540、2940)的电抗近场区域中。
2.根据权利要求1所述的测试布置，其中所述探针被配置为接收由所述DUT经由所述DUT的天线发送的信号(580、640、750、760、890、960、1380、1460、1780、1980、2280、2380)；或者被配置为发送要由所述DUT使用所述DUT的天线接收的信号。
3.根据权利要求1或2所述的测试布置，其中所述探针包括在+/-10度容差之内或在+/-20度容差之内的两个平行导体。
4.根据权利要求3所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体形成传输线。
5.根据权利要求4所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体在天线侧端部形成对称传输线。
6.根据权利要求3或4所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体形成TEM传输线或准TEM传输线。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体形成转换到微带线的基本上对称的传输线。
8.根据权利要求1至6中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体形成转换到同轴线的平行带状线。
9.根据权利要求1至6中的一项所述的测试布置，其中使用巴伦电路(1275a、1275b、1350、1350a-1350c、1750、1950、2250、2350、2910)或使用180度混合电路(1275a、1275b、1350、1350a-1350c、1750、1950、2250、2350、2910)来组合所述探针的所述两个导体的平衡电流以转换到不平衡线(1280a、1280b、1340、1450、1740、1940、2240、2340)。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体由介电间隔件分离。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将所述探针定位为使得所述探针的所述两个导体与所述DUT的天线电分离。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的测试布置，其中所述探针和所述DUT的天线由介电间隔件(1120、1295、2213)或由所定义的空气间隙(1120、1295、2213)分离。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将所述探针定位在所述DUT的天线的附近和/或电抗近场中，其中所述探针与所述DUT的天线之间的距离小于0.1*λ，其中λ为待测量信号的自由空间波长。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体为印刷电路板(2970)上的线。
15.根据权利要求1至13中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体为针头状插针。
16.根据权利要求14或15所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体为分离的、端部开口的、非连接导体。
17.根据权利要求16所述的测试布置，其中所述两个端部开口的导体被配置为探测所述DUT的贴片天线和/或缝隙天线的电场(580、640、750、760、890、960、1380、1460、1780、1980、2280、2380)。
18.根据权利要求16或17所述的测试布置，其中所述探针的所述两个端部开口的导体被布置为使得从第一开口端部到第二开口端部的方向在+/-10度或+/-20度的容差之内平行于所述天线在所述第一开口端部与所述第二开口端部之间的区域中的电场的平均方向。
19.根据权利要求16至18中的一项所述的测试布置，其中
所述探针的所述两个端部开口的导体被布置为，
使得所述第一导体在所述第一开口端部的区域中的方向在+/-10度的容差之内或在+/-20度的容差之内垂直于所述DUT的天线的电场的方向，以及
使得所述第二导体在所述第二开口端部的区域中的方向在+/-10度的容差之内或在+/-20度的容差之内垂直于所述DUT的天线的电场的方向。
20.根据权利要求16至19中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将所述探针的所述两个端部开口的导体定位在所述DUT的贴片天线的第一辐射边缘的附近或所述DUT的缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分的附近。
21.根据权利要求16至20中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置包括第二探针，
其中所述第二探针包括第一导体和第二导体，其中所述第二探针的两个导体为分离的、端部开口的、非连接导体，
其中所述测试布置被配置为将所述第二探针的两个导体定位在：
所述DUT的所述贴片天线的第二辐射边缘的附近，所述DUT的所述贴片天线的第二辐射边缘与所述DUT的所述贴片天线的第一辐射边缘相对，或者
所述DUT的所述缝隙天线的第二辐射缝隙或缝隙部分的附近，所述DUT的所述缝隙天线的第二辐射缝隙或缝隙部分与所述DUT的所述缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分相对。
22.根据权利要求21所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将所述第一探针和所述第二探针的信号进行组合。
23.根据权利要求21或22所述的测试布置，其中所述布置包括第三探针和第四探针，
其中所述第三探针包括第一导体和第二导体，其中所述第三探针的两个导体为分离的、端部开口的、非连接导体，
其中所述测试布置被配置为将所述第三探针的两个导体定位在：
所述DUT的所述贴片天线的第三辐射边缘的附近，所述DUT的所述贴片天线的第三辐射边缘在+/-10度或+/-20度的容差之内垂直于所述DUT的所述贴片天线的第一辐射边缘，或者
所述DUT的所述缝隙天线的第三辐射缝隙或缝隙部分的附近，所述DUT的所述缝隙天线的第三辐射缝隙或缝隙部分在+/-10度或+/-20度的容差之内垂直于所述DUT的所述缝隙天线的第一辐射缝隙或缝隙部分，
其中所述第四探针包括第一导体和第二导体，其中所述第四探针的两个导体为分离的、端部开口的、非连接导体，
其中所述测试布置被配置为将所述第四探针的两个导体定位在：
所述DUT的所述贴片天线的第四辐射边缘的附近，所述DUT的所述贴片天线的第四辐射边缘与所述DUT的所述贴片天线的第三辐射边缘相对，或者
所述DUT的所述缝隙天线的第四辐射缝隙或缝隙部分的附近，所述DUT的所述缝隙天线的第四辐射缝隙或缝隙部分与所述DUT的所述缝隙天线的第三辐射缝隙或缝隙部分相对。
24.根据权利要求23所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将所述第一探针的信号、所述第二探针的信号、所述第三探针的信号和所述第四探针的信号进行组合。
25.根据权利要求1至15中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体在其端部与导电条带(2335)连接，形成闭合回路，即短接端部。
26.根据权利要求25所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将连接来形成回路的所述两个导体定位在所述DUT的偶极天线的附近。
27.根据权利要求25或26所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将连接来形成回路的所述两个导体定位在所述DUT的偶极天线的中心附近。
28.根据权利要求25至27中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将连接来形成回路的所述两个导体定位在所述DUT的偶极天线的电对称平面中。
29.根据权利要求25至28中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置被配置为将连接来形成回路的所述两个导体定位，以探测所述DUT的偶极天线的磁场。
30.根据权利要求25至29中的一项所述的测试布置，其中所述探针的所述两个导体的闭合回路或者短接端部的取向由平面来定义，所述平面通过双导体线及其短接端部定义，在+/-10度或+/-20度的容差之内垂直于在所述双导体线的所述短接端部附近的所述偶极天线的磁场的方向。
31.根据权利要求25至30中的一项所述的测试布置，其中所述双导体线远离其短接端部的方向在+/-10度或+/-20度的容差之内位于由在所述双导体线的所述短接端部附近的所述偶极天线的磁场的回路所形成的平面内。
32.根据权利要求1至31中的一项所述的测试布置，其中所述探针集成到DUT插口中。
33.根据权利要求1至32中的一项所述的测试布置，其中所述探针集成到探针头中，所述探针头包括用于电接触所述DUT的一个或多个触点。
34.根据权利要求1至33中的一项所述的测试布置，其中所述测试布置包括吸收器(740、1140、1290、1360、1470、1760、1960、2260、2360)。
35.一种用于表征和校准探针及其馈电网络以用于使用根据权利要求1至34中的一项所述的测试布置来在信号频率下对DUT进行后续测量的方法，其中在先前测量中在DUT的天线位置处，所述DUT被导电平面表面或被具有薄介电覆盖层的导电平面表面替代，从而允许测量入射到所述探针及其馈电网络的馈电侧的信号的反射。
36.一种自动化测试设备ATE(510、800、1200)，具有单位点或多位点测试能力，包括根据权利要求1至34中的一项所述的测试布置以及放置在所述测试布置的DUT位置中的DUT。
37.根据权利要求36所述的ATE，其中所述DUT的天线包括在高频率和/或微波频率和/或毫米波频率下的平面天线和/或贴片天线和/或缝隙天线和/或偶极天线。
38.根据权利要求36或37所述的ATE，其中所述DUT包括多个天线。
39.根据权利要求38所述的ATE，其中所述测试布置对于每个天线包括一个或多个探针。
40.一种用于在根据权利要求36至39中的一项所述的ATE中测试包括天线的DUT的方法，其中所述方法包括将包括两个导体的探针定位在所述DUT的天线元件的电抗近场的区域中。
41.一种用于在根据权利要求36至40中的一项所述的ATE中测试包括天线的DUT的方法，其中所述方法包括：分析由所述探针提供的信号，以获得测试结果，其中所述探针提供的信号是基于由所述DUT的天线发送的信号的；和/或将信号馈送到所述探针从而激发所述DUT，以获得测试结果。
42.一种用于在根据权利要求36至41中的一项所述的ATE中测试包括天线的DUT的方法，其中使用根据权利要求1至34中的一项所述的测试布置来执行所述方法。
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