CN115494311A - 封装天线相控阵列辐射场型评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封装天线相控阵列辐射场型评估系统，包括一辐射场型量测设备及一运算单元。该辐射场型量测设备量测出一第j取样点处该第1～N号子天线所依序对应产生的N(＞3)个量测电场振幅G_i＝1～N，及N个量测电场相位θ_i＝1～N。该运算单元将每一个该量测电场相位θ_i与一输入相移Δθ_i相加后得到一更新相位θ′_i，并且，将每一个该量测电场振幅G_i与一振幅比例系数S_i相乘后得到一权重调整振幅G′_i，且计算该封装天线的一评估阵列增益G_array，G′_i＝S_i×G_i，θ′_i＝θ_i+Δθ_i，

通过运算就能评估封装天线的相控阵列辐射场型，避免传统技术量测设备导入误差的问题。

Description

封装天线相控阵列辐射场型评估系统

技术领域

本发明涉及一种量测系统，具体地，涉及一种快速评估封装天线相控阵列辐射场型的系统。

背景技术

近年5G在FR1已实现商业化的脚步，随之而来的是FR2更高频的mmWave波段应用，产业为解决高频讯号衰弱以及考量传播距离短的限制，在行动终端(如智慧型手机)采用的是封装天线AiP(Antenna in Package)对策，并且，随着5G毫米波AiP广泛地导入智慧型手机中，及智慧驾驶驱动车用毫米波雷达的高度需求，可预见地，在接下来的3至5年AiP的需求将出现爆发性的成长。

尽管AiP的上中下游市场商机在可预见的庞大，但其属高技术门槛的新兴商机，仍缺乏一套快速且准确的评估AiP采用相控阵列技术时其辐射场型随着不同振幅与相位变化的评估系统。

参阅图1，一个完整的封装天线AiP包括天线元件辐射层L1、传导线路层L2，及射频晶片RFIC。射频晶片RFIC通过传导线路层L2给予该些天线元件对应的振幅及相位权重，使天线元件辐射层L1的辐射场型对应该些振幅及相位权重而变化。

参阅图2，现有AiP开发阶段时是利用如的AiP相控阵列的测试系统，其包括功率放大器单元PA、多个相移器PS，及多条同轴传输线1。功率放大器单元PA决定每一天线贴片的输出讯号的振幅，该些相移器PS改变该些天线贴片的输出讯号的相位，这样的习知技术存在以下缺点︰

(1)、每一相移器PS与天线贴片13之间是以等长度的一条同轴传输线1连接，理论上相同型号且等长的同轴传输线1应具有相同的路径损号且无相位差，但实际上每条同轴传输线1都需要以网路分析仪量测，微调长度以缩小彼此间的相位差。

(2)、每一条同轴传输线1的电长度是对应频率变化的值，举例来说，即使在28GHz这些传输线经过调整其等相位差终于趋近相似，但在不同频率时同轴传输线的特性会随频率而变化，且相位差的变化趋势与频率之间对应关系不规律，因此某些在28GHz电长度较长应剪短的同轴传输线1很可能在39GHz却是电长度较短应增长的同轴传输线1，因测试需求所引入的该些同轴传输线1却引入量测误差。

(3)、此外，该些同轴传输线1的接头11与焊接点12也都会造成不同的振幅及相位影响，甚至该些相移器PS彼此间也存在差异。

综上所述，以外接的实体的量测设备10去调控该些天线贴片13的振幅及相位进而直接量测波束成型后的辐射场型会因为量测设备10本身而引入误差，导致量测出来的结果与产品实际运作时的效能不同。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种结合量测与运算的封装天线相控阵列辐射场型评估系统。

本发明封装天线相控阵列辐射场型评估系统，应用于一封装天线，封装天线包括N个子天线，依序编号为第1～N号子天线，评估系统包括辐射场型量测设备及运算单元。

辐射场型量测设备量测出一第j取样点处该第1～N号子天线所依序对应产生的N个量测电场振幅G_i＝1～N，及N个量测电场相位θ_i＝1～N。

运算单元将每一个量测电场相位θ_i与一输入相移Δθ_i相加后得到一更新相位θ′_i，并且，将每一个量测电场振幅G_i与一个振幅比例系数S_i相乘后得到一个权重调整振幅G′_i，且计算封装天线的评估阵列增益G_array，如下：

G′_i＝S_i×G_i，θ′_i＝θ_i+Δθ_i，

较佳地，辐射场型量测设备包括相电连接的探针及场型量测单元，探针依序碰触量测该些子天线，并量测得到该N个量测电场振幅G_i＝1～N，及该N个量测电场相位θ_i＝1～N。

较佳地，当第1～N号子天线输入的N个讯号大小比例依序为A₁～A_N时，则该振幅比例系数S_i如下：

较佳地，N＝4，A₁＝1、A₂＝2、A₃＝2、A₄＝1，该4个振幅比例系数依序如下：

较佳地，N＝4，A₁＝1、A₂＝1、A₃＝1、A₄＝1，该4个振幅比例系数依序如下：

较佳地，参数j＝1～K，该K个取样点是彼此间隔并共同位于预设的一空间球面上。

较佳地，运算单元更将第j取样点的座标位置与相对应的该评估阵列增益G_array作图，得到一波束成型辐射场型图。

较佳地，辐射场型量测设备是采用缩距天线量测场(Compact Antenna TestRange,CATR)技术去量测封装天线。

较佳地，辐射场型量测设备是采用直接远场(Direct Far Field,DFF)技术去量测封装天线。

较佳地，辐射场型量测设备是采用近场转换到远场(Near Field to Far FieldTransformation,NFTF)技术去量测封装天线。

本发明之效果在于：

(1)、结合量测与运算，可以从每一个独立的子天线量测得到的量测电场振幅与量测电场相位，结合数值运算给定的任意比例的该些振幅比例系数与该些输入相移，以数值运算免除外加的量测设备及元件，例如传统的同轴传输线，因此能免除外加的量测设备及元件不一致所引入的量测误差。

(2)、缩短量测时间，省去外接实体的该量测设备(见图2)所需要的时间。

(3)、节省成本，现有的OTA天线量测设备已具有量测子天线的量测电场振幅与相位的功能，因此只要进一步结合运算单元，就能评估如何控制该些子天线的收发讯号振幅相位，以达到相控阵列辐射场型评估的目的。

附图说明

图1是完整封装天线的示意图。

图2是相控阵列的测试系统的示意图。

图3是本发明的较佳实施例的示意图。

图4是封装天线的示意图。

图5是球座标取样点分布的示意图。

图6是XZ平面的波束成型辐射场型图。

图7是YZ平面的波束成型辐射场型图。

图8是本发明的较佳实施例采用直接远场或近场转换到远场技术的示意图。

具体实施方式

参阅图3，本发明封装天线相控数组辐射场型评估系统的较佳实施例包括辐射场型量测设备20及运算单元30。

较佳实施例应用于封装天线2，封装天线2包括N个子天线21，参数N是大于3以上的整数，依序编号为第1～N号子天线21，较佳实施例可以综合量测及运算评估出该些子天线21被给定不同的振幅比例及输入相移后的评估数组增益及辐射场型。

该辐射场型量测设备20量测出一第j取样点处第1～N号子天线21所依序对应产生的N个量测电场振幅G_i＝1～N，及N个量测电场相位θ_i＝1～N。辐射场型量测设备20可以是采用如图3的缩距天线量测场(Compact Antenna Test Range,CATR)技术去量测封装天线2。

参阅图3及图4，运算单元30将每一个该量测电场相位θ_i与输入相移Δθ_i相加后得到更新相位θ′_i，并且，将每一个量测电场振幅G_i与振幅比例系数S_i相乘后得到权重调整振幅G′_i，且计算封装天线2的评估数组增益G_array，如下：

G′_i＝S_i×G_i，θ′_i＝θ_i+Δθ_i，

辐射场型量测设备20包括相电连接的探针3及场型量测单元4。探针3依序碰触量测该些子天线21，并量测得到该N个量测电场振幅G_i＝1～N，及该N个量测电场相位θ_i＝1～N。

当第1～N号子天线21输入的N个讯号大小比例依序为A₁～A_N时，则振幅比例系数S_i如下：

举例说明，该些子天线21的数目为4，且功率分配是1:2:2:1，则A₁＝1、A₂＝2、A₃＝2、A₄＝1，4个振幅比例系数依序如下：

若该些子天线21是等功率分配1:1:1:1，则A₁＝1、A₂＝1、A₃＝1、A₄＝1，4个振幅比例系数依序如下：

参阅图5，参数j＝1～K，该K个取样点是彼此间隔并共同位于预设的一个空间球面上，运算单元30更将第j取样点01的坐标位置与相对应的评估数组增益G_array作图，得到波束成型辐射场型图。

参阅图6，上图(a)是个别的对每一个子天线21量测得到的量测电场振幅G₁、G₂、G₃、G₄对应不同位置的取样点01的坐标位置变化而得到的曲线图，横轴是与Z轴夹角从-180度到180度的角度变化，该些第1～K取样点01是分布在XZ平面；中图(b)是量测电场相位θ₁、θ₂、θ₃、θ₄对应不同位置的取样点01的坐标位置变化而得到的曲线图，横轴同样是与Z轴夹角从-180度到180度的角度变化，更进一步说明，对第j取样点01的位置会量测到该量测电场振幅G_i与相对应的该量测电场相位θ_i，且由于j是从1～K的变量，所以若K＝360，则第1～360取样点01就可以平均分散在XZ平面，且相邻两取样点01彼此间隔1度(对应球坐标)；下图(c)是该运算单元利用前述算式将第j取样点的坐标位置与相对应的评估数组增益G_array作图，得到波束成型辐射场型图。

参阅图7，与图6近似，差异在于该些第1～K取样点01是分布在YZ平面。

另外需补充说明的是，本实施例除了可以采用如图3所示的缩距天线量测场(Compact Antenna Test Range,CATR)技术去量测该封装天线2，还可以采用如图8所示的直接远场(Direct Far Field,DFF)及近场转换到远场(Near Field to Far FieldTransformation,NFTF)技术去量测封装天线2。

本发明有益的功效在于：

(1)、结合量测与运算，可以从每一个独立的子天线21量测得到的量测电场振幅G_i＝1～N与量测电场相位θ_i＝1～N，结合数值运算给定的任意比例的该些振幅比例系数S_i＝1～N与该些输入相移Δθ_i＝1～N，以数值运算免除外加的量测设备及组件，例如同轴传输线1，因此能免除外加的量测设备及组件不一致所引入的量测误差。

(2)、缩短量测时间，省去外接实体的量测设备10(见图2)所需要的时间。

(3)、节省成本，现有的OTA天线量测设备已具有量测子天线21的量测电场振幅与量测电场相位的功能，因此只要进一步结合运算单元30，就能评估如何控制该些子天线21的收发任意的讯号振幅相位后的相控数组辐射场型。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

附图标记

AiP 封装天线

RFIC 射频芯片

L1 天线组件辐射层

L2 传导线路层

PA 功率放大器单元

PS 多个相移器

1 同轴传输线

11 接头

12 焊接点

10 量测设备

13 天线贴片

2 封装天线

21 子天线

20 辐射场型量测设备

30 运算单元

3 探针

4 场型量测单元

01 取样点

Claims (10)

1.一种封装天线相控阵列辐射场型评估系统，应用于一封装天线，该封装天线包括N个子天线，参数N是大于3的整数，该些子天线依序编号为第1～N号子天线，该评估系统包括：

一辐射场型量测设备，量测出一第j取样点处该第1～N号子天线所依序对应产生的N个量测电场振幅G_i＝1～N，及N个量测电场相位θ_i＝1～N；及

一运算单元，将每一个该量测电场相位θ_i与一输入相移Δθ_i相加后得到一更新相位θ′_i，并且，将每一个该量测电场振幅G_i与一振幅比例系数S_i相乘后得到一权重调整振幅G′_i，且计算该封装天线的一评估阵列增益G_array，如下：

G′_i＝S_i×G_i，θ′_i＝θ_i+Δθ_i，

2.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该辐射场型量测设备包括：

相电连接的一探针及一场型量测单元，该探针依序碰触量测该些子天线，并量测得到该N个量测电场振幅G_i＝1～N，及该N个量测电场相位θ_i＝1～N。

3.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，当第1～N号子天线输入的N个讯号大小比例依序为A₁～A_N时，则该振幅比例系数S_i如下：

4.如权利要求3所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，N＝4，A₁＝1、A₂＝2、A₃＝2、A₄＝1，该4个振幅比例系数依序如下：

5.如权利要求3所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，N＝4，A₁＝1、A₂＝1、A₃＝1、A₄＝1，该4个振幅比例系数依序如下：

6.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该参数j＝1～K，该K个取样点是彼此间隔并共同位于预设的一空间球面上。

7.如权利要求6所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该运算单元更将第j取样点的座标位置与相对应的该评估阵列增益G_array作图，得到一波束成型辐射场型图。

8.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该辐射场型量测设备是采用缩距天线量测场(Compact Antenna Test Range,CATR)技术去量测该封装天线。

9.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该辐射场型量测设备是采用直接远场(Direct Far Field,DFF)技术去量测该封装天线。

10.如权利要求1所述的封装天线相控阵列辐射场型评估系统，其特征在于，该辐射场型量测设备是采用近场转换到远场(Near Field to Far Field Transformation,NFTF)技术去量测该封装天线。

Images