JP2022162743A - アンテナアレイの試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ単体、あるいはアンテナ付きのデバイスをＯＴＡ（OverTheAir）で評価可能な試験装置を提供する。
【解決手段】試験装置１００は、アンテナ素子１２またはアンテナ素子１２を備える機器をＤＵＴ１０としてＯＴＡで検査する。フロントエンドユニット２００は、ＤＵＴ１０のアンテナ素子１２の放射面上の複数の地点と対向して設けられる複数の電界検出素子２１２を含む。複数の電界検出素子２１２はそれぞれ、対応する地点においてＤＵＴ１０が形成する電界を一斉に検出可能である。テスター本体１１０は、フロントエンドユニット２００から、複数の検出信号を受信し、ＤＵＴ１０を評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナアレイの解析、評価に関する。

無線通信の大容量化にともない、ベースバンド信号およびＲＦ信号の広帯域化が進んでいる。第５世代移動通信システムや、次世代の無線ＬＡＮでは、ミリ波帯域のキャリア信号を利用して、数百ＭＨｚ～数ＧＨｚに及ぶ広帯域のベースバンド信号が搬送される。このような高速通信では、ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）が採用される。

特開２００４－０１２４６８号公報 国際公開ＷＯ２０２０－０９１０７１号公報 特開２０１８－００９８４０号公報 特開２００９－２７６０９２号公報 特開２０１９－１１３３５５号公報

本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、アンテナ単体、あるいはアンテナ付きのデバイスをＯＴＡ（Over The Air）で評価可能な試験装置の提供にある。

本開示の態様は、アンテナ素子またはアンテナ素子を備える機器を被試験デバイスとする試験装置に関する。試験装置は、被試験デバイスのアンテナ素子の放射面上の複数の地点と対向して設けられ、それぞれが、対応する地点において被試験デバイスが形成する電界を一斉に検出可能である、複数の電界検出素子を含み、複数の地点の電界を示す複数の検出信号を送信するフロントエンドユニットと、フロントエンドユニットから、複数の検出信号を受信し、被試験デバイスを検査するテスター本体と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、既存のテスター本体に、フロントエンドユニットを追加することで、アンテナ単体あるいはアンテナ付きデバイスをＯＴＡで評価できる。

実施形態に係る試験装置を示す図である。 実施例１に係る試験装置のブロック図である。 実施例２に係る試験装置のブロック図である。 実施例３に係る試験装置のブロック図である。 デジタイザによるアンダーサンプリングを説明する図である。 実施例４に係る試験装置のブロック図である。 実施例５に係る試験装置のブロック図である。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

この概要は、考えられるすべての実施形態の広範な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。

一実施形態に係る試験装置は、アンテナ素子またはアンテナ素子を備える機器を被試験デバイスとして試験する。試験装置は、被試験デバイスのアンテナ素子の放射面上の複数の地点と対向して設けられ、それぞれが、対応する地点において被試験デバイスが形成する電界を一斉に検出可能である、複数の電界検出素子を含み、複数の地点の電界を示す複数の検出信号を送信するフロントエンドユニットと、フロントエンドユニットから、複数の検出信号を受信し、被試験デバイス（アンテナ素子）を検査するテスター本体と、を備える。

フロントエンドユニットは、一般的な半導体デバイスを試験する際のパフォーマンスボードの代替として機能し、複数の電界検出素子を含むフロントエンドユニットと、テスター本体の組み合わせによって試験装置が構成される。フロントエンドユニットからテスター本体に対しては、テスター本体がサポートする形態で、検出信号を伝送することにより、既存のテスター本体を活用して、アンテナ単体あるいはアンテナ付きデバイスをＯＴＡで試験できる。

一実施形態において、複数の検出信号は、複数の電界検出素子の出力をダウンコンバートしたものであってもよい。フロントエンドユニットにおいて、電界を示す検出信号の周波数を、テスター本体が処理可能な周波数帯域まで落として伝送することにより、既存のテスター本体のインタフェースを利用した試験が可能となる。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、複数の検出信号をデジタル化してテスター本体に送信してもよい。この場合、テスター本体は、それ自身が備えるデジタルモジュールを利用して、デジタル化された複数の検出信号を受信し、処理することができる。

一実施形態において、複数の電界検出素子は、複数の電気光学（ＥＯ：Electro-Optic）センサであってもよい。電気光学効果を用いた電気光学センサを用いることで、被試験アンテナの状態を乱さずに電界を測定できる。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、被試験デバイスが放射する電界の第１周波数と異なる第２周波数で変調された光を、複数の電気光学センサに照射する光源と、複数の電気光学センサと対応し、それぞれが、複数の電気光学センサの対応するひとつと作用したプローブ光に応じた光検出信号を生成する、複数の受光素子と、を含んでもよい。複数の検出信号は、複数の光検出信号に応じていてもよい。光検出信号は、第１周波数を、第２周波数をローカル周波数として、ＲＦ信号をダウンコンバージョンした信号となる。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、第１波長と第２波長を含むプローブ光を、複数の電気光学センサに照射する光源と、複数の電気光学センサと対応する複数の受光素子であり、それぞれが、複数の電気光学センサの対応するひとつと作用したプローブ光に応じた光検出信号を生成する、複数の受光素子と、を含んでもよい。複数の検出信号は、複数の受光素子が生成する複数の光検出信号にもとづいていてもよい。光検出信号は、第１波長と第２波長の差分にもとづく周波数をローカル周波数として、ＲＦ信号をダウンコンバージョンした信号となる。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、複数の電気光学センサの出力をデジタル化する複数のＡ／Ｄコンバータと、複数のＡ／Ｄコンバータの出力をテスター本体に送信するインタフェース回路と、を含んでもよい。

一実施形態において、複数の電界検出素子は、複数のセンサーアンテナであってもよい。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、複数のセンサーアンテナに対応する複数のミキサーであって、それぞれが、複数のセンサーアンテナの対応するひとつの出力を、被試験デバイスが放射する電界の第１周波数と異なる第２周波数のキャリア信号とミキシングする複数のミキサーを含んでもよい。複数の検出信号は、複数のミキサーの出力にもとづいていてもよい。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、複数のミキサーの出力をデジタル化する複数のＡ／Ｄコンバータと、複数のＡ／Ｄコンバータの出力をテスター本体に送信するインタフェース回路と、を含んでもよい。

一実施形態において、フロントエンドユニットは、複数のセンサーアンテナが生成する複数の信号をアンダーサンプリングするデジタイザを含んでもよい。複数の検出信号は、デジタイザの出力にもとづいていてもよい。

一実施形態において、テスター本体は、複数の検出信号にもとづいて、被試験デバイスが放射する遠方界を算出してもよい。

一実施形態において、テスター本体は、複数の検出信号それぞれを直交復調する直交復調器を備えてもよい。検出信号を直交復調することで、複数の電界検出素子それぞれが受信した電界の位相を取得できる。

（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、実施形態に係る試験装置１００を示す図である。試験装置１００の試験対象（ＤＵＴ（被試験デバイス）１０は、一つまたは複数（ｍ個）のアンテナ素子１２を備える。この例では、ｍ＝８個のアンテナ素子１２＿１～１２＿ｍは、アンテナアレイを形成している。ＤＵＴ１０は、アンテナアレイそのものであってもよいし、アンテナアレイ付きのトランシーバデバイス（ＡＩＰ：Antenna-In-Package）であってもよい。なお、図１では、ＤＵＴ１０を上向きに配置しているが、試験中におけるＤＵＴ１０の姿勢は問わない。

試験装置１００は、ＤＵＴ１０のアンテナアレイを、ＯＴＡで測定する。試験装置１００は、テスター本体１１０と、フロントエンドユニット２００を備える。

テスター本体１１０は、メモリ、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）を測定するために使用されるＡＴＥ（Automatic Testing Equipment）の本体部分であり、標準的なテスターが備える機能、ハードウェアを備えている。具体的には、テストプログラムを実行し、テストプログラムに基づいた試験信号を発生し、また試験信号に応答してＤＵＴが発生する信号を受信し、受信した信号を処理する機能を備える。

メモリ、ＬＳＩ、ＩＣをＤＵＴとする試験では、テスター本体１１０は、テストヘッドとともに使用される。テストヘッドには、ピンエレクトロニクスカード（ボード）が設けられ、ピンエレクトロニクスカードは、パフォーマンスボードを介してＤＵＴと接続される。

図１の試験装置１００は、パフォーマンスボードの代わりに、フロントエンドユニット２００を備える。

フロントエンドユニット２００は、複数（ｎ個）の電界検出素子２１２＿１～２１２＿ｎを含む検出素子アレイ２１０を備える。複数の電界検出素子２１２は、ＤＵＴ１０のアンテナ素子１２の放射面Ｓ上の複数の地点と対向して設けられ、それぞれが、対応する地点においてＤＵＴ１０が形成する電界（近傍界）を一斉に検出可能である。この例では、１個のアンテナ素子１２あたりｋ＝４地点の電界強度が検出できるように、ｎ＝ｍ×ｋ＝８×４＝３２個の電界検出素子２１２が設けられており、合計で３２地点の電界が測定される。

フロントエンドユニット２００は、複数の電界検出素子２１２＿１～２１２＿ｎに加えて、フロントエンド回路２２０を備える。フロントエンド回路２２０は、複数の電界検出素子２１２＿１～２１２＿ｎの出力を処理し、複数の地点の電界を示す複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎをケーブル１０２を介してテスター本体１１０に送信する。

テスター本体１１０は、フロントエンドユニット２００から、複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを受信し、ＤＵＴ１０を検査する。

ＤＵＴ１０のアンテナ素子１２が発生する電界（電波）は、無線通信方式に依存するが、数ＧＨｚ～数十ＧＨｚのオーダーのＲＦ（Radio Frequency）信号である。このような高い周波数を、ケーブル１０２を介して伝送すると、波形歪みやノイズの影響で、正しくテスター本体１１０に送信することができない。一般的なテスター本体１１０は、数ＧＨｚ～数十ＧＨｚのＲＦ信号を受信するインタフェースを有していない。

そこで、本実施形態では、複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを、複数の電界検出素子２１２の出力をダウンコンバートしたものとし、テスター本体１１０の既存のハードウェアが受信可能なものとする。これにより既存のテスター本体１１０の活用が可能となる。ここでいう既存のハードウェアとは、たとえばデジタルモジュールでありうる。

テスター本体１１０には、ハードウェアとして、Ａ／Ｄコンバータを備えるものがあるが、そのチャンネル数はそれほど多くない場合がある。あるいは、電界検出素子２１２の個数ｎをカバーする多チャンネルのＡ／Ｄコンバータを備えるモジュールは高価である。

そこでフロントエンドユニット２００は、複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎをデジタル化してテスター本体１１０に送信する。これにより、テスター本体１１０には、多チャンネルのＡ／Ｄコンバータが不要となる。

以上が試験装置１００の基本構成である。続いてその動作を説明する。

ＤＵＴ１０の試験に際して、テスター本体１１０は、ＤＵＴ１０を動作させ、複数のアンテナ素子１２＿１～１２＿ｍから電波を放射させる。ＤＵＴ１０がアンテナの場合、アンテナの入力に、フロントエンドユニット２００から、適切な周波数を有するＲＦ信号を入力すればよい。ＲＦ信号は、無変調の正弦波を用いることができるがその限りでなく、変調された信号としてもよい。

ＤＵＴ１０が、ＡＩＰの場合、ＤＵＴ１０に制御信号ＣＮＴを与えて、ＤＵＴ１０をテストモードに設定し、ＡＩＰが内蔵するオシレータを動作させて、アンテナ素子１２＿１～１２＿ｍから電波を放射させる。

複数の電界検出素子２１２＿１～２１２＿ｎは、それぞれのアンテナ面に入射する電波（近傍界）に応じた信号を出力する。フロントエンド回路２２０は、複数の電界検出素子２１２の出力信号を受け、テスター本体１１０が受信可能な検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎに変換して、テスター本体１１０に送信する。上述のように、フロントエンド回路２２０は、周波数ダウンコンバートし、デジタル化された検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを生成してもよい。

テスター本体１１０は、フロントエンドユニット２００からの複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを受信し、それらを処理することで、ＤＵＴ１０の特性を評価する。好ましくはｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の検出信号Ｓｄｉは、ＤＵＴ１０のアンテナ表面の対応する地点における電界強度と電界の位相情報を有しており、テスター本体１１０は、複数の地点における電界強度と位相情報を計算することができる。さらにテスター本体１１０は、複数の地点における電界強度や位相情報、すなわち近傍界から、遠方界を推定してもよい。近傍界から遠方界を推定する方法やアルゴリズムは公知技術を用いればよい。

以上が試験装置１００の動作である。

まとめると、フロントエンドユニット２００は、一般的な半導体デバイスを試験する際のパフォーマンスボード（場合によってはテストヘッドの一部）の代替として機能し、フロントエンドユニット２００と、テスター本体１１０の組み合わせによって試験装置１００が構成される。フロントエンドユニット２００からテスター本体１１０に対しては、テスター本体がサポートする形態で、検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを伝送することにより、既存のテスター本体１１０を活用して、アンテナ単体あるいはアンテナ付きデバイスをＯＴＡで試験できる。

本開示は、図１のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

（実施例１）
図２は、実施例１に係る試験装置１００Ａのブロック図である。フロントエンドユニット２００Ａは、上述のように、検出素子アレイ２１０およびフロントエンド回路２２０を備える。フロントエンド回路２２０は、周波数ダウンコンバータ２３０、デジタイザ２４０、インタフェースモジュール２５０を備える。

複数の電界検出素子２１２＿１～２１２＿ｎにおいて生成される信号（初期信号ともいう）Ｓａ１～Ｓａｎは、アンテナ素子１２が放射する電波の周波数（キャリア周波数ｆｃ）と同じ周波数（数ＧＨｚ～数十ＧＨｚ）を有している。

この実施例１では、電界検出素子２１２として、電気的なアンテナ（本明細書ではＤＵＴのアンテナと区別するため、センサアンテナという）を用いることができる。センサアンテナとしては、マイクロストリップアンテナが好適であり、たとえばパッチアンテナを用いることができる。各電界検出素子（センサアンテナ）２１２は、対応する地点における電波（電磁界）を受け、センサアンテナのコイルは、電磁界に応じた強度および位相を有する電気信号（コイル電圧あるいはコイル電流）を生成する。つまりセンサアンテナを用いる場合、コイル電圧あるいはコイル電流が、初期信号Ｓａとなり、初期信号Ｓａは、キャリア周波数ｆｃを有する。

周波数ダウンコンバータ２３０は、この高周波の初期信号Ｓａ１～Ｓａｎを、テスター本体１１０Ａが処理可能な周波数Δｆにダウンコンバートし、中間信号Ｓｂ１～Ｓｂｎを生成する。

周波数ダウンコンバータ２３０は、オシレータ２３２、分配器２３４、複数ｎ個のミキサー回路２３６＿１～２３６＿ｎを含む。オシレータ２３２は、キャリア周波数ｆｃとの差分がΔｆである周波数（たとえばｆ－Δｆ）を有するＲＦ信号を生成する。

分配器２３４はＲＦ信号を、複数のミキサー回路２３６＿１～２３６＿ｎに分配する。またこのＲＦ信号は、ＤＵＴ１０の入力に供給されてもよく、この場合、ＤＵＴ１０は試験時に、フロントエンドユニット２００Ａから受信したＲＦ信号を、アンテナ素子１２から放射することができる。

ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）のミキサー回路２３６＿ｉは、対応する電界検出素子２１２＿ｉが生成する初期信号Ｓａｉを、ＲＦ信号と乗算すなわち周波数ミキシングし、周波数がΔｆである中間信号Ｓｂｉにダウンコンバートする。

デジタイザ２４０は、周波数ダウンコンバータ２３０が生成した複数の中間信号Ｓｂ１～Ｓｂｎを、デジタルの検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎに変換する。

デジタイザ２４０は、オシレータ２４２、分配器２４４、フィルタ２４６、複数ｎ個のＡ／Ｄコンバータ２４８＿１～２４８＿ｎを備える。

オシレータ２４２は、サンプリング周波数Ｆｓを有するサンプリング信号を生成する。サンプリング周波数Ｆｓは、Δｆの二倍より高く定められる。

分配器２４４は、サンプリング信号を、複数のＡ／Ｄコンバータ２４８＿１～２４８＿ｎに分配する。Ａ／Ｄコンバータ２４８の前段には、フィルタ２４６が挿入される。

ｉ番目のＡ／Ｄコンバータ２４８＿ｉは、サンプリング信号と同期して、フィルタリング後の対応する中間信号Ｓｂｉを、デジタルの検出信号Ｓｄｉに変換する。

インタフェースモジュール２５０は、デジタル化された複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを、テスター本体１１０Ａに送信する。

テスター本体１１０Ａは、インタフェースモジュール１１２、直交復調器１２０および信号処理部１３０を備える。

インタフェースモジュール１１２は、デジタル化された複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを受信する。インタフェースモジュール１１２はデジタルモジュールとも称され、所定の期間にわたり受信した複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを、波形データとしてキャプチャする。

たとえば、ＤＵＴ１０が放射する電波が、変調されない正弦波である場合、複数の初期信号Ｓａ１～Ｓａｎは、同じ周波数ｆｃの正弦波となり、強度および位相は、信号ごとに異なっている。ダウンコンバートされた中間信号Ｓｂ１～Ｓｂｎは、同じ周波数Δｆの正弦波となり、強度および位相は、信号ごとに異なっている。テスター本体１１０Ａが受信する検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎはそれぞれ、周波数Δｆを有する中間信号Ｓｂ１～Ｓｂｎの波形データである。

直交復調器１２０は、複数の検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎそれぞれを直交復調する。つまり、直交復調器１２０によって、中間信号Ｓｂ１～Ｓｂｎは、Ｉ成分とＱ成分を含む、あるいは振幅情報と位相情報を含むベースバンド信号ＢＢ１～ＢＢｎに変換される。Ｉ成分とＱ成分は、振幅情報、位相情報と等価であり、もとの電界検出素子２１２の地点における電界強度および位相を表す。なお、直交復調器１２０は、ハードウェアとして実装してもよいし、ソフトウェアとＣＰＵ（演算処理装置）の組み合わせで実装してもよい。

なお、アンテナのＯＴＡ試験では、ＤＵＴ１０のアンテナ面の複数の地点における相対的な位相が分かればよいため、複数のチャンネルＣＨ１～ＣＨｎの相対的な位相が揃っていればよく、直交復調器１２０は、フロントエンドユニット２００ＡやＤＵＴ１０と、非同期で動作して構わない。つまり試験装置１００Ａとフロントエンドユニット２００Ａの高精度な位相合わせが不要であるという利点がある。

信号処理部１３０は、複数の地点における電界強度・位相情報を示すベースバンド信号ＢＢ１～ＢＢｎを処理し、ＤＵＴ１０の特性を評価する。信号処理部１３０の処理内容は特に限定されず、ＤＵＴ１０の評価したい特性に応じて定めればよい。

たとえば信号処理部１３０は、キャリブレーション処理部１３２および近傍界－遠方界変換処理部１３４を含む。信号処理部１３０は、ハードウェア的にはＣＰＵなどのプロセッサであり、キャリブレーション処理部１３２および近傍界－遠方界変換処理部１３４は、プロセッサがソフトウェアプログラム（テストプログラム）を実行することにより奏される機能を表す。

キャリブレーション処理部１３２は、電界検出素子２１２として用いるセンサアンテナの構造にもとづく特性、複数のセンサアンテナ間の干渉、センサアンテナとアンテナ素子１２の間の干渉などを補正する。補正の対象はベースバンド信号であってもよいし、ベースバンド信号から得られる近傍界の電界分布であってもよい。

たとえばＤＵＴ１０の遠方界の情報が必要な場合、近傍界－遠方界変換処理部１３４が設けられる。近傍界－遠方界変換処理部１３４は、近傍界を遠方界に変換する。近傍界－遠方界変換処理部１３４のアルゴリズムは公知技術を用いればよい。

（実施例２）
図３は、実施例２に係る試験装置１００Ｂのブロック図である。実施例１では、直交復調器１２０がテスター本体１１０Ａに実装されていたが、実施例２では、直交復調器２６０がハードウェアとして実装される。

直交復調器２６０は、デジタイザ２４０の出力Ｓｄ１～Ｓｄｎそれぞれを直交復調し、デジタルのベースバンド信号ＢＢ１～ＢＢｎを生成する。インタフェースモジュール２５０は、デジタルベースバンド信号ＢＢ１～ＢＢｎを、検出信号としてテスター本体１１０Ｂに送信する。

なお、図３の構成では、デジタイザ２４０の後段に直交復調器２６０を設けているがその限りでなく、デジタイザ２４０の前段に直交復調器２６０を設けて、直交復調器２６０によってアナログのベースバンド信号を生成し、デジタイザ２４０によってデジタルのベースバンド信号に変換してもよい。

（実施例３）
図４は、実施例３に係る試験装置１００Ｃのブロック図である。フロントエンドユニット２００Ｃは、デジタイザ２７０を備える。一般的なデジタイザ（Ａ／Ｄコンバータ）は、ナイキスト定理にもとづいて、入力信号の最大周波数よりも二倍以上高いサンプリングレートで動作するが、このデジタイザ２７０は、アンダーサンプリングの原理を利用して、複数の初期信号Ｓａ１～Ｓａｎをデジタル化し、デジタルの検出信号Ｓｅ１～Ｓｅｎを生成する。

図５は、デジタイザ２７０によるアンダーサンプリングを説明する図である。初期信号Ｓａは、キャリア周波数ｆ_ｃを有しており、その周期（キャリア周期）は１／ｆ_ｃである。デジタイザ２７０は、キャリア周期の整数ｋ倍の時間Ｔよりも、τだけ長いサンプリング周期（Ｔ＋τ）で、初期信号Ｓａをサンプリングする。デジタイザ２７０により得られる検出信号Ｓｅは、初期信号Ｓａと同じ波形を有し、周波数ダウンコンバージョンした信号となり、これは、実施例１における信号Ｓｄ１～Ｓｄｎに相当する。

この構成によれば、周波数ミキサーなどが不要となる。

実施例３において、フロントエンドユニット２００Ｃのデジタイザ２７０の後段に直交復調器２６０を設けて、信号Ｓｅをベースバンド信号ＢＢに変換し、テスター本体１１０に送信するようにしてもよい。

（実施例４）
図６は、実施例４に係る試験装置１００Ｄのブロック図である。
実施例４では、電界検出素子２１２として、アンテナに代えて、電気光学（ＥＯ）センサを用いる。つまり検出素子アレイ２１０は、複数のＥＯセンサ２１３を含む。フロントエンドユニット２００Ｄはさらに、光源２８０および複数の受光素子２９０＿１～２９０＿ｎを備える。

光源２８０は、複数のＥＯセンサ２１３＿１～２１３＿ｎに対して、キャリア周波数ｆ_ｃと異なるローカル周波数ｆ_ＬＯ＝ｆ_ｃ－Δｆで変調されたプローブ光Ｌａ１～Ｌａｎを照射する。光源２８０は、ｎ個の発光ユニット２８２を含み、発光ユニット２８２ごとに、プローブ光Ｌａ１～Ｌａｎの強度や変調周波数を設定可能であってもよい。発光ユニット２８２は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）などの半導体レーザであってもよく、光源２８０はＶＣＳＥＬアレイであってもよい。

複数の受光素子２９０＿１～２９０＿ｎは、複数のＥＯセンサ２１３＿１～２１３＿ｎに対応する。ｉ番目の受光素子２９０＿ｉは、対応するＥＯセンサ２１３＿ｉと作用したプローブ光Ｌｂｉを受光し、受光したプローブ光Ｌｂｉの強度を示す光検出信号Ｓｆｉを生成する。複数の受光素子２９０＿１～２９０＿ｎとしてはフォトディテクタのアレイやフォトダイオードのアレイを用いてもよいし、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを用いてもよい。

デジタイザ２４０は、複数の光検出信号Ｓｆ１～Ｓｆｎをデジタル信号に変換する。インタフェースモジュール２５０は、デジタル化された光検出信号Ｓｄ１～Ｓｄｎを、テスター本体１１０に送信する。

受光素子２９０＿１～２９０＿ｎが生成する光検出信号Ｓｆ１～Ｓｆｎは、ＥＯセンサが受ける電磁波の周波数ｆ_ｃを、｜ｆ_ｃ－ｆ_ＬＯ｜＝Δｆにダウンコンバートした信号となる。つまり、実施例１における周波数ダウンコンバータ２３０の機能が、光源２８０と受光素子２９０＿１～２９０＿ｎによって実現される。

（実施例５）
図７は、実施例５に係る試験装置１００Ｅのブロック図である。実施例５では、光源２８０は、異なる２つの波長λ１，λ２のＣＷ光を混合することによりプローブ光Ｌａ１～Ｌａｎを生成する。発光ユニット２８２は、第１波長λ１で発振する第１レーザ２８４と、第２波長λ２で発振するレーザ２８６と、２つのＣＷレーザ光を合波する光カプラ２８８を含んでもよい。

実施例５では、プローブ光を変調する代わりに、波長の異なる２つのＣＷレーザ光を合成したものをプローブ光としても用いる。これにより、２つの波長λ１とλ２の差分に応じた周波数を、ローカル周波数ｆ_ＬＯとして、ダウンコンバージョンすることができる。

実施例４や実施例５において、光検出信号Ｓｆの周波数Δｆが、テスター本体１１０が処理可能な周波数よりも高い場合には、デジタイザ２４０の前段に、図２の周波数ダウンコンバータ２３０を挿入して、さらに周波数を下げてもよい。

あるいは、デジタイザ２４０に代えて、図４に示すアンダーサンプリングにもとづくデジタイザ２７０を用いて、さらに周波数を低下させてもよい。

実施例４あるいは実施例５において、デジタル出力の受光素子２９０を用いてもよく、その場合、デジタイザ２４０の機能は受光素子２９０に組み込まれることとなる。

実施例４や実施例５においても、直交復調器をフロントエンドユニット２００Ｄに設けてもよい。

実施例４や実施例５において、光源２８０を、複数ｎ個の発光ユニット２８２に分割したがその限りでなく、１個の光源として構成してもよい。この場合、実質的に一様な強度分布を有するプローブ光を、検出素子アレイ２１０全体に照射してもよい。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

１００ 試験装置
１０ ＤＵＴ
１２ アンテナ素子
１１０ テスター本体
１１２ インタフェースモジュール
１２０ 直交復調器
１３０ 信号処理部
１３２ キャリブレーション処理部
１３４ 近傍界－遠方界変換処理部
２００ フロントエンドユニット
２１０ 検出素子アレイ
２１２ 電界検出素子
２２０ フロントエンド回路
２３０ 周波数ダウンコンバータ
２３２ オシレータ
２３４ 分配器
２３６ ミキサー回路
２４０ デジタイザ
２４２ オシレータ
２４４ 分配器
２４６ フィルタ
２４８ Ａ／Ｄコンバータ
２５０ インタフェースモジュール
２６０ 直交復調器
２７０ デジタイザ
２８０ 光源
２８２ 発光ユニット
２９０ 受光素子

Claims (13)

1. アンテナ素子またはアンテナ素子を備える機器を被試験デバイスとする試験装置であって、
   前記被試験デバイスの前記アンテナ素子の放射面上の複数の地点と対向して設けられ、それぞれが、対応する地点において前記被試験デバイスが形成する電界を一斉に検出可能である、複数の電界検出素子を含み、前記複数の地点の電界を示す複数の検出信号を送信するフロントエンドユニットと、
   前記フロントエンドユニットから、前記複数の検出信号を受信し、前記被試験デバイスを検査するテスター本体と、
   を備えることを特徴とする試験装置。
2. 前記複数の検出信号は、前記複数の電界検出素子の出力をダウンコンバートしたものであることを特徴とする請求項１に記載の試験装置。
3. 前記フロントエンドユニットは、前記複数の検出信号をデジタル化して前記テスター本体に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の試験装置。
4. 前記複数の電界検出素子は、複数の電気光学センサであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の試験装置。
5. 前記フロントエンドユニットは、
   前記被試験デバイスが放射する電界の第１周波数と異なる第２周波数で変調されたプローブ光を、前記複数の電気光学センサに照射する光源と、
   前記複数の電気光学センサと対応する複数の受光素子であり、それぞれが、前記複数の電気光学センサの対応するひとつと作用した前記プローブ光に応じた光検出信号を生成する、複数の受光素子と、
   を含み、
   前記複数の検出信号は、前記複数の受光素子が生成する複数の前記光検出信号にもとづいていることを特徴とする請求項４に記載の試験装置。
6. 前記フロントエンドユニットは、
   第１波長と第２波長を含むプローブ光を、前記複数の電気光学センサに照射する光源と、
   前記複数の電気光学センサと対応する複数の受光素子であり、それぞれが、前記複数の電気光学センサの対応するひとつと作用した前記プローブ光に応じた光検出信号を生成する、複数の受光素子と、
   を含み、
   前記複数の検出信号は、前記複数の受光素子が生成する複数の前記光検出信号にもとづいていることを特徴とする請求項４に記載の試験装置。
7. 前記フロントエンドユニットは、
   前記複数の電気光学センサの出力をデジタル化する複数のＡ／Ｄコンバータと、
   前記複数のＡ／Ｄコンバータの出力を前記テスター本体に送信するインタフェース回路と、
   を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の試験装置。
8. 前記複数の電界検出素子は、複数のセンサーアンテナであることを特徴とする請求項１に記載の試験装置。
9. 前記フロントエンドユニットは、
   前記複数のセンサーアンテナに対応する複数のミキサーであって、それぞれが、前記複数のセンサーアンテナの対応するひとつの出力を、前記被試験デバイスが放射する電界の第１周波数と異なる第２周波数のキャリア信号とミキシングする複数のミキサーを含み、
   前記複数の検出信号は、前記複数のミキサーの出力にもとづいていることを特徴とする請求項８に記載の試験装置。
10. 前記フロントエンドユニットは、
    前記複数のミキサーの出力をデジタル化する複数のＡ／Ｄコンバータと、
    前記複数のＡ／Ｄコンバータの出力を前記テスター本体に送信するインタフェース回路と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の試験装置。
11. 前記フロントエンドユニットは、前記複数のセンサーアンテナが生成する複数の信号をアンダーサンプリングするデジタイザを含み、
    前記複数の検出信号は、前記デジタイザの出力にもとづいていることを特徴とする請求項８に記載の試験装置。
12. 前記テスター本体は、前記複数の検出信号にもとづいて、前記被試験デバイスが放射する遠方界を算出することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の試験装置。
13. 前記テスター本体は、前記複数の検出信号それぞれを直交復調する直交復調器を備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の試験装置。

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