TWI759631B

TWI759631B - 天線測試模組及其操作方法

Info

Publication number: TWI759631B
Application number: TW108133923A
Authority: TW
Inventors: 王彥淳
Original assignee: 台灣福雷電子股份有限公司
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-04-01
Also published as: CN112051457A; US11085958B2; US20200386802A1; TW202045937A; TWM595759U

Abstract

本發明提供一種天線測試模組，其包括一箱子、該箱子內之一平台及至少部分地在該箱子內之一偵測模組。該箱子經組態以容納一受測裝置(DUT)。該平台經組態以固持該DUT。該偵測模組經組態以接收自該DUT發出之一電磁輻射並定位該DUT之一天線相位中心。

Description

天線測試模組及其操作方法

本發明係關於一種天線測試模組及用於測試受測裝置(DUT)之方法。

可以空中傳輸方式(OTA)測試無線模組(例如毫米波RF無線模組)。可在測試室中執行此測試，在所述測試室中(例如在其內表面上)安置複數個吸收器。此測試室可較大(例如10公尺(m)*10m*10m)，且用於建造測試室之成本昂貴，這將增加用於測試無線模組的成本。另外，此測試可能耗費時間長。因此，此測試可能不適合用於作為大批量生產製程之部分測試裝置。

根據一個態樣，在一些實施例中，一種天線測試模組包括一箱子、該箱子內之一平台及至少部分在該箱子內之一偵測模組。該箱子經組態以容納一受測裝置(DUT)。該平台經組態以固持該DUT。該偵測模組經組態以接收自該DUT發出之一電磁輻射並定位該DUT之一天線相位中心。

根據一個態樣，在一些實施例中，一種天線測試模組包括一平台、一偵測模組、一致動器及用以容納該平台及該DUT的一箱子。該平台經組態以固持該DUT。該偵測模組經組態以接收自該DUT發出之一電磁輻射。該致動器經組態以藉由一球面座標系統中之一極化角(θ)及一方位角(φ)移動該偵測模組。

根據一個態樣，在一些實施例中，一種用於測試一DUT之方法包括將該DUT放入一箱子內並且藉由一偵測模組偵測自該DUT發出的電磁波。該方法進一步包括改變該DUT關於該偵測模組之一相對位置以獲得具有一最大功率的一電磁波。該方法進一步包括基於具有該最大功率之該電磁波之一位置判定該DUT之一天線相位中心。

以下揭示內容提供用於實施所提供標的之不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及佈置之特定實例。當然，此等組件及佈置僅為實例且不意欲為限制性的。在本發明中，在以下描述中提及第一特徵形成於第二特徵上方或上可包括第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成，使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸之實施例。另外，本發明可在各種實例中重複參考標號及/或字母。此重複為出於簡單及清楚之目的，且自身並不指示所論述之各種實施例及/或組態之間的關係。

在下文更詳細地論述本發明之實施例。然而，應瞭解，本發明提供可在廣泛多種特定內容脈絡中體現之許多適用的概念。所論述特定實施例僅為說明性的且並不限制本發明之範疇。

定向天線裝置或波束天線裝置可能在特定方向上輻射或接收具有更大功率的天線，且具有最大功率之方向對應於裝置之天線相位中心。舉例而言，定向天線可包括頻率為25 GHz至80 GHz的射頻(RF)天線；或(諸如藉由波束成形技術)經處理以在特定方向上具有更大的輻射濃度的天線(諸如天線陣列)。

圖1A說明根據本發明之一些實施例之天線測試模組1的透視圖。圖1B說明根據本發明之一些實施例之圖1A中之天線測試模組的俯視圖。圖2說明根據本發明之一些實施例之天線測試模組1的橫截面圖。天線測試模組1包括箱子2、偵測模組3、平台5及處理單元4。

如圖2中所展示，箱子2定義空間2s以容納平台5及受測裝置(DUT) 7。在一些實施例中，DUT 7可包括電子組件及至少一個天線。舉例而言，DUT 7可包括天線系統封裝(AiP)。舉例而言，DUT 7可為無線模組，諸如毫米波無線模組。在一個實施例中，DUT 7可為射頻(RF) AiP，其具有25 GHz至80 GHz或30 GHz至80 GHz的頻率。在一些實施例中，箱子2可為隔音箱、屏蔽箱或將空間2s與外部環境隔離的其他箱子。

箱子2包括頂壁2b、側壁及底壁。在一些實施例中，頂壁2b、側壁及底壁為分開的壁，其藉由(例如)螺釘組裝在一起。在一些實施例中，頂壁2b、側壁及底壁可一體成型為單體結構。

在一些實施例中，如圖1B中所展示，頂壁2b可定義若干軌道或槽12a及12b以用於偵測模組3之移動。在一些實施例中，軌道或槽12a及12b可包括若干類型之形狀，諸如矩形形狀、十字形狀等。偵測模組3可沿著軌道或槽12a及12b移動。在一些實施例中，可根據不同設計需求改變軌道或槽12a及12b之形狀之數目。在一些實施例中，軌道或槽12a及12b之數目等於或大於3。

在一些實施例中，一或多個窗或門2a、2c及2d可安置於一或多個側壁上以用於傳輸、進入及佈置DUT 7。舉例而言，門2d經佈置以允許DUT 7輸入至箱子2或自箱子2輸出。舉例而言，門2a及2c經佈置以允許使用者檢查箱子2內之DUT 7。在一些實施例中，可根據不同設計需求調整或改變門之數目。

在一些實施例中，吸收器2e可安置於箱子2之頂壁、側壁及底壁之內表面上。吸收器2e可為電磁波或輻射吸收材料(諸如其中具有分散金屬顆粒之聚合物)。在一些實施例中，吸收器2e藉由(例如)黏著物附接於箱子2之內表面上。在一些實施例中，吸收器2e可藉由(例如)塗層形成於箱子2之內表面上。吸收器2e可吸收頻率為25 GHz至80 GHz之電磁波。

偵測模組3可包括一或多個偵測組件3a、3b及3c。偵測組件3a、3b及3c中之每一者可包括控制部分及偵測部分。舉例而言，偵測組件3a包括控制部分13a及偵測部分13b。舉例而言，偵測組件3b包括控制部分14a及偵測部分14b。舉例而言，偵測組件3c包括控制部分15a及偵測部分15b。

偵測組件3a、3b及3c之部分(例如偵測部分13b、14b及15b)安置於箱子2內，且經組態以自DUT 7接收電磁輻射及/或將電磁輻射傳輸至DUT 7。舉例而言，偵測組件3a、3b及3c經組態以偵測自DUT 7發出之電磁輻射之功率及電磁波譜(或電磁場)。偵測組件3a、3b及3c中之每一者可包括發射器、接收器或發射器-接收器對。在一些實施例中，偵測組件3a、3b及3c為射頻單元或天線類型。舉例而言，偵測部分13b、14b及15b為天線(例如喇叭天線)。

在一些實施例中，控制部分13a、14a及15a可包括致動器，該致動器准許偵測組件3a、3b及3c中之每一者在複數個方向上移動。在一些實施例中，諸如圖3中之示意性透視圖所展示，致動器准許偵測組件3a、3b及3c中之每一者沿著由球面座標系統之極化角(θ)及方位角(φ)定義的方向移動。在一些實施例中，控制部分13a、14a及15a中之每一者可包括致動器，該致動器准許偵測組件3a、3b及3c中之每一者沿著其各別軌道或槽12a及12b移動。

在一些實施例中，控制部分13a、14a及15a中之每一者可包括用於接收、處理及儲存自DUT 7發出之電磁輻射之資訊的處理單元及記憶體。

由於偵測組件3a、3b及3c中之每一者可在極化角(θ)及方位角(φ)中移動，並沿著其自身軌道或槽12a及12b移動，因此偵測組件3a、3b及3c可掃描自DUT 7發出之電磁輻射或電磁波之整體方向，這可減少用於偵測自DUT 7發出之電磁輻射所需的偵測組件之數目繼而減小天線測試模組1之尺寸。在一些實施例中，箱子2之尺寸具有介於約30 cm至約100 cm之間(例如介於約40 cm至約90 cm之間或介於約50 cm至約80 cm之間)的長度、寬度及高度。在一些實施例中，考慮到電磁輻射之遠場，箱子2之尺寸可足夠大以用於在偵測模組3與DUT 7之間傳輸電磁輻射。

關於偵測組件之數目，應理解，儘管圖1及圖2說明了三個偵測組件3a、3b及3c，但是根據設計說明書，偵測模組3可包括任何數目之偵測組件。

又參看圖1及圖2，天線測試模組1之處理單元4連接至偵測組件3a、3b及3c中之每一者。處理單元4經組態以處理或計算由偵測模組3接收之信號。在一些實施例中，處理單元4經組態以擷取自DUT 7接收之電磁輻射之資訊或參數(例如功率、頻譜、型樣、分佈、頻率、增益及其類似者)。在一些實施例中，處理單元4經組態以定位由具有最大功率之偵測模組3接收之電磁輻射中之一者，及判定與具有最大功率之電磁輻射的方位對應的DUT 7上之位置。在一些實施例中，在具有最大功率之電磁輻射之方位正下方的DUT 7上的位置經判定為DUT 7之天線相位中心。

在一些實施例中，除了動態地處理一或多個電磁輻射參數或資訊以外，處理單元4進一步依序或同步地產生實時或原位輻射資訊。在一些實施例中，實時輻射資訊可包括輻射方向圖。在一些實施例中，實時輻射資訊可輸出為依據DUT 7上方之方位而變化。舉例而言，輻射資訊可包括依據DUT 7上方之方位而變化的輻射方向圖。在一些實施例中，處理單元4可包括處理器。在一些實施例中，處理單元4可併入或整合至偵測模組3中。

仍參看圖1及圖2，在操作時，平台5經組態以接收或支撐DUT 7。舉例而言，如圖2中所展示，DUT 7固持於固持器6與罩蓋9之間，並在空間2s中之平台5上接收。在一些實施例中，一或多個連接件10 (諸如螺栓、螺釘、桿或其他類型之連接件)設置於固持器6與罩蓋9之間以更牢固地固持DUT 7。

在一些實施例中，固持器6包括導熱材料，諸如純金屬導電材料、金屬合金、複合材料或展現可接受之導熱性的其他材料。

在一些實施例中，由於自DUT 7發出之電磁輻射將傳輸穿過罩蓋9，因此罩蓋9包括對電磁輻射影響較小之材料。舉例而言，罩蓋9可包括具有低介電常數(Dk) (例如約1.0法拉/米(F/m)至約6.0 F/m)之材料。在一些實施例中，罩蓋9之材料可為例如塑膠、木材、丙烯酸或氣凝膠。

圖4說明根據本發明之一些實施例之DUT 7的俯視圖。DUT 7可包括基板(圖4中未表示)、密封劑(圖4中未表示)、輻射源或接收器8之陣列(例如天線陣列)及電氣元件7a。在一些實施例中，DUT 7可電連接至儀器或裝置，其可控制輻射源或接收器8之激活。如圖4中所展示，輻射源或接收器8之陣列接近於DUT 7之一側，而電氣元件7a接近於DUT 7之對側。在一些實施例中，DUT 7之一側上可具有輻射源或接收器8之陣列，且另一側上可具有輻射源或接收器8之另一陣列。在一些實施例中，如圖4中所展示，DUT 7之天線相位中心p2未與DUT 7之幾何中心p1處於相同位置。DUT 7之天線相位中心p2豎直地對應於具有最大功率之電磁波的位置。

應理解，如所說明之DUT 7僅為一種可用天線測試模組1測試或檢驗的物件。在本發明之一些實施例中，除DUT 7以外，另一種DUT可固持於平台5上以進行天線測試過程，DUT之實例為具有定向天線之半導體封裝、具有全向天線的半導體封裝等。

在一些實施例中，平台5可連接至准許平台5在複數個方向上移動的致動器。在一些實施例中，致動器准許平台5沿著兩個垂直方向(諸如X及Y方向)移動。舉例而言，如圖5之俯視圖中所展示，DUT 7在箱子2內之X-Y平面中移動，使得DUT 7之整個表面可藉由偵測模組3掃描。

在一些實施例中，如圖6之示意性透視圖中所展示，平台5可具有夾持組件11用以夾持固持器6及罩蓋9且用以自0度至180度旋轉(亦即倒置移動)固持在固持器與罩蓋9之間的DUT 7，這允許偵測模組3掃描自DUT 7之兩個表面發出的電磁輻射。

圖7A說明根據本發明之一些實施例之罩蓋9及固持器6的透視圖。圖7B說明根據本發明之一些實施例之罩蓋9'及固持器6的透視圖。

如圖7A中所展示，罩蓋9可將固持器6自上方向下按壓以覆蓋或包圍DUT 7及輻射源或接收器8。罩蓋9及固持器6之佈置可根據設計說明書設定，且本發明不限於此。舉例而言，除了圖7B中之罩蓋9'可相對於固持器6旋轉外，圖7B中之罩蓋9'及固持器6與圖7A中所展示之彼等類似。如圖7B中所展示，罩蓋9'可圍繞軸線旋轉以向下按壓固持器6並且覆蓋或包圍DUT 7及輻射源或接收器8。

在一些實施例中，用於操作圖1中之天線測試模組1之方法可包括以下操作：將DUT 7放入箱子2內，藉由偵測模組3偵測自DUT 7發出之電磁波及判定DUT 7之天線相位中心。

舉例而言，DUT 7經置放於固持器6上並由罩蓋9覆蓋。固持器6、DUT 7及罩蓋9可置放於平台5上。DUT 7藉由箱子2與外部環境隔離。隨後，DUT 7之輻射源或接收器8可打開或激活以與偵測模組3交互作用，諸如自偵測模組3接收電磁波或發射電磁波至偵測模組3。在一些實施例中，自DUT 7發射至偵測模組3之電磁波之資訊(例如功率、波譜、型樣、分佈、頻率、增益及其類似者)可經記錄或儲存。

操作進一步包括改變DUT 7關於偵測模組3之相對位置以獲得、偵測、定位或檢驗具有最大功率的電磁波。舉例而言，如圖3、圖5及圖6中所說明，DUT 7及偵測模組3可經移動或旋轉。

在一些實施例中，平台5可藉由X-Y平面中之特定數目個步驟移動以獲得、偵測、定位或檢驗具有最大功率的電磁波。在一些實施例中，偵測模組3沿著由球面座標系統中之極化角(θ)及方位角(φ)定義之方向移動以獲得、偵測、定位或檢驗具有最大功率之電磁波。在一些實施例中，平台5在X-Y平面中移動，而偵測模組3沿著由球面座標系統中之極化角(θ)及方位角(φ)定義之方向移動。

操作進一步包括判定DUT 7之天線相位中心。DUT 7之天線相位中心在具有最大功率之電磁波的位置正下方。在一些實施例中，DUT 7之表面上方之天線相位中心可基於所獲得之結果計算或定義。

操作進一步包括基於自DUT 7偵測之電磁輻射產生輻射方向圖。舉例而言，如上文所提及，實時輻射資訊可輸出為依據DUT 7上方之方位變化。

在一些實施例中，在獲得具有最大功率之電磁輻射之後，偵測模組3可關於具有最大功率之電磁輻射移動以偵測或檢驗最大功率之相位形狀。舉例而言，偵測模組3可沿著由球面座標系統中之極化角(θ)及方位角(φ)定義的方向移動。

如本文所使用，諸如「在...下面（beneath）」、「在...下方（below）」、「下部（lower）」、「在...上方（above）」、「上部（upper）」、「下部（lower）」、「左側（left）」、「右側（right）」及類似者之空間相對術語可在本文中使用以易於描述在圖式中所說明的一個元件或特徵與另一(些)元件或特徵的關係。除圖式中所描繪之定向以外，空間相對術語意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。設備可以其他方式定向（旋轉90度或處於其他定向），且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。應理解，當將元件稱為「連接」或「耦接」至另一元件時，其可直接連接或耦接至另一元件，或可存在介入元件。

如本文所使用，術語「大致」、「實質上」、「大體」及「約」係用以描述及考慮小的變化。當與事件或情形傳導使用時，術語可指事件或情形明確發生之個例及事件或情形極近似於發生之個例。如本文中關於給定值或範圍所使用，術語「大約」通常意謂在給定值或範圍之±10%、±5%、±1%或±0.5%內。範圍可在本文中表述為自一個端點至另一端點或在兩個端點之間。除非另外規定，否則本文中所揭示之所有範圍包括端點。術語「實質上共面」可指沿著同一平面處於數微米(μm)內(諸如，沿著同一平面處於10 μm內、5 μm內、1 μm內或0.5 μm內)之兩個表面。在稱數值或特性「實質上」相同時，該術語可指該等值處於該等值之平均值的±10%、±5%、±1%或±0.5%內。

前述內容概述本發明之若干實施例及詳細態樣的特徵。本發明中描述之實施例可易於用作設計或修改用於進行本文中引入之實施例的相同或類似目的及/或達成相同或類似優勢的其他製程及結構的基礎。此類等效構造並不脫離本發明之精神及範疇，且可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下進行各種改變、替代及更改。

2:箱子 2a:窗或門 2b:頂壁 2c:窗或門 2d:窗或門 2e:吸收器 2s:空間 3:偵測模組 3a:偵測組件 3b:偵測組件 3c:偵測組件 4:處理單元 5:平台 6:固持器 7:受測裝置(DUT) 7a:電氣元件 8:接收器 9:罩蓋 9':罩蓋 10:連接件 11:夾持組件 12a:軌道或槽 12b:軌道或槽 13a:控制部分 13b:偵測部分 14a:控制部分 14b:偵測部分 15a:控制部分 15b:偵測部分 p1:幾何中心 p2:天線相位中心 X:方向 Y:方向 θ:極化角 ψ:方位角

結合附圖閱讀以下詳細描述會容易地理解本發明之態樣。應注意，各種特徵可能未按比例繪製。事實上，可出於論述清楚起見，而任意地增大或減小各種特徵之尺寸。

圖1A說明根據本發明之一些實施例之天線測試模組的透視圖。

圖1B說明根據本發明之一些實施例之圖1A中之天線測試模組的俯視圖。

圖2說明根據本發明之一些實施例之圖1A中之天線測試模組的橫截面圖。

圖3說明根據本發明之一些實施例之球面座標系統中之偵測模組的透視圖。

圖4說明根據本發明之一些實施例之受測裝置(DUT)的俯視圖。

圖5說明根據本發明之一些實施例之DUT的俯視圖。

圖6說明根據本發明之一些實施例之天線測試模組之部分的透視圖。

圖7A說明根據本發明之一些實施例之罩蓋及固持器內之DUT的透視圖。

圖7B說明根據本發明之一些實施例之罩蓋及固持器內之DUT的透視圖。

2:箱子

2e:吸收器

2s:空間

3a:偵測組件

3b:偵測組件

3c:偵測組件

4:處理單元

5:平台

6:固持器

7:受測裝置(DUT)

8:接收器

9:罩蓋

10:連接件

13a:控制部分

13b:偵測部分

14a:控制部分

14b:偵測部分

15a:控制部分

15b:偵測部分

Claims

一種用於測試一受測裝置(DUT)之方法，其包含：(a)藉由複數個分離偵測模組偵測自該DUT發出之電磁波，其中該複數個分離偵測模組中之一者包含一天線及連接至該天線之一致動器；(b)經由該致動器改變該DUT關於該天線之一相對位置以獲得具有一最大功率的一電磁波；及(c)基於具有該最大功率之該電磁波之一位置判定該DUT之一天線相位中心。
如請求項1之方法，其中操作(b)進一步包含至少下列一者：移動該DUT之一位置；及移動該複數個分離偵測模組之一位置。
如請求項1之方法，其進一步包含：藉由一球面座標系統中之一極化角(θ)或一方位角(φ)移動該複數個分離偵測模組。
如請求項1之方法，其中該DUT之該天線相位中心在具有該最大功率之該電磁波的位置之垂直下方。
如請求項1之方法，進一步包含基於自該DUT所偵測之該電磁波產生一輻射圖案(radiation pattern)。