WO2022097192A1 - 高周波アンテナ測定システム - Google Patents

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    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • the present invention relates to a high frequency antenna measurement technique for measuring radiation characteristics of an on-chip high frequency antenna in the ultrahigh frequency band.
  • Wireless communication devices such as mobile terminals are strongly required to have large capacity, small size, and easy portability.
  • RF circuits high frequency electronic circuits
  • RF Radio Frequency
  • the bandwidth of the RF front end is determined by the operating bandwidth of its components, analog circuits such as amplifiers and frequency converters, and high-frequency components such as high-frequency antennas.
  • the operating bandwidth of these high-frequency components is assumed to have a constant ratio (referred to as a specific band) of the operating band to the center frequency (see, for example, Non-Patent Document 1). Therefore, by increasing the carrier frequency, the operating bandwidth of the high-frequency component can be increased. Further, since the wavelength of the radio signal becomes shorter when the carrier frequency is increased, it is possible to reduce the size of components including an impedance element (such as a quarter wavelength line) determined by the wavelength of an analog circuit or a high-frequency antenna. Therefore, increasing the frequency of the carrier wave is an effective method as a means for meeting the needs for increasing the data rate and miniaturization of wireless communication devices.
  • Non-Patent Document 2 See, for example, Non-Patent Document 2 and the like).
  • AUT Antenna Under Test
  • a feeding probe that feeds a high-frequency signal to the AUT is positioned with a microscope. Need to match.
  • using a microscope makes it difficult to install a receiving antenna for receiving radiated radio waves from the AUT, and it becomes impossible to properly measure and evaluate the radiated characteristics.
  • the receiving antenna can be installed, it is difficult to accurately grasp the distance from the AUT to the receiving antenna on the order of um.
  • the present invention is intended to solve such a problem, and to provide a high-frequency antenna measurement technique capable of appropriately measuring radiation characteristics such as gain and radiation pattern of an on-chip high-frequency antenna in the ultra-high frequency band with high accuracy. I am aiming.
  • the high-frequency antenna measurement system includes a stage that holds an on-chip high-frequency antenna to be measured, and a feeding probe that feeds an input high-frequency signal to the high-frequency antenna.
  • the receiving antenna is provided with a receiving antenna for receiving the radiated radio wave from the high-frequency antenna and a power sensor for measuring the radiating characteristics of the high-frequency antenna based on the received signal output from the receiving antenna. It is composed of a waveguide in which a connector for outputting the received signal to the power sensor is integrally formed.
  • the present invention it is possible to appropriately measure radiation characteristics such as gain and radiation pattern of an on-chip high-frequency antenna in the ultra-high frequency band with high accuracy.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a high-frequency antenna measurement system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an RF circuit measurement system for measuring transmission characteristics of an RF circuit.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing another configuration of the high frequency antenna measurement system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the high frequency antenna measurement system according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the high frequency antenna measurement system according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a high-frequency antenna measurement system according to the first embodiment.
  • the high-frequency antenna measurement system 10 inputs a high-frequency signal to an on-chip high-frequency antenna AUT (Antenna Under Test, hereinafter referred to as AUT) to be measured, such as an on-chip antenna in the ultra-high frequency band, and radiates radio waves (radiated radio waves) radiated from the AUT. It is configured to measure the radiation characteristics of the AUT based on the received signal obtained by receiving the radiofrequency field.
  • AUT Antenna Under Test
  • the high-frequency antenna measurement system 10 has, as a main component, a stage 11 for holding and adjusting the position of the AUT, and a high-frequency signal output from the analysis system AS to supply power to the AUT.
  • Power sensor Power Sensor
  • TxProbe feeding probe
  • RxANT receiving antenna
  • the analysis system AS and the microscope MS are general ones used in the well-known RF circuit measurement system 50 and the like described later in FIG.
  • the analysis system AS uses only one port (Port1) of a general network analyzer (Network Analyzer) NA, and after increasing the band of the high-frequency signal output from that port with the multiplier EX1. Power is supplied to the AUT via the power supply probe 12. Further, the microscope MS is used to optically confirm the position of the receiving antenna 14.
  • the feeding probe 12 is attached to a pillar portion erected on the stage 11, an arm portion formed so as to project upward from the upper end of the pillar portion, and downward from the arm portion. , It is composed of a plurality of pins that are in electrical contact with the feeding terminal on the surface of the AUT.
  • the detection probe (Rx-Probe) 13 is an existing one used in the RF circuit measurement system 50, and is not used for detecting the radiation characteristics of Austria.
  • the detection probe 13 may be used as a support portion for supporting the receiving antenna 14. Further, as in the well-known RF circuit measurement system 50 described later in FIG. 2, the detection probe 13 is provided with the same configuration as the feeding probe 12 to detect a high frequency signal propagating in the transmission path on the AUT surface and to detect the AUT. The transmission characteristics of the device may be measured.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an RF circuit measurement system that measures the transmission characteristics of an RF circuit.
  • DUT Device Under Test
  • the measurement system 50 is used.
  • the RF circuit measurement system 50 feeds the high frequency signal output from the analysis system AS using the feeding probe (TxProbe) 52 to the DUT on the stage 51, and electrically contacts the circuit wiring of the DUT.
  • the detection probe (RxProbe) 53 detects the high frequency signal and outputs it to the RF circuit measurement system 50.
  • the analysis system AS increases the band of the signal output from one port (Port1) of the network analyzer NA with the extender EX1 and then DUTs via the feeding probe 52 of the RF circuit measurement system 50. Power to. Further, the high frequency signal detected by the detection probe 53 is reduced in band by the extender EX2, and then the signal is analyzed by the other port (Port2) of the network analyzer NA to measure the transmission characteristics of the DUT.
  • the RF circuit measurement system 50 it is necessary to adjust the positions of the feeding probe 52 and the detection probe 53 to electrically contact the circuit wiring to be measured formed on the DUT surface.
  • the circuit size of the DUT is on the order of mm or less, precise probe operation with a particle size of about um using the stage 51 is required. Therefore, as shown in FIG. 2, it is common to perform measurement by operating a probe using a microscope MS.
  • the high frequency antenna measuring system 10 receives the radiated radio wave from the AUT composed of the on-chip antenna by the receiving antenna 14 and measures it by the power sensor 15. Therefore, in the receiving system that receives the radiated radio wave from the AUT, it is necessary to keep the position of the receiving antenna 14 at a position sufficiently high from the AUT. On the other hand, in the feeding system for feeding a high frequency signal to the AUT, as described above, it is necessary to adjust the position of the feeding probe 12 at the stage 11 using the microscope MS. Therefore, there is a need for a mechanism that allows the receiving antenna 14 to appropriately receive the radiated radio waves from the AUT with the microscope MS installed.
  • the above problem is solved by using a waveguide antenna integrated with a connector as the receiving antenna 14. That is, the receiving antenna 14 is composed of a general waveguide 14A as a whole, and may be configured in a size suitable for the high frequency band of AUT, like the receiving system including the existing detection probe 13. As a result, the radiated radio wave can be received with a relatively high gain.
  • a connector 14B for connecting to the power sensor 15 and outputting the received signal to the power sensor 15 is integrally formed.
  • the received signal received by the receiving antenna 14 can be transmitted to the power sensor 15 without changing the transmission form as the waveguide 14A, and the transmission loss to the power sensor 15 can be reduced.
  • the position of the receiving antenna 14 can be adjusted in the stage 11 as in the existing detection probe 13, it can be measured with high accuracy with respect to the radiation position of the AUT.
  • the present embodiment includes a receiving antenna 14 for receiving the radiated radio wave from the high frequency antenna, and the receiving antenna 14 is integrally formed with a connector 14B for outputting the received signal to the power sensor 15 at the rear end. It is composed of a built-in waveguide.
  • a receiving system that receives radiated radio waves from the AUT and measures the radiated characteristics can be constructed on the stage 11 with the microscope MS required for adjusting the position of the feeding probe 12 installed. Therefore, it is possible to appropriately measure the radiation characteristics such as the gain and the radiation pattern of the on-chip high-frequency antenna in the ultra-high frequency band with high accuracy.
  • the receiving antenna 14 has a structure with high gain and low loss, it can be sufficiently measured without covering the power supplied from the network analyzer NA with a power amplifier or the like, and a measurement system can be realized at a relatively low cost. can do. Therefore, it is possible to construct an antenna measurement system for measuring the radiation characteristics of the on-chip high-frequency antenna only by changing a part of the receiving side of the conventional RF circuit measurement system. Therefore, it is possible to measure the radiation characteristics of the on-chip high-frequency antenna without constructing the antenna measurement system from scratch in an environment different from the RF circuit measurement system as in the past, and it takes time and effort to measure the RF front-end system. Can be significantly shortened.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing another configuration of the high frequency antenna measurement system according to the first embodiment.
  • the receiving antenna 14 for example, an S-shaped curved portion 14D is formed in the vicinity of the waveguide-coaxial conversion adapter 14C, and the waveguide 16 forms the waveguide-.
  • the position for receiving the radiated radio wave may be freely changed around the central axis O of the coaxial conversion adapter 14C.
  • the position where the radiated radio wave is received by the receiving antenna 14 can be three-dimensionally changed (rotated) around the central axis O of the waveguide-coaxial adapter 13C, and the spatial radiation pattern of the AUT can be measured. can do. Further, by tilting the arrangement of the feeding system including the AUT by 90 degrees, it is possible to measure the other radiation surface (the E surface or the H surface, whichever is not measured).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the high frequency antenna measurement system according to the second embodiment.
  • the position of the receiving antenna 14 can be adjusted in the two-dimensional direction along the substrate plane of the AUT, but when measuring the distance (height) X from the AUT to the receiving antenna 14. , It is difficult to reduce the measurement error of the distance X because it is necessary to use a measuring tool such as a caliper or a measure and finally rely on visual confirmation.
  • the optical fiber 17 is connected to the distance sensor 18 using infrared rays, visible light, or the like, and the tip of the optical fiber 17 is arranged at the tip of the receiving antenna 14, thereby forming an AUTO. It is configured to measure the distance X between the surface and the tip of the receiving antenna 14.
  • Other configurations of the high-frequency antenna measurement system 10 according to the present embodiment are the same as those in FIG. 1 or FIG. 3, and detailed description thereof will be omitted here.
  • an optical signal emitted from the vicinity of the tip of the receiving antenna 14 toward the surface of the AUT via the optical fiber 17 and an optical signal reflected from the substrate of the AUT and returned are received via the optical fiber 17.
  • the time difference between the transmission / reception timings of these optical signals is detected by the distance sensor 18, and the distance X between the tip of the receiving antenna and the surface of the AUT is calculated based on this time difference.
  • the distance is measured with the receiving antenna 14 in contact with the reference surface, and the height is flexibly adjusted according to the difference in the substrate thickness and measurement environment by calibrating to 0 um (or mm). It can be carried out.
  • the distance X can be measured by an objective method in which measurement errors such as visual inspection are significantly reduced. Further, by visually displaying the measured distance X value on the display, it is expected that the convenience at the time of measurement will be improved.
  • a significant loss due to distance attenuation occurs due to a change in the distance between transmission and reception on the order of um.
  • an objective and high-resolution measurement method of um order or less as in the present embodiment, it is possible to measure an appropriate antenna gain. Therefore, it is possible to appropriately measure the radiation characteristics such as the gain and the radiation pattern of the on-chip high-frequency antenna in the ultra-high frequency band with high accuracy.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the high frequency antenna measurement system according to the third embodiment.
  • the position of the receiving antenna 14 in the two-dimensional direction along the substrate plane of the AUT is confirmed by the microscope MS in the same manner as the feeding probe 12. It is configured to adjust the position.
  • the distance in the height direction from the feeding probe 12 is generated on the order of mm, the microscope MS is out of focus, and there is a concern that the position information between the AUTO and the receiving antenna 14 cannot be obtained accurately. Therefore, as a practical means, it is visually estimated from the position of the shadow of the receiving antenna 14 in a state of focusing on the substrate of the AUT.
  • a laser pointer 19 is installed near the tip of the receiving antenna 14, and the laser beam 19A is emitted from the laser pointer 19 toward the AUT.
  • the laser beam 19A emitted from the laser pointer 19 and reflected by the AUT substrate can be confirmed by the microscope MS, and the position of the receiving antenna 14 along the AUT substrate plane in the two-dimensional direction can be confirmed with high accuracy. Can be estimated.
  • Other configurations of the high-frequency antenna measurement system 10 according to the present embodiment are the same as those in FIGS. 1, 3, or 4, and detailed description thereof will be omitted here.

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Abstract

本発明の高周波アンテナ測定システム（１０）は、オンチップ高周波アンテナ（ＡＵＴ）からの放射電波を受信する受信アンテナ（１４）を備える。この受信アンテナ（１４）は、後端に受信信号をパワーセンサ（１５）へ出力するためのコネクタ（１４Ｂ）が一体形成された導波管（１４Ａ）により構成される。これにより、給電プローブ（１２）の位置調整に必要な顕微鏡（ＭＳ）を設置した状態で、ＡＵＴからの放射電波を受信して放射特性を測定する受信系をステージ（１１）上に構築し、ＡＵＴの利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で測定することが可能となる。

Description

高周波アンテナ測定システム
　本発明は、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する放射特性を測定する高周波アンテナ測定技術に関する。
　携帯端末等の無線通信用デバイスにおいては、大容量・小型で持ち運びしやすいといった性質が強く求められる。これらを実現するためには、端末に内蔵される無線通信用デバイスの高周波（ＲＦ：Radio Frequency）フロントエンド部を担う高周波電子回路（以下、ＲＦ回路という）、および、高データレート化につながる高周波アンテナの広帯域化や小型化が重要である。
　ＲＦフロントエンドの帯域幅は、その構成要素である増幅器や周波数変換器等のアナログ回路および高周波アンテナ等の高周波部品の動作帯域幅で決定される。これら高周波部品の動作帯域幅は、その動作帯域の中心周波数に対する比率（比帯域と呼称される）が一定であると仮定される（例えば、非特許文献１など参照）。したがって、搬送波周波数を高周波化することで、高周波部品の動作帯域幅を大きくすることができる。また、搬送波周波数を高くすると、無線信号の波長が短くなることから、アナログ回路や高周波アンテナの波長で決まるインピーダンス素子（四分の一波長線路など）を含む構成部品を小型化することもできる。したがって、無線通信用デバイスの高データレート化、小型化といったニーズに応える手段として、搬送波周波数の高周波化は有効な手法である。
G. Hau, T. B. Nishimura and N. Iwata, "High Efficiency, Wide Dynamic Range Variable Gain and Power Amplifier MMICs for Wide-Band CDMA Handsets", IEEE Microw. Wireless Comp. Lett., Vol. 11, pp.13－15, Jan. 2001. A. Dyck, M. Rosch, A. Tessman, A. Leuther, M. Kuri, S. Wagner, B. Gashi, J. Schafer and O. Ambacher, "A Transmitter System-in-Package at 300 GHz With an Off-Chip Antenna and GaAs-Based MMICs", IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol, Vol. 9, pp.335－344, May 2019.
　近年、前述した観点から、ミリ波やテラヘルツ（ＴＨｚ）といった超高周波を用いた高速・小型無線通信デバイスの研究が活発に行われている。ミリ波やテラヘルツ波を用いたＲＦ回路や高周波アンテナの開発の際に問題となるのが、適切な特性評価を行うための測定環境の構築である。マイクロ波帯と比べたとき波長が１／１０－１／１００のサイズになることから、逓倍器による周波数変換ロスが大きく信号伝送時の損失が非常に大きく出力を確保するのが困難となる。また、ＲＦ回路や高周波アンテナは、ｍｍオーダー以下の平方サイズで実装されることが多いため、測定時の目視確認が難しく再現性の観点で測定分解能の高い精密機器を用いた測定が必要となる（例えば、非特許文献２など参照）。
　このような超高周波帯のオンチップ高周波アンテナを、測定対象アンテナＡＵＴ（Antenna Under Test、以下ＡＵＴという）として、その放射特性を測定する場合、ＡＵＴに高周波信号を給電する給電プローブを、顕微鏡で位置合わせする必要がある。しかし、顕微鏡を用いることでＡＵＴからの放射電波を受信するための受信アンテナの設置が困難になり、放射特性の測定・評価が適切に実施できなくなる。また、受信アンテナを設置できた状態であっても、ＡＵＴから受信アンテナまでの距離をｕｍオーダーで正確に把握することが難しい。さらに、顕微鏡を用いた場合でも、受信アンテナの水平方向の受信位置をＡＵＴの放射中心点（水平方向の二次元空間）に合わせるのが難しく、ＡＵＴの利得を適切に測定することができない。したがって、従来の技術によれば、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を、高精度で適切に測定できないという問題点があった。
　本発明はこのような課題を解決するためのものであり、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で適切に測定できる高周波アンテナ測定技術を提供することを目的としている。
　このような目的を達成するために、本発明にかかる高周波アンテナ測定システムは、測定対象となるオンチップの高周波アンテナを保持するステージと、入力された高周波信号を前記高周波アンテナに給電する給電プローブと、前記高周波アンテナからの放射電波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから出力された受信信号に基づいて前記高周波アンテナの放射特性を測定するパワーセンサとを備え、前記受信アンテナは、後端に前記受信信号を前記パワーセンサへ出力するためのコネクタが一体形成された導波管から構成される。
　本発明によれば、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で適切に測定することができる。
図１は、第１の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。 図２は、ＲＦ回路の伝送特性を測定するＲＦ回路測定システムの構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの他の構成を示す説明図である。 図４は、第２の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。 図５は、第３の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。
　次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
　まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システム１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。
　高周波アンテナ測定システム１０は、例えば超高周波帯のオンチップアンテナなどの測定対象となるオンチップ高周波アンテナＡＵＴ（Antenna Under Test、以下ＡＵＴという）に高周波信号を入力し、ＡＵＴから放射された放射電波（放射電磁界）を受信して得られた受信信号に基づいて、ＡＵＴの放射特性を測定するように構成されている。
　図１に示すように、高周波アンテナ測定システム１０は、主な構成装置として、ＡＵＴを保持し位置調整するためのステージ（Stage）１１、解析システムＡＳから出力された高周波信号をＡＵＴに給電するための給電プローブ（Tx Probe）１２、ＡＵＴからの放射電波を受信するための受信アンテナ（Rx ANT）１４、受信アンテナ１４で得られた受信信号からＡＵＴの放射特性を検出するパワーセンサ（Power Sensor）１５とを備えている。
　このうち、解析システムＡＳおよび顕微鏡（Microscope）ＭＳは、図２で後述する周知のＲＦ回路測定システム５０などで用いられる一般的なものである。特に、解析システムＡＳは、一般的なネットワークアナライザ（Network Analyzer）ＮＡの一方のポート（Port1）のみを用い、そのポートから出力した高周波信号を、逓倍器（Extender）ＥＸ１で高帯域化した後、給電プローブ１２を介してＡＵＴへ給電する。また、顕微鏡ＭＳは、受信アンテナ１４の位置を光学的に確認するために用いられる。
　給電プローブ１２は、ステージ１１に立設された柱部と、その柱部の上端からＡＵＴの上方に向けて突出するように形成された腕部と、その腕部から下方に向けて取り付けられて、ＡＵＴ表面の給電端子と電気的に接触する複数のピンとから構成されている。
　検出プローブ（Rx-Probe）１３は、ＲＦ回路測定システム５０で用いられる既存のものであり、ＡＵＴの放射特性の検出には用いられていない。なお、検出プローブ１３は、受信アンテナ１４を支持する支持部として用いてもよい。また、図２で後述する周知のＲＦ回路測定システム５０のように、給電プローブ１２と同様な構成を検出プローブ１３に備えることにより、ＡＵＴ表面の伝送路を伝搬する高周波信号を検出して、ＡＵＴの伝送特性を測定するようにしてもよい。
　図２は、ＲＦ回路の伝送特性を測定するＲＦ回路測定システムの構成を示すブロック図である。一般に、ミリ波以上の超高周波帯のＲＦ回路（ＤＵＴ：Device Under Test、以下ＤＵＴという）の伝送特性を、パッケージングせず直接測定する際には、図２に示すような、周知のＲＦ回路測定システム５０が用いられる。このＲＦ回路測定システム５０は、給電プローブ（Tx Probe）５２を用いて解析システムＡＳから出力された高周波信号を、ステージ（Stage）５１上のＤＵＴに給電し、ＤＵＴの回路配線に電気的に接触することにより検出プローブ（Rx Probe）５３で高周波信号を検出し、ＲＦ回路測定システム５０へ出力する。
　解析システムＡＳは、ネットワークアナライザ（Network Analyzer）ＮＡの一方のポート（Port1）から出力した信号を逓倍器（Extender）ＥＸ１で高帯域化した後、ＲＦ回路測定システム５０の給電プローブ５２を介してＤＵＴへ給電する。また、検出プローブ５３で検出した高周波信号を逓倍器（Extender）ＥＸ２で低帯域化した後、ネットワークアナライザＮＡの他方のポート（Port2）で信号解析することにより、ＤＵＴの伝送特性を測定する。
　この際、ＲＦ回路測定システム５０では、給電プローブ５２および検出プローブ５３の位置を調整して、ＤＵＴ表面に形成された、測定対象となる回路配線と電気的に接触させる必要がある。特に、ＤＵＴの回路サイズがｍｍオーダー以下である場合、ステージ５１を用いたｕｍ程度の粒度での緻密なプローブ操作が求められる。したがって、図２のように顕微鏡（Microscope）ＭＳを用いたプローブ操作によって測定を行うのが一般的である。
　しかし、高周波アンテナ測定システム１０は、オンチップアンテナからなるＡＵＴからの放射電波を受信アンテナ１４で受信してパワーセンサ１５で測定する。このため、ＡＵＴからの放射電波を受信する受信系では、受信アンテナ１４の位置をＡＵＴから十分な高さ位置に保持する必要がある。一方、ＡＵＴに高周波信号を給電する給電系では、前述したように、顕微鏡ＭＳを用いてステージ１１で給電プローブ１２の位置を調整する必要がある。したがって、顕微鏡ＭＳを設置した状態で、ＡＵＴからの放射電波を受信アンテナ１４で適切に受信できる機構が求められる。
　本実施の形態では、図１に示すように、受信アンテナ１４として、コネクタ一体型の導波管アンテナを用いることで、上記の課題を解決した。すなわち、受信アンテナ１４は、全体として一般的な導波管１４Ａからなり、既存の検出プローブ１３を含む受信系と同様に、ＡＵＴの高周波数帯に適応したサイズで構成すればよい。これにより、比較的高い利得で放射電波を受信することができる。
　また、受信アンテナ１４の後端には、パワーセンサ１５と接続して受信信号をパワーセンサ１５へ出力するためのコネクタ１４Ｂが一体形成されている。これにより、受信アンテナ１４で受信した受信信号を、導波管１４Ａのまま伝送形態を変えずにパワーセンサ１５まで伝送でき、パワーセンサ１５までの伝送損失を低減できる。さらに、受信アンテナ１４の位置も、既存の検出プローブ１３と同様にステージ１１で調整できるため、ＡＵＴの放射位置に対して高い精度で合わせて測定できる。
［第１の実施の形態の効果］
　このように、本実施の形態は、高周波アンテナからの放射電波を受信する受信アンテナ１４を備え、この受信アンテナ１４を、後端に受信信号をパワーセンサ１５へ出力するためのコネクタ１４Ｂが一体形成された導波管により構成したものである。
　これにより、給電プローブ１２の位置調整に必要な顕微鏡ＭＳを設置した状態で、ＡＵＴからの放射電波を受信して放射特性を測定する受信系をステージ１１上に構築することができる。したがって、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で適切に測定することが可能となる。
　また、受信アンテナ１４は、高利得かつ低損失な構造を有するため、パワーアンプなどで、ネットワークアナライザＮＡからの供給電力をカバーすることなく十分測定可能になり、比較的低コストで測定系を実現することができる。したがって、従来のＲＦ回路測定系の受信側の一部を変更するだけで、オンチップ高周波アンテナの放射特性を測定するアンテナ測定系を構築することができる。このため、従来のように、ＲＦ回路測定系とは異なる環境でアンテナ測定系を一から構築しなくても、オンチップ高周波アンテナの放射特性を測定でき、ＲＦフロントエンドシステムの測定の手間と時間を大幅に短縮することが可能となる。
　また、本実施の形態において、図３に示すように、受信アンテナ１４については、コネクタ１４Ｂとして、導波管１４Ａをパワーセンサ１５の同軸ケーブル１５Ａに変換接続する導波管－同軸変換アダプタ１４Ｃを用いてもよい。図３は、第１の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの他の構成を示す説明図である。この際、受信アンテナ１４（導波管１４Ａ）のうち、導波管－同軸変換アダプタ１４Ｃの近傍に、例えばＳ字形状の曲部１４Ｄを形成し、保持台（Stand）１６により導波管－同軸変換アダプタ１４Ｃの中心軸Ｏを中心として、放射電波を受信する位置を変更自在に保持するようにしてもよい。
　これにより、受信アンテナ１４で放射電波を受信する位置を、導波管－同軸アダプタ１３Ｃの中心軸Ｏを中心にして三次元的に変更（回転）することができ、ＡＵＴの空間放射パターンを測定することができる。また、ＡＵＴを含む給電系の配置を９０度傾けることで、もう一方の放射面（Ｅ面、Ｈ面のうち測定していない方）を測定することも可能である。
［第２の実施の形態］
　次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システム１０について説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。
　前述の図１に示した測定系では、受信アンテナ１４について、ＡＵＴの基板平面に沿った二次元方向の位置調整は可能だが、ＡＵＴから受信アンテナ１４までの距離（高さ）Ｘを計測する場合、ノギスやメジャーなどの計測用具を使用し最終的には目視確認に頼ることになり、距離Ｘの計測誤差を低減することが難しい。
　本実施の形態は、図４のように、赤外線・可視光等を用いた距離センサ１８に光ファイバ１７を接続し、光ファイバ１７の先端を受信アンテナ１４の先端部分に配置することによって、ＡＵＴ表面と受信アンテナ１４の先端との距離Ｘを計測するように構成したものである。本実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システム１０のその他の構成については、図１または図３と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
　図４において、光ファイバ１７を介して受信アンテナ１４の先端近傍からＡＵＴの表面に向けて出射された光信号と、ＡＵＴの基板から反射して戻ってきた光信号を光ファイバ１７を介して受信し、これらの光信号の送受信タイミングの時間差が距離センサ１８で検出され、この時間差に基づいて受信アンテナの先端とＡＵＴの表面との距離Ｘが算出される。測定の際は、まず、基準面に受信アンテナ１４を接触させた状態で距離を計測し、０ｕｍ（もしくはｍｍ）と校正することで基板厚や測定環境の違いに合わせてフレキシブルに高さ調整を行うことができる。
［第２の実施の形態の効果］
　このように、本実施の形態によれば、目視等の測定誤差が大幅に低減された客観的な手法で、距離Ｘを計測することができる。また、計測した距離Ｘの値を表示器で可視表示することで測定時の利便性向上が見込める。通常、ミリ波以上の超高周波帯のアンテナ測定では、ｕｍオーダーの送受信間距離の変化で、距離減衰による有意な損失が発生する。本実施の形態のように、客観的かつｕｍオーダー以下の分解能の高い計測方法を用いることで、適切なアンテナ利得を測定することが可能となる。したがって、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で適切に測定することが可能となる。
［第３の実施の形態］
　次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システム１０について説明する。図５は、第３の実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システムの構成を示す説明図である。
　前述の図１，図３、および図４に示した測定系では、受信アンテナ１４に関する、ＡＵＴの基板平面に沿った二次元方向の位置は、給電プローブ１２と同様に、顕微鏡ＭＳで確認しながら位置調整をする構成となっている。しかし、測定時には給電プローブ１２との高さ方向の距離がｍｍオーダーで発生して顕微鏡ＭＳの焦点が合わず、ＡＵＴと受信アンテナ１４との位置情報が正確に得られない懸念がある。このため、現実的な手段として、ＡＵＴの基板に焦点を合わせた状態で受信アンテナ１４の影の位置から目視で推定することになる。
　本実施の形態は、図５のように、受信アンテナ１４の先端近傍にレーザポインタ１９を設置し、レーザポインタ１９からＡＵＴに向けてレーザビーム１９Ａを出射するように構成したものである。これにより、レーザポインタ１９から出射されてＡＵＴの基板で反射して戻ってきたレーザビーム１９Ａを顕微鏡ＭＳで確認でき、ＡＵＴの基板平面に沿った受信アンテナ１４の二次元方向の位置を高い精度で推定することができる。本実施の形態にかかる高周波アンテナ測定システム１０のその他の構成については、図１、図３、または図４と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
　顕微鏡ＭＳで確認するレーザビーム１９Ａに求められる集光度（二次元的な広がりの範囲）や強度は、測定サンプルによって変化する。このため、測定サンプルのスケールが小さい場合は狭ビームで比較的強度の小さいレーザ、スケールが大きい場合は比較的広いビームで強度の大きいレーザというように、レーザビーム１９Ａを使い分ければよい。このようなレーザビーム１９Ａの使い分けは、レーザポインタ１９の先端に装着するレンズを用途ごとに付け替えることで実現可能である。
［第３の実施の形態の効果］
　このように、本実施の形態によれば、ＡＵＴの基板平面に沿った受信アンテナ１４二次元方向の位置を、高い精度で推定することが可能となる。したがって、超高周波帯のオンチップ高周波アンテナに関する利得・放射パターンなどの放射特性を高精度で適切に測定することが可能となる。
［実施の形態の拡張］
　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
　１０…高周波アンテナ測定システム、１１…ステージ、１２…給電プローブ、１３…検出プローブ、１４…受信アンテナ、１４Ａ…導波管、１４Ｂ…コネクタ、１４Ｃ…導波管－同軸変換アダプタ、１４Ｄ…曲部、１５…パワーセンサ、１５Ａ…同軸ケーブル、１６…保持台、１７…光ファイバ、１８…距離センサ、１９…レーザポインタ、ＡＵＴ…オンチップ高周波アンテナ、ＡＳ…解析システム、ＮＡ…ネットワークアナライザ、ＥＸ１…逓倍器、ＭＳ…顕微鏡。

Claims (5)

  1. 　測定対象となるオンチップの高周波アンテナを保持するステージと、
    　入力された高周波信号を前記高周波アンテナに給電する給電プローブと、
    　前記高周波アンテナからの放射電波を受信する受信アンテナと、
    　前記受信アンテナから出力された受信信号に基づいて前記高周波アンテナの放射特性を測定するパワーセンサとを備え、
    　前記受信アンテナは、後端に前記受信信号を前記パワーセンサへ出力するためのコネクタが一体形成された導波管から構成される
    　ことを特徴とする高周波アンテナ測定システム。
  2. 　請求項１に記載の高周波アンテナ測定システムにおいて、
    　前記コネクタは、前記導波管を前記パワーセンサの同軸ケーブルに変換する変換アダプタから構成されること
    　を特徴とする高周波アンテナ測定システム。
  3. 　請求項２に記載の高周波アンテナ測定システムにおいて、
    　前記受信アンテナは、前記コネクタの近傍に曲部が形成されており、前記変換アダプタの中心軸を中心として、前記放射電波を受信する位置を変更自在に保持されていること
    　を特徴とする高周波アンテナ測定システム。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれかに記載の高周波アンテナ測定システムにおいて、
    　光ファイバを介して前記受信アンテナの先端近傍から前記高周波アンテナの表面に向けて光信号を出射し、前記光ファイバを介して前記高周波アンテナの表面で反射した前記光信号を受信する距離センサを備え、
    　前記距離センサは、前記光信号の送受信タイミングの時間差に基づいて前記受信アンテナの先端と前記高周波アンテナの表面との距離を算出すること
    　を特徴とする高周波アンテナ測定システム。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれかに記載の高周波アンテナ測定システムにおいて、
    　前記受信アンテナの先端近傍に配置され、前記高周波アンテナの表面に向けてレーザビームを出射するレーザポインタを備え、
    　前記高周波アンテナの表面で反射した前記レーザビームを用いて、前記高周波アンテナの基板平面に沿った、前記受信アンテナの二次元方向の位置を推定するように構成される
    　ことを特徴とする高周波アンテナ測定システム。
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