用于毫米波天线阵列的空中测试的方法和系统技术方案

一种用于(例如，快速地且便宜地)测试装置(诸如具有被配置用于毫米波发送和/或接收的集成的天线的集成电路(IC))的系统和方法。所述方法可以首先对参考受测试装置(DUT)执行校准操作。校准操作可以确定参考DUT FF基本函数集合，并且还可以产生校准系数集合。在使用参考DUT的校准步骤之后，可以使用所得的参考DUT FF基本函数和校准系数(或重构矩阵)来基于其他的场测量(例如，在DUT的近场中进行的测量)确定DUT的远场图案。确定DUT的远场图案。确定DUT的远场图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于毫米波天线阵列的空中测试的方法和系统
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2020年9月4日提交的、标题为“Over
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the
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Air Testing of Millimeter Wave Antenna Arrays”的美国临时专利申请No.62/074,908的优先权，该申请的专利技术人是Martin Laabs、Dirk Plettermeier、Thomas Deckert、Johannes Lange和Marc Vanden Bossche，该申请特此通过引用被整个地并入，就好像在本文中被充分地、完整地阐述一样。
[0003]通过引用并入
[0004]2018年10月23日提交的、标题为“Over
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the
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Air Testing of Millimeter Wave Integraed Circuits with Integrated Antenns”的美国专利申请No.16/168,650特此通过引用被整个地并入，就好像在本文中被充分地、完整地阐述一样，该申请的专利技术人是DaSilva等人(美国专利公开2019
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0353698)。


[0005]本专利技术涉及半导体测试领域，更具体地，涉及具有集成天线的毫米波集成电路的测试。

技术介绍

[0006]对于第五代(5G)通信的一个关键的要求是超高数据速率的支持。能够实现更高数据速率的一个选项是使系统带宽提高大约1/>‑
2GHz。连续的宽带宽特别是在更高的毫米波频率(诸如24GHz及以上)处可用。为了克服这些频率处的高路径损耗，天线阵列技术被用于使辐射的能量转向特定方向。
[0007]因此，随着第五代(5G)无线技术已经变得更普遍，波束成形毫米波技术的重要性一直快速增长。目前的用户设备装置(例如，蜂窝电话)使用具有集成的天线阵列的集成电路来发送和/或接收毫米波信号。这些天线阵列需要被表征并且进行空中(OTS)测试以确定它们是否满足各种监管要求。
[0008]具体地说，具有毫米波支持的智能电话的实现所具有的挑战比基础设施组件(诸如基站)大得多，因为必须克服通过手等的高阻挡。因此，每一装置需要多个封装天线(AiP)模块。如果每一高级智能手机假定有3
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4个AiP模块，则达到每一年>200M AiP单元的测试容积。
[0009]这样的天线阵列通常在消声室中表征，并具有探测天线和受测试装置(DUT)之间的距离R，以逼近用于电磁波传播的远场(FF)条件。该测试方法的一个挑战是所需的FF距离R在物理上很大，因此使消声室的尺寸很大，继而提高测试成本。用于逼近FF条件的最小距离R如下取决于天线孔径D和波长λ：
[0010]R＝2D2/λ
[0011]较大的天线孔径显然导致较大的远场距离。对于小于远场距离的距离，电场可能不是平面的，并且测量可能不能准确地表示监管要求中的远场规范。各种小型消声室和相
关联的方法存在以在创建FF条件的同时缩小测试设备的尺寸和降低测试设备的成本。然而，这样的尺寸缩小和成本降低的潜力是有限的。
[0012]大测试容量可能得益于完全新的测试方法。使用基于小型室的方法的OTA测试的成本将高得惊人。可行的方法应以合理的价格组合测试较大量装置的能力与将测试结果和装置验证测量相互关联的可能性。
[0013]目前的用于测试这些集成电路上的天线的方法缓慢、昂贵和/或有各种缺点，使得它们不能经济地测试足够大量的天线阵列。期望本领域中的改进，特别是关于用于集成有源天线阵列的器件和模块的自动化生产测试的测试系统的尺寸、成本和速度的改进。

技术实现思路

[0014]下面呈现用于(例如，快速地且便宜地)测试装置(诸如具有被配置用于毫米波发送和/或接收的集成天线的集成电路(IC))的系统和方法的各种实施例。
[0015]所述方法可以首先对参考受测试装置(DUT)执行校准操作。校准操作可以确定参考DUT FF基本函数集合，并且还可以产生校准系数集合。
[0016]校准步骤可以通过获得参考DUI的多个天线元件在不同的波束成形设置的集合下产生的参考DUT FF图案集合来确定参考DUT FF基本函数集合。参考DUT FF图案集合可以可用于使得能够将任何特定于波束成形器设置的FF图案计算为该参考DUT FF图案集合的线性组合。参考DUT FF图案集合可以包括参考DUT FF基本函数集合。校准步骤可以通过以下步骤来产生校准系数，即，获得参考DUT在不同的波束成形器设置的集合下产生的无线信号的一系列多个参考DUT场测量，并且对所述一系列的多个参考DUT场测量进行处理。在一些实施例中，校准系数可以采取矩阵(在本文中被称为重构矩阵)的形式。
[0017]在使用参考DUT的校准步骤之后，所得的参考DUT FF基本函数和校准系数(或重构矩阵)可以被用于基于不是远场的场测量(例如，近场测量)来确定DUT的远场图案。测量操作因此可以包括用于基于非远场(例如，NF)测量和在校准步骤中产生的信息来确定受测试装置(DUT)产生的无线信号的远场(FF)图案的方法。DUT可以包括天线阵列，该天线阵列包括多个DUT天线元件。测量(或运行时)方法可以如下操作：
[0018]首先，测量方法可以获得DUT产生的无线信号的多个DUT场测量。这些测量可以由具有多个PAS天线元件的探测天线系统(PAS)执行。所述多个PAS元件可以等于或多于所述多个DUT天线元件。测量方法然后可以使用所述多个DUT场测量和在校准阶段中生成的校准系数集合来计算DUT FF缩放因子集合。DUT FF缩放因子集合的量可以等于参考DUT FF基本函数集合的量。在一些实施例中，校准系数可以首先被转换为重构矩阵的格式，并且重构矩阵被用来代替校准系数。测量方法然后可以基于DUT FF缩放因子和参考DUT基本函数集合来确定(或估计)DUT的无线信号的FF图案。DUT产生的无线信号的FF图案可用于评价DUT在FF中的操作。
[0019]DUT产生的图案可以被确定的无线信号可以是未调制的单音信号或多音信号、或调制信号，在调制信号中，调制处理可以影响信号的振幅、频率和/或相位。此外，这些无线信号可以是连续的波或间断的，并且可以占用窄或宽带宽。
附图说明
[0020]当结合以下附图考虑优选实施例的以下详细描述时，可以获得本专利技术的更好的理解，在附图中：
[0021]图1例示说明根据一些实施例的空中(OTA)测试配置；
[0022]图2示出基本计算机系统框图；
[0023]图3
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4示出根据一些实施例的测试设备的例子，测试设备可以支撑或容纳受测试装置(DUT)，并且还可以包括用于测量来自DUT的电磁信号的探测天线系统(PAS)；
[0024]图5例示说明与波长和孔径大小相关的场定义；
[0025]图6示出与DUT通过接口配合的PAS；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定受测试装置(DUT)产生的无线信号的远场(FF)图案的方法，其中所述DUT包括天线阵列，所述天线阵列包括多个DUT天线元件，所述方法包括：获得所述DUT产生的无线信号的多个基于探头的场测量；使用所述多个基于探头的场测量和校准系数集合来计算FF缩放因子集合，所述FF缩放因子集合的量等于参考DUT FF基本函数集合的量；基于所述FF缩放因子和所述参考DUT FF基本函数集合来确定无线信号的FF图案；其中所述DUT产生的无线信号的FF图案能够用于评价所述DUT在FF中的操作。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得由探测天线系统(PAS)执行，所述PAS具有多个PAS天线元件，其中所述多个PAS元件等于或多于所述多个DUT天线元件。3.根据权利要求1所述的方法，其中获得所述DUT产生的无线信号的多个场测量包括：在用信号驱动波束成形器的同时，给所述DUT的多个天线元件配置一些波束成形器设置；以及在至少一个频率处测量所述DUT的所述多个天线元件产生的多个电磁场的振幅和相位。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过以下步骤来确定所述参考DUT FF基本函数集合：获得参考DUT的多个天线元件在不同的波束成形器设置的集合下产生的参考DUT FF图案集合，以使得所述参考DUT FF图案集合能够用于使得能够将特定于波束成形器设置的FF图案计算为所述参考DUT FF图案集合的线性组合；其中所述参考DUT FF图案集合是所述参考DUT FF基本函数集合；以及通过以下步骤来产生所述校准系数：获得所述参考DUT在所述不同的波束成形器设置的集合下产生的无线信号的一系列多个基于参考DUT探头的场测量；以及对所述一系列的所述多个基于参考DUT探头的场测量进行处理。5.根据权利要求4所述的方法，其中通过应用奇异值分解法来处理所述一系列的所述基于参考DUT探头的场测量。6.根据权利要求4所述的方法，其中获得所述参考DUT的所述多个天线元件在所述不同的波束成形器设置下产生的参考DUT FF图案集合包括：对于所述参考DUT的每个天线元件n：使用至少一个波束成形器设置来将所述参考DUT配置为主要从所述天线元件n辐射；以及测量所述天线元件n在至少一个频率处生成的远场电磁振幅和相位，其中所述天线元件n使用所述至少一个波束成形器设置生成的所述远场电磁振幅和相位的测量导致用于所述天线元件n的参考DUT基本函数。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：对于所述参考DUT的每个天线元件n：使所述参考DUT的多个天线元件的辐射最小化；
测量FF电磁振幅和相位以确定FF干扰图案；从所述天线元件n使用所述至少一个波束成形器设置生成的所述远场电磁振幅和相位减去所述FF干扰图案。8.根据权利要求4所述的方法，其中获得所述参考DUT在所述不同的波束成形器设置的集合下产生的无线信号的所述一系列的所述多个基于参考DUT探头的场测量包括：对于所述参考DUT的每个天线元件n：使用所述不同的波束成形器设置的集合将所述参考DUT配置为在至少一个频率处仅从所述天线元件n辐射；以及测量所述天线元件n在至少一个频率处生成的所述多个基于参考DUT探头的场测量。9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：对于所述参考DUT的每个天线元件n：使所述参考DUT的所述多个天线元件的辐射最小化；测量所述多个基于参考DUT探头的场测量以确定基于探头的干扰指示；从所述天线元件n针对所述至少一个波束成形器设置生成的所述多个基于参考DUT探头的场测量减去所述干扰指示。10.根据权利要求4所述的方法，其中所述参考DUT FF图案集合包括相位和振幅信息，其中所述方法进一步包括：获得所述参考DUT的所述多个天线元件在所述不同的波束成形器设置的集合下的多个固定的参考FF测量；利用所述多个固定的参考FF测量的相位信息来获得用于所述参考DUT FF图案集合的相位信息的参考相位。11.根据权利要求4所述的方法，其中所述参考DUT FF图案集合包括相位和振幅信息，其中所述方法进一步包括：从驱动所述DUT产生的无线信号的输入信号提取相位信息；利用所述输入信号的相位信息来获得用于所述参考DUT FF图案集合的相位信息的参考相位。12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述DUT的近场(NF)中获得所述基于探头的场测量。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述DUT产生的无线信号是根据所述多个DUT天线元件的多个波束成形器设置集合产生的，并且其中所述多个波束成形器设置集合横跨所述波束成形器设置集合的矢量空间。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个波束成形器设置集合在数量上等于或多于所述多个DUT天线元件。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个基于探头的场测量包括相位和振幅信息，其中所述方法进一步包括：获得所述DUT产生的无线信号的多个参考探头场测量；利用所述多个参考探头场测量的相位信息来获得用于所述多个基于探头的场测量的相位信息的参考相位。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个基于探头的场测量包括相位和振幅信息，其中所述方法进一步包括：从驱动所述DUT产生的无线信号的输入信号提取相位信息；利用所述输入信号的相位信息来获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：美国国家仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：