用于检测极高频（EHF）无线通信设备的有源阵列天线中故障元件的空中（OTA）测试的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于检测极高频(EHF)无线通信设备的有源平面天线阵列中故障元件的系统和方法。具有双偏振调制散射探针矩阵的平面天线阵列设置在待测天线(AUT)的近场区域内。从该AUT接收的电磁能量被转换成复杂电信号，该复杂电信号由电调制信号调制并且被辐射为散射信号。由另一个天线接收并转换成电信号的所得电磁散射信号用于经由反向传播变换以重建从AUT的表面辐射的信号频谱的全息图像重建操作中。该重建信号频谱与从已知良好的天线阵列的表面辐射的参考信号频谱的比较使得能够检测出AUT内的故障天线元件。测出AUT内的故障天线元件。测出AUT内的故障天线元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测极高频(EHF)无线通信设备的有源阵列天线中故障元件的空中(OTA)测试的系统和方法
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本公开要求于2018年7月16日提交的名称为“System and Method For Over-The-Air(OTA)Testing to Detect Faulty Elements In An Active Array Antenna Of An Extremely High Frequency(EHF)Wireless Communication Device”的美国非临时申请第16/036522号的优先权。本专利申请的全部内容出于所有目的全文以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]本专利技术涉及射频收发器系统的空中(OTA)测试，并且具体地涉及检测极高频(EHF)无线通信设备的有源天线阵列中故障元件的测试。
[0004]由于移动无线通信设备已变得更广泛地用于许多目的，因此用于适应许多不同用途(例如，具体地，视频流传输和/或双向通信中视频的更多用途)的足够信号带宽的有效性已成为关键问题。这已导致更多地使用更高的信号频率诸如极高频(EHF)，这是国际电信联盟(ITU)对30-300千兆赫(GHz)电磁频谱频带中的射频的指定，其中无线电波的波长为10-1毫米并且通常称为毫米波(mmW)信号。
[0005]出于各种原因，包括由于大气衰减引起的短视线信号路径，此类设备通常使用有源阵列天线来对信号进行波束成形以使信号路径长度最大化(以及更好地实现频率复用)。如本领域中已知的，此类天线结构包括通常布置成规则阵列的多个有源天线元件，例如分别设置成4
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5阵列的16或25个天线元件的矩形阵列(用于辐射和接收相应电磁信号)。因此，当测试此类设备时，重要的是能够测试有源天线元件中的每个元件(例如，分别对应于4
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5阵列的所有16或25个天线元件)以确保设备符合其设计和/或性能规范。
[0006]当前常规测试技术包括对来自有源天线元件的辐射能量执行远场、紧凑范围和近场测量。远场方法通常用于测试天线性能，该天线通常用于远距(例如，若干λ)的两个设备之间的通信(其中λ是辐射信号的载波频率的波长)。利用该方法，接收器或范围天线和待测天线(AUT)彼此间隔开至少R＝2D2/λ的范围距离R(其中D为两个天线的最大孔径尺寸)。对于具有大孔径(例如，若干波长的尺寸)的天线，范围距离R可为大的，并且使用此类方法的屏蔽测试室的尺寸将为大的。因此，使用远场测试方法的测试系统由于其尺寸而不适用于制造环境。
[0007]此外，虽然远场方法可能够测量总体天线性能并捕获天线辐射图案，但它不能可靠地检测天线阵列中的缺陷元件，因为当测量具有少数缺陷元件的完全有源阵列(例如，25个元件中的三个元件有缺陷的5
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5元件阵列)时，将不会观察到合理可检测的辐射差异。例如，使用从此类天线阵列在宽侧方向上转向的辐射能量的单点测量不显示与从没有缺陷元件的天线阵列测量的辐射能量的显著差异(<1dB)。此外，即使此类小的差异可被合理地检测和测量，但缺陷元件的数量和标识都不是已知的，并且即使在宽侧转向时具有缺陷元件的天线阵列的所测量的性能没有显著差异，也可在其他转向角度处出现性能劣化。
[0008]尽管紧凑范围方法在一些方面类似于远场方法，但其不同之处在于，使用装置将
AUT的近场区域内的球面波转换成平面波，例如，通过使用具有针对此类目的而设计的复杂形状的反射器。然而，类似于直接远场方法，虽然紧凑范围方法有助于减小所需测试包络(以及屏蔽测试室)的尺寸，但该方法仍然无法以完全有源的操作模式检测和识别阵列中的故障元件。
[0009]同时，常规近场方法包括使用平面、圆柱形或球形扫描捕获复杂信号的近场测量，以及仅捕获功率幅值的简单耦合技术。通常在辐射近场区域中的复杂信号的近场捕获有利地包括可以数学地转换到远场区域以获得远场性能特性或转换回天线表面以帮助执行天线诊断的复杂数据。虽然此类系统还具有比直接远场和紧凑范围系统更小的占有面积，但它们通常使用单个探针来使用机械臂执行测量扫描，并且因此涉及长测试时间以获得所测试的扫描表面(例如，平面、圆柱形或球形)内的测量数据。虽然可使用电子开关电子阵列代替机械设备来加速测量扫描，但当需要大型扫描时，必要的大开关阵列和设计可能是复杂且昂贵的。
[0010]仅捕获功率大小的简单近场耦合技术(其往往是简单且低成本的并且常用于制造环境中)使用放置在AUT附近的耦合器或天线来捕获辐射功率。使用具有来自参考或已知良好AUT的测量功率的比较功率测试来验证AUT是否有缺陷。为了捕获所有潜在的缺陷，耦合器的孔径需要与AUT一样大。对于小(例如，2
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2)阵列，关键不在检测哪个元件有缺陷，而是确定阵列整体是否有缺陷即可。然而，对于具有大量元件的AUT，需要设计大耦合器，实质上是具有非常大孔径的天线，尽管这很复杂，因为必须测量所有元件的近场以确保准确检测到有缺陷的阵列元件。此外，此类耦合方法不能在正常操作(完全有源阵列)下识别大阵列中的单个缺陷元件。虽然此类耦合方法仍可用于逐个元件地测试以检测单个故障元件，但这变得越来越耗时并且仍然不能够在正常(完全有源)操作下测试阵列。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供了用于检测极高频(EHF)无线通信设备的有源平面天线阵列中故障元件的系统和方法。具有双偏振调制散射探针矩阵的平面天线阵列设置在待测天线(AUT)的近场区域内。从该AUT接收的电磁能量被转换成复杂电信号，该复杂电信号由电调制信号调制并且被辐射为散射信号。由另一个天线接收并转换成电信号的所得电磁散射信号用于经由反向传播变换以重建从AUT的表面辐射的信号频谱的全息图像重建操作中。该重建信号频谱与从已知良好的天线阵列的表面辐射的参考信号频谱的比较使得能够检测出AUT内的故障天线元件。
[0012]根据示例性实施方案，有源调制散射探针阵列包括：具有多个层的电路板结构，其中该多个层包括电导体和至少一种电介质的交替的平面层；第一多个探针天线元件，该第一多个探针天线元件以第一共同取向按第一阵列设置在该多个层中的第一层中；第一多个电信号调制设备，该第一多个电信号调制设备连接在该第一多个探针天线元件之间并设置在该多个层中的第二层中；以及第一多个电阻抗，该第一多个电阻抗连接在该第一多个电信号调制设备之间并设置在该多个层中的第二层中。
[0013]根据另一个示例性实施方案，用于操作有源调制散射探针阵列的方法包括：提供具有多个层的电路板结构，其中该多个层包括电导体和至少一种电介质的交替的平面层；提供第一多个探针天线元件，该第一多个探针天线元件以第一共同取向按第一阵列设置在
该多个层中的第一层中；提供第一多个电信号调制设备，该第一多个电信号调制设备设置在该多个层中的第二层中并连接在该第一多个探针天线元件之间；以及提供第一多个电阻抗，该第一多个电阻抗设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括有源调制散射探针阵列的装置，所述装置包括：电路板结构，所述电路板结构具有多个层，其中所述多个层包括电导体和至少一种电介质的交替的平面层；第一多个探针天线元件，所述第一多个探针天线元件以第一共同取向按第一阵列设置在所述多个层中的第一层中；第一多个电信号调制设备，所述第一多个电信号调制设备连接在所述第一多个探针天线元件之间并设置在所述多个层中的第二层中；和第一多个电阻抗，所述第一多个电阻抗连接在所述第一多个电信号调制设备之间并设置在所述多个层中的所述第二层中。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多个探针天线元件包括多条微带迹线。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多个电信号调制设备包括多个二极管。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多个电阻抗包括多个电阻。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多个电信号调制设备是利用多个导电通孔连接在所述第一多个探针天线元件之间的。6.根据权利要求1所述的装置，还包括电流测量电路，所述电流测量电路连接到所述第一多个电信号调制设备并被配置为测量通过所述第一多个电信号调制设备中的每一个电信号调制设备传导的多个相应电流。7.根据权利要求1所述的装置，还包括：第二多个探针天线元件，所述第二多个探针天线元件以第二共同取向按第二阵列设置在所述多个层中的第三层中；第二多个电信号调制设备，所述第二多个电信号调制设备连接在所述第二多个探针天线元件之间并设置在所述多个层中的第四层中；和第二多个电阻抗，所述第二多个电阻抗连接在所述第二多个电信号调制设备之间并设置在所述多个层中的所述第四层中。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一共同取向和所述第二共同取向是相互正交的。9.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一阵列和所述第二阵列相互设置成使得所述第二多个探针天线元件中的相应的探针天线元件设置在与所述第一多个探针天线元件中的相应的探针天线元件相互靠近的位置中。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：明乔，
申请(专利权)人：莱特普茵特公司，
类型：发明
国别省市：