芯片天线测量校准装置及远场测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于芯片天线测量领域，具体涉及了一种芯片天线测量校准装置及方法，旨在解决现有的天线校准系统不适用芯片天线的计量的问题。本发明专利技术包括：射频信号子系统包括矢量网络分析仪、扩频模块、接收天线，用于电磁波信号的接收和发射；芯片天线馈电平台包括探针台、晶圆探针、显微镜，在显微镜的控制下，利用设置于探针台的晶圆探针精确接触天线馈电点进行馈电；三维扫描子系统包括三维扫描架、空间位置测量模块以及位置控制模块，用于按照设定的轨迹进行运动以实现待测天线的辐射方向图扫描测量。本发明专利技术实现了芯片天线方向图和增益的精确计量。确计量。确计量。

【技术实现步骤摘要】
芯片天线测量校准装置及远场测量方法


[0001]本专利技术属于芯片天线测量领域，具体涉及了一种芯片天线测量校准装置及方法。

技术介绍

[0002]天线测量技术最早出现于1905年，最先出现的是简易的远场测量，到30年代，天线测量技术发展迅速，天线远场测量的基本方法和问题得到了解决。50年代，美国的科学家Kerns提出了平面波展开法对天线进行近场测量，然后通过一系列复杂的运算得到天线的远场辐射方向图，此后，天线测量方法得到科研人员的密切关注，出现了大量的天线测量文献，并逐步研究近场法和紧缩法。90年代以后，因为计算机和自动化技术发展迅速，提升了近场测量系统的工程技术，近场测量技术也得到了快速发展，近场测量的精度和效率得到了较高的提升。
[0003]芯片天线是采用CMOS工艺将天线流片于晶圆,与晶圆中的集成电路融为一体.与传统平面天线相比减少了信号传输链路，因此具有高频损耗低、集成度高、体积小等优势,被广泛应用于阵列雷达、卫星通信、遥感等领域。通常利用大气层在60GHz左右频段对无线信号的吸收达到峰值的特点，保证了芯片天线在短距离传输电磁通信信号的安全性和抗干扰性。如图1所示的一款二维相控阵芯片天线，其芯片将4096个纳米天线集成到一个硅基底上，尺寸只有一个针尖大小。
[0004]芯片天线相较于传统天线有着尺寸小、馈电形式特殊的特点，因此无法使用传统的天线测量方式对其方向图进行精确计量。此外，还需针对计量设备的设计对计量结果进行校准从而确保结果的准确性。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即现有的天线校准系统不适用芯片天线的计量的问题，本专利技术提供了一种芯片天线测量校准装置，所述测量校准装置包括射频信号子系统、芯片天线馈电平台和三维扫描子系统；
[0006]所述射频信号子系统包括矢量网络分析仪、扩频模块、接收天线，用于电磁波信号的接收和发射；
[0007]所述芯片天线馈电平台包括探针台、晶圆探针、显微镜，在显微镜的控制下，利用设置于探针台的晶圆探针精确接触天线馈电点进行馈电；
[0008]所述三维扫描子系统包括三维扫描架、空间位置测量模块以及位置控制模块，用于按照设定的轨迹进行运动以实现待测天线的辐射方向图扫描测量。
[0009]在一些优选的实施例中，所述扩频模块和所述矢量网络分析仪作为所述芯片天线测量校准装置的信号发射和接收设备；
[0010]所述矢量网络分析仪的发射端通过所述扩频模块与待测天线相连，所述矢量网络分析仪的接收端通过所述扩频模块与接收天线相连，用于测量接收天线与待测天线之间的幅度和相位信息。
[0011]在一些优选的实施例中，所述接收天线为开口波导天线或标准喇叭天线。
[0012]在一些优选的实施例中，所述矢量网络分析仪的扩频模块固定在所述探针台的支架上，与所述晶圆探针连接；
[0013]在显微镜的控制下，所述晶圆探针和所述探针台的台面精确实现上下、前后、左右移动，实现所述晶圆探针与芯片天线的馈电接触点之间的精确接触。
[0014]在一些优选的实施例中，所述探针支架和波导连接的金属材质部件上设置有吸波材料。
[0015]在一些优选的实施例中，所述吸波材料，其精确位置通过关键反射点识别方法获取。
[0016]在一些优选的实施例中，所述探针台为防振平台，实现晶圆探针与待测集成天线的馈电接触点之间的稳定可靠接触。
[0017]在一些优选的实施例中，所述位置控制系统控制所述三维扫描架的运动轨迹、步进和扫描时间。
[0018]在一些优选的实施例中，所述空间位置测量系统，用于测量接收天线和发射天线之间的距离，天线之间相对位置对准和进行天线姿态调整。
[0019]本专利技术的另一方面，提出了一种芯片天线远场测量方法，所述测量方法包括：
[0020]判断天线相位在扫描范围内的状态，并执行：
[0021]若相位在扫描范围内依次滞后，芯片天线的相位中心偏右，在向左移动后继续测量调整位置，直到得到平坦的相位图；
[0022]若相位在扫描范围内依次超前，芯片天线的相位中心偏左，在向右移动后继续测量调整位置，直到得到平坦的相位图；
[0023]若相位在扫描范围内先滞后然后超前，且对称点相位差异低于设定阈值，芯片天线的相位中心偏远，在向接近芯片天线的方向移动后继续测量调整位置，直到得到平坦的相位图；
[0024]若相位在扫描范围内先超前然后滞后，且对称点相位差异低于设定阈值，芯片天线的相位中心偏近，在向远离芯片天线的方向移动后继续测量调整位置，直到得到平坦的相位图。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026](1)本专利技术芯片天线测量校准装置，解决了芯片天线无法使用传统馈电方式进行馈电的弊端，通过使用探针台和机械臂进行芯片天线测试，实现芯片天线相位中心测量。
[0027](2)本专利技术芯片天线测量校准装置，通过关键反射点识别技术，采用低反射材料降低反射的影响，在一定程度上消除探针结构对测试造成的影响，克服了探针馈电引入的天线远场方向图和增益测量不准确的问题。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1是现有二维相控阵芯片天线的示意图；
[0030]图2是芯片天线测量时的反射信号来源示意图；
[0031]图3是本专利技术芯片天线测量校准装置的组成示意图；
[0032]图4是本专利技术芯片天线测量校准装置一种实施例的探头金属部分反射对测试结果影响示意图；
[0033]图5是本专利技术芯片天线测量校准装置一种实施例的关键反射点识别示意图；
[0034]图6是本专利技术芯片天线测量校准装置一种实施例的相位中心测量情况示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关专利技术相关的部分。
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0037]芯片天线是一种新型天线，其性能受基板，布线方式，探针馈点耦合等多种方式影响，这些都将对芯片天线的准确计量造成困难。
[0038]现阶段并没有针对芯片天线从生产到使用阶段的增益、方向图计量校准的方案，通常仅仅在设计阶段进行建模仿真后直接进行流片封装，严重制约了芯片天线的性能发展。因此，有必要研究一种芯片天线封装前的计量校准方案。
[0039]芯片天线方向图的准确计量主要受以下情况制约：
[0040](1)芯片天线计量受馈电形式限制；
[0041]芯片天线通常采用微小晶圆探针接触进行馈电，而不是通过SMA或者同轴线连接进行馈电。探针触点尺寸小大约30微米，其结构非常脆弱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片天线测量校准装置，其特征在于，所述测量校准装置包括射频信号子系统、芯片天线馈电平台和三维扫描子系统；所述射频信号子系统包括矢量网络分析仪、扩频模块、接收天线，用于电磁波信号的接收和发射；所述芯片天线馈电平台包括探针台、晶圆探针、显微镜，在显微镜的控制下，利用设置于探针台的晶圆探针精确接触天线馈电点进行馈电；所述三维扫描子系统包括三维扫描架、空间位置测量模块以及位置控制模块，用于按照设定的轨迹进行运动以实现待测天线的辐射方向图扫描测量。2.根据权利要求1所述的芯片天线测量校准装置，其特征在于，所述扩频模块和所述矢量网络分析仪作为所述芯片天线测量校准装置的信号发射和接收设备；所述矢量网络分析仪的发射端通过所述扩频模块与待测天线相连，所述矢量网络分析仪的接收端通过所述扩频模块与接收天线相连，用于测量接收天线与待测天线之间的幅度和相位信息。3.根据权利要求2所述的芯片天线测量校准装置，其特征在于，所述接收天线为开口波导天线或标准喇叭天线。4.根据权利要求2所述的芯片天线测量校准装置，其特征在于，所述矢量网络分析仪的扩频模块固定在所述探针台的支架上，与所述晶圆探针连接；在显微镜的控制下，所述晶圆探针和所述探针台的台面精确实现上下、前后、左右移动，实现所述晶圆探针与芯片天线的馈电接触点之间的精确接触。5.根据权利要求4所述的芯片天线测量校准装置，其特征在于，所述探针支架和波导连接的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：范伯昊，王硕，袁宝，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：