天线阵列的试验装置的制作方法

1.本发明涉及天线阵列的解析、评价。


背景技术：

2.伴随着无线通信的大容量化，基带信号及rf信号的宽带化不断进展。在第五代移动通信系统、下一代的无线lan中，利用毫米波频带的载波信号，传送达到几百mhz～几ghz的宽带的基带信号。在这样的高速通信中，采用mimo(multiple-input and multiple-output)。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2004-012468号公报
6.专利文献2：国际公开wo2020-091071号公报
7.专利文献3：日本特开2018-009840号公报
8.专利文献4：日本特开2009-276092号公报
9.专利文献5：日本特开2019-113355号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.本公开是在上述的状况下作出的发明，其某方案的例示性目的之一在于提供一种能够通过ota(over the air)来评价天线单体或带有天线的设备的试验装置。
12.用于解决课题的方案
13.本公开的方案涉及将天线元件或具备天线元件的设备作为被试验设备的试验装置。试验装置具备：前端单元，其包括与被试验设备的天线元件的辐射面上的多个地点对置设置的多个电场检测元件，所述多个电场检测元件能够在各自对应的地点处一齐检测出被试验设备形成的电场，所述前端单元发送表示多个地点的电场的多个检测信号；以及测试器主体，其从前端单元接收多个检测信号来检查被试验设备。
14.需要说明的是，将以上的构成要素的任意的组合、本发明的构成要素、表现在方法、装置等之间相互置换的方案作为本发明的方案也是有效的。
15.发明效果
16.根据本发明的某方案，通过向现有的测试器主体追加前端单元，由此能够将天线单体或带有天线的设备以ota进行评价。
附图说明
17.图1是表示实施方式的试验装置的图。
18.图2是实施例1的试验装置的框图。
19.图3是实施例2的试验装置的框图。
20.图4是实施例3的试验装置的框图。
21.图5是说明基于数字化仪进行的欠采样的图。
22.图6是实施例4的试验装置的框图。
23.图7是实施例5的试验装置的框图。
24.符号说明
25.100 试验装置
26.10 dut
27.12 天线元件
28.110 测试器主体
29.112 接口模块
30.120 正交解调器
31.130 信号处理部
32.132 校准处理部
33.134 近场-远场转换处理部
34.200 前端单元
35.210 检测元件阵列
36.212 电场检测元件
37.220 前端电路
38.230 降频转换器
39.232 振荡器
40.234 分配器
41.236 混频器电路
42.240 数字化仪
43.242 振荡器
44.244 分配器
45.246 滤波器
46.248 a/d转换器
47.250 接口模块
48.260 正交解调器
49.270 数字化仪
50.280 光源
51.282 发光单元
52.290 受光元件
具体实施方式
53.(实施方式的概要)
54.说明本公开的若干的例示性的实施方式的概要。该概要作为后述的详细的说明的前置，以实施方式的基本的理解为目的，简化说明一个或多个实施方式的若干的概念，没有限定发明或公开的广度。而且，该概要不是能想到的全部实施方式的涵盖性的概要，没有限
定实施方式的不可或缺的构成要素。为了简便起见，“一实施方式”有时用作指代本说明书公开的一个实施方式(实施例或变形例)或多个实施方式(实施例或变形例)。
55.该概要不是能想到的全部实施方式的广泛的概要，既不想确定全部实施方式的重要的要素或重要的要素，也不想划分一部分或全部的方案的范围。其唯一的目的是作为在后提示的更详细的说明的前置，将一个或多个实施方式的若干的概念以简化的方式提示。
56.一实施方式的试验装置将天线元件或具备天线元件的设备作为被试验设备进行试验。试验装置具备：前端单元，其包括与被试验设备的天线元件的辐射面上的多个地点对置设置的多个电场检测元件，所述多个电场检测元件能够在各自对应的地点处一齐检测出被试验设备形成的电场，所述前端单元发送表示多个地点的电场的多个检测信号；以及测试器主体，其从前端单元接收多个检测信号来检查被试验设备(天线元件)。
57.前端单元作为对一般的半导体设备进行试验时的性能板的替代来发挥功能，通过包含多个电场检测元件的前端单元与测试器主体的组合来构成试验装置。从前端单元对测试器主体以测试器主体支持的方式传送检测信号，由此，能够有效利用现有的测试器主体，将天线单体或带有天线的设备以ota进行试验。
58.在一实施方式中，多个检测信号可以是对多个电场检测元件的输出进行下变频而得到的信号。在前端单元中，将表示电场的检测信号的频率降低至测试器主体能够处理的频带进行传送，由此能够实现仅利用了现有的测试器主体的接口的试验。
59.在一实施方式中，前端单元可以将多个检测信号进行数字化而向测试器主体发送。在该情况下，测试器主体能够利用其自身具备的数字模块来接收数字化的多个检测信号并进行处理。
60.在一实施方式中，多个电场检测元件可以是多个光电(eo：electro-optic)传感器。通过使用利用了光电效应的光电传感器，由此能够不扰乱被试验天线的状态地测定电场。
61.在一实施方式中，前端单元可以包括：将以与被试验设备辐射的电场的第一频率不同的第二频率调制后的光向多个光电传感器照射的光源；以及与多个光电传感器对应且分别生成与向多个光电传感器中的对应的一个光电传感器作用后的探测光对应的光检测信号的多个受光元件。多个检测信号可以对应于多个光检测信号。光检测信号成为将第一频率、第二频率作为本振频率并对rf信号进行了下转换的信号。
62.在一实施方式中，前端单元可以包括：将包含第一波长和第二波长的探测光向多个光电传感器照射的光源；以及与多个光电传感器对应且分别生成与向多个光电传感器中的对应的一个光电传感器作用后的探测光对应的光检测信号的多个受光元件。多个检测信号可以基于多个受光元件生成的多个光检测信号而得到。光检测信号成为将基于第一波长与第二波长的差量的频率作为本振频率并对rf信号进行了下转换的信号。
63.在一实施方式中，前端单元可以包括：将多个光电传感器的输出进行数字化的多个a/d转换器；以及将多个a/d转换器的输出向测试器主体发送的接口电路。
64.在一实施方式中，多个电场检测元件可以是多个传感器天线。
65.在一实施方式中，前端单元可以包含与多个传感器天线对应且分别将多个传感器天线中的对应的一个传感器天线的输出与和被试验设备辐射的电场的第一频率不同的第二频率的载波信号进行混频的多个混频器。多个检测信号可以基于多个混频器的输出而得
到。
66.在一实施方式中，前端单元可以包括：将多个混频器的输出进行数字化的多个a/d转换器；以及将多个a/d转换器的输出向测试器主体发送的接口电路。
67.在一实施方式中，前端单元可以包含对多个传感器天线生成的多个信号进行欠采样的数字化仪。多个检测信号可以基于数字化仪的输出而得到。
68.在一实施方式中，测试器主体可以基于多个检测信号来算出被试验设备辐射的远场。
69.在一实施方式中，测试器主体可以具备对多个检测信号分别进行正交解调的正交解调器。通过对检测信号进行正交解调，能够取得多个电场检测元件分别接收的电场的相位。
70.(实施方式)
71.以下，基于优选的实施方式，参照附图来说明本发明。对于各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注同一符号，适当省略重复的说明。而且，实施方式没有限定发明而为例示，实施方式记述的全部的特征或其组合未必是发明的本质。
72.在本说明书中，“构件a与构件b连接的状态”除了将构件a与构件b在物理上直接连接的情况之外，也包括构件a与构件b经由对它们的电连接状态不会造成实质性的影响或者不会损害通过它们的结合所起的功能或效果的其他的构件而间接连接的情况。
73.同样，“构件c设置于构件a与构件b之间的状态”除了构件a与构件c、或者构件b与构件c直接连接的情况之外，也包括经由对它们的电连接状态不会造成实质性的影响或者不会损害通过它们的结合所起的功能或效果的其他的构件而间接连接的情况。
74.图1是表示实施方式的试验装置100的图。试验装置100的试验对象(dut(被试验设备)10具备一个或多个(m个)天线元件12。在该例子中，m＝8个天线元件12_1～12_m形成天线阵列。dut10可以是天线阵列其本身，也可以是带有天线阵列的收发设备(aip：antenna-in-package)。需要说明的是，在图1中，将dut10配置成朝上，但是试验中的dut10的姿势任意。
75.试验装置100通过ota来测定dut10的天线阵列。试验装置100具备测试器主体110、前端单元200。
76.测试器主体110是为了测定存储器、lsi(large scale integrated circuit)、ic(integrated circuit)而使用的ate(automatic testing equipment)的主体部分，具备标准的测试器所具备的功能、硬件。具体而言，具备如下功能：执行测试程序，产生基于测试程序的试验信号，而且接收对试验信号进行响应而dut产生的信号，并对接收到的信号进行处理。
77.在将存储器、lsi、ic设为dut的试验中，测试器主体110与测试头一起使用。在测试头设置管脚电路卡(板)，管脚电路卡经由性能板与dut连接。
78.图1的试验装置100取代性能板而具备前端单元200。
79.前端单元200具备包含多个(n个)电场检测元件212_1～212_n的检测元件阵列210。多个电场检测元件212与dut10的天线元件12的辐射面s上的多个地点对置设置，能够在各自对应的地点处一齐检测出dut10形成的电场(近场)。在该例子中，以能够检测出每一个天线元件12中的k＝4地点的电场强度的方式设置n＝m
×
k＝8
×
4＝32个电场检测元件
212，合计测定32个地点的电场。
80.前端单元200除了多个电场检测元件212_1～212_n之外，还具备前端电路220。前端电路220对多个电场检测元件212_1～212_n的输出进行处理，将表示多个地点的电场的多个检测信号sd1～sdn经由线缆102向测试器主体110发送。
81.测试器主体110从前端单元200接收多个检测信号sd1～sdn来检查dut10。
82.dut10的天线元件12产生的电场(电波)依赖于无线通信方式，但是为几ghz～几十ghz的级别的rf(radio frequency)信号。如果将这样高的频率经由线缆102传送，则由于波形应变或噪声的影响而无法正确地向测试器主体110发送。一般的测试器主体110不具有接收几ghz～几十ghz的rf信号的接口。
83.因此，在本实施方式中，将多个检测信号sd1～sdn设为通过对多个电场检测元件212的输出进行了下变频而得到的信号，能够由测试器主体110中的现有的硬件接收。由此，能够有效利用现有的测试器主体110。在此所说的现有的硬件例如是数字模块。
84.在测试器主体110中，虽然具备a/d转换器作为硬件，但是其通道数有时不那么多。或者，具备将电场检测元件212的个数n覆盖的多通道的a/d转换器的模块的造价高。
85.因此，前端单元200对多个检测信号sd1～sdn进行数字化而向测试器主体110发送。由此，测试器主体110不需要多通道的a/d转换器。
86.以上是试验装置100的基本结构。接下来说明其动作。
87.在dut10的试验时，测试器主体110使dut10动作，从多个天线元件12_1～12_m辐射电波。在dut10为天线的情况下，只要从前端单元200向天线输入具有适当的频率的rf信号即可。rf信号可以使用无调制的正弦波，但是并不局限于此，可以设为调制后的信号。
88.在dut10为aip的情况下，向dut10赋予控制信号cnt，将dut10设定为测试模式，使aip内置的振荡器动作，从天线元件12_1～12_m辐射电波。
89.多个电场检测元件212_1～212_n输出与向各自的天线面入射的电波(近场)相应的信号。前端电路220接收多个电场检测元件212的输出信号，转换成测试器主体110能够接收的检测信号sd1～sdn，向测试器主体110发送。如上所述，前端电路220可以进行频率下变频，生成数字化的检测信号sd1～sdn。
90.测试器主体110接收来自前端单元200的多个检测信号sd1～sdn，通过对它们进行处理来评价dut10的特性。优选的是，第i个(1≤i≤n)检测信号sdi具有dut10的天线表面的对应的地点处的电场强度和电场的相位信息，测试器主体110能够计算多个地点处的电场强度和相位信息。而且，测试器主体110可以根据多个地点处的电场强度、相位信息，即近场，来推定远场。根据近场来推定远场的方法、算法只要使用公知技术即可。
91.以上是试验装置100的动作。
92.总结的话，前端单元200作为对一般的半导体设备进行试验时的性能板(根据情况的不同而为测试头的一部分)的替代来发挥功能，通过前端单元200与测试器主体110的组合来构成试验装置100。从前端单元200向测试器主体110以测试器主体支持的方式传送检测信号sd1～sdn，由此能够有效利用现有的测试器主体110，将天线单体或带有天线的设备以ota进行试验。
93.本公开作为图1的框图来掌握，或者扩及到根据上述的说明导出的各种装置、方法，没有限定为特定的结构。以下，不是缩窄本公开的范围，而是为了有助于本公开、本发明
的本质、动作的理解且使它们明确化而说明更具体的结构例、实施例。
94.(实施例1)
95.图2是实施例1的试验装置100a的框图。前端单元200a如上所述具备检测元件阵列210及前端电路220。前端电路220具备降频转换器230、数字化仪240、接口模块250。
96.在多个电场检测元件212_1～212_n中生成的信号(也称为初始信号)sa1～san具有与天线元件12辐射的电波的频率(载波频率fc)相同的频率(几ghz～几十ghz)。
97.在该实施例1中，作为电场检测元件212，可以使用电气性的天线(在本说明书中为了与dut的天线区分而称为传感器天线)。作为传感器天线，优选微带天线，例如可以使用贴片天线。各电场检测元件(传感器天线)212接收对应的地点处的电波(电磁场)，传感器天线的线圈生成具有与电磁场相应的强度及相位的电信号(线圈电压或线圈电流)。即，在使用传感器天线的情况下，线圈电压或线圈电流成为初始信号sa，初始信号sa具有载波频率fc。
98.降频转换器230将该高频的初始信号sa1～san下变频为测试器主体110a能够处理的频率δf，生成中间信号sb1～sbn。
99.降频转换器230包含振荡器232、分配器234、多个(n个)混频器电路236_1～236_n。振荡器232生成具有与载波频率fc的差量为δf的频率(例如f-δf)的rf信号。
100.分配器234将rf信号分配给多个混频器电路236_1～236_n。而且，该rf信号也可以向dut10的输入供给，在该情况下，dut10能够在试验时从天线元件12能够辐射自前端单元200a接收到的rf信号。
101.第i个(1≤i≤n)混频器电路236_i将对应的电场检测元件212_i生成的初始信号sai与rf信号相乘即进行混频，下变频成频率为δf的中间信号sbi。
102.数字化仪240将降频转换器230生成的多个中间信号sb1～sbn转换成数字的检测信号sd1～sdn。
103.数字化仪240具备振荡器242、分配器244、滤波器246、多个(n个)a/d转换器248_1～248_n。
104.振荡器242生成具有采样频率fs的采样信号。采样频率fs确定得比δf的二倍高。
105.分配器244将采样信号分配给多个a/d转换器248_1～248_n。向a/d转换器248的前段插入滤波器246。
106.第i个a/d转换器248_i与采样信号同步地将滤波后的对应的中间信号sbi转换成数字的检测信号sdi。
107.接口模块250将数字化的多个检测信号sd1～sdn向测试器主体110a发送。
108.测试器主体110a具备接口模块112、正交解调器120及信号处理部130。
109.接口模块112接收数字化的多个检测信号sd1～sdn。接口模块112也称为数字模块，将在规定的期间内接收到的多个检测信号sd1～sdn捕获为波形数据。
110.例如，在dut10辐射的电波为未被调制的正弦波的情况下，多个初始信号sa1～san成为相同频率fc的正弦波，强度及相位按信号而不同。下变频后的中间信号sb1～sbn成为相同频率δf的正弦波，强度及相位按信号而不同。测试器主体110a接收的检测信号sd1～sdn分别是具有频率δf的中间信号sb1～sbn的波形数据。
111.正交解调器120对多个检测信号sd1～sdn分别进行正交解调。即，通过正交解调器120，中间信号sb1～sbn被转换成包含i分量和q分量或者包含振幅信息和相位信息的基带
信号bb1～bbn。i分量和q分量与振幅信息、相位信息等价，表示原本的电场检测元件212的地点处的电场强度及相位。需要说明的是，正交解调器120可以作为硬件安装，也可以是以软件与cpu(运算处理装置)的组合安装。
112.需要说明的是，在天线的ota试验中，dut10的天线面的多个地点处的相对的相位已知即可，因此多个通道ch1～chn的相对的相位只要一致即可，正交解调器120可以与前端单元200a或dut10非同步地动作。即，具有不需要试验装置100a与前端单元200a的高精度的相位对合这样的优点。
113.信号处理部130对表示多个地点处的电场强度、相位信息的基带信号bb1～bbn进行处理，评价dut10的特性。信号处理部130的处理内容没有特别限定，只要根据dut10的想要评价的特性来确定即可。
114.例如信号处理部130包含校准处理部132及近场-远场转换处理部134。信号处理部130在硬件上为cpu等处理器，校准处理部132及近场-远场转换处理部134表示通过处理器执行软件程序(测试程序)而发挥的功能。
115.校准处理部132对作为电场检测元件212使用的传感器天线的基于构造的特性、多个传感器天线间的干涉、传感器天线与天线元件12之间的干涉等进行修正。修正的对象可以是基带信号，也可以是从基带信号得到的近场的电场分布。
116.例如在需要dut10的远场的信息的情况下，设置近场-远场转换处理部134。近场-远场转换处理部134将近场转换成远场。近场-远场转换处理部134的算法只要使用公知技术即可。
117.(实施例2)
118.图3是实施例2的试验装置100b的框图。在实施例1中，正交解调器120安装于测试器主体110a，但是在实施例2中，正交解调器260作为硬件安装。
119.正交解调器260将数字化仪240的输出sd1～sdn分别进行正交解调，生成数字的基带信号bb1～bbn。接口模块250将数字基带信号bb1～bbn作为检测信号向测试器主体110b发送。
120.需要说明的是，在图3的结构中，在数字化仪240的后段设置正交解调器260，但是并不局限于此，可以在数字化仪240的前段设置正交解调器260，通过正交解调器260生成模拟的基带信号，通过数字化仪240转换成数字的基带信号。
121.(实施例3)
122.图4是实施例3的试验装置100c的框图。前端单元200c具备数字化仪270。一般的数字化仪(a/d转换器)基于尼奎斯特定理，以比输入信号的最大频率高二倍以上的采样率进行动作，但是该数字化仪270利用欠采样的原理，将多个初始信号sa1～san进行数字化，生成数字的检测信号se1～sen。
123.图5是说明基于数字化仪270进行的欠采样的图。初始信号sa具有载波频率fc，其周期(载波周期)为1/fc。数字化仪270以比载波周期的整数k倍的时间t长τ的采样周期(t+τ)对初始信号sa进行采样。通过数字化仪270得到的检测信号se具有与初始信号sa相同的波形，成为进行了频率下转换的信号，这相当于实施例1中的信号sd1～sdn。
124.根据该结构，不需要混频器等。
125.在实施例3中，可以在前端单元200c的数字化仪270的后段设置正交解调器260，将
信号se转换成基带信号bb，向测试器主体110发送。
126.(实施例4)
127.图6是实施例4的试验装置100d的框图。
128.在实施例4中，作为电场检测元件212，取代天线而使用光电(eo)传感器。即检测元件阵列210包含多个eo传感器213。前端单元200d还具备光源280及多个受光元件290_1～290_n。
129.光源280对多个eo传感器213_1～213_n照射以与载波频率fc不同的本振频率f
lo
＝f
c-δf进行了调制的探测光la1～lan。光源280包含n个发光单元282，也可以是能按发光单元282来设定探测光la1～lan的强度、调制频率。发光单元282可以为vcsel(vertical cavity surface emitting laser)等半导体激光器，光源280可以为vcsel阵列。
130.多个受光元件290_1～290_n对应于多个eo传感器213_1～213_n。第i个受光元件290_i接收向对应的eo传感器213_i作用后的探测光lbi，生成表示接收到的探测光lbi的强度的光检测信号sfi。作为多个受光元件290_1～290_n，可以使用光探测器的阵列或光电二极管的阵列，也可以使用ccd传感器或cmos传感器等。
131.数字化仪240将多个光检测信号sf1～sfn转换成数字信号。接口模块250将数字化的光检测信号sd1～sdn向测试器主体110发送。
132.受光元件290_1～290_n生成的光检测信号sf1～sfn成为将eo传感器接收的电磁波的频率fc下变频成|f
c-f
lo
|＝δf的信号。即，实施例1中的降频转换器230的功能通过光源280和受光元件290_1～290_n实现。
133.(实施例5)
134.图7是实施例5的试验装置100e的框图。在实施例5中，光源280通过将不同的两个波长λ1、λ2的cw光混合而生成探测光la1～lan。发光单元282可以包括以第一波长λ1振荡的第一激光器284、以第二波长λ2振荡的激光器286、将两个cw激光合波的光耦合器288。
135.在实施例5中，取代对探测光进行调制，而是将波长不同的两个cw激光合成后的激光作为探测光来使用。由此，能够将两个波长λ1与λ2的差量所对应的频率下转换为本振频率f
lo
。
136.在实施例4、实施例5中，在光检测信号sf的频率δf比测试器主体110能够处理的频率高的情况下，可以向数字化仪240的前段插入图2的降频转换器230，进一步降低频率。
137.或者，可以取代数字化仪240，使用图4所示的基于欠采样的数字化仪270，进一步使频率下降。
138.在实施例4或实施例5中，可以使用数字输出的受光元件290，在该情况下，将数字化仪240的功能组入到受光元件290中。
139.在实施例4、实施例5中，也可以将正交解调器设置于前端单元200d。
140.在实施例4、实施例5中，将光源280分割成多个(n个)发光单元282，但是并不局限于此，可以作为一个光源构成。在该情况下，可以将实质上具有同样的强度分布的探测光向检测元件阵列210整体照射。
141.虽然基于实施方式说明了本发明，但是实施方式只不过示出本发明的原理、应用，在实施方式中，在不脱离权利要求书规定的本发明的思想的范围内，能够进行较多的变形例、配置的变更。