具有独立信号校准的相位阵列天线的制作方法

本技术案是有关于一种相位阵列天线，特别是关于一种可独立校准的相位阵列天线。

背景技术：

1、在现代无线通信技术中，与传统的地面通信技术相比，卫星通信由于具有更好的信号覆盖和高带宽等优点，而引起了很多关注。将卫星通信结合到流行的地面蜂窝通信中以增强无线通信网络的覆盖范围和带宽似乎很具有前景。此外，相位阵列天线技术通常用于与卫星通信一起运作，以提高在长传输距离的功率效率。但是天线阵列中各个天线元件的相位延迟需要对短延迟及高准确度进行良好的控制，因此相位阵列天线的成本仍然很高。因此，基于卫星通信的产品商业化并不令人满意。因此，需要开发一种具有改进相位控制设计的新型相位阵列天线及其测试方法，以降低其制造成本。

技术实现思路

1、本发明实施例提出一种天线装置，包括：基板；第一接地板，设置在第一层中且在该基板上；第一信号端口和第二信号端口，设置在邻近该第一层的第二层中，用于分别传输第一射频(rf)信号和第二rf信号；第一馈线和第二馈线，设置在该第二层中，并分别连接到该第一信号端口和该第二信号端口；及辐射元件，设置于该基板上方。该基板经设置以提供第一信号通道和第二信号通道，其位于该辐射元件和该第一或第二馈线之间以传输该第一和该第二rf信号，该第一馈线和该第二馈线具有不同的线长，并且该辐射元件从上方观察与该第一信号通道及该第二信号通道至少部分重叠。

2、本发明实施例提出一种天线阵列，包括：基板和天线装置的阵列，形成在该基板上。每个所述这些天线装置包括：第一接地板，设置于第一层中且位于该基板的第一表面上；第一信号端口和第二信号端口，设置于相邻该第一层的第二层中，用于传输第一射频信号和第二射频信号；第一馈线和第二馈线，设置于第二层中，并分别连接到该第一信号端口和该第二信号端口；及辐射元件，位于该基板与第一表面相对的第二表面上的第三层中。该第一接地板经配置以形成第一狭缝和第二狭缝，其设置于该第一层中以传输该第一和该第二rf信号，该第一馈线和该第二馈线具有不同的线长，并且该辐射元件从上方观察与该第一狭缝和该第二狭缝至少部分重叠。

3、通过所提出的相位阵列天线的设置，相位阵列天线的每个天线装置的相位校准可以更容易且更准确地管理，因此rf发射器和接收器可以以较低的成本制造，并且操作功率较小。此外，元件的可靠性还可因此提升。

4、以上说明已相当广泛地概述本发明的实施例具有的技术特征及优点，俾使以下所述的本发明详细实施方式得以更容易明了。本发明申请专利范围标的所具有的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，利用下文揭示的概念与特定实施例，可相当容易修改成或设计出其它结构或方法而达到与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，此种达到类似效果的构思仍未脱离本文所述的申请专利范围所界定本发明的精神和范围。

5、图式简单说明

6、当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可以最佳地理解本案的各方面。应该注意的是，根据本领域业界的标准做法，各种特征并非按比例绘制。事实上，为了讨论的清晰，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。

7、图1是根据本案的一些实施例的下一代通信场景中的无线通信系统的示意图。

8、图2a是根据一些实施例的用户设备的发射器或接收器的天线阵列的立体示意图。

9、图2b是根据一些实施例显示在图2a所示的发射器或接收器的剖面示意图。

10、图2c是根据一些实施例显示在图2a所示的发射器或接收器中的射频(rf)芯片的俯视示意图。

11、图3是根据一些实施例显示在图2a所示的发送器或接收器的天线装置的平面示意图。

12、图4是根据一些实施例显示在图3所示的天线装置的狭缝的放大图。

13、图5是根据一些其他实施例显示图3所示的天线装置的狭缝的俯视示意图。

14、图6是根据一些实施例显示相位校准表的方块示意图。

15、图7a是根据一些实施例显示电磁屏蔽结构的立体示意图。

16、图7b是根据一些实施例显示图7a所示的电磁屏蔽结构的剖面示意图。

17、图8是根据一些实施例的测试探针装置的剖面示意性图。

18、图9是根据一些实施例显示的测试相位天线阵列的方法的流程示意图。

19、图10a和10b是根据一些实施例显示图9所示的测试步骤的方块示意图。

20、实施方式

21、本案主张在先申请的申请日为2022年6月24日、申请号为第63/366，939号的美国专利临时申请案以及申请日为2022年12月14日、申请号为第18/065，957号的美国专利申请案的优先权，在此将其全文引入作为参照。

22、以下公开提供了许多不同的实施例或示例，用于实现所提供主题的不同特征。下面描述组件和设置的具体示例以简化本案。当然，这些仅仅是示例并且不意在进行限制。例如，在下面的描述中，在第二特征上或上方形成第一特征可以包括第一和第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可以包括可以形成在两个特征之间的附加特征的实施例，使得第一和第二特征可以不直接接触。此外，本案可以在各种示例中重复参照数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身并非用于描述所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。

23、此外，为了便于描述，此处可以使用诸如“之下方”、“以下”、“下方”、“之上”、“上方”等空间相对术语来描述一个元素或特征与如图所示的另一个元素或特征。除了图中描绘的方向之外，空间相对术语旨在涵盖组件在使用或操作中的不同方向。该元件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且本文使用的空间相对描述符同样可以相应地解释。

24、尽管阐述本案的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值会尽可能精确地提报。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必然是由于在相应的测试测量中通常发现的偏差而导致的。此外，如本文所用，术语“大约”、“基本上”或“基本上地”通常是指在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。或者，当本领域普通技术人员考虑时，术语“大约”、“基本上”或“基本上地”表示在平均值的可接受标准误差内。除了在操作/运作的示例中，或除非另有明确规定，所有数值范围、量、值和百分比，例如材料量、持续时间、温度、操作条件、量比等的那些本文所公开的其应理解为在所有情况下均由术语“大约”、“基本上”或“基本上地”修改。因此，除非有相反指示，本案和所附专利请求范围中阐述的数值参数是可以根据需要变化的近似值。至少，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。范围在本文中可以表示为从一个端点到另一个端点或两个端点之间。除非另有说明，本文公开的所有范围都包括端点。

25、如本文所用，术语“连接的”可以解释为“电连接的”，并且术语“耦合的”也可以解释为“电耦合的”。“连接的”和“耦合的”也可以用来表示两个或多个元素相互协作或互动。

26、本案的实施例讨论了适用于地面和非地面无线通信的相位阵列天线设计，其中天线结构包括两条馈线，所述两条馈线经配置以提供两个相同射频(rf)输入信号，其具有适当管理的相位延迟以产生圆极化射频信号。相位阵列天线结构还包括基于玻璃的基板，天线部件和rf芯片形成在该基板上。在一些实施例中，基于玻璃的基板因其高度平坦性和低成本而适用于大尺寸天线面板。此外，在天线接地线内形成并由天线接地线所限定的一对狭缝经提供在天线的辐射元件和这对狭缝之间耦合rf信号。在一些实施例中，在辐射元件和天线的一对狭缝之间的玻璃为主的基板中基本上没有设置导电元件，从而节省了为天线形成玻璃通孔(tgv)的成本。每个天线装置的双输入rf信号适合在双输入rf信号被组合并耦合到辐射元件之前，或在从辐射元件接收到输出rf信号之后并且在rf信号组合之前，进行振幅或相位校准。结果，可以以相对简单的设计和较低的制造成本来实现高精准度的相位天线阵列。

27、图1显示根据本案的一些实施例的下一代通信场景中的无线通信系统10的示意图。无线通信系统10包括一个或多个用户设备12、14、16和18、地面基站22和非地面基站24。在一些实施例中，用户设备12、14由人携带和移动，并且被称为手持设备。在一些实施例中，用户设备16是装备在在地面上移动的车辆中的移动设备，例如汽车、火车等。在一些实施例中，用户设备18是装备于在海中、河流等当中移动的船舶中的用户设备。

28、在一些实施例中，地面基站22是部署在诸如蜂窝通信网络的通信网络中的基站的示例。地面基站22用于向用户设备12、14和16提供通信网络，其中用户设备12、14和16可以通过由多个地面基站22建立的网络彼此发送或接收信息。地面基站22也可以称为低海拔平台。在一些实施例中，非地面基站24是部署在通信卫星网络中的通信卫星的示例。非地面基站24经配置以向用户设备12、14、16和18提供通信网络，其中用户设备12、14、16和18可以通过卫星网络在彼此之间发送或接收信息。多个地面基站22和多个非地面基站24可以相互连接，形成统一的通信网络，实现全球通信网络，覆盖全球各地的用户设备，其用户可以位于低海拔位置、高海拔位置或地面基站22的网络未覆盖的任何地方。

29、为了实现以无线通信系统10为例的全球通信网络的目标，用户设备12、14、16或18可能需要重新设计以包括具有更大通信能力的发射器或接收器以与位于高空的非地面基站24进行通信。在各种发射机或接收机设计中，相位阵列天线技术是实现波束成形技术的很有前途的解决方案，它可以显著提高发射机或接收机的增益，具有更高的可靠性，并适用于卫星通信。

30、图2a是根据一些实施例的用户设备12、14、16或18的发射器或接收器200的天线阵列的立体示意图。在一些实施例中，发射器或接收器200是rf发射器或接收器。在一些实施例中，发射器或接收器200用作地面基站22或非地面基站24的发射器或接收器。在一些实施例中，尽管未单独显示，但发射器或接收器200包括控制电路板和rf电路板，其经配置以产生和控制由发射器200发射的rf信号，或者经配置以接收和控制由接收器200接收的rf信号。在一些实施例中，每个用户设备12、14、16、18，地面基站22和非地面基站24包括具有不同工作频率的发射器200和接收器200，例如分别工作在大约28ghz和18ghz。

31、如图2a所示，发射器或接收器200包括由多个天线元件形成的天线阵列，例如辐射元件206，形成在发射器或接收器200的rf电路板的基板202上。在一些实施例中，示例性天线装置200a包括基板202和设置在基板202下方的互连结构204。互连结构204具有下表面，并且基板202具有上表面。在一些实施例中，在基板202的上表面上形成辐射元件206的阵列，而在互连结构204的下表面上设置有多个rf芯片208。rf芯片208可以通过多个在互连结构204的下表面上的导电线(未单独显示)相互连接。在一些实施例中，导电线可以被电绝缘材料封装或通过互连结构204的表面暴露。在一些实施例中，每个发射器或接收器100的天线装置200a包括贴片天线结构，并且每个辐射元件206包括天线装置200a的贴片结构，例如圆形、椭圆形或椭圆形，并且被称为对应天线装置200a的天线贴片206。

32、图2b是根据一些实施例在图2a所示的发射器200或接收器200的天线装置200a的剖面示意图。该剖面图是沿图2a的剖面线aa截取的。如图2b所示，基板202由透明材料形成，例如玻璃、硅熔石、氧化硅、石英等。在一些实施例中，基板202将天线贴片206与互连结构204或rf芯片208的电路分离。在一些实施例中，rf信号从形成在基板202下侧的rf芯片208传输，通过形成在互连结构204中的rf电路，通过透明基板202中的信号通道212传输，并耦合到形成在基板202上侧的天线贴片206。在一些实施例中，天线贴片206包括在天线贴片206的圆形或椭圆形圆周上的额外贴片，以产生更好的输出rf信号的场形分布。在一些实施例中，天线贴片206可以被修整以在天线贴片206的圆形或椭圆形圆周上具有截断部分或半圆形，以寻求输出rf信号的更好的场形分布。信号通道212可以由基板202的透明材料形成。在一些实施例中，基板202的厚度是基于天线装置200a的射频信号的工作频率来决定的。由于基板202的材料相对rf信号是透明的，因此基板202在天线贴片206的投影区域内可能不需要任何导电构件，但仍可经操作以将互连结构204电磁连接到天线贴片206。

33、在一些其他实施例中，基板202由非透明材料形成，例如元素半导体材料，例如块状硅。在一些实施例中，基板202包括形成在信号通道212中的导电通孔，以将互连结构204中的rf电路电连接到天线贴片206。结果，rf信号从形成在基板202的下侧的rf芯片208传输，并通过形成在互连结构204中的rf电路，再通过非透明基板202中的信号通道212中的导电通孔传输，到达形成于上侧的天线贴片206。基板202。在一些实施例中，在导电通路和基板202的周围硅材料之间沉积隔离膜以提供更好的电性绝缘。

34、在一些实施例中，互连结构204由堆叠的多个金属化层形成。金属化层包括图案化的导电线或导电通孔，并且这些图案化的导电线和通孔经图案化或电性互连以形成互连路径以及天线装置200a的其他部分。例如，形成在基板202的下表面上的第一金属化层包括第一导线或垫222a。第一导电线或垫222a可以被图案化为接地板，并且剩余空间可以形成为用于将rf信号耦合到天线贴片206或从天线贴片206耦合rf信号的狭缝或孔。在一些其他实施例中，线或垫222a形成为用于将rf信号中继到非透明基板202中的导电通孔的信号接点。

35、第二金属化层形成在第一金属化层下方并且包括第一导电通孔，例如示例性第一导电通孔224a。同样，第三金属化层形成在第二金属化层下方并包括第二导线或垫222b，第四金属化层形成在第三金属化层下方并包括多个第二导电通孔，例如示例性第二导电通孔224b。第二导线222b可以经图案化以形成电源线或信号传输线。第五金属化层形成在第四金属化层下方并且包括第三导线222c。第三导线222c可以经图案化以形成用于在rf芯片208的端口之间传送rf信号或控制信号的传输线。在一些实施例中，导线222a、222b、222c通过导电通孔224a和224b互连。在一些实施例中，多个导电垫210设置在第六金属化层下方并且将导电线222c电连接到rf芯片208。

36、请注意，由于信号通道212的存在，rf芯片208可能与相应的天线贴片206对应但不对齐。rf芯片208在图2b中显示为与天线贴片206对齐只是为了说明的目的，并不意味着规定天线贴片206必要和相应的rf芯片208对齐。

37、在一些实施例中，导线222a、222b、222c和210以及导电通路224a和224b由诸如铜、钨、铝、钛、钽、其合金等的导电材料形成。导电线222a、222b、222c和导电通孔224a和224b通过绝缘材料226a、226b或226c进一步电绝缘，例如基于聚合物的材料，例如聚酰亚胺或环氧树脂。

38、图2c是根据一些实施例显示图2a所示的发射器200或接收器200的天线装置200a中的rf芯片208的俯视示意图。在涉及发射器200的实施例中，每个rf芯片208包括用于接收rf输入信号rf_in、电源电压vd、校准数据din、数据时钟信号clk和同步时钟信号sync的输入端口。在一些实施例中，每个rf芯片208包括用于输出校准数据dout和rf输出信号rf_out的两个分量的输出端口，即同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q。

39、在一些实施例中，rf输出信号rf_out由分别对应于rf输出信号的水平(h)极化和垂直(v)极化分量的同相分量rf_out_i和正交分量rf_out_q形成射频输出。分开的信号分量rf_out_i和rf_out_q代表同相分量rf_out_i和正交分量rf_out_q，它们在相位校准之后及组合在一起传输之前将协调成相互正交。将rf输出信号rf_out的正交分量分离设置可以帮助独立地进行校准rf信号rf_in的分量。

40、在涉及接收器200的实施例中，每个rf芯片208包括用于接收rf信号rf_out_i和rf_out_q的两个分量、电源电压vd、校准数据din、数据时钟信号clk和同步时钟信号sync。在一些实施例中，每个rf芯片208包括用于输出校准数据dout和rf信号rf_in的输出端口。校准数据din、数据时钟信号clk和同步时钟信号sync在本文中统称为控制信号。

41、在一些实施例中，上述控制信号din、clk和sync由发射器或接收器200的控制器产生。校准数据din可以包括振幅校准数据或相位校准数据，或两者都有。在一些实施例中，校准数据din用于根据校准数据din独立地校准发射器200中的rf输出信号rf_out_i和rf_out_q的振幅或相位，然后它们被耦合在一起并被传输。在这个阶段，rf输出信号rf_out_i和rf_out_q在它们被相位校准并从芯片208输出之前彼此同相。在一些实施例中，在输入的rf信号rf_out_i和rf_out_q从天线贴片206接收之后，并在rf芯片208中进行组合之前，校准数据din用于在接收器200中独立校准rf_信号rf_out_i和rf_out_q的振幅或相位。输入rf信号rf_out_i和rf_out_q在振幅和相位校准之后并在被组合和传输之前，将被做成彼此同相。

42、在一些实施例中，数据时钟信号clk用于为rf芯片208的组件中的暂存器提供通用时钟。数据时钟信号clk的频率可以代表数字数据处理的工作频率。在一些实施例中，同步时钟信号sync可用于提供时钟以同步rf芯片208的操作及/或用于为不同阶段的一些暂存器提供时钟，以在相同的时钟时间输出校准数据。同步时钟信号sync可以代表校准数据的更新率。在一些实施例中，由于控制信号包括数字形式，因此它们也被称为数字控制信号。

43、图3是根据一些实施例显示图2a所示的发射器或接收器200中的天线阵列的示例天线装置200a的平面示意图。图2b的剖面图也是从图3的bb线截取的。在一些实施例中，天线装置200a包括信号端口302和304，其中信号端口302和304经配置为发射器200中的输出信号端口，以发射rf信号rf_in从rf信号源，通过芯片208，并到达天线装置200a。或者，信号端口302和304经配置为接收器200中的输入端口，以从天线贴片206接收rf信号rf_in，通过rf芯片208到达信号接收模块(未单独显示)。在一些实施例中，如图2b和3所示，信号端口302和304形成在互连结构204的第一金属化层下方的第二金属化层中，并电连接到对应的rf芯片208的射频信号rf_out_i和rf_out_q的输入/输出端口，如图2c所示。

44、在一些实施例中，天线装置200a还包括第一馈线312和与第一馈线312相邻的第二馈线314。在一些实施例中，第一馈线312和第二馈线314的长度、宽度、取向和形状的数值经设计或调整以在设计或制造阶段可匹配传输线的阻抗。在一些实施例中，第一馈线312或第二馈线314被设计为具有大约50欧姆的输入阻抗以匹配信号端口302、304的输出阻抗。

45、在一些实施例中，第一馈线312和第二馈线314具有不同的长度以分别在第一馈线312和第二馈线314的耦合节点312p和314p处提供不同的相位(参见图2b的耦合节点314p)。在一些实施例中，第二馈线314比第一馈线312长，并且长度差距被设计为使得耦合节点312p和314p之间的相位差大致为90度。换言之，第一馈线312和第二馈线314经配置以在理想情况下在信号端口302和304处提供具有相同初始相位的相同rf信号rf_in。rf信号rf_in的功率被分成两半分别给rf输出信号rf_out_i和rf_out_q。在沿第一馈线312和第二馈线314传播之后，第一馈线312和第二馈线314之间的长度差导致rf输出信号rf_out_i和rf_out_q分别在耦合节点312p和314p处彼此正交，或等效地具有大致90度的相位差。在一些实施例中，如果已经识别出相位误差，则在rf输出信号rf_out_i和rf_out_q被分离之后和分别馈入第一馈线312和第二馈线314之前对它们执行相位校准。相位校准的执行是用以补偿耦合节点312p和314p处的rf输出信号rf_out_i和rf_out_q之间的实际相位差与理想相位差(即90度)之间的相位误差。在一些实施例中，相位误差可能由于制造第一馈线312和第二馈线314中的工艺变化或阻抗失配而发生，导致第一馈线312和第二馈线314之间不想要的相位误差。

46、在一些实施例中，天线装置200a还包括形成在互连结构204的第一金属化层中的第一狭缝306和第二狭缝308。在一些实施例中，第一狭缝306和第二狭缝308形成在互连结构204的第一金属化层中。基板202的下表面，并分别设置于基板202与第一馈线312和第二馈线314之间(参见图2b以参考第二狭缝308)。第一狭缝306和第二狭缝308可以彼此分开以帮助信号分离和隔离。在一些实施例中，天线装置200a还包括局部接地板316，该局部接地板316限定并横向围绕第一狭缝306和308。局部接地板316可以包括将第一狭缝306与第二狭缝308分开的部分。在一些实施例中，局部接地板316为圆形或椭圆形。在一些实施例中，局部接地板316在其圆周上具有截断扇区以补偿由rf输出信号rf_out_i和rf_out_q的非理想振幅或相位(即使在振幅和相位校准之后也是如此)导致的非理想场形分布。

47、在一些实施例中，第一馈线312和第二馈线314中的每一个具有分别连接到信号端口302和304的第一端(在rf芯片208附近)和第二端(在耦合节点312p和314p附近)分别与第一狭缝306和第二狭缝308重叠。在一些实施例中，如图3所示，第二端包括一突出部，其与第一狭缝306或第二狭缝308相交，以符合阻抗匹配的要求。

48、同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q耦合到天线贴片206，经组合并通过天线贴片206向外辐射。组合的rf信号rf_out来自同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q产生圆极化的rf信号rf_out。在一些实施例中，组合的rf信号rf_out是取决于同相rf信号rf_out_i相对于正交rf信号rf_out_q的排列顺序而造成右旋圆极化rf信号或左旋圆极化rf信号。在一些实施例中，由于rf信号输出rf_out的理想圆极化是由同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q之间的相等振幅和90度的准确相位差决定的，因此校准数据的效能具有重要的作用。在一些实施例中，同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q在它们被传送到天线贴片206之前被分离并且独立地进行振幅校准和相位校准。或者，在一些实施例中，从天线贴片206接收同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q，并在rf芯片208中独立地进行振幅校准和相位校准，然后将它们组合并发送出rf芯片208。因此，无需复杂的校准电路即可轻松完成校准任务。

49、在一些实施例中，通过图案化第一金属化层的导电层，在互连结构204的第一金属化层上形成局部接地板312、第一狭缝306和第二狭缝308，其中第一狭缝306及第二狭缝308是通过进一步图案化局部接地板312来形成。第一狭缝306和第二狭缝308分别至少部分地重叠耦合节点312p和314p，以使来自第一狭缝306和第二狭缝308的信号最大化。在一些实施例中，耦合节点312p或314p延伸超过第一狭缝306或第二狭缝308并形成第一馈线312或第二馈线314的突出部以寻求更好的阻抗匹配。

50、如前所述，可以根据对基板202的材料的选择将基板202制成透明或不透明的。在所示实施例中，基板202由透明材料形成，例如玻璃、硅熔石、氧化硅、石英等。因此，第一狭缝306、第二狭缝308以及基板202与第一狭缝306和第二狭缝308对齐的部分分别形成第一信号通道和第二信号通道，如图2b所示的信号通道212所示。第一信号通道和第二信号通道基本上设置在天线装置200a的天线贴片206的覆盖范围内，并且经配置以经由相应的第一狭缝306和第二狭缝308，以及第一和第二信号通道，以电性或电磁性的方式耦合天线贴片206和馈线312和314之间的rf信号rf_out_i和rf_out_q。。

51、在一些实施例中，天线装置200a还包括设置在第一金属化层中的通用接地板326。通用接地板326可以通过环形开口与局部接地板316分开。在一些实施例中，局部接地板316和通用接地板326接地到天线装置200a或发射器或接收器200的公共接地端(未单独显示)。在一些实施例中，使用通用接地板326以将相应的天线装置200a与相邻的天线装置200a分开。通用接地板326可以包括矩形或正方形的周围。在一些其他实施例中，通用接地板326具有其他形状以补偿由天线贴片206产生的电场。在一些实施例中，通用接地板326具有四个侧，并且通用接地板326的每一侧基本上是平行于天线阵列的一侧，例如沿x轴或y轴，如图图2a和3所示。在一些实施例中，通用接地板326的每一侧基本上平行或垂直于第一狭缝306或第二狭缝308的至少一个部分的方向，例如沿x轴或y轴。在一些实施例中，通用接地板326的四个边与第一狭缝306或第二狭缝308具有例如45度的夹角。通用接地板的四个边仍然保持矩形形状。在一些实施例中，相邻的通用接地板326例如通过相邻的通用接地板326之间的桥接部分彼此连接以形成共同接地。

52、图4是根据一些实施例显示图3所示的天线装置200a的第一狭缝306和第二狭缝308的放大图。在一些实施例中，第一狭缝306和第二狭缝308基本上完全被天线贴片206覆盖或重叠，以使rf信号rf_out_i和rf_out_q的耦合效率最大化。在一些实施例中，第一狭缝306具有沿x轴延伸的主要部分306，而第二狭缝308具有沿y轴延伸的主要部分308a(参见图2b以参考主要部分308a)。相应第一狭缝306和第二狭缝308的主要部分306和308a基本上彼此垂直，由此rf正交信号rf_out_i和rf_out_q可以分别通过第一主要部分306和308a分别传输，反之亦然。在一些实施例中，同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q分别代表水平极化和垂直极化的rf信号，或者可替代地，分别代表垂直极化和水平极化的rf信号。

53、在一些实施例中，第一狭缝306为棒形、条形、线形或“i”形。在一些实施例中，第一狭缝306或第二狭缝308或两者都包括从相应的主要部分延伸的一个或多个次要部分。次要部分可能无助于提高发射或接收功率，但可能有助于实现阻抗匹配。如图4所示，第二狭缝308包括第一次要部份308b和第二次要部分308c，其中次要部分308b和308c连接到主要部分308a的两端以形成u形狭缝。在一些实施例中，次要部分308b和308c垂直于主要部分308a并且平行于主要部分306。

54、在一些实施例中，第一狭缝306具有沿x轴测量的长度306l。在一些实施例中，主要部分308a和第二狭缝308具有沿y轴测量的长度308l。长度306l或308l是根据设计要求决定。在一些实施例中，制造的长度306l或308l越大，通过第一狭缝306或第二狭缝308的rf信号的功率越多。然而，当第一狭缝306或第二狭缝308延伸超出投影时天线贴片206的面积时，rf信号的耦合效率将降低。

55、在一些实施例中，第一狭缝306具有沿y轴测量的宽度306w。在一些实施例中，第二狭缝308的主要部分308a具有沿x轴测量的宽度308w。宽度306w或宽度308w是根据天线装置200a的运作频率的范围来决定的。一方面，如果宽度306w或308w小于最小宽度限制，例如小于同相rf信号rf_out_i或正交rf信号rf_out_q的波长，rf信号可能绕射到第一狭缝306或第二狭缝308，并且可能发生不想要的破坏性干涉。另一方面，如果宽度306w或308w大于最大宽度限制，则除了天线装置200a的工作频率之外的不想要频率的带宽信号可能被引入rf信号中。因此，宽度306w或308w应决定在合适的范围内，并配合天线装置200a的工作频率。

56、在一些实施例中，主要部分306和主要部分308a分开距离或间距ds。在一些实施例中，距离ds越大，将实现更好的正交信号隔离。当同相射频信号rf_out_i和正交射频信号rf_out_q之间的信号耦合很低时(即处于高信号隔离状态)，对同相射频信号rf_out_i和正交射频信号rf_out_q进行独立振幅或相位校准的性能和会变得更好。然而，距离ds的增加是以天线占地面积为代价实现的。因此，应在信号隔离效能和天线尺寸之间进行权衡。

57、图5是根据一些其他实施例显示图3所示的天线装置300a的狭缝俯视示意图。天线装置300a与天线装置200a相似，因此相似的特征将不再赘述。天线装置300a与天线装置200a的不同点主要在于，第一狭缝306还包括沿y轴延伸的第一次要部分306b和第二次要部分306c。在一些实施例中，第一次要部分306b和第二次要部分306c分别连接到主要部分306a的两端，从而形成u形狭缝。在一些实施例中，次要部分306b或306c垂直于主要部分306a和次级部分308b、308c，或者平行于主要部分308a。在一些实施例中，第一狭缝306和第二狭缝308中的一者或两者仅具有一个次要部分，因此第一狭缝306或第二狭缝308，或两者，包括l形。

58、图6是根据一些实施例的相位校准表500a的方块示意图。相位校准500a表示示例的12x12天线阵列中的每个天线装置的相位补偿值。相位补偿值的数量以度为单位表示，表示正交rf信号rf_out_q相对于作为校准基准的同相rf信号rf_out_i的相位补偿值。

59、从相位校准表500a可以看出，相位补偿值在12x12天线阵列的中心区域附近基本上为零。这可能是由于设置在中心区域周围的天线装置经历了由附近的通用接地板326(见图3)提供的更均匀或对称的接地。以较靠近天线阵列外围区域的天线装置而言，一般接地板326所提供的接地的对称性条件会持续降低，直至天线装置200a设置在天线阵列的边缘。结果，设置在天线阵列边缘的天线装置的电场对称性最差，从而导致其相位失真最严重。然而，从图6可以看出，即使在大型12x12天线阵列中，最差的相位误差也在16度左右，该误差可以通过所提出的简单数字相位校准程序轻松校准。因此，可以以低成本校准相位天线阵列中的相位失真。

60、图7a是根据一些实施例的电磁屏蔽阵列700的立体示意图。在一些实施例中，电磁屏蔽阵列700用于天线的测试方法，其中天线的辐射元件，例如天线装置200a的天线贴片206，被阻止辐射rf信号。在一些实施例中，电磁屏蔽阵列700包括排列成行和列的电磁屏蔽结构700a的阵列。在一些实施例中，电磁屏蔽阵列700的形状遵循如图2a所示的天线阵列200的形状。在一些实施例中，电磁屏蔽阵列700包括基板702。基板702可以由例如硅的半导体材料、例如氧化硅、氮化硅的介电材料或例如环氧树脂、聚酰亚胺的聚合物材料或其他合适的材料形成。电磁屏蔽阵列700或基板702可以包括前表面700f和与前表面700f相对的后表面700b。

61、每个电磁屏蔽结构700a由形成在基板702的前表面700f上的导电垫704的阵列形成。在一些实施例中，导电垫704为矩形形状。导电垫704彼此分开预定距离dx。共享导电层708形成在基板702的背面700b上。多个导电通孔706形成穿过基板702并将共用导电层708电连接到对应的导电垫704。在一些实施例中，共享导电层708具有大于每个导电垫704的面积。在所描绘的实施例中，每个电磁屏蔽结构700a包括5×5阵列的导电垫704，但本案不限于此。其他数量的电磁屏蔽结构700a的阵列尺寸也在本发明的预期范围内。

62、图7b是根据一些实施例显示图7a所示的电磁屏蔽结构700a的剖面示意图。共享导电层708用作电磁屏蔽结构700a的共同接地。在一些实施例中，电磁屏蔽结构700a可以看作是多个等效电感电容(lc)电路的级联，其中电感l与电容c并联。lc电路会带有带通滤波器的效果，使一部分频率通过，同时阻挡另一部分频率。在一些实施例中，电磁屏蔽结构700a的频率响应或阻止带带范围将由导电垫704的尺寸或宽度lx以及导电垫704之间的距离wx或间距来决定。通过适当地决定导电垫704距离dx，可经由电磁屏蔽结构700a实现对射频信号rf_out的带通滤波。

63、图8是根据一些实施例的测试探针阵列800的剖面示意性图。在一些实施例中，测试探针阵列800用于具有电磁屏蔽阵列700的天线测试方法，其中当rf信号rf_out，包括同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q，被电磁屏蔽阵列700阻挡(否则将是从天线装置200a的天线贴片206发出的辐射)，射频信号rf_out_i和rf_out_q可以经由馈线312或314获得并进行检查。

64、在一些实施例中，测试探针阵列800包括排列成行和列的测试探针装置800a的阵列。在一些实施例中，测试探针阵列800的形状遵循如图2a所示的天线阵列200的形状。在一些实施例中，测试探针阵列800包括基板802。基板802可以由例如硅的半导体材料或例如氧化硅、氮化硅的介电材料或例如环氧树脂、聚酰亚胺的聚合物材料或其他合适的材料形成。测试探针阵列800或基板802可以包括前表面800f和与前表面800f相对的后表面800b。多个探针组812形成在前表面800f上。探针组812可以包括一对探针804、806，分别用于探测第一馈线312和第二馈线314，并检查rf信号rf_out_i和rf_out_q是否具有基本相等的振幅和预定的大致相位差90度。在一些实施例中，探针针314、316包括弹簧针或其他合适的测试探针。

65、在一些实施例中，基板802包括形成在基板802的前表面800f或封装表面上的图案化传输线805、807。传输线805、807可以电连接到测试工具，例如，示波器、信号分析仪或网络分析仪。在一些实施例中，探针针314、316分别通过传输线805和807电连接到测试工具。在一些实施例中，第一馈线312和第二馈线314包括各自的探测区域，并且探针314和316的位置以及探针314和316之间的间隔被决定为与第一馈线312和第二馈线314的探测区域对齐。

66、图9是根据一些实施例的测试天线阵列(例如天线阵列200)的方法900的示意性流程图。图10a和10b显示了根据一些实施例的测试操作的方块示意图。应当理解，可以在方法900中的步骤之前、之中和之后提供额外的步骤，并且下面描述的一些步骤可以被其他实施例替换或消除。如图9所示步骤的顺序可以互换。一些步骤可以同时或独立地执行。

67、在步骤902，接收或提供天线阵列、探针组和包括导电垫阵列的屏蔽结构。在一些实施例中，天线阵列类似于天线阵列200。探针组可以类似于探针组812。屏蔽结构可以类似于电磁屏蔽结构700a。

68、在步骤904，使屏蔽结构覆盖至少一个天线装置200a的辐射元件或天线贴片206，如图10a和10b所示。在一些实施例中，电磁屏蔽结构700a与天线装置200a或天线装置200a的天线贴片206对齐。在一些实施例中，电磁屏蔽结构700a的导电垫704与天线贴片206实体接触。

69、在步骤906，使探针组接触第一馈线和第二馈线。在一些实施例中，两个探针804、806适于接触第一馈线314和第二馈线316以接收同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q。在一些实施例中，参考图如图2b、3和10a所示，第一馈线312和第二馈线314各自包括暴露于绝缘材料226c的探测区312t和314t。在一些实施例中，导电线222a、222b或222c由导电材料形成，例如铜或其他合适的材料。在一些实施例中，如图10b所示，第一馈线312和第二馈线314包括适于接收或接触探针804和806的相应探测区域312t和314t。在一些实施例中，探测区域312t和314t位于第一馈线312和第二馈线314的耦合节点312p和314p处，例如，在它们分别与第一狭缝306和第二狭缝308重叠的位置，用于在当实际的rf信号振幅与相位从天线贴片206耦合或耦合至天线贴片206时，将其反射回去。

70、在一些实施例中，当探测区域312t和314t没有被绝缘材料226c保护时，探测区域312t和314t可以包括形成在探测区域312t和314t的暴露表面上的抗腐蚀涂层以防止腐蚀底层导电材料，例如铜。在一些实施例中，抗侵蚀涂层是复合镍-金层，或称为化学镀镍浸金(enig)层。通过用enig层对探测区域312t和314t进行处理，可以更可靠地进行测试，而不会因探测区域312t和314t处的腐蚀导致的导电性损失而产生不利影响。

71、在步骤908中，将第一测试信号和第二测试信号从rf信号源(例如，测试工具的rf信号产生器)分别提供给至少一个天线装置的第一信号端口(例如，信号端口302)和第二信号端口(例如，信号端口304)。例如，第一信号端口302和第二信号端口304经配置以分别从rf芯片208接收第一测试信号和第二测试信号。在一些实施例中，在没有任何振幅校准或相位校准的情况下关于天线装置的信息下，第一测试信号和第二测试信号具有基本相等的振幅和相同的相位，例如零度。

72、在步骤910，信号分析仪通过第一馈线(例如，第一馈线312)和第二馈线(例如，至少一个天线装置的第二馈线314)获得第一输出信号和第二输出信号。在电磁屏蔽阵列700或一个或多个电磁屏蔽结构700a的帮助下，rf信号rf_out_i和rf_out_q将不会被天线贴片206向外辐射。相反，天线贴片206被视为断路，并且因此射频信号rf_out_i和rf_out_q可以分别通过第一馈线312和第二馈线314在对应的探测区域312t和314t处被接收作为第一输出信号和第二输出信号。

73、在步骤912，第一输出信号的第一相位和第二输出信号的第二相位之间的第一相位差通过例如测试工具或信号分析器决定。在一些实施例中，由测试工具或信号分析仪辨别第一输出信号与第二输出信号之间是否存在相位差。在一些实施例中，对天线阵列200中的所有或部分天线装置200a同时辨别或决定相位差。在一些实施例中，相位差辨别或决定是针对天线元件200a一个接一个地进行。

74、在一些实施例中，电磁屏蔽阵列700(或一个或多个电磁屏蔽结构700a)、测试探针阵列800(或一个或多个测试探针装置800a)和测试工具(包括rf信号发生器和信号分析仪)在本文中统称为测试系统，用于同时测试天线装置200a的阵列，或者对天线装置200a进行逐一测试。

75、在一些实施例中，相位差ph_e被辨别为第一输出信号的第一相位ph_1减去第二输出信号的第二相位ph_2，如以下公式所示：

76、ph_2-ph_1＝90+ph_e。

77、上式中，相位差ph_e为非零值。随后，为了补偿该相位差，执行第二测试步骤，其中第一测试信号和第三测试信号在第二测试步骤中由测试工具的射频信号源或射频信号产生器提供，其中第一测试信号和第三测试信号为相同的射频信号，第二相位差ph_k定义为第一测试信号的第一相位ph_1减去第三测试信号在初始相位的第三相位ph_3，其等于相位差，即

78、ph_k＝ph_1-ph_3＝ph_e。

79、这是因为如此一来，经过相位校准后的第三测试信号的初始相位为-ph_k，因此第三输出信号与第一输出信号的相位差为

80、ph_3-ph_1＝-ph_k+90+ph_e＝90。

81、第一馈线和第二馈线之间产生的相位差在相位校准之后将是完美的90度差。在一些实施例中，省略了第二测试步骤，rf芯片208直接将第一信号端口302和第二信号端口304的输出信号分别设置为初始相位为零和-ph_k度。所得的同相rf信号rf_out_i和正交rf信号rf_out_q将是正交的，具有大致上90度的相位差。

82、尽管本文没有详细解释振幅校准过程，但是上面讨论的相同相位校准过程也可以适用于振幅校准。

83、以上概述了几个实施例的特征，以便本领域技术人员可以更好地理解本案的各个方面。本领域的技术人员应该理解，他们可以容易地使用本案作为设计或修改用于执行相同目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点的其他过程和结构的基础。本领域技术人员也应该意识到，这样的等效结构并不脱离本发明的精神和范围，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本文进行各种改动、替换和变更。

84、符号说明

85、10：无线通信系统

86、12、14、16、18：用户设备

87、22：地面基站

88、24：非地面基站

89、200：发射机/接收机

90、200a：天线装置

91、202：基板

92、204：互连结构

93、206：天线元件/天线贴片

94、208：射频(rf)芯片

95、212、213：天线馈线

96、222a、222b、222c：第一导线/垫

97、224a、224b：导电通孔

98、226a、226b、226c：绝缘材料

99、302：第一信号端口

100、304：第二信号端口

101、306：第一狭缝

102、306a：主要部分

103、306b：次要部分

104、306c：次要部分

105、306l：长度

106、306w：宽度

107、308：第二狭缝

108、308a：主要部分

109、308b：次要部分

110、308c：次要部分

111、308l：长度

112、308w：宽度

113、312：第一馈线

114、312p：耦合节点

115、314：第二馈线

116、314p：耦合节点

117、316：局部接地板

118、326：通用接地板

119、700：电磁屏蔽阵列

120、700a：电磁屏蔽结构

121、700b：后表面

122、700f：前表面

123、702：基板

124、704：导电垫

125、706：导电通孔

126、708：共享导电层

127、800：测试探针阵列

128、800a：测试探针装置

129、800b：后表面

130、800f：前表面

131、802：基板

132、804：探针

133、805：传输线

134、806：探针

135、807：传输线

136、812：探针组

137、900：方法

138、902：步骤

139、904：步骤

140、906：步骤

141、908：步骤

142、910：步骤

143、912：步骤

144、c：电容

145、clk：数据时钟信号

146、din、dout：校准数据

147、ds：距离/间距

148、dx：距离

149、fr：参考频率信号

150、l：电感

151、rf_out_i：射频信号同相分量

152、rf_out_q：射频信号正交分量

153、sync：同步时钟信号

154、vd：电源电压

155、wx：距离/间距