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特許7470781アンテナを備える被試験デバイスを試験するための試験装置、自動試験装置および方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-10
(45)【発行日】2024-04-18
(54)【発明の名称】アンテナを備える被試験デバイスを試験するための試験装置、自動試験装置および方法
(51)【国際特許分類】
G01R 29/10 20060101AFI20240411BHJP
H01P 3/02 20060101ALI20240411BHJP
H01P 5/08 20060101ALI20240411BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20240411BHJP
H01Q 9/16 20060101ALI20240411BHJP
【ＦＩ】
G01R29/10 E
G01R29/10 B
H01P3/02
H01P5/08 B
H01Q7/00
H01Q9/16
【請求項の数】
42
(21)【出願番号】P 2022513351
(86)(22)【出願日】2019-08-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-01
(86)【国際出願番号】 EP2019073023
(87)【国際公開番号】W WO2021037363
(87)【国際公開日】2021-03-04
【審査請求日】2022-04-22
(73)【特許権者】
【識別番号】390005175
【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100109047
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 雄祐
(74)【代理人】
【識別番号】100109081
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 友由
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】ヘッセルバート、ジャン
(72)【発明者】
【氏名】モレイラ、ホセ
【審査官】田口 孝明
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３７０８２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４９６７４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０３４８３６１５（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６７０８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３７７９４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－０３５２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０２７０９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ２９／００－２９／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナを有するＤＵＴ（被試験デバイス）を試験するための試験装置であって、プローブを備え、
前記プローブは、２つの導体を備え、
前記２つの導体は、前記ＤＵＴが配置されるべきＤＵＴ位置に対向し、前記ＤＵＴ位置の近傍に位置決めされるように前記ＤＵＴ位置に向かって同じ方向に延びており、かつ、前記ＤＵＴが前記ＤＵＴ位置に置かれたときに前記ＤＵＴのアンテナ素子の反応性近接場領域にある、試験装置。
【請求項2】
前記プローブが、前記ＤＵＴの前記アンテナを介して前記ＤＵＴによって送信された信号を受信するように構成される、または
前記ＤＵＴの前記アンテナを使用して前記ＤＵＴによって受信される信号を送信するように構成される、請求項１に記載の試験装置。
【請求項3】
前記プローブが、＋／－１０度の公差内または＋／－２０度の公差内の２つの平行な導体を備える、請求項１または２のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項4】
前記プローブの前記２つの導体が伝送線路を形成する、請求項３に記載の試験装置。
【請求項5】
前記プローブの前記２つの導体は、前記アンテナの側端部において対称伝送線路を形成する、請求項４に記載の試験装置。
【請求項6】
前記プローブの前記２つの導体がＴＥＭ伝送線路または準ＴＥＭ伝送線路を形成する、請求項３または４に記載の試験装置。
【請求項7】
前記プローブの前記２つの導体は、マイクロストリップ線路の中心導体に移行する第１の導体と、前記マイクロストリップ線路の接地導体に移行する第２の導体と、を含む基本的に対称な伝送線路である、請求項１から６のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項8】
前記プローブの前記２つの導体は、同軸線路の外側シールドに移行する第１ストリップと、前記同軸線路の内側導体に移行する第２ストリップと、を含む平行ストリップ線路である、請求項１から６のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項9】
平衡電流が流れる前記プローブの前記２つの導体が、バラン回路を介して、または１８０度ハイブリッドを介して、不平衡線と接続される、請求項１から６のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項10】
前記プローブの２つの導体が誘電スペーサによって分離されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項11】
前記試験装置は、前記プローブの前記２つの導体が前記ＤＵＴの前記アンテナから電気的に分離されるように前記プローブを位置決めするように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項12】
前記プローブおよび前記ＤＵＴの前記アンテナは、誘電スペーサまたは規定のエアギャップによって分離される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項13】
測定される信号の自由空間波長をλとするとき、前記プローブと前記ＤＵＴの前記アンテナとの間の距離が０．１×λよりも小さい、請求項１から１２のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項14】
前記プローブの前記２つの導体は、プリント回路基板上に形成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項15】
前記プローブの前記２つの導体が針状ピンである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項16】
前記プローブの前記２つの導体は、別個の開放端非接続導体である、請求項１４または１５に記載の試験装置。
【請求項17】
前記２つの導体は、前記ＤＵＴのパッチアンテナおよび／またはスロットアンテナの電界をプローブするように構成される、請求項１６に記載の試験装置。
【請求項18】
前記２つの導体は、第１の開放端から第２の開放端への方向が、前記第１の開放端と前記第２の開放端との間の領域における前記アンテナの電界の平均方向に対して＋／－１０度または＋／－２０度の公差で平行になるように配置される、請求項１６または１７に記載の試験装置。
【請求項19】
前記２つの導体は、第１の導体と第２の導体を含み、第１の開放端の領域内の前記第１の導体の方向が、前記ＤＵＴの前記アンテナの電界の方向に対して、＋／－１０度の公差内または＋／－２０度の公差内で垂直であり、
第２の開放端の領域内の前記第２の導体の方向が、前記ＤＵＴの前記アンテナの電界の方向に対して、＋／－１０度の公差内で、または＋／－２０度の公差内で、垂直であるように、前記２つの導体が配置される、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項20】
前記試験装置が、前記プローブの前記２つの導体を、前記ＤＵＴのパッチアンテナの第１の放射縁部または前記ＤＵＴのスロットアンテナの第１の放射スロットまたはスロット部分の近傍に配置するように構成される、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項21】
前記試験装置が、前記プローブである第１のプローブに加えて、第２のプローブを備え、前記第２のプローブは、第１の導体および第２の導体を含み、
前記第２のプローブの前記２つの導体は、別々の開放端の非接続導体であり、
前記試験装置は、前記第２のプローブの前記２つの導体を、
前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの第２の放射縁部の近傍であって、前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの前記第１の放射縁部とは反対側に、または
前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの第２の放射スロットまたはスロット部分の近傍であって、前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの前記第１の放射スロットまたはスロット部分の反対側に、
位置決めするように構成される、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項22】
前記試験装置が、前記第１のプローブおよび前記第２のプローブの前記信号を合成するように構成されている、請求項２１に記載の試験装置。
【請求項23】
第３のプローブと第４のプローブとを備え、前記第３のプローブは、第１の導体および第２の導体を含み、
前記第３のプローブの前記２つの導体は、別個の開放端非接続導体であり、
前記試験装置は、前記第３のプローブの前記２つの導体を、
前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの前記第１の放射縁部に対して＋／１０度または＋／－２０度の公差内で垂直である、前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの第３の放射縁部の近傍に、または
前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの前記第１の放射スロットまたはスロット部分に対して＋／１０度または＋／－２０度の公差内で垂直である前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの第３の放射スロットまたはスロット部分の近傍に、
位置決めするように構成され、
前記第４のプローブは、第１の導体および第２の導体を含み、
前記第４のプローブの前記２つの導体は、別個の開放端非接続導体であり、
前記試験装置は、前記第４のプローブの前記２つの導体を、
前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの前記第３の放射縁部とは反対側の、前記ＤＵＴの前記パッチアンテナの第４の放射縁部の近傍に、または
前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの前記第３の放射スロットまたはスロット部分とは反対側の、前記ＤＵＴの前記スロットアンテナの第４の放射スロットまたはスロット部分の近傍に、
位置決めするように構成される、請求項２１または２２に記載の試験装置。
【請求項24】
前記試験装置が、前記第１のプローブの前記信号と、前記第２のプローブの前記信号と、前記第３のプローブの前記信号と、前記第４のプローブの前記信号とを合成するように構成されている、請求項２３に記載の試験装置。
【請求項25】
前記プローブの前記２つの導体は、それらの端部で導電性ストリップに接続され、閉ループ、すなわち短絡端部を形成する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項26】
前記試験装置が、ループを形成するように接続された前記２つの導体を前記ＤＵＴのダイポールアンテナの近傍に配置するように構成される、請求項２５に記載の試験装置。
【請求項27】
前記試験装置が、ループを形成するように接続された前記２つの導体を前記ＤＵＴのダイポールアンテナの中心の近傍に配置するように構成される、請求項２５または２６に記載の試験装置。
【請求項28】
前記試験装置が、前記ＤＵＴのダイポールアンテナの電気対称面内にループを形成するように接続された前記２つの導体を配置するように構成される、請求項２５から２７のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項29】
前記試験装置が、前記ＤＵＴの前記ダイポールアンテナの磁場をプローブするループを形成するように接続された前記２つの導体を位置決めするように構成される、請求項２５から２８のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項30】
前記プローブの前記閉ループまたは前記２つの導体の前記短絡端の配向が、前記２つの導体およびその短絡端によって画定される平面によって画定され、前記２つの導体の前記短絡端の近傍で前記ダイポールアンテナの前記磁場の方向に対して＋／－１０度または＋／－２０度の公差内で垂直である、請求項２５から２９のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項31】
前記２つの導体の方向は、前記短絡端の近傍で前記ダイポールアンテナの磁場のループによって形成される平面内で、＋／－１０度の公差内または＋／－２０度の公差内で、前記２つの導体の前記短絡端から離れる方向である、請求項２５から３０のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項32】
前記プローブがＤＵＴソケットに組み込まれている、請求項１から３１のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項33】
前記プローブが、前記ＤＵＴと電気的に接触するための１つまたは複数の接点を備えるプローブヘッドに組み込まれる、請求項１から３２のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項34】
吸収体を備える、請求項１から３３のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項35】
請求項１から３４のいずれか一項に記載の試験装置を使用して、信号周波数における前記ＤＵＴのその後の測定のために前記プローブおよびその給電ネットワークを特徴付けて較正するための方法であって、前記ＤＵＴは、前の測定において、前記ＤＵＴの前記アンテナの位置で導電性平面によって、または薄い誘電体カバーを有する導電性平面によって置き換えられ、前記プローブおよびその給電ネットワークの給電側に入射する信号の反射の測定を可能にする、方法。
【請求項36】
請求項１から３４のいずれか一項に記載の試験装置を備え、
前記試験装置の前記ＤＵＴ位置にＤＵＴが配置可能である、シングルサイトまたはマルチサイト試験能力を有する自動試験装置。
【請求項37】
前記ＤＵＴの前記アンテナが、高周波数および／またはマイクロ波周波数および／またはミリメートル波周波数で平面アンテナおよび／またはパッチアンテナおよび／またはスロットアンテナおよび／またはダイポールアンテナを備える、請求項３６に記載の自動試験装置。
【請求項38】
前記ＤＵＴが複数のアンテナを備える、請求項３６または３７に記載の自動試験装置。
【請求項39】
前記試験装置が、アンテナごとに１つ以上のプローブを備える、請求項３８に記載の自動試験装置。
【請求項40】
アンテナを備えるＤＵＴを試験するための方法であって、前記ＤＵＴは、請求項３６から３９のいずれか一項に記載の自動試験装置内のＤＵＴであり、前記方法は、前記ＤＵＴのアンテナ素子の反応性近接場の領域内に、２つの導体を備えるプローブを位置決めすることを含む、方法。
【請求項41】
アンテナを備えるＤＵＴを試験するための方法であって、前記ＤＵＴは、請求項３６から３９のいずれか一項に記載の自動試験装置内のＤＵＴであり、試験結果を得るために、前記ＤＵＴの前記アンテナによって送信された信号に基づく、前記プローブによって提供された信号を分析すること、および／または試験結果を得るために、前記プローブに信号を供給し、それによって前記ＤＵＴを刺激することを含む、方法。
【請求項42】
請求項１から３４のいずれか一項に記載の試験装置を使用して実行される、請求項４０または４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナを備える被試験デバイスを試験するための試験装置に関する。本発明によるさらなる実施形態は、アンテナを備える被試験デバイスを試験するためのシングルまたはマルチサイトを有する自動試験装置に関する。本発明によるさらなる実施形態は、アンテナを備える被試験デバイスを試験するための方法に関する。本発明による実施形態は、埋め込みアンテナアレイを有する集積回路の無線電子試験のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
統合、小型化、および無線接続のための常時駆動により、通信アンテナを集積回路ダイまたはパッケージに含み、前世代のように別個ではない、無線用途のための新世代のデバイス、例えば５ＧまたはＷｉＧｉｇが開発されている。これらのアンテナは、通常、複数の素子を有するアレイアンテナとして実装される。
【0003】
ミリメートル波周波数での無線移動通信またはノマディック通信は、毎秒ギガビットのユーザ毎のデータレートを保証する。したがって、ＷＬＡＮベースおよび／またはセルラー５Ｇ規格の両方は、例えば、２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、６０ＧＨｚまたはそれより高い周波数でのユーザアクセスを想定している。適切なリンク距離を達成するために、ミリメートル波周波数での高い自由空間減衰などにもかかわらず、リンクの両端に基地局側およびユーザデバイス側で、高指向性アンテナを使用することができる。モビリティおよび／または柔軟性などをサポートするために、ユーザデバイスの側で、例えばフェーズドアレイ原理を使用する電子ビームステアリングを使用することができる。
【0004】
ミリ波周波数スペクトルは、例えば、高スループットまたは高データレートの無線伝送のための周波数帯域幅リソースを提供する。結果として、例えば、５Ｇ無線通信ならびに例えば、高度なＷｉＦｉ（登録商標）システムは、ミリ波の使用を想定している。Ｆｒｉｉｓの伝達方程式によると、
【0005】
【数1】
【0006】
式中、
・ＰｒｅｃおよびＰｔは受信電力および送信電力であり、
・ＧｒｅｃおよびＧｔはアンテナ利得であり、
・ｒは距離であり、
・λ０は空気中の信号の波長を示す。
・ＰｒｅｃおよびＰｔは受信電力および送信電力であり、
・ＧｒｅｃおよびＧｔはアンテナ利得であり、
・ｒは距離であり、
・λ０は空気中の信号の波長を示す。
【0007】
ミリメートル波周波数における距離当たりの高い自由空間損失または高い減衰は、例えば、無線リンクの一端または両端の高利得アンテナによって補償することができる。高利得アンテナは、狭いビーム幅を有する。例えば、モバイルまたはノマディック用途では、アンテナのビーム方向は適切に調整され、リンクの反対側の端部に向けられてもよい。これは、偏波を適合させることを含む。
【0008】
トランシーバ電子機器とエアインターフェースとの間のコンパクトさ、低コスト、および低損失のために、多層平面アンテナアレイと共に１つまたは複数のマルチトランシーバ集積回路を含むパッケージ集積アンテナアレイモジュールが好まれる。アンテナアレイフォームファクタは重要な役割を果たし、アレイに垂直な、好ましくは二重直線偏波ビームを有する２次元平面アレイが、端部発射、好ましくは側方放射の直線アレイから生じるビームと共に使用され得る。
【0009】
例えば、ほとんどの用途は、電子ビームステアリングおよび／またはビーム切り替えに依存し、ビームの方向を変更するための機械的手段に依存せず、アンテナアレイを使用することによって達成される。厳密には必要とされないが、多くのアンテナアレイは、例えば、アレイの放射器のそれぞれの寄与の望ましくない方向への放射または建設的干渉を回避するために、アレイの放射素子を互いに近接して配置する。平面アレイの場合、アレイの素子間の典型的な距離または中心間距離は、例えば、自由空間波長λ０である約０．６波長である。
【0010】
したがって、一般的なアンテナアレイは、平面上のいくつかの放射素子からなり、各放射素子は、平面に垂直な方向およびこの垂直軸を中心とする空間セクタにおける２つの直交する孤立偏波の放射を可能にする。アレイ配列は、０．６×λ０の周期性を有する平面の二方向に周期的である。
【0011】
そのようなアンテナアレイの標準的な動作は、例えば、ある空間的な方向において、アレイの素子からのすべての放射の寄与による、予測可能で建設的な干渉を必要とする。これは、振幅および位相に関して、より好ましくは、送信および／または受信電子機器を含む、両方の偏波に関して、各放射素子の明確に定義された動作を必要とする。
【0012】
かなり複雑な集積回路は、例えば、３２個ものトランシーバチャネルおよび／またはチップ上の内蔵自己試験機能を組み合わせることができる。１つまたはいくつかの一体型トランシーバチップと、信号分布およびアンテナアレイを有する多層基板とを組み込んだ完全な放射モジュールは、実装の複雑さが大きく、したがって、製造時に試験する必要が生じる。さらに、例えば、ユーザデバイスは、デバイスの異なる空間的に分離された位置にいくつかの放射モジュールを含むことができ、マルチビームまたはＭＩＭＯモードで動作することができる。そのようなユーザデバイスの能力の完全なセットを無線（ＯＴＡ）試験で試験することは非常に複雑である。
【0013】
従来、アンテナは被試験デバイス（ＤＵＴ）に含まれておらず、これらのデバイスは、標準的な無線周波数（ＲＦ）測定技術を使用して電気的接続を通じて試験される。ダイまたはパッケージ内の一体型アンテナアレイを有する無線ＤＵＴは、ＤＵＴからの無線信号を測定する可逆アンテナまたはアンテナアレイによってそのミッションモードで試験されてもよく、および／またはＤＵＴに刺激信号を提供してもよい。言い換えれば、統合アンテナアレイを有するＤＵＴは、ＤＵＴの送信モードで試験されるだけでなく、ＤＵＴの受信モードで試験されることも可能であり、場合によっては必要とされる。これらのタイプのデバイスを試験するための自動試験装置（ＡＴＥ）またはシステムは、無線（ｗｉｒｅｌｅｓｓｌｙ）（無線（ｏｖｅｒ－ｔｈｅ－ａｉｒ、ＯＴＡ）試験とも呼ばれる）でＤＵＴを受信および刺激するための方法およびプローブおよび／またはアンテナを必要とする。
【0014】
統合アンテナアレイのＤＵＴを測定するための標準的な手法は、適切に遮蔽された測定エンクロージャ上で、ＤＵＴから遠く離れていることを意味する遠距離場測定領域において、ホーンアンテナのような標準的な既製のアンテナを使用することである。
【0015】
アレイの動作は、送信を測定するために、放射強度をマッピングするために、ある明確に定義された距離でプローブを用いて周囲の空間を測定することによって試験されてもよく、一方で受信を測定することは、球面座標θおよびφを使用して、すべての空間方向にわたって同様である。この概念は、通常、球面走査能力を有するアンテナ無響測定チャンバ内で実施される。
【0016】
精密な球面走査の機械的複雑さに加えて、アレイとプローブアンテナとの間の距離は非常に大きくなり得、測定はアレイアンテナの遠距離場領域で行われ得る。遠距離場の最小距離は、いくつかの制約を近似的に用いて、２×Ｄ２／λ０として与えられ、式中、Ｄはアンテナアレイの最大寸法を表し、多くの場合、アレイ開口を横切る対角長を表す。この遠距離場距離は、中高利得ミリメートル波アレイでは数メートルであり得る。
【0017】
遠距離場測定のために従来の電波暗室の手法を適合させることは、多数のアンテナプローブが電波暗室に取り付けられるように、試験トランシーバが接続されるために、非常に高価な投資となる。このような手法は、各デバイスの測定時間が長いため、生産試験にも実用的ではない。
【0018】
この手法は、実験室タイプの測定の設定にとって理想的であるが、必要とされる寸法のために、集積回路の大容量試験のための標準的な試験セルに統合され得ない。また、単一のアンテナを用いて遠距離場領域で動作することにより、ＤＵＴアンテナアレイを単一のビームとして測定し、これは、ＤＵＴアンテナアレイ上の各素子を別々に使用する代わりに、すべてのアンテナ素子が放射し、それらの信号が単一のビームに結合することを意味する。ＤＵＴ上のアンテナアレイの個々のアンテナ素子の各々にプローブアンテナを接近させると、測定またはプローブアンテナ自体がＤＵＴアンテナアレイ素子を乱し、測定を無効にする。
【0019】
あるいは、プローブは、好ましくは球状に、いわゆる放射近接場においてアンテナアレイの周りをより短い距離で走査することができる。振幅および／または位相を含むこれらの測定データは、フーリエ変換を使用することによって、遠距離場に数学的に変換することができる。ある程度まで、これらのデータはまた、放射開口にわたる局所的な場の分布が得られるか、またはほぼ得られるまで、アンテナアレイに向かって変換され得る。次いで、単一の故障したアンテナアレイ放射体素子を位置特定することができる。
【0020】
例えば、すべての空間方向をスキャンする必要があるため、ＤＵＴの測定時間はさらに長くなる可能性があり、従来の近接場測定に戻ること、すなわち、電気的に大きな放射構造をその放射近接場でプローブすることによって特性評価することは、数学的変換が続くが、役に立たない。
【0021】
生産試験または完全な放射モジュールの較正のためには、放射モジュールの所与のトランシーバからその接続された放射素子の空気の境界面までの経路を特徴付けることで十分であり得る。放射モジュールの試験モードがすべてのトランシーバの順次試験をサポートすることを条件として、アレイアンテナの前方に、小さい距離から、またはアンテナアレイの放射近接場に配置されるが、アレイの単一の放射素子の遠距離場に依然として配置される単一のプローブアンテナを使用して、そのような試験を行うことができる。
【0022】
言い換えれば、単一のアンテナアレイ放射器の動作は、関連する送信または受信の連鎖と共に、振幅および位相において単一の空間方向にプローブされる。これが必要に応じて機能する場合、他のアレイ素子との／他のアレイ素子への結合を含む他のすべての方向における放射特性も同様に機能すると想定される。後者の仮定は、設計、シミュレーション、または既知の良好なデバイスの以前の測定に基づく。この手法の一例は、プローブアンテナがアレイの前に配置される場合である。アレイの素子は次々に選択される。アンテナアレイとプローブアンテナとの間の距離は、プローブアンテナがアレイアンテナの放射近接場にあるが、単一の放射アレイ素子の遠距離場にあるような距離である。非反射および／または吸収エンクロージャは、コンパクトな設定を可能にする。
【0023】
概念の単純さにもかかわらず、いくつかの欠点がある。第１に、連続的な概念として、より並列化された手法よりも時間がかかる場合がある。第２に、設定の幾何学的形状に応じて、プローブアンテナは、異なる角度の下でコンパクトな設定で大きなアンテナアレイのそれぞれの放射素子を「見る」ので、絶対測定はかなり複雑であり、したがって既知の良好なデバイスとの比較のみが簡単に見える。第３に、「スイッチオン」放射素子から他の放射素子への結合は、自由空間を介するが遠距離場ではない、および／または基板表面波を介する、および／またはトランシーバの不一致を介するなど、測定された応答に対してかなり複雑な方法で重なり合う可能性があり、信頼性をもって定量化されない可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0024】
【文献】A.H. Naqvi and S. Lim, “Review of recent phased arrays for millimeter-wave wireless communication,” Sensors, vol. 18, no. 10, Oct. 2018, pp. 3194 / 1-31.
【文献】M.A. Mow, B.H. Noori, M. Pascolini, X. Han, V.C. Lee, M.-J. Tsai, and S. Paulotto, “Electronic device with millimeter wave antenna arrays,” U.S. Patent Application US2018/0090816A1, Mar. 29, 2018.
【文献】X. Gu, D. Liu, C. Baks, O. Tageman, B. Sadhu, J. Hallin, L. Rexberg, and A. Valdes-Garcia, “A multilayer organic package with 64 dual-polarized antennas for 28GHz 5G communication," in IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), June 2017, pp. 1899-1901.
【文献】S. Shahramian, M. J. Holyoak, and Y. Baeyens, "A 16-element W-band phased-array transceiver chipset with flip-chip PCB integrated antennas for multi-gigabit wireless data links," IEEE Trans. Microwave Theory Techniques, vol. 66, no. 7, July 2018, pp. 3389-3402.
【文献】M.-C. Huynh, “System and method for testing radio frequency wireless signal transceivers using wireless test signals,” U.S. Patent 9 774 406, Sep. 26, 2017.
【文献】A. Pabst and C. Rowell, “Test system and test method,” U.S. Patent 9 954 279, Apr. 24, 2018.
【文献】J. Kyrolainen and P. Kyosti, “Systems and methods for performing multiple input, multiple output (MIMO) over-the-air testing,” U.S. Patent 10 033 473, Jul. 24, 2018.
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【文献】M. Wojnowski, C. Wagner, R. Lachner, J. Bock, G. Sommer, K. Pressel, “A 77-GHz SiGe single-chip four-channel transceiver module with integrated antennas in embedded wafer-level BGA package,” IEEE 62nd Electronic Components Technology Conf., June 2012.
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【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0025】
この状況を考慮して、アンテナ素子を備えるＤＵＴを試験するための複雑さ、精度、およびコストの間の改善された妥協をもたらす概念が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0026】
本発明の一態様によれば、いわゆる反応性近接場電磁動作範囲において、ＤＵＴに非常に近い範囲でＤＵＴを無線で試験することが有利であることが分かった。これは、測定アンテナがＤＵＴから遠く離れている必要がある遠距離場電磁動作範囲に作用する解決策との統合および／または機械的問題を回避するだけでなく、ＤＵＴアンテナアレイ上の各個々のアンテナ素子の測定も可能にする。
【0027】
本発明による実施形態は、アンテナを備えるＤＵＴを試験するための試験装置である。試験装置は、ＤＵＴ位置と、２つの導体を備えるプローブとを備える。試験装置は、ＤＵＴがＤＵＴ位置、例えばＤＵＴソケットに配置される、またはＤＵＴがプローブに接触される領域に配置されるときに、プローブがＤＵＴのアンテナ素子の反応性近接場領域にあるように、プローブをＤＵＴ位置の近傍に位置決めするように構成される。
【0028】
試験装置または試験装置の測定プローブは、いわゆる反応性近接場動作モードで、非常に近い範囲で統合アンテナアレイを有するＤＵＴを無線および／または無線（ＯＴＡ）および／または電子的に試験することを可能にする。試験装置および／または試験装置のプローブは、ＤＵＴの非常に近くに配置されてもよく、例えば、ＡＴＥのＤＵＴ位置に配置されてもよい。試験装置は、大量の集積回路を電子的に試験するために使用される現在の自動試験セルに容易に統合することができる。
【0029】
好ましい実施形態では、試験装置のプローブは、ＤＵＴのアンテナを介してＤＵＴによって送信された信号を受信するように構成される。試験装置のプローブは、ＤＵＴのアンテナを使用してＤＵＴによって受信される信号を送信するようにさらに構成される。例えば、試験装置は、信号を送信および／または受信するために使用され得るアンテナを備えるＤＵＴを試験するように構成される。
【0030】
さらなる実施形態によれば、プローブは、例えば平行ワイヤとして、±１０°の公差内、または±２０°の公差内の２つの平行導体を含む。
【0031】
例えば、プローブの平行導体は、アンテナの平面に対して同じ傾斜を有し、同じ妨害信号または非妨害信号に曝される。
【0032】
好ましい実施形態では、プローブの２つの導体は伝送線路を形成する。例えば、伝送線路は、それらの波の性質を考慮して、無線周波数信号の交流電流を伝導する構造化設計である。これにより、伝送線路を介して給電点に導波することができ、ＤＵＴのアンテナ素子が放射する信号を評価することができる。
【0033】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、アンテナ側端部、開放端部または短絡端部において単一の伝送線路を形成する。例えば、妨害および／または非妨害電磁干渉は、プローブの両方の導体に同じように影響を及ぼす傾向がある。
【0034】
さらに、伝送線路は、ＤＵＴのアンテナによって励起された波を給電点に導くことができ、またはＤＵＴのアンテナを励起するために給電点からＤＵＴに向かって波を導くことができる。
【0035】
好ましい実施形態では、プローブの２つの導体は、例えばアンテナ側端部、例えば開放端部または短絡端部において、横方向電磁（ＴＥＭ）伝送線路または擬似ＴＥＭ伝送線路を形成する。
【0036】
例えば、波は横方向電気および磁気モードで伝搬し、これは電場および磁場が両方とも伝搬方向に対して垂直であることを意味する。ＴＥＭラインは、過度の悪影響または望ましくない電流なしに曲げられてねじられてもよい。
【0037】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、アンテナ側端部において対称または基本的に対称な伝送線路、例えば平行または同一平面のストリップ線路を形成し、給電側端部においてマイクロストリップ線路に滑らかに移行する。マイクロストリップ伝送線路は、電流回路構築技術との互換性が高い。
【0038】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、例えばアンテナ側端部において平行ストリップ線を形成し、例えば給電側端部において同軸線路に滑らかに移行する。同軸線路は、試験装置プローブの２つの導体と給電構造または試験装置の他の部分および／または試験装置を含む自動試験装置（ＡＴＥ）との間の簡単な接続を保証する。
【0039】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体の平衡電流は、１つまたは複数のバラン回路および／または１８０°ハイブリッドを使用することによって、例えばマイクロストリップ線路またはストリップ線路などの不平衡線路に移行するように組み合わされるかまたは整合される。バラン回路は、平衡信号と不平衡信号との間で変換して、プローブアンテナを例えば同軸線路などの給電線路と連結するのに役立つ。
【0040】
一実施形態によれば、プローブの２つの導体は、誘電スペーサによって分離される。２つの導体間の誘電スペーサは、プローブの２つの導体の寿命および安定性を改善し、プローブとアンテナアレイ素子との物理的接触を防止する。
【0041】
さらなる実施形態によれば、試験装置は、プローブの２つの導体がＤＵＴのアンテナから電気的に分離または絶縁されるようにプローブを位置決めするように構成される。２つの導体とＤＵＴのアンテナとの間の電気的分離は、プローブとアンテナとが非接触であり、試験装置のプローブがＤＵＴのアンテナの送信信号を試験していることを保証する。
【0042】
さらなる実施形態によれば、ＤＵＴのプローブおよびアンテナは、誘電スペーサまたは規定のエアギャップによって分離される。誘電スペーサまたはアンテナとプローブとの間の画定されたエアギャップは、プローブの寿命を改善し、アンテナとプローブとの間の固定距離を保証し、プローブとアンテナアレイ素子との物理的接触を防止する。
【0043】
好ましい実施形態では、試験装置が、プローブをＤＵＴのアンテナの近傍および／または反応性近接場に配置するように構成され、プローブとＤＵＴのアンテナとの間の距離が０．１×λ０よりも小さく、λ０が測定される信号の自由空間波長である。プローブをＤＵＴのアンテナの近傍および／または反応性近接場に配置することにより、プローブされる放射素子のみがプローブに著しく結合し、その近傍には結合しないように、ＤＵＴのアンテナアレイのアンテナ素子をプローブすることが可能になる。
【0044】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、プリント回路基板上の線路であり、給電回路は、任意選択でプリント回路基板技術を使用することによってプリント回路基板上にあってもよい。２つの導体および／またはプローブおよび／または給電回路を回路基板上に印刷することにより、２つの導体および／またはプローブおよび／または給電回路の迅速かつ／または費用効果の高い製造が可能になる。
【0045】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は針状ピンである。針状ピンは、ＤＵＴのアンテナの送信信号への影響が、例えばプローブよりも小さく、２つの導体はプリント回路基板上の線路である。
【0046】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、別個の開放端非接続導体であり、これは、導体間に小さな物理的分離、間隔があることを意味する。２つの導体間の小さな物理的分離は、ＤＵＴのアンテナの電界の測定を可能にし、導体の信号は、バラン回路を使用して、または１８０°ハイブリッドを使用して結合され得る。
【0047】
さらなる実施形態によれば、２つの開放端導体は、ＤＵＴのパッチアンテナおよび／またはスロットアンテナの電界をプローブするように構成される。
【0048】
好ましい実施形態では、プローブの２つの開放端導体は、第１の開放端から第２の開放端への方向が、第１の開放端と第２の開放端との間の領域におけるアンテナ素子の電界の平均方向に対して＋／－１０度または＋／－２０度の公差で平行になるように配置される。
【0049】
第１の開放端から第２の開放端への方向が平均電界ベクトルに実質的に平行になるようにプローブを配置することは、ＤＵＴのアンテナによって送信される受信信号を最大化すること、および／またはＤＵＴのアンテナによって送信される信号に対するプローブの影響を最小化することである。
【0050】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの開放端導体は、第１の開放端の領域内の主延在部に沿ったことを意味する第一の導体の方向が、ＤＵＴのアンテナの電界の平均方向に対して±１０°の公差内または±２０°の公差内で垂直であるように配置される。さらに、第２の開放端の領域内の主延在部に沿ったことを意味する第２の導体の方向は、ＤＵＴのアンテナの電界の平均方向に対して±１０°の公差内または±２０°の公差内で垂直である。
【0051】
ひとつの主延在部に沿っていることを意味する第１の導体および第２の導体の方向が、ＤＵＴのアンテナの電界の平均方向に対して垂直であるようにプローブを配置することは、ＤＵＴのアンテナによって送信される受信信号を最大化すること、および／またはＤＵＴのアンテナの送信信号に対する第１および／または第２の導体の影響を最小化することである。
【0052】
好ましい実施形態では、試験装置が、プローブの２つの開放端導体を、ＤＵＴのパッチアンテナの第１の放射縁部またはＤＵＴのスロットアンテナの第１の放射スロットまたはスロット部分の近傍に配置するように構成される。
【0053】
パッチアンテナの放射縁部の近傍、またはスロットアンテナの放射スロットもしくはスロット部分の近傍にプローブを配置すると、より強い受信信号が得られる。
【0054】
さらなる実施形態によれば、試験装置は、第１および第２の導体を有する第２のプローブを備える。第２のプローブの２つの導体は、分離された、開放端の非接続導体である。さらに、試験装置は、第２のプローブの２つの導体をパッチアンテナの第２の放射縁部の近傍に、またはＤＵＴのスロットアンテナの第２の放射スロットもしくはスロット部分の近傍に配置するように構成される。パッチアンテナの第２の放射縁部は、同じパッチアンテナの第１の放射縁部と反対側にあり、かつ／またはスロットアンテナの第２の放射スロットまたはスロット部分は、ＤＵＴの同じスロットアンテナの第１の放射スロットまたはスロット部分と反対側にある。
【0055】
対向する放射縁部の近傍および／または対向する放射スロットまたはスロット部分の近傍でパッチアンテナおよび／またはスロットアンテナをプローブすることにより、測定精度が改善され、かつ／または測定の不確実性が低減される。さらに、一対のプローブは、ＤＵＴのパッチおよび／またはスロットアンテナの一方の偏波を試験する。
【0056】
さらなる実施形態によれば、試験装置は、第１のプローブの信号を第２のプローブの信号と組み合わせるように構成される。プローブ上の平衡電流は、いわゆるバラン、または１８０度ハイブリッドを使用して不平衡電流と組み合わせることができる。一対のプローブは、ＤＵＴのパッチおよび／またはスロットアンテナの一方の偏波を試験する。
【0057】
好ましい実施形態では、装置は、第３のプローブおよび第４のプローブを備える。第３および第４のプローブの両方は、第１および第２の導体を含み、第３のプローブの２つの導体および第４のプローブの２つの導体は、別々の開放端の非接続導体である。
【0058】
第３のプローブの２つの導体は、パッチアンテナの第３の放射縁部の近傍に、またはスロットアンテナの第３の放射スロットもしくはスロット部分の近傍に配置される。第３のプローブは、パッチアンテナの第１の放射縁部またはＤＵＴのスロットアンテナの第１の放射スロットもしくはスロット部分に対して、±１０°または±２０°の公差内で垂直に配置される。
【0059】
第４のプローブの２つの導体は、パッチアンテナの第４の放射縁部の近傍および／またはＤＵＴのスロットアンテナの第４の放射スロットまたはスロット部分の近傍に配置される。第４のプローブの位置は、パッチアンテナの第３の放射縁部に対向するか、またはＤＵＴのスロットアンテナの第３の放射スロットまたはスロット部分に対向する。
【0060】
第１の対のプローブによって画定される線路が第２の対のプローブによって画定される線路に対して垂直である２対のプローブを使用することにより、２つの垂直方向について、信号の偏波を測定することが可能になる。
【0061】
さらなる実施形態によれば、試験装置が、第１のプローブの信号と、第２のプローブの信号と、第３のプローブの信号と、第４のプローブの信号とを、信号の位相と振幅の適した適合を用いて合成するように構成されている。
【0062】
４つすべてのプローブの信号を組み合わせることにより、例えば偏波に関して、ＤＵＴのアンテナによって送信された信号のより完全な再生が提供される。
【0063】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体は、それらの端部で導電性ストリップに接続され、短絡端部で閉ループを形成する。
【0064】
プローブの端部を短くすることにより、ＤＵＴのアンテナの磁場をプローブすることが可能になる。
【0065】
さらなる実施形態によれば、試験装置が、ループを形成するように接続された２つの導体をＤＵＴのダイポールアンテナの近傍または反応性近接場に配置するように構成される。
【0066】
ＤＵＴのダイポールアンテナの反応性近接場に閉ループを有するプローブを配置することにより、ＤＵＴのアンテナによって送信される測定される信号の強度が改善される。
【0067】
さらなる実施形態によれば、試験装置が、ループを形成するように接続された２つの導体をＤＵＴのダイポールアンテナの中心の近傍または給電点に配置するように構成される。
【0068】
ダイポールアンテナの中心の近くに閉ループでプローブを配置すると、測定される信号強度がより高くなり、ＤＵＴのアンテナによって送信される。
【0069】
さらなる実施形態によれば、試験装置が、ＤＵＴのダイポールアンテナの電気対称面内にループを形成するように接続された２つの導体を配置するように構成される。
【0070】
ダイポールアンテナの電気対称面に閉ループを有するプローブを配置すると、測定される信号強度がより高くなり、ＤＵＴのアンテナによって送信される。
【0071】
好ましい実施形態では、試験装置が、短絡端を経て、ＤＵＴのダイポールアンテナの磁場をプローブするループを形成するように接続された２つの導体を位置決めするように構成される。
【0072】
プローブの２つの導体の端部を短くすることにより、ダイポールアンテナの磁場を測定することが可能になる。
【0073】
さらなる実施形態によれば、プローブの２つの導体の閉ループまたは短絡端の向きは、平面によって画定される。平面は、２つの導体線とその短絡端とによって画定され、２つの導体線の短絡端の近傍でダイポールアンテナの平均磁場の方向に対して±１０°または±２０°の公差内で垂直である。
【0074】
２つの導体線によってスパンされる領域がＤＵＴのアンテナの磁場の平均方向に対して垂直であるようにプローブを位置決めすることは、ＤＵＴのアンテナによって送信される受信信号を最大化すること、および／またはＤＵＴのアンテナに対するプローブの影響を最小化することである。
【0075】
さらなる実施形態によれば、２本の導体線の短絡端の近傍でダイポールアンテナの磁場のループによっておおよそ形成される平面内で、±１０度の公差内または±２０度の公差内で、２本の導体線の短絡端から離れる方向である。
【0076】
２導体線が、ＤＵＴのダイポールアンテナの磁場のループによって形成される平面内に、おおよそあるように、プローブを配置することが有利である。配置は、ＤＵＴのアンテナによって送信された受信信号を最大化すること、および／またはＤＵＴのアンテナの送信信号に対するプローブの影響を最小化することである。
【0077】
さらなる実施形態では、プローブはＤＵＴソケットに組み込まれる。
【0078】
プローブをＤＵＴソケットに組み込むことにより、より小さいサイズでよりコンパクトな試験装置が得られる。さらに、ＤＵＴの両側のアンテナを測定することができる。
【0079】
好ましい実施形態では、プローブは、ＤＵＴと電気的に接触するための１つまたは複数の接点を含むプローブヘッドに組み込まれ、ＤＵＴは、例えば、ウェハ、ダイシングされた回路、またはパッケージ化されたデバイスであってもよい。
【0080】
プローブを他のプローブまたは接点を含むプローブヘッドに組み込むことにより、他の試験デバイスおよび／または試験方法と並列にＤＵＴをプローブおよび／または試験することが可能になる。
【0081】
さらなる実施形態によれば、試験装置は、例えば、望ましくない反射および／または結合を回避するために、吸収体を備える。吸収体は、例えば、２つの導体とプローブの給電構造との間、および／またはプローブヘッドおよび／またはＤＵＴソケットの他の金属部品上に配置されてもよい。
【0082】
さらなる実施形態は、試験装置を使用して、信号周波数におけるＤＵＴのその後の測定のためにプローブおよびその給電ネットワークを特徴付けて、および／または較正するための方法であって、ＤＵＴは、前の測定において、ＤＵＴのアンテナの位置で導電性平面によって、または薄い誘電体カバーを有する導電性平面によって置き換えられる方法を含む。
【0083】
これにより、プローブの給電側およびその給電ネットワークに入射する信号の反射を測定することができる。プローブの給電側およびその給電ネットワークに入射する信号の反射を測定することにより、ＤＵＴのアンテナによって送信され、上述の試験装置によって測定された信号を補正することができる。
【0084】
さらなる実施形態は、シングルサイトまたはマルチサイト試験能力を有する自動試験装置（ＡＴＥ）を含み、上述の試験装置と、試験装置のＤＵＴ位置に配置されたＤＵＴとを備える。
【0085】
好ましい実施形態では、ＤＵＴのアンテナが、高周波数および／またはマイクロ波周波数および／またはミリメートル波周波数で平面アンテナおよび／またはパッチアンテナおよび／またはスロットアンテナおよび／またはダイポールアンテナを備える。ＡＴＥは、ＤＵＴのアンテナを試験および／またはプローブするように構成される。
【0086】
さらなる実施形態では、ＤＵＴは複数のアンテナを備える。ＡＴＥは、例えばアンテナアレイを試験および／またはプローブすることができる。
【0087】
さらなる実施形態では、試験装置が、アンテナごとに１つ以上のプローブを備える。これは、例えば、ＤＵＴがアレイアンテナを含む場合、アンテナごとに１つまたは複数のプローブによってすべてのアンテナ素子をプローブおよび／または試験することができることを意味する。
【0088】
本発明によるさらなる実施形態は、それぞれの方法を作り出す。
【0089】
しかしながら、方法は、対応する装置と同じ考慮事項に基づいていることに留意されたい。さらに、本方法は、個々におよび組み合わせて、装置に関して本明細書に記載されている機能および詳細について、特徴のいずれかによって補足されてもよい。
【0090】
本願による実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】ＤＵＴ位置および２つの導体を備えるプローブを有する試験装置の一実施形態の概略図を示す。
【図2】ＤＵＴにおいて使用されるアレイアンテナの市販の例の写真を示す。
【図3】ＤＵＴにおいて使用されるアンテナアレイの概略例を示す図である。
【図5】ＤＵＴのアレイアンテナを試験する従来の測定手法の概略図である。
【図6】ＤＵＴのアレイアンテナを試験する測定手法の概略図である。
【図7】ＤＵＴのアレイアンテナを試験するもう１つの従来の手法の概略図である。
【図9】ＡＴＥの初期シミュレーションを示す図である。
【図13】２つのプローブ対およびアンテナアレイを有する試験装置の概略的な実施形態を示す。
【図14】２つのプローブ対およびアンテナアレイを有する複数の試験装置の概略的な実施形態を示す。
【図15】図１５ａは、二重偏波パッチアンテナアレイおよび１つの平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の上面図であり、図１５ｂは、二重偏波パッチアンテナアレイおよび１つの平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の側面図であり、図１５ｃは、二重偏波パッチアンテナアレイおよび４つの平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の上面図であり、図１５ｄは、二重偏波パッチアンテナアレイおよび４つの平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の側面図である。
【図16】図１６ａは、周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイおよび平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の上面図であり、図１６ｂは、周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイおよび平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の側面図である。
【図17】２つの平行ストリッププローブが同軸線路に滑らかに移行している、試験装置およびパッチアンテナアレイの概略的な実施形態を示す。
【図18】図１８ａは、二重偏波パッチアンテナアレイ、および同軸線路に移行する１つの平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の上面図であり、図１８ｂは、二重偏波パッチアンテナアレイ、同軸線路に移行する１つの平行ストリップ線路プローブ、および吸収体層を有する例示的なシミュレーション設定の上面図である。
【図19】２つの平行ストリッププローブがマイクロストリップ線路に滑らかに移行している、試験装置およびパッチアンテナアレイの概略的な実施形態を示す。
【図20】図２０ａは、マイクロストリップ線路に移行する、二重偏波パッチアンテナアレイおよび平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の上面図であり、図２０ｂは、マイクロストリップ線路に移行する、二重偏波パッチアンテナアレイおよび平行ストリップ線路プローブを有する例示的なシミュレーション設定の側面図である。
【図21】ストリップ線路回路における１８０度ハイブリッドの概略的な例を示す。
【図22】試験装置および誘電体共振器アンテナの概略的な実施形態を示す。
【図23】閉ループプローブ端およびダイポールアンテナアレイを有する試験装置の概略的な実施形態を示す。
【図24】図２４ａは、短絡された平行ストリップＨ場プローブを有するダイポール放射器を試験するための例示的なシミュレーション設定の上面図を示し、図２４ｂは、短絡された平行ストリップＨ場プローブを有するダイポール放射器を試験するための例示的なシミュレーション設定の側面図を示し、図２４ｃは、短絡された平行ストリップＨ場プローブを有するダイポール放射器を試験するための例示的なシミュレーション設定のＥ場の振幅のプロットを示す。
【図27a】アンテナアレイを用いた概念実証測定設定の全体像を示す。
【発明を実施するための形態】
【0092】
以下では、異なる本発明の実施形態および態様について説明する。また、さらなる実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【0093】
特許請求の範囲によって定義される任意の実施形態は、本明細書に記載の詳細、特徴、および機能のいずれかによって補足され得ることに留意されたい。また、本明細書に記載された実施形態は、個別に使用されてもよく、特許請求の範囲に含まれる詳細、特徴および機能のいずれかによって任意選択的に補足されてもよい。
【0094】
また、本明細書に記載された個々の態様は、個別にまたは組み合わせて使用され得ることに留意されたい。したがって、前記態様の別の１つに詳細を追加することなく、詳細が前記個々の態様の各々に追加され得る。本開示は、試験装置または自動試験装置（ＡＴＥ）で使用可能な機能を明示的または暗黙的に説明することにも留意されたい。したがって、本明細書に記載の特徴のいずれも、試験装置の文脈または自動試験装置の文脈で使用することができる。
【0095】
さらに、方法に関連して本明細書で開示される特徴および機能は、そのような機能を実行するように構成された装置で使用することもできる。さらに、装置に関して本明細書で開示された任意の特徴および機能を、対応する方法で使用することもできる。言い換えれば、本明細書に開示された方法は、装置に関して説明された特徴および機能のいずれかによって補足され得る。
【0096】
本発明は、以下に記載される詳細な説明、および本発明の実施形態の添付の図面からより完全に理解されるが、本発明を記載される特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではなく、単に説明および理解のためのものである。
【0097】
（図１に係る実施形態）
図１は、アンテナ１２０を備える被試験デバイス（ＤＵＴ）１１０を試験するための試験装置１００の一実施形態の概略図を示す。試験装置１００は、ＤＵＴ位置１３０およびプローブ１４０を備える。プローブ１４０は、２つの導体１４３および１４６をさらに備える。試験装置１００は、ＤＵＴ１１０がＤＵＴ位置１３０に配置されるときにプローブ１４０がアンテナ１２０またはＤＵＴ１１０のアンテナ素子の反応性近接場領域にあるように、プローブ１４０をＤＵＴ位置１３０の近傍に位置決めするように構成される。
図１は、アンテナ１２０を備える被試験デバイス（ＤＵＴ）１１０を試験するための試験装置１００の一実施形態の概略図を示す。試験装置１００は、ＤＵＴ位置１３０およびプローブ１４０を備える。プローブ１４０は、２つの導体１４３および１４６をさらに備える。試験装置１００は、ＤＵＴ１１０がＤＵＴ位置１３０に配置されるときにプローブ１４０がアンテナ１２０またはＤＵＴ１１０のアンテナ素子の反応性近接場領域にあるように、プローブ１４０をＤＵＴ位置１３０の近傍に位置決めするように構成される。
【0098】
試験装置１００のＤＵＴ位置１３０は、例えば、ＤＵＴ１１０を保持および／または供給するように構成され、一方でプローブ１４０の２つの導体１４３および１４６は、ＤＵＴ１１０を試験するためにＤＵＴ１１０のアンテナ１２０の反応性近接場領域に配置される。
【0099】
いわゆる近接場領域、すなわちＤＵＴ１１０の非常に近くで動作するＤＵＴ１１０の非常に近くに測定プローブ１４０が配置された埋め込みアンテナ１２０またはアンテナアレイを有するＤＵＴ１１０を無線（ｗｉｒｅｌｅｓｓｌｙ）で「無線」（ＯＴＡ）にて電子的に試験することを可能にするアダプタまたはプローブ１４０が提案される。プローブ１４０は、ＤＵＴアンテナ１２０またはアンテナアレイ素子に非常に近接して配置されているが、それらを著しく妨害しないように設計されている。
【0100】
プローブ１４０は、例えば、局所放射点の上、すなわちＤＵＴアンテナ１２０の上またはＤＵＴアンテナアレイ素子の上に配置された２つの非常に近接した平行な針１４３および１４６によって形成された高周波線である。好ましくは、プローブ１４０とＤＵＴアンテナ１２０またはＤＵＴアンテナアレイ素子との間にガルバニックまたは電気的接触は存在せず、これは、機械的接触が任意選択的に許容されると考えて、それらの間に何らかの物理的分離が存在することを意味する。場合によっては、プローブ１４０は、放射点からの信号を、アンテナ素子１２０からの信号を著しく乱すことなくピックアップする。他の場合には、試験信号がプローブ１４０に供給され、ＤＵＴアンテナ１２０が放射プローブ１４０から信号をピックアップする。
【0101】
このプローブ１４０またはアダプタを実装するための複数の可能な方法があり、被試験デバイス１１０の特定の要件、ならびに測定機器および試験セルの機械的要件の制限に依存する。
【0102】
【0103】
アンテナアレイ２２０のアンテナ素子２５０の配置は、典型的には、平面の二方向に周期的であり、典型的な周期性は、０．５×λ０から０．６×λ０の間である。これらのアレイアンテナ２２０は、ＤＵＴに組み込まれ、上述の試験装置によって測定または特性評価することができる。
【0104】
図１の試験装置１００は、アレイアンテナ２２０の単一のアンテナ素子２５０を個別に測定することができる。
【0105】
【0106】
図３は、アンテナアレイ３２０と、アンテナアレイに接続するために取り付けられた電子回路（「ＲＦＩＣ」）との、２×２の配置の４つのアンテナ素子３５０との組合せを示す。
【0107】
図２３（または図２４）に記載されている４つのダイポールアンテナ放射体素子２３２０（または２４４０）を有するダイポールアンテナアレイ２３１０（または２４５０）などのダイポールアンテナアレイも示されている。
【0108】
アンテナアレイ３２０のアンテナ素子３５０の配置は、典型的には、平面の二方向に周期的であり、典型的な周期性は、０．５×λ０から０．６×λ０の間である。アンテナアレイ３２０は、ＤＵＴに組み込まれ、上述の試験装置によって測定または特性評価することができる。
【0109】
図１の試験装置１００は、アンテナアレイ３２０のアンテナ素子３５０を個別に試験することができる。
【0110】
（図４に係るＤＵＴ）
図４は、図１の試験装置１００で試験されるＤＵＴ４００を示す。ＤＵＴは、パッケージ４４０に結合されたダイ４１０を備える。パッケージ４４０は、図２のアンテナアレイ２２０または図３のアンテナアレイ３２０と同様のアンテナアレイ４２０をさらに備える。アンテナアレイは、ダイ４１０に結合された複数のアンテナ素子４５０を備える。
図４は、図１の試験装置１００で試験されるＤＵＴ４００を示す。ＤＵＴは、パッケージ４４０に結合されたダイ４１０を備える。パッケージ４４０は、図２のアンテナアレイ２２０または図３のアンテナアレイ３２０と同様のアンテナアレイ４２０をさらに備える。アンテナアレイは、ダイ４１０に結合された複数のアンテナ素子４５０を備える。
【0111】
図１の試験装置１００は、場合によっては、パッケージ４４０に含まれ、ダイ４１０によって供給されるアンテナアレイ４２０のアンテナ素子４５０によって送信される信号を試験するように構成される。
【0112】
図１の試験装置１００は、場合によっては、プローブに試験信号を供給するように構成され、ＤＵＴのアンテナは放射プローブから信号をピックアップする。
【0113】
ダイまたはパッケージ内の一体化されたアンテナアレイを有する無線ＤＵＴは、被試験デバイスからの無線信号を測定し、ＤＵＴに刺激信号も提供する往復アンテナまたはアンテナアレイによって、それらのミッションモードでのみ試験され得る。これらのタイプのデバイスを試験するための自動試験システムは、無線（ＯＴＡ）試験とも呼ばれる、ＤＵＴを無線で受信および刺激するための方法およびプローブまたはアンテナを必要とする。
【0114】
ＤＵＴアンテナアレイおよびアンテナをそれらの無線送信モードで試験するために、図１のプローブ１４０または図２４のプローブ２４３０などのプローブは、無線送信された信号をプローブまたは受信することができる。さらに、ＤＵＴは、自動試験システム（ＡＴＥ）に接続されてもよく、または場合によっては接続されなければならない。ＤＵＴのＡＴＥへの接続は、通常、図４に示すボールなどのＤＵＴ金属接触パッドまたは金属接触ボールへのガルバニックまたは電気的接触によって提供される。このような試験の考え方は、「ＯＴＡ」と呼ばれる。
【0115】
ＤＵＴアンテナアレイおよびアンテナをそれらの無線受信モードで試験するために、図１のプローブ１４０または図２４のプローブ２４３０などのプローブは、ＤＵＴに小振幅信号を無線で送信することができる。さらに、ＤＵＴは、自動試験システム（ＡＴＥ）に接続されてもよく、または場合によっては接続されなければならない。ＤＵＴとＡＴＥとの接続は、通常、図４に示すボールなどのＤＵＴ金属接触パッドまたは金属接触ボールへのガルバニックまたは電気接点によって提供される。このような試験の考え方は、「ＯＴＡ」と呼ばれる。
【0116】
そのような試験は、本明細書に記載の試験装置および概念によって達成することができる。
【0117】
（図５に係る従来の測定手法）
図５は、従来の測定手法５００を示す。測定手法５００は、ＡＴＥ５１０と、ＡＴＥ５１０に接続された測定アンテナ５３０とを備える。ＡＴＥ５１０は、測定システム５７０と、試験固定具５５０と、ＤＵＴ５４０とをさらに備える。ＤＵＴ５４０は、試験固定具５５０内に配置され、測定システム５７０に電子的に接続される。ＤＵＴ５４０は、ＤＵＴアンテナアレイ５２０をさらに備える。
図５は、従来の測定手法５００を示す。測定手法５００は、ＡＴＥ５１０と、ＡＴＥ５１０に接続された測定アンテナ５３０とを備える。ＡＴＥ５１０は、測定システム５７０と、試験固定具５５０と、ＤＵＴ５４０とをさらに備える。ＤＵＴ５４０は、試験固定具５５０内に配置され、測定システム５７０に電子的に接続される。ＤＵＴ５４０は、ＤＵＴアンテナアレイ５２０をさらに備える。
【0118】
ＡＴＥ５１０の測定システム５７０は、ＤＵＴ５４０のＤＵＴアンテナアレイ５２０に電気信号５６０を送信している。ＤＵＴアンテナアレイ５２０は、測定システム５７０の電気信号５６０に従って信号５８０を送信している。ＤＵＴアンテナアレイ５２０の送信信号５８０は、測定アンテナ５３０によって受信される。測定アンテナ５３０の測定信号は、ＤＵＴアンテナアレイ５２０を試験するために、ＡＴＥ５１０の測定システム５７０に送信され、分析される。
【0119】
これは反対方向にも機能し、ＤＵＴの受信機能を試験するために、測定アンテナ５３０は信号を送信し、これはＤＵＴアンテナアレイ５２０によって受信される。
【0120】
統合アンテナアレイを用いてＤＵＴを測定するための標準的な手法は、適切に遮蔽された測定エンクロージャ内で、ＤＵＴから遠く離れた遠距離場測定領域内のホーンアンテナのような標準的な既製のアンテナを使用することである。この手法は、実験室型の測定設定にとって理想的であるが、必要とされる寸法に対する集積回路の大容量試験のための標準的な試験セルに統合され得ない。
【0121】
また、それは、単一のアンテナを用いて遠距離場領域で動作することにより、ＤＵＴアンテナアレイを単一のビームとして測定し、これは、すべてのアンテナ素子が放射して単一のビームに結合され、ＤＵＴアンテナアレイ上のすべての素子ではないことを意味する。
【0122】
しかしながら、ＤＵＴアンテナアレイを形成する素子は、ＤＵＴが、ＤＵＴアンテナアレイの一方のアンテナ素子を他方のアンテナ素子の後に順次選択する試験モードをサポートする場合、別々に試験されてもよい。この手法は、試験時間を大幅に増加させ、大量生産試験において実行可能な選択肢ではない可能性がある。
【0123】
測定アンテナをＤＵＴ上の個々のアンテナアレイ素子の各々に近づけると、測定アンテナ自体がＤＵＴアンテナアレイ素子を乱し、測定を無効にする。
【0124】
図１の試験装置１００は、埋め込みアンテナアレイを用いてＤＵＴを電子的に試験するための改善されたＯＴＡ試験ソリューションを提供する。試験装置の測定プローブは、ＤＵＴのいわゆる反応性近接場領域で動作することによって、それらの信号を乱すことなくアンテナアレイのアンテナ素子を個別に試験する。
【0125】
（図６に係る測定手法）
図６は、アンテナ素子６２０を備えるアンテナアレイ６１０を試験するための例示的な測定手法６００を示す。測定手法６００は、アンテナアレイ６１０と、アンテナアレイ６１０のいわゆる放射近接場測定領域内のコネクタ構造６３０とを備える。コネクタ構造６３０は、新しいプローブを、図示されている矩形導波路フランジまたは同軸コネクタなどの標準的なＲＦコネクタと接続する信号分配ネットワークを示すことができる。
図６は、アンテナ素子６２０を備えるアンテナアレイ６１０を試験するための例示的な測定手法６００を示す。測定手法６００は、アンテナアレイ６１０と、アンテナアレイ６１０のいわゆる放射近接場測定領域内のコネクタ構造６３０とを備える。コネクタ構造６３０は、新しいプローブを、図示されている矩形導波路フランジまたは同軸コネクタなどの標準的なＲＦコネクタと接続する信号分配ネットワークを示すことができる。
【0126】
従来の／商業用アレイ６１０のアンテナ素子６２０の放射６４０は、本発明によって記載されたプローブの新規なアレイであるように、発明的で差別化する手段によって、サンプリング／プローブ／試験される。次いで、これらのプローブは、ライン、ハイブリッド、ディバイダ／コンバイナおよびスイッチなどの周知の高額であるが簡単な技術によって、コネクタ６３０（同軸または図示のように矩形導波管）に接続／移行され、最終的には標準測定ＲＦ装置に接続／移行される。
【0127】
アンテナアレイ６１０のアンテナ素子６２０の信号６４０の干渉は、いわゆる放射近接場でアレイまたはアンテナアレイ６１０の周りを球状に走査される。これらの測定データ、例えば振幅および位相は、フーリエ変換を使用して、遠距離場に数学的に変換することができる。
【0128】
ある程度まで、これらのデータはまた、放射開口にわたる局所的な磁場分布がほぼ得られるまで、アンテナアレイ６１０に向かって変換されてもよい。次いで、単相アンテナ放射体素子を局所化することができる。しかしながら、球面走査システムのコスト、サイズ、および走査時間は、アンテナアレイ６１０の製造試験のためのそのような装置の使用を妨げている。
【0129】
図１の試験装置１００は、埋め込みアンテナアレイを用いてＤＵＴを電子的に試験するための改善されたＯＴＡ試験ソリューションを提供する。試験装置の測定プローブは、ＤＵＴのいわゆる近接場領域で動作することによって、それらの信号を乱すことなくアンテナアレイのアンテナ素子を個別に試験する。
【0130】
（図７に係る従来の手法）
図７は、ＤＵＴのアレイアンテナ７１０を試験するための従来の手法７００を示す。従来の手法７００は、アンテナ素子７２０と、プローブアンテナ７３０と、吸収体７４０とを備えるアレイアンテナ７１０を備える。プローブアンテナ７３０は、アレイアンテナ７１０の放射近接場に位置する。吸収体７４０は、望ましくない反射および結合を低減するために測定領域の周りに配置される。
図７は、ＤＵＴのアレイアンテナ７１０を試験するための従来の手法７００を示す。従来の手法７００は、アンテナ素子７２０と、プローブアンテナ７３０と、吸収体７４０とを備えるアレイアンテナ７１０を備える。プローブアンテナ７３０は、アレイアンテナ７１０の放射近接場に位置する。吸収体７４０は、望ましくない反射および結合を低減するために測定領域の周りに配置される。
【0131】
プローブアンテナ７３０は、プローブ信号７５０をアンテナアレイ７１０のアンテナ素子７２０に送信している。プローブ信号７５０は、アンテナ素子７２０によって受信される。プローブ信号７５０は、アレイアンテナ素子を個別に試験するために使用され、これは、アンテナ素子７２０を個別に試験することを意味する。プローブ信号７５０の反射７６０は、吸収体７４０によって吸収される。
【0132】
図７は、遠距離場距離にあるプローブアンテナがアレイ放射器の各々に順次次々に接続する従来の手法７００の一実施形態を示す。言い換えれば、単一のアンテナアレイ放射器７２０の動作は、関連する送信または受信チェーンと共に、単一の空間方向ならびに単一の振幅および位相でプローブ信号７５０によってプローブされる。アンテナアレイ素子７２０が必要に応じて動作または機能する場合、他のアレイ素子への結合を含む他のすべての方向の放射特性も同様に動作または機能すると想定される。後者の仮定は、設計および／もしくはシミュレーション、または既知の良好なデバイスの以前の測定値に基づく。この手法の一例は、プローブアンテナがアレイの前に配置される場合である。アレイの素子は次々に選択される。アンテナアレイとプローブとの間の距離は、プローブがアレイの放射近接場にあるが、単一の放射アレイ素子の遠距離場にあるように選択される。非反射および／または吸収エンクロージャは、コンパクトな設定を可能にする。これは反対方向にも機能し、ＤＵＴの送信機能を試験するために、プローブアンテナ７３０は、ＤＵＴアンテナ７２０によって送信される信号を受信する。
【0133】
この手法の欠点は以下の通りである。
・まず、送信モードおよび／または受信モードについて、一度にただ１つの放射素子、または実際にはアレイアンテナの単一素子のただ１つの偏波を試験することができる。
・第２に、放射器素子の測定された「良好」状態が、アレイ内の異なる位置に配置された素子について異なる。これは、プローブアンテナに対するアレイ素子の相対位置が変化するからである。
・まず、送信モードおよび／または受信モードについて、一度にただ１つの放射素子、または実際にはアレイアンテナの単一素子のただ１つの偏波を試験することができる。
・第２に、放射器素子の測定された「良好」状態が、アレイ内の異なる位置に配置された素子について異なる。これは、プローブアンテナに対するアレイ素子の相対位置が変化するからである。
【0134】
「既知の良好なデバイス」の測定は、各放射素子の「良好な」特性を提供しなければならない。
【0135】
対照的に、図１の試験装置１００は、埋め込みアンテナアレイを用いてＤＵＴを電子的に試験するための改善されたＯＴＡ試験ソリューションを提供する。試験装置の測定プローブは、ＤＵＴのいわゆる反応性近接場領域で動作することによって、それらの信号を妨害することなく（または著しく妨害することなく）、アンテナアレイのアンテナ素子を個別に試験する。
【0136】
（図８に係る自動試験装置）
図８は、図１の試験装置１００と同様の試験装置８５０と、ＤＵＴ８６０とを備える自動試験装置（ＡＴＥ）８００の実施形態を示す。試験装置８５０は、測定プローブ８１０と、試験固定具８２０またはＤＵＴ位置とを備える。ＤＵＴ８６０は、試験固定具８２０内に配置され、試験装置８５０に電子的に結合される。ＤＵＴ８６０は、試験装置８５０の電気信号８８０に従って無線信号８９０を送信することができるＤＵＴアンテナアレイ８７０を備える。ＤＵＴアンテナアレイ８７０のアンテナ素子は、試験固定具８２０がＤＵＴ８６０とプローブアンテナ８１０との間にあるように配置されたプローブアンテナ８１０によってプローブされる。
図８は、図１の試験装置１００と同様の試験装置８５０と、ＤＵＴ８６０とを備える自動試験装置（ＡＴＥ）８００の実施形態を示す。試験装置８５０は、測定プローブ８１０と、試験固定具８２０またはＤＵＴ位置とを備える。ＤＵＴ８６０は、試験固定具８２０内に配置され、試験装置８５０に電子的に結合される。ＤＵＴ８６０は、試験装置８５０の電気信号８８０に従って無線信号８９０を送信することができるＤＵＴアンテナアレイ８７０を備える。ＤＵＴアンテナアレイ８７０のアンテナ素子は、試験固定具８２０がＤＵＴ８６０とプローブアンテナ８１０との間にあるように配置されたプローブアンテナ８１０によってプローブされる。
【0137】
ＡＴＥ８００内の上述した試験装置と同様の試験装置８５０は、ＤＵＴ８６０のＤＵＴアンテナアレイ８７０に電気信号８８０を送信している。ＤＵＴアンテナアレイ８７０は、試験装置８５０のプローブアンテナ８１０によって受信される信号８９０を送信する。受信された信号は、ＤＵＴ８６０を試験するために使用される。
【0138】
図１の試験装置１００のプローブはＤＵＴの非常に近くに配置することができるので、大量の集積回路を電子的に試験するために使用することができる自動試験セルまたはＤＵＴ位置に容易に統合することができる。
【0139】
（図９に係る初期シミュレーション）
図９は、図１の試験装置１００と同様の試験装置９１０と、ＤＵＴ９２０とを備えるＡＴＥ９００の初期シミュレーション（または簡略化されたシミュレーション構造）を示す。ＤＵＴ９２０は、アンテナ素子９３０ａ～９３０ｃを有するアレイアンテナ９７０をさらに備える。試験装置９１０は、給電構造９４０と、２つの導体対またはプローブアンテナ９５０ａ、９５０ｂとを備える。
図９は、図１の試験装置１００と同様の試験装置９１０と、ＤＵＴ９２０とを備えるＡＴＥ９００の初期シミュレーション（または簡略化されたシミュレーション構造）を示す。ＤＵＴ９２０は、アンテナ素子９３０ａ～９３０ｃを有するアレイアンテナ９７０をさらに備える。試験装置９１０は、給電構造９４０と、２つの導体対またはプローブアンテナ９５０ａ、９５０ｂとを備える。
【0140】
図９は、ＡＴＥ９００の概念または初期シミュレーションを示す。ＤＵＴ９２０のアンテナアレイ９７０のＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａ～９３０ｃは信号９６０を送信している。試験装置９１０は、ＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａの信号９６０を測定するように構成される。素子９３０ａの信号９６０は、プローブアンテナ９５０ａ、９５０ｂによって受信され、給電構造９４０に転送される。
【0141】
試験装置９１０のＴＥＭラインマルチラインプローブ９５０のシミュレーションのさらなる重要な態様を以下に列挙する。
・パッチアレイは密であり、すなわち、アンテナ素子９３０間の距離は、例えば、λ０／２よりわずかに大きいだけである。
・プローブは、アンテナ素子９３０ａの近接場領域内のいくらかの電界をピックアップするために、ＴＥＭライン９５０ａ、９５０ｂ、すなわち２本のワイヤを使用する。
・隣接する素子または隣接するアンテナ素子９３０ｂ、９３０ｃは、結合しない。
・吸収体を追加することによってシミュレーション（または配置）を改善することができる。
・アンテナ素子９３０ａとプローブの導体ワイヤ対９５０ａ、９５０ｂとの間の距離は、λ０／１０未満であり、これは、プローブがアンテナ素子９３０ａの反応性近接場領域内にあることを意味する。
・１つの二重偏波パッチアンテナ素子またはスロットリングに対して４つのワイヤ対が（任意選択的に）使用されてもよい。
・ワイヤのピッチは実現可能であるが、コネクタへのバランおよびファンアウトは、より困難または問題があるようであり、依然として合理的な努力で実施することができる。
・第１のショットシミュレーションは小さな離調を示し、次の隣接パッチ９３０ｂ、９３０ｃはプローブ対象パッチ９３０ａよりも約１５ｄＢ少ない結合をする。
・パッチアレイは密であり、すなわち、アンテナ素子９３０間の距離は、例えば、λ０／２よりわずかに大きいだけである。
・プローブは、アンテナ素子９３０ａの近接場領域内のいくらかの電界をピックアップするために、ＴＥＭライン９５０ａ、９５０ｂ、すなわち２本のワイヤを使用する。
・隣接する素子または隣接するアンテナ素子９３０ｂ、９３０ｃは、結合しない。
・吸収体を追加することによってシミュレーション（または配置）を改善することができる。
・アンテナ素子９３０ａとプローブの導体ワイヤ対９５０ａ、９５０ｂとの間の距離は、λ０／１０未満であり、これは、プローブがアンテナ素子９３０ａの反応性近接場領域内にあることを意味する。
・１つの二重偏波パッチアンテナ素子またはスロットリングに対して４つのワイヤ対が（任意選択的に）使用されてもよい。
・ワイヤのピッチは実現可能であるが、コネクタへのバランおよびファンアウトは、より困難または問題があるようであり、依然として合理的な努力で実施することができる。
・第１のショットシミュレーションは小さな離調を示し、次の隣接パッチ９３０ｂ、９３０ｃはプローブ対象パッチ９３０ａよりも約１５ｄＢ少ない結合をする。
【0142】
動作中の図１の試験装置１００の挙動をシミュレートすることは、単一の埋め込みアンテナアレイ素子９３０ａをＯＴＡ試験することを意味し、試験装置および／または試験装置の測定プローブに関する有用な洞察および／または態様を提供する。
【0143】
図９による試験装置９００は、個々におよび組み合わせて、装置に関して本明細書に記載された特徴、機能、および詳細のいずれかによって任意に補足することができる。
【0144】
（図１０に係るシミュレーションの結果）
図１０は、図９に示すシミュレートされた試験装置を用いたシミュレートされた測定の結果を示す。結果は、ＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａからの信号が合理的な強度で針対プローブ９５０ａ、９５０ｂによって測定され、針対プローブ９５０ａ、９５０ｂからＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａにほとんど外乱がなく、他のアンテナアレイ素子から針対への結合が最小限であることを示している。
図１０は、図９に示すシミュレートされた試験装置を用いたシミュレートされた測定の結果を示す。結果は、ＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａからの信号が合理的な強度で針対プローブ９５０ａ、９５０ｂによって測定され、針対プローブ９５０ａ、９５０ｂからＤＵＴアンテナアレイ素子９３０ａにほとんど外乱がなく、他のアンテナアレイ素子から針対への結合が最小限であることを示している。
【0145】
動作中の図１の試験装置１００の挙動をシミュレートすることは、単一の埋め込みアンテナアレイ素子をＯＴＡ試験することを意味し、試験装置および／または試験装置の測定プローブに関する有用な洞察および／または態様を提供する。シミュレーションの結果は、次の隣接パッチの結合がプローブ対象パッチよりも約１５ｄＢ小さい間に、小さな離調を示す。
【0146】
この例示的なシミュレーションでは、針対プローブ９５０ａ、９５０ｂの断面の物理的寸法が意図的に大きくかさばるように選択された（図９参照）にもかかわらず、プローブされたパッチの離調は小さいままであり（図１０に示す）、次のプローブされていない隣接体への結合は小さいままである（図１０に示す）。より高度でより洗練された実用的な実施態様は、針対プローブを形成するより微細な金属針に容易に戻ることができ、それによって離調および次隣接結合をさらに低減することができる。
【0147】
（図１１に係るプローブ設計手順）
図１１は、試験装置、例えば図１の試験装置１００と同様の試験装置のプローブ設計手順１１００を示す。プローブ設計手順１１００は、アンテナアレイ素子１１１５を備えるアンテナアレイ１１１０を想定している。アレイアンテナ１１１０は、プローブ先端部１１２０から隙間をあけて離間している。アレイアンテナ１１１０とプローブ先端１１２０との間のギャップは、例えば、機械的停止部であってもよい。プローブ先端１１２０は、プローブのアンテナ側にある。プローブ１１３０は、ＴＥＭライン針に基づく。プローブ先端１１２０とプローブ１１３０の供給側との間には、放射体または他のアンテナアレイ素子１１１５への反射を低減するために吸収材料１１４０が使用される。プローブ１１３０の供給側では、信号に移行を導波路または回路基板伝送線路に適用するために移行回路が使用される。このとき、ファンアウト回路は、導波路または回路基板伝送線路に基づいている。
図１１は、試験装置、例えば図１の試験装置１００と同様の試験装置のプローブ設計手順１１００を示す。プローブ設計手順１１００は、アンテナアレイ素子１１１５を備えるアンテナアレイ１１１０を想定している。アレイアンテナ１１１０は、プローブ先端部１１２０から隙間をあけて離間している。アレイアンテナ１１１０とプローブ先端１１２０との間のギャップは、例えば、機械的停止部であってもよい。プローブ先端１１２０は、プローブのアンテナ側にある。プローブ１１３０は、ＴＥＭライン針に基づく。プローブ先端１１２０とプローブ１１３０の供給側との間には、放射体または他のアンテナアレイ素子１１１５への反射を低減するために吸収材料１１４０が使用される。プローブ１１３０の供給側では、信号に移行を導波路または回路基板伝送線路に適用するために移行回路が使用される。このとき、ファンアウト回路は、導波路または回路基板伝送線路に基づいている。
【0148】
設計手順によって考慮されるプローブの重要な態様を以下に列挙する。これらは、このプローブ／アダプタ手法の実装に対する要件の高レベルの説明であり、いくつかまたはすべての要件が実施形態によって満たされ得る。
・プローブ（またはプローブ先端）は、放射体またはアンテナアレイ素子１１１５の反応性近接場に配置される。
・プローブは、機械的に再現可能な方法で配置される。
・プローブは、前記放射体またはアンテナアレイ素子１１１５の給電インピーダンスに影響を及ぼさない（または、少なくとも顕著ではない）。
・プローブは、他の放射器または他のアンテナ素子１１１５に影響を与えていない（または、少なくとも顕著ではない）。
・プローブは他のプローブから切り離され（または、少なくとも、顕著に分離される）、他の放射器またはアンテナ素子はプローブ内に結合されない。
・設定は、伝送、位相および振幅、ならびに結合に関して較正されてもよい。設定は、エンドツーエンドで、または大きな平坦な金属プレートからの反射によって、またはプローブ端部からある程度の距離内で物理的材料が除去されたオープンエンドの針対プローブからの伝送線反射によって較正され得る。
・プローブ（またはプローブ先端）は、放射体またはアンテナアレイ素子１１１５の反応性近接場に配置される。
・プローブは、機械的に再現可能な方法で配置される。
・プローブは、前記放射体またはアンテナアレイ素子１１１５の給電インピーダンスに影響を及ぼさない（または、少なくとも顕著ではない）。
・プローブは、他の放射器または他のアンテナ素子１１１５に影響を与えていない（または、少なくとも顕著ではない）。
・プローブは他のプローブから切り離され（または、少なくとも、顕著に分離される）、他の放射器またはアンテナ素子はプローブ内に結合されない。
・設定は、伝送、位相および振幅、ならびに結合に関して較正されてもよい。設定は、エンドツーエンドで、または大きな平坦な金属プレートからの反射によって、またはプローブ端部からある程度の距離内で物理的材料が除去されたオープンエンドの針対プローブからの伝送線反射によって較正され得る。
【0149】
プローブ設計手順は、有用な洞察および／またはシミュレートされた測定値の態様を使用することによって、図１の試験装置１００内のプローブに対して定義される。これらの手順を満たすことにより、例えば、より良好な信号雑音比またはより安価な試験方法が得られる。
【0150】
【0151】
試験装置１２３０は、２つのプローブ対１２７０ａ、１２７０ｂと、ＤＵＴ位置１２１０とを備える。第１のプローブ対１２７０ａは第１バラン１２７５ａに結合され、第２のプローブ対１２７０ｂは第２バラン１２７５ｂに結合されている。第１バラン１２７５ａは第１の給電構造１２８０ａに結合され、第２バラン１２７５ｂは第２給電構造１２８０ｂに接続されている。試験装置は、アンテナアレイ１２６０と、バラン１２７５ａ、１２７５ｂとの間に配置された吸収体材料１２９０をさらに備える。試験装置１２３０は、２つの針対プローブ１２７０ａ、１２７０ｂの端部と、ＤＵＴ位置１２１０に配置されるＤＵＴ１２２０との間に、誘電スペーサ１２９５をさらに備える。ＤＵＴ１２２０は、例えば、パッケージ１２４０とダイ１２５０とを備える。パッケージ１２４０は、ダイ１２５０に接続された２つ（またはそれ以上）のアンテナ素子を備えるアンテナアレイ１２６０をさらに備える。
【0152】
ＤＵＴ１２２０のアンテナアレイ１２６０内のアンテナ素子は、ダイ１２５０を通って給電される。アンテナアレイ１２６０によって送信された信号は、２つのプローブ対１２７０ａ、１２７０ｂによって受信される。プローブ対１２７０ａ、１２７０ｂの平衡電流は、それぞれのバラン１２７５ａ、１２７５ｂを使用して組み合わされ、それぞれの不平衡給電部１２８０ａ、１２８０ｂに移行する。
【0153】
図１２は、２つの素子のアンテナアレイ１２６０を有するＤＵＴ１２２０を測定または試験するために、２つの針対アンテナまたはプローブ１２７０ａ、１２７０ｂのみが使用される、ＡＴＥ１２００または測定設定の可能な実装形態または実施形態を示す。
【0154】
個々にまたは組み合わせて実施形態で任意選択的に実施され得るプローブ設計の重要な態様は、以下の通りである。
・ＤＵＴ１２２０のアンテナアレイは、例えば５７ＧＨｚから６４ＧＨｚの間の周波数を有する積層ＷｉＧｉｇパッチアンテナである。
・２本の針対プローブ１２７０ａ、１２７０ｂは二線伝送線路であり、放射スロットの上方に位置する針状近接場プローブであり、言い換えれば、針対プローブ１２７０ａ、１２７０ｂの各々は、ＤＵＴのアンテナの反応近接場において開放端を有する二線伝送線路を形成する。
・プローブ対は、ラットレースのバラン、または１８０°ハイブリッドによって供給される。
・すべておよび／またはいくつかのプローブ、および場合によっては回路は、単一のＰＣＢ上に配置される。
・誘電スペーサ１２９５または距離ホルダは、プラスチックおよび／または発泡体で作られ、あるいはプラスチックおよび／または発泡体を使用して作られる。
・場合により、共振および結合を防止するために吸収体１２９０が追加される。
・ＤＵＴ１２２０のアンテナアレイは、例えば５７ＧＨｚから６４ＧＨｚの間の周波数を有する積層ＷｉＧｉｇパッチアンテナである。
・２本の針対プローブ１２７０ａ、１２７０ｂは二線伝送線路であり、放射スロットの上方に位置する針状近接場プローブであり、言い換えれば、針対プローブ１２７０ａ、１２７０ｂの各々は、ＤＵＴのアンテナの反応近接場において開放端を有する二線伝送線路を形成する。
・プローブ対は、ラットレースのバラン、または１８０°ハイブリッドによって供給される。
・すべておよび／またはいくつかのプローブ、および場合によっては回路は、単一のＰＣＢ上に配置される。
・誘電スペーサ１２９５または距離ホルダは、プラスチックおよび／または発泡体で作られ、あるいはプラスチックおよび／または発泡体を使用して作られる。
・場合により、共振および結合を防止するために吸収体１２９０が追加される。
【0155】
設計例は、ＤＵＴによって無線送信された信号がプローブされ、次いで給電部１２８０ａ、ｂでアクセス可能であるように操作することができる（ＤＵＴ送信モードの試験）。あるいは、給電部１２８０ａ、ｂに注入された信号がプローブによってＤＵＴに無線で送信されるように動作させることができる（ＤＵＴ受信モードの試験）。
【0156】
ＤＵＴ１２２０がパッケージ１２４０の上面および底面の両方に一体型アンテナアレイ１２６０を有する場合、上面用と底面用の２組のプローブアダプタまたは対プローブ１２７０を使用することができる。本手法は、集積回路試験のためのすべての異なるＡＴＥ試験セル構成にそれ自体を統合することを可能にする。
【0157】
例えば、ＤＵＴソケットに組み込まれたプローブおよび／またはアダプタを用いたシングルまたはマルチサイトでのパッケージレベル試験。
【0158】
あるいは、別の例として、例えば、プローブヘッドに一体化されたプローブおよび／またはアダプタを有するシングルまたはマルチサイトを有するウェハプロービングレベル。
【0159】
また、提示された手法は、非ＡＴＥ用途にも使用され得る。
【0160】
図１１で説明した設計手順を満たすことにより、埋め込みアンテナアレイ素子をＯＴＡ試験するためのＡＴＥ設計例が得られる。ＡＴＥ設計例は、例えば、より良好な信号雑音比またはより安価な試験方法を保証するために構築された、図１の１００と同様の試験装置を含む。
【0161】
（図１３に係る実施形態）
図１３は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１３１０と同様の試験装置１３００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１３１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１３２０を備える。
図１３は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１３１０と同様の試験装置１３００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１３１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１３２０を備える。
【0162】
試験装置１３００は、パッチ放射器１３２０ｂの放射縁部の近傍に配置された２つの針対プローブ１３３０ａ、１３３０ｂを備える。２つの針対プローブ１３３０ａ、１３３０ｂは、平行ストリップ線路型のプローブである。２つの針対プローブは、３つのバランおよび／またはディバイダ１３５０ａ～１３５０ｃを介して給電構造１３４０に接続される。パッチアンテナアレイ１３１０とディバイダおよび／またはバラン１３５０ａ～１３５０ｃとの間には、吸収体１３６０の層がある。
【0163】
さらに、図１３は電界１３９０の方向を示し、垂直成分はパッチ放射器１３２０ｂの両側で実質的に反対であり、電界の水平成分は、第１のプローブ対１３３０ａの２つの導体と第２のプローブ対１３３０ｂの２つの導体との間で同じ方向を有する。
【0164】
パッチアンテナアレイ１３１０のパッチ放射器１３２０は、試験装置１３００の２つのプローブ対１３３０ａ、１３３０ｂによって受信される信号１３８０を送信している。プローブ対１３３０の導体の平衡電流は、不平衡給電線１３４０に移行するために、ディバイダおよびバラン１３５０を使用して組み合わされる。
【0165】
図１３は、３つのパッチ放射器１３２０ａ～１３２０ｃで構成されたアンテナアレイ１３１０の概念図を示し、中心のパッチ１３２０ｂは、２つのオープンエンド平衡二線伝送線路１３３０ａ、１３３０ｂによって放射およびプローブされる。放射されたエネルギーの大部分は吸収体１３６０に入る。バランおよびディバイダ１３５０などの信号合成回路は、吸収体１３６０の上方の基板上に配置することができる。
【0166】
図１３は、給電コネクタからの位相補正信号分布（例えば、平行ストリッププローブがＤＵＴアンテナを刺激する場合）または補正信号合成（例えば、平行ストリッププローブがＤＵＴアンテナから放射される信号を受信する場合）のための３つのハイブリッドコンバイナと共に、一対の平行ストリッププローブを有するパッチ放射器１３２０の少なくとも一方の偏波を試験する概念をスケッチまたは提案する。吸収体１３６０は、主に、ハイブリッドコンバイナ回路を担持する回路基板からの反射を回避するために必要とされる。
【0167】
言い換えれば、パッチ放射器の線形アレイの概念図が断面図で図１３に示されている。センタリングされた放射器１３２０ｂは、波面１３８０を上方向に透過させる。パッチは、スロット放射器のように挙動する２つの放射縁部を有する。ある場合には、パッチの放射縁部における電界は、図中の矢印によって示されるように向けられる。二線平衡伝送線路（例えば、１３２０ａまたは１３２０ｂ）は、パッチの放射縁部に向いている。線路の開放端部は、電磁場のごく一部をピックアップし、上向きの（給電部に向かう）誘導波の形態で電磁場を誘導する。線路の開放端とパッチ金属との間にはある程度の距離が保たれる。プローブ伝送線路は、少なくともほぼパッチ平面に垂直であるため、放射波の電磁場は、遠距離場において線路に垂直であり、したがって線路によって妨害されない。放射された場は、明確にするためにピラミッド型吸収体として図に示され得る損失性吸収体材料によって吸収される。しかしながら、近接場およびパッチの放射縁部の近くでは、外乱および相互作用が存在するが、定量的調査は、それらの効果が無視できることを示している。パッチ放射器とプローブとの間の結合の強度は、シナリオの幾何学的形状、主に線路の２つのワイヤ間の分離、および線の開放端とパッチ放射縁部との間の距離に依存する。吸収体の上方で、２線平衡線は、必要に応じて、バラン、ディバイダ、およびスイッチなどの追加の回路に接続されてもよい。
【0168】
図１３は、図１の試験装置１００の一実施形態を示す。試験目的に応じて、複数の針対素子または針対プローブ１３３０を各ＤＵＴアンテナアレイ素子１３２０に配置するか、またはより少ない数の針対プローブを使用するが重要な測定点に配置することができる。次いで、針対プローブの導体は、高周波回路技術を使用して組み合わされ、例えば高性能同軸コネクタを使用するなどして測定機器に相互接続される。
【0169】
（図１４に係る実施形態）
図１４は、図１の試験装置１００と同様の複数の試験装置１４１０ａ～１４１０ｃ、およびアンテナアレイ素子１４３０を備えるアンテナアレイ１４２０の一実施形態を示す。試験装置１４１０ａ～１４１０ｃは、アンテナアレイ１４２０のアンテナアレイ素子１４３０の反応性近接場に到達しており、２つの平行な針対プローブ１４４０を備える。針対プローブ１４４０は、給電構造１４５０に結合されている。
図１４は、図１の試験装置１００と同様の複数の試験装置１４１０ａ～１４１０ｃ、およびアンテナアレイ素子１４３０を備えるアンテナアレイ１４２０の一実施形態を示す。試験装置１４１０ａ～１４１０ｃは、アンテナアレイ１４２０のアンテナアレイ素子１４３０の反応性近接場に到達しており、２つの平行な針対プローブ１４４０を備える。針対プローブ１４４０は、給電構造１４５０に結合されている。
【0170】
弱く結合された非接触の対プローブ１４４０は、アンテナアレイ素子または放射器１４３０の反応性近接場を貫通する。アンテナアレイ１４２０のアンテナ素子１４３０は信号１４６０を発する。放射エネルギー１４６０のごく一部は、平衡線から不平衡線に信号を遷移させるために信号合成回路を備えるプローブコネクタまたは給電構造１４５０に伝送される。
【0171】
放射されたエネルギー（１４６０）の大部分は、アンテナアレイ１４３０と給電構造１４５０との間に配置された吸収体１４７０によって吸収される。対プローブ１４４０間の結合は非常に弱いため、アンテナアレイ放射器１４３０の給電インピーダンスは影響を受けない（または著しく影響されない）。
【0172】
新しい手法では、アンテナアレイの放射素子は、その反応性近接場、すなわちアンテナアレイに非常に近い伝送線路ベースの構造でプローブされ、プローブされた放射素子のみがプローブに結合し、その近傍には結合しない。その結果、隣接する素子は、追加のプローブを用いて第１の素子と並行して試験することができる。プローブは、特徴の一部または全部が実施形態に存在し得る場合、いくつかの特徴を組み合わせるべきである。
・放射素子からプローブへの規定された（反復可能な）および較正可能な結合（振幅および位相）。
・プローブされた放射素子の給電インピーダンスは、プローブによって影響されるべきではない（または著しく影響されるべきではない）。
・隣接する放射素子は、プローブに結合すべきではない（または顕著に結合してはならない）。
・隣接する放射素子の給電インピーダンスは、プローブによって影響されるべきではない。
・放射素子からプローブへの規定された（反復可能な）および較正可能な結合（振幅および位相）。
・プローブされた放射素子の給電インピーダンスは、プローブによって影響されるべきではない（または著しく影響されるべきではない）。
・隣接する放射素子は、プローブに結合すべきではない（または顕著に結合してはならない）。
・隣接する放射素子の給電インピーダンスは、プローブによって影響されるべきではない。
【0173】
この概念の実装は、放射素子に近い信号強度によって助けられ、放射素子とプローブの入力との間の、顕著であるが再現可能でありかつ較正可能な減衰を可能にする。この手法は、無線リンクの２つの端部間の可能な最大送信が魅力的である任意の無線リンク設計とは反対であり、電波暗室試験システムにおける従来のアンテナ放射試験にも当てはまる。図１４は、３つのパッチ放射器の線形アレイの提案された概念の着想を示しており、パッチは、パッチの両端にある２つのスロットから放射し、したがって、２つの結合されたプローブで試験することができる。３つのパッチすべてを同時にプローブすることができる。吸収体は、望ましくない反射および結合を低減するのに役立つ。
【0174】
言い換えれば、図１によって説明される試験装置１００の概念は、複数のプローブに拡張され、二重偏波パッチの２つ以上の側面を試験し、および／またはいくつかの放射器素子を同時に試験することができる。試験目的に応じて、各ＤＵＴアンテナアレイ素子に複数の針対素子を配置するか、またはより少ない数を使用するが重要な測定点に配置することができる。
【0175】
（図１５に係る例示的なシミュレーション設定）
図１５は、二重偏波アンテナ素子１５４０および１つまたは複数の平行ストリップ線路プローブ１５３０を備える二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を有する例示的なシミュレーション設定１５００を示す。
図１５は、二重偏波アンテナ素子１５４０および１つまたは複数の平行ストリップ線路プローブ１５３０を備える二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を有する例示的なシミュレーション設定１５００を示す。
【0176】
図１５ａは、単一の平行ストリッププローブ１５３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を上から見た図である。
【0177】
図１５ｂは、断面を切断して見た単一の平行ストリッププローブ１５３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を示す。
【0178】
図１５ｃは、上から見た２つのアンテナ素子を試験するための４つの平行ストリッププローブ１５３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を示す。
【0179】
図１５ｄは、断面切断として見た２つのアンテナ素子を試験するための４つの平行ストリッププローブ１５３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１５５０を示す。
【0180】
図１の試験装置１００の１つまたは複数のプローブの位置決めは、図１５でシミュレートされる。図１５は、パッチ放射器１５４０を１つまたは複数の平行ストリッププローブで試験するための例示的なシミュレーションの設定１５００を示す。結果によれば、放射器給電コネクタからプローブポートへの結合は約－１９ｄＢであり、任意の他の放射器給電部からの最大結合は約９ｄＢ小さい。
【0181】
（図１６に係る例示的なシミュレーション設定）
図１６は、二重偏波アンテナ素子１６２０および平行ストリップ線路プローブ１６３０を備える周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイ１６１０を有する例示的なシミュレーション設定１６００を示す。図１６は、自由空間波長λ０に関するすべての寸法データを示す。６ＧＨｚプロトタイプで使用されるλ０は５０ｍｍである。
図１６は、二重偏波アンテナ素子１６２０および平行ストリップ線路プローブ１６３０を備える周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイ１６１０を有する例示的なシミュレーション設定１６００を示す。図１６は、自由空間波長λ０に関するすべての寸法データを示す。６ＧＨｚプロトタイプで使用されるλ０は５０ｍｍである。
【0182】
図１６ａは、単一の平行ストリップ線路プローブ１６３０を有する周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイ１６１０の上面図を示す。パッチアンテナアレイ１６１０の周期、すなわち２つのアンテナ素子１６２０の中心間距離は、０．５×λ０である。
【0183】
図１６ｂは、単一の平行ストリップ線路プローブ１６３０を有する周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイ１６１０の側面図を示す。
【0184】
単一の平行ストリップ線路プローブ１６３０は、０．０２×λ０のストリップ幅およびそれらの間の０．０２×λ０のギャップ（例えば、±５０％の公差で）を有する２つの導体ストリップを含む。単一の平行ストリップ線路プローブ１６３０は、アンテナアレイ１６１０から０．０１×λ０の距離に配置される（例えば、±５０％の公差で）。
【0185】
プローブ側からの周期的な２Ｄ二重偏波パッチアンテナアレイ１６１０の層を以下に列挙する。
１）０．２４λ０×０．２４λ０のサイズを有する正方形の銅パッチ
２）０．２４×λ０（または０．０３×λ０）の厚さを有するパッチ誘電体層
３）パッチ銅接地層
４）給電回路用誘電体層。
１）０．２４λ０×０．２４λ０のサイズを有する正方形の銅パッチ
２）０．２４×λ０（または０．０３×λ０）の厚さを有するパッチ誘電体層
３）パッチ銅接地層
４）給電回路用誘電体層。
【0186】
図１６に示すパッチ銅供給線路は、正方形銅パッチを供給している。
【0187】
図１６は、６ＧＨｚプロトタイプアンテナアレイについての、図１の１００のような試験装置の測定値、寸法データを示す。自由空間波長λ０に関して寸法が与えられ、したがって、他の周波数を有するアンテナアレイの容易な再スケーリングが可能になる。
【0188】
しかしながら、いくつかの実施形態では、所与のサイズから２倍（またはそれ以上）までの偏差が許容され得る。
【0189】
（図１７に係る実施形態）
図１７は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１７１０と同様の試験装置１７００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１７１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１７２０ａ～１７２０ｃを備える。
図１７は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１７１０と同様の試験装置１７００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１７１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１７２０ａ～１７２０ｃを備える。
【0190】
試験装置１７００は、パッチ放射器１７２０ｂの放射縁部の近傍に配置された２つの平行ストリッププローブ１７３０ａ、１７３０ｂを備える。２つの平行ストリッププローブ１７３０ａ、１７３０ｂは、同軸線路に滑らかに移行している。２つの平行ストリッププローブ１７３０ａ、１７３０ｂは、ディバイダ１７５０を介して給電構造１７４０に接続される。物理的には、パッチアンテナアレイ１７１０とディバイダ１７５０との間に吸収体１７６０の層があり、吸収体を通って同軸線路が供給される。
【0191】
さらに、図１７は、パッチ放射器１７２０の両側で実質的に反対である電界１７９０の方向を示し、電界の水平成分は、第１の平行ストリッププローブ１７３０ａの２つの導体と第２の平行ストリッププローブ１７３０ｂの２つの導体との間で同じ方向を有する。
【0192】
パッチアンテナアレイ１７１０のパッチ放射器１７２０ｂは、試験装置１７００の２つの平行ストリッププローブ１７３０ａ、１７３０ｂが同軸線路に滑らかに遷移することによって受信される信号１７８０を送信している。平行ストリッププローブ１７３０の導体の平衡電流は、不平衡給電線１７４０に移行するために、ディバイダ１７５０を使用して合成される。
【0193】
設計例は、ＤＵＴによって無線送信された信号がプローブされ、次いで給電部１７４０でアクセス可能であるように操作することができる（ＤＵＴ送信モードの試験）。
【0194】
あるいは、給電部１７４０に注入された信号がプローブによってＤＵＴアンテナ１７２０ｂに無線で送信されるように動作させることができる（ＤＵＴ受信モードの試験）。
【0195】
図１７は、信号合成に必要な単一の１８０度ハイブリッドまたはディバイダ１７５０を使用して、同軸線路に滑らかに移行する一対の平行ストリッププローブ１７３０を有するパッチ放射器１７２０を試験する概念を提案する。例えば、平行ストリップの第１のストリップは、同軸線路の外側シールドに滑らかに伝送し、平行ストリップの第２のストリップは、同軸線路の内側導体を形成する。例えば、同軸線路の外側シールドは、給電構造からプローブの開放端に向かう方向により開いていく。
【0196】
パッチ放射器１７２０の少なくとも一方の偏波は、一対の平行ストリッププローブ１７３０を用いて試験され、同軸線路に滑らかに移行する。したがって、バラン特性はプローブ先端の一部である。したがって、ただ１つのハイブリッドコンバイナまたはディバイダ１７５０が、給電コネクタ１７４０からの信号分配のために必要とされる。プローブ先端に沿って、可能性のある顕著な同相または不平衡電流が存在するため、場合によっては、プローブ先端からの可能性のあるモノポール状の放射を低減するためにも吸収体１７６０が必要とされる。さらに、場合によっては、吸収体１７６０は、ハイブリッド複合回路を担持する回路基板からの反射を回避するためにも必要とされる。
【0197】
図１７は、同軸線路に移行する異なるタイプのプローブ、平行ストリッププローブを使用する図１の試験装置１００の実施形態を示す。新しいタイプのプローブは、ただ１つのディバイダを使用する同軸線路を介して、給電構造への単純な接続を有する。
【0198】
（図１８に係る例示的なシミュレーション設定）
図１８は、二重偏波アンテナ素子１８４０と、同軸線路に移行する平行ストリップ線路プローブ１８３０とを備える二重偏波パッチアンテナアレイ１８５０を有する例示的なシミュレーション設定１８００を示す。
図１８は、二重偏波アンテナ素子１８４０と、同軸線路に移行する平行ストリップ線路プローブ１８３０とを備える二重偏波パッチアンテナアレイ１８５０を有する例示的なシミュレーション設定１８００を示す。
【0199】
図１８ａは、同軸線路に移行する単一の平行ストリップ線路プローブ１８３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１８５０の斜視図を示す。
【0200】
図１８ｂは、同軸線路および吸収体層１８６０に移行する単一の平行ストリップ線路プローブ１８３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ１８５０の側面図を示す。
【0201】
図１８は、同軸線路に滑らかに移行する、二重偏波パッチアンテナアレイおよび平行ストリッププローブを有するパッチ放射器を試験するための例示的なシミュレーション設定を示す図である。吸収体材料は、場合によっては、同軸外側導体上の共振を抑制する必要があり、そうでなければ、モノポール状の放射および隣接する放射素子への強い結合をもたらす。
【0202】
図１の試験装置１００における、同軸線路に滑らかに移行する（している）平行ストリッププローブの位置決めは、図１８でシミュレートされている。図１８は、同軸線路に滑らかに移行している平行ストリッププローブを有するパッチ放射器１８４０を試験するための例示的なシミュレーション設定１８００を示す。結果によれば、放射器給電コネクタからプローブポートへの結合は約－１９ｄＢであり、任意の他の放射器給電部からの最大結合は１０ｄＢ超小さい。
【0203】
（図１９に係る実施形態）
図１９は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１９１０と同様の試験装置１９００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１９１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１９２０ａ～１９２０ｃを備える。
図１９は、図１の試験装置１００およびパッチアンテナアレイ１９１０と同様の試験装置１９００の一実施形態を示す。パッチアンテナアレイ１９１０は、パッチアンテナアレイ素子またはパッチ放射器１９２０ａ～１９２０ｃを備える。
【0204】
試験装置１９００は、パッチ放射器１９２０ｂの放射縁部の近傍に配置された２つの平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂを備える。２つの平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂは、マイクロストリップ線路に滑らかに移行している。２つの平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂは、ディバイダ１９５０を介して給電構造１９４０に接続される。パッチアンテナアレイ１９１０とディバイダ１９５０との間には、吸収体１９６０の層が存在する。
【0205】
さらに、図１９は、パッチ放射器１９２０の両側で実質的に反対である電界１９９０の方向を示し、電界の水平成分は、第１の平行ストリッププローブ１９３０ａの２つの導体と第２の平行ストリッププローブ１９３０ｂの２つの導体との間で同じ方向を有する。
【0206】
パッチアンテナアレイ１９１０のパッチ放射器１９２０は信号１９８０を送信しており、この信号は、試験装置１９００の、マイクロストリップ線路へと滑らかに遷移する、２つの平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂによって受信される。平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂの導体の平衡電流は、不平衡給電線１９４０に移行するために、ディバイダ１９５０を使用して組み合わされる。
【0207】
図１９は、信号合成に必要な単一の１８０度ハイブリッドまたはディバイダ１９５０を使用して、マイクロストリップ線路に滑らかに遷移する一対の平行ストリッププローブ１９３０ａ、１９３０ｂを有するパッチ放射器１９２０ｂを試験する概念を提案する。
【0208】
パッチ放射器１９２０ｂの少なくとも一方の偏波は、一対の平行ストリッププローブ１９３０を用いて試験され、マイクロストリップ線路に滑らかに移行する。したがって、バラン特性はプローブ先端の一部である。したがって、ただ１つのハイブリッドコンバイナまたはディバイダ１９５０が、給電コネクタ１９４０からの信号分配のために必要とされる。プローブ先端に沿って、同相または不平衡電流が存在するため、場合によっては、プローブ先端からの可能性のあるモノポール状の放射を低減するためにも吸収体１９６０が必要とされる。さらに、場合によっては、吸収体１９６０は、ハイブリッド複合回路を担持する回路基板からの反射を回避するためにも必要とされる。
【0209】
【0210】
（図２０に係る例示的なシミュレーション設定）
図２０は、二重偏波アンテナ素子２０４０と、マイクロストリップ線路に遷移する平行ストリップ線路プローブ２０３０とを備える二重偏波パッチアンテナアレイ２０５０を有する例示的なシミュレーション設定２０００を示す。
図２０は、二重偏波アンテナ素子２０４０と、マイクロストリップ線路に遷移する平行ストリップ線路プローブ２０３０とを備える二重偏波パッチアンテナアレイ２０５０を有する例示的なシミュレーション設定２０００を示す。
【0211】
図２０ａは、マイクロストリップ線路に遷移する単一の平行ストリップ線路プローブ２０３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ２０５０の上面図を示す。
【0212】
図２０ｂは、マイクロストリップ線路に移行する単一の平行ストリップ線路プローブ２０３０を有する二重偏波パッチアンテナアレイ２０５０の側面図を示す。
【0213】
例えば、マイクロストリッププローブの接地導体は、平行ストリッププローブの先端に向かって連続的に狭くなる。マイクロストリップ線路の中心導体は、接地導体から平行ストリッププローブに向かって横方向に連続的に解ける。
【0214】
このため、中心導体が延在する膨らみが、狭くなっている接地導体が延在する方向から若干（例えば、５度から２０度）ずれているため、接地導体と中心導体との重なり（例えば、マイクロストリップ線路を搬送する回路基板の表面に垂直に投影して）が定常的にずれる。
【0215】
平行ストリッププローブの先端に向かって、接地導体および中心導体は、別々の重なり合わない導体に移行している。
【0216】
図２０は、マイクロストリップ線路に滑らかに移行する、平行ストリッププローブを有するパッチ放射器を試験するための例示的なシミュレーション設定を示す。
【0217】
図１の試験装置１００の、マイクロストリップ線路に滑らかに移行している平行ストリッププローブの位置決めは、図２０でシミュレートされる。図２０は、マイクロストリップ線路に滑らかに移行している平行ストリッププローブを有するパッチ放射器２０４０を試験するための例示的なシミュレーション設定２０００を示す。結果によれば、放射器給電コネクタからプローブポートへの結合は約－２０ｄＢであり、任意の他の放射器供給からの最大結合は約８ｄＢ小さい。
【0218】
【0219】
分配回路は、場合によっては、各アンテナ放射体素子の各偏波に対してディバイダおよび／またはバランを含むことができる。図１７または図１９のような、プローブに組み込まれたバランを有する概念は、二重偏波放射器アンテナ素子の面積当たり２つのディバイダおよび／またはバランを必要とする。これは、図２１に示すように、単一のストリップ線路回路層で達成される。図１３に示すようなプローブシステムの二重偏波放射器素子の面積当たりに６つのディバイダおよび／またはバランを取り付けることは、はるかに複雑になる。
【0220】
例えば導波管または同軸コネクタなどの給電コネクタからアンテナ放射器ポートへのスイッチを通るルーティングは、場合によっては、別個のストリップ線路またはマイクロストリップ層上で行われるべきである。したがって、場合によっては、最小で３つの誘電体層（４つの導体層）を有する多層回路を考慮する必要がある。
【0221】
図１の試験装置１００のプローブ上の平衡電流は、１つまたは複数のバラン回路および／または１８０°ハイブリッドを使用することによって、例えばマイクロストリップ線路またはストリップ線路などの不平衡線路に移行するように組み合わされる。バラン回路は、平衡信号と不平衡信号との間で変換し、プローブアンテナを例えば同軸線路などの給電線路と連結するのに役立つ。
【0222】
【0223】
誘電体共振器アンテナ２２１０は、誘電体共振器２２１３およびマイクロストリップ給電部２２１６を備える。マイクロストリップ給電部２２１６は、開口部２２２４を有する接地面２２２２と、アンテナ給電線路２２２６と、基板２２２８とを備える。接地面２２２２は、基板２２２８によってアンテナ給電線路２２２６から分離されている。誘電体共振器２２１３は、接地面２２２２の開口部２２２４が誘電体共振器２２１３の中心と基板２２２８との間、および誘電体共振器２２１３の中心とアンテナ給電線路２２２６との間にも位置するように、接地面２２２２上に配置される。
【0224】
試験装置２２００は、誘電体共振器２２１３の中心線において誘電体共振器２２１３の近傍に配置された平衡平行ストリッププローブ２２３０を備える。平行ストリッププローブ２２３０の２つの導体は、ディバイダまたはバラン２２５０を介して給電構造２２４０に接続される。
【0225】
誘電体共振器アンテナ２２１０とバランまたはディバイダ２２５０との間には、吸収体２２６０の層がある。さらに、図２２は、電界の方向２２９０を示す。
【0226】
誘電体共振器アンテナ２２１０は、試験装置２２００の平行ストリッププローブ２２３０によって受信される信号２２８０を送信している。平行ストリッププローブ２２３０の導体の平衡電流は、不平衡給電線路２２４０に移行するために、ディバイダ２２５０を使用して合成される。
【0227】
図２２は、誘電体共振器アンテナ２２１３のための、異なるタイプのアンテナのための図１の試験装置１００の一実施形態を示す。このタイプのアンテナは、上述した他のタイプのアンテナとして本発明を用いて試験することができる。
【0228】
（図２３に係る実施形態）
図２３は、図１の試験装置１００およびダイポールアンテナアレイ２３１０と同様の試験装置２３００の一実施形態を示す。ダイポールアンテナアレイ２３１０は、ダイポールアンテナアレイ素子２３２０ａ～２３２０ｃを備える。
図２３は、図１の試験装置１００およびダイポールアンテナアレイ２３１０と同様の試験装置２３００の一実施形態を示す。ダイポールアンテナアレイ２３１０は、ダイポールアンテナアレイ素子２３２０ａ～２３２０ｃを備える。
【0229】
試験装置２３００は、平行ストリッププローブ２３３０を備え、プローブ２３３０の２つの導体は、それらの端部で導電性ストリップ２３３５と接続され、閉ループを形成する。平行ストリッププローブの閉ループは、ダイポールアンテナ素子２３２０の対称面の近傍内で、ダイポールアンテナ素子２３２０ｂの近傍に配置される。閉ループ２３３０を有する平行ストリッププローブは、バランまたはディバイダ２３５０を介して給電構造２３４０に接続される。ダイポールアンテナアレイ２３１０とディバイダ２３５０との間には、吸収体２３６０の層がある。
【0230】
さらに、図２３は、接地とダイポールアンテナ素子２３２０の両端との間の電界２３９０の方向を示す。
【0231】
ダイポールアンテナアレイ２３１０のダイポールアンテナ素子２３２０ｂは、信号２３８０を送信している。ダイポールの近接場領域で生成された磁場は、平行ストリッププローブ２３３０および導電性ストリップ２３３５によって形成された閉ループを貫通し、供給部２３４０に向かって案内される信号を誘導する。平行ストリッププローブ２３３０の導体の電流は、不平衡給電線路２３４０に移行するためにバランまたはディバイダ２３５０を使用して合成される。
【0232】
言い換えれば、図２３は、主に磁場を感知するための、短絡された平行ストリッププローブ２３３０を有するダイポールアンテナアレイ素子２３２０を試験する提案された概念の実施形態を示す。単一の１８０度ハイブリッド２３５０が信号を合成するために使用される。
【0233】
図２３は、提案された概念の変形形態を示しており、これは、基板平面の方向に向かって（端部発射）放射するために使用される双極子様構造体に適用するために、接地のない平面アンテナに適用することができる。ここで、導電性ショートまたはストリップ２３３５を有するプローブは、ダイポール状アンテナアレイ素子２３３０の中心対称面内の磁場を弱くプローブするために使用することができる。
【0234】
図２３は、３つの内蔵ダイポール放射器２３２０ａ～２３２０ｃで構成されたアンテナアレイ２３１０の概念図を示し、中心のダイポールは、平衡二線伝送線路２３３０の短絡端部２３３５によって放射およびプローブされる。放射エネルギー２３８０の大部分は、吸収体２３６０に入る。バラン２３５０などの信号合成回路は、吸収体２３６０の後方の基板上に配置することができる。
【0235】
図２３の概念図に示されているように、内臓の端部発射双極子アンテナ２３２０ａ～２３２０ｃの線形アレイをプローブすることができる。ここで、プローブの二線平衡伝送線路２３３０は、ダイポールアンテナの電気対称面内に配置される。したがって、ダイポールは、その反応性近接場領域に入る金属構造によって影響されない。ダイポールアンテナ２３２０の中心部分を取り囲む強い磁場の一部は、その短絡端２３３５を介して二線伝送線路２３３０に結合される。やはり、隣接するダイポール放射器からの結合は非常に小さい。したがって、いくつかのプローブを並列に配置し、各ダイポールを別々にプローブすることができる。
【0236】
図１の試験装置１００は、アンテナ素子の磁界をプローブするために、２つの導体の端部を短絡することによって修正することができる。図２３は、ダイポールアンテナおよび磁場を検知する短絡された平行ストリップ線路プローブを用いた基本的な考え方を示す。測定および／またはシミュレーションによれば、放射器給電コネクタからプローブポートへの結合は約－１９ｄＢであり、隣接するダイポールからの結合は約１５ｄＢ小さい。
【0237】
（図２４に係る例示的なシミュレーション設定）
図２４は、短絡された平行ストリップＨフィールドプローブ２４３０を有するダイポールアンテナアレイ２４５０のダイポール放射器２４４０ａを試験するための例示的なシミュレーション設定２４００を示す。
図２４は、短絡された平行ストリップＨフィールドプローブ２４３０を有するダイポールアンテナアレイ２４５０のダイポール放射器２４４０ａを試験するための例示的なシミュレーション設定２４００を示す。
【0238】
図２４ａは、３つのダイポールアンテナ２４４０ａ～２４４０ｃと、ダイポールアンテナ素子のいわゆる近接場領域に、アンテナアレイ２４５０の平面に垂直な主延在部に沿って配置された、短絡された平行ストリッププローブ２４３０とを備えるアンテナアレイ２４５０の幾何学的図を示す。
【0239】
図２４ｂは、同じシミュレーション設定２４００の側面図を示す。アンテナアレイ２４５０およびプローブ２４３０の直交方向がここで指摘される。
【0240】
図２４ｃは、最上部のダイポールに給電してプロービングしている間のシミュレーション設定２４００のＥ界振幅プロットを示し、隣接するダイポールへのいくつかの結合、プローブへのいくつかの結合、およびプローブによってほとんど影響されない放射線を示している。
【0241】
図１の試験装置１００は、アンテナ素子の磁界をプローブするために、２つの導体の端部を短絡することによって修正することができる。図２４は、３つのダイポール放射器２４４０と、磁場を感知する短絡された平行ストリッププローブ２４３０とを備えるダイポールアンテナアレイを有する例示的なシミュレーション設定を示す。放射器給電コネクタからプローブポートへの結合は約－１９ｄＢであり、隣接するダイポールからの結合は約１５ｄＢ小さい。
【0242】
【0243】
図２５ａは、５．８５ＧＨｚ用に設計された、または５．８５ＧＨｚで動作する、４つの二重偏波放射器２５４０および８つの給電線路２５２０を有する二重直線偏波パッチアンテナアレイ２５５０を示す。
【0244】
図２５ａは、接地面を通る直接給電部２５２０を有する４つの二重直線偏波パッチアンテナ２５４０のアレイを示す。アンテナ設計は、６０ｍｉｌ ＲＯ ４００３誘電体（εｒｅｌ＝３．５５）材料を使用する標準的なものであり、アンテナアレイ素子の間隔、すなわち中心間距離は、２５ｍｍ、すなわち０．４９波長である。８つのアンテナ給電部の測定結果は、例えば±０．１％の中心周波数変動など、製造公差によるいくらかの変動を示す。－１０ｄＢにおけるパッチインピーダンス帯域幅は約２．１％である。
【0245】
図２５ｂは、アンテナアレイ２５５０と、マイクロストリップ線路に先細になったデュアルストリッププローブを特徴とする４プローブシステム２５８０とを有する実験的測定設定を示す。
【0246】
提案された技術の以下の重要な態様または利点を証明するために、周波数スケーリングされた実験設定２５００が設計および測定される。
・放射素子からプローブへの所定の結合。結合の強度約－２０ｄＢ。
・プローブは、プローブされた放射体素子の給電インピーダンスに影響を与えない（または著しく影響を与えない）。高感度（すなわち、狭帯域）パッチアンテナを使用する。
・隣接する放射素子は、プローブに結合しない（または著しく結合しない）。測定された結合は、プローブ対象素子からの結合よりも著しく小さいものとする。
・放射素子からプローブへの所定の結合。結合の強度約－２０ｄＢ。
・プローブは、プローブされた放射体素子の給電インピーダンスに影響を与えない（または著しく影響を与えない）。高感度（すなわち、狭帯域）パッチアンテナを使用する。
・隣接する放射素子は、プローブに結合しない（または著しく結合しない）。測定された結合は、プローブ対象素子からの結合よりも著しく小さいものとする。
【0247】
８つの給電部を有する４つの二重偏波放射器を有する設計されたパッチアンテナアレイが図２５に示されている。また、図には、アンテナアレイと、マイクロストリップに先細になったデュアルストリッププローブを特徴とする４プローブシステムとを備えた例示的な実験室測定設定も示されている。
【0248】
【0249】
（図２６に係るプローブの実験的検証の結果）
図２６は、図２５に記載の実験の結果を示す。４つのデュアルモードパッチアンテナの８つの給電部の入力給電反射係数の大きさを図に示す。図２６ａおよび図２６ｂは同じ図を示しているが、プローブされた２つの給電部間の差を強調するために、２６ｂが拡大されている。
図２６は、図２５に記載の実験の結果を示す。４つのデュアルモードパッチアンテナの８つの給電部の入力給電反射係数の大きさを図に示す。図２６ａおよび図２６ｂは同じ図を示しているが、プローブされた２つの給電部間の差を強調するために、２６ｂが拡大されている。
【0250】
図１の試験装置１００の一実施形態を用いた実験の結果を図２６に示し、４つのデュアルモードパッチの８つの給電部の入力給電反射係数の大きさを示す。図２５に記載されているように、２つの給電部がプローブされ、約０．３％～０．４％のアンテナ給電インピーダンス共振の離調を引き起こすが、このパッチ放射器の－１０ｄＢ帯域幅は２％より大きい。
【0251】
４つの二重偏波パッチアンテナを有するアンテナアレイは８つの供給ポート（番号１．．．８）を提供するが、プローブ対はパッチ供給ポート番号１に取り付けられ、別のプローブ対はパッチ供給ポート番号３に取り付けられる（図２５ｂに示すように）。図２６ａ、ｂにおいてＳ１１として示される８つの給電ポート入力反射係数の大きさは、約５．８５ＧＨｚのアンテナ動作周波数で小さい（図２６ａ参照）。この測定値のズームインプロットは、（図２６ｂ）プローブされていないパッチの供給ポートおよび偏波に関連する６つのほぼ同一の測定値を示す（製造の不正確さに起因する小さな変動を示す）。また、「プローブ対象要素」としてマークされた２つの測定値を示しており、これらはプローブを取り付けた状態の２つのパッチ／偏波の入力反射係数の大きさである（図２５ｂの実験設定に示す）。グラフの凡例における供給ポート番号付けは、図２８に詳述されている。
【0252】
（図２７に係るプローブの実験的検証）
図２７ａは、一方のアンテナ素子２９４０が一対の二重ストリップ線路プローブ２９３０でプローブされるアンテナアレイ２９５０を示す。平衡二線伝送線路プローブ２９３０を使用してパッチアンテナアレイ２９５０を試験する概念は、５．８５ＧＨｚの周波数での概念実証のために実施される。狭帯域パッチアンテナは、それらの反応性近接場の外乱に対するそれらの高い感度のために選択される。
図２７ａは、一方のアンテナ素子２９４０が一対の二重ストリップ線路プローブ２９３０でプローブされるアンテナアレイ２９５０を示す。平衡二線伝送線路プローブ２９３０を使用してパッチアンテナアレイ２９５０を試験する概念は、５．８５ＧＨｚの周波数での概念実証のために実施される。狭帯域パッチアンテナは、それらの反応性近接場の外乱に対するそれらの高い感度のために選択される。
【0253】
図２７ａは、パッチアンテナアレイ素子２９４０の特定の偏波を試験する一対の二線平衡伝送線路プローブ２９３０を示す。２つのラットレース用バラン２９１０および同相コンバイナは、プローブボード２９７０の一部である。
【0254】
図２７ａは、一対の二線伝送線路を用いて一方のパッチアンテナ素子を一方の偏波でプローブする測定設定を示す。プローブ構造は、意図的に大きく、特に二線式ラインの金属ストリップの幅および分離ならびにそれらの支持誘電体基板の厚さは、より高い周波数および／または例えば６０ＧＨｚのようなより小さいサイズへのスケーリングが直接的に実現可能であるように、意図的に大きくされることに留意されたい。プローブをパッチアンテナに適用することによって、インピーダンス帯域幅は、０．３％未満、すなわち、十分に所与のアンテナの帯域幅内で、より低い周波数に向かってシフトする。
【0255】
この実験的検証の結果を図２７ｂの図表２９２０に示す。
【0256】
測定の結果は、図２９ｂの図表２９２０に表されている。図表２９２０は、プローブコネクタへの８つすべてのアンテナ給電部からの測定された送信の大きさを表示する。アンテナ給電からプローブへの測定された結合は約－１８ｄＢであり、これは数ｄＢの線路の損失を含む。プローブされていない供給からプローブへの測定された結合は、共線では約９ｄＢ小さく、数３を参照されたく、並列では数７を参照されたく、これは偏波隣接パッチであり、他のすべての放射器でははるかに小さい。
【0257】
ポート番号付けは、図２７ｃの挿入図２９６０に示されている。例えば、｜Ｓ２１３｜は、アンテナ３ポートからプローブへの送信を示し、プローブはアンテナ１の偏波に取り付けられている。｜Ｓ２１１｜はプローブ対象送信である。対象の周波数は５．８５ＧＨｚであり、単一の｜Ｓ１１｜曲線で示されている。
【0258】
図２７ａは、一対の二重ストリップ線路プローブでプローブされた１つの素子を有するアンテナアレイである、図１の試験装置１００の実験的構成を示す。写真は説明のためのものであり、給電線路番号７のアンテナ素子の上方のプローブを示している。
【0259】
【0260】
図１の試験装置１００の実験的実施形態の結果を図２７ｂに示す。図表２９２０は、８つのアンテナコネクタの各々からプローブコネクタへの測定された送信振幅を示す。ポート番号付けについては、図の挿入図２９６０を参照されたい。プローブに対するプローブ対象アンテナの送信は－１８ｄＢであり、これは、バランおよびコンバイナを備えるプローブ回路のシミュレートされた送信損失の約１．５ｄＢを含む。したがって、結合はかなり強く、より弱い結合、例えばプローブとパッチとの間の距離がわずかに大きいと、アンテナの離調も減少する。他の７つのアンテナ給電部からの「不要な」結合ははるかに小さく、共線および平行偏波の次の隣接部が約－２７ｄＢで最も強く結合する。シミュレーションは、吸収体材料の添加によって望ましくない結合が減少することを示している。これは、装置の揺れの問題のために実験では行われなかったかまたは試験されなかった。すべてのプローブラインが所定の位置にある、すなわち、４つの二重偏波パッチアンテナのための１６本の二線式ラインを有するシミュレーションは、アレイ素子間の結合の増加を示し、プローブのないアレイにおける最悪の場合の約－１７ｄＢから、すべての１６本のプローブラインを有するアレイにおける最悪の場合の約－１５ｄＢまでであるが、アンテナポートから隣接する素子上のプローブへの望ましくない結合レベルの増加はない。
【0261】
（結論）
技術的労力を少なくして迅速にミリメートル波平面アンテナアレイをプロービングするための手段が開示される。一態様、ならびにさらなる実施形態および態様によれば、主な革新は、その反応性近接場におけるアレイアンテナ放射体の非接触プローブである。プローブによる放射体の非常に小さい、したがって無視できるほどの摂動が達成される。これは、アンテナ給電インピーダンスがプローブによって離調されず、接続されたトランシーバが標準動作条件のために意図されたように動作することができることを意味する。これはまた、遠距離場放射距離の制約に従う必要がないため、試験設定がコンパクトであることを意味する。
技術的労力を少なくして迅速にミリメートル波平面アンテナアレイをプロービングするための手段が開示される。一態様、ならびにさらなる実施形態および態様によれば、主な革新は、その反応性近接場におけるアレイアンテナ放射体の非接触プローブである。プローブによる放射体の非常に小さい、したがって無視できるほどの摂動が達成される。これは、アンテナ給電インピーダンスがプローブによって離調されず、接続されたトランシーバが標準動作条件のために意図されたように動作することができることを意味する。これはまた、遠距離場放射距離の制約に従う必要がないため、試験設定がコンパクトであることを意味する。
【0262】
放射器とプローブとの間の弱いが明確な信号伝送は、振幅と位相の両方の試験シグネチャとして使用することができる。この概念は、平面、ならびに多層のパッチ状またはスロット状の放射器に容易に適用される。同一平面ストリップ、マイクロストリップ、同軸などの異なるプローブ形状について説明する。同様に、主に回路基板の平面内に向けられた放射に必要とされるような双極子状アンテナを磁気プローブで試験することができる。
【0263】
提案された試験手段は並列化することができ、時間およびコストの点ではるかに効率的である可能性が高く、設定はまた、被試験アンテナアレイの遠距離場または放射近接場で動作する任意の他の既知の試験方法よりも物理的にコンパクトである。
【0264】
言い換えれば、本発明は、放射素子の反応性近接場に挿入されたプローブを使用するミリメートル波アンテナおよびアンテナアレイの試験概念を提案する。アンテナの反応性近接場の外乱は、放射特性および給電インピーダンスの両方の点で、アンテナの離調をもたらす。給電ネットワーク内の強い定在波は、完全な放射モジュールの受動部分および能動部分の両方の挙動に予測不可能な影響を引き起こすので、その給電インピーダンスがプローブによって離調されるアンテナの試験は完全に役に立たないことに留意されたい。本発明は、いくつかの典型的なクラスの放射器素子に特有のいくつかの技術を提案し、プローブを反応性近接場に挿入することによって引き起こされるアンテナ放射器給電インピーダンスの外乱は無視できる。結果として、完全な放射モジュールの各放射器、または放射器の各偏波は、別のプローブに並列に振幅および／または位相で別々にプローブすることができ、同時に隣接する素子を試験することができる。後者は、望ましくない結合効果を試験すること、および／または並列性によって試験速度を増加させることを可能にする。
【0265】
新しい手法の変形は、チップ－導波路結合および基板－導波路結合の周知の技術から導き出すことができる。そこで、例えば長方形または誘電体導波路などの導波路が、オンチップまたは内臓の励起構造に接続される。導波路が取り付けられていない場合、この励振構造はアンテナ放射体として機能することができるが、場合によっては不十分で離調したアンテナ放射体として機能し得る。導波路が取り付けられている場合、望ましくない「放射損失」および導波路への最大伝送と考えられる最小放射が存在する。搭載された短い導波管ホーンアンテナの特別なケースでは、自由空間への放射およびプロービング誘電体ロッド導波管への結合の２つのケースの間の放射器の離調を最小限に抑えることができ、したがって、この特定のシナリオでは単一要素プロービングが可能になる。
【0266】
本発明で提案される技術は、プローブによるアンテナ放射器の離調を回避するという問題を解決する。このアプローチは、２つの主要な態様を有し、これらは個別にまたは組み合わせて使用することができる。
・アンテナとその反応性近接場に位置するプローブとの間の結合は小さい。これは、完全な伝送を目的とする上述の導波路結合手法とは異なり、－２０ｄＢ程度であり、したがって、送信ケースまたはモードにある場合、放射器のエネルギーの大部分は依然として放射される。受信ケースまたはモードは逆である。
・プローブおよびその接続された金属伝送線路は、放射体の電気対称面内に、または電界がその平面に主に垂直なベクトル成分を有する平面の近くに配置される。その場合、プローブの金属伝送線路は、アンテナの放射を妨害しないか、またはあまり妨害しない。
・プローブ端に接続される金属伝送線路は、断面の小さいＴＥＭ線路（または、マイクロストリップラインなどの準ＴＥＭライン）であることが好ましい。そのような構造は、アンテナアレイの隣接するアンテナ素子の放射からプローブ（すなわち、プローブ伝送線路に沿って搬送される信号に対して）への最小の（不要な）結合をもたらす。また、アンテナアレイの隣接するアンテナ素子の放射電界（したがって、給電インピーダンス）の乱れを最小限に抑える。
・アンテナとその反応性近接場に位置するプローブとの間の結合は小さい。これは、完全な伝送を目的とする上述の導波路結合手法とは異なり、－２０ｄＢ程度であり、したがって、送信ケースまたはモードにある場合、放射器のエネルギーの大部分は依然として放射される。受信ケースまたはモードは逆である。
・プローブおよびその接続された金属伝送線路は、放射体の電気対称面内に、または電界がその平面に主に垂直なベクトル成分を有する平面の近くに配置される。その場合、プローブの金属伝送線路は、アンテナの放射を妨害しないか、またはあまり妨害しない。
・プローブ端に接続される金属伝送線路は、断面の小さいＴＥＭ線路（または、マイクロストリップラインなどの準ＴＥＭライン）であることが好ましい。そのような構造は、アンテナアレイの隣接するアンテナ素子の放射からプローブ（すなわち、プローブ伝送線路に沿って搬送される信号に対して）への最小の（不要な）結合をもたらす。また、アンテナアレイの隣接するアンテナ素子の放射電界（したがって、給電インピーダンス）の乱れを最小限に抑える。
【0267】
以下では、２つのクラスのアンテナについて新しいプローブの概念を示す。
・パッチアンテナ、キャビティバックスロットなどを含む平面接地バックスロットアンテナ、および
・搭載式八木アンテナを含む、面内接地を有する平面ダイポールアンテナ。
・パッチアンテナ、キャビティバックスロットなどを含む平面接地バックスロットアンテナ、および
・搭載式八木アンテナを含む、面内接地を有する平面ダイポールアンテナ。
【0268】
これらの構造の一般的な例は、ラジエータの電磁場に戻って説明される。測定は、５．８５ＧＨｚで動作し、異なる近接場プローブでプローブされた４つの二重偏波パッチアンテナのアンテナアレイについて提供され、それによって全体的な概念を正当化する。
【0269】
単一の放射素子の反応性近接場に挿入された金属プローブを使用するミリメートル波アンテナおよびアレイの試験概念が提示される。典型的には金属プローブを放射体の反応性近接場に挿入することに起因して遭遇するアンテナ放射体の給電インピーダンスの外乱が無視できるいくつかのプローブ技術が開示されている。
【0270】
ミリメートル波アンテナアレイの無線試験のために提案された試験概念は、アレイ素子およびそれらの偏波の別個の並列プローブを可能にする。パッチまたはダイポールなどの平面アンテナを試験するために、むしろ単純な金属プローブを使用することができる。弱い結合および対称性の使用は、放射体を乱すことなく、放射体の反応性近接場へのプローブの浸透を可能にする。５．８５ＧＨｚでの概念実証実験は、手法の有効性を示し、周波数および複雑さにおけるアップスケーリングの道を開いている。提案された手法は、高度に集積化された無線ミリメートル波モジュールの生産試験を可能にするための貴重な貢献である。
【0271】
シミュレーションおよび実験は、アンテナ給電部からプローブポートへの約－２０ｄＢの安定した給電インピーダンスおよび送信振幅を示す。同じプローブポートにおいて、隣接する放射素子からの望ましくない結合は、少なくとも１０ｄＢだけ小さい。この技術は、例えば、パッチアンテナ、平面ダイポールアンテナに適用される。ミリメートル波送受信機一体型アンテナアレイモジュールの生産試験のための提案された概念の利点について論じる。
【0272】
試験システムの主な態様は、吸収体、較正、分配回路およびスイッチである。
【0273】
「実際の」試験システムでは、吸収体が必要とされることがある。ほとんどのシミュレーションおよびこの報告で提示されるすべての測定値は、吸収体を使用しない。吸収体の使用は、望ましくない結合、特にプローブへの次の隣接結合のさらなる低減に関してシステム性能をおそらく改善する。
【0274】
吸収体材料層を機械的機構に加えてもよい。ミリメートル波では、損失性誘電体充填軟質ポリマー層が利用可能である。市販の例は、米国マサチューセッツ州エイムズベリーのＡＲＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．の「ＳＢ１００７」および「ＳＢ１０１１」である。一般的に入手可能な層厚は、０．５０８ｍｍおよび１．０１６ｍｍである。
【0275】
試験システムを通る較正透過の振幅および位相、ならびにすべての経路の等価性は、場合によっては異なる規定距離で「短絡」、すなわち金属プレートに対して試験設定を取り付け、それぞれの反射係数を測定することによって得ることができる。
【0276】
従来の１：Ｎスイッチ（「ＳＰＮＴ」）の主な問題は、低い伝送損失または挿入損失である。これは、スイッチリアクタンスおよび完全なインピーダンス整合の補償を必要とする。定在波効果は、周波数帯域幅を減少させ、周波数にわたって送信変動を引き起こすので、回避されなければならない。
【0277】
提案されたプローブ試験概念では、定在波および関連する劣化効果を低減するために、いくつかの明確な減衰をスイッチ分岐の各々に意図的に加えることができる。
【符号の説明】
【0278】
１００…試験装置、１１０…ＤＵＴ、１２０…アンテナ、１３０…ＤＵＴ位置、１４０…プローブ、１４３…導体、２２０…アレイアンテナ、２５０…アンテナ素子、３２０…アンテナアレイ、３５０…アンテナ素子、４００…ＤＵＴ、４１０…ダイ、４２０…アンテナアレイ、４４０…パッケージ、４５０…アンテナ素子、５００…測定手法、５１０…ＡＴＥ、５２０…ＤＵＴアンテナアレイ、５３０…測定アンテナ、５４０…ＤＵＴ、５５０…試験固定具、５６０…電子信号、５７０…測定システム、５８０…送信信号、６００…測定手法、６１０…アンテナアレイ、６２０…アンテナ素子、６３０…コネクタ、６４０…信号、６４０…放射、７００…手法、７１０…アレイアンテナ、７２０…アンテナアレイ放射器、７３０…プローブアンテナ、７４０…吸収体、７５０…プローブ信号、７６０…反射、８００…ＡＴＥ、８１０…測定プローブ、８２０…試験固定具、８５０…試験装置、８６０…ＤＵＴ、８７０…ＤＵＴアンテナアレイ、８８０…電気信号、８９０…無線信号、９００…試験装置、９００…ＡＴＥ、９１０…試験装置、９２０…ＤＵＴ、９３０…アンテナ素子、９４０…給電構造、９５０…ＴＥＭラインマルチラインプローブ、９６０…信号、９７０…アレイアンテナ、１１００…プローブ設計手順、１１１０…アレイアンテナ、１１１５…アンテナアレイ素子、１１２０…プローブ先端、１１３０…プローブ、１１４０…吸収材料、１２００…ＡＴＥ、１２１０…ＤＵＴ位置、１２２０…ＤＵＴ、１２３０…試験装置、１２４０…パッケージ、１２５０…ダイ、１２６０…アンテナアレイ、１２７０…対プローブ、１２７５ａ…バラン、１２７５ａ…第１バラン、１２７５ｂ…第２バラン、１２８０ａ…不平衡給電部、１２８０ｂ…第２給電構造、１２９０…吸収体、１２９５…誘電スペーサ、１３００…試験装置、１３１０…アンテナアレイ、１３２０…パッチ放射器、１３３０…プローブ対、１３４０…不平衡給電線、１３５０…ディバイダ、１３６０…吸収体、１３８０…信号、１３８０…波面、１３９０…電界、１４２０，１４３０…アンテナアレイ、１４４０…対プローブ、１４５０…給電構造、１４６０…信号、１４７０…吸収体、１５００…シミュレーション設定、１５３０…平行ストリッププローブ、１５４０…パッチ放射器、１５５０…二重偏波パッチアンテナアレイ、１６００…シミュレーション設定、１６１０…アンテナアレイ、１６２０…アンテナ素子、１６３０…平行ストリップ線路プローブ、１７００…試験装置、１７１０…パッチアンテナアレイ、１７２０…パッチ放射器、１７３０…平行ストリッププローブ、１７４０…不平衡給電線、１７４０…給電コネクタ、１７５０…ディバイダ、１７６０…吸収体、１７８０…信号、１７９０…電界、１８００…シミュレーション設定、１８３０…平行ストリップ線路プローブ、１８４０…パッチ放射器、１８５０…二重偏波パッチアンテナアレイ、１８６０…吸収体層、１９００…試験装置、１９１０…パッチアンテナアレイ、１９２０…パッチ放射器、１９３０…平行ストリッププローブ、１９４０…不平衡給電線、１９５０…ディバイダ、１９６０…吸収体、１９８０…信号、１９９０…電界、２０００…シミュレーション設定、２０３０…平行ストリップ線路プローブ、２０４０…パッチ放射器、２０５０…二重偏波パッチアンテナアレイ、２２００…試験装置、２２１０…誘電体共振器アンテナ、２２１３…誘電体共振器、２２１６…マイクロストリップ給電部、２２２２…接地面、２２２４…開口部、２２２６…アンテナ給電線路、２２２８…基板、２２３０…平行ストリッププローブ、２２４０…不平衡給電線路、２２５０…ディバイダ、２２６０…吸収体、２２８０…信号、２２９０…方向、２３００…試験装置、２３１０…アンテナアレイ、２３２０…ダイポールアンテナ、２３３０…ダイポール状アンテナアレイ素子、２３３５…ストリップ、２３４０…不平衡給電線路、２３５０…ディバイダ、２３６０…吸収体、２３８０…信号、２３９０…電界、２４００…シミュレーション設定、２４３０…プローブ、２４４０…ダイポール放射器、２４５０…アンテナアレイ、２５００…実験設定、２５２０…直接給電部、２５４０…二重偏波放射器、２５５０…アンテナアレイ、２５８０…プローブシステム、２９１０…ラットレース用バラン、２９２０…図表、２９３０…二線平衡伝送線路プローブ、２９４０…アンテナ素子、２９５０…アンテナアレイ、２９７０…プローブボード。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26a】
【図26b】
【図27a】
【図27b】
【図27c】
