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

说明书

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

相关专利申请的交叉引用

本公开要求于2018年7月16日提交的名称为“System and Method For Over-The-Air(OTA)Testing to Detect Faulty Elements In An Active Array Antenna Of AnExtremely High Frequency(EHF)Wireless Communication Device”的美国非临时申请第16/036522号的优先权。本专利申请的全部内容出于所有目的全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明涉及射频收发器系统的空中(OTA)测试，并且具体地涉及检测极高频(EHF)无线通信设备的有源天线阵列中故障元件的测试。

由于移动无线通信设备已变得更广泛地用于许多目的，因此用于适应许多不同用途(例如，具体地，视频流传输和/或双向通信中视频的更多用途)的足够信号带宽的有效性已成为关键问题。这已导致更多地使用更高的信号频率诸如极高频(EHF)，这是国际电信联盟(ITU)对30-300千兆赫(GHz)电磁频谱频带中的射频的指定，其中无线电波的波长为10-1毫米并且通常称为毫米波(mmW)信号。

出于各种原因，包括由于大气衰减引起的短视线信号路径，此类设备通常使用有源阵列天线来对信号进行波束成形以使信号路径长度最大化(以及更好地实现频率复用)。如本领域中已知的，此类天线结构包括通常布置成规则阵列的多个有源天线元件，例如分别设置成4×4或5×5阵列的16或25个天线元件的矩形阵列(用于辐射和接收相应电磁信号)。因此，当测试此类设备时，重要的是能够测试有源天线元件中的每个元件(例如，分别对应于4×4或5×5阵列的所有16或25个天线元件)以确保设备符合其设计和/或性能规范。

当前常规测试技术包括对来自有源天线元件的辐射能量执行远场、紧凑范围和近场测量。远场方法通常用于测试天线性能，该天线通常用于远距(例如，若干λ)的两个设备之间的通信(其中λ是辐射信号的载波频率的波长)。利用该方法，接收器或范围天线和待测天线(AUT)彼此间隔开至少R＝2D²/λ的范围距离R(其中D为两个天线的最大孔径尺寸)。对于具有大孔径(例如，若干波长的尺寸)的天线，范围距离R可为大的，并且使用此类方法的屏蔽测试室的尺寸将为大的。因此，使用远场测试方法的测试系统由于其尺寸而不适用于制造环境。

此外，虽然远场方法可能够测量总体天线性能并捕获天线辐射图案，但它不能可靠地检测天线阵列中的缺陷元件，因为当测量具有少数缺陷元件的完全有源阵列(例如，25个元件中的三个元件有缺陷的5×5元件阵列)时，将不会观察到合理可检测的辐射差异。例如，使用从此类天线阵列在宽侧方向上转向的辐射能量的单点测量不显示与从没有缺陷元件的天线阵列测量的辐射能量的显著差异(1dB)。此外，即使此类小的差异可被合理地检测和测量，但缺陷元件的数量和标识都不是已知的，并且即使在宽侧转向时具有缺陷元件的天线阵列的所测量的性能没有显著差异，也可在其他转向角度处出现性能劣化。

尽管紧凑范围方法在一些方面类似于远场方法，但其不同之处在于，使用装置将AUT的近场区域内的球面波转换成平面波，例如，通过使用具有针对此类目的而设计的复杂形状的反射器。然而，类似于直接远场方法，虽然紧凑范围方法有助于减小所需测试包络(以及屏蔽测试室)的尺寸，但该方法仍然无法以完全有源的操作模式检测和识别阵列中的故障元件。