用于测试多个可调谐射频传输元件的层布置和方法与流程

1.本发明涉及用于测试集成到层布置中的多个可调谐射频传输元件的方法，由此，层布置包括相移单元，该相移单元被布置在至少两个堆叠介电层上或之间，其中可调谐介电材料的层夹在该至少两个堆叠介电层之间，其中每个可调谐射频传输元件包括具有可调谐能力的至少一个传输线，该至少一个传输线与到至少一个偏置电路的偏置线导电连接。


背景技术：

2.相控阵天线通常包括：大量辐射单元，其必须利用从不同辐射单元发射的电磁辐射之间的预设相移发射电磁辐射。如果针对所有辐射单元的相移是以合适方式预设的，则可以指定和改变从相控阵天线发射的电磁辐射的最大强度的方向，例如根据电磁辐射的发送器和接收器的位置。
3.类似地，如果相控阵天线用于接收电磁辐射且用于创建作为从所有辐射单元接收到的电磁辐射的叠加的信号，则可以指定和改变最大接收灵敏度的方向，例如也根据电磁辐射的发送器和接收器的位置。
4.通常，适于发射和接收无线电波的相控阵天线包括：数千个辐射单元，其被布置在天线面板上，且连接到对从该数千个辐射单元发射或接收的无线电波进行控制的控制单元。每个辐射单元经由相移设备连接到控制单元，该相移设备允许预设利用相应辐射单元发射或接收的电磁辐射的个体相移。对于许多应用，相移单元集成到层布置中，该层布置包括至少两个堆叠介电层，其中至少一个传输线具有相移能力，并且其中可调谐介电材料的层夹在邻近的两个堆叠介电层之间。通过将电场应用于传输线旁边的可调谐介电材料，可以指定和修改可调谐介电材料的介电性质，这将影响由相移单元的传输线创建的相移。被应用于可调谐介电材料的电场可以是通过下述操作来预设的：将偏置电压应用于偏置电极，偏置电极以在与两个堆叠介电层中的每一个垂直的方向上彼此相对且彼此重叠的方式在两个堆叠介电层处被布置在可调谐介电材料的全部两侧上。通常，全部两个介电层上的传输线的重叠区段是偏置电极的一部分，由此，经由导电偏置线将偏置电压应用于传输线。例如在ep 2 761 693 b1或ep 3 609 018 a1中描述了具有传输线和可调谐介电材料的这种相移设备，其可能受由经由偏置线而应用的偏置电压预设的电场影响。
5.这种相控阵天线的适当工作状况要求所有子部分的适当功能，该子部分包括控制单元、相移单元和偏置线，针对相移单元中的每一个而要求的偏置电压可以被应用于偏置线。在制造相控阵天线之后，测试相移单元和针对相应相移单元的偏置线的适当工作状况是繁重的。通常，这种测试要求：将许多不同偏置电压应用于所有相移单元；以及测量和评估已经在分别将不同偏置电压应用于相移设备的情况下执行的辐射发射的空间分布。甚至在测量和评估被应用于相控阵天线的许多不同偏置电压模式之后，难以检测或者根本不能检测被应用于相应相移单元的对应偏置电压和偏置线的一些误差或损伤。
6.存在包括可调谐射频传输元件（像例如具有可调谐能力的相移元件或传输线）的其他已知设备。所讨论的能力可以是影响信号传输的电气特性。能力的调谐可以是通过例
如下述操作来执行的：将偏置电压应用于传输线或作为传输线的一部分或与传输线接近地布置的电极。验证和确认这种可调谐射频传输元件的适当工作状况可能是繁赘的且通常要求时间和人工劳动，特别是在设备包括大量这种可调谐射频传输元件（像例如包括数千个相移单元的相控阵天线）的情况下。
7.因此，下述内容被视为本发明的目的：提供一种用于测试多个可调谐射频传输元件的方法，其要求仅小努力和时间，但允许偏置线和可利用相应偏置线而应用的偏置电压的任何误差或损伤的容易检测。


技术实现要素：

8.本发明因而涉及如上所描述的方法，由此，至少一个介电层由光学透明的材料制成，其中可调谐射频传输元件中的每一个的偏置线的至少重叠区段由光学透明且导电的材料制成，并且其中可调谐介电材料是从材料组中选择的，该材料组按照可调谐介电材料的相应调谐状态来影响对可调谐介电材料进行照明的光的透射或反射，该方法包括测试步骤，在测试步骤期间，层布置由光照明，在测试步骤期间，预定偏置电势被应用于可调谐射频传输元件中的至少一些，并且在测试步骤期间，检测取决于所应用的偏置电势从层布置的光发射，并且由此，将所检测到的光发射与针对适当工作状况中的偏置线而期望的光发射进行比较。因此，不存在下述需要：测量在将许多不同偏置电压的测试模式应用于相应可调谐射频传输元件且特别地应用于相控阵天线的相移单元期间创建的空间辐射发射模式。可以通过在将预定偏置电势应用于相移单元期间对从层布置的光发射进行光学测量，来执行被应用于可调谐射频传输元件的一些或所有偏置电压的测试。存在许多已知导电材料，其可以用于制造对于可见光而言或者对于透射通过导电材料的红外或紫外光而言光学透明的传输线和偏置线。对于许多应用，也被加标签为ito的氧化铟锡可以被用作用于制造偏置线的光学透明电极材料，其允许执行偏置电压的应用在可调谐介电材料上且因而在相移单元上施加的影响的光学测量。其他光学透明且导电的材料也是公知且可用的，以及适于在这种布置中制造偏置线。如果传播通过材料层的光束的强度减少小于辐照强度的75%、优选地小于辐照强度的50%以及最优选地小于辐照强度的25%，则材料被视为光学透明的，由此，材料层充分厚，足以使层被操作为具有与ito类似的导电性质的导电材料。
9.可以通过拍摄由光照明的偏置线的图片，来执行偏置电压的光学测量，该光学测量创建影响可调谐介电材料且因而影响传输线的传输特性（例如，利用相应相移单元而创建的相移）的电场。取决于可调谐射频传输元件的配置和利用光对可调谐射频传输元件的照明，如果被应用于可调谐介电材料的偏置电压更高或更低，则透射通过可调谐介电材料且因而可由相机或某个其他合适光学测量设备测量的光强度更明亮或更减弱。因此，通过拍摄图片，在测试期间示出所有可调谐射频传输元件允许可调谐射频传输元件中的一个或一些从预设测试模式的个体偏离的容易识别，这是由于相应可调谐射频传输元件的光强度不匹配于与已经被应用于相应偏置线和可调谐射频传输元件的偏置电压相对应的光强度。
10.可以预先确定可利用测试装备针对可出于测试目的或在对应设备的操作期间被应用于偏置线和对应可调谐射频传输元件的偏置电压的所有可能值而检测到的光发射。然后，已利用适当工作的偏置线和可调谐射频传输元件预先检测和测量的光发射等于要在利用具有仍然未知的工作状况的多个偏置线和可调谐射频传输元件执行测试方法时检测到
的期望光发射。由此，测试完整设备的工作状况不要求执行许多不同偏置电压以及射频传输特性的对应测量和评估，或者例如相控阵天线的辐射发射模式，但可以是通过下述操作来执行的：将偏置电压的单个测试模式应用于偏置线；以及取得从可调谐射频传输元件的光发射的单个光学测量结果。
11.因此，在穿过设备的可调谐射频传输元件至少一次之后甚至简单地对光的光发射进行视觉监视或检查允许检测大量可调谐射频传输元件内的单个可调谐射频传输元件的不适当工作状况。
12.根据本发明的方法可以有利地用于测试设备的故障的若干方面和潜在原因。可以测试偏置线的连接性和电阻。可以测试芯片的正确接合和工作状况。此外，还可以测试各种电子部件以及用于操作设备的软件的工作状况。因此，例如，可以验证信号传输和偏置电压对相控阵天线的每个相移单元的寻址、正确映射和精确应用，而没有针对测量从相控阵天线的所得信号发射或者针对将测量设备连接到相控阵天线的每个相移单元或辐射元件的任何需要。
13.尽管在测试周期期间对光发射的视觉检查是可能的，但更定量的光检测和光发射测量是可能的且可能导致更精确的测试结果。根据本发明的有利方面，光发射由光记录设备检测，且随后由评估设备评估。数字相机或光学扫描设备可以被用作光记录设备。已利用这种数字设备记录的光发射的评估可以是利用商业上可得的计算机或者利用智能电话设备执行的，只要可以在相应设备上运行合适评估程序即可。可以在没有任何显著时间延迟的情况下评估和显示测试的结果。因此，可以在短时间段内且利用非常有成本收益的测试装备执行针对相控阵天线的适当工作状况的评估而要求的测试。此外，可以自动地（即，在没有用户的任何干预的情况下）执行由数码相机或光学扫描装置进行的这种光发射检测。该方法还可以是在对应设备或电子部件的制造期间或之后作为附加步骤执行的。通过将所要求的测试装备（像例如用于出于测试目的而操作设备的控制单元、光源和光检测装置）集成到针对这些设备的制造工厂中，测试方法的完全自动化执行和评估是可能的。
14.在本发明的又一实施例中，所有至少两个堆叠介电层由光学透明的材料制成，并且在测试步骤期间，从层布置的第一侧对层布置进行照明，并且在层布置的与第一侧相对的第二侧处检测透射通过层布置的光。因此，例如从背侧对两个堆叠介电层进行照明，并且可以从两个堆叠介电层的正侧拍摄透射通过层布置的光发射的图片。光通过由两个介电层夹着的可调谐介电材料的透射取决于由偏置线之间的偏置电压应用的电场。越多偏置电压被应用于偏置线，则越多或越少光透射通过可调谐介电材料。因此，偏置线的对应图像示出了与偏置线相对应的更明亮或更减弱的区。
15.还可以利用来自于堆叠层的一侧的光对两个堆叠介电层进行照明以及测量从堆叠层反射的光。为了提供针对反射光的这种测量的有利条件，两个介电层中的一个由光学透明的材料（像例如玻璃）制成，由此，两个介电层中的另一个由光学不透明的材料制成，且优选地由光反射材料制成。光照明设备和光学测量设备被布置在光学透明介电层的侧处。因此，来自光照明设备的光穿过光学透明层和可调谐介电材料且由光反射介电层反射，从而在被光学测量设备捕获之前再次穿过可调谐介电材料和光学透明介电层。
16.进一步的选项是：在将利用光学测量设备视觉监视或检测的光的光学路径内布置偏振器。光通过可调谐介电材料的透射通常导致透射光的更显著或更不显著的偏振。常常
可以在偏振器的帮助下更容易且准确地确定在测试操作期间对可调谐介电材料的影响。
17.根据本发明的有利方面，在测试步骤期间，将相同偏置电势应用于相移单元中的至少一些。具有相同偏置电势的所有相移单元应当关于相同光强度而可见。因此，期望的相同光强度的任何偏离可以被解释为被应用于相应偏置线和对应相移单元的偏置电压的对应偏离。可以通过查看示出许多可调谐射频传输元件的同时光学测量的图片来容易地检测光强度的偏离。
18.为了允许被应用于对应可调谐射频传输元件（例如，相移单元）的偏置电压的光学测量的自动化评估，测量所检测到的光发射的强度。光强度的这种测量可以是在短时间段内且利用商业上可得的软件和硬件执行的。取决于光学测量的质量，可以检测从预设偏置电压的小于1%的偏离，而无需高成本测试装备。因此，相控阵天线的非常精确测试在非常短时间段内是可能的，这显著地降低了用于制造和测试相控阵天线的总成本。还可以计算参数以及生成校正表，该校正表允许校正在包括一个或多个可调谐射频传输元件（例如，相控阵天线）的设备的操作期间应用的偏置电压，这允许随后校正由相控阵天线的不适当制造导致的相控阵天线的一些缺陷或损伤。
19.可以在测试步骤期间顺序地将预定偏置电势应用于可调谐射频传输元件中的每一个。因此，每个可调谐射频传输元件可以是在测试步骤期间分离地测量和评估的。然而，根据本发明的另一实施例，在测试步骤期间，同时将预定偏置电势应用于可调谐射频传输元件中的至少一些。关于该测试方法，同时的含义不应限于无限小的时刻，而是还包括允许在测试方法期间预设操作状况的小持续时间，例如，对被应用于相应相移单元的所有相移单元的偏置电压进行修改所需的时间。如果拍摄从若干相移单元的光发射的图片，则应当完成偏置电压的预设改变并且应当在拍摄图片时在预设操作状况的情况下操作每个相移单元。对于大多数应用和设备，所要求的持续时间将显著小于一秒。
20.因此，测试所有可调谐射频传输元件所需的时间可以显著减少。优选地，同时将预定偏置电势应用于所有可调谐射频传输元件，并且拍摄从所有可调谐射频传输元件的光发射的单个图像，以用于随后评估被应用于可调谐射频传输元件中的每一个的对应偏置电压。
21.如果可调谐射频传输元件中的一些或全部的光学光发射的更个体测量被视为适当的或有利的，则还可以在测试步骤期间按预定顺序一个接一个地将预定偏置电势应用于可调谐射频传输元件中的至少一些。因此，可以个体地记录和评估可调谐射频传输元件中的每一个对偏置电势的应用的对应响应。
22.为了提供甚至更精确的结果和可调谐射频传输元件中的每一个的更透彻测试，可选地可以在测试步骤期间检测偏置电势的变化对可调谐射频传输元件的应用与光发射的所得变化之间的时间差。被应用于可调谐射频传输元件的偏置电压的预设改变与处于偏置线之间的可调谐介电材料的光学性质的所得改变之间的时间差提供与被应用于可调谐射频传输元件的偏置电势的控制和操作的适当工作状况或可能缺陷和缺点有关的附加信息。例如，偏置电压的类似改变与光学性质的所得改变之间的时间延迟应当对于相控阵天线内的相同相移单元和相应偏置线而言是相同的。如果在针对相同相移单元或偏置线的响应时间中存在不能被解释（例如，被相应相移单元和偏置线的设计或操作模式所解释）的显著差异，则这种差异可以指示可能的缺点，尽管在某个时间之后相应相移单元或对应偏置线的
光学性质变得与运转良好的相移单元和偏置线的光学性质相同。
23.根据本发明的又一方面，可调谐射频传输元件中的至少一些的传输线的至少区段由光学透明的材料制成，并且其中在测试步骤期间，检测从可调谐射频传输元件中的至少一些的传输线的该区段的光发射。因此，可以基于适当工作状况的光学验证将一些或所有可调谐射频传输元件的传输线的至少区段包括到测试方法中。来自于传输线的光学透明区段的光发射可以被容易地检测到，并且光强度可以被测量，这实现了传输线和对应可调谐射频传输元件的简单且可靠功能测试。传输线的光学透明区段可以例如由氧化铟锡或任何其他合适材料制造。
24.还可以添加附加导电且光学透明测试线，其与偏置线重叠且不与偏置电压源连接，但与传输线连接。因此，被应用于偏置线和传输线的偏置电压应当导致测试线与重叠偏置线之间的相同偏置电压。如果在偏置线内不存在缺陷但在可调谐射频传输元件的传输线内存在缺陷，则测试线与重叠偏置线之间的电场应当偏离于两个偏置线之间的电场。
25.如上所描述的根据本发明的方法尤其非常适于测试相移单元，且特别地非常适于测试包括必须以精确协调的方式操作的大量相移单元和辐射元件的相控阵天线。
26.本发明还涉及一种用于在相控阵天线内使用的层布置，由此，层布置包括：多个相移单元，其被布置在至少两个堆叠介电层上或之间，其中可调谐介电材料的层夹在该至少两个堆叠介电层之间，其中每个相移单元包括具有相移能力的至少一个传输线，该至少一个传输线与到至少一个偏置电路的偏置线导电连接。
27.这种层布置通常包括：大量相移单元，其连接到偏置电路且由控制单元控制。所有偏置线的适当测试以及偏置线和对应相移单元的适当工作状况是繁重的，且通常要求测试时间和高成本测试装备。
28.因此，下述内容被视为本发明的进一步目的：提供一种层布置，其允许在短时间中且利用有成本收益的测试装备执行可靠测试方法。
29.此处，本发明还涉及如上所描述的层布置，由此，两个堆叠介电层中的至少一个介电层由光学透明的材料制成，由此，相移单元中的每一个的偏置线的至少部分由光学透明且导电的材料制成，并且其中可调谐介电材料是从材料组中选择的，该材料组按照可调谐介电材料的相应调谐状态来影响对可调谐介电材料进行照明的光的透射或反射。通过执行如上所描述的测试方法，可以检测光学透明偏置线的光发射，并且通过评估所检测到的光发射性质，可以验证适当工作状况。非常快速且简单的检测模式可以是由测试人在将预设偏置电压应用于偏置线期间对层布置的视觉检查。如果例如相同偏置电压被应用于若干相移单元的类似偏置线，但光发射的光学性质不同，则这可能由于偏置线或对应相移单元内的缺陷或缺点所致。
30.为了促进在偏置线的测试期间对光发射的检测和评估，可选地可能的是，相移单元中的每一个的偏置线的重叠区段包括测试区域，其中测试区域的宽度大于测试区域外的偏置线的宽度。测试区域可以是矩形或圆形或椭圆形形状的。测试区域的大小可以足够大以允许由测试人进行的快速视觉检查。还可以提供下述测试区域：该测试区域足够大以允许关于清楚地处于甚至小或非常有成本收益的测试装备的任何统计噪声以上的强度值的光强度检测和测量。
31.根据本发明的另一实施例，相移单元中的至少一些的传输线的至少区段由光学透
明的材料制成。因此，适当工作状况的光学测量和测试不限于偏置线的功能，而是还可以包括相移单元中的一些或全部的传输线的工作状况。
附图说明
32.当参考以下详细描述和附图时，将更充分地理解本发明，并且进一步的特征将变得明显。附图仅是代表性的，而不意在限制权利要求的范围。事实上，本领域技术人员可以在阅读以下说明书且查看目前附图后领会到，在不脱离本发明的创新构思的情况下，可以对本发明作出各种修改和变型。附图中描绘的相似部分由相同附图标记指代。
33.图1图示了具有被布置在至少两个堆叠介电层上或之间的相移单元的层布置的示意顶视图，其中可调谐介电材料的层夹在该至少两个堆叠介电层之间，其中每个相移单元包括具有相移能力的至少一个传输线，该至少一个传输线与到至少一个偏置电路的偏置线导电连接，图2图示了沿图1中的线ii-ii的相移单元的偏置线的截面图，连同用于执行根据本发明的测试方法的照明设备和光学记录设备的示意表示一起，图3图示了在处于适当工作状况中的若干偏置线的测试方法期间检测到的光学性质的示意表示，图4图示了在若干偏置线的测试方法期间检测到的光学性质的示意表示，由此，相同偏置电压已经被应用于所有偏置线，但两个偏置线示出了指示所述两个偏置线的故障的偏离光学性质，以及图5图示了在若干偏置线的测试方法期间检测到的光学性质的示意表示，由此，交流偏置电压的序列被应用于邻近偏置线，但两个偏置线示出了指示所述两个偏置线的故障的偏离光学性质。
具体实施方式
34.图1图示了根据本发明的层布置1上的顶视图，并且图2图示了图1中所示的层布置1的小区的截面图，由此，图2中所示的小区被限于连接相移单元4的传输线3的单个偏置线2的横截面。层布置1包括由玻璃或另一光学透明介电材料制成的两个堆叠介电层5、6。两个介电层5、6是平行地且向着彼此一定距离地布置的。每个介电层5、6包括表面7、8，其面向另一介电层6、5的表面8、7，并且全部两个表面7、8限制两个介电层5、6之间的容积9。两个偏置线10、11的两个重叠区段被布置在面向彼此的两个表面7、8处。两个偏置线10、11的重叠区段由导电但光学透明的材料（像例如氧化铟锡）制成。
35.两个堆叠介电层5、6之间的容积9被填充有可调谐介电材料12，其可以是例如具有介电性质的可调谐液晶材料，该介电性质取决于被应用于可调谐液晶材料的电场。通过改变电场的幅度，可以影响和改变可调谐液晶材料的介电和光学性质。在图2中，可调谐介电材料12的分子的对准由电场预定，该电场是通过在两个偏置线10、11之间应用偏置电压来创建的，从而导致两个偏置线10、11的重叠区段之间的区外的分子的主导地随机的对准，且进一步导致两个偏置线10、11的重叠区段之间的区内的分子的主导地统一的对准。
36.图1中所示的两个偏置线10、11包括测试区域13，其中测试区域13的宽度大于测试区域13外的偏置线10、11的宽度。图2的截面图示出了连接到相移单元4的传输线3的偏置线
10、11的测试区域13的横截面。在图1中，示出了包括仅五个相移单元4的相控阵天线的层布置1的小区，由此，相控阵天线包括数千个相移单元4。
37.在执行根据本发明的测试方法期间，照明设备14被布置在层布置1的一侧处，该侧在图1中被示作处于层布置1以下。在层布置1的与照明设备14相对的另一侧处，存在光学图像记录设备15，其能够记录即从照明设备14发射且透射通过层布置1的光从层布置1的光发射的图像。对于层布置1的工作状况的定性验证，测试人可以在执行测试方法期间对从层布置1的光发射进行视觉检查。对于层布置1的工作状况的更详尽且定量验证，光学图像记录设备15可以是允许光强度的空间分布的精确测量的数码相机或电荷耦合设备。
38.测试方法包括测试步骤，在测试步骤期间，预定偏置电势被应用于相移单元4的偏置线10、11，并且利用光学图像记录设备15检测从层布置1的光发射。因此，如果预定偏置电势被同时应用于相移单元4中的许多或全部，并且如果相移单元4中的许多或全部的光发射被同时检测到和评估，则可以测试并在单个时刻内且同时验证相移单元中的许多或全部的适当工作状况。
39.图3示出了沿与层布置1的边界16平行的线布置的重叠偏置线10、11的八个测试区域13的光发射的图像。为了测试偏置线10、11的工作状况，将相同偏置电压应用于所有测试区域13。所有测试区域13的光发射的图像示出了具有相同光发射（即，具有相等大小和强度的光发射）的八个区，由此，图像内的光发射的每个区与对应测试区域13相关。因此，所有偏置线10、11起作用且处于适当工作状况中。
40.图4示出了在图3中所示的偏置线10、11旁边布置的重叠偏置线10、11的另外八个测试区域13的光发射的图像。在该图3中，在从左侧计数时的第三测试区域17和第五测试区域18的光发射偏离于偏置线10、11的所有其他测试区域13的光发射，从而指示相应第三和第五偏置线10、11的缺陷或损伤，其导致相应相移单元4的不适当工作状况。
41.图5示出了也沿层布置1的边界16布置的重叠偏置线10、11的另外八个测试区域13的光发射的图像。为了测量偏置线10、11对被应用于相应偏置线10、11的改变的偏置电压的依赖于时间的响应时间，将交流偏置电压的序列应用于测试区域13，由此，下下一个测试区域13始终受制于大偏置电压，并且每个邻近测试区域13同时受制于零偏置电压。因此，下下一个测试区域13始终应当示出明亮光发射，由此，每个邻近测试区域13应当在层布置1的光发射的所记录的图像内相对暗。然而，如可以在图5中看出的那样，在从左侧计数时的第六测试区域19和第八测试区域20偏离于偏置线10、11的所有其他测试区域13的光发射，每一个指示了缺陷或损伤，尽管针对第六测试区19而记录的光发射的强度与两个邻近测试区13相同但由于偏置电压的交流设置而应当为零。