可同时测量双分量电场的宽频电场探头。包括宽频电场探头本体、电场感应部分、传输线部分、SMA接头和探头固定夹具；宽频电场探头本体基于四层印制电路板结构，探头电场感应部分设于中间一层并延伸出参考地平面，中间二层与底层作为参考地平面；传输线部分包括位于中间一层的带状传输线、连接顶层与中间一层的信号过孔以及顶层的共面波导传输线；探头固定夹具用于将宽频电场探头本体连接固定到机械臂上进行扫描操作；带状传输线将捕捉到的电场信息传输到信号过孔位置，信号过孔将信号传输到顶层带有金属背板的共面波导传输线上，经SMA接头并通过同轴线传输到矢量网络分析仪进行数据处理与显示。基于PCB，结构简单，易于加工，成本低廉。
【技术实现步骤摘要】
可同时测量双分量电场的宽频电场探头
本专利技术涉及一种适用于100MHz-6GHz的宽频带双分量电场探头，用于采集射频电路表面的切向与法向电场，属于电磁兼容和电磁场近场测试领域。
技术介绍
芯片市场的发展是朝着小型化、低成本的方向发展，在有限的面积内部集成更多的元器件，对于控制加工成本至关重要。与此同时，随着各行各业对频带资源的需求越来越高，人们不得不将各类产品的工作频段不断提高，这样虽然带来很多的好处，但是缺点也是十分明显：芯片及电路的高度集成化，使得不同元器件之间容易产生意想不到的耦合，这种耦合难以预测且严重影响着信号的传输质量以及电路的性能稳定。此外，随着芯片电路的工作频率不断提高，电路整体由电大尺寸转变为电小尺寸，各类电路辐射出去的电磁波更容易被周围电路所捕捉，对原有电路产生干扰。这些干扰从理论层面进行分析十分困难，而通过仿真软件建立模型进行仿真，对于简单的结构可行性高，但对于系统级的结构，即使投入大量算力支持，其结果也可能出现较大偏差；因此，采用一种简单有效的方式快速定位干扰源的方位及干扰大小对于芯片设计以及集成电路至关重要。在现有的近场测量系统中，对于电场与磁场各个分量的测量技术已经有很多，但是这些测量探头大多为单一分量的测量。单一分量测量一次扫描只能测量电场或者磁场的一个分量，若需要测量其他分量，则需要更换探头，重新定位进行扫描，这样做不仅极大的浪费时间，同时由于更换探头以及重复测量，不可避免的会产生空间误差，对于微波射频电路而言，极小的空间误差也是十分致命的；因此，本专利技术涉及的双分量电场探头，可以同时测量射频电路表面的切向与法向电场，极大地降低测量所需的时间成本，同时，由于测量时无需更换探头，空间误差对测量结果带来的影响也大大降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供可克服现有近场电场探头频带窄、测量电场分量单一等缺点，适用于100MHz-6GHz的宽带切向与法向近场电场，可同时测量双分量电场的宽频电场探头。本专利技术包括宽频电场探头本体、电场感应部分、传输线部分、SMA接头和探头固定夹具；所述宽频电场探头本体呈T字形结构，所述宽频电场探头本体的设计和制作基于PCB四层印制电路板结构，该四层印制电路板结构包括四层金属板，自上而下依次是顶层、中间一层、中间二层和底层；所述探头电场感应部分设于中间一层并延伸出参考地平面，中间二层与底层作为参考地平面，底层与中间二层结构一致；所述传输线部分包括位于中间一层的带状传输线、连接顶层与中间一层的信号过孔以及顶层的共面波导传输线；所述SMA接头设在宽频电场探头本体两个T字形尖端；所述探头固定夹具固定在宽频电场探头本体的顶部，用于将宽频电场探头本体连接固定到机械臂上进行扫描操作；中间一层的带状传输线将探头探测部分捕捉到的电场信息传输到信号过孔位置，信号过孔将信号传输到顶层带有金属背板的共面波导传输线上，再经SMA接头并通过同轴线传输到矢量网络分析仪进行数据处理与显示，实现同时测量宽频带切向电场与法向电场。进一步的，所述电场感应部分由电偶极子结构与两个尖端检测结构组合而成，电偶极子结构用于测量切向电场信息，尖端检测结构用于测量法向电场信息，切向电场信息为差模信号，法向电场信息为共模信号；电场感应部分位于中间一层，并延伸出参考地平面。所述偶极子探测部分在基础的电偶极子结构上进行改进，增加额外的偶极子臂；用于来增加探头对切向电场的敏感度，提高切向电场的测量增益；宽频电场探头本体底部延伸出参考地平面；所述电场探头探测部分偶极子长为0.7mm，偶极子之间间距为0.3mm，额外用于提高切向电场感应的偶极子臂长为1mm；探测部分延伸出参考地平面1.2mm，即法向电场探测部分长为1.2mm。所述顶层与中间一层、底层与中间二层之间分别设有PP7628的层压板，厚度为0.2mm，中间一层与中间二层之间设有厚度为0.665mm的芯板，各层介质板的材料均采用介电常数为4.2的fr4材料；各层的走线均采用的是铺铜蚀刻技术，顶层与底层铺1盎司的铜，中间两层铺0.5盎司的铜，顶层与底层铜厚为0.035mm，中间两层铜厚为0.0175mm。信号在中间一层传输依赖于带状传输线，带状传输线的特征阻抗为50Ω，带状传输线的线宽为0.3mm，相邻两带状线之间间距为0.3mm。信号由中间一层传输至顶层，采用钻孔过渡，由1个信号过孔和6个地过孔组成，信号孔连接顶层共面波导的信号线和中间一层的带状线，信号孔周围分布一圈地过孔用作屏蔽，孔的特征阻抗匹配到50Ω，信号过孔的孔径为0.3mm，地过孔孔径为0.2mm，所有地过孔均分布在以信号过孔轴心为圆心，半径为1.3mm的圆上。顶层采用带有金属背板的共面波导作为信号传输载体，共面波导的特征阻抗为50Ω，所述金属背板位于中间一层，共面波导中心导体带线宽为0.36mm，缝隙宽度为0.31mm。所述宽频带是100MHz～6GHz。本专利技术探测部分指探头底部延伸出参考地平面的部分，这部分对法向电场同样具有很好的捕捉能力。为保证电场法向分量的测量分辨率，提高测量准确性，本专利技术从减小偶极子探头前端探测部分尺寸入手，将偶极子间距缩小的同时增加一对折叠的偶极子臂，既减小偶极子的横向尺寸，同时提高探头的增益。相较于其他电场探头，本专利技术除具备同时测量两个分量电场的功能，还具有较宽的频带特性，实用性强。本专利技术电场探头捕捉到的切向电场信息为差模信号，捕捉到的法向电场信息为共模信号，通过传输线将电场信息传输到探头外的矢量网络分析仪中，经过运算将差模信号与共模信号分离，得到独立的切向场与法向场信息。本专利技术为一种适用于100MHz～6GHz的宽频带切向电场与法向电场测量探头，其结构基于PCB加工工艺，结构简单，易于加工，成本低廉。本专利技术能够同时测量射频电路表面的切向电场与法向电场，避免普通单一分量探头在测量不同分量电场时更换探头带来的空间误差；能够节省大量的时间成本，提高射频工程师诊断射频电路故障的效率与准确性，是在现有近场扫描技术基础上的创新与发展，实用性好，具有很高的工业价值。附图说明图1为本专利技术实施例的印制电路板叠层结构图。图2为本专利技术实施例的整体结构图。图3为本专利技术实施例的校准测试装置图。图4为本专利技术实施例的等效电路原理图。图5为顶层结构示意图。图6为中间一层结构示意图。图7为中间二层以及底层结构示意图。图8为探头前端电偶极子结构示意图。图9为本专利技术实施例的切向电场校准特性仿真与测试|S21|曲线。图10为本专利技术实施例的法向电场校准特性仿真与测试|S21|曲线。图11为用于校准测试的微带线的切向电场横向空间分布测量结果图。图12为用于校准测试的微带线的法向电场横向空间分布测量结果图。图中各标号为：1-1：探头固定夹具，1-2：顶层带有金属背板的共面波导传输线，1-3：SMA接头，1-4：中间一层带状传输线，1-5：电场感应部分；2-1：同轴传输线，2-2：四端口矢量网本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.可同时测量双分量电场的宽频电场探头，其特征在于包括宽频电场探头本体、电场感应部分、传输线部分、SMA接头和探头固定夹具；所述宽频电场探头本体呈T字形结构，所述宽频电场探头本体的设计和制作基于PCB四层印制电路板结构，该四层印制电路板结构包括四层金属板，自上而下依次是顶层、中间一层、中间二层和底层；所述电场感应部分设于中间一层并延伸出参考地平面，中间二层与底层作为参考地平面，底层与中间二层结构一致；所述传输线部分包括位于中间一层的带状传输线、连接顶层与中间一层的信号过孔以及顶层的共面波导传输线；所述SMA接头设在宽频电场探头本体两个T字形尖端；所述探头固定夹具固定在宽频电场探头本体的顶部，用于将宽频电场探头本体连接固定到机械臂上进行扫描操作；中间一层的带状传输线将电场感应部分捕捉到的电场信息传输到信号过孔位置，信号过孔将信号传输到顶层带有金属背板的共面波导传输线上，再经SMA接头并通过同轴线传输到矢量网络分析仪进行数据处理与显示，实现同时测量宽频带切向电场与法向电场。/n
【技术特征摘要】
1.可同时测量双分量电场的宽频电场探头，其特征在于包括宽频电场探头本体、电场感应部分、传输线部分、SMA接头和探头固定夹具；所述宽频电场探头本体呈T字形结构，所述宽频电场探头本体的设计和制作基于PCB四层印制电路板结构，该四层印制电路板结构包括四层金属板，自上而下依次是顶层、中间一层、中间二层和底层；所述电场感应部分设于中间一层并延伸出参考地平面，中间二层与底层作为参考地平面，底层与中间二层结构一致；所述传输线部分包括位于中间一层的带状传输线、连接顶层与中间一层的信号过孔以及顶层的共面波导传输线；所述SMA接头设在宽频电场探头本体两个T字形尖端；所述探头固定夹具固定在宽频电场探头本体的顶部，用于将宽频电场探头本体连接固定到机械臂上进行扫描操作；中间一层的带状传输线将电场感应部分捕捉到的电场信息传输到信号过孔位置，信号过孔将信号传输到顶层带有金属背板的共面波导传输线上，再经SMA接头并通过同轴线传输到矢量网络分析仪进行数据处理与显示，实现同时测量宽频带切向电场与法向电场。
2.如权利要求1所述可同时测量双分量电场的宽频电场探头，其特征在于所述电场感应部分由电偶极子结构与两个尖端检测结构组合而成，电偶极子结构用于测量切向电场信息，尖端检测结构用于测量法向电场信息，切向电场信息为差模信号，法向电场信息为共模信号；电场感应部分位于中间一层，并延伸出参考地平面。
3.如权利要求1所述可同时测量双分量电场的宽频电场探头，其特征在于所述电场感应部分在基础的电偶极子结构上增加额外的偶极子臂；用于来增加探头对切向电场的敏感度，提高切向电场的测量增益；宽频电场探头本体底部延伸出参考地平面。
4.如权利要求2或3所述可同时测量双分量电场的宽频电场探头，其特征在于所述电场感应部分的电偶极子长为0.7mm，电偶极...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳清伙，何政，王礼晓，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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