[发明专利]一款嵌入式谐振巴伦结构的切向电场测量探头

说明书

本发明公开了一种嵌入式谐振巴伦结构的切向电场测量探头，包括一对由弯折的改进型偶极子单元构成的感应切向电场的前端部分，每个偶极子臂的组成包括一个弯折的偶极子臂，三个矩形片和接地通孔组成。提高探头灵敏度的谐振部分是由开路和短路的短截线所构成，位于中间二层，开路线相当于电容的作用，短路线相当于电感的作用。再通过将差模转为共模的嵌入式巴伦结构，实现了将信号从平衡到不平衡的模式转换，带有金属背板的共面波导CB‑CPW作为探头的传输部分，实现了将感应场信号转换为输出信号。探头的底面和顶面是金属屏蔽层。探头采用了PCB板进行加工，实现了探头的小型化，同时在测量时也减少了探头本身对电场的扰动干扰，使测量结果更加的准确。本发明在电场泄漏和电磁场近场测量领域中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一款嵌入式谐振巴伦结构的切向电场测量探头，用于工作在窄带的微弱电场信号的提取，属于电磁泄漏和电磁场近场测试领域。

背景技术

近年来随着科技的快速发展，射频集成电路变得越来越小型化且集成度变得越来越高，同时随着工作频率的不断提高，PCB印刷板上的布线也变得越来越密集，射频系统中的元件器会产生意想不到的电磁辐射，越来越多的电磁辐射已经严重影响到了射频电路的正常工作，产生了很严重的电磁兼容问题。因为元器件间的狭小的空间，产生的电磁辐射会耦合到一些具有敏感元件的射频系统中去，使得设计射频系统的工作人员越来越难以诊断射频电路中的故障干扰。要想能够更好的提高射频系统的工作效率和稳定性，首先就需要准确确定射频电路中干扰源的位置。作为用于近场检测电磁干扰的关键器件，切向近场测试探头能够很好的检测到电场的切向分量，从而确定干扰源，近场测量探头已在电磁泄露和电磁场近场测试领域中得到了广泛的应用。近年来，已有很多专利和文献对用于近场测量的宽带探头做出了众多研究，主要的工作集中在如何拓宽测量探头的工作频带和分辨率等方面，而对具有高灵敏度的窄带探头的研究少之又少。

如何准确获得电路中电磁场分布，并且建立起恰当的电磁分析模型是解决电磁兼容和电磁辐射问题的关键，而近场测试探头能够有效的捕获到电路近场范围内的电磁场分布情况，可以用来研究电路中的电场耦合问题。而对于工作在窄频频带的电路而言，窄频频带内的特定频点的测量才是工作人员关注的重点，窄带近场测量探针是解决窄带电磁辐射问题的关键器件。窄带近场测量探针比宽带近场测量探针具有更高的灵敏度，窄带近场测量探针能够在极其微弱的电磁环境下，对电路中电磁干扰源进行较为准确定位，它可以对某一具体频段内的电场进行有效测量，能够获得窄带探头工作频带内的任意频点的电磁场分布情况。相比较而言，宽带近场测量探头就难以获得很好的测量结果，所以如何提高近场测量探头的灵敏度，是设计近场电场探头的关键问题之一。

目前获得具有高灵敏度的近场电场测试探头的方法主要有两种，第一种方法是通过增大位于探头前端的感应部分的感应面积，从而增大与切向电场的接触面积以获得更多的电磁场能量；第二种方法是通过增加有源元器件来提高探头的灵敏度，在探头的内部结构中设计放大电路，通过放大器等有源器件，将检测到的电磁场信号进行放大，从而达到提高探头灵敏度的效果。此外，还可以通过在探头内部设计谐振器来提高探头在特定频带内的灵敏度，谐振器一般是通过开路和短路枝节来实现的。对于一些射频电路和一些消费类的电子产品，它们的工作频带都相对较窄，此时就可以用谐振电场测量探针对其进行电磁干扰源的确定和电磁辐射的测量。目前的专利和论文中，用电小环结构来设计磁场和用电小单极子结构来设计宽频法向电场探针的方法较多，而用谐振巴伦结构来设计窄带切向电场探头的方法极其稀少。为了解决上述的难题，推进射频系统和电子产业的良好发展，针对如何检测出工作于GPS频带内的射频电路的切向电场分量，本发明研制了一种嵌入式谐振巴伦结构的切向电场测量探头。

发明内容

技术问题：为了解决如何提取现有的窄带微弱电场信号的问题，本发明提供一款嵌入式谐振巴伦结构的切向电场测量探头，它具有结构简单和高灵敏度等优点，便于对电磁辐射和电磁兼容问题进行研究。