[發明專利]高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭

在審

• 申請號: 202110890628.3
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113702878A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 王健偉;閻照文
• 申請（專利權）人: 中國民航大學;北京航空航天大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭，涉及電磁兼容和電磁場近場測試技術領域。它至少由差分雙環、集成巴倫和有源放大電路組成。從該磁場探頭的底部至頂部，差分雙環、集成巴倫、有源放大電路依次級聯；差分雙環由2個中心鏡像對稱的接地單屏蔽環構成；差分雙環在感應到外部的磁場變化以后可以輸出差模感應電壓；集成巴倫的差分功能可以抑制差分雙環由于共模電場耦合導致的感應電壓分量，同時將差分雙環由于磁場差模耦合導致的差模感應電壓轉換為單端共模電壓；差分雙環和集成巴倫的組合應用，極大改善了該磁場探頭的共模抑制比；有源放大電路極大提高了該磁場探頭的靈敏度。

【技術領域】

本發明涉及一種高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭設計，該磁場探頭具有高靈敏度和高共模抑制比特性，用于射頻微波電路表面的近場磁場測試，定位由射頻電流表征的磁場干擾源，追蹤磁場干擾源的耦合路徑，屬于電磁兼容和電磁場近場測試技術領域。

【背景技術】

由于工作頻率的快速增加，高速系統時鐘的頻繁切換，板圖復雜度的急劇提高以及印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)的尺寸不斷減小，射頻(Radio Frequency，RF)模塊的使用日益增多，電子設備的電磁兼容性設計面臨新的挑戰。電子設備輻射發射出的電磁干擾可能會被敏感元件拾取，從而導致電子設備的功能失效，削弱電子設備的穩定性。電磁干擾往往需要被定性或定量評估以至于工程師可以確定電子設備的電磁發射水平，利用近場探頭并結合逐點近場掃描是一種有效評估輻射發射的技術。近場磁場探頭在近場掃描中發揮了重要的作用，近場磁場探頭的關鍵特性參數包括靈敏度、共模抑制比、空間分辨率、傳輸增益平坦度等。針對近場磁場探頭的共模耦合抑制問題，工程師開發了具有高抑制比的近場磁場探頭，這些近場磁場探頭可以被分為兩類：一種是利用屏蔽環和過孔柵欄來提高近場磁場探頭的共模抑制比，另一種是通過設計多端口的近場磁場探頭配合矢量網絡分析儀器的混合S參數進行數據后處理來獲得良好的共模抑制比。但并不是所有實驗室的矢量網絡分析儀都具有混合模式的功能，而且所需要的矢量網絡分析儀至少需要具備3個端口，其中2個端口連接所設計的磁場探頭的輸出端口，另外1個端口要連接1個參考探頭，來提供參考相位。具有混合模式的矢量網絡分析儀的端口數量越多價格越昂貴，因此這種方法獲得的高共模抑制比的近場磁場探頭在工程上具有很大的局限性。針對近場磁場探頭的靈敏度提高問題，工程師經常采用無源近場磁場探頭外接低噪聲放大器的方法，而近場磁場探頭外接低噪聲放大器后，近場磁場探頭的物理尺寸會增大，增大了對被測件原有電磁場的擾動。

為了解決上述技術難題，滿足電子行業的發展需求，針對近場掃描中近場磁場探頭共模電場抑制比改善及靈敏度提高的技術需求，本發明設計了一種高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭。

【發明內容】

本發明設計了一種高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭，目的是提高磁場探頭的靈敏度及改善磁場探頭的共模抑制比，研制性能表現良好的磁場探頭，實現對射頻弱輻射水平的磁場信號的有效捕獲，協助射頻工程師完成對射頻電子設備的故障診斷，為提升電子系統的電磁性能提供有利的測試手段。

為了滿足上述目的，本發明的方案如下：

一種高共模抑制比和高靈敏度的小型化有源差分磁場探頭，它至少由差分雙環、集成巴倫和有源放大電路組成。

從該磁場探頭的底部至頂部，所述的差分雙環、集成巴倫、有源放大電路依次級聯。

該磁場探頭的設計與加工基于四層印刷電路板結構；所述的四層印刷電路板從底部至頂部，依次為底層、中間1層、中間2層和頂層。

所述的差分雙環由2個中心鏡像對稱的接地單屏蔽環構成；所述的差分雙環的作用是有效地感應外部變化的磁場；所述的差分雙環在感應到外部的磁場變化以后可以輸出差模感應電壓；所述的接地單屏蔽環一端由接地過孔相連接到頂層和底層，一端與所述的集成巴倫的平衡輸入端口相連接。