[發明專利]一種9kHz-18GHz超寬帶有源電場探頭

在審

• 申請號: 202210586761.4
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN115032463A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 閻照文;周陽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 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9kHz?18GHz超寬帶有源電場探頭，包括：電場探頭無源結構、有源放大電路結構；其中，電場探頭無源結構由圓型探針結構、帶狀線、信號過孔、阻抗匹配過孔陣列組成；有源放大電路結構由放大電路及三個轉接口組成。本發明通過將傳統無源電場探頭的結構與有源放大電路進行集成化設計，得到了能夠工作在9kHz?18GHz頻段內的有源電場探頭。實現了高帶寬、高靈敏度、高空間分辨率、小型化的特點，相對于傳統的離散式放大探頭，增強了使用時的便捷性。有效改善了傳統測試中，對于微弱信號測量不便的缺陷，提高了測試結果的準確性。

【技術領域】

本發明屬于電磁場測試領域，特別涉及一種對寬帶高靈敏度近場電場進行測試的電場探頭結構，具體來說是通過本近場測試探頭可獲得被測物體的近場電場分布參數。

【背景技術】

隨著電子電路技術的不斷發展，其在各行各業的重要性日益提升。而電子電路的工作頻率不斷提升、頻段不斷拓寬，集成度以及復雜度愈發提高，電路中的任何一條線路都有可能向外輻射電磁場信號進而成為干擾源。而不同走線之間產生的耦合也將嚴重影響電子設備的正常工作。以上都是系統級電磁兼容問題的主要成因。

而傳統的電子設備工作頻率往往較低，且工作頻帶較窄，傳統的低工作頻率、窄工作帶寬的無源探頭通常都能滿足測試需求。但隨著電子設備朝著高速、高頻的方向發展，用于捕捉各種信號的傳感器也相應的需要提升其工作頻率及帶寬。且隨著電子設備的設計愈發精密，其更易遭受到電磁干擾的影響，即使是十分微弱的信號，也有可能對工作設備造成很大的影響。同時，由于電子設備工作頻率的增加，所產生的電磁干擾也同樣增加，且為了保證電子設備的小型化，電子線路的設計度日益復雜，且元器件的分布也越發緊密，測試的精密程度也需要同步提高以分辨這些構成復雜、成分多樣的電磁信號。這便需要測試用的探頭能夠具備高帶寬、高靈敏度、高空間分辨率以及小型化的技術特點。

【發明內容】

為了克服現有近場電場探頭的不足，本發明的目的在于提供一種應用于近場測試的有源電場探頭，在保證傳統無源探頭結構上的優勢的同時，引入有源放大電路的設計，提升探頭的測試靈敏度，解決在寬帶測試時因為信號電流微弱而難以測試到的問題。目前常用于測試或研究的超寬帶無源電場探頭中，工作頻率上限可達40GHz及以上，但傳輸系數隨著工作頻率的提升不斷減小，即探頭在傳輸信號時帶來的損耗較大，通常可達-20dB及以上。有源電場探頭測試頻率上限可達10GHz級別，傳輸系數可達0dB，但多為分離式的設計，增加了測試的復雜度，且工作頻帶寬度相對無源探頭仍有很大的提升空間。本文所設計的有源電場探頭重點在提升工作帶寬的同時，減少了探頭帶來的損耗，9kHz-18GHz的工作帶寬及工作頻率上限均高于當前存在的有源電場探頭，傳輸系數可達0dB及以上。并引入了集成式的設計，大大減小了探頭的整體體積，降低了測試的復雜度。而該工作帶寬的選擇取決于無源結構的設計，以及放大芯片的工作帶寬。

為達上述目的，本發明提出如下技術方案：

一種9kHz-18GHz超寬帶有源電場探頭，包括電場探頭無源結構、有源放大電路結構，其中電場探頭無源結構由圓型探針結構、帶狀線、信號過孔、阻抗匹配過孔陣列組成；有源放大電路結構由放大電路及三個轉接口組成；同時采用了協同設計的方法。

所述圓型探針結構是拾取近場電場信號的重要金屬結構，其由前端的圓型金屬與帶狀線連接組成，且圓型金屬直徑或帶狀線寬度逐步減小兩次，以起到緩沖寬度的作用；

所述帶狀線與前端圓型金屬相連的另一端，信號過孔貫穿帶狀線介質與帶狀線相連接，信號過孔與帶狀線上層屏蔽地和帶狀線下層屏蔽地相隔離，防止短路；

所述阻抗匹配過孔陣列分為信號過孔阻抗匹配陣列與終端傳輸線柵欄式過孔阻抗匹配陣列。其中，信號過孔匹配陣列圍繞信號過孔分布，起到控制信號過孔處阻抗匹配的作用。終端傳輸線柵欄式過孔匹配陣列則分布于電場探頭無源結構終端傳輸線的兩側，保證共面波導結構在高頻段時信號傳輸的穩定性；

所述有源放大電路結構直接集成到印刷電路板內，由放大電路及三個轉接口組成；