[发明专利]场探头

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量高频应用中的电磁场的场探头，更具体地涉及用于电场测量的改进型场探头。

发明背景

场探头用于评价许多不同种类射频设备的性能，并且也是辐射免疫测试系统的必要组件，用于确保诸如汽车之类的产品中的电气部件和电子部件以及系统不会受到例如射频和电视发射、雷达脉冲、蜂窝电话信号、功率线场和其它类型电磁场的杂散场的不利影响。

若干不同种类的场探头被用于前述应用中。这些场探头包括立方形探头、球形探头以及所谓的“茎形探头”。典型的立方形探头包括从包含电子电路的立方形壳体的三个面延伸出的三个相互垂直的感测元件。球形探头类似于立方形探头，但电子器件壳体的球形状有助于防止探头定位影响到场测量。在茎形探头中，传感器被设置在RF透明壳体中并通过延伸通过狭长管子的传输线连接于相关的电子电路，由此保持电子电路远离传感器以使入射辐射对电子元件的干扰减至最小。

典型的探头传感器包括探测二极管，该探测二极管传递DC信号，该DC信号的振幅对应于入射到传感器上的场的大小。这些探头中的电子电路处理DC信号，将表征“X”、“Y”和“Z”轴场分量的复合信号作为各分量的平方和的平方根来传递。电路也可提供单独表征X、Y和Z分量的信号。电路一般也扩展探头的动态范围，提高探头响应的线性度，控制采样，并为防过载作出保护。

对于这些类型的探头中的每一种，希望避免使用导电线来向电子电路提供功率和控制信号并将数据从电子电路传递至外部监测设备。因此，已变得常见的是利用电化学电池来将功率提供给探头的内部电子电路并使用光纤来将数据传递至监测设备。另外常见的是，利用激光辐射来向探头的电子电路提供工作功率，通过光纤向为电子电路产生DC工作功率的转换器提供激光。

利用由薄膜阻性带(其具有与薄膜电阻带串联的二极管以将RF信号转换成DC信号)形成的短偶极天线的宽带场探头已由Samuel Hopfer在1980年6月10日授权的美国专利4,207,518和1983年7月5日授权的美国专利4,392,108中作过记载。这些专利已构成许多具有高带宽的实践性电场探头的基础，并且两专利的全部公开内容被援引于此作为参考。

前面提到类型的传统宽带场探头所遇到的问题包括，测量位于短偶极子的中点处的探测器二极管两端的DC电压、避免金属物体靠近传感器以及避免将传感器与电子电路耦合的导体时的困难。通常已认为传感器和电子电路之间的阻性连接是金属物体和传统导体造成的问题的最佳解决方案，并已通常使用碳馈电线。

馈电线和感测元件之间的连接导致制造上的难度。制造出不损害探头频率响应的机械可靠的连接是困难的。

发明内容

本发明落在茎形探头的范畴内并包括三个互相垂直的偶极天线，这些偶极天线连接于通过管状茎纵向延伸的馈电线，所述管状茎将RF透明的传感器壳体连接于包含电子电路的远端壳体。这种探头在原理上与传统三元件探头的区别在于，偶极子中的每一个及其馈电线形成在单个电路板上，并且这些电路板如此配置以使三个偶极子非常靠近但不彼此机械干涉。

根据本发明的射频场探头包括沿茎轴线伸长并具有第一和第二相对端的中空茎。中空的、RF透明的壳体连接于茎的第一端并位于其附近。电子器件壳体连接于茎的第二端并位于其附近。因此，电子器件壳体远离RF透明的壳体。

一组的三个偶极子被设置在RF透明的壳体内，每个偶极子具有从中央馈电点沿一直线的两相反方向延伸的两个元件。三个偶极子的馈电点分别彼此接近地设置在与茎轴线垂直的等边三角形的各个底边的中心处。这三条细长的馈电线分别连接于偶极子的馈电点并通过中空茎与茎轴线成平行关系地沿纵长方向延伸。每个偶极子的元件从偶极子的馈电点延伸所沿的直线相对于偶极子馈电线的纵长方向以54.7°角设置。每个偶极子的各元件延伸所沿的直线垂直于一虚平面，另外两个偶极子的元件延伸所沿的直线平行于该虚平面。每个偶极子的各个元件和连接于其馈电点的馈电线在共同的电路板上形成为薄膜阻性元件。

场探头的一优选实施例，电路包括三块电路板。每个偶极子和连接于其馈电点的馈电线在三块电路板中的一块上形成为薄膜阻性元件。每块电路板包括在其上形成馈电线的第一细长部。该第一细长部具有：与第一细长部的纵长方向平行地延伸的细长侧边缘；以及沿纵长方向彼此隔开的第一和第二相对端。第一细长部还在其第一端具有交叉构件，其上形成偶极子。交叉构件呈狭长带形状，其相对于第一细长部的纵长方向呈54.7°角设置。