[发明专利]高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头

说明书

本发明提出一种高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头，涉及电磁兼容和电磁场近场测试技术领域。它至少由差分双环、集成巴伦和有源放大电路组成。从该磁场探头的底部至顶部，差分双环、集成巴伦、有源放大电路依次级联；差分双环由2个中心镜像对称的接地单屏蔽环构成；差分双环在感应到外部的磁场变化以后可以输出差模感应电压；集成巴伦的差分功能可以抑制差分双环由于共模电场耦合导致的感应电压分量，同时将差分双环由于磁场差模耦合导致的差模感应电压转换为单端共模电压；差分双环和集成巴伦的组合应用，极大改善了该磁场探头的共模抑制比；有源放大电路极大提高了该磁场探头的灵敏度。

【技术领域】

本发明涉及一种高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头设计，该磁场探头具有高灵敏度和高共模抑制比特性，用于射频微波电路表面的近场磁场测试，定位由射频电流表征的磁场干扰源，追踪磁场干扰源的耦合路径，属于电磁兼容和电磁场近场测试技术领域。

【背景技术】

由于工作频率的快速增加，高速系统时钟的频繁切换，板图复杂度的急剧提高以及印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的尺寸不断减小，射频(Radio Frequency，RF)模块的使用日益增多，电子设备的电磁兼容性设计面临新的挑战。电子设备辐射发射出的电磁干扰可能会被敏感元件拾取，从而导致电子设备的功能失效，削弱电子设备的稳定性。电磁干扰往往需要被定性或定量评估以至于工程师可以确定电子设备的电磁发射水平，利用近场探头并结合逐点近场扫描是一种有效评估辐射发射的技术。近场磁场探头在近场扫描中发挥了重要的作用，近场磁场探头的关键特性参数包括灵敏度、共模抑制比、空间分辨率、传输增益平坦度等。针对近场磁场探头的共模耦合抑制问题，工程师开发了具有高抑制比的近场磁场探头，这些近场磁场探头可以被分为两类：一种是利用屏蔽环和过孔栅栏来提高近场磁场探头的共模抑制比，另一种是通过设计多端口的近场磁场探头配合矢量网络分析仪器的混合S参数进行数据后处理来获得良好的共模抑制比。但并不是所有实验室的矢量网络分析仪都具有混合模式的功能，而且所需要的矢量网络分析仪至少需要具备3个端口，其中2个端口连接所设计的磁场探头的输出端口，另外1个端口要连接1个参考探头，来提供参考相位。具有混合模式的矢量网络分析仪的端口数量越多价格越昂贵，因此这种方法获得的高共模抑制比的近场磁场探头在工程上具有很大的局限性。针对近场磁场探头的灵敏度提高问题，工程师经常采用无源近场磁场探头外接低噪声放大器的方法，而近场磁场探头外接低噪声放大器后，近场磁场探头的物理尺寸会增大，增大了对被测件原有电磁场的扰动。

为了解决上述技术难题，满足电子行业的发展需求，针对近场扫描中近场磁场探头共模电场抑制比改善及灵敏度提高的技术需求，本发明设计了一种高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头。

【发明内容】

本发明设计了一种高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头，目的是提高磁场探头的灵敏度及改善磁场探头的共模抑制比，研制性能表现良好的磁场探头，实现对射频弱辐射水平的磁场信号的有效捕获，协助射频工程师完成对射频电子设备的故障诊断，为提升电子系统的电磁性能提供有利的测试手段。

为了满足上述目的，本发明的方案如下：

一种高共模抑制比和高灵敏度的小型化有源差分磁场探头，它至少由差分双环、集成巴伦和有源放大电路组成。

从该磁场探头的底部至顶部，所述的差分双环、集成巴伦、有源放大电路依次级联。

该磁场探头的设计与加工基于四层印刷电路板结构；所述的四层印刷电路板从底部至顶部，依次为底层、中间1层、中间2层和顶层。

所述的差分双环由2个中心镜像对称的接地单屏蔽环构成；所述的差分双环的作用是有效地感应外部变化的磁场；所述的差分双环在感应到外部的磁场变化以后可以输出差模感应电压；所述的接地单屏蔽环一端由接地过孔相连接到顶层和底层，一端与所述的集成巴伦的平衡输入端口相连接。