CN107144740B - 一种电磁场近场pcb探头 - Google Patents

一种电磁场近场pcb探头 Download PDF

Info

Publication number
CN107144740B
CN107144740B CN201710396839.5A CN201710396839A CN107144740B CN 107144740 B CN107144740 B CN 107144740B CN 201710396839 A CN201710396839 A CN 201710396839A CN 107144740 B CN107144740 B CN 107144740B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pcb
electromagnetic field
near field
field near
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710396839.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107144740A (zh
Inventor
李尔平
宋涛
李伶研
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei University of Technology
Original Assignee
Hebei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei University of Technology filed Critical Hebei University of Technology
Priority to CN201710396839.5A priority Critical patent/CN107144740B/zh
Publication of CN107144740A publication Critical patent/CN107144740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107144740B publication Critical patent/CN107144740B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

本发明一种电磁场近场PCB探头，涉及测量电磁变量的测量探针，是一种带有温度补偿的电磁场近场PCB探头，其构成包括嵌入式带状线、四层PCB印制电路板、负温度系数热敏电阻、分压电阻、变容二极管、2V直流电源和SMA端子；使用热敏电阻、变容二极管和分压电路对探头的带状线结构进行温度‑电容参数调整，克服了现有电磁场近场PCB探头易受环境温度影响、测量精度和灵敏度不稳定的缺陷。

Description

一种电磁场近场PCB探头
技术领域
本发明的技术方案涉及测量电磁变量的测量探针，具体地说是一种电磁场近场PCB探头。
背景技术
电磁场近场探测的新技术和新设备层出不穷。在实际的测量过程中，电磁场近场探测的测试设备很容易受到周围环境的干扰，除了设备本身的固有特性之外，环境温度对感应设备和材料的影响非常大，尤其是PCB电路基板和电磁场近场PCB探头。在0到80摄氏度的环境温度变化范围内，PCB材质的介电常数变化幅度能达到10％以上。在实际测试环境中，电路板尤其是一些大功率控制电路板，表面的温度分布很不均匀，温差最高能达到五六十度，这会极大地干扰电磁场近场PCB探头最终的测试准确度。CN201610371188.X公开了利用印制电路板制作的光电式电场近场探头，其PCB电路基板容易受到环境温度影响，测量精度和稳定性不能保证。
目前市场上存在的各种电磁场近场探头，无论是线圈式的还是基于PCB制作的，都没有加入温度补偿电路，或者添加能够抑制温度影响的设置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁场近场PCB探头，是一种带有温度补偿的电磁场近场PCB探头，使用热敏电阻、变容二极管和分压电路对探头的带状线结构进行温度-电容参数调整，克服了现有电磁场近场PCB探头易受环境温度影响、测量精度和灵敏度不稳定的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种电磁场近场PCB探头，是一种带有温度补偿的电磁场近场PCB探头，其构成包括嵌入式带状线、四层PCB印制电路板、负温度系数热敏电阻、分压电阻、变容二极管、2V直流电源和SMA端子；上述部件的连接方式是：2V直流电源提供的2V直流电压添加到负温度系数热敏电阻和分压电阻组成的串联电路上，负温度系数热敏电阻和分压电阻的连接点为分压点，与变容二极管的负极相连接，变容二极管的正极连接到四层PCB电路板的表面敷铜地，四层PCB电路板的上下两个表层为相互连通的敷铜地与2V直流电源的负极相连，嵌入式带状线天线位于PCB垂直位置0.2mm的平面内，与SMA端子相连。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述四层PCB印制电路板的厚度为1.6mm。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述负温度系数热敏电阻是10K欧姆热敏电阻，在0到100摄氏度的温度变化范围内，其电阻值从31.77K欧姆到0.674K欧姆均匀变化。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述分压电阻为10K欧姆精密电阻。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述变容二极管在直流0.4V到直流3V电压情况下，其结电容变化范围为85pF到20pF，电容-电压特性曲线是线性的。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述2V直流电源为线圈变压器式直流稳压电源。
上述一种电磁场近场PCB探头，所述四层PCB印制电路板及嵌入式带状线均是本领域技术人员能够设计制作的，所有零部件的安装和连接方式是本领域技术人员所能掌握的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点是：
(1)本发明一种电磁场近场PCB探头的设计的思路是：借助频谱分析仪，对未添加温度补偿电路的现有电磁场近场PCB探头进行温度测试，获取不同温度下的S11参数，再对此电磁场近场PCB探头添加温度补偿电路，重新进行温度影响实验，在实验过程中调整输入电压，确定最优的参数。鉴于实际实验中，温度越高，电磁场近场PCB探头的S11参数越大，吸收增益变小，得出温度补偿电路的设计规律是：嵌入式带状线和四层PCB电路板2的表面的敷铜地之间的等效电容的电容值越大，其谐振频率点的吸收增益越小，其谐振频率点变小，如果温度升高，则负温度系数热敏电阻的电阻值变小，负温度系数热敏电阻和分压电阻两个串联电阻中间的电压值会增大，进而使变容二极管两端电压升高，其电容值变小，实现温度升高降低吸收增益的补偿。
具体地说，就是负温度系数热敏电阻感应到环境温度变化，自身电阻值也会随之发生变化，分压点的电压值也会因此发生变化，最终分压值的变化引起变容二极管结电容的变化，变容二极管的结电容同时也是施加到嵌入式带状线和四层PCB电路板的表面敷铜地之间的，环境温度变化本质上就是改变了PCB材料的参数，间接上改变了嵌入PCB电路板中的带状线的谐振频率，环境温度变化作用在补偿电路上而产生的变容二极管结电容的变化，在很大程度上抵消了环境温度变化对PCB材料参数的影响
与现有技术相比，本发明的显著进步如下：
(1)本发明采用负温度系数热敏电阻和变容二极管对电磁场近场PCB探头进行补偿，设计思路明确，易于实现，在保证不影响原有电磁场近场PCB探头性能前提下，能有效提高电磁场近场PCB探头对温度变化影响的抗干扰程度，在实际测试中，温度补偿的电磁场近场PCB探头抗温度干扰能力非常稳定。因此，本发明一种电磁场近场PCB探头能够有效去除环境温度变化对电磁场近场测试的影响。
(2)本发明一种电磁场近场PCB探头采用高精度分压电路，测量重复性和稳定性好。
(3)本发明一种电磁场近场PCB探头是一种带补偿的可实时调整嵌入式带状线对地等效电容的电磁场近场探头。
(4)本发明一种电磁场近场PCB探头的补偿电路部分采用贴片焊接技术，易于生产，对原有PCB探头的参数影响很小。
总之，本发明克服了现有电磁场近场PCB探头易受环境温度影响、测量精度和灵敏度不稳定的缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明一种电磁场近场PCB探头的构成示意图。
图2为本发明一种电磁场近场PCB探头中的温度补偿电路示意图。
图3为未添加温度补偿电路的现有PCB探头的不同温度下实际频率响应测试图。
图4为本发明一种电磁场近场PCB探头在不同外加电压和温度下的实际频率响应测试图。
图中，1.嵌入式带状线，2.四层PCB印制电路板，3.负温度系数热敏电阻，4.分压电阻，5.变容二极管，6.2V直流电源，7.SMA端子。
具体实施方式
图1所示实施例表明本发明一种电磁场近场PCB探头的构成，包括嵌入式带状线1、四层PCB印制电路板2、负温度系数热敏电阻3、分压电阻4、变容二极管5、2V直流电源6和SMA端子7；上述部件的连接方式是：2V直流电源6提供的2V直流电压添加到负温度系数热敏电阻3和分压电阻4组成的串联电路上，负温度系数热敏电阻3和分压电阻4的连接点为分压点，与变容二极管5的负极相连接，变容二极管5的正极连接到四层PCB电路板2的表面敷铜地，四层PCB电路板2的上下两个表层为相互连通的敷铜地与2V直流电源6的负极相连，嵌入式带状线1天线位于PCB垂直位置0.2mm的平面内，与SMA端子7相连。
图2所示实施例表明，本发明一种电磁场近场PCB探头中的温度补偿电路的构成是：图中VCC为外部直流电源即2V直流电源6提供的电压，RT为负温度系数热敏电阻3，R1为10K欧姆精密电阻即分压电阻4，BB200为变容二极管5，GND为电源地，与该PCB探头的四层PCB电路板2的表面敷铜地相连接。
图3所示实施例表明，未添加温度补偿电路的电磁场近场PCB探头，在实际温度测试中，其谐振频率点的吸收增益在0℃到80℃度变化范围内变化很大，存在10dBm的不稳定度，相对误差最大为80％左右。
图4所示实施例表明，本发明一种电磁场近场PCB探头在不同外加电压下，对温度变化的抗干扰程度是不一样的，在2V外加电压条件下对温度变化的抑制效果最好，在无电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-8dB到-21dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-9dB到-21dB，在1.2V电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-8dB到-14dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-9dB到-18dB，在2V电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-8dB到-12dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-8dB到-13dB，在3V电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-12dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-24dB，在4V电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-15dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-30dB，在5V电压情况下，主频点5.6GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-15dB，频点4.8GHz的吸收增益受温度影响波动范围从-7dB到-34dB，对比得知2V电压情况下的吸收增益波动范围比较小。
实施例
本实施例的一种电磁场近场PCB探头，是一种带有温度补偿的电磁场近场PCB探头，其构成如上述图1所示实施例：包括嵌入式带状线1、四层PCB印制电路板2、负温度系数热敏电阻3、分压电阻4、变容二极管5、2V直流电源6和SMA端子7；上述部件的连接方式是：2V直流电源6提供的2V直流电压添加到负温度系数热敏电阻3和分压电阻4组成的串联电路上，负温度系数热敏电阻3和分压电阻4的连接点为分压点，与变容二极管5的负极相连接，变容二极管5的正极连接到四层PCB电路板2的表面敷铜地，四层PCB电路板2的上下两个表层为相互连通的敷铜地与2V直流电源6的负极相连，嵌入式带状线1天线位于PCB垂直位置0.2mm的平面内，与SMA端子7相连。其中，所述四层PCB印制电路板2的厚度为1.6mm；所述负温度系数热敏电阻3是10K欧姆热敏电阻，在0到100摄氏度的温度变化范围内，其电阻值从31.77K欧姆到0.674K欧姆均匀变化；所述分压电阻4为10K欧姆精密电阻；所述变容二极管5在直流0.4V到直流3V电压情况下，其结电容变化范围为85pF到20pF，电容-电压特性曲线是线性的；所述2V直流电源6为线圈变压器式直流稳压电源。
本实施例的一种电磁场近场PCB探头，其使用方法和运行原理是：电磁场近场PCB探头末端的SMA端子通过同轴电缆连接到频谱分析仪，使用者手持或者将电磁场近场PCB探头固定到待测物品的表面上方，嵌入式带状线一端接近待测物品，电磁场近场PCB探头感应到的电磁变化信号传送到频谱分析仪得到感应信号的频率和辐射强度，本实施例的一种电磁场近场PCB探头在使用操作中负温度系数热敏电阻3感应到环境温度变化，自身电阻值也会随之发生变化，分压点的电压值也会因此发生变化，最终分压值的变化引起变容二极管5结电容的变化，变容二极管5的结电容同时也是施加到嵌入式带状线1和四层PCB电路板2表面敷铜地之间的，环境温度变化本质上就是改变了PCB材料的参数，间接上改变了嵌入四层PCB电路板2中的带状线1的谐振频率，环境温度变化作用在补偿电路上而产生的变容二极管5结电容的变化，在很大程度上抵消了环境温度变化对PCB材料参数的影响。
上述实施例中，所述四层PCB印制电路板及嵌入式带状线均是本领域技术人员能够设计制作的，所有零部件的安装和连接方式是本领域技术人员所能掌握的。

Claims (6)

1.一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：是一种带有温度补偿的电磁场近场PCB探头，其构成包括嵌入式带状线、四层PCB印制电路板、负温度系数热敏电阻、分压电阻、变容二极管、2V直流电源和SMA端子；上述嵌入式带状线、四层PCB印制电路板、负温度系数热敏电阻、分压电阻、变容二极管、2V直流电源和SMA端子的连接方式是：2V直流电源提供的2V直流电压添加到负温度系数热敏电阻和分压电阻组成的串联电路上，负温度系数热敏电阻和分压电阻的连接点为分压点，与变容二极管的负极相连接，变容二极管的正极连接到四层PCB电路板的表面敷铜地，四层PCB电路板的上下两个表层为相互连通的敷铜地与2V直流电源的负极相连，嵌入式带状线天线位于PCB垂直位置0.2mm的平面内，与SMA端子相连。
2.根据权利要求1所述一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：所述四层PCB印制电路板的厚度为1.6mm。
3.根据权利要求1所述一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：所述负温度系数热敏电阻是10K欧姆热敏电阻，在0到100摄氏度的温度变化范围内，其电阻值从31.77K欧姆到0.674K欧姆均匀变化。
4.根据权利要求1所述一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：所述分压电阻为10K欧姆精密电阻。
5.根据权利要求1所述一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：所述变容二极管在直流0.4V到直流3V电压情况下，其结电容变化范围为85pF到20pF，电容-电压特性曲线是线性的。
6.根据权利要求1所述一种电磁场近场PCB探头，其特征在于：所述2V直流电源为线圈变压器式直流稳压电源。
CN201710396839.5A 2017-05-31 2017-05-31 一种电磁场近场pcb探头 Expired - Fee Related CN107144740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710396839.5A CN107144740B (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种电磁场近场pcb探头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710396839.5A CN107144740B (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种电磁场近场pcb探头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107144740A CN107144740A (zh) 2017-09-08
CN107144740B true CN107144740B (zh) 2019-05-14

Family

ID=59780061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710396839.5A Expired - Fee Related CN107144740B (zh) 2017-05-31 2017-05-31 一种电磁场近场pcb探头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107144740B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109061320B (zh) * 2018-07-27 2020-12-08 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（工业和信息化部电子第五研究所、中国赛宝实验室） 电磁场复合探头和探测系统
CN109596897A (zh) * 2018-11-15 2019-04-09 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 电磁场复合无源探头
CN111044793B (zh) * 2019-11-21 2021-12-07 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 近场探头以及近场探测系统
CN113552423B (zh) * 2021-07-23 2022-10-04 西安电子科技大学 一种温度对磁电天线性能影响的评估方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000214200A (ja) * 1999-01-27 2000-08-04 Ricoh Co Ltd 高空間分解能の近磁界プロ―ブまたは近磁界プロ―ブシステム
US6873165B2 (en) * 2002-03-26 2005-03-29 Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) Near-field probe for use in scanning system
CN102955076A (zh) * 2012-10-25 2013-03-06 西安开容电子技术有限责任公司 一种球形近场测试探头的设计方法
CN104569888A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 北京无线电计量测试研究所 一种利用微带线法校准近场探头修正因子的系统及方法
CN204389661U (zh) * 2015-01-08 2015-06-10 南京信息工程大学 印制电路板型磁场探头
CN105717466A (zh) * 2016-04-08 2016-06-29 北京航空航天大学 一种宽频带的微型近场磁场测试探头
CN105891611A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 北京航空航天大学 一种宽频带的微型近场电场测试探头
CN106093597A (zh) * 2016-05-28 2016-11-09 河北工业大学 利用印制电路板制作的光电式电场近场探头

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000214200A (ja) * 1999-01-27 2000-08-04 Ricoh Co Ltd 高空間分解能の近磁界プロ―ブまたは近磁界プロ―ブシステム
US6873165B2 (en) * 2002-03-26 2005-03-29 Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) Near-field probe for use in scanning system
CN102955076A (zh) * 2012-10-25 2013-03-06 西安开容电子技术有限责任公司 一种球形近场测试探头的设计方法
CN104569888A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 北京无线电计量测试研究所 一种利用微带线法校准近场探头修正因子的系统及方法
CN204389661U (zh) * 2015-01-08 2015-06-10 南京信息工程大学 印制电路板型磁场探头
CN105717466A (zh) * 2016-04-08 2016-06-29 北京航空航天大学 一种宽频带的微型近场磁场测试探头
CN105891611A (zh) * 2016-04-08 2016-08-24 北京航空航天大学 一种宽频带的微型近场电场测试探头
CN106093597A (zh) * 2016-05-28 2016-11-09 河北工业大学 利用印制电路板制作的光电式电场近场探头

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种天线近场测量磁场探头天线设计;孙鸣 等;《河南科技大学学报(自然科学版)》;20160831;第46-49页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107144740A (zh) 2017-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107144740B (zh) 一种电磁场近场pcb探头
US5472561A (en) Radio frequency monitor for semiconductor process control
CN110161312A (zh) 基于微带线法的一维和二维材料宽频带阻抗测量装置及方法
Altintas et al. A split meander line resonator-based permittivity and thickness sensor design for dielectric materials with flat surface
CN108828321A (zh) 一种用于测量介电常数的差分微波传感器
Xue et al. Electric field probe de-embedding calibration based on through and line standards
CN105929346B (zh) 一种非接触式矢量网络高温测试薄膜磁导率的装置及其测量方法
CN103363886B (zh) 发电机组的摆度传感器全量程温度补偿方法及系统
CN106093597B (zh) 利用印制电路板制作的光电式电场近场探头
Kanade et al. Study of thick film Ni (1− x) CoxMn2O4,(0⩽ x⩽ 1) using overlay technique on thick film microstrip ring resonator
CN206114774U (zh) 一种实时校准用的fss结构电子开关
Gugliandolo et al. Design and test of an inkjet-printed microwave interdigital capacitor on flexible Kapton substrate
Gan et al. An improved differential CSRR-based sensor for characterizing the magneto-dielectric materials
Zhao et al. Study on performance of novel optical voltage transformer based on current measurement
Sillanpää et al. A multiline material parameter extraction method
Akeboshi et al. Wideband Non-Contact Voltage Measurement for EMC Applications: Design and Implementation
JP7012349B2 (ja) 走査型マイクロ波顕微鏡、及びこれを用いた被測定物の表面の電気特性の測定方法
CN112698066A (zh) 一种基于热敏电阻进行温度补偿的采集测量电路
ElSherbiny et al. Physically inspired circuit model for systematic analysis of resonant ion sensor
Kilinc et al. De-embedding zero-field signal in high-frequency magneto-impedance measurements of soft ferromagnetic materials
Alam et al. Microwave Sensor Based on Transmission Zeros for Material Characterization
Menićanin et al. RF equivalent circuit modeling of surface mounted components for PCB applications
CN114295645B (zh) 一种工作频率可调的谐振式微波传感器
Wu et al. A Modified MLC-Based Microwave Sensing System for Retrieving Permittivity of Liquid Samples
Huang et al. RF-dc differences of coaxial thermal standards

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190514

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee