CN112379312A - 一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，涉及设备磁场测量领域。针对现有技术中缺乏垂直方向磁场测量的问题提出本方案。利用宽带磁场探头测量电路表面垂直距离上的磁场，将宽带磁场探头得到的信号通过SMA连接器输入矢量网络分析仪的第一信号输入端，所述矢量网络分析仪的第二信号输入端与被测电路共地。优点在于，实现了电路表面磁场的垂直测量，填补了业界空白。设计出独特的探头结构，测量更加便捷。

Description

一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法
技术领域
本发明涉及设备磁场测量方法，尤其涉及一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法。
背景技术
随着科技的发展，电子设备的结构更加小型化、高频化和高密度，可以减小电子设备的占用空间。但是也会引起EMC(Electro Magnetic Compatibility)问题、导致电子设备的电磁可靠性低。基于近场扫描的干扰图像重构是现今处理EMC设计问题最有效的方法，而近场扫描的关键工具是探头及其运用方法。
近场扫描包括对电场的探测和磁场的探测。传统使用的探头大多是平行被测设备表面进行探测的，没有对垂直被测设备表面的磁场进行探测，难以实现对被测设备磁场的准确测量分析，探测精度不高。
发明内容
本发明目的在于提供一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明所述的一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，利用宽带磁场探头测量电路表面垂直距离上的磁场，将宽带磁场探头得到的信号通过SMA连接器输入矢量网络分析仪的第一信号输入端，所述矢量网络分析仪的第二信号输入端与被测电路共地。
所述宽带磁场探头包括依次层叠设置的第一布线层、第二布线层、第三布线层、第四布线层和第五布线层；
所述的第一布线层包括设置在上下两端的第一共线区、位于中间的第一中部线区，第一布线层中部一侧内凹，内凹的两侧部形成第一焊接板，在第一焊接板上设有地线区，内凹处靠近第一中部线区的位置设有第一信号线孔，还设有一信号插板用于连接SMA连接器信号端，信号插板的一端与第一信号线孔电性连接，另一端自由延伸；
所述的第二布线层从左到右呈阶梯状缩窄，左端设有第二共线区，中部水平延伸设有第二中部线区，中部左端设有第二信号线孔，阶梯状的边缘设有第二边缘线区，右端设有第二端部线区；
所述的第三布线层设有第三端部信号线孔；
所述的第四布线层为长条状结构，一端设有第四信号线孔，另一端设有第四端部信号线孔，所述的第四信号线孔和第四端部信号线孔之间通过通过带状线电性连接；
所述的第五布线层右端设有与第二布线层形状相适配的阶梯状边缘，右端设有第五端部线区，阶梯状的边缘设有第五边缘线区，远离第五端部线区的一侧设有第五共线区，第五共线区远离第五端部线区的一侧向外延伸出第五焊接板，中部设有水平延伸的第五中部线区，第五中部线区远离第五端部线区的端部附近设有第五信号线孔；
在垂直方向上，第一共线区、第二共线区和第五共线区的位置相对应，第一信号线孔、第二信号线孔、第四信号线孔和第五信号线孔的位置相对应，第二端部线区和第五端部线区的位置相对应，且第二端部线区和第五端部线区均设有与第三端部信号线孔、第四端部信号线孔同时对应的通孔；
宽带磁场探头端部设有导线形成磁场围蔽环路，所述导线一端连接地线区，另一端连接第四端部信号线孔，且所述磁场围蔽环路的法线方向与宽带磁场探头的中轴线平行。
所述导线的阻抗为50欧。
所述宽带磁场探头在测量前，先扫描已知宽度的微带线来标定的空间分辨率。
本发明所述的一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，其优点在于，实现了电路表面磁场的垂直测量，填补了业界空白。设计出独特的探头结构，测量更加便捷。
附图说明
图1是本发明所述宽带磁场探头第一布线层的结构示意图；
图2是本发明所述宽带磁场探头第二布线层的结构示意图；
图3是本发明所述宽带磁场探头第三布线层的结构示意图；
图4是本发明所述宽带磁场探头第四布线层的结构示意图；
图5是本发明所述宽带磁场探头第五布线层的结构示意图；
图6是本发明所述宽带磁场探头各布线层叠合后的布线示意图；
图7是本发明所述宽带磁场探头各布线层位置关系示意图。
图8是测量时的等效电路模型示意图。
图9是测量时位置和磁场关系的原理示意图。
图10是本发明所述宽带磁场探头端部磁场围蔽环路的结构示意图。
附图标记：
10-第一布线层、11-第一共线区、12-地线区、13-第一中部线区、14-信号插板、
15-第一信号线孔、16-第一焊接板；
20-第二布线层、21-第二共线区、22-第二端部线区、23-第二中部线区、24-第
二边缘线区、25-第二信号线孔；
30-第三布线层、31-第三端部信号线孔；
40-第四布线层、41-第四信号线孔、42-第四端部信号线孔；
50-第五布线层、51-第五共线区、52-第五端部线区、53-第五中部线区、54-第
五边缘线区、55-第五信号线孔、56-第五焊接板。
具体实施方式
本发明所述的一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，利用特别设计的宽带磁场探头进行，将被测电路表面的磁场信息通过SMA连接器反馈至矢量网路分析仪进行显示和测量。所述矢量网路分析仪的一个输入端还和被测电路共地，形成一个理论上无穷大的共地平面。
所述宽带磁场探头为磁场无源探头，其设计包含了射频磁场的近场探测部分和信号传输部分。近场探测部分通过环路对磁场进行探测，根据磁通量的变化形成射频信号。近场探测部分由导线在阶梯状收缩的区域内围成，信号传输部分主要有第四布线层40完成。
在低频下，因为环路直接接地，所以电场的作用通过接地直接走掉。所以只考虑环路中的磁场作用。当将探头置于磁场中时，探头的感应部分会与射频磁场相互作用。如图8所示，可以将磁场耦合视为时变电压源
Figure BDA0002782331840000031
其中上方带点的符号表示关于时间的正弦函数。电源可以表示为：
Figure BDA0002782331840000032
H是磁通量、S是环路面积。
探头与微带线之间互电感用M表示，将感应部分两端的电压和电流定义为
Figure BDA0002782331840000033
串联电感用Ls表示，端口的电压和电流分别由
Figure BDA0002782331840000034
表示。应用基尔霍夫电流和电压定律，得到：
Figure BDA0002782331840000035
Figure BDA0002782331840000036
信号传输部分通过合理的设计将射频信号以50欧阻抗的形式传输出去，传输过程保证信号的低损耗，低反射。
测量原理如图9所示，用于计算垂直方向上的磁场分布。Ws表示被测的信号线宽度，Wg是接地面的宽度，假定为无穷大，h表示介质层的厚度。导线围蔽而成的环路可以等效为方形环路便于计算。
y1点的垂直方向上的磁场强度为：
Figure BDA0002782331840000041
本发明中所使用的宽带磁场探头结构如图1-5所示，包括依次层叠设置的第一布线层10、第二布线层20、第三布线层30、第四布线层40和第五布线层50。
所述的第一布线层10包括设置在上下两端的第一共线区11、位于中间的第一中部线区13，第一布线层10中部一侧内凹，内凹的两侧部形成第一焊接板16，在第一焊接板16上设有地线区12，内凹处靠近第一中部线区13的位置设有第一信号线孔15，还设有一信号插板14用于连接SMA连接器信号端，信号插板14的一端与第一信号线孔15电性连接，另一端自由延伸。
所述的第二布线层20从左到右呈阶梯状缩窄，左端设有第二共线区21，中部水平延伸设有第二中部线区23，中部左端设有第二信号线孔25，阶梯状的边缘设有第二边缘线区24，右端设有第二端部线区22。
所述的第三布线层30设有第三端部信号线孔31。
所述的第四布线层40为长条状结构，一端设有第四信号线孔41，另一端设有第四端部信号线孔42，所述的第四信号线孔41和第四端部信号线孔42之间通过通过带状线电性连接。
所述的第五布线层50右端设有与第二布线层20形状相适配的阶梯状边缘，右端设有第五端部线区52，阶梯状的边缘设有第五边缘线区54，远离第五端部线区52的一侧设有第五共线区51，第五共线区51远离第五端部线区52的一侧向外延伸出第五焊接板56，中部设有水平延伸的第五中部线区53，第五中部线区53远离第五端部线区52的端部附近设有第五信号线孔55。
在垂直方向上，第一共线区11、第二共线区21和第五共线区51的位置相对应，第一信号线孔15、第二信号线孔25、第四信号线孔41和第五信号线孔55的位置相对应，第二端部线区22和第五端部线区52的位置相对应，且第二端部线区22和第五端部线区52均设有与第三端部信号线孔31、第四端部信号线孔42同时对应的通孔。
所述的第一共线区11、地线区12、第一中部线区13、第二共线区21、第二端部线区22、第二中部线区23、第二边缘线区24、第五共线区51、第五端部线区52、第五中部线区53和第五边缘线区54均分别设置若干供导线穿过的通孔。所述的第一焊接板16和第五焊接板56用于叠合后与SMA连接器焊接固定。
层叠的位置关系如图6、7所示，各层之间部分导线互连通过通孔技术建立连接，形成回路，用于导出探测磁场得到的信号。如图10所示，宽带磁场探头端部设有导线形成磁场围蔽环路，所述导线一端连接地线区12，另一端连接第四端部信号线孔42，且所述磁场围蔽环路的法线方向与宽带磁场探头的中轴线平行。
导线的阻抗决定了在接出端所测到的射频电流或者射频电压数值的大小，所述导线的阻抗在本实施例中设为50欧。层间的间隔以及导线的尺寸和材料等因素决定了导线的阻抗，可以通过一些成熟的商业软件，计算一定阻抗下层间间隔、导线尺寸以及材料等因素所需要的设计。
利用该宽带磁场探头进行射频磁场测量时，需要把该探头的SMA输出端链接到频谱分析仪的输入端，进行射频信号的测量。可以利用微带线产生一定的射频电磁场，并通过网络分析仪对该磁场探头的测量结果进行探测校准。该宽带磁场探头的应用频率范围由其整体设计决定，包括材料的应用以及结构的设计，可以应用一定的方法标定其频率应用范围。通过本发明提供的宽带磁场探头可以得到垂直方向磁场，通过计算和校准可以得到磁场信号大小。在测量之前还可以通过扫描已知宽度的微带线来标定该宽带磁场探头的空间分辨率。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电路表面宽带磁场的垂直测量方法，其特征在于，利用宽带磁场探头测量电路表面垂直距离上的磁场，将宽带磁场探头得到的信号通过SMA连接器输入矢量网络分析仪的第一信号输入端，所述矢量网络分析仪的第二信号输入端与被测电路共地。
2.根据权利要求1所述电路表面宽带磁场的垂直测量方法，其特征在于，所述宽带磁场探头包括依次层叠设置的第一布线层(10)、第二布线层(20)、第三布线层(30)、第四布线层(40)和第五布线层(50)；
所述的第一布线层(10)包括设置在上下两端的第一共线区(11)、位于中间的第一中部线区(13)，第一布线层(10)中部一侧内凹，内凹的两侧部形成第一焊接板(16)，在第一焊接板(16)上设有地线区(12)，内凹处靠近第一中部线区(13)的位置设有第一信号线孔(15)，还设有一信号插板(14)用于连接SMA连接器信号端，信号插板(14)的一端与第一信号线孔(15)电性连接，另一端自由延伸；
所述的第二布线层(20)从左到右呈阶梯状缩窄，左端设有第二共线区(21)，中部水平延伸设有第二中部线区(23)，中部左端设有第二信号线孔(25)，阶梯状的边缘设有第二边缘线区(24)，右端设有第二端部线区(22)；
所述的第三布线层(30)设有第三端部信号线孔(31)；
所述的第四布线层(40)为长条状结构，一端设有第四信号线孔(41)，另一端设有第四端部信号线孔(42)，所述的第四信号线孔(41)和第四端部信号线孔(42)之间通过通过带状线电性连接；
所述的第五布线层(50)右端设有与第二布线层(20)形状相适配的阶梯状边缘，右端设有第五端部线区(52)，阶梯状的边缘设有第五边缘线区(54)，远离第五端部线区(52)的一侧设有第五共线区(51)，第五共线区(51)远离第五端部线区(52)的一侧向外延伸出第五焊接板(56)，中部设有水平延伸的第五中部线区(53)，第五中部线区(53)远离第五端部线区(52)的端部附近设有第五信号线孔(55)；
在垂直方向上，第一共线区(11)、第二共线区(21)和第五共线区(51)的位置相对应，第一信号线孔(15)、第二信号线孔(25)、第四信号线孔(41)和第五信号线孔(55)的位置相对应，第二端部线区(22)和第五端部线区(52)的位置相对应，且第二端部线区(22)和第五端部线区(52)均设有与第三端部信号线孔(31)、第四端部信号线孔(42)同时对应的通孔；
宽带磁场探头端部设有导线形成磁场围蔽环路，所述导线一端连接地线区(12)，另一端连接第四端部信号线孔(42)，且所述磁场围蔽环路的法线方向与宽带磁场探头的中轴线平行。
3.根据权利要求2所述电路表面宽带磁场的垂直测量方法，其特征在于，所述导线的阻抗为50欧。
4.根据权利要求1所述电路表面宽带磁场的垂直测量方法，其特征在于，所述宽带磁场探头在测量前，先扫描已知宽度的微带线来标定的空间分辨率。
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