CN115327454A - 磁场探头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种磁场探头。包括依次层叠设置的第一接地层、第一信号层、第二信号层、第二接地层；第一信号层包括第一磁场线圈，第一磁场线圈围成第一磁场感应区域，第二信号层包括第一磁场导线，第一磁场导线沿第二方向延伸，第一磁场导线的第一端通过第一连接通孔与第一接地层和/或第二接地层连接；第一金属通孔，分别与第一磁场线圈沿第二方向的第一侧边和第一磁场导线的第二端连接，用于与第一磁场线圈的第一侧边和第一磁场导线共同围成第二磁场感应区域。从而本申请中的磁场探头放在空间中无需转动调整，即可同时探测两个正交方向的磁场，从而得到的磁场探测数据更加准确，探测也更加方便。

Description

磁场探头

技术领域

本申请涉及磁场探测技术领域，特别是涉及一种磁场探头。

背景技术

随着集成电路技术的高速发展，芯片的集成度越来越高，而随着芯片集成度的提高，芯片中单位面积内的元器件的数量越来越多。从而导致芯片周围的电磁环境越来越复杂。并且芯片内部的各器件之间也会出现电磁干扰。而为了检测芯片的电磁可靠性，需要捕获芯片辐射出的磁场信号进行可靠性分析。因此，如何检测芯片辐射出的磁场信号，是目前需要解决的问题。

传统技术中采用磁场探头来探测空间中的磁场，然而，传统技术中的磁场探头同一时刻只能测试一个方向的磁场，因此，在使用时，需要将磁场探头旋转才能测得另外的方向的磁场，从而导致探测时间长且误差大。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够同时测量空间中的两个方向的磁场的磁场探头。

一种磁场探头，包括依次层叠设置的第一接地层、第一信号层、第二信号层、第二接地层；所述第一信号层包括第一磁场线圈，所述第一磁场线圈围成第一磁场感应区域，所述第一磁场感应区域用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第一电信号；所述第二信号层包括第一磁场导线，所述第一磁场导线沿第二方向延伸，所述第一磁场导线的第一端通过第一连接通孔与所述第一接地层和/或所述第二接地层连接；所述探头还包括：第一金属通孔，分别与所述第一磁场线圈沿第二方向的第一侧边和所述第一磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场线圈的第一侧边和所述第一磁场导线共同围成第二磁场感应区域，所述第二磁场感应区域用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第二电信号，其中，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两垂直；所述第一接地层和所述第二接地层均开设有开口区域，所述第一磁场感应区域在所述第一接地层和所述第二接地层上的正投影均在所述开口区域的范围内。

在其中一个实施例中，所述第二信号层还包括第二磁场导线，所述第二磁场导线沿第二方向延伸，所述第二磁场导线的第一端通过第二连接通孔与所述第一接地层和/或所述第二接地层连接，其中，所述第一磁场导线和所述第二磁场导线沿所述探头的中轴线对称设置；所述探头还包括：第二金属通孔，分别与所述第一磁场线圈沿第二方向的第二侧边和所述第二磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场线圈的第二侧边和所述第二磁场导线共同围成第三磁场感应区域，所述第三磁场感应区域用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第三电信号，其中，所述第一磁场线圈的第一侧边和第二侧边相对。

在其中一个实施例中，所述第二信号层还包括第三磁场导线，所述第三磁场导线的第一端与所述第一磁场导线的第二端连接，所述第三磁场导线的第二端与所述第二磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场导线和所述第二磁场导线共同围成第四磁场感应区域，所述第四磁场感应区域用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第四电信号。

在其中一个实施例中，所述第一信号层还包括第一带状线、第二带状线，所述探头还包括第一转换通孔、第一同轴连接器、第二转换通孔、第二同轴连接器；所述第一转换通孔用于连通所述第一信号层和所述第一接地层或所述第二接地层，所述第一带状线的第一端与所述第一电磁场线圈的第一侧边连接，所述第一带状线的第二端通过所述第一转换通孔与所述第一同轴连接器的第一端连接；所述第二转换通孔用于连通所述第一信号层和所述第一接地层或所述第二接地层，所述第二带状线的第一端与所述第一电磁场线圈的第二侧边连接，所述第二带状线的第二端通过所述第二转换通孔与所述第二同轴连接器的第一端连接。

在其中一个实施例中，所述探头还包括：测量设备，分别与所述第一同轴连接器的第二端、所述第二同轴连接器的第二端连接，用于根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号，确定沿第一方向的外界磁场的强度以及沿第三方向的外界磁场的强度。

在其中一个实施例中，所述第一转换通孔包括第一信号通孔，以及若干个以预设距离环绕所述第一信号通孔的第一环绕接地通孔，所述第一带状线的第二端通过所述第一信号通孔的导电孔壁连接所述第一同轴连接器的第一端；所述第二转换通孔包括第二信号通孔，以及若干个以所述预设距离环绕所述第二信号通孔的第二环绕接地通孔，所述第二带状线的第二端通过所述第二信号通孔的导电孔壁连接所述第二同轴连接器的第一端。

在其中一个实施例中，所述第一带状线、所述第一转换通孔、所述第一同轴连接器的总传输特性阻抗为50欧姆；所述第二带状线、所述第二转换通孔、所述第二同轴连接器的总传输特性阻抗为50欧姆。

在其中一个实施例中，所述第二磁场感应区域与所述第三磁场感应区域的形状面积相同，且中轴线共线。

在其中一个实施例中，所述第一磁场感应区域与所述第四磁场感应区域的形状面积相同，且中轴线共线。

在其中一个实施例中，所述探头还包括：多个同轴通孔，各所述同轴通孔贯穿各所述接地层和所述信号层，用于固定所述第一接地层、所述第一信号层、所述第二信号层、所述第二接地层。

上述磁场探头，通过设置依次层叠设置的第一接地层、第一信号层、第二信号层、第二接地层，得到了磁场探头的基本结构，其中第一信号层包括第一磁场线圈，第一磁场线圈围成第一磁场感应区域，能够探测空间中沿第一方向的磁场。第二信号层包括第一磁场导线，探头还包括第一金属通孔，第一金属通孔、第一磁场线圈的第一侧边和第一磁场导线共同围成第二磁场感应区域，能够探测空间中沿第三方向的磁场，第一方向和第三方向是相互垂直的，并且在第一接地层和第二接地层上均开设有开口区域，从而使得第一接地层和第二接地层在屏蔽外界干扰信号的同时，也不会遮挡第一磁场感应区域。从而本申请中的磁场探头放在空间中无需转动调整，即可同时探测两个正交方向的磁场，从而得到的磁场探测数据更加准确，探测也更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中磁场探头的结构示意图；

图2为一个实施例中磁场探头的信号层的局部放大俯视图；

图3为一个实施例中磁场探头的信号层的局部放大侧视图；

图4为另一个实施例中磁场探头的信号层的局部放大俯视图；

图5为另一个实施例中磁场探头的结构示意图；

图6为又一个实施例中磁场探头的信号层的局部放大俯视图；

图7为一个实施例中转换通孔的结构示意图；

图8为一个实施例中测量设备与探头连接的结构示意图；

图9为一个实施例中磁场探测线圈的等效结构示意图；

图10为另一个实施例中磁场探测线圈的等效结构示意图。

附图标记说明：10-第一接地层，20-第一信号层，30-第二信号层，40-第二接地层，21-第一磁场线圈，210-第一侧边，211-第二侧边，31-第一磁场导线，32-第一连接通孔，50-第一金属通孔，100-第一磁场感应区域，200-第二磁场感应区域，300-开口区域，33-第二磁场导线，51-第二金属通孔，34-第二连接通孔，35-第三磁场导线，400-第四磁场感应区域，61-第一带状线，62-第一转换通孔，63-第二带状线，64-第二转换通孔，65-第一同轴连接器，66-第二同轴连接器，70-测量设备，67-同轴通孔。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种磁场探头，包括依次层叠设置的第一接地层10、第一信号层20、第二信号层30、第二接地层40，第一信号层20包括第一磁场线圈21，第二信号层30包括第一磁场导线31。探头还包括第一金属通孔50。其中：

第一磁场线圈21围成第一磁场感应区域100，第一磁场感应区域100用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第一电信号。

具体地，如图2所示，第一磁场线圈21围成了第一磁场感应区域100，能够将穿过第一磁场感应区域100的磁场转换为电信号。

具体地，通过如下公式，确定第一电信号：

其中，I₁为第一电信号，B₁为外界沿第一方向的磁场的强度，S₁为第一磁场感应区域100的面积，R₁为第一磁场线圈21的电阻值。

第一磁场导线31沿第二方向延伸，第一磁场导线31的第一端通过第一连接通孔32与第一接地层10和/或第二接地层40连接。

具体地，第一磁场导线31沿第二方向延伸，第一磁场导线31延伸的第一端通过第一连接通孔32与第一接地层10或第二接地层40连接，即接地，从而能够将外界电场在导线上产生的电信号导入地面，从而避免电场信号对探测出的磁场信号的干扰。

具体地，请继续参见图2，第一磁场导线31通过第一连接通孔32接地，并且第一连接通孔32的设置位置是设置在第一磁场导线31的延伸方向的一侧，从而第一磁场导线31需要进行一次弯折再与第一连接通孔32连接，这是为了避免第一磁场导线31接地的第一连接通孔32在第一方向上的正投影与第一磁场线圈21的侧边发生重合，而产生电磁干扰，避免第一磁场导线31与第一磁场线圈21短路。

第一金属通孔50，分别与第一磁场线圈21沿第二方向的第一侧边210和第一磁场导线31的第二端连接，用于与第一磁场线圈21的第一侧边210和第一磁场导线31共同围成第二磁场感应区域200，第二磁场感应区域200用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第二电信号，其中，第一方向、第二方向、第三方向两两垂直。

具体地，第一金属通孔50为中空的金属柱，贯穿第一磁场线圈21和第一磁场导线31，通过自身的导电侧壁起到导电的作用。

具体地，如图3所示，第一磁场线圈21通过第一金属通孔50与第一磁场导线31连接，第一磁场导线31通过第一连接通孔32与第一接地层10连接。由第一磁场线圈21的第一侧边210、第一金属通孔50、第一磁场导线31，共同围成第二磁场感应区域200，第二磁场感应区域200能够感应空间中沿第三方向的磁场产生的第二电信号，而第三方向与第一方向垂直，从而使得本申请的探头能够同时探测到正交垂直的两个方向的磁场。

具体地，通过如下公式，确定第二电信号：

其中，I₂为第二电信号，B₂为外界沿第三方向的磁场的强度，S₂为第二磁场感应区域200的面积，R₂为第一磁场线圈21、第一金属通孔50、第一磁场导线31的总电阻值。

第一接地层10和第二接地层40均开设有开口区域300，第一磁场感应区域100在第一接地层10和第二接地层40上的正投影均在开口区域300的范围内。

具体地，第一接地层10和第二接地层40为屏蔽层，用于屏蔽外界干扰信号对传输中的第一电信号和第二电信号所产生的影响，即，屏蔽外界干扰信号对传输线上的信号的影响。而设置开口区域300，能够使得第一接地层10和第二接地层40不会遮挡第一磁场感应区域100，从而不会屏蔽外界的磁场通过第一磁场感应区域100，使得第一磁场感应区域100能够顺利的探测到磁场。

具体地，本申请提及的通孔是穿过整个印制电路板的孔，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。其孔壁圆柱面上可用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，可以起到电气连接、固定或定位器件的作用。

在本实施例中，通过设置依次层叠设置的第一接地层10、第一信号层20、第二信号层30、第二接地层40，得到了磁场探头的基本结构，其中第一信号层20包括第一磁场线圈21，第一磁场线圈21围成第一磁场感应区域100，能够探测空间中沿第一方向的磁场。第二信号层30包括第一磁场导线31，探头还包括第一金属通孔50，第一金属通孔50、第一磁场线圈21的第一侧边210和第一磁场导线31共同围成第二磁场感应区域200，能够探测空间中沿第三方向的磁场，第一方向和第三方向是相互垂直的，并且在第一接地层10和第二接地层40上均开设有开口区域300，从而使得第一接地层10和第二接地层40在屏蔽外界干扰信号的同时，也不会遮挡第一磁场感应区域100。从而本申请中的磁场探头放在空间中无需转动调整，即可同时探测两个正交方向的磁场，从而得到的磁场探测数据更加准确，探测也更加方便。

在一个实施例中，如图4所示，第二信号层30还包括第二磁场导线33，探头还包括第二金属通孔51。其中：

第二磁场导线33沿第二方向延伸，第二磁场导线33的第一端通过第二连接通孔34与第一接地层10和/或第二接地层40连接，其中，第一磁场导线31和第二磁场导线33沿探头的中轴线对称设置。

第二金属通孔51，分别与第一磁场线圈21沿第二方向的第二侧边211和第二磁场导线33的第二端连接，用于与第一磁场线圈21的第二侧边211和第二磁场导线33共同围成第三磁场感应区域，第三磁场感应区域用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第三电信号，其中，第一磁场线圈21的第一侧边210和第二侧边211相对。

具体地，第三磁场感应区域与第二磁场感应区域200相对，其侧视图请参考图3，与图3相同，由第一磁场线圈21的第二侧边211、第二金属通孔51、第二磁场导线33共同围成第三磁场感应区域，能够感应空间中沿第三方向的磁场产生的第三电信号。

具体地，通过如下公式，确定第三电信号：

其中，I₃为第三电信号，B₃为外界沿第三方向的磁场的强度，S₃为第三磁场感应区域的面积，R₃为第一磁场线圈21、第二金属通孔51、第二磁场导线33的总电阻值。

具体地，在磁场强度不变时，磁场线圈的面积越大，则由磁场转换为的电信号就越大。因此，通过设置第二磁场导线33，围成了第三磁场感应区域，第三磁场感应区域与第二磁场感应区域200叠加，使得对于第三方向的磁场的探测面积更大，从而增大了转换得到的电信号的幅值。

示例性地，第二磁场感应区域200与第三磁场感应区域的形状面积相同，且中轴线共线，从而第二磁场感应区域200与第三磁场感应区域能够完全叠加，获得最大的磁场增益。

具体地，通过第一连接通孔32和第二连接通孔34，能够将磁场导线上由于外界电场产生的感应电信号导入地，从而避免了电信号对磁场探测的影响，使得得到的磁场信号更加准确，并且通过设置这样的对称的结构，能够使得探头上的电荷更加平衡，增强了对差分电场的抑制，使得电场信号对磁场信号的干扰更小，具备更好的电场抑制比，通过差分的结构，在后续计算时能够将电场消掉，进一步提高了探测得到的磁场的准确性。

在本实施例中，通过设置第二磁场导线33，从而得到了第三磁场感应区域，第三磁场感应区域与第二磁场感应区域200叠加，共同感应第三方向的磁场，从而对于外界沿第三方向的磁场产生的电信号具备更大的增益，能够探测到更加微弱的磁场信号。

在一个实施例中，如图5、6所示，第二信号层30还包括第三磁场导线35。

第三磁场导线35的第一端与第一磁场导线31的第二端连接，第三磁场导线35的第二端与第二磁场导线33的第二端连接，用于与第一磁场导线31和第二磁场导线33共同围成第四磁场感应区域400，第四磁场感应区域400用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第四电信号。

具体地，通过设置第三磁场导线35，能够与第一磁场导线31和第二磁场导线33共同围成第四磁场感应区域400，第四磁场感应区域400用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第四电信号。第一磁场感应区域100与第四磁场感应区域400叠加，使得对于第一方向的磁场的探测面积更大，从而增大了转换得到的电信号的幅值。

具体地，通过如下公式，确定第四电信号：

其中，I₄为第四电信号，B₄为外界沿第一方向的磁场的强度，S₄为第四磁场感应区域400的面积，R₄为第一磁场导线31、第二磁场导线33、第三磁场导线35的总电阻值。

具体地，同上述实施例，在增加第三磁场导线35后，探头依然是一个对称的结构，通过设置这样的对称的结构，能够使得探头上的电荷更加平衡，增强了对差分电场的抑制，使得电场信号对磁场信号的干扰更小，具备更好的电场抑制比，通过差分的结构，在后续计算时能够将电场消掉，进一步提高了探测得到的磁场的准确性。

示例性地，第一磁场感应区域100与第四磁场感应区域400的形状面积相同，且中轴线共线。从而第一磁场感应区域100与第四磁场感应区域400能够完全叠加，获得最大的磁场增益。

在本实施例中，通过设置第三磁场导线35，从而得到了第四磁场感应区域400，第四磁场感应区域400与第一磁场感应区域100叠加，共同感应第一方向的磁场，从而对于外界沿第一方向的磁场产生的电信号具备更大的增益，能够探测到更加微弱的磁场信号。

在一个实施例中，请继续参见图1，所述第一信号层10还包括第一带状线61、第二带状线63，磁场探头还包括第一转换通孔62、第一同轴连接器65、第二转换通孔64、第二同轴连接器66。其中：

第一转换通孔62用于连通第一信号层20和第一接地层10或第二接地层40，第一带状线61的第一端与第一电磁场线圈的第一侧边210连接，第一带状线61的第二端通过第一转换通孔62与第一同轴连接器65的第一端连接。

具体地，第一转换通孔62贯穿第一带状线61和第一接地层10或第二接地层40，第一同轴连接器通过第一转换通孔62与第一带状线61的第二端连接，从而能够将第一带状线61上的电信号导出。

示例性地，第一同轴连接器为微波高频连接器(Small A Type，简称SMA)同轴连接器。

具体地，第一转换通孔62通过导电孔壁实现带状线与SAM同轴连接器之间的导通，能够传输特性阻抗匹配，抑制信号衰减、降低传输谐振。

具体地，如图7所示，第一转换通孔62包括信号通孔，以及若干个以预设距离环绕信号通孔的环绕接地通孔，第一带状线61的第二端通过信号通孔的导电孔壁连接第一同轴连接器65的第一端。

具体地，第一带状线、第一转换通孔、第一同轴连接器共同的传输特性阻抗为50欧姆。环绕接地通孔的数量为六个，通过六个同轴通孔阵列，可补偿中心的信号通孔引起的阻抗失配，保证传输特性阻抗是50欧，提高探头的传输效率。各层之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进行计算，计算出在预设阻抗下层间间隔、导线尺寸以及材料等因素所需要的设计。通过合理设计使得信号传输部的特性阻抗为50欧姆。由于通常外设分析设备的特性阻抗一般都为50欧姆，因此在本实施例中选择将特性阻抗设计为50欧姆，便于与外设分析设备进行阻抗匹配，同时保证传输过程中的信号损耗低、信号反射低。

第二转换通孔64用于连通第一信号层20和第一接地层10或第二接地层40，第二带状线63的第一端与第一电磁场线圈的第二侧边211连接，第二带状线63的第二端通过第二转换通孔64与第二同轴连接器66的第一端连接。

具体地，第二转换通孔64贯穿第二带状线63和第一接地层10或第二接地层40，第二同轴连接器通过第二转换通孔64与第二带状线63的第二端连接，从而能够将第二带状线63上的电信号导出。

示例性地，第二同轴连接器为SMA同轴连接器。

具体地，第二转换通孔64通过导电孔壁实现带状线与SAM同轴连接器之间的导通，能够传输特性阻抗匹配，抑制信号衰减、降低传输谐振。

具体地，请继续参见图7，第二转换通孔64包括信号通孔，以及若干个以预设距离环绕信号通孔的环绕接地通孔，第二带状线63的第二端通过信号通孔的导电孔壁连接第二同轴连接器66的第一端。

具体地，第二信号传输部的传输特性阻抗为50欧姆。环绕接地通孔的数量为六个，通过六个同轴通孔67阵列，可补偿中心的信号通孔引起的阻抗失配，保证传输特性阻抗是50欧，提高探头的传输效率。各层之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进行计算，计算出在预设阻抗下层间间隔、导线尺寸以及材料等因素所需要的设计。通过合理设计使得信号传输部的特性阻抗为50欧姆。由于通常外设分析设备的特性阻抗一般都为50欧姆，因此在本实施例中选择将特性阻抗设计为50欧姆，便于与外设分析设备进行阻抗匹配，同时保证传输过程中的信号损耗低、信号反射低。

在本实施例中，通过设置信号传输的组件，将各磁场感应区域探测部捕获的电信号传输出去，并且在传输的过程中，尽量保证电信号不受到干扰，并提高传输的质量。

在一个实施例中，如图8所示，磁场探头还包括测量设备70。

测量设备70分别与第一同轴连接器65的第二端、第二同轴连接器66的第二端连接，用于根据第一电信号、第二电信号、第三电信号、第四电信号，确定沿第一方向的外界磁场的强度以及沿第三方向的外界磁场的强度。

具体地，第一转换通孔62和第二转换通孔64贯穿接地层，测量设备70与第一转换通孔62和第二转换通孔64分别通过第一同轴连接器65和第二同轴连接器66连接，从而能够获取到第一带状线61(图中未示出)和第二带状线63(图中未示出)上的电信号。

示例性地，测量设备70为频谱分析仪或网络分析仪。测量设备70可焊接微波高频连接器(Small A Type，简称SMA)同轴连接器，同轴连接器的一端与带状线连接，另一端与测量设备70连接。

具体地，可用网络分析仪和微带线搭建磁场探头的校准系统。校准用的微带线可被认为是一个可用来发射标准场的外部标准件。该微带线可产生一定的准TEM(TransverseElectric and Magnetic Field，电磁场)射频电场，使用磁场探头对该标准件进行Y方向的扫描(垂直于微带线走线方向)，可以得到磁场探头的空间分辨率。具体的扫描方法包括：用探头在不同的位置进行探测，探测出场强大小，用网络分析仪绘制不同位置场强大小随位置的关系图，进而得出空间分辨率。另外，通过逐步调小标准源磁信号可以对探头的探测灵敏度进行标定。借助该校准系统及扫描方法，可对磁场探头的测量结果进行探测校准。

具体地，如图1所示的磁场探头，其等效磁场探测线圈如图9所示，通过第一磁场感应区域100探测沿第一方向的外界磁场，通过第二磁场感应区域200探测沿第三方向的外界磁场，通过磁场导线感应沿第二方向的电场。图中的A点和B点代表测量设备70与第一磁场线圈21的两个连接点。

当沿第一方向的外界磁场穿过线圈时，根据右手定则，会在线圈上激发如图9中箭头所示的方向的电信号，从而A点会产生沿第二方向的电信号，而另一端由于第一磁场导线31接地，从而另一端的电信号从第一磁场导线31上流入地中，从而B点的电信号为0。

当沿第三方向的外界磁场穿过线圈时，根据右手定则，会在线圈上激发如图9中箭头所示的方向的电信号，从而A点会产生沿第二方向的电信号，B点也会产生沿第二方向的电信号。

当沿第二方向的外界电场穿过线圈时，也会在A点和B点激发出电信号，但是该电信号由于电场感应的区域太小，从而该电信号特别小，可以忽略不计。

从而，综上可得如下关系式：

V_X＝V_a-V_b

V_Y＝V_b

其中，V_X为空间中第一方向的外界磁场所产生的电信号，V_Y为空间中第三方向的外界磁场所产生的电信号，V_a为测量设备70从A点处获取到的电信号，V_b为测量设备70从B点处获取到的电信号。

综上，A点的电信号，即为空间中第一方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号与第三方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号的叠加，而B点的电信号仅为第三方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号。从而将A点的电信号减去B点的电信号，剩下的即为第一方向的外界磁场所产生的电信号，而B点的电信号即为空间中第三方向的外界磁场所产生的电信号。

从而测量设备70能够根据V_X和V_Y与磁场之间的线性关系，通过校准和计算，即可得到空间中第一方向的磁场和第二方向的磁场大小。

具体地，如图5所示的磁场探头，其等效磁场探测线圈如图10所示，通过第一磁场感应区域100探测沿第一方向的外界磁场，通过第二磁场感应区域200探测沿第三方向的外界磁场，通过磁场导线感应沿第二方向的电场。图中的A点和B点代表测量设备70与第一磁场线圈21的两个连接点。

当沿第一方向的外界磁场穿过线圈时，根据右手定则，会在线圈上激发如图10中箭头所示的方向的电信号，从而A点会产生沿第二方向的电信号，B点会产生沿负的第二方向的电信号。

当沿第三方向的外界磁场穿过线圈时，根据右手定则，会在线圈上激发如图10中箭头所示的方向的电信号，从而A点会产生沿第二方向的电信号，B点也会产生沿第二方向的电信号。

当沿第二方向的外界电场穿过线圈时，也会在A点和B点激发出电信号，但是该电信号由于电场感应的区域太小，并且电信号会迅速流入地中，从而该电信号特别小，可以忽略不计。

从而，综上可得如下关系式：

V_X＝V_a-V_b

V_Y＝V_a+V_b

其中，V_X为空间中第一方向的外界磁场所产生的电信号，V_Y为空间中第三方向的外界磁场所产生的电信号，V_a为测量设备70从A点处获取到的电信号，V_b为测量设备70从B点处获取到的电信号。

综上，A点的电信号，即为空间中第一方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号与第三方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号的叠加，而B点的电信号为负的第一方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号与第三方向的外界磁场穿过线圈时所产生的电信号的叠加。从而将A点的电信号减去B点的电信号，剩下的即为第一方向的外界磁场所产生的电信号，将A点的电信号加上、B点的电信号，剩下的即为第三方向的外界磁场所产生的电信号。

从而测量设备70能够根据V_X和V_Y与磁场之间的线性关系，通过校准和计算，即可得到空间中第一方向的磁场和第二方向的磁场大小。

在本实施例中，通过测量设备70，能够根据第一电信号、第二电信号、第三电信号、第四电信号，确定沿第一方向的外界磁场的强度以及沿第三方向的外界磁场的强度。

在一个实施例中，请继续参加图8，磁场探头还包括：多个同轴通孔67。

各同轴通孔67贯穿各接地层和信号层，用于固定第一接地层10、第一信号层20、第二信号层30、第二接地层40。

在本实施例中，各同轴通孔67贯穿探头的各层，用于固定探头，或者将探头与外界测量设备70固定连接。以使得探头的结构更加稳固。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种磁场探头，其特征在于，包括依次层叠设置的第一接地层、第一信号层、第二信号层、第二接地层；

所述第一信号层包括第一磁场线圈，所述第一磁场线圈围成第一磁场感应区域，所述第一磁场感应区域用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第一电信号；

所述第二信号层包括第一磁场导线，所述第一磁场导线沿第二方向延伸，所述第一磁场导线的第一端通过第一连接通孔与所述第一接地层和/或所述第二接地层连接；

所述探头还包括：

第一金属通孔，分别与所述第一磁场线圈沿第二方向的第一侧边和所述第一磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场线圈的第一侧边和所述第一磁场导线共同围成第二磁场感应区域，所述第二磁场感应区域用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第二电信号，其中，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两垂直；

所述第一接地层和所述第二接地层均开设有开口区域，所述第一磁场感应区域在所述第一接地层和所述第二接地层上的正投影均在所述开口区域的范围内。

2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于，

所述第二信号层还包括第二磁场导线，所述第二磁场导线沿第二方向延伸，所述第二磁场导线的第一端通过第二连接通孔与所述第一接地层和/或所述第二接地层连接，其中，所述第一磁场导线和所述第二磁场导线沿所述探头的中轴线对称设置；

所述探头还包括：

第二金属通孔，分别与所述第一磁场线圈沿第二方向的第二侧边和所述第二磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场线圈的第二侧边和所述第二磁场导线共同围成第三磁场感应区域，所述第三磁场感应区域用于感应外界沿第三方向的磁场产生的第三电信号，其中，所述第一磁场线圈的第一侧边和第二侧边相对。

3.根据权利要求2所述的探头，其特征在于，

所述第二信号层还包括第三磁场导线，所述第三磁场导线的第一端与所述第一磁场导线的第二端连接，所述第三磁场导线的第二端与所述第二磁场导线的第二端连接，用于与所述第一磁场导线和所述第二磁场导线共同围成第四磁场感应区域，所述第四磁场感应区域用于感应外界沿第一方向的磁场产生的第四电信号。

4.根据权利要求2或3所述的探头，其特征在于，还包括：所述第一信号层还包括第一带状线、第二带状线，所述探头还包括第一转换通孔、第一同轴连接器、第二转换通孔、第二同轴连接器；

所述第一转换通孔用于连通所述第一信号层和所述第一接地层或所述第二接地层，所述第一带状线的第一端与所述第一电磁场线圈的第一侧边连接，所述第一带状线的第二端通过所述第一转换通孔与所述第一同轴连接器的第一端连接；

所述第二转换通孔用于连通所述第一信号层和所述第一接地层或所述第二接地层，所述第二带状线的第一端与所述第一电磁场线圈的第二侧边连接，所述第二带状线的第二端通过所述第二转换通孔与所述第二同轴连接器的第一端连接。

5.根据权利要求4所述的探头，其特征在于，还包括：

测量设备，分别与所述第一同轴连接器的第二端、所述第二同轴连接器的第二端连接，用于根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号，确定沿第一方向的外界磁场的强度以及沿第三方向的外界磁场的强度。

6.根据权利要求4所述的探头，其特征在于，

所述第一转换通孔包括第一信号通孔，以及若干个以预设距离环绕所述第一信号通孔的第一环绕接地通孔，所述第一带状线的第二端通过所述第一信号通孔的导电孔壁连接所述第一同轴连接器的第一端；

所述第二转换通孔包括第二信号通孔，以及若干个以所述预设距离环绕所述第二信号通孔的第二环绕接地通孔，所述第二带状线的第二端通过所述第二信号通孔的导电孔壁连接所述第二同轴连接器的第一端。

7.根据权利要求4所述的探头，其特征在于，所述第一带状线、所述第一转换通孔、所述第一同轴连接器的共同传输特性阻抗为50欧姆；

所述第二带状线、所述第二转换通孔、所述第二同轴连接器的共同传输特性阻抗为50欧姆。

8.根据权利要求2所述的探头，其特征在于，所述第二磁场感应区域与所述第三磁场感应区域的形状面积相同，且中轴线共线。

9.根据权利要求3所述的探头，其特征在于，所述第一磁场感应区域与所述第四磁场感应区域的形状面积相同，且中轴线共线。

10.根据权利要求1-9任一项所述的探头，其特征在于，还包括：

多个同轴通孔，各所述同轴通孔贯穿各所述接地层和所述信号层，用于固定所述第一接地层、所述第一信号层、所述第二信号层、所述第二接地层。

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