CN116068464A - 一种有源磁场探头 - Google Patents

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CN116068464A CN202211488823.4A CN202211488823A CN116068464A CN 116068464 A CN116068464 A CN 116068464A CN 202211488823 A CN202211488823 A CN 202211488823A CN 116068464 A CN116068464 A CN 116068464A
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transmission
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李晓春
何鑫
刘宇勖
毛军发
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Abstract

本发明公开一种有源磁场探头，涉及电磁兼容和电磁场近场测试技术领域。探测部在感应到待测件的磁场变化以后感应产生电磁信号，水平转接结构实现电磁信号从带状线到人工表面等离激元的平滑过渡以及两者之间的阻抗匹配，有源放大电路放大电磁信号，极大提高了有源磁场探头的灵敏度。

Description

一种有源磁场探头
技术领域
本发明涉及电磁兼容和电磁场近场测试技术领域，特别是涉及一种有源磁场探头。
背景技术
随着电子技术的发展，工作频率快速增加，版图复杂度急剧提高，芯片体积不断减小，电子设备的电磁兼容性设计面临新的挑战。利用近场探头并结合逐点近场扫描可以帮助我们精确测量电路板、芯片、天线等器件辐射出来的电磁场强度，解决电磁干扰问题。
近场磁场探头可以用来测量电路板等器件辐射出来的磁场强度，其主要性能包括带宽，灵敏度和空间分辨率。带宽是指磁场探头可以正常工作的频带范围，灵敏度是指磁场探头耦合磁场能量的能力，而空间分辨率是指磁场探头识别电磁干扰源位置的能力。
根据内部元件划分，磁场探头可分为两种类型，即无源探头和有源探头。专利文献(CN105717466A)中公开了一种无源磁场探头结构，但是，对于无源磁场探头来说，要想获得高的空间分辨率性能，就得减小探头的尺寸，但是减小尺寸又会恶化探头的灵敏度性能。有源磁场探头结构的提出能有效地解决上述问题。期刊文献(IEEE Microwave andWirelessComponents Letters:Design of Miniature Active Magnetic Probe for Near-FieldWeak Signal Measurement in ICs)提出了一种有源磁场探头，此探头由四层金属层组成，从上往下依次为第一信号层、第一地平面、第二信号层、第二地平面，从第二信号层通过垂直转接结构，即通孔结构，将感应信号传输到第一信号层。随着频率的升高，通孔结构的寄生电容产生的谐振现象越来越明显，恶化探头的高频响应。期刊文献(InternationalJournal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering:A miniature shielded-loop active H-field probe designwithhigh spatial resolution fornear-fieldmeasurement)提出了一种类似的由四层金属层组成的有源磁场探头，同样存在垂直转接结构的寄生电容产生的谐振现象恶化探头高频响应的问题，限制了有源磁场探头的工作带宽。
目前已有的无源磁场探头存在空间分辨率和灵敏度两项指标相矛盾的问题，已有的有源磁场探头存在垂直转接结构限制探头工作带宽的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种有源磁场探头，可提高磁场探头的灵敏度与扩宽磁场探头的工作带宽。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种有源磁场探头，所述有源磁场探头包括：探测部、水平转接结构和有源放大电路；
探测部、水平转接结构和有源放大电路依次级联；
所述探测部用于在待测件的时变磁场中感应产生横电磁波模式的横电磁波模式电磁信号；
所述水平转接结构用于连接探测部的带状线与有源放大电路的人工表面等离激元，将电磁信号从横电磁波模式转变为人工表面等离激元模式；
所述有源放大电路用于放大人工表面等离激元模式的电磁信号后输出。
可选的，所述探测部为带状线结构。
可选的，所述探测部包括：第一上层外导体、内导体、第一下层外导体、第一传输导体和短接通孔；
第一上层外导体、内导体和第一下层外导体依次间隔设置；
第一上层外导体与第一下层外导体的形状相同；第一上层外导体和第一下层外导体上分别开设一凹槽，呈开口环形状；第一上层外导体的凹槽与第一下层外导体的凹槽对应设置；
短接通孔位于第一上层外导体与第一下层外导体之间，短接通孔的一端与第一上层外导体连接，短接通孔的另一端与第一下层外导体连接；
内导体为开口金属环，所述开口金属环、第一上层外导体的凹槽和第一下层外导体的凹槽均对应设置，且所述开口金属环的开口方向与第一上层外导体的凹槽的开口方向、第一下层外导体的凹槽的开口方向均不同；
短接通孔与所述开口金属环的一末端连接；
第一传输导体的一端与所述开口金属环的另一末端连接，第一传输导体的另一端与水平转接结构连接；
所述内导体在待测件的时变磁场中感应产生横电磁波模式的电磁信号，并通过第一传输导体传输至水平转接结构。
可选的，所述探测部还包括：第一介质基板、第二介质基板和多个屏蔽通孔；
第一上层外导体与内导体通过第一介质基板连接，内导体与第一下层外导体通过第二介质基板连接；
每个屏蔽通孔贯穿第一介质基板和第二介质基板；多个屏蔽通孔的一端均与第一上层外导体连接，多个屏蔽通孔的另一端均与第一下层外导体连接；多个屏蔽通孔呈两列分布在第一传输导体的两侧，且不与第一传输导体接触；多个屏蔽通孔用于屏蔽噪声。
可选的，所述水平转接结构包括：第二上层外导体、第二下层外导体、第二传输导体、第三介质基板和第四介质基板；
第二上层外导体、第二传输导体和第二下层外导体依次间隔设置；
第二传输导体的一端与第一传输导体的另一端连接，第二传输导体的另一端与有源放大电路连接；第二上层外导体与第一上层外导体连接，第二下层外导体与第一下层外导体连接；
第二传输导体从一端到另一端呈非线性渐宽；第二上层外导体上开设有锥形槽，所述锥形槽沿着第二传输导体渐宽的方向非线性渐宽；
所述第二传输导体用于保证带状线和人工表面等离激元之间的阻抗匹配，同时利用所述锥形槽将电磁信号从横电磁波模式转变为人工表面等离激元模式，并将人工表面等离激元模式的电磁信号传输至有源放大电路；
第二上层外导体与第二传输导体通过第三介质基板连接，第二传输导体与第二下层外导体通过第四介质基板连接；第三介质基板与第一介质基板连接，第四介质基板与第二介质基板连接。
可选的，所述有源放大电路包括：直流供电端、低噪声放大器、输入导体和输出导体；
直流供电端分别与外置的直流电压源设备和低噪声放大器的供电端口连接，所述直流供电端用于为低噪声放大器提供直流偏置电压；
输入导体的一端与第二传输导体的另一端连接，输入导体的另一端与低噪声放大器的信号输入端连接；所述输入导体用于将人工表面等离激元模式的电磁信号输入至低噪声放大器；
低噪声放大器的信号输出端与输出导体的一端连接，所述低噪声放大器用于对人工表面等离激元模式的电磁信号进行放大，并将放大后的电磁信号经输出导体输出至外置的接收机设备。可选的，所述有源放大电路还包括：去噪电容电路、第三下层外导体、多个接地通孔和第五介质基板；
去噪电容电路设置在直流供电端和低噪声放大器之间，所述去噪电容电路用于降低直流供电端输入的直流偏置电压的噪声分量，并将去噪后的直流偏置电压输入至低噪声放大器；
第三下层外导体的一端与第二下层外导体连接；
多个接地通孔的一端与去噪电容电路的多个接地端一一对应连接，多个接地通孔的另一端均设置在第三下层外导体上；所述接地通孔用于为噪声信号提供回路；
去噪电容电路与第三下层外导体通过所述第五介质基板连接，第五介质基板与第四介质基板连接。
可选的，所述去噪电容电路包括：三个去噪电容组；
每一个去噪电容组的输入端与直流供电端连接，每一个去噪电容组的输出端与低噪声放大器的三个供电端口一一对应连接；
每一个去噪电容组由3个并联的电容组成。
可选的，所述输入导体上设置有多个矩形齿，多个矩形齿构成人工表面等离激元，所述人工表面等离激元用于增强人工表面等离激元模式的电磁信号的传输。
可选的，所述有源磁场探头基于三层印刷电路板设计与加工，所述三层印刷电路板依次为底部金属层、中间金属层和顶部金属层；
第一上层外导体和第二上层外导体基于所述顶部金属层一体成型；
内导体、第一传输导体、第二传输导体、输入导体和输出导体基于所述中间金属层一体成型；直流供电端、低噪声放大器和去噪电容电路均设置在所述中间金属层上；
第一下层外导体、第二下层外导体和第三下层外导体基于所述底部金属层一体成型。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种有源磁场探头，探测部在感应到待测件的磁场变化以后感应产生电磁信号，水平转接结构实现电磁信号从带状线到人工表面等离激元的平滑过渡以及两者之间的阻抗匹配，有源放大电路放大电磁信号，极大提高了该磁场探头的灵敏度。
本发明中探测部的内导体、第一传输导体、水平转接结构的第二传输导体和有源放大电路的输入导体、输出导体位于同一金属层，并设计有屏蔽通孔，减弱了通孔结构带来的谐振干扰，扩宽了磁场探头的工作带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的有源磁场探头的结构示意图；
图2为本发明提供的介质基板、外导体、内导体的相对位置示意图；
图3为本发明提供的导体分层示意图；
图4为本发明提供的介质基板示意图；
图5为本发明提供的频率特性仿真与测试曲线示意图；
图6为本发明提供的灵敏度的性能测试示意图。
符号说明：1a-第一介质基板，1b-第二介质基板，1c-第三介质基板，1d-第四介质基板，1e-第五介质基板，2a-上层外导体，2b-下层外导体，3-内导体，4-短接通孔，5-屏蔽通孔，6-锥形槽，7-直流供电端，8-去噪电容，9-接地通孔，10-低噪声放大器，11-第一传输导体，12-第二传输导体，13-输入导体，14-输出导体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种有源磁场探头，可提高磁场探头的灵敏度与扩宽磁场探头的工作带宽。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种有源磁场探头，包括：探测部、水平转接结构和有源放大电路。探测部、水平转接结构和有源放大电路依次级联。探测部用于在待测件的时变磁场中感应产生横电磁波模式的横电磁波(Transverse Electromagnetic Wave，TEM)模式电磁信号。水平转接结构用于将电磁信号从横电磁波模式转变为人工表面等离激元模式。有源放大电路用于放大人工表面等离激元模式的电磁信号后输出。
下面结合图1至图3详细介绍有源磁场探头中的各个结构。
(一)探测部
探测部为带状线结构。
探测部包括：第一上层外导体、内导体3、第一下层外导体、第一传输导体11和短接通孔4。第一上层外导体、内导体3和第一下层外导体依次间隔设置。第一上层外导体与第一下层外导体的形状相同；第一上层外导体和第一下层外导体上分别开设一凹槽，呈开口环形状；第一上层外导体的凹槽与第一下层外导体的凹槽对应设置。短接通孔4位于第一上层外导体与第一下层外导体之间，短接通孔4的一端与第一上层外导体连接，短接通孔4的另一端与第一下层外导体连接。内导体3为开口金属环，开口金属环、第一上层外导体的凹槽和第一下层外导体的凹槽均对应设置，且开口金属环的开口方向与第一上层外导体的凹槽的开口方向、第一下层外导体的凹槽的开口方向均不同。短接通孔4与开口金属环的一末端连接。第一传输导体11的一端与开口金属环的另一末端连接，第一传输导体11的另一端与水平转接结构连接。内导体3在待测件的时变磁场中感应产生TEM模式的电磁信号，并通过第一传输导体11传输至水平转接结构。
探测部的上下两层外导体都有开孔，开孔面积相同；探测部开口环部分的内导体3位于探测部外导体开孔外侧，其围成的面积等于探测部外导体开孔面积。另外，在探测部的开口环部分设计有一个短接通孔4。短接通孔4位于探测部外导体开孔外侧，从下往上依次通过探测部开口环部分的下层外导体，探测部开口环部分的内导体3末端，探测部开口环部分的上层外导体，在探测部开口环部分形成闭合环路。
探测部还包括：第一介质基板1a、第二介质基板1b和多个屏蔽通孔5。
第一上层外导体与内导体通过第一介质基板1a连接，内导体与第一下层外导体通过第二介质基板1b连接。每个屏蔽通孔5贯穿第一介质基板1a和第二介质基板1b。多个屏蔽通孔5均设置在第一上层外导体与第一下层外导体之间，多个屏蔽通孔5的一端均与第一上层外导体连接，多个屏蔽通孔5的另一端均与第一下层外导体连接；多个屏蔽通孔5呈两列分布在第一传输导体11的两侧，且不与第一传输导体11接触。如图3所示，屏蔽通孔5均匀放置在探测部传输部分的左侧和右侧，屏蔽通孔5的作用为减弱外界对信号传输的干扰。示例性的，相邻屏蔽通孔5之间的间隔距离小于λ/10。
第一介质基板1a的形状为矩形，第一介质基板1a与第一上层外导体的矩形外边缘的形状相同，即，第一上层外导体上有开口环，但第一介质基板1a没有开口环。第二介质基板1b的形状与第一介质基板1a的形状相同。
图2示出一种介质基板、上下两层外导体和内导体3的相对位置示意图，介质基板、上下两层外导体和内导体3的相对位置并不限于图2所示的位置关系和尺寸。位于内导体3上方的第一介质基板1a总厚度为h1，位于内导体3下方的第二介质基板1b总厚度为h1，外导体和内导体3的金属层厚度均为t。
(二)水平转接结构
水平转接结构包括：第二上层外导体、第二下层外导体、第二传输导体12、第三介质基板1c和第四介质基板1d。
第二上层外导体、第二传输导体12和第二下层外导体依次间隔设置。第二传输导体12的一端与第一传输导体11的另一端连接，第二传输导体12的另一端与有源放大电路连接；第二上层外导体与第一上层外导体连接，第二下层外导体与第一下层外导体连接。第二传输导体12从一端到另一端呈非线性渐宽；第二上层外导体上开设有锥形槽6，锥形槽6沿着第二传输导体12渐宽的方向非线性渐宽。
参照图4，第二上层外导体与第二传输导体通过第三介质基板1c连接，第二传输导体与第二下层外导体通过第四介质基板1d连接；第三介质基板1c与第一介质基板1a连接，第四介质基板1d与第二介质基板1b连接。
第三介质基板1c的形状为矩形，第三介质基板1c与第二上层外导体的矩形外边缘的形状相同，即，第二上层外导体有非线性渐宽缝隙，但是第三介质基板1c没有非线性渐宽缝隙。第四介质基板1d的形状与第三介质基板1c的形状相同。
水平转接部分上层外导体设计有非线性渐变缝隙，用于从TEM模式转变为人工表面等离激元模式。第二传输导体12设置成非线性渐宽用于保证带状线和人工表面等离激元之间的阻抗匹配。
(三)有源放大电路
有源放大电路包括：直流供电端7、低噪声放大器10、输入导体13和输出导体14。
直流供电端7分别与外置的直流电压源设备和低噪声放大器10的供电端口连接，直流供电端7用于为低噪声放大器10提供直流偏置电压。输入导体13的一端与第二传输导体12的另一端连接，输入导体13的另一端与低噪声放大器10的信号输入端连接；输入导体13用于将人工表面等离激元模式的电磁信号输入至低噪声放大器10。低噪声放大器10的信号输出端与输出导体14的一端连接，低噪声放大器10用于对人工表面等离激元模式的电磁信号进行放大，并将放大后的电磁信号经输出导体14输出。
低噪声放大器10为有源集成低噪声放大器模块，不是基于的三层印刷电路板利用微带结构设计的，该集成低噪声放大器具有宽频带、小型化特性。低噪声放大器10的作用为放大感应电磁信号的能量，从而提高探头的灵敏度。
参照图1，有源放大电路还包括：去噪电容电路、第三下层外导体、多个接地通孔9和第五介质基板1e。
去噪电容电路设置在直流供电端7和低噪声放大器10之间，去噪电容电路用于降低直流供电端7输入的直流偏置电压的噪声分量，并将去噪后的直流偏置电压输入至低噪声放大器10。第三下层外导体的一端与第二下层外导体连接。多个接地通孔9的一端与去噪电容电路的多个接地端一一对应连接，多个接地通孔9的另一端均设置在第三下层外导体上；接地通孔9用于为噪声信号提供回路。去噪电容电路与第三下层外导体通过第五介质基板1e连接，第五介质基板1e与第四介质基板1d连接。第五介质基板1e的形状与第三下层外导体的形状相同。
示例性的，去噪电容电路包括：三个去噪电容组。每一个去噪电容组的输入端与直流供电端7连接，每一个去噪电容组的输出端与低噪声放大器10的三个供电端口一一对应连接。每一个去噪电容组由3个并联的电容(去噪电容8)组成。
如图3所示，在输入导体13上设置有多个矩形齿，多个矩形齿构成人工表面等离激元，人工表面等离激元用于增强人工表面等离激元模式的电磁信号的传输。
图3为有源磁场探头的导体分层示意图，从左至右分别为上层外导体，内导体层，下层外导体。在本发明提供的有源磁场探头结构中，探测部开口环部分高度为a；宽度为b；缝隙的高度为c；宽度为d，其在工艺条件下应设计得尽可能小以便减小误差。有源放大电路部分，去噪电容的电容值为c1，c2，c3，c4，c5，c6，c7，c8，c9。
有源磁场探头基于三层印刷电路板设计与加工，三层印刷电路板依次为底部金属层、中间金属层和顶部金属层。第一上层外导体和第二上层外导体基于顶部金属层一体成型，构成上层外导体2a。内导体3、第一传输导体11、第二传输导体12、输入导体13和输出导体14基于中间金属层一体成型；直流供电端7、低噪声放大器10和去噪电容电路均设置在中间金属层上。第一下层外导体、第二下层外导体和第三下层外导体基于底部金属层一体成型，构成下层外导体2b。
第一介质基板1a与第三介质基板1c一体成型，第二介质基板1b、第四介质基板1d与第五介质基板1e一体成型。
本发明的有源磁场探头的整个工作流程为：探测部置于待测件的上方，探测部为末端接地单金属环，在感应到待测件的磁场变化以后产生电磁信号。由于探测部中短接通孔4连接了上层外导体、下层外导体和内导体3，形成一个回路，在内导体上会形成感应信号，感应信号从内导体向后传输，流经第一传输导体11至第二传输导体12。到达第二传输导体12后，由于该信号存在于上层外导体与下层外导体的内部，而最终想要测量的感应信号需要传输至表面。传统的方式是通过垂直转接结构，即通孔结构，将内部的感应信号传输到表面，但是该种方式会产生谐振，在高频下谐振现象更为明显，限制探头的工作带宽，而本发明引入水平转接结构，通过水平转接结构上设置的锥形槽6，将感应信号从带状线结构转换到人工表面等离激元结构，从而有源放大电路中不再设置上层外导体和上层介质基板，只设置了下层外导体和下层介质基板。所以人工表面等离激元模式的感应信号通过输入导体13，经低噪声放大器10放大后，从输出导体14输出。
本实施例中采用微带线作为待测件来测试磁场探头的性能，采用矢量网络分析仪作为接收设备来接收输出信号。微带线的一端连接矢量网络分析仪的Port 1端口，另一端连接匹配负载；磁场探头的输出端(输出导体14)接矢量网络分析仪的Port2端口。使用本发明的有源磁场探头对微带线进行测量时，将探测部的上下层外导体的凹槽的开口置于微带线的上方，并且开口平面与微带线的磁场方向保持垂直关系。
图5为有源磁场探头的频率特性仿真与测试曲线。图示结果显示，有源磁场探头的带宽为16GHz至43.5GHz，低噪声放大器10低频的非线性和高频的非线性限制了探头的带宽。S21对应磁场探头探测到的磁场强度。
图6为有源磁场探头的灵敏度的性能测试图。灵敏度定义为当磁场探头位于微带线正上方时，其能耦合到的最小激励信号能量值。图示结果显示，参考磁场探头(无有源放大电路设计)和有源磁场探头的灵敏度分别约为-70dBm和-90dBm，和参考磁场探头(无有源放大电路设计)相比，有源磁场探头的灵敏度提高20dB。图6的横轴Frequency表示频率，纵轴Sensitivity表示灵敏度。
探测部的内导体3和有源放大电路的导体位于同一金属层，并设计有屏蔽通孔5，这减弱了通孔结构带来的谐振干扰，扩宽了磁场探头的工作带宽；有源放大电路引入低噪声放大器10，提高了磁场探头的灵敏度；磁场探头各个部分结构实现方案简单，易于工程人员和研发人员掌握本发明中磁场探头的设计方案，同时成本低廉，易于在工程上进行推广应用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种有源磁场探头，其特征在于，所述有源磁场探头包括：探测部、水平转接结构和有源放大电路；
探测部、水平转接结构和有源放大电路依次级联；
所述探测部用于在待测件的时变磁场中感应产生横电磁波模式的电磁信号；
所述水平转接结构用于连接探测部的带状线与有源放大电路的人工表面等离激元，将电磁信号从横电磁波模式转变为人工表面等离激元模式；
所述有源放大电路用于放大人工表面等离激元模式的电磁信号后输出。
2.根据权利要求1所述的有源磁场探头，其特征在于，所述探测部为带状线结构。
3.根据权利要求1所述的有源磁场探头，其特征在于，所述探测部包括：第一上层外导体、内导体、第一下层外导体、第一传输导体和短接通孔；
第一上层外导体、内导体和第一下层外导体依次间隔设置；
第一上层外导体与第一下层外导体的形状相同；第一上层外导体和第一下层外导体上分别开设一凹槽，呈开口环形状；第一上层外导体的凹槽与第一下层外导体的凹槽对应设置；
短接通孔位于第一上层外导体与第一下层外导体之间，短接通孔的一端与第一上层外导体连接，短接通孔的另一端与第一下层外导体连接；
内导体为开口金属环，所述开口金属环、第一上层外导体的凹槽和第一下层外导体的凹槽均对应设置，且所述开口金属环的开口方向与第一上层外导体的凹槽的开口方向、第一下层外导体的凹槽的开口方向均不同；
短接通孔与所述开口金属环的一末端连接；
第一传输导体的一端与所述开口金属环的另一末端连接，第一传输导体的另一端与水平转接结构连接；
所述内导体在待测件的时变磁场中感应产生横电磁波模式的电磁信号，并通过第一传输导体传输至水平转接结构。
4.根据权利要求3所述的有源磁场探头，其特征在于，所述探测部还包括：第一介质基板、第二介质基板和多个屏蔽通孔；
第一上层外导体与内导体通过第一介质基板连接，内导体与第一下层外导体通过第二介质基板连接；
每个屏蔽通孔贯穿第一介质基板和第二介质基板；多个屏蔽通孔的一端均与第一上层外导体连接，多个屏蔽通孔的另一端均与第一下层外导体连接；多个屏蔽通孔呈两列分布在第一传输导体的两侧，且不与第一传输导体接触；多个屏蔽通孔用于屏蔽噪声。
5.根据权利要求4所述的有源磁场探头，其特征在于，所述水平转接结构包括：第二上层外导体、第二下层外导体、第二传输导体、第三介质基板和第四介质基板；
第二上层外导体、第二传输导体和第二下层外导体依次间隔设置；
第二传输导体的一端与第一传输导体的另一端连接，第二传输导体的另一端与有源放大电路连接；第二上层外导体与第一上层外导体连接，第二下层外导体与第一下层外导体连接；
第二传输导体从一端到另一端呈非线性渐宽；第二上层外导体上开设有锥形槽，所述锥形槽沿着第二传输导体渐宽的方向非线性渐宽；
所述第二传输导体用于保证带状线和人工表面等离激元之间的阻抗匹配，同时利用所述锥形槽将电磁信号从横电磁波模式转变为人工表面等离激元模式，并将人工表面等离激元模式的电磁信号传输至有源放大电路；
第二上层外导体与第二传输导体通过第三介质基板连接，第二传输导体与第二下层外导体通过第四介质基板连接；第三介质基板与第一介质基板连接，第四介质基板与第二介质基板连接。
6.根据权利要求5所述的有源磁场探头，其特征在于，所述有源放大电路包括：直流供电端、低噪声放大器、输入导体和输出导体；
直流供电端分别与外置的直流电压源设备和低噪声放大器的供电端口连接，所述直流供电端用于为低噪声放大器提供直流偏置电压；
输入导体的一端与第二传输导体的另一端连接，输入导体的另一端与低噪声放大器的信号输入端连接；所述输入导体用于将人工表面等离激元模式的电磁信号输入至低噪声放大器；
低噪声放大器的信号输出端与输出导体的一端连接，所述低噪声放大器用于对人工表面等离激元模式的电磁信号进行放大，并将放大后的电磁信号经输出导体输出至外置的接收机设备。
7.根据权利要求6所述的有源磁场探头，其特征在于，所述有源放大电路还包括：去噪电容电路、第三下层外导体、多个接地通孔和第五介质基板；
去噪电容电路设置在直流供电端和低噪声放大器之间，所述去噪电容电路用于降低直流供电端输入的直流偏置电压的噪声分量，并将去噪后的直流偏置电压输入至低噪声放大器；
第三下层外导体的一端与第二下层外导体连接；
多个接地通孔的一端与去噪电容电路的多个接地端一一对应连接，多个接地通孔的另一端均设置在第三下层外导体上；所述接地通孔用于为噪声信号提供回路；
去噪电容电路与第三下层外导体通过所述第五介质基板连接，第五介质基板与第四介质基板连接。
8.根据权利要求7所述的有源磁场探头，其特征在于，所述去噪电容电路包括：三个去噪电容组；
每一个去噪电容组的输入端与直流供电端连接，每一个去噪电容组的输出端与低噪声放大器的三个供电端口一一对应连接；
每一个去噪电容组由3个并联的电容组成。
9.根据权利要求6所述的有源磁场探头，其特征在于，所述输入导体上设置有多个矩形齿，多个矩形齿构成人工表面等离激元，所述人工表面等离激元用于增强人工表面等离激元模式的电磁信号的传输。
10.根据权利要求7所述的有源磁场探头，其特征在于，所述有源磁场探头基于三层印刷电路板设计与加工，所述三层印刷电路板依次为底部金属层、中间金属层和顶部金属层；
第一上层外导体和第二上层外导体基于所述顶部金属层一体成型；
内导体、第一传输导体、第二传输导体、输入导体和输出导体基于所述中间金属层一体成型；直流供电端、低噪声放大器和去噪电容电路均设置在所述中间金属层上；
第一下层外导体、第二下层外导体和第三下层外导体基于所述底部金属层一体成型。
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