CN214953811U - 超宽频全向电场测试探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超宽频全向电场测试探头，包括：探测单元、传输单元和测量单元；所述探测单元包括相互正交的三个印刷偶极子天线，用于接收空间各个方向的电磁辐射；所述传输单元用于：将空间各个方向的电磁辐射传输至测量单元；所述测量单元用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射测量电场强度。本实用新型采用相互正交的三个印刷偶极子天线构成探测单元，可以达到空间分辨率高，精度高，测量速度快，布局简单，成本低的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及电场测试探头技术领域，尤其涉及超宽频全向电场测试探头。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着科学技术的飞速发展，电子设备和仪器得到了广泛的应用，但同时也带来了电磁辐射对健康的危害。为了防止和减少电磁辐射污染，首先要对敏感区域的电磁辐射进行测量。电场探针是一种测量近场的工具。它可以用来求取被测区域的电场强度，反映被测区域的电磁辐射强度。
组合式电场探头包括介质板、信号传输线、射频连接器以及与被测量物体相匹配的电场探针；所述电场探针、所述信号传输线和所述射频连接器固定在所述介质板上；所述信号传输线与至少一个所述电场探针连接，并且所述信号传输线与所述射频连接器连接。但是该组合式电场探头的空间分辨率低，测量精度低。
电场无源探头，包括设有若干屏蔽接地通孔的PCB板；该PCB板包括电场探针，带状线、CPWG传输线以及用于匹配带状线的传输阻抗与CPWG传输线的传输阻抗的转换通孔。电场探针包括间隔设置的两根屏蔽线以及设于两根屏蔽线之间的探测部；电场探针对电场进行探测，根据电场线的变化形成射频信号，经带状线、转换通孔以及CPWG传输线的传输结构设计，将低损耗，低反射的射频信号传输出去；该探头保证传输阻抗匹配，并抑制信号衰减以及传输谐振，具有较高的探测带宽，能够保证高空间分辨率，高精度的电场分布测量，可对待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽，高精度的电场分布进行测量。但是该电场无源探头的测量速度慢，布局复杂，成本高。
实用新型内容
本实用新型实施例还提供一种超宽频全向电场测试探头，用以解决现有技术中电场探头空间分辨率低，测量精度低，测量速度慢，布局复杂，成本高的问题，该超宽频全向电场测试探头包括：探测单元、传输单元和测量单元；所述探测单元包括相互正交的三个印刷偶极子天线，用于接收空间各个方向的电磁辐射；所述传输单元用于：将空间各个方向的电磁辐射传输至测量单元；所述测量单元用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射测量电场强度。
在一个实施例中，相互正交的三个印刷偶极子天线采用三角形正交阵。
在一个实施例中，相互正交的三个印刷偶极子天线采用I形正交阵。
在一个实施例中，所述探测单元还包括探测器二极管，三个印刷偶极子天线与探测器二极管连接；
所述探测器二极管用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射检测电场信号。
在一个实施例中，所述探测单元还包括电光转换器，与所述探测器二极管相连，用于将检测到的电场信号转换成光信号。
在一个实施例中，所述探测单元还包括激光驱动电路和激光器，所述探测器二极管、激光驱动电路、激光器与所述传输单元相连；
所述激光驱动电路用于：为激光器提供电压和电流。
所述激光器用于：用于产生激光信号。
在一个实施例中，所述传输单元为光纤。
在一个实施例中，所述传输单元为同轴电缆。
在一个实施例中，所述测量单元包括光电二极管，用于测量光信号，并将光信号变成电信号。
在一个实施例中，所述测量单元还包括显示装置，用于显示电信号
本实用新型实施例中，与现有技术中电场探头空间分辨率低，测量精度低，测量速度慢，布局复杂，成本高的技术方案相比，通过采用相互正交的三个印刷偶极子天线构成探测单元，可以达到空间分辨率高，精度高，测量速度快，布局简单，成本低的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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。在附图中：
图1为本实用新型实施例中超宽频全向电场测试探头的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中三个印刷偶极子天线形成的三角形正交阵示意图；
图3为本实用新型实施例中具体的超宽频全向电场测试探头的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中印刷金属偶极子天线的S参数示意图；
图5为本实用新型实施例中印刷金属偶极子天线的三维方向图；
图6为本实用新型实施例中探头等效电路图；
图7为本实用新型实施例中结电阻较小的输出电压示意图；
图8为本实用新型实施例中结电阻较大的输出电压示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
本实用新型建立了一个应用于电场探针的印刷偶极子天线模型，可应用于电场电路中，有助于进一步研究基于光纤传输的电场探针。
图1为本实用新型实施例中超宽频全向电场测试探头的结构示意图，如图1所示，该超宽频全向电场测试探头包括探测单元、传输单元和测量单元；所述探测单元包括相互正交的三个印刷偶极子天线，用于接收空间各个方向的电磁辐射；所述传输单元用于：将空间各个方向的电磁辐射传输至测量单元；所述测量单元用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射测量电场强度。
在本实用新型实施例中，偶极子天线是一种最基本的单元形式，既可独立使用，也可作为大型天线阵的辐射单元。印刷偶极子天线由两部分组成：在一块介质板上一面印刷平衡巴伦馈电结构，另一面印刷偶极子臂。采用微带平衡巴伦馈电的印刷偶极子天线具有剖面薄、重量轻、体积小、成本低、便于集成和组成阵列等优点而得到广泛的应用。
由于电场探头的固有特性，天线阵必须是各向同性的，才能探测到空间各个方向的波。直观地看，三维天线阵列方向图几乎是一个球体(如图4所示)。因此，三个偶极子天线必须相互正交，如图2所示。
印刷偶极子天线可以方便地实现三角形正交阵和“I”形正交阵。三角正交阵比“I”形正交阵对称。“I”形偶极子天线的一侧有一个不在另一侧的媒体面板。所以它会影响整个天线阵。一般来说，这两种结构都能满足探测器的需要。
利用高频结构模拟器(HFSS)对探头天线进行了仿真。用普通金属制作的电偶极子天线通常用于探测器。仿真结果表明了偶极子天线的基本特性。
对一个8mm长的金属偶极子天线进行了仿真。其S参数曲线如图3所示，图4为三维图形。
如图3所示，金属偶极子天线有明显的谐振点(图中的m1点)，这是限制探头带宽的一个重要因素。由于在天线谐振点附近探头的指示器发生了显著变化，因此不可能在共振频率的带宽上产生探头。但是，探头可以在共振频率下制作。三维偶极子天线方向图具有很好的调节性，可以用来制作正交天线阵。
在本实用新型实施例中，如图5所示，所述探测单元还包括探测器二极管，三个印刷偶极子天线与探测器二极管连接；
所述探测器二极管用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射检测电场信号。
具体的，利用ADS软件对探头二极管进行了仿真。整个系统的等效电路图如图6所示。串联的交流电源V_AC、电阻R1和电容器C1相当于天线，而电路的右侧电感L1、电阻R2、电容器C2、电阻Rj和电容器Cj可以看作二极管。Rj代表二极管的结电阻，Cj代表二极管的结电容。Rj和Cj是二极管的两个主要参数。综上所述，二极管结电容一般应小于0.1pF。市面上选用的两种二极管的结电容均小于0.1pF。一种是低结电阻约10千欧姆的零偏压肖特基二极管，另一种是结电阻在1兆欧到2兆欧之间的低势垒肖特基二极管。对这两个二极管的等效电路进行了仿真。当Rj＝10kΩ时，P1(Num＝1)、P2(Num＝2)之间的直流输出电压vout如图7所示，其中vout＝abs(mag(P1)-mag(P2))，单位是V，mag()表示求向量的幅度。
图7和图8显示，当结电阻Rj较小时，输出电压的低频率较低，曲线更平坦，因此选择零偏压肖特基二极管作为探头的二极管。
为了对二极管探测器进行简单的分析，应将其视为一个零偏压肖特基二极管，并与电容功率相连接。电容功率包括电压源和电容两部分，用它来表示感应电压的偶极天线。零偏压肖特基二极管用非线性阻抗RD和电容CD来表示。Udc是二极管电压的直流分量，是在输出端测得的，在Udc和Uin之间有一个函数关系：Udc＝f(Uin)，因此可以通过Udc得到空间电磁场的强度。
在本实用新型实施例中，所述探测单元还包括电光转换器，与所述探测器二极管相连，用于将检测到的电场信号转换成光信号。
在本实用新型实施例中，如图5所示，所述探测单元还包括激光驱动电路和激光器，所述探测器二极管、激光驱动电路、激光器与所述传输单元相连；
所述激光驱动电路用于：为激光器提供稳定的电压、恒定的电流。
所述激光器用于：用于产生激光信号。
具体的，探测器二极管检测到的电场信号给所述激光驱动电路提供电压和电流。激光驱动电路采用现有技术中已经存在的电路。
在本实用新型实施例中，所述传输单元为光纤或同轴电缆。考虑到探头探测到的信号较弱通过光纤传输。
在本实用新型实施例中，如图5所示，所述测量单元包括光电二极管，用于测量光信号，并将光信号变成电信号。然后测量单元基于电信号确定电场强度。
在本实用新型实施例中，如图5所示，所述测量单元还包括显示装置，用于显示电信号。
本实用新型实施例中，与现有技术中电场探头空间分辨率低，测量精度低，测量速度慢，布局复杂，成本高的技术方案相比，通过采用相互正交的三个印刷偶极子天线构成探测单元，可以达到空间分辨率高，精度高，测量速度快，布局简单，成本低的效果。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超宽频全向电场测试探头，其特征在于，包括：探测单元、传输单元和测量单元；
所述探测单元包括相互正交的三个印刷偶极子天线，用于接收空间各个方向的电磁辐射；
所述传输单元用于：将空间各个方向的电磁辐射传输至测量单元；
所述测量单元用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射测量电场强度。
2.如权利要求1所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，相互正交的三个印刷偶极子天线采用三角形正交阵。
3.如权利要求1所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，相互正交的三个印刷偶极子天线采用I形正交阵。
4.如权利要求1所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述探测单元还包括探测器二极管，三个印刷偶极子天线与探测器二极管连接；
所述探测器二极管用于：根据所述空间各个方向的电磁辐射检测电场信号。
5.如权利要求4所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述探测单元还包括电光转换器，与所述探测器二极管相连，用于将检测到的电场信号转换成光信号。
6.如权利要求4所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述探测单元还包括激光驱动电路和激光器，所述探测器二极管、激光驱动电路、激光器与所述传输单元相连；
所述激光驱动电路用于：为激光器提供电压和电流；
所述激光器用于：用于产生激光信号。
7.如权利要求5或6所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述传输单元为光纤。
8.如权利要求5或6所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述传输单元为同轴电缆。
9.如权利要求5所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述测量单元包括光电二极管，用于测量光信号，并将光信号变成电信号。
10.如权利要求1所述的超宽频全向电场测试探头，其特征在于，所述测量单元还包括显示装置，用于显示电信号。
Priority Applications (1)
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| CN202120523239.2U CN214953811U (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 超宽频全向电场测试探头 |
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| CN214953811U true CN214953811U (zh) | 2021-11-30 |
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| CN202120523239.2U Active CN214953811U (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 超宽频全向电场测试探头 |
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2021
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