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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Messung einer elektromagnetischen Strahlung von einer betriebenen
Einheit, wie etwa einer betriebenen Leiterplatte.
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Eine Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung mit zweidimensional angeordneten Sensorelementen zum Empfangen
elektromagnetischer Strahlung und einer Schalteinheit zum Liefern
eines Detektionssignals von jedem Sensorelement nacheinander, um
ein zweidimensionales Ergebnis einer elektromagnetischen Detektion
zu liefern, ist bekannt.
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Eine solche Vorrichtung zur Messung
elektromagnetischer Strahlung nach dem Stand der Technik ist in
der japanischen Patentveröffentlichung Nr.
5-67184 offenbart. Diese Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung nach dem Stand der Technik umfasst eine Matrix von Drahtschleifenantennen
auf einer mehrlagigen Leiterplatte bzw. Platte mit gedruckter Schaltung,
wobei jede Drahtschleifenantenne eine elektromagnetische Strahlung detektiert
und sie in ein elektronisches Signal umwandelt, sowie einen Schaltkreis
mit Dioden, um das elektronische Signal nacheinander von einer der Schleifenantennen
auszugeben.
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5 ist
ein Schaltdiagramm einer zweiten Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung nach dem Stand der Technik. 6 ist
ein Teilschaltdiagramm der zweiten Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung nach dem Stand der Technik. In 5 und 6 sind
elektromagnetische Strahlungsmessarrays 104 in X-Richtung
angeordnet. Jedes der elektromagnetischen Strahlungsmessarrays umfasst
eine Vielzahl (im Allgemeinen 20 bis 40) von Drahtschleifenantennen 101 und
eine Schaltdiode 103, die eine elektromagnetische Detektionseinheit
auf einer Leiterplatte bilden, welche in Y-Richtung angeordnet ist.
Eine Übertragungsleitung 102 in jedem
elektromagnetischen Strahlungsmessarray ist an die Kathoden der
jeweiligen Dioden angeschlossen. Eine elektromagnetische Strahlung,
die durch eine Drahtschleifenantenne 101 detektiert wird,
wird in ein elektrisches Detektionssignal umgewandelt, welches an
die Übertragungsleitung 102 durch
die Schaltdiode 103 geliefert wird, wobei eine Auswahl
in Y-Richtung bewirkt wird, indem ein Y-Richtungs-Auswahlsignal an
einen Anschluss 105 angelegt wird, um die entsprechende
Schaltdiode 103 einzuschalten. Daher wird das Detektionssignal
von den ausgewählten
Drahtschleifenantennen an die Übertragungsleitung 102 durch
die Schaltdioden 103 geliefert. Ein Ende jeder der Übertragungsleitungen 102 ist
mit einem Abschlusselement mit einer-charakteristischen Impedanz
(im Allgemeinen 50 Ohm) abgeschlossen. Die anderen Enden der jeweiligen Übertragungsleitungen 102 werden
an einen Signalauswahlabschnitt 119 mit einer Übertragungsleitung 121 und
Schaltdioden 120 geführt.
Das heißt,
die jeweiligen Übertragungsleitungen 102 sind
an die Übertragungsleitung 21,
die sich in der X-Richtung erstreckt, durch die Schaltdioden 120 gekoppelt.
Die Übertragungsleitung 121 ist
so angeordnet, dass sie den jeweiligen Schaltdioden 120 nahe
ist.
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Wenn eine der Schaltdioden 120 eingeschaltet
wird, werden die anderen Schaltdioden 120 abgeschaltet,
um die Auswahl in der X-Richtung vorzusehen. Daher wird das Detektionssignal
von einer der Schleifenantennen 101 ausgegeben.
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In dem zweiten Stand der Technik
wirkt ein Abschnitt A der Übertragungslinie
von dem Verbindungspunkt zwischen der Schaltdiode 120a und
der Übertragungsleitung 121 zu
einem Ende der Übertragungsleitung 121 unter
der Annahme, dass eine Schaltdiode 120a eingeschaltet ist,
da alle anderen Schaltdioden 120 in dem Signalauswahlabschnitt 119 abgeschaltet
sind, als eine offenendige Übertragungsleitung.
Daher zeigt dieser Abschnitt A eine niedrige Impedanz bei einer
Frequenz entsprechend einer Wellenlänge λ g, wobei λ g = 4 × A
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Daher wird eine Übertragungsfrequenzcharakteristik
des Signalauswahlabschnitts 119 zum selektiven Ausgeben eines der
Ausgänge
der elektromagnetischen Arrays verschlechtert. Das heißt, diese
Frequenz begrenzt die messbare hohe Frequenz (maximale Frequenz).
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Wenn es gewünscht ist, die maximale Frequenz
zu erhöhen,
wird ein messbarer Lagebereich bzw. Positionsbereich begrenzt. Umgekehrt
wird die maximale Frequenz begrenzt, wenn es gewünscht ist, den messbaren Lagebereich
zu erweitern. Zum Beispiel wird angenommen, dass eine Länge der Übertragungsleitung
200 mm beträgt.
Die maximale Länge
der offenendigen Leitung der Übertragungsleitung 21 beträgt etwa
150 mm. Dann, wenn die Leiterplatte eine allgemeine dielektrische
Koristante aufweist, beträgt
die maximale messbare Frequenz etwa 230 MHz. Jedoch wird im Allgemeinen
eine maximiale messbare Frequenz der elektromagnetischen Strahlung
von 30 MHz bis 1 GHz gefordert. Wenn daher die maximale messbare
Frequenz 1 GHz sein muss, sollte die Länge der Übertragungsleitung 21 etwa
70 mm betragen. Dies liefert dann einen ungenügenden Lagebereich für eine allgemeine
Größe einer
Leiterplatte, die gemessen werden soll.
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Die EP-0 239 251 A offenbart eine
Vorrichtung zur Überwachung
elektromagnetischer Emissionsniveaus, welche Decodier- und Ansteuerungs- bzw. Treiberschaltungen
verwendet, um der Reihe nach ein Array von Schleifenantennen abzutasten.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung bereitzustellen.
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In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird
eine Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen,
welche umfasst:
ein Substrat;
eine Antennenelementmatrix
auf dem Substrat, die erste bis L-te Arrays umfasst, die nacheinander
in einer X-Richtung in einem vorbestimmten Intervall angeordnet
sind, wobei jedes der ersten bis L-ten Arrays eine Vielzahl von
Antennenelementen umfasst, die in einer Y-Richtung angeordnet sind
und einen Ausgangsanschluss besitzen, wobei jedes Antennenelement
eine elektromagnetische Strahlung von einem Ziel empfängt und
ein Detektionssignal erzeugt; und
ein Signalauswahlmittel an
dem Substrat, das auf die X- und Y-Auswahlsignale anspricht, um selektiv
das Detektionssignal von einem der Antennenelemente an einen der
Ausgangsanschlüsse
zu liefern, wobei das X-Auswahlsignal eines der Arrays auswählt und das
Y-Auswahlsignal eines der Antennenelemente in dem vorbestimmten
Array auswählt;
gekennzeichnet durch
erste bis N-te Signalausgabeschaltungen,
die jeweils Eingänge,
zumindest einen Ausgang und zumindest eine Signalauswahlschaltung
umfassen, um die Eingänge
selektiv mit den Ausgabeanschlüssen
zu koppeln, deren Anzahl kleiner als die Anzahl der Eingänge ist,
wobei die N-te Ausgabeschaltung nur einen Ausgang zur Lieferung
eines Ausgabedetektionssignals aufweist, und die Eingänge der
ersten Signalausgabeschaltung mit jeweiligen der Ausgabeanschlüsse verbunden
sind;
wobei L und N natürliche
Zahlen größer als
1 sind; und jede der zweiten bis N-ten Ausgabeschaltungen zumindest
eine Übertragungsleitung
aufweist, die sich im Wesentlichen in der X-Richtung erstreckt,
um einen der Eingangsanschlüsse
derselben mit zumindest der Signalauswahlschaltung derselben zu
verbinden; und die oder jede Ausgabeschaltung mit entsprechenden
der Ausgabeanschlüsse
verbunden ist.
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Die erste Vorrichtung zur Messung
elektromagnetischer Strahlung kann ferner einen Frequenzkompensationsabschnitt
zur Kompensation von Frequenzcharakteristiken des Ausgabedetektionssignals
und zur Ausgabe eines frequenzkompensierten Signals umfassen.
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In der ersten Vorrichtung zur Messung
elektromagnetischer Strahlung kann der erste Signalauswahlabschnitt
Verstärkungselemente
wie etwa Transistoren auf dem Substrat umfassen, die benachbart zu
jeweiligen Antennenelementen angeordnet sind, von denen jedes ein
Ende umfasst, das mit einem der Antennenelemente verbunden ist,
und das andere Ende mit dem Ausgabeanschluss eines der ersten bis
L-ten Arrays verbunden ist, und jedes Verstärkungselement das Detektionssignal
von einem der Antennenelemente zu einem der Ausgabeanschlüsse bei
einem Betrieb jedes der Verstärkungselemente
selektiv verstärkt
und selektiv liefert, die in Ansprechen auf die X- und Y-Auswahlsignale
gesteuert werden.
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Andere optionale Merkmale der Erfindung sind
in den beiliegenden Ansprüchen
definiert.
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Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
und die beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden, in welchen:
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1 ein
Schaltdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung einer ersten Ausführungsform
ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung einer zweiten Ausführungsform
ist;
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3 ein
Diagramm einer Frequenzcharakteristik der zweiten Ausführungsform
ist;
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4 ein
Schaltdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung einer dritten Ausführungsform
ist;
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5 ein
Schaltdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung nach dem zweiten Stand der Technik ist;
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6 ein
Teilschaltdiagramm der Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung nach dem zweiten Stand der Technik ist;
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7 eine
Draufsicht einer Drahtschleifenantenne dieser Erfindung ist; und
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8 und 9 Teilschaltdiagramme einer
Abwandlung der ersten Ausführungsform
sind, auf die auch in der dritten Ausführungsform Bezug genommen wird.
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Dieselben oder einander entsprechende
Elemente oder Teile werden in den Zeichnungen durchgehend mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Im Folgenden wird hierin eine erste
Ausführungsform
dieser Erfindung beschrieben. 1 ist ein
Schaltdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung der ersten Ausführungsform.
Elektromagnetische Strahlungsmessarrays 4 (4-1 bis 4-1)
sind in einer X-Richtung auf einer mehrlagigen Leiterplatte 23 angeordnet
(1 ist ein natürliche
Zahl, im Allgemeinen 50). 7 ist
eine Draufsicht einer Drahtschleifenantenne dieser Erfindung. Jedes
der elektromagnetischen Strahlungsmessarrays 4 umfasst
eine Vielzahl von elektromagnetischen Detektionseinheiten 52,
die in einer Y-Richtung angeordnet sind, sowie eine Übertragungsleitung 2 an
einer Leiterplatte 23. Jede der elektromagnetischen Detektionseinheiten 52 umfasst eine
Drahtschleifenantenne 1 und eine Schaltdiode 3.
Die Übertragungsleitung 2 ist
mit den Kathoden der jeweiligen Schaltdioden 3 verbunden
und erstreckt sich in der Y-Richtung. Die Drahtschleifenantenne 1 besitzt
eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt mit einer Breite von 6
bis 8 mm und einer Höhe von
4 mm, sowie Schaltdioden 3.
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Zwanzig bis vierzig elektromagnetische
Detektionseinheiten 52 sind in jedem der elektromagnetischen
Strahlungsmessarrays 4 angeordnet, und fünfzig elektromagnetische
Strahlungsmessarrays 4 sind in der Antennenelementmatrix 20 angeordnet. Daher
sind eintausend bis zweitausend elektromagnetische Detektionseinheiten 52 in
einer Matrix X-Y in einer tatsächlichen
Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Strahlung angeordnet.
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Eine elektromagnetische Strahlung
wird von jeder Drahtschleifenantenne 1 detektiert und wird
in ein elektrisches Detektionssignal umgewandelt, das durch die
Schaltdiode 3 an die Übertragungsleitung 2 geliefert
wird.
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Die Auswahl in der Y-Richtung wird
bewirkt, indem ein Y-Richtungs-Steuersignal
als eine Vorspannung an einen der Eingangsanschlüsse 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal
entsprechend der Drahtschleifenantenne 1, von welcher ein
Detektionssignal detektiert werden soll, angelegt wird.
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Das Anlegen des Y-Richtungs-Steuersignals an
den Eingangsanschluss 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal
schaltet die entsprechende Schaltdiode 3 ein. Daher wird
das Detektionssignal von den ausgewählten Drahtschleifenantennen 1 an die Übertragungsleitung 2 durch
die Schaltdiode 3 geliefert. Ein Ende jeder der Übertragungsleitungen 2 wird
mit einem Abschlusselement 6 mit einer charakteristischen
Impedanz abgeschlossen, welche im Allgemeinen 50 Ohm beträgt. Verbindungspunkte
zwischen den Übertragungsleitungen 2 und
den Abschlusselementen sind an die Eingangsanschlüsse 19 für das X-Richtungs-Steuersignal
jeweils durch Gleichstrom-Widerstandselement 58 wie etwa
einen Widerstand oder einen Drosselspule angeschlossen. Ein X-Richtungs-Steuersignal
wird an einen der Eingangsanschlüsse 19 für das X-Richtungs-Steuersignal entsprechend
der Drahtschleifenantenne 1, von welcher ein Detektionssignal
detektiert werden soll, angelegt. Das Anlegen des X-Richtungs-Steuersignals
mit einer niedrigen Spannung oder dem Massepegel an den Eingangsanschluss 19 für das X-Richtungs-Steuersignal
wählt eines
der elektromagnetischen Messarrays 4 aus, das diese Drahtschleifenantenne 1 umfasst.
Umgekehrt schaltet das Anlegen einer Versorgungsspannung an den
Eingangsanschluss 19 für
das X-Richtungs-Steuersignal
die Schaltdiode 3 aus. Die anderen Enden der jeweiligen Übertragungsleitungen 2 besitzen
Ausgangsanschlüsse 7-1 bis 7-1,
die an einen ersten Signalauswahlabschnitt 8 angeschlossen
sind. Der erste Signalauswahlabschnitt 8 umfasst m (eine
natürliche Zahl)
Schaltkreise 9, d. h. 9-1 bis 9-m. Der
Schaltkreis 9-1 besitzt Schaltdioden 9a bis 9c,
deren Kathoden jeweils an Ausgangsanschlüsse 7-1 bis 7-3 angeschlossen
sind, um die Detektionssignale von dem ausgewählten elektromagneti schen Strahlungsdetektionsarray 4 auszugeben,
wenn eines der elektromagnetischen Strahlungsdetektionsarrays 4-1 bis 4-3 ausgewählt wird.
Die Anoden der Schaltdioden 9a bis 9c sind an
einen Ausgangsanschluss 10-1 angeschlossen. Andere Schaltkreise 9-2 bis 9-m haben einen ähnlichen
Aufbau und eine ähnliche
Funktion zur Lieferung von Detektionssignalen von dem ausgewählten elektromagnetischen
Strahlungsdetektionsarray 4, wenn eines der elektromagnetischen Strahlungsdetektionsarrays 4,
die an den Schaltkreis 9 gekoppelt sind, ausgewählt wird.
Daher liefert der erste Signalauswahlabschnitt 8 eines
der Detektionssignale von 1 Ausgangsanschlüssen 7-1 bis 7-1 an
m Ausgangsanschlüsse 10-1 bis 10-m(1 > m).
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Die Schaltkreise 9-1 bis 9-m besitzen
jeweils Ausgangsanschlüsse 10-1 bis 10-m.
Die Ausgangsanschlüsse 10-1 bis 10-m sind
an einen zweiten Signalauswahl-(ausgabe-)abschnitt 11 angeschlossen, der
einen Schaltkreis 13-1 bis 13-n umfasst (n ist
ein natürliche
Zahl und 1 > m > n). Die Ausgangsanschlüsse 10-1 bis 10-3 sind
jeweils an die Kathoden der Dioden 13a bis 13c gekoppelt,
wobei die Kathoden der Dioden 13a und 13c an die
Ausgangsanschlüsse 10-1 und 10-3 jeweils
durch Übertragungsleitungen 12a und 12b gekoppelt
sind, doch die Kathode der Diode 13b ist direkt an den
Ausgangsanschluss 10-2 angeschlossen. Die Anoden der Schaltdioden 13a bis 13c sind
an einen Ausgangsanschluss 14-1 angeschlossen. Die anderen
Schaltkreise 13-2 bis 13-n sind in ähnlicher
Weise angeschlossen. Daher liefert der zweite Signalauswahlabschnitt 11 eines
der Detektionssignale von m Ausgangsanschlüssen 10-1 bis 10-m an
einen von n Ausgangsanschlüssen 14-1 bis 14-n (m > n).
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Die Schaltkreise 13-1 bis 13-n besitzen
jeweils Ausgangsanschlüsse 14-1 bis 14-n.
Die Ausgangsanschlüsse 14-1 bis 14-n sind
an einen dritten Signalauswahlabschnitt 15, d. h. eine
letzte Stufe des Signalauswahlab schnitts in dieser Ausführungsform, der
den Schaltkreis 17 umfasst, angeschlossen. Das heißt, die
Ausgangsanschlüsse 14-1 bis 14-n (n
= 3 in dieser Ausführungsform)
sind an die Kathoden der Dioden 17a bis 17c gekoppelt,
wobei die Kathoden der Dioden 17a und 17c an die
Ausgangsanschlüsse 14-1 und 14-3 (14-n)
durch die Übertragungsleitung 16a und 16b gekoppelt
sind, doch die Kathode der Diode 17b ist direkt an den
Ausgangsanschluss 14-2 angeschlossen. Die letzte Stufe
des Signalauswahlabschnitts 15 besitzt einen Ausgangsanschluss 18, der
an die Anoden der Schaltdioden 17a bis 17c angeschlossen
ist, zur Lieferung des Detektionssignals von einer der Drahtschleifenantennen 1 als
ein Ausgangsdetektionssignal dieser Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung. In dieser Ausführungsform
gibt es drei Stufen der Signalauswahlabschnitte. Jedoch kann dieser
Aufbau in Übereinstimmung
mit der Anzahl der elektromagnetischen Detektionseinheiten 52 hierarchisch
erweitert werden.
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Die Übertragungsleitungen 12a, 12b, 16a und 16,
etc. koppeln die Ausgangsanschlüsse
an die Dioden mit den kürzesten
Abständen.
Das heißt,
diese erstrecken sich in der X-Richtung. Die Leitungen der Dioden 9a und 9c von
den Kathoden können ebenfalls
als Übertragungsleitungen
betrachtet werden.
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Ein Betrieb dieser Ausführungsform
wird nun beschrieben.
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Eine Ziel-Leiterplatte (in 1 nicht dargestellt) wird
so angeordnet, dass sie der Leiterplatte 23 dieser Vorrichtung
zur Messung elektromagnetischer Strahlung mit einem vorbestimmten
Abstand gegenübersteht,
und die Ziel-Leiterplatte wird in Betrieb gesetzt. Der Ausgangsanschluss 18 ist
an ein Messinstrument, wie etwa einen Spektralanalysator oder dergleichen
gekoppelt. Dann werden das Y-Richtungs-Steuersignal und das X- Richtungs-Steuersignal
(L-Niveau) selektiv an einen der Eingangsanschlüsse 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal
und an einen der Eingangsanschlüsse 19-1 bis 191 für das X-Richtungs-Steuersignal
geliefert. Das Y-Richtungs-Steuersignal
besitzt eine Vorspannung, um die Schaltdioden 3 an derselben
Reihe (ROW), die an denselben Eingangsanschluss 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal
angeschlossen sind, einzuschalten. Wenn das X-Richtungs-Steuersignal
eine niedrige Spannung besitzt (der Massepegel ist), die an einen
der Eingangsanschlüsse 19 für das X-Richtungs-Steuersignal geliefert
wird, und ein Vorspannungsstrom von einer der Drahtschleifenantennen 1 in
der Reihe, an welche das Y-Richtungs-Steuersignal geliefert wird, fließt. Das
heißt,
ein Vorspannungsstrom fließt
durch die Drahtschleifenantenne, die sowohl mit dem Y-Richtungs-Steuersignal als
auch mit dem X-Richtungs-Steuersignal versorgt wird.
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Die elektromagnetische Strahlung,
die durch eine Schleifenantenne 1 empfangen wird, wird
in ein Wechselstrom-Detektionssignal auf dem Vorspannungsstrom umgewandelt,
und das Wechselstrom-Detektionssignal
wird an den Ausgangsanschluss 7 geliefert. Dann wird ein
Detektionssignal von einer Drahtschleifenantenne 1 entsprechend dem
Eingangsanschluss 19 für
das X-Richtungs-Steuersignal und dem entsprechenden Eingangsanschluss 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal an
dem Ausgangsanschluss 18 über einen der Ausgangsanschlüsse 7-1 bis 7-1,
eine der Schaltdioden in dem ersten Signalauswahlabschnitt 8,
einen der Ausgangsanschlüsse 10-1 bis 10-m,
eine der Schaltdioden in dem zweiten Signalauswahlabschnitt 11, einen
der Ausgangsanschlüsse 14-1 bis 14-m,
eine der Schaltdioden in dem dritten Signalauswahlabschnitt 15 ausgegeben,
wobei ein eindeutiger Signaldurchgang gebildet wird. Das Anlegen
des X-Richtungs-Steuersignals und des Y-Richtungs-Steuersignal wird
nacheinander verändert,
so dass alle Drahtschleifenantennen 1, die in einer Matrix
angeordnet sind, abgetastet werden. Das Messinstrument beobachtet
das Detektionssignal von dem Ausgangsanschluss 18 in Phase
mit diesem Abtastvorgang und kann eine Karte einer Frequenzspektralanalyse
liefern, die die elektromagnetische Strahlung von jeweiligen Punkten
der Ziel-Leiterplatte anzeigt, d. h. eine Verteilung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung
der Ziel-Leiterplatte 25.
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In den ersten bis dritten Signalauswahlabschnitten 8, 11,
und 15 gibt es keine offenendige Übertragungsleitung, während das
Detektionssignal durch diese läuft,
so dass die Übertragungscharakteristik
in den Signalauswahlabschnitten verbessert wird. Das heißt, die
elektromagnetische Messung bis zu einer höheren Frequenz kann mit derselben
Größe der Leiterplatte
und derselben Auflösung
erhalten werden.
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In der oben erwähnten Ausführungsform gibt es drei Stufen
der Signalauswahlabschnitte. Jedoch kann dieser Aufbau hierarchisch
erweitert werden, um die Anzahl 1 der elektromagnetischen
Detektionsarrays zu vergrößern. Darüber hinaus
gibt es drei Schaltdioden in jedem der Schaltkreise in dem ersten bis
dritten Signalauswahlabschnitt 8, 11, und 15.
Es ist auch möglich,
die Anzahl der Schaltdioden unter Berücksichtigung der Frequenzcharakteristik
zu erhöhen.
In dieser Ausführungsform
werden die Schaltdioden in den ersten bis dritten Signalauswahlabschnitten 8, 11,
und 15 verwendet. Es können
jedoch FETs (Feldeffekttransistoren) oder dergleichen an Stelle
der Schaltdioden verwendet werden.
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Nun wird eine Abwandlung der ersten
Ausführungsform
beschrieben.
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8 und 9 sind Teilschaltdiagramme
einer Abwandlung der ersten Ausführungsform,
auf die auch in der dritten Ausführungsform
Bezug genommen wird. In 8 ersetzt
der FET 53 mit einem Gate, das an die Drahtschleifenantenne
angeschlossen ist, einer Source, die an die Über tragungsleitung angeschlossen
ist, und einem Drain an Masse die Schaltdiode 3. Der FET 53 und
die Drahtschleifenantenne 1 bilden eine elektromagnetische
Detektionseinheit 52' zum
selektiven Ausgeben eines Detektionssignals in Übereinstimmung mit dem Y-Richtungs-Steuersignal
und in ähnlicher
Weise mit dem X-Richtungs-Steuersignal.
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In 9 ersetzt
eine Signalauswahlschaltung 57 mit FETs als Schaltelemente
die Signalauswahlabschnitte 8 und 9. Die FETs 54-1 bis 54-3 erfordern
einen Vorspannungswiderstand 55, und zwischen den Ausgangsanschlüssen 7-1 bis 7-3 und den
FETs 54-1 bis 54-3 sind Wechselstromkopplungs-Kondensatoren 56-1 bis 56-3 vorgesehen.
Jeder der FETs 54 wird durch ein extern geliefertes Steuersignal
gesteuert.
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Nun wird eine zweite Ausführungsform
beschrieben.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung der zweiten Ausführungsform.
Die Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Strahlung der zweiten Ausführungsform
umfasst die mehrlagige gedruckte Schaltung 23 mit dem in 1 gezeigten Schaltungsaufbau
zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung von einer Ziel-Leiterplatte 25,
eine Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung 26, die
an den Ausgangsanschluss 18 an der Leiterplatte 23 über einen
Eingangsanschluss 27 derselben gekoppelt ist, zum Kompensieren
einer Frequenzcharakteristik des Detektionssignals und zum Ausgeben eines
frequenzkompensierten Detektionssignals an einem Ausgangsanschluss 32.
Die Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung 25 umfasst
einen rauscharmen Verstärker 28 zum
Verstärken
des Detektionssignal von dem Ausgangsanschluss 18, eine Filterschaltung 29,
umfassend ein Tiefpassfilter 29c, zumindest ein Bandpassfilter 29b,
und ein Hochpassfilter 29a, und einen Verstärker 29d zum
Kombinieren dieser Filter, zum Kompensieren einer Frequenzcharakteristik
des Detektionssignals, und einen Leistungsverstärker 30 zum Ausgeben des frequenzkompensierten
Detektionssignals an einem Ausgangsanschluss 32.
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Ein Betrieb der zweiten Ausführungsform wird
nun beschrieben.
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Eine Ziel-Leiterplatte 25 wird
so angeordnet, dass sie der Leiterplatte 23 dieser Vorrichtung
zur Messung elektromagnetischer Strahlung mit einem vorbestimmten
Abstand gegenübersteht,
und die Ziel-Leiterplatte 25 wird in Betrieb gesetzt. Die
Leiterplatte 23 und die Frequenzcharakteristik-Schaltung 26 sind
in einem Gehäuse 24 montiert.
Der Ausgangsanschluss 32 ist an das in der ersten Ausführungsform
erwähnte
Messinstrument, wie etwa den Spektralanalysator oder dergleichen,
gekoppelt. Dann werden das Y-Richtungs-Steuersignal und das X-Richtungs-Steuersignal
selektiv an einen der Eingangsanschlüsse 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal und
an die Eingangsanschlüsse 19-1 bis 191 für das X-Richtungs-Steuersignal
geliefert. Ein Detektionssignal von einer Drahtschleifenantenne 1 entsprechend
dem Eingangsanschluss 19' für das X-Richtungs-Steuersignal
und den entsprechenden Eingangsanschluss 5 für das Y-Richtungs-Steuersignal wird
an dem Ausgangsanschluss 18 ausgegeben. Das Anlegen des
X-Richtungs-Steuersignals und des Y-Richtungs-Steuersignals wird nacheinander verändert, so
dass alle Drahtschleifenantennen 1, die in einer Matrix
angeordnet sind, abgetastet werden.
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Die Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung 26 kompensiert
die Frequenzcharakteristik des Detektionssignals von dem Ausgangsanschluss 18 und
liefert das frequenzcharakteristikkompensierte Detektionssignal
an das externe Messinstrument.
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Das Messinstrument kann eine Karte
einer Frequenzspektralanalyse liefern, die die elektromagnetische
Strahlung von jeweiligen Punkten der Ziel-Leiterplatte mit einer
Frequenzkompensation anzeigt.
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Der rauscharme Verstärker 28 verstärkt das Detektionssignal
von dem Ausgangsanschluss 18 mit einem Verstärkungsfaktor
mit flacher Frequenzcharakteristik über einen breiten Frequenzbereich. Die
Filterschaltung 29 kompensiert die Frequenzcharakteristik
des Detektionssignals von dem rauscharmen Verstärker 28 durch eine
Kombination des Tiefpassfilters 29c, eines/mehrerer Bandpassfilter(s) 29b,
und des Hochpassfilters 29a, um eine flache Frequenzcharakteristik
in dem Detektionssignal über einen
erforderlichen Frequenzbereich zu erhalten. Der Leistungsverstärker 31 verstärkt das
frequenzkompensierte Signal, um das frequenzkompensierte Signal
mit einer ausreichenden Leistung mit einer ausreichend niedrigen
Impedanz auszugeben.
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3 ist
ein Diagramm einer Frequenzcharakteristik der zweiten Ausführungsform.
Eine Kurve 33 stellt eine Frequenzcharakteristik des Detektionssignals
an dem Ausgangsanschluss 18 dar. Eine Kurve 34 stellt
eine Frequenzcharakteristik des frequenzcharakteristikkompensierten
Detektionssignals an dem Ausgangsanschluss 32 unter der
Bedingung dar, dass die Frequenzcharakteristik-Kompensationsschaltung
einen Gesamtverstärkungsfaktor
von etwa 18 bis 40 dB aufweist. Als Ergebnis wird die Frequenzcharakteristik
des Detektionssignals kompensiert, um eine flache Frequenzcharakteristik
um das Niveau von –70
dBm mit einer Schwankung innerhalb von etwa 10 dBm zu haben, und
diese Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Strahlung liefert das
Detektionssignal bis zu 1500 MHz.
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Im Folgenden wird hierin eine dritte
Ausführungsform
dieser Erfindung beschrieben. 4 ist ein
Schaltdiagramm einer Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer
Strahlung der dritten Ausführungsform.
Elektromagnetische Strahlungsmessarrays 38 sind in der
X-Richtung auf einer mehrlagigen Leiterplatte 23 angeordnet.
Jedes der elektromagnetischen Strahlungsmessarrays 38 umfasst
Drahtschleifenantennen 1, Transistoren 36, und
eine Übertragungsleitung 37.
Jede der Drahtschleifenantennen 1 und jeder der Transistoren 36 bilden
eine elektromagnetische Detektionseinheit. Die Drahtschleifenantenne 1 besitzt
eine Gestalt wie in 7 dargestellt, ähnlich der
ersten Ausführungsform.
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Die Basis eines jeden Transistors 36 ist
an ein Ende einer jeden Drahtschleifenantenne 35 angeschlossen,
der Emitter des Transistors 36 liegt an Masse, und die
Kollektoren der Transistoren 36 in denselben elektromagnetischen
Strahlungsmessarrays 38 sind gemeinsam an eine Übertragungsleitung 37 angeschlossen.
Der Ausgangsanschluss 42 ist an eine Kathode der Schaltdiode 44 durch
einen Vorspannungswiderstand 51 und einen Überbrückungskondensator 41,
der parallel an den Vorspannungswiderstand 51 angeschlossen
ist, gekoppelt.
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In dem tatsächlichen Schaltkreis sind im
Allgemeinen zwanzig bis vierzig elektromagnetische Detektionsarrays
in X-Richtung angeordnet, und fünfzig
elektromagnetische Einheiten sind in jedem der elektromagnetischen
Strahlungsdetektionsarrays angeordnet. Daher sind eintausend bis
zweitausend elektromagnetische Detektionseinheiten in einer Matrix
X-Y in der tatsächlichen
Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Strahlung angeordnet.
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Eine elektromagnetische Strahlung
wird von jeder Drahtschleifenantenne 1 detektiert und wird
in ein elektrisches Detektionssignal umgewandelt, das durch den
Transistor 36 an die Übertragungsleitung 37 geliefert
wird, wenn der Transistor 36 durch die X- und Y-Richtungs-Steuersignale
aktiviert wird. Das heißt,
die Auswahl in der Y-Richtung wird bewirkt, indem ein Y-Richtungs-Steuersignal 39 als
ein Vorspannungsstrom an einen Eingangsanschluss 39 für das Y-Richtungs-Steuersignal
entsprechend der Drahtschleifenantenne, von welcher ein Detektionssignal
detektiert werden soll, angelegt wird. Das Anlegen des Y-Richtungs-Steuersignals an
das Y-Richtungs-Steuersignal aktiviert den entsprechenden Transistor 36 zusammen
mit dem X-Richtungs-Steuersignal. Daher wird das Detektionssignal
von der ausgewählten
Drahtschleifenantenne 35 an die Übertragungsleitung 37 durch
den Transistor 36 geliefert. Ein Ende jeder der Übertragungsleitungen 37 wird
mit einem Abschlusselement 40 mit einer charakteristischen
Impedanz abgeschlossen, welche im Allgemeinen 50 Ohm beträgt. Verbindungspunkte zwischen
den Übertragungsleitungen 37 und
den Abschlusselementen 40 sind an die Eingangsanschlüsse 47 für das X-Richtungs-Steuersignal
jeweils durch Widerstände 59 angeschlossen.
Ein X-Richtungs-Steuersignal mit einem niedrigen Pegel wird an einen
der Eingangsanschlüsse 47 für das X-Richtungs-Steuersignal entsprechend
der Drahtschleifenantenne 1, von welcher ein Detektionssignal
detektiert werden soll, angelegt. Das Anlegen des X-Richtungs-Steuersignals
an den Eingangsanschluss 47 für das X-Richtungs-Steuersignal wählt eines
der elektromagnetischen Messarrays 38 aus, das diese Drahtschleifenantenne 35 umfasst.
Die anderen Enden der jeweiligen Übertragungsleitungen 37 sind durch
die Überbrückungskondensatoren 41 an
die Ausgangsanschlüsse 42 gekoppelt.
Die Ausgangsanschlüsse 42 sind
an einen Signalauswahlabschnitt 43 angeschlossen. Der Signalauswahlabschnitt 43 umfasst
Schaltkreise mit Schaltdioden 44, die ähnlich der ersten Ausführungsform
arbeiten, um das Detektionssignal an dem Ausgangsanschluss 46 auszugeben.
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Ein Betrieb dieser Ausführungsform
wird nun beschrieben.
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Eine Ziel-Leiterplatte (in 4 nicht dargestellt) wird
so angeordnet, dass sie der Leiterplatte dieser Vorrichtung zur
Messung elektromagnetischer Strahlung mit einem vorbestimmten Abstand
gegenübersteht,
und die Ziel-Leiterplatte wird in Betrieb gesetzt. Der Ausgangsanschluss 46 ist
an ein Messinstrument, wie etwa einen Spektralanalysator oder dergleichen
gekoppelt. Dann werden das Y-Richtungs-Steuersignal und das X-Richtungs-Steuersignal
selektiv an einen der Eingangsanschlüsse 39 für das Y-Richtungs-Steuersignal
und an die Eingangsanschlüsse 47 für das X-Richtungs-Steuersignal
geliefert. Das Y-Richtungs-Steuersignal besitzt eine Vorspannung,
die durch einen geeigneten Vorspannungswiderstand an die Basis der
Transistoren 36 auf derselben Reihe der elektromagnetischen
Strahlungsdetektionseinheiten geliefert wird, die an denselben Eingangsanschluss 39 für das Y-Richtungs-Steuersignal
angeschlossen sind. Wenn das X-Richtungs-Steuersignal eine NIEDRIGE
Spannung oder der Massepegel ist, der an einen der Eingänge für das X-Richtungs-Steuersignal durch
den Widerstand 59 geliefert wird, schaltet die Schaltdiode 44 durch
einen Vorspannungswiderstand 51 und einem Strom, der einen
Vorspannungsstrom und einen elektromagnetischen Strahlungsdetektionsstrom
von einer der Drahtschleifenantennen 1 auf der Reihe, an welche
das Y-Richtungs-Steuersignal an die Basis der Transistoren 36 geliefert
wird, ein. Dann verstärkt nur
der Transistor, der mit den X- und Y-Richtungs-Steuersignalen versorgt
wird, den Basisstrom. Eine Wechselstromkomponente, das heißt, ein
magnetisches Strahlungsdetektionssignal, in dem verstärkten Strom
wird an den Überbrückungskondensator 41 als
das Detektionssignal zu dem Ausgangsanschluss 46 gekoppelt.
Dann wird das Anlegen des X-Richtungs-Steuersignals und des Y-Richtungs-Steuersignal
nacheinander verändert,
so dass alle Drahtschleifenantennen 35, die in einer Matrix angeordnet
sind, abgetastet werden.
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Das Messinstrument beobachtet das
Detektionssignal von dem Ausgangsanschluss 46 in Phase mit
diesem Abtastvorgang und kann eine Karte einer Frequenzspektralanalyse
liefern, die die elektromagnetische Strahlung von jeweiligen Punkten
der Ziel-Leiterplatte mit einer Frequenzkompensation anzeigt, d.
h. eine Verteilung der Intensität
der elektromagnetischen Strahlung der Ziel-Leiterplatte 25.
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Wie erwähnt wird das Detektionssignal
durch den Transistor 36 verstärkt, der benachbart zu der Drahtschleifenantenne
vorgesehen ist, d. h. direkt an die Drahtschleifenantenne angeschlossen
ist, mit einem Verstärkungsfaktor
von 5 dB bis 10 dB, so dass ein Dynamikbereich des Detektionssignals
vergrößert wird.
Darüber
hinaus wird die Empfindlichkeit der Drahtschleifenantenne 36 durch
den Transistor 36 erhöht,
so dass es möglich
ist, die Größe der Drahtschleifenantenne 35 zu
verringern. Damit liefert die geringere Größe der Drahtschleifenantenne 35 eine Empfindlichkeit
für höhere Frequenzen,
zum Beispiel 2 GHz, so dass die Frequenzcharakteristik der Vorrichtung
zur Messung elektromagnetischer Strahlung verbessert werden kann.
Darüber
hinaus liefert die geringere Größe der Drahtschleifenantenne 35 eine höhere Auflösung der
elektromagnetischen Strahlungsmessung.
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In dieser Ausführungsform wird der Transistor 36 als
das Schalt- und Verstärkungselement
verwendet. Jedoch können
auch andere Verstärkungselemente
wie etwa FETs verwendet werden. Das heißt, der in 8 gezeigte FET kann an Stelle des Transistors 36 verwendet
werden. Darüber
hinaus verwendet der Signalauswahlabschnitt 43 die Schaltdioden 44.
Jedoch können
auch die in 9 gezeigten
FETs 54 an Stelle der Schaltdioden 44 verwendet werden.
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In der dritten Ausführungsform
besitzt der Signalauswahlabschnitt 43 hierarchisch aufgebaute Schaltkreise.
Jedoch kann das Merkmal, dass das Detektionssignal durch den benachbarten
Transistor 36 verstärkt
wird, auch in dem Fall bewirkt werden, dass der in 5 nach dem Stand der Technik gezeigte
Schaltkreis verwendet wird.