KR100241362B1 - 평면형 자계프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원 탐지를 위한 평면형 자계프로브에 관한 것으로, PCB회로 기판상의 과도 전자파발생원을 탐지하기 위한 기존의 프로브로는 두 개의 루프안테나로 구성된 형태가 상용화되어 있으나, 근래 디지털 기술과 반도체 기술의 발달에 따른 전자기기들의 소형화를 감안할 때 이러한 형태의 프로브를 사용할수 있는 대상은 제한되어 있으며, 또 이처럼 자계에 민감한 프로브만을 채용하고 있기 때문에 고임피던스의 불요 전자파에 대해서는 측정에 신뢰성이 결여되는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 PCB기판상의 불요전자파원을 측정할 수 있도록 소형, 고분해능의 광대역(30 MHz - 1 GHz)평면형 프로브를 제작하였으며, 이것은 유전율 2.2, 유전체의 두께 15 mils 인 RT/duroid 5880 유전체기판상에 직경 1cm, 폭 1mm 인 루프 형태로 인쇄된 마이크로스트립 구조이며, 실험을 통해서 구한 최적의 부하저항 120Ω을 삽입하여 광대역 특성을 갖도록 하였다.

Description

평면형 자계프로브

본 발명은 고밀도 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원 탐지를 위한 평면형 자계프로브에 관한 것이다.

근래 디지탈 기술과 반도체 기술의 급속한 발달에 따라 신호처리의 고속화, 저소비 전력화의 실현과 함께 고도로 다양한 기능을 갖는 소형, 경량의 각종 전기, 전자 기기들이 개발되고 있다. 그러나 이러한 디지탈기술에 기초한 기기들은 전파환경차원에서 볼 때 기존의 어넬로그 기기들에 비해 매우 넓은 주파수대역의 불요전자파를 발생하므로 더욱 심각한 전파환경오염의 원인이 된다.

전자파환경을 양적으로 측정하기 위해서는 소형안테나 또는 고주파검파기가 달린 프로브가 사용된다. 프로브는 고주파전자계를 감지한 후에 전자계의 강도를 표시하기 위해 연결된 장비를 통해 직류 전압 출력을 나타낸다. 현재에 이용 가능한 프로브는 전계강도를 감지할 수 있는 것과 자계강도를 감지할 수 있는 두 종류가 있다. 초기 모형은 0.1 V/m 이상의 전계강도를 측정하거나 0.25 mA/m 이상의 자계강도를 측정하기 위한 것이었다. 이들 프로브들의 설계원리는 주로 고주파 에너지의 흡수에 기인한 온도상승에 기초하였다. 이러한 초기모형들은 정확한 감도와 빠른 반응시간, 긴 시간 동안 측정시의 안정성, 주위 온도변화에 대처하는 보정능력과 측정결과의 재현성 등과 같이 측정기가 갖추어야 할 성능면에서 부족하다. 미 NIST 에서 개발한 프로브는 3 개의 직교 다이폴로 구성된 능동 안테나 시스템인데 각 다이폴 안테나들은 서로가 수직으로 배열되어 상호결합에 의한 영향은 비교적 무시할 수 있으며 15 kHz 에서 150 MHz 까지의 주파수 영역에서 사용되도록 설계되었다. 이 프로브의 중요한 이점은 신호의 강도뿐만 아니라 주파수와 위상 특성까지도 재현할 수 있다는 점과 감도도 적당하다는 점이다. 단점으로는 동작범위가 낮다는 점이다. 접선감도(tangential sensitivity)와 선형 동작범위는 둘 다 시스템에 포함된 동조 주파수, 잡음지수, 그리고 수신기의 대역폭에 의존한다. 또 다른 단점으로는 LED 속도에 의해 상위 주파수가 제한된다는 점을 들 수 있다.

그러므로, 이러한 문제를 해결하기위해 30MHz - 1GHz의 주파수 범위에서 각종 전기전자기기로부터 복사되는 전자파 잡음에 대한 잡음원 탐지를 위한 두 개의 루프 안테나로 구성된 프로브가 상용화되어 있으나, PCB실장 전자부품들이 소형화되고 있는 점을 감안할 때 보다 소형의 프로브가 필요하다. 또한 PCB기판 구조와 호환성이 있기위해서는 평면형 프로브가 필요하다.

자계 프로브는 전기적으로 작은 평형 루프 안테나로 구성되며 루프 안테나의 응답은 주파수에 정비례한다. 주파수 영역에서 루프 안테나의 응답을 평탄하게 얻기 위해 루프 안테나의 주파수에 대한 선택도(Quality factor)는 안테나 단자에서 부하저항을 통해 감소되어야 한다. 본 발명에서는 부하저항을 갖는 전기적으로 작은 루프 안테나의 전달함수를 루프 안테나의 응답과 공진효과를 고려하여 제시함으로써 고밀도 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원 탐지 및 시험을 위한 전자파 발생원으로 사용할 수 있는 평면형 자계프로브를 나타내었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하도록 접지면을 갖는 평면 유전체기판상에 극소형의 루프안테나를 에칭하여 PCB 기판상에서의 불요전자파 발생원 탐색 및 EMS 시험을 위한 전자파 발생원으로 사용할 수 있는 소형.고분해능의 자계 측정용 프로브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 평면형 자계프로브의 평단면도.

도 2는 본 발명에 의한 평면형 자계프로브의 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 유전체 기판 20 : 프로브

30 : 부하저항 40 : SMA 커넥터

41 : SMA 커넥터의 내심끝단부 42 : SMA 커넥터의 하단부

43 : SMA커넥터의 동축케이블 연결부

50 : 리드선 60 : PCB 기판의 접지면

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 평면형 자계 프로브는 유전체기판과 루프의 일측에 구멍을 뚫어 SMA 커넥터를 삽입하고, 상기 유전체 기판과 상기 루프를 뚫고 나온 커넥터의 내심부분의 끝단을 부하저항의 일측 끝단에 납땜하고, 상기 커넥터의 하단부를 PCB기판의 접지면에 납땜하며, 상기 유전체기판의 타측과 상기 루프의 타측에 구멍을 뚫어 리드선을 유전체기판과 루프의 구멍을 통해 삽입하고, 리드선의 한쪽단을 부하저항의 다른 한쪽 끝단과 납땜하고, 리드선의 나머지 끝단을 짧게하여 접지면과 납땜하여 제작되어 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원을 탐지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원 탐지를 위한 자계프로브를 개발함에 있어서 PCB 실장 전자부품들이 소형화되고 있고 또한 PCB 기판 구조와 호환성이 있게 하기 위해 접지면을 갖는 평면 유전체기판상에 극소형의 루프안테나를 에칭한 프로브를 제작하도록 하였다.

평면형 자계프로브로 직경 1cm, 폭 1mm인 루프 형태이며, 이 루프의 인덕턴스를 측정한 뒤 해당되는 저항을 연결한다. 루프에 동축선을 고정한 상태에서 이 루프형태의 극소형 프로브가 광대역 특성을 나타내기위해 실험을 통해 구한 최적의 부하저항 120Ω을 삽입하였다.

유전체기판상에 동축케이블에 의한 급전방식으로 급전하며, 유전체기판과 루프의 한쪽단에 SMA 커넥터의 내심이 들어갈 수 있도록 구멍을 뚫어 SMA 커넥터는 동축 케이블에 직접 연결하였다.

도 1 은 평면형 자계프로브로 유전율 2.2이고 유전체두께 15mils인 RT/duroid 5880유전체(10)상에 마이크로스트립 구조로 직경 1cm, 폭 1mm인 루프 형태(20)를 도시하고 있다. 이 루프의 인덕턴스를 측정한 뒤 해당되는 저항을 도시된 바와 같이 연결한다. 루프안테나상의 저항은 안테나의 주파수에 대한 선택도(Quality factor)를 넓은 주파수대역에 걸쳐 평탄한 곡선을 이루도록 조정하며, 넓은 사용주파수 범위(30MHz - 1GHz대역)의 불요 전자파 잡음원 탐지를 목적으로 선택되었다. 그러나, 루프의 인덕턴스를 통해서 얻어진 저항 2Ω을 달아 측정하였을 경우, 반사특성이 광대역 특성을 갖지 못하고, 매우 용량성을 나타내었다. 이는 루프의 양단을 동축선에 연결할 때 도체선에 의한 영향 때문으로, 따라서, 루프에 동축선을 고정한 상태에서 이 루프형태의 극소형 프로브가 광대역 특성을 나타내기위해 실험을 통해 구한 최적의 부하저항 120Ω(30)을 삽입하였다.

도 2 는 유전체기판상에 동축케이블에의한 급전방식으로 급전되는 형태를 도시한 것으로, 유전체기판(10)과 루프(20)의 일측에 SMA 커넥터의 내심이 들어갈수 있도록 구멍을 뚫어 그 구멍을 통해 SMA 커넥터(40)를 삽입한 후, 유전체 기판(10)과 루프(20)의 한쪽단을 뚫고 나온 커넥터의 내심부분의 끝단(41)과 부하저항(30)의 한쪽 끝단을 납땜하고, 커넥터의 하단부(42) PCB기판의 접지면(60)에 납땜을 한다. 이때 SMA 커넥터는 동축 케이블에 직접 연결할 수 있도록 동축 케이블 연결부(43)을 형성하였다. 그리고, 유전체기판상(10)에 기 뚫려 있는 구멍의 대칭되는 부분에 또 다른 하나의 구멍을 리드선(50)이 들어갈수 있도록 충분한 크기로 뚫고, 루프의 다른단에도 리드선이 들어갈수 있는 구멍을 뚫어 리드선(50)을 유전체기판(10)과 루프(20)의 구멍을 통해 삽입한 후, 리드선(50)의 한쪽단을 부하저항(30)의 다른 한쪽 끝단과 납땜하고, 리드선(50)의 나머지 끝단을 짧게하여 접지면(60)과 납땜을 하면, 도시된 바와 같은 프로브 구조를 이룬다.

상기와 같이 제작함으로써, PCB상의 불요전자파를 측정하는데 평면형의 프로브 형태가 매우 유리하며, 소형이며, 분해능이 뛰어남으로 소형화 되고 있는 각종 기기 및 부품들의 잡음원을 쉽게 탐지할 수 있고, 기존의 자계용프로브보다 1/3 정도로 작을뿐만 아니라 보다 우수한 임피던스 정합특성을 갖는다.

본 발명에 의한 프로브는 극히 소형이기 때문에 PCB 기판상에서의 불요 전자파 발생원의 탐색에 이용할 수 있음은 물론이고 기타 다른 전자기기에서의 잡음원을 색출하는 데도 이용할 수 있다. 또한 EMS 시험을 위한 전자파 발생원으로, 그리고 자유공간이나 전자파무반사실 내 또는 TEM 셀이나 GTEM 셀 내의 전자파강도의 측정에도 활용될 수 있다. 또한 이들 프로브들은 유전체 기판상에 격자형으로 밀집해서 인쇄할 수 있기 때문에 이들을 이용하면 PCB 기판 위를 스캐닝하지 않고 한 번에 기판상 불요잡음원들을 색출할 수 있는 고분해능의 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 고밀도 PCB 기판상에서의 불요 전자파잡음원을 탐지하는 평면형 자계프로브에 있어서,

   유전체 기판(10)과 루프(20)의 일측에 구멍을 뚫어 SMA 커넥터(40)를 삽입하고, 상기 유전체 기판(10)과 상기 루프(20)를 뚫고 나온 커넥터의 내심부분의 끝단(41)을 부하저항(30)의 일측 끝단에 납땜하고, 상기 커넥터의 하단부(42)를 PCB기판의 접지면(60)에 납땜하며, 상기 유전체기판(10)의 타측과 상기 루프(20)의 타측에 구멍을 뚫어 리드선(50)을 유전체기판(10)과 루프(20)의 구멍을 통해 삽입하고, 리드선(50)의 한쪽단을 부하저항(30)의 다른 한쪽 끝단과 납땜하고, 리드선(50)의 나머지 끝단을 짧게하여 접지면(60)과 납땜하여 구성되는 것을 특징으로 하는 평면형 자계 프로브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 SMA 커넥터(40)는,

   동축 케이블에 직접 연결하도록 동축 케이블 연결부(43)가 형성된 것을 특징으로 하는 평면형 자계 프로브.

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