KR100255563B1 - 평면일체형 전자계프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)상의 광대역(30MHz - 1GHz)의 주파수 대역에서 전계잡음 및 자계잡음을 동시에 측정할 수 있는 평면일체형 전자계프로브에 관한 것이다.

일반적으로 전자파 잡음강도를 측정하기 위해서는 무선주파수(RF) 디텍터가 부착된 소형안테나(또는 프로브라 하기도 함)가 이용되고 있는 데, 종래 사용되고 있는 프로브는 전계 강도를 센싱하기 위한 프로브와 자계 강도를 센싱하기 위한 프로브의 두 종류가 있다. 그러나 종래의 프로브는 공간 분해능에 문제점이 발생되며, 전계와 자계를 동시에 측정할 수 없는 문제점들이 발생되었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결할 수 있는 인쇄회로기판상의 불요전자파잡음원을 탐지하기 위한 소형, 고분해능의 광대역(30MHz - 1GHz) 전자계 평면일체형 프로브를 제시한다.

Description

평면일체형 전자계프로브

본 발명은 고밀도 인쇄회로기판(Printed Circuit Board:이하 PCB라 함)상의 광대역(30MHz - 1GHz)의 주파수 대역에서 전계잡음 및 자계잡음을 동시에 측정할 수 있는 평면일체형 전자계프로브에 관한 것이다.

일반적으로 전자파 잡음강도를 측정하기 위해서는 무선주파수(RF) 디텍터가 부착된 소형안테나(또는 프로브라 하기도 함)가 이용되고 있는 데, 종래 사용되고 있는 프로브는 전계 강도를 센싱하기 위한 프로브와 자계 강도를 센싱하기 위한 프로브의 두종류가 있다. 특히 광대역의 전자파를 센싱하기 위해서 사용되고 있는 프로브는 감도가 떨어지지만 가능하면 넓은 대역에서 평탄한 응답 특성을 갖도록 하는 데 초점을 맞추어 연구 개발되어 왔으며, 미국 NIST (National Institute of Science and Technology)에서 1970년대 말부터 활발히 연구 개발되어 왔다.

초기 프로브의 설계 원리는 주로 고주파에너지의 흡수에 의한 온도 변화에 기초한 것인 데, 이러한 프로브는 감도, 응답시간, 교정 안정도 등에서 문제가 있기 때문에 측정 결과의 만족할 만한 재현성을 가지지 못하였다. 이와는 다른 접근 방법에 의해 개발된 것으로는 세개의 서로 수직인 다이폴로 구성된 능동안테나 시스템이 있는 데, 이 안테나의 사용주파수대역은 15KHz에서 150MHz이고 이 대역에서 모두 전기적으로 짧은 길이를 가지고 있다. 또한 안테나에서 수신된 전파는 증폭된 후, 변조되어 적외선(Infrared:IR) 신호형태로 광섬유를 통하여 계측기내 아바란치 포토다이오드에 의해 검파되게 되어 있다. 이 프로브는 감도면에서 무난하나 다소 낮은 다이나믹 레인지를 갖으며, 전기발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED) 속도제한에 의해 상한 사용주파수가 제한을 받는다는 점들이 문제점으로 되어 있다. 이외에도 각 안테나간의 스위칭속도가 낮은 것도 단점이었다.

비교적 최근에 개발된 프로브로는 광대역(10MHz 내지 1GHz)의 주파수범위에서 작용하는 등방성 실시간의 전계센서가 있는 데, 이것도 역시 서로 수직인 세개의 다이폴로 구성되어 있으나, 각 다이폴은 유리막대에 저항비가 다른 금속합금을 얇게 입혀서 만들었다.

따라서 단위길이당 내부 임피던스를 다이폴을 따라 적당한 위치함수로 조절할 수 있기 때문에 안테나표면 전류가 순수하게 외부순회파장(outward-traveling wave)을 나타내게 되어 진폭 및 위상 특성이 선 형성을 갖게되어 펄스모양의 왜곡을 최소화하면서 빠르게 변하는 신호를 측정할 수 있다. 같은 원리에 의해 주로 자계강도를 측정하도록 만들어진 등방성안테나는 300KHz 내지 100MHz의 주파수범위 내에서 작동하며, 다이나믹 범위는 0.1 - 12 A/m이다. 또한 대부분의 등방성 광대역 프로브의 결점은 고주파 소자의 응답시간이 길다는 점이다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 계의 특성이 불규칙한 근역장이 관심대상지역이라는 점을 감안하여 전계와 자계를 동시에 측정할 수 있다. 또한 전자파장해기술기준에 고시된 불요전자파주파수대역인 광대역(30MHz - 1GHz)을 사용주파수대역으로 하고, PCB의 회로 밀집도 및 기하구조에 적응할 수 있는 소형 고분해능의 평면형 프로브 개발에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접지면을 갖는 유전체 기판상에 반 루프 형태의 프린트된 마이크로스트립 구조로 대칭되게 형성된 두 개의 프로브와, 상기 두 개의 반 루프 형태의 프로브 사이에서 상기 프로브를 전기적으로 연결하기 위해 삽입되며, 커넥터 내심 및 리드선에 각각 접속되는 두 개의 부하저항으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 평면일체형 전자계프로브의 평면도.

도 2는 도 1의 X1-X2 부분을 절취한 상태의 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

11 : 유전체 기판 12 : 프로브

13 : 부하저항 14 : 커넥터 내심

15 : 리드선 16 : 퍼펙트 그라운드(perfect ground)

17 : 형상기억합금(SMA) 커넥터 18 : 동축케이블

종래 PCB상에서 발생하는 전계 복사잡음이나 자계 복사잡음을 측정하기 위한 광대역 프로브로는 다이폴이나 루프 형태가 이용되고 왔다. 이와 같은 전계나 자계 측정용 프로브와 달리, 본 발명은 동시에 전계와 자계 강도를 측정할 수 있도록 하는 프로브로 접지면이 있는 평면 유전체기판상에 극소형 루프안테나를 에칭한 구조를 갖고 있으며, 루프상 서로 대칭인 위치에 적당한 값의 칩 저항을 삽입함으로써 원하는 광대역 특성을 얻도록 한다. 제작된 프로브는 PCB상의 전자파 잡음원의 위치를 탐색하는 데 이용되며, PCB 시장 전자부품들이 소형화되고 있는 점을 감안하여 크기는 직경 1cm이며, 접지면을 갖는 유전체기판상에 프린트된 마이크로스트립구조로 되어있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 평면일체형 전자계프로브의 평면도로서, 접지면을 갖는 유전체 기판(11)상에 반 루프 형태의 프린트된 마이크로스트립 구조로 대칭되게 형성된 두 개의 프로브(12)와, 두 개의 반 루프 형태의 프로브(12) 사이에서 상기 프로브(12)를 전기적으로 연결하기 위해 삽입된 두 개의 부하저항(13)을 나타낸다.

유전체 기판(11)은 유전율이 22, 유전체의 두께가 15mils인 접지면을 갖는다.

프로브(12)는 반 루프 형태의 프린트된 마이크로스트립 구조로서, 유전체 기판(11)상에 은페이스트로 직경 1cm, 폭 1mm인 루프안테나를 실크스크린법으로 인쇄한 후, 유전체제작시 슬러리(slurry) 제조과정에서 첨가된 유기물을 제거하기 위한 바인더 번-아웃(binder burn-out) 공정과 소결 공정을 거쳐 제작된다.

부하저항(13)은 두 개의 프로브(12)를 연결되도록 대칭인 위치에 두 개의 적당한 저항을 달아서 형성하며, 커넥터 내심 및 리드선과 접속된다. 각 저항의 양단에 유기 되는 신호의 합신호와 차신호로 각각 자계와 전계를 구할 수 있으며, 저항 값은 한 포트에 50Ω 부하를 단 상태에서 다른 포트에서의 입력 임피던스가 평탄한 특성을 갖도록 포트의 저항 값을 실험적으로 구한다.

도 2는 도시된 도 1의 X1-X2의 단면도로서, 프로브에서 구해진 자계 및 전계가 유전체 기판상에 동축 케이블에 의한 급전방식으로 급전되는 형태를 나타낸다.

유전체 기판(11), 프로브(12) 및 퍼펙트 그라운드(perfect ground)(16)을 관통하는 구멍을 형성하여, 커넥터 내심(14)의 한쪽단을 부하저항(13)의 한 끝단에 납땜하고, 커넥터 내심(14)의 다른 부분을 형상기억합금(SMA) 커넥터(17)와 연결한다. 또한 SMA 커넥터(17) 자체도 퍼펙트 그라운드(perfect ground)(16)에 납땜을 한다. 이 때 SMA 커넥터(17)는 동축 케이블(18)에 직접 연결하는 구조로 되어있다.

그리고, 유전체 기판(11) 및 프로브(12)를 관통하는 구멍을 형성하고 리드선(15)을 삽입하여, 리드선(15)의 한쪽단을 부하저항(13)의 나머지 부분과 납땜한다. 또한 나머지 끝단을 짧게 하여 퍼펙트 그라운드(perfect ground)(16)에 납땜을 하여 프로브의 구조를 이루며, 나머지 저항 양단에도 동일한 방법으로 구성 제작한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 PCB상의 불요전자파를 측정하는데 매우 유리하며, 소형이고 분해능이 뛰어나기 때문에 소형화되고 있는 각종 기기 및 부품들의 잡음원을 쉽게 탐지할 수 있다. 또한 유전체 기판상에 격자형으로 밀집해서 인쇄할 수 있기 때문에 이를 이용하여 PCB를 스캐닝하지 않고, 한 번에 기판상의 불요잡음원들을 색출할 수 있는 고분해능의 격자형 프로브의 개발에도 탁월한 효과를 발휘한다.

Claims (4)

1. 접지면을 갖는 유전체 기판상에 반 루프 형태의 프린트된 마이크로스트립 구조로 대칭되게 형성된 두 개의 프로브와,

   상기 두 개의 반 루프 형태의 프로브 사이에서 상기 프로브를 전기적으로 연결하기 위해 삽입되며, 커넥터 내심 및 리드선에 각각 접속되는 두 개의 부하저항을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 평면일체형 전자계프로브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 유전율이 22이고, 유전체의 두께가 15mils인 접지면을 갖는 것을 특징으로 하는 평면일체형 전자계프로브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 상기 직경 1cm, 폭 1mm인 루프안테나로 구성된 것을 특징으로 하는 평면일체형 전자계프로브.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 부하저항은 양단에 유기되는 신호의 합신호와 차신호로 각각 자계 및 전계를 구하는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 평면일체형 전자계프로브.

Images