CN108226656B - 电磁场复合无源探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁场复合无源探头，包括设有若干屏蔽接地通孔的PCB板；PCB板包括信号探测部以及信号传输部；信号探测部包括磁场线圈以及电场探针；信号传输部包括磁场带状线、磁场CPW‑G传输线、磁场转换通孔、电场带状线、电场CPW‑G传输线以及电场转换通孔；信号探测部根据磁通量和电场的变化分别形成射频信号；各射频信号通过带状线、转换通孔、CPW‑G传输线的传输结构传输出去，保证信号的低损耗，低反射；通过信号探测部以及信号传输部的结构设计，电磁场无源复合探头可同时探测磁场与电场，可对待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽、高精度的电磁场分布进行测量。

Description

电磁场复合无源探头

技术领域

本发明涉及电磁检测技术领域，特别是涉及一种电磁场复合无源探头。

背景技术

随着科技的发展，电子设备变得更加小型化、高频化和高密度，导致产品的电磁可靠性问题变得更加严重。基于近场测量的干扰图像重构是现今处理EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)设计问题最有效的方法。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在电子产品工作时，辐射源发出的电磁干扰一般具有较宽的频谱范围，双物理量探头在探测时会互相干扰，难以同时测量磁场和电场的分布。

发明内容

基于此，有必要针对电磁干扰探测中难以同时测试磁场和电场的问题，提供一种电磁场复合无源探头。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电磁场复合无源探头，包括设有若干屏蔽接地通孔的PCB板；PCB板包括信号探测部以及信号传输部；

信号探测部包括在相应布线层布线的磁场线圈以及电场探针；

信号传输部包括磁场转换通孔、电场转换通孔以及在相应布线层布线的磁场带状线、磁场CPW-G传输线、电场带状线、电场CPW-G传输线；

磁场带状线的第一端连接磁场线圈，第二端通过磁场转换通孔的导电孔壁连接磁场CPW-G传输线的第一端；磁场CPW-G传输线的第二端连接第一外部信号分析接口；电场带状线的第一端连接电场探针，第二端通过电场转换通孔的导电孔壁连接电场CPW-G传输线的第一端；电场CPW-G传输线的第二端连接第二外部信号分析接口。

在其中一个实施例中，磁场转换通孔包括磁场中心通孔以及若干个以预设距离环绕磁场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的磁场环绕通孔；磁场带状线的第二端通过磁场中心通孔的导电孔壁连接磁场CPW-G传输线的第一端；

电场转换通孔包括电场中心通孔以及若干个以预设距离环绕电场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的电场环绕通孔；电场带状线的第二端通过电场中心通孔的导电孔壁连接电场CPW-G传输线的第一端。

在其中一个实施例中，各布线层分别为依次堆叠的第一接地层、附加层、磁场信号层、第二接地层、电场信号层以及第三接地层。

在其中一个实施例中，第一接地层在磁场线圈于第一接地层形成的第一磁场感应区域外布线，并设有连通第一磁场感应区域的第一开口；

第二接地层在磁场线圈于第二接地层形成的第二磁场感应区域外布线，并设有连通第二磁场感应区域的第二开口；

第三接地层在磁场线圈于第三接地层形成的第三磁场感应区域外布线，并设有连通第一磁场感应区域的第三开口；

第一开口、第二开口、第三开口沿屏蔽接地通孔的轴向对齐排列；

信号探测部还设有盲孔；

磁场线圈布线在磁场信号层，包括沿磁场线圈于磁场信号层形成的第四磁场感应区域的边界、非闭合式布线的磁场感应线；

磁场感应线的第一端连接磁场带状线的第一端，第二端通过盲孔的导电孔壁连接第一接地层、第二接地层。

在其中一个实施例中，电场探针布线在电场信号层；

电场探针包括连接线以及用于测量电场线变化的探测线；

连接线在磁场线圈于电场信号层形成的第五磁场感应区域外布线，并设有连通第五磁场感应区域的第四开口；

第四开口沿屏蔽接地通孔的轴向与第一开口、第二开口、第三开口对齐排列；

连接线的中间段连接电场带状线的第一端，端点连接探测线。

在其中一个实施例中，连接线的端点包括第一端点和第二端点；

探测线包括第一测量线以及第二测量线；

第一端点连接第一测量线；第二端点连接第二测量线。

在其中一个实施例中，磁场带状线的导体带布线在磁场信号层，第一接地金属带布线在第一接地层，第二接地金属带布线在第二接地层；

电场带状线的导体带布线在电场信号层，第一接地金属带布线在第二接地层，第二接地金属带布线在第三接地层。

在其中一个实施例中，磁场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在第一接地层，金属接地层布线在附加层；

电场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在第一接地层，金属接地层布线在附加层。

在其中一个实施例中，PCB板为FR4基板材料的电路板；

或

PCB板为碳氢化合物陶瓷基板材料的电路板。

在其中一个实施例中，PCB板为LTCC工艺制备的电路板。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

PCB板包括信号探测部以及信号传输部；信号探测部包括磁场线圈以及电场探针；信号传输部包括磁场带状线、磁场CPW-G传输线、磁场转换通孔、电场带状线、电场CPW-G传输线以及电场转换通孔；信号探测部根据磁通量和电场的变化分别形成射频信号；各射频信号通过带状线、转换通孔、CPW-G传输线的传输结构传输出去，保证信号的低损耗，低反射；通过信号探测部以及信号传输部的结构设计，电磁场无源复合探头可同时探测磁场与电场，可对待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽、高精度的电磁场分布进行测量。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明电磁场复合无源探头实施例1的结构示意图；

图2为本发明电磁场复合无源探头实施例的带状线的结构示意图；

图3为本发明电磁场复合无源探头实施例的CPW-G传输线的结构示意图；

图4为本发明电磁场复合无源探头实施例的转换通孔的结构示意图；

图5为本发明电磁场复合无源探头实施例的第一接地层的结构示意图；

图6为本发明电磁场复合无源探头实施例的附加层的结构示意图；

图7为本发明电磁场复合无源探头实施例的磁场信号层的结构示意图；

图8为本发明电磁场复合无源探头实施例的第二接地层的结构示意图；

图9为本发明电磁场复合无源探头实施例的电场信号层的结构示意图；

图10为本发明电磁场复合无源探头实施例的第三接地层的结构示意图；

图11为本发明电磁场复合无源探头实施例的电场探针在电场信号层的结构示意图；

图12为本发明电磁场复合无源探头实施例的安装孔的结构示意图；

图13为本发明电磁场复合无源探头的示例的厚度方向结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“布线”、“第一端”、“第二端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在电子产品工作时，辐射源发出的电磁干扰一般具有较宽的频谱范围，双物理量探头在探测时会互相干扰，难以同时测量磁场和电场的分布；目前针对宽带近场复合探头的设计鲜有报道，而良好的探测结构和传输结构设计是解决此类问题的关键。

为解决电磁干扰探测中难以同时测试磁场和电场的问题，本发明实施例提供了一种电磁场复合无源探头，如图1所示，图1为本发明电磁场复合无源探头实施例1的结构示意图，包括设有若干屏蔽接地通孔的PCB板；PCB板包括信号探测部以及信号传输部；

信号探测部包括在相应布线层布线的磁场线圈以及电场探针；

信号传输部包括磁场转换通孔、电场转换通孔以及在相应布线层布线的磁场带状线、磁场CPW-G传输线、电场带状线、电场CPW-G传输线；

磁场带状线的第一端连接磁场线圈，第二端通过磁场转换通孔的导电孔壁连接磁场CPW-G传输线的第一端；磁场CPW-G传输线的第二端连接第一外部信号分析接口；电场带状线的第一端连接电场探针，第二端通过电场转换通孔的导电孔壁连接电场CPW-G传输线的第一端；电场CPW-G传输线的第二端连接第二外部信号分析接口。

具体而言，电磁场复合无源探头可包括信号探测和信号传输两个部分；信号探测部可包括用于检测磁场分布的磁场线圈以及用于检测电场分布的电场探针；信号传输部可包括对应磁场探测信号、电场探测信号的带状线、CPW-G传输线以及转换通孔；信号探测部根据磁通量和电场的变化分别形成射频信号；各射频信号通过带状线、转换通孔、CPW-G传输线的传输结构，可将射频信号以50欧阻抗的形式传输出去，保证信号的低损耗，低反射；通过信号探测部以及信号传输部的结构设计，电磁场无源复合探头可同时探测磁场与电场，通过外部信号分析接口(如微波高频连接器)连接到频谱分析仪的输入端，进行射频信号的测量，可对待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽、高精度的电磁场分布进行测量。

需要说明的是，磁场线圈会在PCB板上形成磁场感应区域；磁场感应区域不被金属层屏蔽，可用于通过磁场线，感应磁通量的变化；本发明实施例提及的磁场感应区域的形状可为矩形、多边形、圆形等，具体可根据实际探测需求与加工要求进行调节；磁场线圈可包括沿磁场感应区域边界布线的磁场感应线；磁场感应线可根据磁场感应区域中的磁通量变化生成射频信号，再通过磁场信号传输结构将信号传输至外部分析仪器；通过对磁场感应区域以及磁场感应线的合理设计，可提高电场抑制比，避免电场分布对磁场探测的干扰；

电场探针的探测结构不受金属接地层的覆盖屏蔽，可提高对电场的探测效率，根据电场线的变化形成射频信号，再通过电场信号传输结构将信号传输至外部分析仪器；

磁场线圈与电场探针可位于信号探测结构中的不同布线层、沿预设方向排列(如，沿屏蔽接地通孔轴向排列)；电场探针可沿磁场线圈形成的磁场感应区域的边界布线，不会干扰磁场线圈对磁通量的接收，磁场线圈与电场探头可同时对待测电路板的局部电磁场分布进行测量；

参见图2，图2为本发明电磁场复合无源探头实施例的带状线的结构示意图，带状线可由两块接地金属带与中间一块宽度ω、厚度t的矩形截面导体带构成；由于两边都有接地金属带，因此，其阻抗容易控制，同时屏蔽较好；磁场带状线与电场带状线可位于不同布线层，通过各自的接地金属带屏蔽干扰，保证各自信号传输的低损耗、低反射；

CPW-G传输线可由介质基片、介质基片上表面的三条导带和介质基片下表面的金属接地层组成；其结构可如图3所示，图3为本发明电磁场复合无源探头实施例的CPW-G传输线的结构示意图，中间为薄的中心导体带，两侧平行中心导体带且与中心导体带距离很近的为接地导带；中心导体带与接地导带之间的小间距可实现电路的低阻抗，且通过调节该间距可以改变CPW-G的传输阻抗；接地导带的金属面是半无限的，但在实际加工中其面积都是有限的；介质基片上表面的接地导带通过金属填充过孔和介质基片下表面的金属接地层相连接，实现一致的接地性能；由于增强的接地结构，可以降低接地平面的阻抗，有助于CPW-G的阻抗设计和射频信号的传输，可将将射频信号以50欧阻抗的形式传输出去。

外部信号分析接口可用于连接外部信号分析仪器；优选的，可焊接SMA(SmallAType，微波高频连接器)连接器；具体的，信号分析仪器可包括示波器、频谱分析仪器等；采集的信号经过数据处理后，可进行干扰图像重构。

本发明实施例提及的通孔是穿过整个印制电路板的孔，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔；其孔壁圆柱面上可用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，可以起到电气连接、固定或定位器件的作用；屏蔽接地通孔连接接地层，可用于抑制干扰，具体的，可连接PCB板顶层与底层的接地层；转换通孔，可用于将带状线传输结构转换为CPW-G传输线结构，通过导电孔壁实现带状线的导体带与CPW-G传输线的中心导体带之间的导通，并保证传输阻抗匹配，抑制信号衰减、降低传输谐振；

具体的，该探头的PCB板的介质基片可采用高频基板材料；优选的，介质基片可采用FR4材料、碳氢化合物陶瓷材料(如Rogers 4350B)等，或采用LTCC工艺制备该PCB板；通过合理的结构设计以及PCB板介质层材料的选择，该电磁场复合无源探头的应用频率范围可为1MHz(兆赫)-20GHz(吉赫)；

进一步的，该探头的结构可采用不同的尺寸，其外接连接器可采用不同的类型；通过该探头可得到磁场强度H_x(或H_y)、电场强度E_z，通过计算和校准可以得到磁场信号大小和电场信号大小；通过扫描已知微带线的宽度，可标定该探头的空间分辨率；

具体的，可用网络分析仪和微带线搭建电磁场复合无源探头校准系统；校准用的微带线可被认为是一个可用来发射标准场的外部标准件；该标准件可产生一定的射频电场，探头对该标准件进行扫描，可以得到空间分辨率；具体的扫描方法包括：用探头在不同的位置进行探测，探测出场强大小，绘制不同位置场强大小随位置的关系图，进而得出空间分辨率；通过该校准系统及扫描方法，可对电磁场复合无源探头的测量结果进行探测校准。

在一个具体的实施例中，参见图4，图4为本发明电磁场复合无源探头实施例的转换通孔的结构示意图，磁场转换通孔包括磁场中心通孔以及若干个以预设距离环绕磁场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的磁场环绕通孔；磁场带状线的第二端通过磁场中心通孔的导电孔壁连接磁场CPW-G传输线的第一端；

电场转换通孔包括电场中心通孔以及若干个以预设距离环绕电场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的电场环绕通孔；电场带状线的第二端通过电场中心通孔的导电孔壁连接电场CPW-G传输线的第一端。

具体而言，中心通孔可用于将带状线传输结构转换为CPW-G传输线结构、保证传输阻抗匹配、抑制传输谐振；而环绕通孔可用于抑制信号衰减；

需要说明的是，磁场中心通孔以及电场中心通孔属于中心通孔；中心通孔通过导电孔壁实现带状线的导体带与CPW-G传输线的中心导体带之间的导通；

磁场环绕通孔以及电场环绕通孔属于环绕通孔；环绕通孔环绕中心通孔，位于中心通孔的预设距离内，连接PCB板的接地层，可保证传输阻抗匹配，抑制传输谐振；环绕通孔的个数以及中心通孔的预设距离可根据探头的结构、传输结构的尺寸、基板的介质基片厚度等参数进行调整；

通过转换通孔的合理结构设计，本发明实施例的电磁场复合探头可将射频信号以50欧阻抗的形式传输出去，传输过程保证信号的低损耗，低反射；该转换通孔的结构保证探头的传输阻抗匹配、并抑制信号衰减以及传输谐振，提高电场探测效率。

优选的，在一个具体的实施例中，如图4所示，环绕通孔的数量为六个。

具体而言，环绕通孔的数量可为六个；六个环绕通孔位于中心通孔的预设距离内，可补偿中心通孔引起的阻抗失配，保证传输阻抗是50欧，提高探头的传输效率。

在一个具体的实施例中，各布线层分别为依次堆叠的第一接地层、附加层、磁场信号层、第二接地层、电场信号层以及第三接地层。

参见图5至10，图5为本发明电磁场复合无源探头实施例的第一接地层的结构示意图；图6为本发明电磁场复合无源探头实施例的附加层的结构示意图；图7为本发明电磁场复合无源探头实施例的磁场信号层的结构示意图；图8为本发明电磁场复合无源探头实施例的第二接地层的结构示意图；图9为本发明电磁场复合无源探头实施例的电场信号层的结构示意图；图10为本发明电磁场复合无源探头实施例的第三接地层的结构示意图；

具体而言，PCB板可包括依次堆叠的第一布线层、第二布线层、第三布线层、第四布线层、第五布线层以及第六布线层；第一布线层(可在图5中的阴影部分布设接地金属)、第四布线层(可在图8中的阴影部分布设接地金属)和第六布线层(可在图10中的阴影部分布设接地金属)为接地层，第二布线层为附加层(可在图6中的阴影部分布设接地金属)，第三布线层为磁场信号层，第五布线层为电场信号层；

需要说明的是，接地层可用于屏蔽干扰；附加层可用于组成CPW-G结构；信号层可用于信号传输；

具体的，本发明实施例可采用四层PCB板或多层PCB板。

待测件的电场干扰会导致高频时的磁场和电场难以分清，进而影响探头的探测数据的准确性；

为此，在一个具体的实施例中，如图5、7、8、10所示，第一接地层在磁场线圈于第一接地层形成的第一磁场感应区域外布线，并设有连通第一磁场感应区域的第一开口；

第二接地层在磁场线圈于第二接地层形成的第二磁场感应区域外布线，并设有连通第二磁场感应区域的第二开口；

第三接地层在磁场线圈于第三接地层形成的第三磁场感应区域外布线，并设有连通第一磁场感应区域的第三开口；

第一开口、第二开口、第三开口沿所述屏蔽接地通孔的轴向对齐排列；

信号探测部还设有盲孔；

磁场线圈布线在磁场信号层，包括沿磁场线圈于磁场信号层形成的第四磁场感应区域的边界、非闭合式布线的磁场感应线；

磁场感应线的第一端连接磁场带状线的第一端，第二端通过盲孔的导电孔壁连接第一接地层、第二接地层。

具体而言，磁场线圈在各布线层形成磁场感应区域并在各接地层设有连接对应层的磁场感应区域的开口；磁场线圈在磁场信号层形成磁场感应区域，磁场感应线为沿磁场感应区域、非闭合式的布线金属；磁场感应线的一端连接磁场带状线，另一端通过盲孔的导电孔壁连接相邻的接地层，形成一个闭合的测试环路；

需要说明的是，磁场感应区域不被金属层屏蔽，可用于通过磁场线，感应磁通量的变化；磁场感应线沿磁场感应区域布线，可根据磁场感应区域中的磁通量变化生成射频信号；进一步的，各开口沿屏蔽接地通孔的轴向对齐排列，即，在垂直于PCB板面的方向设有连接磁场感应区域的开口，可用于通过电场线，磁场感应线可穿过各开口排列的区域，接收开口处通过的电场线，生成互感电场信号并通过接地层消除，从而抑制信号干扰，提高电场抑制比以及探头探测数据的准确性；

通过对磁场感应区域以及磁场感应线的合理设计，可提高电场抑制比，避免电场分布对磁场探测的干扰，进而实现对磁场和电场的同时探测。

在一个具体的实施例中，参见图9、11，图11为本发明电磁场复合无源探头实施例的电场探针在电场信号层的结构示意图，电场探针布线在电场信号层；

电场探针包括连接线以及用于测量电场线变化的探测线；

连接线在磁场线圈于电场信号层形成的第五磁场感应区域外布线，并设有连通第五磁场感应区域的第四开口；

第四开口沿屏蔽接地通孔的轴向与第一开口、第二开口、第三开口对齐排列；

连接线的中间段连接电场带状线的第一端，端点连接探测线。

具体而言，磁场线圈在电场信号层形成第五磁场感应区域；电场探针的连接线沿着第五磁场感应区的边界布线，并设有连接第五磁场感应区域、与第一开口、第二开口、第三开口对齐排列的第四开口；连接线包括中间段以及设于中间段两端的第一端点和第二端点；连接线的中间段可连接电场带状线，第一端点和/或第二端点可连接用于测量电场线变化的探测线；

需要说明的是，连接线沿着第五磁场感应区域布线，可避免对磁通量的干扰；连接线开设的第四开口与其他开口对齐排列，与第一开口、第二开口、第三开口形成一条电场线的通道，可用于通过电场线，磁场感应线可穿过各开口对齐排列的区域，接收开口处通过的电场线，生成互感电场信号并通过接地层消除，从而抑制信号干扰，提高电场抑制比以及探头探测数据的准确性；连接与连接线端点的探测线不受金属结构屏蔽，也不受磁场信号采集的影响，可高效探测电场分布信息。

进一步的，在一个具体的实施例中，如图9、11所示，连接线的端点包括第一端点和第二端点；

探测线包括第一测量线以及第二测量线；

第一端点连接第一测量线；第二端点连接第二测量线。

具体而言，设有第四开口的连接线包括了第一端点和第二端点，探测线可包括第一测量线和第二测量线；第一测量线可连接第一端点，第二测量线可连接第二端点；

需要说明的是，多个测量线的信号探测结构可提高电场探针探测电场分布的效率。

在一个具体的实施例中，如图5、7、8所示，磁场带状线的导体带布线在磁场信号层，第一接地金属带布线在第一接地层，第二接地金属带布线在第二接地层；

参见图8-10，电场带状线的导体带布线在电场信号层，第一接地金属带布线在第二接地层，第二接地金属带布线在第三接地层。

具体而言，带状线可由两块接地金属带与中间一块导体带构成；具体的，磁场带状线的导体带布线在PCB板的磁场信号层上，可用于传输信号；磁场带状线的接地金属带分别位于PCB板的第一接地层、第二接地层，可用于屏蔽干扰、控制带状线导体带的传输阻抗；电场带状线的导体带布线在PCB板的电场信号层上，可用于传输信号；电场带状线的接地金属带分别位于PCB板的第二接地层、第三接地层，可用于屏蔽干扰、控制带状线导体带的传输阻抗；

需要说明的是，磁场带状线的第一端连接电场探针，第二端可通过磁场转换通孔连接CPW-G传输线，该传输结构可保证传输阻抗匹配、并抑制信号衰减以及传输谐振；电场带状线的第一端连接电场探针，第二端可通过电场转换通孔连接CPW-G传输线，该传输结构可保证传输阻抗匹配、并抑制信号衰减以及传输谐振；两种物理量的信号传输结构设计使电磁场复合无源探头具有较高的探测带宽并保证高精度的电磁场分布测量，可实现待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽、高精度的电磁场分布测量。

在一个具体的实施例中，如图5、6所示，磁场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在第一接地层，金属接地层布线在附加层；

电场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在第一接地层，金属接地层布线在附加层。

具体而言，CPW-G传输线可由介质基片、介质基片上表面的三条导带和介质基片下表面的金属接地层组成；具体的，CPW-G传输线的中心导体带及位于该中心导体带两侧的接地导带可布线在第一接地层，金属接地层可布线在与第一接地层相邻的附加层，用于增强的接地结构，使CPW-G传输线可具有更宽的有效带宽和更大的阻抗范围；

需要说明的是，CPW-G传输线的中心导体带为薄的中心导体带，两侧平行于中心导体带且与中心导体带距离很近的为接地导带；中心导体带与接地导带之间的小间距可实现电路的低阻抗，且通过调节该间距可以改变电路的阻抗；接地导带的金属面是半无限的，但在实际加工中其面积都是有限的；第一接地层的接地导带通过金属填充过孔和第一信号层的金属接地层相连接，实现一致的接地性能。

在一个具体的实施例中，如图12所示，图12为本发明电磁场复合无源探头实施例的安装孔的结构示意图，PCB板还包括用于连接外部三维联动探测设备的安装孔。

具体而言，电磁场复合探头的PCB板还设有安装孔，可用于将探头安装在外部三维联动探测设备上；电磁场复合探头可通过三维联动探测设备的控制，对待测电路板进行高效地测量。

为实现电磁场复合探头的高探测带宽，其PCB板可采用高频基板材料；

优选的，在一个具体的实施例中，PCB板为FR4基板材料的电路板；

或

参见图12，PCB板为碳氢化合物陶瓷基板材料的电路板。

具体而言，对于高频电场探测，可采用FR4基板材料(如，玻璃纤维环氧树脂覆铜板)的电路板；具体的，FR4基板材料其耐热可到300℃左右，工作频率可达到几个GHz，介电常数可为4.3左右；

可选的，电磁场复合探头还可以采用碳氢化合物陶瓷基板材料(如Rogers4350B)的电路板；具体的，如，Rogers 4系列的基板材料，其介电常数可为3.5左右，耗散因数可小于0.004；

需要说明的是，高频基板材料的基板特性可包括：介电常数必须小而且相对稳定；其介质损耗必须小，由于介质损耗影响到信号传输的品质，介质损耗越小，信号损耗也越小；吸水性要低、吸水性高就会在受潮时影响介电常数与介质损耗；耐热性、抗化学性、冲击强度、剥离强度等亦必须良好；使用高频基板材料的电路板，可保证传输阻抗匹配、并抑制信号衰减以及传输谐振，保证电场探测效率。

在一个具体的实施例中，PCB板为LTCC工艺制备的电路板。

具体而言，电磁场复合探头可采用LTCC工艺制备的电路板；

需要说明的是，LTCC的特点包括：陶瓷材料具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性；根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，配合使用高电导率的金属材料作为导体材料，可提高电路系统的品质因数，增加了电路设计的灵活性；比普通PCB电路基板更优良的热传导性，极大地优化了电子设备的散热设计，可靠性高；与其他多层布线技术具有良好的兼容性，例如将LTCC与薄膜布线技术结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板；

采用LTCC工艺制备的电路板，可保证传输阻抗匹配、并抑制信号衰减以及传输谐振，保证电场探测效率。

为便于理解本发明电磁场复合探头的结构设计，下面以Rogers 4350B基板材料制备的一个探头作为示例进行说明，如图12、13所示，图13为本发明电磁场复合无源探头的示例的厚度方向结构示意图，其中，其中第一层铜(对应上述第一布线层、第一接地层)的厚度可为35μm(微米)；第一介质基片厚度可为16.6mil(毫英寸)；第二层铜(对应上述第二布线层、附加层)的厚度可为35μm；第一绝缘薄片厚度为4mil；第三层铜(对应上述第三布线层、磁场信号层)的厚度可为35μm；第二介质基片厚度可为13.3mil；第四铜层(对应上述第四布线层、第二接地层)厚度可为35μm；第二绝缘薄片厚度可为8mil；第五层铜(对应上述第五布线层，电场信号层)厚度可为18μm；第三介质基片厚度可为13.3mil；第六层铜(对应上述第六布线层，第三接地层)厚度可为18μm；处于第三铜层的磁场带状线的导体带长度可为76mm(毫米)，宽度可为15.748mil，厚度可为35μm；处于第五铜层的电场带状线的导体带长度可为76mm(毫米)，宽度可为8mil，厚度可为18μm；处于第一铜层的CPW-G传输线的中心导体带的长度可为6.35mm，宽度可为0.72mm，厚度可为35μm；处于第二铜层的CPW-G传输线的金属接地层的厚度可为35μm；CPW-G传输线的介质基片可为第一介质基片，厚度可为16.6mil。

本发明实施例电磁场复合无源探头的PCB板包括信号探测部以及信号传输部；信号探测部包括磁场线圈以及电场探针；信号传输部包括磁场带状线、磁场CPW-G传输线、磁场转换通孔、电场带状线、电场CPW-G传输线以及电场转换通孔；信号探测部根据磁通量和电场的变化分别形成射频信号；各射频信号通过带状线、转换通孔、CPW-G传输线的传输结构传输出去，保证信号的低损耗，低反射；通过信号探测部以及信号传输部的结构设计，能够提高电场抑制比，电磁场无源复合探头可同时探测磁场与电场，可对待测电路板(包括板上的集成电路)局部的高带宽、高精度的电磁场分布进行测量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电磁场复合无源探头，其特征在于，包括设有若干屏蔽接地通孔的PCB板；所述PCB板包括信号探测部以及信号传输部；

所述信号探测部包括在相应布线层布线的磁场线圈以及电场探针；

所述信号传输部包括磁场转换通孔、电场转换通孔以及在相应布线层布线的磁场带状线、磁场CPW-G传输线、电场带状线、电场CPW-G传输线；

所述磁场带状线的第一端连接所述磁场线圈，第二端通过所述磁场转换通孔的导电孔壁连接所述磁场CPW-G传输线的第一端；所述磁场CPW-G传输线的第二端连接第一外部信号分析接口；所述电场带状线的第一端连接所述电场探针，第二端通过所述电场转换通孔的导电孔壁连接所述电场CPW-G传输线的第一端；所述电场CPW-G传输线的第二端连接第二外部信号分析接口；

其中，所述磁场线圈在所述PCB板上形成磁场感应区域；所述磁场感应区域可用于通过磁场线，感应磁通量的变化；所述磁场线圈还包括磁场感应线，所述磁场感应线用于根据所述磁场感应区域中的磁通量变化生成射频信号；

所述转换通孔用于通过导电孔壁实现所述带状线的导体带与所述CPW-G传输线的中心导体带之间的导通。

2.根据权利要求1所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述磁场转换通孔包括磁场中心通孔以及若干个以预设距离环绕所述磁场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的磁场环绕通孔；所述磁场带状线的第二端通过所述磁场中心通孔的导电孔壁连接所述磁场CPW-G传输线的第一端；

所述电场转换通孔包括电场中心通孔以及若干个以所述预设距离环绕所述电场中心通孔、用于屏蔽信号干扰的电场环绕通孔；所述电场带状线的第二端通过所述电场中心通孔的导电孔壁连接所述电场CPW-G传输线的第一端。

3.根据权利要求1所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

各所述布线层分别为依次堆叠的第一接地层、附加层、磁场信号层、第二接地层、电场信号层以及第三接地层。

4.根据权利要求3所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述第一接地层在所述磁场线圈于所述第一接地层形成的第一磁场感应区域外布线，并设有连通所述第一磁场感应区域的第一开口；

所述第二接地层在所述磁场线圈于所述第二接地层形成的第二磁场感应区域外布线，并设有连通所述第二磁场感应区域的第二开口；

所述第三接地层在所述磁场线圈于所述第三接地层形成的第三磁场感应区域外布线，并设有连通所述第一磁场感应区域的第三开口；

所述第一开口、所述第二开口、所述第三开口沿所述屏蔽接地通孔的轴向对齐排列；

所述信号探测部还设有盲孔；

所述磁场线圈布线在所述磁场信号层，包括沿所述磁场线圈于所述磁场信号层形成的第四磁场感应区域的边界、非闭合式布线的磁场感应线；

所述磁场感应线的第一端连接所述磁场带状线的第一端，第二端通过所述盲孔的导电孔壁连接所述第一接地层、所述第二接地层。

5.根据权利要求4所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述电场探针布线在所述电场信号层；

所述电场探针包括连接线以及用于测量电场线变化的探测线；

所述连接线在所述磁场线圈于所述电场信号层形成的第五磁场感应区域外布线，并设有连通所述第五磁场感应区域的第四开口；

所述第四开口沿所述屏蔽接地通孔的轴向与所述第一开口、所述第二开口、所述第三开口对齐排列；

所述连接线的中间段连接所述电场带状线的第一端，端点连接所述探测线。

6.根据权利要求5所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述连接线的端点包括第一端点和第二端点；

所述探测线包括第一测量线以及第二测量线；

所述第一端点连接所述第一测量线；所述第二端点连接所述第二测量线。

7.根据权利要求3至6任意一项所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述磁场带状线的导体带布线在所述磁场信号层，所述磁场带状线的第一接地金属带布线在所述第一接地层，所述磁场带状线的第二接地金属带布线在所述第二接地层；

所述电场带状线的导体带布线在所述电场信号层，所述电场带状线的第一接地金属带布线在所述第二接地层，所述电场带状线的第二接地金属带布线在所述第三接地层。

8.根据权利要求7所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述磁场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在所述第一接地层，金属接地层布线在所述附加层；

所述电场CPW-G传输线的中心导体带、接地导带布线在所述第一接地层，金属接地层布线在所述附加层。

9.根据权利要求8所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述PCB板为FR4基板材料的电路板；

或

所述PCB板为碳氢化合物陶瓷基板材料的电路板。

10.根据权利要求8所述的电磁场复合无源探头，其特征在于，

所述PCB板为LTCC工艺制备的电路板。

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