電磁近場探頭耦合測量原理與設計實例

第1 章 電磁近場探頭耦合測量技術概述 ....................................................................... 1
1.1 引言 ............................................................................................................................... 1
1.2 電磁近場探頭的主要應用概述 ................................................................................... 3
1.2.1 電磁近場探頭的電磁兼容應用 ............................................................................... 3
1.2.2 電磁近場探頭的芯片安全應用 ............................................................................... 6
1.2.3 電磁近場探頭的失效定位應用 ............................................................................... 7
1.3 電磁近場探頭的探測原理及設計概述 ....................................................................... 8
1.3.1 電場探頭的探測原理及設計概述 ............................................................................ 8
1.3.2 磁場探頭的探測原理及設計概述 ............................................................................ 9
1.3.3 電磁復合探頭的探測原理及設計概述 ................................................................... 15
1.3.4 電磁近場探頭設計方向總結 ................................................................................. 18
1.4 電磁近場探頭參數表征方法概述 ............................................................................. 19
1.4.1 電場探頭參數表征方法概述 ................................................................................. 19
1.4.2 磁場探頭參數表征方法概述 ................................................................................. 22
1.4.3 電磁復合探頭參數表征方法概述 .......................................................................... 27
1.4.4 電磁近場探頭參數表征研究方向總結 ................................................................... 33
1.5 本書內容安排 ............................................................................................................. 34
第2 章 電磁近場探頭的校準原理及去嵌校準方法 .................................................. 36
2.1 引言 ............................................................................................................................. 36
2.2 電磁近場探頭傳統校準方法的基本原理 ................................................................. 36
2.2.1 電磁近場探頭傳統校準方法 ................................................................................. 36
2.2.2 校準紋波的產生機理及FIR 的定義 ...................................................................... 38
2.3 電磁近場探頭去嵌校準方法的原理 ......................................................................... 41
2.3.1 誤差盒ABCD 模型的求解 .................................................................................... 41
2.3.2 單端口探頭去嵌校準模型 .................................................................................... 44
2.3.3 雙端口探頭去嵌校準模型 .................................................................................... 46
電磁近場探頭耦合測量原理與設計實例
·VIII·
2.4 去嵌校準的硬件系統及校準件 ................................................................................. 48
2.4.1 去嵌校準件及電磁近場探頭 ................................................................................. 48
2.4.2 校準系統及校準步驟 ........................................................................................... 52
2.5 典型探頭去嵌校準驗證結果 ..................................................................................... 54
2.5.1 典型電場探頭驗證結果 ........................................................................................ 55
2.5.2 典型磁場探頭驗證結果 ........................................................................................ 57
2.5.3 差分磁場探頭驗證結果 ........................................................................................ 59
2.6 本章小結 ..................................................................................................................... 60
第3 章 電磁近場探頭關鍵參數表征的原理與方法 .................................................. 62
3.1 引言 ............................................................................................................................. 62
3.2 空間分辨率 ................................................................................................................. 62
3.3 共模電場抑制比與隔離度 ......................................................................................... 64
3.3.1 磁場探頭的共模電場抑制比 ................................................................................. 64
3.3.2 多分量電磁復合探頭的隔離度 ............................................................................. 66
3.4 探測系統的靈敏度 ..................................................................................................... 69
3.4.1 單端口探測系統的靈敏度 .................................................................................... 69
3.4.2 多端口探測系統的靈敏度 .................................................................................... 71
3.5 磁場探測探頭特殊參數表征方法 ............................................................................. 72
3.5.1 圓極化特性 ......................................................................................................... 73
3.5.2 差分電場抑制 ..................................................................................................... 73
3.6 探頭設計過程關鍵參數表征方法 ............................................................................. 76
3.6.1 時域特性阻抗 ..................................................................................................... 76
3.6.2 反射系數 ............................................................................................................ 77
3.6.3 多端口探頭的對稱性 ........................................................................................... 78
3.7 本章小結 ..................................................................................................................... 78
第4 章 雙端口非對稱電磁場探測原理及補償方法 .................................................. 79
4.1 引言 ............................................................................................................................. 79
4.2 雙端口對稱電磁場探測系統的基本原理 ................................................................. 80
4.2.1 傳統對稱電磁場探測系統的校準及探測原理 ......................................................... 80
4.2.2 傳統對稱電磁場探測系統應用中存在的不足 ......................................................... 82
4.3 雙端口電磁場探測系統的非對稱校準方法 ............................................................. 83
4.3.1 非對稱電磁場探測系統的基本理論 ....................................................................... 83
目錄
·IX·
4.3.2 非對稱旋轉校準方法 ........................................................................................... 86
4.3.3 非對稱非旋轉校準方法 ........................................................................................ 87
4.4 雙端口電磁場探測系統的非對稱修正方法 ............................................................. 89
4.4.1 單邊非對稱修正方法 ........................................................................................... 89
4.4.2 雙邊非對稱修正方法 ........................................................................................... 90
4.4.3 虛擬網絡匹配修正方法 ........................................................................................ 92
4.5 雙端口非對稱電磁場探測驗證硬件系統 ................................................................. 94
4.5.1 校準件和探頭設計及其參數分析 .......................................................................... 94
4.5.2 雙端口非對稱電磁場探測系統及其驗證步驟 ......................................................... 98
4.6 典型非對稱電磁場探測系統的補償及驗證結果 ..................................................... 99
4.6.1 RACM 的校準及驗證結果 .................................................................................... 99
4.6.2 NRACM 的校準及驗證結果 ............................................................................... 103
4.6.3 FSACM 的校準及驗證結果 ................................................................................ 107
4.6.4 FTACM 的校準及驗證結果 ................................................................................ 111
4.6.5 VNMM 的校準及驗證結果 ................................................................................. 113
4.6.6 5 種方法的對比分析 .......................................................................................... 115
4.7 本章小結 ................................................................................................................... 116
第5 章 探頭設計流程及單端口有源探頭設計實例 ................................................ 118
5.1 引言 ........................................................................................................................... 118
5.2 探頭設計流程 ........................................................................................................... 118
5.3 高靈敏度3GHz 帶寬有源磁場探頭設計實例 ........................................................ 120
5.3.1 探頭設計 .......................................................................................................... 120
5.3.2 關鍵參數測試 ................................................................................................... 123
5.4 高空間分辨率12GHz 帶寬有源磁場探頭設計實例 .............................................. 125
5.4.1 探頭設計 .......................................................................................................... 125
5.4.2 關鍵參數測量 ................................................................................................... 126
5.5 高靈敏度2GHz 帶寬+諧振有源磁場探頭設計實例 ............................................. 129
5.5.1 探頭設計 .......................................................................................................... 129
5.5.2 關鍵參數測量 ................................................................................................... 134
5.6 本章小結 ................................................................................................................... 137
電磁近場探頭耦合測量原理與設計實例
·X·
第6 章 多工藝多端口高性能探頭設計實例 .............................................................. 138
6.1 引言 ........................................................................................................................... 138
6.2 多工藝高空間分辨率差分磁場探頭設計實例 ....................................................... 139
6.2.1 探頭設計 .......................................................................................................... 139
6.2.2 探頭校準 .......................................................................................................... 141
6.2.3 關鍵參數測量 ................................................................................................... 143
6.3 雙端口有源電磁復合探頭設計實例 ....................................................................... 146
6.3.1 探頭設計 .......................................................................................................... 146
6.3.2 探頭校準 .......................................................................................................... 148
6.3.3 關鍵參數測量 ................................................................................................... 152
6.4 雙端口有源差分磁場探頭設計實例 ....................................................................... 155
6.4.1 探頭設計 .......................................................................................................... 155
6.4.2 探頭校準 .......................................................................................................... 157
6.4.3 關鍵參數測量 ................................................................................................... 158
6.5 四端口三分量電磁近場探頭設計實例 ................................................................... 160
6.5.1 探頭設計 .......................................................................................................... 160
6.5.2 探頭校準及修正 ................................................................................................ 162
6.5.3 關鍵參數測量 ................................................................................................... 166
6.6 本章小結 ................................................................................................................... 168
參考文獻 ................................................................................................................................... 169