【導讀】本文以X波段非接觸式探針為設計對象，參照單極子微帶天線(xiàn)設計方法，將50ohm微帶線(xiàn)延伸出去，形成C形環(huán)結構，并將這部分的地去處，達到圈住信號傳輸線(xiàn)周?chē)拇艌?chǎng)構成磁耦合的目的。
為了加強磁耦合，在C形環(huán)附近添加去地的反向C形微帶線(xiàn)結構以加強耦合，并調節耦合平坦度。根據仿真模型制作了實(shí)物，探針置于被測微帶傳輸線(xiàn)上方可獲得耦合信號，在X波段范圍內，耦合量在-19～-23dB之間。
１引言
微波組件向著(zhù)集成、小型化方向發(fā)展，很多組件采用裸芯片工藝進(jìn)行貼裝（比如T/R組件），常規的測試排故方法已難以滿(mǎn)足現代化測試要求，比如射頻板通過(guò)焊接半截線(xiàn)引出信號測試的方法，已完全不適合高集成度、高凈化度的組件測試。據此，本文開(kāi)展了X波段非接觸式射頻探針的研究工作，以利于微波組件的調試[1]。
信號在微帶傳輸線(xiàn)上傳輸時(shí)，在其周?chē)嬖陂]環(huán)的磁場(chǎng)，當外部線(xiàn)圈或外部微帶線(xiàn)圈住一定磁通量時(shí)，變化的磁場(chǎng)就產(chǎn)生變化的電流，進(jìn)而就可通過(guò)耦合的方式探測出信號。相比于半截線(xiàn)測試射頻信號時(shí)，這種磁耦合方式無(wú)需額外接地。一般情況下，當該非接觸式探針與被測對象接觸時(shí)，短路危險系數較低（與微帶線(xiàn)不直接接觸）[2]。另外，X波段信號耦合量小于-15dB時(shí)，對主路信號無(wú)影響，在探測信號的同時(shí)不影響系統正常工作[3,4]。
本探針采用的微帶形式借鑒單極子天線(xiàn)設計方法，將用于探測的微帶線(xiàn)底部的地去掉，從而形成開(kāi)放的電磁耦合結構。調整用于探測的微帶線(xiàn)的長(cháng)度與寬度可將空間波阻抗變換到50ohm，從而實(shí)現匹配。本文創(chuàng )新點(diǎn)在于采用C形環(huán)達到空間磁耦合目的，從而將近場(chǎng)能量轉化為電流，達到測試信號功率的目的。本文還有一個(gè)創(chuàng )新點(diǎn)在于采用互補磁耦合環(huán)結構，不僅加強了耦合，還可以調節耦合平坦度。該微帶探針不僅可以應用于X波段信號探測，對于其他頻段信號也可以探測（耦合度需要測試），因此該探針也能作為測試電磁泄漏的工具，在電磁空間探測領(lǐng)域具有一定的應用價(jià)值。該探針所采用的結構能被其他頻段射頻探針設計借鑒，是實(shí)用性很強的產(chǎn)品。
2.C形缺地微帶探針?lè )抡?/strong>
2.1 類(lèi)單極子C形缺地探針設計
四分之一波長(cháng)單極子天線(xiàn)要求延伸出的輻射電長(cháng)度為四分之一波長(cháng)，其輻射場(chǎng)分為近場(chǎng)與遠場(chǎng)，近場(chǎng)是比較復雜的電磁耦合轉換環(huán)境。本節所設計的類(lèi)單極子C形缺地探針長(cháng)度也為四分之一波長(cháng)，利用近場(chǎng)的磁生電的原理進(jìn)行信號探測。其結構圖如下圖1所示，主體由微帶50ohm饋線(xiàn)和C形缺地線(xiàn)組成：
圖1 C形缺地探針結構示意圖
C形缺地線(xiàn)電長(cháng)度為四分之一波長(cháng)：
其中，c為光速，f為工作頻率，Er為相對介電常數。
該結構的探針耦合度主要取決于與探測對象之間的距離以及C形環(huán)的開(kāi)口大小。注意：該探針C形環(huán)必須與所測對象平行！
下面仿真分析了探測對象與C形環(huán)的距離對耦合度的影響。當C形環(huán)與背測微帶信號線(xiàn)平行相距1mm、1.2mm、1.4mm時(shí)，其耦合度在10GHz分別達到-19.45dB、-21.74dB、-23.46dB，其仿真結果如下圖2所示：
（1）相距1mm
（2）相距1.2mm
（3）相距1.4mm
圖2探針與被測對象的不同耦合距離的仿真結果
仿真結果表明，當隨著(zhù)耦合間距的加大，耦合度也在減小，而且x波段耦合度不平坦，達到7dB以上的幅度波動(dòng)。由于C形環(huán)長(cháng)度較小，且與頻率相關(guān)，因此本節不對C形環(huán)的長(cháng)度做相關(guān)仿真分析。
2.2增強型C型探針設計
由上節分析可知，C形環(huán)探測信號的耦合度受制于耦合間距。在間距達到1mm的情況下，在10GHz才達到-19.45dB。為了增強耦合度，本節在C形環(huán)旁邊添加了與它相反的C形環(huán)，達到電磁耦合互補，增加耦合度的作用。其結構示意圖如下圖3所示。
圖3 增強型C形缺地探針結構示意圖
添加的C形環(huán)受到相同的磁場(chǎng)耦合，產(chǎn)生與主線(xiàn)相反的電流，從而對主線(xiàn)進(jìn)行二次耦合，增強了主線(xiàn)的耦合度。仿真了1mm耦合間距的耦合度，仿真結果如下圖4所示。在10GHz耦合-18.72dB，x波段耦合度-17.25~-19.27dB，波動(dòng)2dB左右。
圖4 增強型C形缺地探針1mm耦合間距仿真結果
由仿真結果分析可知，添加的反向C形環(huán)不僅增加了耦合度，而且具備調節耦合平坦度的功能。
2.3非接觸式C形微帶探針實(shí)測
根據上節仿真結果制作了實(shí)物，如下圖5所示。下方微帶直通線(xiàn)與探針平行耦合的間距為1mm，測得X波段探針耦合度為-19dB~-23dB，與仿真值偏離不大。
圖5 C形微帶探針實(shí)物圖
3 結論
針對微波組件的探測需求，提出一種X波段非接觸式微帶探針結構，以便于信號檢測。本探針采用的微帶形式借鑒單極子天線(xiàn)設計方法，將用于探測的微帶線(xiàn)底部的地去掉，從而形成開(kāi)放的電磁耦合結構。調整用于探測的微帶線(xiàn)的長(cháng)度與寬度可將空間波阻抗變換到50ohm，從而實(shí)現匹配。該結構形式易于實(shí)現，對工藝無(wú)特殊要求，可適合于微組裝產(chǎn)品的測試排故。
參考文獻
1、Arriola W A, et al. Wideband 3 dB branchline co upler basedon ( / 4 open circuited coupled lines [ J] . IEEE MicrowaveandWireless Component Letters, 2011, 21( 9) : 486- 488.
2、 Reed J.and Wheeler G..J..A method ofanalysis of symmetrical four-port networks[J].IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques,1956,50(4):246-252
3、Shry-Sann Liao,Pou-Tou Sun,Nien-ChungChin,and Jen-Tee Peng,“A Novel Compact-SizeBranch-LineCoupler,”IEEETrans.Microw.TheoryTech.,vol.15,no.9,pp.588–590,Sep.2005.
4、 陳振國等. 微波技術(shù)基礎與應用. 人民郵電出版社.
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