一种局部信号增强的磁场探头及其时域电流重构方法、系统

本发明涉及近场电磁兼容测试及电磁干扰源定位，尤其涉及一种局部信号增强的磁场探头及其时域电流重构方法、系统。

背景技术：

1、在高速集成电路和印刷电路板的近场电磁兼容测试及电磁干扰源定位中，近场磁场探头是获取局部磁场信息的重要测量工具。

2、随着芯片集成度不断提高和工作频率升高，被测对象周围的电磁环境日益复杂，电场的寄生耦合会对磁场探头的测量结果产生干扰，降低测量信噪比。同时，传统无源磁场探头在部分频段对微弱磁场信号的响应能力有限，影响弱磁场信号的有效检测。近场磁场探头还可结合时域信号处理实现对被测导体电流波形的非接触重构，但探头自身的频率响应特性及电场耦合干扰会进一步影响时域电流重构结果。

3、因此，有必要进一步提高近场磁场探头的电场抑制能力和目标频段磁场响应，为微弱磁场测量及后续时域电流重构提供更可靠的测量信号。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种局部信号增强的磁场探头及其时域电流重构方法、系统，旨在解决现有近场磁场测量中电场耦合干扰、目标频段微弱磁场检测能力不足以及频率响应特性影响时域电流重构精度的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种局部信号增强的磁场探头，包括叠层设置的第一屏蔽地层、第二磁场信号层、第三磁场信号层、第四屏蔽地层；

4、所述第二磁场信号层、所述第三磁场信号层分别设置相互对应的磁场感应及信号传输结构，两层磁场感应及信号传输结构对称布局形成差分检测通道，在所述磁场感应及信号传输结构内部布设带状传输线；

5、每层磁场信号层的带状传输线一端设置sma接口，其另一端的邻近区域分别设置l形旁路接地屏蔽结构，所述l形旁路接地屏蔽结构的短轴端通过接地过孔与所述第一屏蔽地层、所述第四屏蔽地层连接。

6、在一些实施例中，所述l形旁路接地屏蔽结构与所述磁场感应及信号传输结构之间保持间隔。

7、在一些实施例中，每层磁场信号层的带状传输线两侧设置连续排列的接地通孔阵列，用于传输路径屏蔽。

8、在一些实施例中，每层磁场信号层的带状传输线与所述sma接口的换层过渡位置，设置由中心信号通孔及其外围六个接地通孔组成的同轴通孔过渡结构，用于接口换层过渡。

9、在一些实施例中，在每层磁场信号层的带状传输线与所述sma接口的换层过渡位置设置中心信号通孔，感应获得的磁场信号沿内部所述带状传输线传输，并经中心信号通孔过渡至接地共面波导，最终通过所述sma接口输出至外部测量设备。

10、根据本发明的另一方面，还提供了一种时域电流重构系统，包括频域近场测量系统和时域近场测量系统，所述频域近场测量系统包括上文所述的一种局部信号增强的磁场探头、矢量网络分析仪、接地共面波导、负载；所述矢量网络分析仪与所述接地共面波导、所述磁场探头的sma接口均相连，所述接地共面波导与所述负载相连接，所述磁场探头采集检测被测导体对应的标准传输线上方产生的参考磁场信号；

11、所述时域近场测量系统包括上文所述的一种局部信号增强的磁场探头、示波器、接地共面波导、信号源；所述示波器与所述接地共面波导、所述磁场探头的sma接口均相连，所述接地共面波导与信号源相连接，所述磁场探头采集被测导体上方的时域磁场响应。

12、根据本发明的再一方面，还提供了一种时域电流重构方法，用于对上文所述的一种时域电流重构系统采集的时域信号进行频域处理和电流反演，以实现时域电流波形的重构，所述方法包括：

13、根据接地共面波导输入端的频域电压、磁场探头输出的频域电压，计算频域近场测量系统的系统频率响应；

14、对时域近场测量系统的磁场探头输出的时域电压进行反号镜像构造，得到奇谐波信号；

15、对构造后的奇谐波信号进行快速傅里叶变换，得到对应的频域信号；

16、根据接地共面波导的特性阻抗、系统频率响应、频域信号，反演被测导体的频域电流；

17、对频域电流进行逆快速傅里叶变换得到被测导体的时域电流波形。

18、在一些实施例中，所述系统频率响应的计算公式为：

19、；

20、其中，为接地共面波导输入端的频域电压，为磁场探头输出的频域电压，为角频率。

21、在一些实施例中，按照如下公式对所述时域近场测量系统的磁场探头输出的时域电压进行反号镜像构造：

22、；

23、其中，为时刻构造得到的奇谐波信号，为时刻磁场探头采集得到的原始时域输出电压信号，为所述原始时域输出电压信号的采样终止时刻。

24、在一些实施例中，反演被测导体的频域电流的公式为：

25、；

26、其中，为接地共面波导的特性阻抗，为对进行快速傅里叶变换得到的频域信号。

27、实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

28、本发明采用差分磁场检测结构（两层磁场感应及信号传输结构）获取被测对象产生的近场磁场信号，通过对称检测通道降低电场耦合对磁场测量的影响。在磁场检测区域设置l形旁路接地屏蔽结构，进一步抑制电场耦合，并通过改变检测区域附近的分布参数及电磁耦合状态，使探头在目标频段形成局部增强响应，提高微弱磁场信号的检测能力。

1.一种局部信号增强的磁场探头，其特征在于，包括叠层设置的第一屏蔽地层、第二磁场信号层、第三磁场信号层、第四屏蔽地层；

2.根据权利要求1所述的一种局部信号增强的磁场探头，其特征在于，所述l形旁路接地屏蔽结构与所述磁场感应及信号传输结构之间保持间隔。

3.根据权利要求1所述的一种局部信号增强的磁场探头，其特征在于，每层磁场信号层的带状传输线两侧设置连续排列的接地通孔阵列，用于传输路径屏蔽。

4.根据权利要求1所述的一种局部信号增强的磁场探头，其特征在于，每层磁场信号层的带状传输线与所述sma接口的换层过渡位置，设置由中心信号通孔及其外围六个接地通孔组成的同轴通孔过渡结构，用于接口换层过渡。

5.根据权利要求1所述的一种局部信号增强的磁场探头，其特征在于，在每层磁场信号层的带状传输线与所述sma接口的换层过渡位置设置中心信号通孔，感应获得的磁场信号沿内部所述带状传输线传输，并经中心信号通孔过渡至接地共面波导，最终通过所述sma接口输出至外部测量设备。

6.一种时域电流重构系统，其特征在于，包括频域近场测量系统和时域近场测量系统，所述频域近场测量系统包括权利要求1-5任一项所述的一种局部信号增强的磁场探头、矢量网络分析仪、接地共面波导、负载；所述矢量网络分析仪与所述接地共面波导、所述磁场探头的sma接口均相连，所述接地共面波导与所述负载相连接，所述磁场探头采集检测被测导体对应的标准传输线上方产生的参考磁场信号；

7.一种时域电流重构方法，用于对权利要求6所述的一种时域电流重构系统采集的时域信号进行频域处理和电流反演，以实现时域电流波形的重构，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的一种时域电流重构方法，其特征在于，所述系统频率响应的计算公式为：

9.根据权利要求8所述的一种时域电流重构方法，其特征在于，按照如下公式对所述时域近场测量系统的磁场探头输出的时域电压进行反号镜像构造：

10.根据权利要求9所述的一种时域电流重构方法，其特征在于，反演被测导体的频域电流的公式为：