专利名称：平衡式探棒装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种探棒装置，特别是涉及一种去除谐振能量产生的平衡式探棒装置。
背景技术：
现有测量探棒主要分为主动式和被动式探棒两种。传统的频谱讯号测量或是电磁干扰(EMI)测量分析，均利用被动式探棒，因被动式探棒本身的杂散电感、电容值过大，若将其用于高频测量时，容易产生谐振而有极大的误差失真。
当被动式探棒应用于频谱分析仪时，由于两者的阻抗不匹配，易造成测量的误差，故被动式探棒并不适合用于高频讯号的测量。
主动式探棒虽可避免此问题，但由于其单价过高且容易损坏，故很少被使用于电磁干扰测量分析。另外，主动式探棒大部份是搭配示波器使用，其电源可以直接通过BNC(Bayonet Nary Connector)接头，由示波器上取得，但若要搭配频谱分析仪测量，将无法提供其所需的电源，使其无法正常运作。
实用新型内容本实用新型主要目的是提供一平衡式探棒，利用阻抗匹配，使其去除谐振能量，以解决上述已知测量探棒的缺点。
为实现上述目的，本实用新型提出一种平衡式探棒装置，用以消除测量高频信号时的谐振能量，包括一第一测量通道，用以量得一第一高频信号；一第二测量通道，用以量得一第二高频信号；以及一谐振消除单元，具有一第一及一第二输入端，分别接收第一及第二高频信号，谐振消除单元输出第一与第二高频信号的差值给一测量仪器，藉此使第一与第二高频信号上的谐振能量彼此抵消。
为实现上述目的，本实用新型提出另一种探针装置，包括一阻抗匹配，其特性阻抗与一外部信号传输线的特性阻抗相等，并通过BNC接头与外部信号传输线并联；其中，阻抗匹配由多个电阻器并联而构成，每一电阻器的第一端耦接BNC接头的信号轴端，每一电阻器的第二端均等分布地连接于BNC接头的圆形端上；以及一阻抗探针，由电阻器所构成并且与阻抗匹配串联，用以提供探针装置的衰减比(Attenuation Ratio)。
本实用新型具有以下优点一、具有高频测量的功能本实用新型搭配高频的反相耦合器，可测量有效频宽从1MHz-2GHz，其测量误差在±3dB以内；而本实用新型所使用的反相耦合器的有效频宽为50MHz-1GHz，对于测量的定性、定量以及问题分析有明显的改善。
二、降低成本当本实用新型测量信号时，可去除探棒所产生的谐振能量，使用者不需再使用价格昂贵的主动式探棒，也能使得测量结果更为精确。
三、有助于EMI分析本实用新型的平衡式探棒亦可测量出差动信号中的同相噪声，使用者可轻易得知信号是否发生电磁干扰的问题。
四、可搭配频谱分析仪使用。


为使本实用新型的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1、2a、2b显示本实用新型的平衡式探棒方块图。
图3a为同轴缆线示意图。
图3b为同轴缆线等效电路图。
图4a为BNC接头示意图。
图4b、4c为阻抗匹配电路图。
图5为本实用新型的电路图。
图6为待测信号。
图7a为利用本实用新型测量的结果。
图7b为已知技术测量的结果。
附图符号说明10-平衡式探棒；11-第一测量通道；12-第二测量通道；13-谐振消除单元；14-测量仪器；30-同轴缆线；31-铁网；111-第一阻抗匹配；121-第二阻抗匹配；113-第一信号传输线；123-第二信号传输线；114-第一阻抗探针；124-第二阻抗探针112、122-BNC接头；51-反相耦合器。
具体实施方式
想要抑制探棒谐振能量的产生是不容易的，而本实用新型可去除探棒的谐振能量，对于测量的定性、定量以及EMI问题分析有明显的改善。
图1、2显示本实用新型的平衡式探棒方块图。如图1所示，平衡式探棒10包括一第一测量通道11，用以量得一第一高频信号S1；一第二测量通道12，用以量得一第二高频信号S2；以及一谐振消除单元13，具有一第一及一第二输入端，分别接收第一高频信号S1及第二高频信号S2；谐振消除单元13输出第一高频信号S1与第二高频信号S2的差值给一测量仪器14，例如频谱分析仪，藉此使第一高频信号S1与第二高频信号S2上的谐振能量彼此抵消。
请参照图2a，如图所示，第一测量通道11包括一第一信号传输线113，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配111，其特性阻抗大体上等于第一信号传输线113的第一特性阻抗；以及一BNC接头112，耦接于第一阻抗匹配111与第一信号传输线113之间。
请参照图2b，如图所示，第二测量通道12包括一第二信号传输线123，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配121，其特性阻抗大体上等于第二信号传输线123的第二特性阻抗；以及一BNC接头122，耦接于第二阻抗匹配121与第二信号传输线123之间。
其中，第一测量通道11还包括一第一阻抗探针114，串联第一阻抗匹配111；第二测量通道12还包括一第二阻抗探针124，串联第二阻抗匹配121。
而第一阻抗探针114及第二阻抗探针124分别由电阻器R1及R6所构成，电阻器R1、R6两者的金属部份长度必须相等。
若想要有效降低探棒本身的电感、电容特性，可以从两部份着手，一个是探针部份，另一个是线材部份。本实用新型所使用的第一信号传输线113及第二信号传输线123为同轴缆线，且其长度差需小于0.5公分以下。
图3a为同轴缆线示意图。如图所示，同轴缆线30的信号线SL(SignalLine；SL)用以传送信号，为了隔离外部噪声的干扰，故在同轴缆线30的外围用铁网31隔离，作为接地(Gnd)；而线材本身有一特性阻抗RL，耦接于信号线SL与铁网31之间。
图3b为同轴缆线等效电路图。其中，RL为同轴缆线本身的特性阻抗图4a为BNC接头示意图。如图所示，其中，A点为BNC接头的信号轴，而B、C、D、E点为BNC接头的外围端用以与地线(Gnd)连接，亦或与同轴缆线的铁网接地连接。
图4b、4c为阻抗匹配电路图。如图4b所示，本实用新型的第一阻抗匹配111，包括电阻R2-R5，以并联方式连接。如图4c所示，第二阻抗匹配121，包括电阻R7-R10，也是以并联方式连接；由于第一测量通道11与第二测量通道12内部连接方式相同，故在此仅以第一测量通道11说明第一阻抗匹配111与BNC接头112的连接方式，如下所述电阻R2耦接于A点与B点之间；电阻R3耦接于A点与C点之间；电阻R4耦接于A点与D点之间；电阻R5耦接于A点与E点之间；而第一阻抗探针114一端耦接于A点，另一端用以测量第一高频信号。
而BNC接头112与第一信号传输线113的连接方式，如下所述将BNC接头112的信号轴A点与第一信号传输线113的信号线连接；而BNC接头112外围端B、C、D、E点与第一信号传输线113的铁网连接；此时第一阻抗匹配111的阻抗与第一信号传输线113的特性阻抗RL为并联方式连接，再与第一阻抗探针114串联。
其中，第一阻抗匹配111的阻抗值与第一信号传输线的特性阻抗相等，且电阻R2-R5要平均分散在BNC接头的四边，才能有助于电流均匀分布减少相位差；而第一阻抗探针114系用以提供第一测量通道的衰减比(Attenuation Ratio)。
举例说明，一般同轴缆线的特性阻抗分为50Ω和75Ω两种，本实用新型的同轴缆线以50Ω为例，则电阻R2-R5均为200Ω，并联后为50Ω，再与同轴缆线的特性阻抗50Ω并联，结果则为25Ω；由于 ，故再串联一220Ω的阻抗探针，即可达到衰减比约为1∶10的效果。
另外，第一及第二阻抗匹配内部的电阻器，并不限定其数量，当内部电阻数量越多时，其阻抗匹配的效果便会更好，只要其并联后的阻抗值分别与第一及第二信号传输线的特性阻抗相同即可；而BNC外围接地点依电阻数量而定。
本实用新型的平衡式探棒的谐振消除单元13为一反相耦合器，图5为本实用新型的内部电路图。如图所示，反相耦合器51类似减法器，其作用是将所接收到的信号相减后输出；故若所接收到的两个信号在传输过程没有相位的差异，经过反相耦合器51的相减后，测量通道所造成的谐振能量便会被消去。
举例而言，一般的探棒其测量端与接地端线材以及长度不同，在测量高频信号时，其相位容易偏移；而本实用新型要求两条测量通道长度差在0.5公分以下，且其内部连接方式完全相同，均是为了避免高频信号由于路径不同，而造成相位的差异。
当本实用新型的第一测量通道测量到一高频信号HF(High Frequency；HF)，而第二测量信道测量到接地信号Gnd，由于第一和第二测量信道的长度、内部结构以及连接方式均相同，故其所产生的谐振能量亦会相同，若将高频信号HF与接地信号Gnd相减，则可得到一个没有谐振现象的高频信号HF。
若本实用新型的第一测量通道测量到一高频信号HF1，而第二测量通道测量到另一高频信号HF2，经过反相耦合器相减后，若相减后的值比高频信号HF1或HF2小，表示HF1和HF2为同相信号；因为当HF1和HF2均为正，相减后的值，必小于HF1或HF2。
反之，相减后的值比HF1或HF2大，表示HF1和HF2为反相信号；因为HF1为正而HF2为负，则两者相减后的值会比HF1或HF2大。
在EMI测试中，同相信号会使得磁场的增强造成辐射现象，而反相信号会使得磁通量的减少；故利用本实用新型做为测量EMI的工具时，使用者可由反相耦合器的输出，判断信号源是否含有同相信号，帮助分析EMI问题，而减少除错(debug)的时间。
图6为待测信号。由Tracking Generator所产生的信号源(-50dBm)，且频率由10MHz-1.5GHz；如图所示，信号源在10MHz-1.5MHz之间的能量保持不变，故呈水平状。
图7a为利用本实用新型测量的结果。将本实用新型的平衡式探棒搭配频谱分析仪测量图6中的信号源，其测量结果如图7a所示；图7a的频率由50MHz-1.2GHz，分别取三个测量频率(高频、中频、低频)；当测量频率为940MHz时，测得-68.57dBm；当测量频率为595MHz时，测得-72.13dBm；当测量频率为285MHz时，测得-66.63dBm；其测量值介于-66.63～-72.13dBm，衰减值介于-19.5dBm±3dBm，呈现良好的频率响应。
图7b为已知探棒测量的结果。图7b的频率由50MHz-1.2GHz，分别取三个测量频率(高频、中频、低频)；当测量频率为1GHz时，测得-90.73dBm；当测量频率为595MHz时，测得-74.90dBm；当测量频率为232MHz时，测得-62.51dBm；其测量值介于-62.51～-90.73dBm，衰减值介于-26.6dBm±14dBm，其测量误差相当大，无法有效测量、分析EMI问题。
虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本实用新型，本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可作若干更动与润饰，因此本实用新型的保护范围视后附的权利要求范围为准。
权利要求1.一种平衡式探棒装置，其特征是包括一第一信号传输线，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配，其与上述第一信号传输线并联且特性阻抗等于上述第一特性阻抗，用以量得一第一高频信号；一第一阻抗探针，串联上述第一信号传输线与第一阻抗匹配；一第二信号传输线，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配，其与上述第二信号传输线并联且特性阻抗等于上述第二特性阻抗，用以量得一第二高频信号；一第二阻抗探针，串联上述第二信号传输线与第二阻抗匹配；一谐振消除单元，具有一第一及一第二输入端，分别接收上述第一及第二高频信号，上述谐振消除单元输出上述第一与第二高频信号的差值给一测量仪器，藉此使上述第一与第二高频信号上的谐振能量彼此抵消。
2.如权利要求1所述的平衡式探棒装置，其特征是上述第一及第二阻抗探针是由电阻器所构成，而该构成上述第一阻抗探针的电阻器与该构成上述第二阻抗探针的电阻器二者的金属部份长度须相等。
3.如权利要求1所述的平衡式探棒装置，其特征是上述第一及第二信号传输线为同轴缆线，而该构成上述第一信号传输线的同轴缆线与该构成上述第二信号传输线的同轴缆线两者的长度差须小0.5公分且特性阻抗需相等。
4.如权利要求3所述的平衡式探棒装置，其特征是上述第一及第二信号传输线的特性阻抗为50Ω或75Ω。
5.如权利要求3所述的平衡式探棒装置，其特征是上述第一及第二信号传输线是通过BNC接头而分别与上述第一及第二阻抗匹配并联。
6.如权利要求5所述的平衡式探棒装置，其特征是上述第一及第二阻抗匹配均是分别由多个电阻器并联而构成；每一上述电阻器的第一端耦接对应的上述BNC接头的信号轴端，每一上述电阻器的第二端均等分布地连接于上述BNC接头的圆形端上。
7.如权利要求1所述的平衡式探棒装置，其特征是上述谐振消除单元为反相耦合器。
8.如权利要求1所述的平衡式探棒装置，其特征是上述测量仪器为频谱分析仪。
9.一种探针装置，其特征是包括一阻抗匹配，其与一外部信号传输线并联且特性阻抗等于上述外部信号传输线的特性阻抗；以及一阻抗探针，与上述阻抗匹配相串联。
10.如权利要求9所述的探针装置，其特征是上述阻抗探针是由电阻器所构成。
11.如权利要求10所述的探针装置，其特征是上述阻抗匹配是通过一BNC接头与上述外部信号传输线并联。
12.如权利要求11所述的探针装置，其特征是上述阻抗匹配由多个电阻器并联而构成，每一上述电阻器的第一端耦接上述BNC接头的信号轴端，每一上述电阻器的第二端均等分布地连接于上述BNC接头的圆形端上。
专利摘要一种平衡式探棒装置，用以消除测量高频信号时的谐振能量，包括一第一信号传输线，具有第一特性阻抗；一第一阻抗匹配，其与第一信号传输线并联且特性阻抗等于第一特性阻抗，用以量得一第一高频信号；一第一阻抗探针，串联第一信号传输线与第一阻抗匹配；一第二信号传输线，具有第二特性阻抗；一第二阻抗匹配，其系与第二信号传输线并联且特性阻抗等于第二特性阻抗，用以量得一第二高频信号；一第二阻抗探针，串联第二信号传输线与第二阻抗匹配；一谐振消除单元，具有一第一及一第二输入端，分别接收第一及第二高频信号，谐振消除单元输出第一与第二高频信号的差值给一测量仪器，藉此使第一与第二高频信号上的谐振能量彼此抵消。
文档编号G01R15/00GK2607581SQ0228744
公开日2004年3月24日 申请日期2002年11月28日 优先权日2002年11月28日
发明者汪木金 申请人:纬创资通股份有限公司