EP2300835A1

EP2300835A1 - Messsonde

Info

Publication number: EP2300835A1
Application number: EP09776813A
Authority: EP
Inventors: Thomas Zelder; Bernd Geck
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-03-30
Also published as: CN102099693A; US8760184B2; CN102099693B; JP2011528107A; HK1157017A1; JP5826628B2; DE202008009469U1; US20110163773A1; CA2725636A1; CA2725636C; WO2010006683A1

Abstract

Bei einer Messsonde, insbesondere für ein kontaktloses Vektornetzwerkanalysesystem, mit einem Gehäuse (10) und wenigstens einer am Gehäuse (10) angeordneten Koppelstruktur (12), welche zum Auskoppeln eines HF-Signals aus einer Signalleitung (16) ausgebildet ist, wurde die Anordnung derart getroffen, dass an dem Gehäuse (10) zusätzlich wenigstens eine Signalsonde (14) zum Einkoppeln eines elektrischen Signals in die Signalleitung (16) angeordnet ist.

Description

Messsonde

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messsonde, insbesondere für ein kontaktloses Vektornetzwerkanalysesystem, mit einem Gehäuse und wenigstens einer am Gehäuse angeordneten Koppelstruktur, welche zum Auskoppeln eines HF-Signals aus einer Signalleitung ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Verwendung von kontaktlosen Schleifen-Messsonden zum Detektieren von Störemissionen ist speziell in dem Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) beispielsweise aus H. Whiteside, R. W. P. King," The loop antenna as a probe," IEEE Transaction on Antenna and Propagation, Band 12, Nr. 3, S. 291-297, Mai 1964; M. Kanda, "An electromagnetic near-field sensor for simultaneous electric and magnetic-field measurements," IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, Band 26, Nr. 3, S. 102-110, August 1984 oder M. E. G. Upton, A. C. Marvin, "Improvements to an electromagnetic near-field sensor for simultaneous electric and magnetic field measurements," IEEE Transaction on Electromagnetic compatibility, Band 35, Nr. 1 , S. 96-98, Februar 1993 bekannt.

Weiterhin ist es beispielsweise aus K. W. Wagner, "Induktionswirkung von Wanderwellen in Nachbarleitungen," Elektrotechnische Zeitschrift, Band 35, S. 639- 643; 677-680; 705-708, 1914; P. P. Lombardini, R. F. Schwartz, P. J. Kelly, "Criteria for the design of loop-type directional couplers for the L band," IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, Band 4, Nr. 4, S. 234-239, Oktober 1956; B. Mäher," An L-band loop-type coupler, "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", Band 9, Nr. 4, S. 362-363, Juli 1961 ; F. De Groote, J. Verspecht, C. Tsironis, D. Barataud and J.-P. Teyssier, "An improved coupling method for time domain load-pull measurements" European Microwave Conference, Band 1 , S. 4ff, Oktober 2005 oder K. Yhland, J. Stenarson, "Noncontacting measurement of power in microstrip circuits," in 65th ARFTG, S. 201-205, Juni 2006, bekannt, Schleifensonden bei der Realisierung von Richtkopplern zu verwenden. Ein Richtkoppler ist ein Viertor, welcher in der Regel aus zwei miteinander verkoppelten Leitungen besteht. Der Richtkoppler hat die Aufgabe, die auf einer Leitung hin- und rücklaufenden Wellen zu trennen.

Statt Schleifensonden werden in der EMV-Technik und für die Charakterisierung von elektrischen Bauteilen auch rein induktive oder kapazitive Sonden verwendet, wie beispielsweise aus T. Zelder, H. EuI, "Contactless network analysis with improved dynamic ränge using diversity calibration," Proceedings of the 36th European Microwave Conference, Manchester, UK, S. 478-481 , September 2006; T. Zelder, H. Rabe, H. EuI, "Contactless electromagnetic measuring System using conventional calibration algorithms to determine scattering parameters," Advances in Radio Science - Kleinheubacher Berichte 2006, Band 5, 2007; T. Zelder, I. Rolfes, H. EuI, "Contactless vector network analysis using diversity calibration with capacitive and inductive coupled probes," Advances in Radio Science - Kleinheubacher Berichte 2006, Band 5, 2007 oder J. Stenarson, K. Yhland, C. Wingqvist, "An in-circuit noncontacting measurement method for S-parameters and power in planar circuits," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 49, Nr. 12, S. 2567- 2572, Dezember 2001 , bekannt.

Eine mögliche Koppelstruktur zur Trennung der hin- und rücklaufenden Wellen ist der Schleifenrichtkoppler, welchen P. P. Lombardini, R. F. Schwartz, P. J. Kelly, "Criteria for the design of loop-type directional couplers for the L band" IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, Band 4, Nr. 4, S. 234-239, Oktober 1956 und B. Mäher, "An L-band loop-type coupler" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 9, Nr. 4, S. 362-363, Juli 1961 beschreiben. Ein Schleifenrichtkoppler besteht aus einer Leiterschleife, welche über oder in einem Wellenleiter positioniert wird. Dabei können beliebige Wellenleiter wie Hohlleitungen, planare Streifenleitungen oder Koaxialleitungen verwendet werden. Die Anwendung eines Schleifenrichtkopplers ist vielfältig. Zum Beispiel verwendeten F. De Groote et al. im Jahr 2005 (a.a.O.) und Yhland et al. 2006 (a.a.O.) einen Schleifenrichtkoppler als Komponente in einem kontaktlosen Messsystem.

Die Bestimmung von Streuparametern von innerhalb einer komplexen Schaltung eingebetteten elektrischen Bauteilen ist mittels der kontaktlosen Vektornetzwerkanalyse möglich. Dies ist beispielsweise beschrieben in T. Zelder, B. Geck, M. Wollitzer, I. Rolfes, and H. EuI, "Contactless network analysis System for the calibrated measurement of the scattering parameters of planar two-port devices" Proceedings of the 37th European Microwave Conference, München, Deutschland, S. 246-249, Oktober 2007. Im Vergleich zum herkömmlichen kontaktbehafteten Netzwerkanalyseverfahren werden die internen Richtkoppler eines Netzwerkanalysators durch kontaktlose Nahfeldmesssonden ersetzt, die direkt mit den vektoriellen Messstellen des Analysators verbunden sind.

Zur Bestimmung der Streuparameter eines Testobjektes (DUT) mit einem kontaktlosen, meist vektoriellen Messsystem werden induktive und/oder kapazitive

Koppelstrukturen verwendet. Die Messsonden werden im elektromagnetischen

Nahfeld über den Signalleitungen des Messobjektes positioniert. Mittels dieser

Koppelstrukturen werden entweder der Strom und/oder die Spannung einer

Signalleitung, welche direkt mit dem Testobjekt verbunden ist, bestimmt. Alternativ werden auch die hin- und rücklaufenden Wellen auf der Signalleitung gemessen, wobei dann Richtkoppler, insbesondere Schleifenrichtkoppler, als Koppelstrukturen zur Trennung der beiden Wellen verwendet werden. Um die Streuparameter zu messen, werden herkömmliche Kalibrierverfahren, wie beispielsweise TRL (G. F.

Engen and C. A. Hoer, "Thru-reflect-line: An improved technique for calibrating the dual six-port automatic network analyzer," IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, Band 12, S. 987-993, Dezember 1979), wie bei der kontaktbehafteten Netzwerkanalyse verwendet. Bei der kontaktlosen Vektornetzwerkanalyse wird für jedes Messtor eines unbekannten Testobjektes (DUT) mindestens eine Messsonde, beispielsweise eine Leiterschleife oder zwei kapazitive Sonden, benötigt. Beispielsweise werden kontaktlose Leiterschleifen, die aus koaxialen Semi-Rigid-Leitungen hergestellt sind, verwendet (vgl. F. De Groote, J. Verspecht, C. Tsironis, D. Barataud and J.-P. Teyssier, "An improved coupling method for time domain load-pull measurements", European Microwave Conference, Band. 1 , S. 4 ff, Oktober 2005 und K. Yhland, J. Stenarson, "Noncontacting measurement of power in microstrip circuits", in 65th ARFTG, S. 201-205, Juni, 2006. Alternativ werden ausschließlich kapazitive Sonden in den kontaktlosen Messsystemen eingesetzt (vgl. T. Zelder, H. EuI, "Contactless network analysis with improved dynamic ränge using diversity calibration", Proceedings of the 36th European Microwave Conference, Manchester, UK, S. 478- 481 , September 2006 und T. Zelder, H. Rabe, H. EuI, "Contactless electromagnetic measuring System using conventional calibration algorithms to determine scattering Parameters", Advances in Radio Science - Kleinheubacher Berichte 2006, Band 5, 2007. Die Messsysteme in T. Zelder, I. Rolfes, H. EuI, "Contactless vector network analysis using diversity calibration with capacitive and inductive coupled probes", Advances in Radio Science - Kleinheubacher Berichte 2006, Band 5, 2007 und J. Stenarson, K. Yhland, C. Wingqvist, "An in-circuit noncontacting measurement method for S-parameters and power in planar circuits", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 49, Nr. 12, S. 2567-2572, Dezember, 2001 , wurden mit einer Kombination aus kapazitiven und induktiven Sonden realisiert. Die Besonderheit der Sonden in T. Zelder et al. (a.a.O.) ist, dass sie zusammen mit der Signalleitung auf demselben Substrat hergestellt sind.

Obwohl die kontaktlose Vektornetzwerkanalyse das Potenzial hat, kontaktlos Bauteile zu charakterisieren, wurde bislang keine kontaktlose Streuparametermessung von innerhalb einer Schaltung eingebetteten HF- und Mikrowellenkomponenten durchgeführt. Bisher wurden die Positionen der kontaktlosen Sonden während und nach der Kalibrierung nicht verändert, welches jedoch notwendig ist, wenn innerhalb einer Schaltung gemessen werden soll. Unter der Verwendung einer pseudo-kontaktlosen Messung, wurden in T. Zelder, B. Geck, M. Wollitzer, I. Rolfes, and H. EuI, "Contactless network analysis System for the calibrated measurement of the scattering parameters of planar two-port devices", Proceedings of the 37th European Microwave Conference, München, Deutschland, S. 246-249, Oktober 2007 unbekannte, eingebettete Zweitore charakterisiert. Eine pseudo-kontaktlose Messung bedeutet dabei, dass statt vollständig kontaktlosen Sonden gedruckte Koppelstrukturen verwendet werden.

Für die kontaktlose Bestimmung komplexwertiger Streuparameter eines Zweitores sind zwei kontaktlose Schleifensonden mit jeweils zwei Messstellen eines vektoriellen Netzwerkanalysators verbunden. Die Sonden sind zur Charakterisierung eines zwischen mehreren Bauelementen eingebettetes DUTs (Devide Under Test) beidseitig im Nahfeld der Zuleitungen des DUTs positioniert. Zur Bestimmung der

Streuparameter werden die hin- und rücklaufenden Wellen des DUTs in zwei verschiedenen Zuständen gemessen. Um zwei verschiedene Zustände zu erzeugen, besitzt ein Netzwerkanalysator einen Umschalter, so dass das Signal einmal von links oder von rechts in die Schaltung gegeben werden kann. Werden für beide

Schalterstellungen die hin- und rücklaufenden Wellen gemessen, dann können daraus die vollständigen Zweitor-Streuparameter eines eingebetteten DUTs bestimmt werden. Jedoch existieren bei der kontaktlosen Bestimmung der

Streuparameter Fälle, bei denen eine Bestimmung der vollständigen Streuparameter nicht möglich ist. Zwei Fälle werden im Folgenden erläutert.

Fall 1 : Ist beispielsweise das letzte Zweitor (34 in Fig. 3 zwischen 44 und 46) in der Schaltung, in der das DUT eingebettet ist, ein Verstärker der nur in Vorwärtsrichtung

(Schalterstellung I, vgl. Fig. 3) betrieben werden kann (in der anderen Richtung besitzt er einen sehr hohen Eingangswiderstand) und sind die beiden Ausgänge des

Schalters 54, wie bisher bei der kontaktlosen Vektometzwerkanalyse üblich ist, statt wie in Fig. 3 mit der planaren Leitung 16 an den Positionen 36 bzw. 46 miteinander verbunden, dann ergeben sich nur für die Schalterstellung I auswertbare Ergebnisse.

Für die Schalterstellung Il wird nahezu die gesamte Leistung durch den verkehrt betriebenen Verstärker zum Generator zurück reflektiert und das Messsignal an den Messstellen der kontaktlosen Schleifensonden verschwindet im Rauschen.

Fall 2: Ist die Dämpfung der Zweitore in der Schaltung links und rechts vom DUT zu hoch, dann ist der Dynamikbereich für eine genaue Messung zu gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messsonde der o.g. Art hinsichtlich der Messgenauigkeit und des Anwendungsspektrums zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messsonde der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei einer Messsonde der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Gehäuse zusätzlich wenigstens eine Signalsonde zum Einkoppeln eines elektrischen Signals in die Signalleitung angeordnet ist.

Dies hat den Vorteil, dass das über ein DUT geführte Signal für die Durchführung von Messungen nicht über alle Bauelemente der Schaltung, in welches das DUT eingebettet ist, hinweg zum DUT geleitet werden muss, sondern statt dessen das Signal direkt vor bzw. nach dem DUT mit einer Messspitze (Probe) eingespeist wird. Hierdurch können DUTs unabhängig von den weiteren, in der Schaltung vorhandenen Bauteilen vollständig hinsichtlich ihrer Streuparameter vermessen werden.

Zweckmäßigerweise ist die Signalsonde als kontaktlose Leiterschleife oder als eine die Signalleitung elektrisch und mechanisch kontaktierende Messspitze ausgebildet, wobei die Messspitze derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich die Koppelstruktur wenigstens im Nahfeld der Signalleitung befindet oder die Signalleitung elektrisch und mechanisch kontaktiert, wenn die Messspitze die Signalleitung elektrisch und mechanisch kontaktiert. Zweckmäßigerweise ist die kontaktlose Signalsonde als rein induktive, rein kapazitive oder kombiniert induktive und kapazitive Sonde ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Koppelstruktur als kontaktlose Leiterschleife oder als die Signalleitung elektrisch und mechanisch kontaktierende Messspitze ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist die kontaktlose Koppelstruktur als rein induktive, rein kapazitive oder kombiniert induktive und kapazitive Sonde ausgebildet.

Zweckmäßigerweise sind ein Massekontakt der Koppelstruktur und der Signalsonde elektrisch miteinander verbunden.

Dadurch, dass die Koppelstruktur impedanzkontrolliert ist, wird eine hohe Richtdämpfung sowie eine hohe Eingangsimpedanz erzielt und werden weniger Mantelwellen erzeugt, wobei die Messsonde dadurch auch analytisch besser beschreibbar und die Grenzfrequenz höher ist als bei nicht impedanzkontrollierten Messsonden.

Zur Verbesserung der Signalqualität ist in einem Eingangspfad der Signalsonde und/oder in einem Ausgangspfad der Koppelstruktur ein elektrischer Signalverstärker angeordnet.

Zum Einstellen eines Arbeitspunktes des Verstärkers sind/ist die Signalsonde und/oder die Koppelstruktur mit einer Gleichspannung beaufschlagt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff, einem Absorberwerkstoff und/oder aus einem Kunststoff hergestellt.

Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse mit einem Absorberwerkstoff ummantelt. Zum abstandskontrollierten Anordnen der Messsonde nahe bzw. in elektrischem und mechanischem Kontakt mit dem Signalleiter ist zusätzlich eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Abstandes der Koppelstruktur von dem Signalleiter vorgesehen.

Beispielsweise umfasst die Vorrichtung zum Bestimmen des Abstandes einen optischen, elektrischen, mechanischen und/oder elektromechanischen Abstandssensor.

Zum kontrollierten, dreidimensionalen Anordnen der Messsonde nahe oder in mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem Signalleiter ist zusätzlich eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position der Messsonde im Raum vorgesehen.

Beispielsweise ist die Vorrichtung zum Bestimmen einer Position der Messsonde im Raum ein Bildsensor.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messsonde zusätzlich wenigstens eine Positioniervorrichtung zum Positionieren derselben im Raum auf, so dass die Messsonde in wenigstens einer Raumrichtung verschiebbar ist. Die Positioniervorrichtung weist beispielsweise wenigstens einen Stellmotor, insbesondere Schrittmotor, auf und ist bevorzugt am Gehäuse angeordnet.

Zum unabhängigen Positionieren der Koppelstruktur und der Signalsonde weist die Messsonde für die Koppelstruktur und die Signalsonde jeweils eine separate Positioniervorrichtung auf.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messsonde in einem Messaufbau,

Fig. 2 eine Draufsicht der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Messaufbaus mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA).

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messsonde umfasst ein Gehäuse 10, eine Koppelstruktur 12 in Form einer kontaktlosen Messschleife bzw. Schleifensonde und eine Signalsonde 14 in Form einer eine Signalleitung 16 elektrisch und mechanisch kontaktierenden Messspitze. Die Koppelstruktur 12 ist mit einem ersten Tor 18 und einem zweiten Tor 20, die einen Ausgangspfad ausbilden, derart ausgebildet, dass diese ein elektrisches Signal aus der Signalleitung 16 auskoppelt. Die Signalsonde 14 ist mit einem Eingang 22 derart ausgebildet, dass diese in die Signalleitung 16 ein elektrisches Signal einkoppelt. Die Signalsonde 14 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass sich die Koppelstruktur 12 im Nahfeld der Signalleitung 16 befindet, also kontaktlos ein Signal aus der Signalleitung 16 auskoppelt, wenn die Signalsonde 14 die Signalleitung 16 elektrisch und mechanisch kontaktiert, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die Signalleitung 16 ist Teil einer elektrischen bzw. elektronischen Schaltung auf einer Leiterplatte 30, die ein zu testendes elektrisches bzw. elektronisches, eingebettetes Bauteil 24 (DUT - Device Under Test) sowie weitere elektrische bzw. elektronische Bauteile 26, 28 umfasst. Die Signalleitung 16 ist beispielsweise als Streifenleitung ausgebildet.

In Fig. 3 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Auf der Schaltungsplatine 30 umfasst die elektronische Schaltung zusätzlich elektronische Bauteile 32 und 34, die beispielsweise als Verstärker ausgebildet sind, die nur in Vorwärtsrichtung betrieben werden können und in der anderen Richtung einen sehr hohen Eigenwiderstand aufweisen. Die Bauteile 26, 28, 32 und 34 sowie das DUT 24 sind im Wesentlichen Zweitore, die in die Signalleitung 16 eingeschleift sind. Weiterhin bezeichnet 36 eine erste Position, 38 eine zweite Position, 40 eine dritte Position, 42 eine vierte Position, 44 eine fünfte Position und 46 eine sechste Position auf der Leiterplatte 30. Mit 48 sind Referenzebenen bezeichnet. In Fig. 3 ist eine Messanordnung mit zwei erfindungsgemäßen Messsonden und einem vektoriellen Netzwerkanalysator 50 (VNA) dargestellt. Der VNA 50 umfasst eine Signalquelle 52, einen Schalter 54, mit einer Schalterstellung I und einer Schalterstellung II, ein erstes Messtor 56, ein zweites Messtor 58, ein drittes Messtor 60 und ein viertes Messtor 62. Mit 64 ist ein komplexer Gerätewiderstand Z₉ bezeichnet. Die Signalquelle 52 ist über den Schalter 54 mit jeweils einem Eingang 22 von einer der Signalsonden 14 verbunden. Die Messtore 56, 58, 60 und 62 sind mit den Ausgängen 18 und 20 verbunden. Das Signal der Signalquelle 52 wird je nach Stellung des Schalters 54 auf verschiedenen Seiten des DUT 24 in die Signalleitung 16 durch die Signalsonden 14 eingekoppelt.

Durch die erfindungsgemäße Messsonde ist es möglich, die Leistung des in die Signalleitung 16 eingekoppelten Signals nicht über alle Bauelemente 26, 28, 32, 34 hinweg zum DUT 24 zur leiten, sondern direkt vor dem DUT 24 mittels der Signalsonden 12 einzuspeisen. Nach bzw. stromab der Einspeisung der Leistung sind dann jeweils die Koppelstrukturen 12 positioniert. Erfindungsgemäß sind die kontaktlose Koppelstruktur 12 und die kontaktbehaftete Signalsonde zu einer Einheit, vorzugsweise in einem Gehäuse, kombiniert. Ein weiterer Vorteil einer kombinierten Messsonde liegt darin, dass eine optimierte Kombination deutlich weniger Platz für die Positionierung benötigt. In der Regel ist der Abstand zwischen zwei Messobjekten, wie den Bauteilen 24, 26, 28, 32, 34 der elektronischen Schaltung, stark begrenzt. Ein anderer Vorteil ist, dass eine Gleichspannungszuführung über Bias zu ggf. in der Messsonde vorhandenen Verstärkern möglich ist. Durch die Verwendung von Verstärkern lässt sich das Signal-zu-Rauschverhältnis verbessern. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Messsonde mit Signalisierungsmessspitze 14 verbleiben die Enden der zu untersuchenden planaren Schaltung offen, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Bei der Anwendung eines 7-Term- Kalibrierverfahrens beeinflusst die Rückwirkung der offenen Enden das Messergebnis nicht. In Fig. 2 ist beispielhaft dargestellt, wie der Aufbau einer zu untersuchenden planaren Mikrostreifenschaltung auf der Schaltungsplatine 30 für den Einsatz der erfindungsgemäßen, kombinierten Messsonde verändert wird. Für die Signalisierung ist in der in Fig. 2 beispielhaften Ausführung neben der planaren Mikrostreifenleitung 16 eine Kontaktfläche mit einem Via 66 gegen Masse vorgesehen. Falls in einer anderen Ausführung die Messobjekte mit Koplanarleitungen verbunden sind, müssen keine zusätzlichen Kontaktflächen in der Schaltung vorgesehen sein. Dann entspricht die Form der speisenden Signalsonde 14 beispielsweise der einer herkömmlichen On-Wafer-Messspitze, welche mit der kontaktlosen Sonde 12 über das Gehäuse verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Kombinationsmesssonde umfasst mindestens eine Koppelstruktur 12, die eine auf einer externen Leitung 16 laufende, elektromagnetische Welle teilweise auskoppelt, und mindestens eine Signalsonde 14 die die Aufgabe hat, Leistung auf die externe Leitung 16 zu übertragen. Dabei können Koppelstruktur 12 und Signalsonde 14 beide kontaktlos oder kontaktbehaftet oder aus einer Kombination aus kontaktlos und kontaktbehaftet sein. Mit anderen Worten ist mindestens eine Koppelstruktur 12 mit mindestens einer Signalisierungsmessspitze 14 zu einer Messsondeneinheit kombiniert. Die Masse der beiden Sondentypen (Koppelstruktur 12 und Signalsonde 14) ist zweckmäßigerweise miteinander elektrisch verbunden. Vorzugsweise besitzen die beiden Sondentypen ein gemeinsames Gehäuse und eine gemeinsame Halterung.

Die erfindungsgemäße Kombinationsmesssonde ist für den Einsatz in einem kontaktlosen Vektornetzwerkanalysesystem besonders geeignet, wie in Fig. 3 dargestellt. Andere Einsatzgebiete sind jedoch auch möglich.

In einer beispielhaften Ausführungsform entspricht die Geometrie der kontaktbehafteten Messspitze 14 der Geometrie einer herkömmlichen On-Wafer-

Probe. Wichtig ist für diese Ausführungsform, dass die Messspitze 14 über mindestens ein Kontaktblech verfügt, mit der ein elektrischer Kontakt mit einem (planaren) Wellenleiter 16, an dem das DUT 24 elektrisch angeschlossen ist, hergestellt wird. Die Kontaktblech(e) sind optional über einen inneren Wellenleiter (innerhalb des Gehäuses 10 der Messsonde) mit einem äußeren Übergang (beispielsweise einem SMA-Stecker) verbunden. Der äußere Übergang dient zur Verbindung der Messspitze 14 mit einem Generator 52.

Die Messspitze 14 und die Koppelstruktur sind beispielsweise jeweils impedanzkontrolliert ausgeführt, d.h. die Eingangsreflexionsdämpfung ist maximiert.

Als Koppelstruktur 12 bzw. Signalsonde 14 werden beispielsweise induktive Sonden, kapazitive Sonden und Kombinationen aus rein induktiven und rein kapazitiven Sonden verwendet. Die kontaktlose Koppelstruktur 12 ist beispielsweise als eine Schleifensonde ausgeführt.

Im Eingangspfad 22 der Messspitze 14 und/oder in den Ausgangspfaden 18, 20 der Koppelstruktur 12 sind in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Verstärker zur Verbesserung der Signalqualität vorgesehen. Damit wird die erfindungsgemäße Kombinationsmesssonde zur aktiven Messsonde. Bei einer aktiven Messsonde ist es ggf. sinnvoll, die Messspitze 14 und die Koppelstruktur 12 mit einer Gleichstromquelle (Bias) zu verbinden, um eine dem HF-Testsignal überlagerte Gleichspannung den Verstärkern zur Einstellung des Arbeitspunktes zur Verfügung zu stellen.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Kombinationsmesssonde kann aus beliebigen Materialien ausgeführt sein. Beispielsweise ist ein Metallgehäuse vorgesehen, welches mit einem Absorbermaterial ummantelt ist. Alternativ ist ein Kunststoffgehäuse oder ein Absorbergehäuse vorgesehen.

Die erfindungsgemäßen Kombinationsmesssonde weist beispielsweise Sensoren zur automatischen Positionierung oder zur Detektierung einer dreidimensionalen Position auf. An der Koppelstruktur 12 ist bevorzugt mindestens ein Wellenleiter angeschlossen, wobei das Ende des Wellenleiters einen Übergang ausbildet. Falls zwei Wellenleiter angeschlossen sind, spricht man in der Regel von einer Sondenschleife. Es können auch mehr als ein bzw. zwei Wellenleiter an die Koppelstruktur 12 angeschlossen sein. Die Koppelstruktur 12 kann auch einzelnen Sonden (beispielsweise kapazitiven Sonden) umfassen.

Die erfindungsgemäße Kombinationsmesssonde besitzt in einer bevorzugten Weiterbildung eine dreidimensionale Verstellmöglichkeit, so dass beispielsweise der Abstand der kontaktlosen Koppelstruktur 12 zu dem Wellenleiter 16, an dem das DUT 24 angeschlossen ist, eingestellt werden kann. Beispielsweise wird mit einer dreidimensionalen Verstellmöglichkeit (beispielsweise X-Y-Z-Lineartisch) die relative Position der Koppelstruktur 12 zur Messspitze 14 verändert. Dabei ist die Verstellmöglichkeit beispielsweise mechanisch oder elektrisch steuerbar ausgebildet. Der Verstellprozess kann automatisiert sein, so dass stets die beste Koppelposition ausgewählt wird.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung betrifft die Kombination der Kombinationsmesssonde mit einer Positionseinrichtung, so dass die Kombinationsmesssonde in allen Dimensionen oder nur in einer oder zwei etc. verschoben werden kann. Die Positionseinrichtung ist beispielsweise in dem Gehäuse 16 integriert oder über eine Halterung mit der Kombinationsmesssonde verbunden. Die Positionseinrichtung ist beispielsweise manuell bedienbar und/oder motorisiert. Sie ist also aktiv oder passiv. Die Positionseinrichtung enthält bevorzugt zur Steuerung eine Steuerleitung.

Die erfindungsgemäße Kombinationsmesssonde besitz beispielsweise zwei getrennte Positionseinrichtungen, die es ermöglichen, dass die kontaktbehaftete Signalsonde 14 und die kontaktlose Koppelstruktur 12 unabhängig von einander positionierbar sind bzw. die Position unabhängig voneinander einstellbar ist. Die Koppelstruktur (12) kann auch mehrere einzelne kapazitive, induktive und/oder induktiv und kapazitiv koppelnde Sonden umfassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Messsonde, insbesondere für ein kontaktloses Vektornetzwerkanalysesystem, mit einem Gehäuse (10) und wenigstens einer am Gehäuse (10) angeordneten Koppelstruktur (12), welche zum Auskoppeln eines HF-Signals aus einer Signalleitung (16) ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an dem Gehäuse (10) zusätzlich wenigstens eine Signalsonde (14) zum Einkoppeln eines elektrischen Signals in die Signalleitung (16) angeordnet ist.

2. Messsonde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsonde (14) als eine die Signalleitung (16) elektrisch und mechanisch kontaktierende Messspitze ausgebildet ist, wobei die Messspitze (14) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich die Koppelstruktur (12) wenigs- tens im Nahfeld der Signalleitung (16) befindet oder die Signalleitung (16) elektrisch und mechanisch kontaktiert, wenn die Messspitze (14) die Signalleitung (16) elektrisch und mechanisch kontaktiert.

3. Messsonde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signal- sonde (14) als kontaktlose Leiterschleife oder Schleifensonde ausgebildet ist.

4. Messsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Signalsonde (14) als rein induktive, rein kapazitive oder kombiniert in- duktive und kapazitive Sonde ausgebildet ist.

5. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstruktur (12) als die Signalleitung (16) elektrisch und mechanisch kontaktierende Messspitze ausgebildet ist.

6. Messsonde nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstruktur (12) als kontaktlose Leiterschleife oder Schleifensonde ausgebildet ist.

7. Messsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Koppelstruktur (12) als rein induktive, rein kapazitive oder kombiniert induktive und kapazitive Sonde ausgebildet ist.

8. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Massekontakt der Koppelstruktur (12) und der Signalsonde (14) elektrisch miteinander verbunden sind.

9. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstruktur (12) und die Signalsonde (14) jeweils impedanzkontrolliert ausgeführt sind, wobei die Impedanzen der Signalpfade zwischen der Signalsonde (14) und einem Eingang (22) der Signalsonde (14) und die Impedanzen der Signalsonde (14) und des Eingangs (22) der Signalsonde (14) bzw. die Impedanzen zwischen der Koppelstruktur (12) und dem ersten Tor (18) der Koppelstruktur (12) sowie dem zweiten Tor (20) der Koppelstruktur (12) und die Impedanzen der Koppelstruktur (12), des ersten Tores (18) der Koppelstruktur (12) und des zweiten Tores (20) der Koppelstruktur (12) aufeinander derart abgestimmt sind, dass sich eine hohe Eingangsreflexionsdämpfung ergibt.

10. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Eingangspfad (22) der Signalsonde (14) ein elektrischer Signalverstärker angeordnet ist.

11. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Ausgangspfad (18, 20) der Koppelstruktur (12) ein elektrischer Signalverstärker angeordnet ist.

12. Messsonde nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsonde (14) und/oder die Koppelstruktur (12) mit einer Gleichspannung beaufschlagt sind/ist.

13. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) aus einem metallischen Werkstoff, einem Absorberwerkstoff und/oder aus einem Kunststoff hergestellt ist.

14. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) mit einem Absorberwerkstoff ummantelt ist.

15. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Abstandes der Koppelstruktur (12) von dem Signalleiter (16) vorgesehen ist.

16. Messsonde nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- richtung zum Bestimmen des Abstandes einen optischen, elektrischen, mechanischen und/oder elektromechanischen Abstandssensor umfasst.

17. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position der Messsonde im Raum vorgesehen ist.

18. Messsonde nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Bestimmen einer Position der Messsonde im Raum ein Bildsensor ist.

19. Messsonde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde zusätzlich wenigstens eine Positioniervorrichtung zum Positionieren derselben im Raum aufweist.

20. Messsonde nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung wenigstens einen Stellmotor, insbesondere einen Schrittmotor, aufweist.

21. Messsonde nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde für die Koppelstruktur (12) und die Signalsonde (14) jeweils eine separate Positioniervorrichtung aufweist.

22. Messsonde nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung am Gehäuse (10) angeordnet ist.