伴随着芯片高速、高密、小型化的发展趋势,其电磁干扰问题日益严重。电磁近场扫描技术无需探明芯片内部的结构细节,即可实时分析、快速诊断高速电路的电磁干扰问题,成为近年来国内外学术界的研究热点,并展现了极大的市场应用价值。电磁探头是近场扫描技术的关键部件,直接决定了近场扫描的准确度。高速、高密芯片也对电磁探头的设计提出了新的挑战。本文紧密结合实际产业需求,围绕制约电磁探头设计的关键问题:高频、高空间分辨率、高增益以及多分量探测,通过理论分析、电磁仿真、加工测试,研发高质量的电磁探头,并应用在相关企业界的实际产品测试中。本文的主要研究内容包括以下三点:1、高频、高空间分辨率磁场探头。随着电子设备工作频率的提高,定位电子设备的高频辐射源要求磁场探头能测量几十GHz的磁场;同时随着电子设备高集成度的发展态势,要求磁场探头的空间分辨率在微米级别。我们采用多层印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)工艺,设计了微米尺寸的环形磁场探头。通过减小探头的寄生参数以及优化其阻抗匹配,使其工作频率达到30GHz。测试结果表明该磁场探头可以在宽频带内准确测量磁场。由于PCB工艺的低加工成本,所提出的磁场探头是一种具有经济效益的设计。2、高增益、高空间分辨率磁场探头。接下来,我们采用了多圈结构和时域反射计等阻抗优化方法,同时将低噪声放大器集成到高空间分辨率磁场探头设计中,提高其检测微弱信号的能力,从而解决现有商业探头高增益和高空间分辨率的矛盾。该探头的设计方案已被相关企业采纳,并且已经投板,与同尺寸的API商业探头相比,五圈有源探头增益提高20dB。3、多分量电磁混合探头。最后,在以上单分量环形探头结构的基础之上,我们设计了一种新型的多分量电磁混合探头。该多分量探头利用紧凑、混合的“环-线”结构,通过电磁校准算法能同时测量电磁场的Hx,Hy和Ez分量。解决了传统单分量探头多次扫描导致的测试时间过长、以及更换探头所引起的机械定位误差问题。通过测量Z型微带线和倒F天线的近场分布,验证了该多分量探头的准确度和测量效率。