探头元件和探头单元

技术领域

本发明涉及用于检查具有高频信号用的端子的连接器的探头元件。

背景技术

作为电连接装置，在专利文献1中记载有具备引脚端子和保持器的结构。专利文献1所述的电连接装置在保持器内配置引脚端子。引脚端子由配置在保持器内的绝缘体保持。

专利文献1：日本特开2001－307811号公报

对于这样结构的电连接装置，在测量高频信号时，引脚端子例如连接于同轴电缆。

此时，若引脚端子与同轴电缆的阻抗匹配不充分，则会产生传输损耗，无法高精度地测量高频信号。特别是，像毫米波那样波长较短的高频信号的情况下，现有结构无法实现能够高精度地测量高频信号那样的阻抗匹配。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够高精度地测量高频信号的探头元件。

本发明的探头元件具备导电销、筒状的筒体、衬套。导电销具有与被检测体连接的一端。筒状的筒体以导电销的一端向外部暴露的方式将导电销收纳于内部。衬套在筒体的内部将导电销以一端能够移动的状态保持，衬套具有规定的介电常数。导电销具备：末端部，其包含一端；插座部，其为筒状，且配置在与一端对置的另一端；和中间部，其将末端部和插座部连接起来。在与筒体的延伸方向正交的方向上，插座部和筒体之间的距离与中间部和筒体之间的距离不同。

采用该结构，能够抑制导电销的在其与筒体之间存在衬套的部位与不存在衬套的部位之间的阻抗差。

采用本发明，能够实现能够高精度地测量高频信号的探头元件。

附图说明

图1是表示探头单元的概略结构的立体图。

图2是表示探头元件的结构的侧视图。

图3是表示探头元件的结构的侧剖视图。

图4是表示探头元件的传输特性的图表。

图5是表示探头元件的衍生结构的侧视图。

图6是表示探头元件的衍生结构的侧视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一实施方式的探头元件进行说明。其中，在以下的实施方式的各图中，对纵横尺寸关系适当夸大图示，并非总是与实际尺寸的纵横尺寸关系相符。另外，为了使附图便于观看，根据需要省略了一部分附图标记的图示。

(探头单元的结构)

图1是表示探头单元的概略结构的立体图。如图1所示，探头单元1具备探头保持部件10、支承体100、凸缘30、弹簧40、同轴电缆51、同轴电缆52、多个信号用电缆60、同轴连接器510、同轴连接器520和连接器600。其中，探头单元1具备同轴电缆51、同轴电缆52、多个信号用电缆60中的至少同轴电缆51即可。

探头保持部件10是具有检查面10S的立体形状。探头保持部件10保持探头元件21、探头元件22和多个探头元件23。此时，探头元件21的末端(一端)、探头元件22的末端(一端)和多个探头元件23的末端(一端)从检查面10S向外侧突出。并且，探头元件21、探头元件22和多个探头元件23沿与检查面10S正交的方向延伸。

探头元件21、探头元件22和多个探头元件23以规定的图案配置在检查面10S内。具体而言，探头元件21和探头元件22配置为使多个探头元件23位于它们之间。

探头元件21和探头元件22是高频信号测量用的探头元件。探头元件21和探头元件22与本发明的“探头元件”相对应。多个探头元件23例如是控制信号、低频信号等的测量用探头元件。

支承体100为平板状。支承体100同探头保持部件10的与检查面10S相反一侧的面抵接。

凸缘30为平板状。凸缘30配置在支承体100的与探头保持部件10侧相反一侧的面。凸缘30与支承体100之间隔开规定的距离地配置。弹簧40配置在支承体100与凸缘30之间。

同轴电缆51的一端与探头元件21连接，另一端与同轴连接器510连接。同轴电缆52的一端与探头元件连接，另一端与同轴连接器520连接。多个信号用电缆60的一端分别与多个探头元件23连接，另一端与连接器600连接。

(探头元件的结构)

图2是表示探头元件的结构的侧视图。在图2中，为了便于理解内部结构，筒体和衬套用剖视图示出。图3是表示探头元件的结构的侧剖视图。其中，探头元件21和探头元件22具有基本相同形状，因此，以下，使用图2、图3对探头元件21的结构进行说明。

如图2、图3所示，探头元件21具备导电销201、筒体202和衬套203。

导电销201具备末端部211、中间部212和插座部213。

如图3所示，末端部211是导体，具备主体部2111和端部2112。主体部2111为棒状。主体部2111的一端(末端)为半球形状，另一端与端部2112连接。端部2112为圆板形状，端部2112的主面与主体部2111的另一端连接。主体部2111与端部2112例如一体形成。

中间部212是导体，具备圆筒形状的壳体2120和弹簧2122。末端部211的在延伸方向上的局部配置于壳体2120的中空部2121。更具体而言，包含末端部211的端部2112在内，末端部211的主体部2111的局部配置在中空部2121。在中空部2121，还配置了弹簧2122。弹簧2122的一端与端部2112接触。弹簧2122的另一端与插座部213的底壁2132。

插座部213是导体，且为圆筒形状。更具体而言，插座部213具备圆筒形的侧壁2130和底壁2132。底壁2132与中间部212的壳体2120连接，将中空部2121的一端堵塞。在插座部213的由侧壁2130与底壁2132围起的凹部2131，收纳同轴电缆51的内导体511。内导体511通过导电性接合材料206而与插座部213接合。同轴电缆51的绝缘体512和外导体513配置在比插座部213的凹部2131靠外侧处。

插座部213与中间部212也可以一体形成，也可以由彼此独立的部件构成并接合在一起。

在一体形成的情况下，例如只要如下述那样地形成即可。将中间部212的壳体2120和插座部213的底壁2132的比壳体2120直径大的部分一体地形成。接下来，将导电销201和弹簧2122插入中间部212。接下来，利用圆板形状的部件等将插座部213的底壁2132的孔堵塞。

在由彼此独立的部件构成的情况下，例如只要如下述那样地形成即可。将导电销201和弹簧2122插入中间部的壳体2120内。将壳体2120的另一端(导电销201没有突出那一侧的端部)与插座部213接合在一起。由此，中间部212的中空部2121的另一端被插座部213的底壁2132堵塞。

筒体202是导体，且为圆筒形。筒体202的内径与筒体202的在延伸方向上的位置无关，是恒定的。但是，这里的恒定包含制造误差、形状的测量误差的范围。另外，在本说明书等中，内径是指内周部分的长度，内周部分的形状不局限于圆形状，包含椭圆形状、矩形。

筒体202在其延伸方向(与轴向平行的方向)上的一端具有壁220。该壁220具有使筒体202的内部空间221与外部连通的孔222。孔222的直径为能供末端部211贯穿的大小，优选为尽可能的最小限度的大小。筒体的在轴向上的另一端具有与外部连通的开口223。另外，筒体202在轴向(筒体202的延伸方向)上的靠开口223侧的位置具有贯通孔224。贯通孔224沿与筒体202的延伸方向正交的方向贯通筒体202的壁。

导电销201配置于筒体202的内部空间221。此时，导电销201中末端部211、中间部212和插座部213的排列方向与筒体202的延伸方向平行。

导电销201的末端部211贯穿孔222。于是，导电销201的末端部211的局部从筒体202的一端面202S突出到外部。

衬套203具有绝缘性，具有规定的介电常数。衬套203的介电常数高于空气的介电常数。在该情况下，衬套203为本发明的第1电介质，空气为本发明的第2电介质，本发明的第1电介质的介电常数高于本发明的第2电介质的介电常数。衬套203在筒体202的内部空间221将导电销201固定。更具体而言，衬套203配置为在筒体202的延伸方向上抵接在导电销201的中间部212与筒体202的内壁之间。另外，衬套203与筒体202的壁220的内表面抵接。由此，导电销201被固定于筒体202。

另外，衬套203在筒体202的延伸方向上没有配置在导电销201的插座部213与筒体202的内壁之间。即，在筒体202的延伸方向上，在导电销201的插座部213与筒体202的内壁之间具有中空204。

另外，衬套203配置在导电销201的末端部211与筒体202的内壁之间。此时，衬套203以末端部211能够沿轴向移动的状态配置。

同轴电缆51从筒体202的开口223插入。同轴电缆51的绝缘体512的末端与插座部213抵接或者接近插座部213。同轴电缆51的外导体513通过导电性接合材料205而与筒体202接合。

在这样的结构中，中间部212的直径Φ212小于插座部213的直径Φ213。换言之，在与筒体202的延伸方向正交的方向上，中间部212的外径小于插座部213的外径。另外，在本说明书等中，外径是指外周部分的长度，外周部分的形状不局限于圆形状，包含椭圆形状、矩形。

根据该结构，在与筒体202的延伸方向正交的方向上，中间部212与筒体202之间的距离D212大于插座部213与筒体202之间的距离D213。另外，这里的距离D212和距离D213例如是利用中间部212、插座部213和筒体202的在延伸方向上的多个点测量出的距离的平均值。

衬套203比空气介电常数高，因此通过使距离D212大于距离D213，能够减小中间部212和筒体202之间的电容与插座部213和筒体202之间的电容之差。像这样，探头元件21使用衬套203将导电销201固定于筒体202，并且进行导电销201的在延伸方向上的阻抗匹配。

由此，能够减小包含中间部212的传输线路部与包含插座部213的传输线路部之间的阻抗差，能够实现阻抗匹配。其结果，探头元件21能够以低损耗传输高频信号，具备该探头元件21的探头单元1能够高精度地测量高频信号。

特别是，毫米波等频率更高的高频信号的情况下，由于导电销的延伸方向上的形状变化、构成部件的变化而在导电销内会产生阻抗失配。然而，像探头元件21这样通过适当地改变与同轴电缆51连接的部分即插座部213、保持末端部211的部分即中间部212的形状，能够实现阻抗匹配。

图4是表示探头元件的传输特性的图表。如图4所示，通过具备本发明的结构，能够在到80[GHz]为止的大致整个频带减少反射损耗。特别是，通过具备本发明的结构，在大约高于25[GHz]的频率时，反射损耗被抑制为低于一定水平(这里为－15[dB])。

另外，在本实施方式的结构中，插座部213的凹部2131的直径大于中间部212的中空部2121的直径。由此，同轴电缆51的内导体511的直径能够较大，能够减小同轴电缆51的电阻损耗。因此，探头单元1的测量灵敏度得到提高。

另外，在该结构中，在中间部212与筒体202之间配置衬套203。在该情况下，能够进一步抑制导电销201从筒体202脱落。另外，能够抑制导电销201的末端向与筒体202的延伸方向垂直的方向移动。

(探头元件的衍生例)

图5是表示探头元件的衍生结构的侧视图。如图5所示，探头元件21A与探头元件21的不同之处在于，在插座部213A与筒体202之间配置有衬套203A。探头元件21A的基本结构与探头元件21相同，省略对相同部位的说明。

导电销201A具备末端部211、中间部212A和插座部213A。

在探头元件21A中，衬套203A配置在插座部213A与筒体202之间。在中间部212A与筒体202之间没有配置衬套203A。即，中间部212A与筒体202之间成为中空204A。在该情况下，空气成为本发明的第1电介质，衬套203成为本发明的第2电介质，本发明的第1电介质的介电常数低于本发明的第2电介质的介电常数。

插座部213A的直径Φ213小于中间部212A的直径Φ212A。通过成为这样的关系，探头元件21A能够与探头元件21同样地实现阻抗匹配。

另外，在该结构中，在插座部213A与筒体202之间配置有衬套203A。在该情况下，能够提高导电销201的弹力，能够提高探头元件21的接触压力。

另外，对于上述各实施方式，探头元件最好将阻抗匹配部件配置为与插座部和同轴电缆之间的接合部抵接或者接近该接合部。由此，能够进一步可靠地进行导电销与同轴电缆的阻抗匹配。

另外，也可以使用图6所示这样的结构。图6是表示探头元件的衍生结构的侧视图。如图6所示，探头元件21B与探头元件21的不同之处在于，还具备阻抗调整部件70。探头元件21B的其他结构与探头元件21相同，省略对相同部位的说明。

阻抗调整部件70由电介质或者导体构成。阻抗调整部件70配置为与插座部213和同轴电缆51之间的边界抵接或者接近该边界。阻抗调整部件70例如是将插座部213的周面的至少局部包围这样的环状。

在阻抗调整部件70为导体的情况下，能够将插座部213和阻抗调整部件70视为一个导体部件，且导体部件的未配置阻抗调整部件70的第1部分的外径与导体部件的配置有阻抗调整部件70的第2部分的外径不同，能够抑制阻抗在导电销201的延伸方向(延伸的方向)上急剧变化。

另外，在阻抗调整部件70为电介质的情况下，能够抑制介电常数在导电销201的延伸方向(延伸的方向)上急剧变化，由此，能够抑制阻抗在导电销201的延伸方向(延伸的方向)上急剧变化。

另外，这样的阻抗调整部件70也可以配置为与中间部212和插座部213之间的边界抵接或者接近该边界。

此外，在上述各实施方式中，筒体202的内壁面的直径在延伸方向上的任何位置都相同。然而，能够通过调整筒体202的内壁面的直径，来调整中间部到筒体的内壁面的距离、和插座部到筒体的内壁面的距离。即使是这样的结构，探头元件也能够实现导电销的延伸方向上的阻抗匹配。

另外，对于探头元件，也能够进行中间部与插座部的直径调整和筒体的内壁面的直径调整。

附图标记说明

1：探头单元；10：探头保持部件；10S：检查面；21、21A、21B、22、23：探头元件；30：凸缘；40：弹簧；51、52：同轴电缆；60：信号用电缆；70：阻抗调整部件；100：支承体；201：导电销；201A：导电销；202：筒体；202S：一端面；203、203A：衬套；204、204A：中空；205、206：导电性接合材料；211：末端部；212：中间部；212A：中间部；213、213A：插座部；220：壁；221：内部空间；222：孔；223：开口；224：贯通孔；510、520：同轴连接器；511：内导体；512：绝缘体；513：外导体；600：连接器；2111：主体部；2112：端部；2120：壳体；2121：中空部；2122：弹簧；2130：侧壁；2131：凹部；2132：底壁。