北交大電磁兼容實驗報告(同軸線時域反射特性測量試驗)

1、電磁場與電磁兼容實驗報告姓名：學(xué)號：院系：電子信息工程專業(yè)：軌道交通信號與控制教師：周克生2016 年5 月15 日實驗二實驗名稱：同軸線時域反射特性測量試驗實驗時間：2016年5月8日實驗地點：逸夫404實驗小組成員：任芳立 熊寒 陶威東 郭凱利 黃穎堃一、 實驗?zāi)康难芯客S線接不同負(fù)載時，對傳輸脈沖信號的影響。二、 實驗原理和內(nèi)容原理：反射系數(shù)定義為傳輸線上某點的反射電壓與入射電壓之比，可以表示為 =2e-2Kz， 2稱為終端反射系數(shù)，可由公式(Zl-Z0)/(Zl+Z0)求得。由上式可以看出，傳輸線終端開路即Zl=時，2=1，傳輸線工作在駐波狀態(tài)，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形同向；傳

2、輸線終端短路即Zl=0時，2=-1，傳輸線同樣工作在駐波狀態(tài)，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形反向；傳輸線終端阻抗匹配即Zl=Z0時，2=0，此時傳輸線工作在行波狀態(tài)，無反射波存在。內(nèi)容：正確調(diào)節(jié)示波器參數(shù)，連接電路，分別直接連接電源、開路、短路及接50歐姆電阻，通過示波器觀察傳輸線終端傳輸線中不同傳輸狀態(tài)的波形，得到脈沖電路產(chǎn)生的脈沖信號的幅度和波形，從而得到電磁波在電纜中的傳播速度和同軸電纜的特性參數(shù)。三、 實驗步驟1、測量脈沖電路產(chǎn)生的脈沖信號。示波器設(shè)置成 X 軸 2060nS/格，Y軸設(shè)置成1V/格。脈沖源通過短電纜接示波器，記錄測試到的脈沖波形如下圖所示，幅度為1.32V。2、測量

3、電磁波在電纜中的傳播速度。電纜一端開路（不接負(fù)載），另一端接三通的一個端口，三通的另外兩個端口通過短電纜分別脈沖信號源和示波器相連。記錄示波器上顯示的波形、入射脈沖和反射脈沖之間的時間間隔和電纜長度。示波器上顯示的波形如圖所示，入射脈沖（1.36V）和反射脈沖（1.52V）之間的時間間隔t=78.40ns,電纜長度為l=19.88m。3、測量電纜終端不同負(fù)載相連時電纜始端的波形（包括開路、短路和接50負(fù)載三種情況）。電纜一端開路（不接負(fù)載），另一端接三通的一個端口，三通的另外兩個端口通過短電纜分別脈沖信號源和示波器相連。記錄示波器上顯示的波形后，使電纜原開路端短路再次記錄波形。在短路端接50歐

4、姆負(fù)載，觀察示波器上波形的變化。開路時示波器波形入射脈沖為1.36V，反射脈沖為1.52V，之間的時間間隔t=78.40ns。 短路時波形入射脈沖為2.52V，反射脈沖為-1.52V，之間的時間間隔t=90.48ns。接50歐姆負(fù)載時示波器波形由圖可知，接負(fù)載時無反射波存在。四、 試驗設(shè)備連接框圖五、 實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果分析1、根據(jù)數(shù)據(jù)計算出電磁波在電纜中的傳播速度、以及同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體間電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。電磁波傳播速度v=2lt×19.88m 78.400ns 5.07×108m/s.又v=1/00r可得同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體間電介質(zhì)的相對介電常數(shù)r3.502、分析同軸電纜終端

5、接50歐姆負(fù)載、開路、斷路器時，在同軸電纜始端測得的波形差別。分析電纜的特性阻抗是多少。傳輸線終端開路時，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形同向；傳輸線終端短路時，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形向；傳輸線終端接50歐姆負(fù)載時，阻抗匹配，表現(xiàn)為傳輸線工作在行波狀態(tài)，無反射波存在。阻抗匹配指負(fù)載阻抗與電纜的特性阻抗相等，故可知電纜的特性阻抗是50歐姆。3、結(jié)合接短路負(fù)載試驗的波形，分析前三個脈沖波形產(chǎn)生的原因。反射系數(shù)定義為傳輸線上某點的反射電壓與入射電壓之比，可以表示為 =2e-2Kz， 2稱為終端反射系數(shù)，可由公式(Zl-Z0)/(Zl+Z0)求得。由上式可以看出，傳輸線終端短路即Zl=0時，

6、2=-1，傳輸線工作在駐波狀態(tài)，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形反向。所以第二個波峰與第一個反向，第三個波峰與第二個反向，且反射波幅度略高于入射波幅度，因為反射波是幾次反射疊加形成的。4、如果脈沖源發(fā)出的是幅度是3V ,脈沖寬度是2S 的矩形脈沖，畫出示波器可能測出的波形。5、思考如何測量電纜對信號的衰減，設(shè)計測量方法，寫出測量步驟。測量方法：分別觀察脈沖源信號通過短電纜和同軸電纜在示波器上得到的幅度，差值為電纜對信號的衰減。六、 實驗總結(jié)這次實驗直觀上顯示了同軸電纜終端接不同阻抗時傳輸線中波形不同的傳輸情況，以及用實驗方法計算同軸電纜特性阻抗、相對介電常數(shù)的方式，對我進(jìn)一步了解課本上傳輸線開路、短路、阻抗匹配、反射系數(shù)部分的知識有很大的幫助。同時，在本次實驗中，我對示波器、三通等實驗器材的基本使用方法也有了初步的了解，為今后的其他實驗探究打下了基礎(chǔ)。七、 改進(jìn)建議除50歐姆阻抗外還可以給同軸電纜終端接其他阻抗，讓同學(xué)們感受反射波幅度的漸變過程；或者接滑動變阻器讓同學(xué)們自己尋找使反射波為零的負(fù)載阻抗值位置