現(xiàn)代時域測量第二章

1、fuping2021-10-31第二章 脈沖波形參數(shù)o脈沖標(biāo)準(zhǔn)o脈沖波形參數(shù)估計fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)基本脈沖術(shù)語oIEC469-1時域脈沖技術(shù)中通用的基本術(shù)語及定義oIEC469-2時域脈沖測量技術(shù)和過程中的術(shù)語及定義o適用于各種脈沖定義及方法n理想脈沖、基帶和毫米波脈沖、任何不完善的脈沖波形n各種測量方法和波形評定方法fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)基本脈沖術(shù)語o一般術(shù)語n波波：一種或多種擾動在某一媒介質(zhì)中以時間函數(shù)傳遞時，這一媒介的物理狀態(tài)的改變稱為波。n脈沖脈沖：自第一額定狀態(tài)出發(fā)，達(dá)到第二額定狀態(tài)，最終又回到該第一額定狀態(tài)的一種波。n過渡過渡：在第一額定狀態(tài)

2、和第二額定狀態(tài)之間的波或脈沖的一部分n波形波形：波、脈沖或過渡的顯示或表示（如曲線、圖表、方程等），或形象化稱為波形。波形包括脈沖波形，脈沖波形包括過渡波形。n波形存在時間波形存在時間：波形數(shù)據(jù)已知或可知的一段時間n特征特征：波形的某一特定部分或波形中的某一特定現(xiàn)象n脈沖功率脈沖功率：由脈沖傳送或轉(zhuǎn)換的功率。一般指平均功率n脈沖能量脈沖能量：由脈沖傳送或轉(zhuǎn)換的能量。一般指總能量fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)單脈沖術(shù)語l底l頂l前過渡l后過渡l底量值l頂量值l脈沖幅度l近端點l遠(yuǎn)端點l中心點l脈沖起始時間l脈沖終止時間l脈沖持續(xù)時間l過渡持續(xù)時間l前過渡持續(xù)時間l后過渡持續(xù)時間fupi

3、ng2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)單脈沖術(shù)語o單脈沖術(shù)語n底、頂、前過渡、后過渡、底量值、頂量值、脈沖幅度、近端點、遠(yuǎn)端點、中心點、脈沖起始時間、脈沖終止時間、脈沖持續(xù)時間、過渡持續(xù)時間、前過渡持續(xù)時間、后過渡持續(xù)時間fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)基本脈沖術(shù)語A Af f90%90%10%10%50%50%b bc cT Tt tr rt tf fAwAwe e頂頂?shù)椎譫 dfuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)基本脈沖術(shù)語dS%100AddSbS%100AbbSfS%100AffScS%100AccSeS%100AeeSWS%100AAWWS參數(shù)名稱符號定 義與幅度有關(guān)的參數(shù)脈沖幅

4、度A脈沖底值和頂值之間的差值脈沖的預(yù)沖 脈沖的上沖（或稱前過沖） 脈沖的下沖（或稱后過沖） 衰減振蕩（或稱阻尼振蕩）幅度 脈沖平頂傾斜 脈沖頂部不平坦度fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)基本脈沖術(shù)語rtftS%100TS參數(shù)名稱符號定 義與時間有關(guān)的參數(shù)脈沖前過渡時間（或稱上升時間）脈沖幅度由10上升到90的一段過渡時間脈沖后過渡時間（或稱下降時間）脈沖幅度由90下降到10的一段過渡時間脈沖寬度在脈沖幅度為50的兩點之間的時間脈沖周期T指一個脈沖波形上的任意一點到相鄰脈沖波形上的對應(yīng)點之間的時間脈沖寬度占有率fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o脈沖測量術(shù)語脈沖測量術(shù)語

5、n脈沖測量脈沖測量:確定脈沖特性及參數(shù)值的過程n脈沖測量方法：脈沖測量方法：確定脈沖特性及參數(shù)值的方法，含義廣n測量的環(huán)境條件：測量的環(huán)境條件：溫度、濕度、振動、電網(wǎng)和電磁環(huán)境等n脈沖測量過程：脈沖測量過程：通過具體裝置、儀器儀表，附屬設(shè)備、環(huán)境條件，操作者和觀察者實現(xiàn)脈沖測量方法的過程n誤差：誤差：通過脈沖測量所獲得的結(jié)果與脈沖特性或?qū)傩缘恼鎸嵵抵g的差n分辨率：分辨率：在脈沖測量過程中，能明顯辨別或檢測脈沖特性或?qū)傩缘淖钚∽兓痜uping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o脈沖波形的形式脈沖波形的形式n圖示形式：圖示形式：供觀察和分析用的表示波形的圖表、曲線或顯示圖表、曲線或顯示n

6、方程形式：方程形式：一個或多個解析式，假設(shè)、理想、參考波形n取樣形式：取樣形式：一系列抽樣值， 取樣方式： 周期 實時 非周期 等效fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o波形存在時間的擴(kuò)展與壓縮波形存在時間的擴(kuò)展與壓縮n擴(kuò)展：擴(kuò)展：o時間擴(kuò)展o波形縮小o觀察整體o用于確定量值或時間參考線n壓縮：壓縮：o時間壓縮o波形放大o觀察細(xì)節(jié)o用于確定時間或量值特性fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析波形存在時間擴(kuò)展波形存在時間擴(kuò)展波形存在時間壓縮波形存在時間壓縮fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o參考脈沖波形用于比較和評定其他脈沖波形n定義的參考脈

7、沖波形理想的n導(dǎo)出的參考脈沖波形從測得的脈沖波形中導(dǎo)出的n實際的參考脈沖波形由儀器產(chǎn)生的fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o脈沖測量過程n脈沖脈沖波形轉(zhuǎn)換o采集、存儲n脈沖波形分析o處理、分析fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o底量值、頂量值測定方法n密度分布平均數(shù)法n密度分布眾數(shù)法n峰值法適于窄脈沖fuping2021-10-31脈沖標(biāo)準(zhǔn)脈沖測量與分析o確定脈沖幅度的方法n定義法n積分法適于分析與參考脈沖波形形狀近似的波形dttedttetrtrrtutuu2121)()(dttedttetrtrrtutuu212212)()(eu(t)er(t)tu

8、1tu2tr1tr2fuping2021-10-31脈沖波形參數(shù)估計o問題的提出n很多應(yīng)用，只需利用脈沖波形參數(shù)，不需利用精確時間關(guān)系的脈沖波形描述脈沖信號的特性n脈沖波形通過線性系統(tǒng)后，波形特性和參數(shù)都要變化，如何分析？n當(dāng)給定脈沖的過渡持續(xù)時間時，如何確定不失真?zhèn)鬏斆}沖的系統(tǒng)帶寬，或相反問題n可以利用直接測量方法及特定系統(tǒng)響應(yīng)信號參數(shù)估計理論，憑借操作者目測和經(jīng)驗，近似估計實際信號參數(shù)fuping2021-10-31脈沖波形參數(shù)估計o近似測量脈沖參數(shù)的一般理論（只限于特定系統(tǒng)響應(yīng)脈沖參數(shù)估計）nRC電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計n高斯系統(tǒng)參數(shù)估計n非高斯系統(tǒng)參數(shù)估計fuping2021-10-31R

9、C電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計階躍響應(yīng)cRe1(t)e2(t)e1(t)=u(t)e2(t)=k(t)ttTD1( )( )e tte2(t)=h(t)ttTD()F j1201RCe()沖激響應(yīng)頻率響應(yīng)fuping2021-10-31RC電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計o階躍響應(yīng)o沖激響應(yīng)o頻率響應(yīng)( )(1)( )tR Ck teu t( )( )tRCh tet112()()/()(1)H jEjEjj RCfuping2021-10-31RC電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計o過渡持續(xù)時間（10%90%）TD( )(1) ( )tRCk teu t2.22.2DTRC90%10%90%10%10.9ln0.12.310

10、.1ln0.90.1tRCtRCetRCRCetRCRC fuping2021-10-31RC電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計o線性系統(tǒng)響應(yīng)速度理論上定義為：階躍響應(yīng)從零變到新的穩(wěn)定電平所需時間，這里得到的是10%90%的過渡持續(xù)時間o對脈沖響應(yīng)，響應(yīng)速度是脈沖響應(yīng)返回到靜態(tài)初值所需時間，其90%10%過渡持續(xù)時間與階躍響應(yīng)10%90%的過渡持續(xù)時間相同o對響應(yīng)信號為指數(shù)函數(shù)的系統(tǒng)成立fuping2021-10-31RC電路響應(yīng)脈沖參數(shù)估計o與帶寬的關(guān)系：n對RC電路n0為半功率點處的角頻率，即3dB帶寬0002.22.20.352.22DTff011RCfuping2021-10-31RC電路響應(yīng)脈沖參

11、數(shù)估計o系統(tǒng)帶寬與過渡持續(xù)時間的關(guān)系 （頻域與時域的關(guān)系）f0TD100MHz3.5ns1GHz0.35ns10GHz35ps18GHz19.4ps35GHz10ps對響應(yīng)近似為指數(shù)函數(shù)的實際系統(tǒng)有效對響應(yīng)近似為指數(shù)函數(shù)的實際系統(tǒng)有效00.35DTffuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o高斯系統(tǒng)是物理上不可實現(xiàn)的系統(tǒng)，具有非因果的階躍響應(yīng)與脈沖響應(yīng)，o高斯函數(shù)具有一些人們期望的數(shù)學(xué)特性，對估計信號參數(shù)有用o高斯函數(shù)：12k2 2( , )k xkg k xe2 20( , )21k xkg k x dxedxxg(k,x)kfuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計誤差函數(shù)2

12、002( )2(1, )xxerf xgded22( )2(1, )xxcerf xgded互補(bǔ)誤差函數(shù)( )1( )cerf xerf x fuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o高斯系統(tǒng)脈沖響應(yīng)o高斯系統(tǒng)階躍響應(yīng)2 2( )k tkh te22( )( )ttkkf thdedth(t)kf(t)t歸一化0.5()0()0.51()0cerf kttf kterf ktt 可查表fuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o高斯系統(tǒng)過渡持續(xù)時間（10%90%） 0.5cerf(kt2)=0.1 0.51+erf(kt1)=0.91()0.8erf kt kt1=-kt2查表得

13、：kt1=0.906 TD=2t1=1.812/kkt1.0f(kt)0kt10.90.1kt2fuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計0()0.5h ktko脈沖響應(yīng)50%持續(xù)時間半最大值的總持續(xù)時間FDHMFDHM=2t0=1.665/kTD/FDHM=1.085工程上認(rèn)為：TD=FDHM，誤差約為1%歸一化kt1kt00.50()kh kt0-kt0h(kt)fuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o高斯系統(tǒng)時域與頻域關(guān)系 （過渡持續(xù)時間與帶寬關(guān)系）00.34DfT224()kH je半功率點處：f0=0.1874k時域、頻域函數(shù)形式相同2()0.5H j2 2( )k

14、tkh te TD=2t1=1.812/kfuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o高斯系統(tǒng)的級聯(lián)2 2332( )k tke te脈沖響應(yīng)：e2(t)=h1(t)*h2(t)脈沖響應(yīng)仍為高斯函數(shù)2234212( )()()kF e tHjHje222312111kkkh1(t)h2(t)e1(t)e2(t)fuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計222312111kkk22312DDDTTT222 1/212()DDDDnTTTTn級高斯系統(tǒng)方和根準(zhǔn)則（RSS準(zhǔn)則）222312DDDTTT221233121.8121.812DkkTkk kfuping2021-10-31高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o修正測試系統(tǒng)的影響22 1/2()FFSSTTTTF：被測系統(tǒng)過渡持續(xù)時間TS：測試系統(tǒng)過渡持續(xù)時間TFS：被測系統(tǒng)與測試系統(tǒng)總的過渡持續(xù)時間脈沖發(fā)生器被測系統(tǒng)自動脈沖測試系統(tǒng)kfuping2021-10-31非高斯系統(tǒng)參數(shù)估計o當(dāng)系統(tǒng)不是高斯系統(tǒng)時，RSS準(zhǔn)則的精度與脈沖特性偏離高斯分布的程度有關(guān)o當(dāng) TF TS或波形的過沖和圓弧較小時，工程上認(rèn)為RSS準(zhǔn)則仍然是的精確的o工程上：當(dāng)AB，1A/B10時誤差為10% 當(dāng)A B，10A/B時誤差為1%o因此： TF TS ，約3倍時，誤差為10% TF TS ，約10倍時，誤差為1%fuping2021-10-3