北交大電磁兼容實(shí)驗(yàn)報(bào)告(同軸線(xiàn)時(shí)域反射特性測(cè)量試驗(yàn))

1、電磁場(chǎng)與電磁兼容實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：院系：電子信息工程專(zhuān)業(yè)：軌道交通信號(hào)與控制教師：周克生2016 年5 月15 日實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：同軸線(xiàn)時(shí)域反射特性測(cè)量試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年5月8日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：逸夫404實(shí)驗(yàn)小組成員：任芳立 熊寒 陶威東 郭凱利 黃穎堃一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯客S線(xiàn)接不同負(fù)載時(shí)，對(duì)傳輸脈沖信號(hào)的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容原理：反射系數(shù)定義為傳輸線(xiàn)上某點(diǎn)的反射電壓與入射電壓之比，可以表示為 =2e-2Kz， 2稱(chēng)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(xiàn)終端開(kāi)路即Zl=時(shí)，2=1，傳輸線(xiàn)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(xiàn)終端短路即Zl=0時(shí)，2=-1，傳輸線(xiàn)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(xiàn)終端阻抗匹配即Zl=Z0時(shí)，2=0，此時(shí)傳輸線(xiàn)工作在行波狀態(tài)，無(wú)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(kāi)路、短路及接50歐姆電阻，通過(guò)示波器觀(guān)察傳輸線(xiàn)終端傳輸線(xiàn)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(hào)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(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量脈沖電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。示波器設(shè)置成 X 軸 2060nS/格，Y軸設(shè)置成1V/格。脈沖源通過(guò)短電纜接示波器，記錄測(cè)試到的脈沖波形如下圖所示，幅度為1.32V。2、測(cè)量

3、電磁波在電纜中的傳播速度。電纜一端開(kāi)路（不接負(fù)載），另一端接三通的一個(gè)端口，三通的另外兩個(gè)端口通過(guò)短電纜分別脈沖信號(hào)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(shí)間間隔和電纜長(zhǎng)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(shí)間間隔t=78.40ns,電纜長(zhǎng)度為l=19.88m。3、測(cè)量電纜終端不同負(fù)載相連時(shí)電纜始端的波形（包括開(kāi)路、短路和接50負(fù)載三種情況）。電纜一端開(kāi)路（不接負(fù)載），另一端接三通的一個(gè)端口，三通的另外兩個(gè)端口通過(guò)短電纜分別脈沖信號(hào)源和示波器相連。記錄示波器上顯示的波形后，使電纜原開(kāi)路端短路再次記錄波形。在短路端接50歐

4、姆負(fù)載，觀(guān)察示波器上波形的變化。開(kāi)路時(shí)示波器波形入射脈沖為1.36V，反射脈沖為1.52V，之間的時(shí)間間隔t=78.40ns。 短路時(shí)波形入射脈沖為2.52V，反射脈沖為-1.52V，之間的時(shí)間間隔t=90.48ns。接50歐姆負(fù)載時(shí)示波器波形由圖可知，接負(fù)載時(shí)無(wú)反射波存在。四、 試驗(yàn)設(shè)備連接框圖五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果分析1、根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)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(duì)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(duì)介電常數(shù)r3.502、分析同軸電纜終端

5、接50歐姆負(fù)載、開(kāi)路、斷路器時(shí)，在同軸電纜始端測(cè)得的波形差別。分析電纜的特性阻抗是多少。傳輸線(xiàn)終端開(kāi)路時(shí)，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形同向；傳輸線(xiàn)終端短路時(shí)，反射電壓與入射電壓幅度相等，波形向；傳輸線(xiàn)終端接50歐姆負(fù)載時(shí)，阻抗匹配，表現(xiàn)為傳輸線(xiàn)工作在行波狀態(tài)，無(wú)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(yàn)的波形，分析前三個(gè)脈沖波形產(chǎn)生的原因。反射系數(shù)定義為傳輸線(xiàn)上某點(diǎn)的反射電壓與入射電壓之比，可以表示為 =2e-2Kz， 2稱(chēng)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(xiàn)終端短路即Zl=0時(shí)，

6、2=-1，傳輸線(xiàn)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(gè)波峰與第一個(gè)反向，第三個(gè)波峰與第二個(gè)反向，且反射波幅度略高于入射波幅度，因?yàn)榉瓷洳ㄊ菐状畏瓷浏B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(huà)出示波器可能測(cè)出的波形。5、思考如何測(cè)量電纜對(duì)信號(hào)的衰減，設(shè)計(jì)測(cè)量方法，寫(xiě)出測(cè)量步驟。測(cè)量方法：分別觀(guān)察脈沖源信號(hào)通過(guò)短電纜和同軸電纜在示波器上得到的幅度，差值為電纜對(duì)信號(hào)的衰減。六、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)直觀(guān)上顯示了同軸電纜終端接不同阻抗時(shí)傳輸線(xiàn)中波形不同的傳輸情況，以及用實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算同軸電纜特性阻抗、相對(duì)介電常數(shù)的方式，對(duì)我進(jìn)一步了解課本上傳輸線(xiàn)開(kāi)路、短路、阻抗匹配、反射系數(shù)部分的知識(shí)有很大的幫助。同時(shí)，在本次實(shí)驗(yàn)中，我對(duì)示波器、三通等實(shí)驗(yàn)器材的基本使用方法也有了初步的了解，為今后的其他實(shí)驗(yàn)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(guò)程；或者接滑動(dòng)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