电子测量大作业

电子测量技术课程研究性工作姓名：学号：类别：指导教师：第：天目录另一方面，在6-14multisim环境下，基于Tektronix TDS204的虚拟示波器设计了时域反射计，给出了电路的电路图和实验仿真结果。 11.1时域反射计简介11.2时域反射计原理11.3电路图51.4实验模拟结果6二、查阅7-14网络分析仪的技术资料，说明网络分析仪的功能和基本原理，比较网络分析仪与频谱分析仪的不同点。 62.1网络分析器的功能62.2网络分析器的基本原理72.3频谱分析仪与网络分析仪的异同点7另一方面，在6-14multisim环境下，基于Tektronix TDS204的虚拟示波器设计了时域反射计，给出了电路的电路图和实验仿真结果。1.1时域反射计简介时域反射器(TDR )用于测量在某些传输环境(如电路板轨迹、电缆和连接器)中传播的信号的反射。 TDR设备通过介质发送脉冲，并将来自“未知”传输环境的反射与标准阻抗的反射进行比较。 TDR表示当快步信号沿着单条传输线传播时返回的电压波形。 波形的结果是当入射步骤和步骤遭遇阻抗失调时发生的反射率的组合。1.2时域反射计原理时域反射器TDR是测量最常用传输线的特征阻抗的装置，其使用时域反射原理来测量特性阻抗。图1是传统TDR的工作原理图。TDR有三个部分1 )高速边缘信号发生器；典型的发送信号特征在于幅度200mv、上升时间35ps和频率250KHz的方波。2 )采样示波器：通用取样示波器3 )探测系统：把受试者和TDR机器连接起来。测试信号的工作特性如图2所示。 来自阶梯源的高速边缘信号被注入到被测量传输线，当传输线阻抗连续时，该高速边缘信号沿着阶梯信号沿着传输线向前方传播。 当传输线路的阻抗改变时，某些步进信号反射回来，使得该步进信号的一部分继续前进。 将反射的信号叠加在注入的阶跃信号上示波器可以收集这个信号。 由于反射的信号和注入的信号之间存在时间差，因此通过示波器收集的叠加信号的边缘具有反映信号传播反射率的时间关系的梯度，并且对应于传输线的电气长度。图3是用于计算被测量传输线的特性阻抗的计算公式。 当示波器收集该叠加信号时，注入的信号容易被去除(一些TDR设备的注入信号从-200mv到0v，示波器收集的边沿步骤是被反射返回的信号)。 按照这种方式，容易根据图中的公式来计算反射系数，并且容易根据反射系数来计算在图中的公式(测试系统的阻抗为50欧姆)中出现反射电压的点处的负载阻抗。TDR有意义的一点是示波器收集各点的反射电压(如果在阻抗匹配下没有反射，则假设反射电压为0v )，在示波器的画面上显示TDR曲线，该曲线与传输线的各点一一对应。 可以从该曲线读取传输线路上各点的特征阻抗。 如果知道了有效介电常数的话，如图4所示，可以计算读出各点的距离测试点的具体长度。TDR设备不仅测量传输线路的特性阻抗，还有助于确定断点和短点的特定位置。 例如，一些技术人员使用TDR检查计算机或家用设备的软接线是否有断点或短点。 计算机和家用电器采用了许多软排线(例如连接到显示器的软排线)来传送高速信号。 这种软排线的每条线都是小同轴电缆，因为很细，生产时容易发生短路和短路。 用TDR仪器可以帮助检查和定位问题。当传输线具有寄生电容和电感(例如通孔)时，TDR曲线反映由寄生参数引起的阻抗不连续性，并且这些阻抗不连续性曲线等效于电容、电感及其组合的模型，因此TDR还可以用于互连建模。 可以直接读取寄生于机器的电感和电容，也可以使用仿真软件制作更详细的模型。1.3电路图1.4实验模拟结果红色波形： ZL=红色波形： ZL=1k红色波形： ZL=0二、查阅7-14网络分析仪的技术资料，说明网络分析仪的功能和基本原理，比较网络分析仪与频谱分析仪的不同点。2.1网络分析器的功能现代网络分析仪被广泛开发，在生产中大量使用，网络分析仪广泛应用于各种部件、材料、电路、设备和系统的分析。 为了在开发阶段优化模拟电路的设计，调试检查电子元件，矢量网络分析仪成为不可缺少的测量仪器。 网络分析仪是一种强大的设备，如果正确使用，可以达到极高的精度。 其应用也非常广泛，在许多行业都是必不可少的，尤其是在测量射频(RF )元件和设备的线性特性方面非常有用。 现代网络分析器还可以应用于信号完整性、材料测量等更具体的情况。 随着业界首款PXI网络分析仪NI PXIe - 5630的推出，可以完全摆脱传统网络分析仪的高成本和大面积约束，轻松将网络分析仪应用于设计验证和生产线测试。2.2网络分析仪的基本原理如果任何多端口网络的每个端口终端都匹配，则从第n个端口输入的入射行波an将散射到其馀所有端口并发射。 设第m端口的出射行波为bm时，n端口和m端口之间的散射参数Smn=bm/an。 一个双口网络具有四个散射参数S11、S21、S12和S22。 在两个终端一致时，S11和s2分别是端口1和2的反射系数网络分析器的数目，S21是从第一端口到第二端口的传输系数，S12是反向传输系数。 当某个端口m的末端不一致时，在末端反射的行波再次进入m端口。 这可能等效于m口还匹配，但行波am入射到m口。 这样，在任何情况下，可以列举各端口的等效入射、出射行波和散射参数的关系的联立方程式。 这使得能够解除网络的所有特性参数，例如终端失配时的输入侧反射系数、电压驻波比、输入阻抗、各种前向反向传输系数等。 这就是网络分析仪的基本工作原理。 单端口网络可以视为双端口网络的特例，其中，除了S11以外，存在S21=S12=S22。 在多端口网络中，除了一个入口端口和一个输出端口之外，所有其馀端口都可以连接匹配的负载，等效于双端口网络。 通过依次选择各对的端口作为等效二端口网络的输入输出端口，进行一系列的测量并列举对应的方程，可以求解n端口网络的全部n-2个散射参数并求出n端口网络的全部特性参数。 图的左侧是四端口网络分析器测量S11时的测试单元的原理图，箭头表示各行波的路径。 信号源u的输出信号经由开关S1和定向耦合器D2，输入到被测量网络的端口1，即入射波a1。 端口1的反射波，即端口1的反射波b1，经由定向耦合器D2和开关被传送到接收器的测量信道。 信号源u的输出同时经由定向耦合器D1发送到接收器的参考信道，该信号与a-1成比例。 并且，双信道的幅度相位接收器检测包括其幅度和相位(或实部和虚部)的b1/a1。 在测定时，在网络的端口2连接匹配负载R1，满足散射参数所规定的条件。 系统中的所述另一定向耦合器D3也最终与负载R2匹配，以避免不利地影响。 其馀三个s参数的测量原理与此相同。 图右为测量不同Smn参数时各开关应放置的位置。在实际测量之前，使用三个阻抗已知标准器(例如，短路、开路、匹配负载)进行一系列测量，称为校准测量。 将实测结果与理想的(设备无误差的情况下)应该得到的结果进行比较，可以通过计算求出误差模型的各误差因子并保存在计算机中，对被测量物的测量结果进行误差修正。 在所有的频率点上基于此进行校准和校正。 测量程序和计算非常复杂，人工做不到。上述的网络分析器被称为四端口网络分析器，由于在各设备上具有四个端口，所以分别与信号源、被测量物、测量通道和测量参考通道连接。 其缺点是接收器结构复杂且误差模型不包括接收器已发生的误差。2.3频谱分析仪与网络分析仪的异同点频谱分析仪主要有两种结构：扫描式和FFT、FFT结构有测频限制，一般仅用于低频，但扫描式的广泛应用和射频和微波领域扫描频率相对于FFT优点是测量频率范围宽、DANL低、测量动态范围宽等FFT对扫频的优点是实时测量当然，扫描频率的频谱仪也具有FFT功能，以下也可以达到ESA 89601A这样的VSA (矢量信号分析器)功能：在PSA、一般的频谱分析器、后端对接收信号进行AD收集，并以DSP进行处理当然，现在的频谱分析仪的功能还可以扩展NF测试、Phase Noise测试、Digital Modulation测试等，但是，这些一般来说，作为可选项，可选项的意思是要花费额外的费用。网络分析器有矢量和标量两种，目前主要能同时测量矢量，即传输、反射幅度和相位信息。 网络分析器有自己的信号源，也有自己的接收机，但是把它理解为一个信号源和频率分析器的集成就有问题。 由于当前标准网络分析器只能测量线性参数，因此对于同步频率扫描的例子，在VNA扫描f1的情况下，接收侧也可以测量在f1信号上的发送路径和反射波，并且再次计算s参数。当然还扩展了