北交大电磁兼容实验报告(同轴线时域反射特性测量试验)

电磁场与电磁兼容

实验报告

姓名：

学号：

院系：电子信息工程

专业：轨道交通信号与控制

教师：周克生

2016 年5 月15 日

实验二

实验名称：同轴线时域反射特性测量试验

实验时间：2016年5月8日

实验地点：逸夫404

实验小组成员：任芳立熊寒陶威东郭凯利黄颖堃

一、实验目的

研究同轴线接不同负载时，对传输脉冲信号的影响。

二、实验原理和内容

原理：反射系数Γ定义为传输线上某点的反射电压与入射电压之比，可以表示为Γ=Γ2e-2Kz’，Γ2称为终端反射系数，可由公式(Zl-Z0)/(Zl+Z0)求得。由上式可以看出，传输线终端开路即Zl=∞时，Γ2=1，传输线工作在驻波状态，反射电压与入射电压幅度相等，波形同向；传输线终端短路即Zl=0时，Γ2=-1，传输线同样工作在驻波状态，反射电压与入射电压幅度相等，波形反向；传输线终端阻抗匹配即Zl=Z0时，Γ2=0，此时传输线工作在行波状态，无反射波存在。

内容：正确调节示波器参数，连接电路，分别直接连接电源、开路、短路及接50欧姆电阻，通过示波器观察传输线终端传输线中不同传输状态的波形，得到脉冲电路产生的脉冲信号的幅度和波形，从而得到电磁波在电缆中的传播速度和同轴电缆的特性参数。

三、实验步骤

1、测量脉冲电路产生的脉冲信号。示波器设置成X 轴20‐60nS/格，Y轴设置成1V/格。脉冲源通过短电缆接示波器，记录测试到的脉

冲波形如下图所示，幅度为1.32V。

2、测量电磁波在电缆中的传播速度。

电缆一端开路（不接负载），另一端接三通的一个端口，三通的另外两个端口通过短电缆分别脉冲信号源和示波器相连。记录示波器上显示的波形、入射脉冲和反射脉冲之间的时间间隔和电缆长度。示波器上显示的波形如图所示，入射脉冲（1.36V）和反射脉冲（1.52V）之间的时间间隔Δt=78.40ns,电缆长度为l=19.88m。

3、测量电缆终端不同负载相连时电缆始端的波形（包括开路、短路和接50Ω负载三种情况）。

电缆一端开路（不接负载），另一端接三通的一个端口，三通的另外两个端口通过短电缆分别脉冲信号源和示波器相连。记录示波器上显示的波形后，使电缆原开路端短路再次记录波形。在短路端接50欧姆负载，观察示波器上波形的变化。

开路时示波器波形

入射脉冲为1.36V，反射脉冲为1.52V，之间的时间间隔Δt=78.40ns。

短路时波形

入射脉冲为2.52V，反射脉冲为-1.52V，之间的时间间隔Δt=90.48ns。接50欧姆负载时示波器波形

由图可知，接负载时无反射波存在。

四、试验设备连接框图

五、实验数据和结果分析

1、根据数据计算出电磁波在电缆中的传播速度、以及同轴电缆内外导体间电介质的相对介电常数。

电磁波传播速度v=2l／Δt＝２×19.88m／ 78.400ns ＝

5.07×10^8m/s.

又v=1/√μ0ε0εr

可得同轴电缆内外导体间电介质的相对介电常数εr＝3.50

2、分析同轴电缆终端接50欧姆负载、开路、断路器时，在同轴电缆始端测得的波形差别。分析电缆的特性阻抗是多少。传输线终端开路时，反射电压与入射电压幅度相等，波形同向；传输线终端短路时，反射电压与入射电压幅度相等，波形向；传输线终端接50欧姆负载时，阻抗匹配，表现为传输线工作在行波状态，无反射波存在。

阻抗匹配指负载阻抗与电缆的特性阻抗相等，故可知电缆的

特性阻抗是50欧姆。

3、结合接短路负载试验的波形，分析前三个脉冲波形产生的原因。

反射系数Γ定义为传输线上某点的反射电压与入射电压之比，可以表示为Γ=Γ2e-2Kz’，Γ2称为终端反射系数，可由公式(Zl-Z0)/(Zl+Z0)求得。由上式可以看出，传输线终端短路即Zl=0时，Γ2=-1，传输线工作在驻波状态，反射电压与入射电压幅度相等，波形反向。所以第二个波峰与第一个反向，第三个波峰与第二个反向，且反射波幅度略高于入射波幅度，因为反射波是几次反射叠加形成的。

4、如果脉冲源发出的是幅度是3V ,脉冲宽度是2μS 的矩形脉冲，画出示波器可能测出的波形。

5、思考如何测量电缆对信号的衰减，设计测量方法，写出测量步骤。

测量方法：分别观察脉冲源信号通过短电缆和同轴电缆在示波器上得到的幅度，差值为电缆对信号的衰减。

六、实验总结

这次实验直观上显示了同轴电缆终端接不同阻抗时传输线中波形不同的传输情况，以及用实验方法计算同轴电缆特性阻抗、相对介电常数的方式，对我进一步了解课本上传输线开路、短路、阻抗匹配、反射系数部分的知识有很大的帮助。同时，在本次实验中，我对示波器、三通等实验器材的基本使用方法也有了初步的了解，为今后的其他实验探究打下了基础。

七、改进建议

除50欧姆阻抗外还可以给同轴电缆终端接其他阻抗，让同学们感受反射波幅度的渐变过程；或者接滑动变阻器让同学们自己寻找使反射波为零的负载阻抗值位置，从而使实验者对传输线的特性阻抗测量有更加深入的理解。

除实验所用同轴电缆外，还可以使用相同长度，不同材料或不同种类的其他电缆重新进行实验，让实验者体会电缆的特性参数、传输所得波形与电缆本身属性之间的关系。