1、電子測量技術大作業實驗題目：6-14&7-14 學 院：電子信息工程學院專 業：自動化學 號：姓 名： 指導老師：趙會兵電子測量大作業6-14.在Multisim環境下，基于Tektronix TDS204虛擬示波器設計一種時域反射計，給出電路原理圖和實驗仿真結果。（本題設計以時域反射計測量阻抗為例）一. 時域反射計簡介早在60年代就產生了時域反射計TDR（Time-Domain Reflectometry）技術。該技術包括產生沿傳輸線傳播的時間階躍電壓。用示波器檢測來自阻抗的反射，測量輸入電壓與反射電壓比，從而計算不連續的阻抗。時域反射計(TDR)用來測量信號在通過某類傳輸環境傳導時

2、引起的反射，如電路板軌跡、電纜、連接器等等。TDR儀器通過介質發送一個脈沖，把來自“未知”傳輸環境的反射與標準阻抗生成的反射進行比較。TDR 顯示了在沿著一條傳輸線傳播快速階躍信號時返回的電壓波形。波形結果是入射階躍和階躍遇到阻抗偏差時產生的反射的組合。傳統TDR可作為定性工具使用，下面列出影響其精度和實用性的限制：1. 有限的上升時間2. 采樣示波器的同步抖動3. 差的信噪比4. 大的階躍電壓會損壞有源器件5. 需要直流通路二.時域反射計(TDR)原理時域反射計TDR是最常用的測量傳輸線特征阻抗的儀器，它是利用時域反射的原理進行特性阻抗的測量。 圖 1 TDR原理圖三.時域反射計(TDR)組

3、成（1）快沿信號發生器：典型的發射信號的特征是：幅度200mv，上升時間35ps，頻率250kHz方波。（2）采樣示波器：通用的采樣示波器；（3）探頭系統：連接被測件和TDR儀器。四.仿真與結果仿真：圖 2 時域反射計仿真電路設計初值：圖 3 信號發生器設置選項圖 4 信號發生器上升沿時間設置圖 5 示波器仿真顯示結果在圖5中，第一條黃線為終端開路（反射系數為1）時的結果；第二條藍線為終端有負載阻抗時的結果；第三條為終端短路（反射系數為-1）時的結果。TDR測試信號理論運行特征圖：計算被測傳輸線特征阻抗的計算：7-14查閱網絡分析儀的技術資料，說明網絡分析儀的功能和基本原理，比較網絡分析儀與頻

4、譜分析儀的異同點。一、基本功能網絡分析儀是測量網絡參數的一種新型儀器，可直接測量有源或無源、可逆或不可逆的雙口和單口網絡的復數散射參數，并以掃頻方式給出各散射參數的幅度、相位頻率特性。自動網絡分析儀能對測網絡分析儀的網絡是指一組內部相互關聯的電子元器件。網絡分析儀的功能之一是量化兩個射頻元件間的阻抗不匹配，最大限度地提高功率效率和信號的完整性。每當射頻信號由一個元件進入另一個時，總會有一部分信號被反射，而另一部分被傳輸。網絡分析儀產生一個正弦信號，通常是一個掃頻信號。有響應時，會傳輸并且反射入射信號。傳輸和反射信號的強度通常隨著入射信號的頻率發生變化。 網絡分析儀可以分為標量（只包含幅度信息）

5、和矢量（包含幅度和相位信息）兩種分析儀。近年來矢量網絡分析儀由于其較低的成本和高效的制造技術，流行度超過了標量網絡分析儀。二、基本原理： （1）網絡分析儀的基本結構網絡分析儀主要包括合成信號源、S參數測試裝置、幅相接收機和顯示部分。網絡分析儀的基本結構如下圖所示：合成信號源由36GHz YIG振蕩器、3.8GHz介質振蕩器、源模塊組件、時鐘參考和小數環組成。一次能夠產生30k6GHz的信號，此信號與幅相接收機中心頻率相同，可以實現同步掃描。 幅相接收機由取樣混頻器、中頻處理和數字信號處理等部分組成，用于信號的下邊頻及中頻數字信號處理。幅相接收機將射頻信號轉換成頻率固定的中頻信號，為了真實測量出

6、被測網絡的幅度特性、相位特性，要求在頻率變換過程中，被測信號幅度信息和相位信息都不能丟失，因此必須采用系統鎖相技術。顯示部分由圖形處理器、高亮度LCD 顯示器、逆變器組成，用于將測量結果以各種形式顯示出來。（2）網絡分析儀的誤差分析網絡分析儀需要測量的的s參數只有在完全匹配的系統中測量時，測量結果才準確。但是在在網絡分析儀中，既使用了無源器件(如微波開關、功率分配器、定向耦合器、衰減器等)，又使用了有源器件(如接收機、微波信號源)。它們的性能通常并不理想，例如它們的端口阻抗有一定的失配，對信號的傳輸有一定的衰減和相移，定向耦合器的隔離度也不是無限大等。使用數學方法分析網絡分析儀以及測試裝置不理

7、想引起的系統誤差，通過實驗方法確定其數值，并利用計算機自動修正，對精密測量網絡參數和校準網絡分析儀有重要科學意義和實用價值。網絡分析儀在測量過程中主要包括以下幾項誤差：（1）失配誤差：是指從被測件的兩個測試端口分別看向系統時的失配誤差；（2）方向性誤差：主要由定向耦合器的方向性引起的測量誤差；（3）頻率響應誤差：由兩個通道的耦合度頻率響應和壓控振蕩器幅相頻率響應不同而引起的測量誤差；（4）泄漏誤差：微波信號未經過被測件直接進入接收機所引起的測量誤差；上述各項誤差源中，前四項屬于系統誤差，第五項屬于隨機誤差，而最后三項屬于固有誤差。固有誤差一般不便于采用數學分析進行修正，而隨機誤差可以通過多次測

8、量取平均值的方法來減小。因此在使用網絡分析儀之前一定要對前四項系統誤差進行校正，來提高測量精度。 使用網絡分析儀時還要對它進行誤差修正，是因為網絡分析儀的測量準確度受外部因素的影響較大，誤差修正可以提高測量準確度。誤差修正是對已知校準標準進行測量，將這些測量結果貯存到分析儀的存儲器內，利用這些數據來計算誤差模型，然后，利用誤差模型從后續測量中去除系統誤差的影響。但是要注意誤差修正只對特定的激勵狀態有效，而且當更改儀器的以下設置，將使誤差修正無效或降低：頻率范圍、系統帶寬、輸出功率、掃描點數、掃描類型、掃描時間。三、網絡分析儀與頻譜分析儀的異同點網絡分析儀與頻譜分析它們都是分析信號的頻域特性和時

9、域特性的性能參數。頻譜分析儀主要有兩種結構：掃頻式的和FFT，由于FFT結構存在測量頻率的限制，一般只用于低頻，而掃頻式的廣泛應用與射頻和微波領域掃頻，一般的頻譜分析儀，后端對接收信號進行AD采集，然后用DSP處理后，可以達到VSA（矢量信號分析儀）的功能。網絡分析儀能同時測量得到傳輸、反射幅度和相位信息，網絡分析儀里面有自己的信號源，接收機，但是如果把它理解成一個信號源和一臺頻譜儀的綜合，那是有問題的，因為目前標準的網絡分析儀只能測量線性參數，它是同頻掃描的。對于頻譜分析和電磁干擾測量來說,頻譜分析儀能夠接收到極微弱的信號和分辨出兩個幅度相差很大的信號。頻譜分析儀的缺點是只能顯示頻率分量的幅值,而不能獲得信號的相位，對于某些通信元器件和通信鏈路,幅值和相位必須能夠同時測量出來，而網絡分析儀能夠測量信號的相