电磁兼容实验三 同轴线反射实验实验报告

电磁场与电磁兼容

实验报告

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5月21日

实验三同轴线时域反射特性测量实验

实验时间：5月16日

实验地点：思西301

实验小组成员：

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，以加深对传输线阻抗匹配概念的理解。

一、实验原理和内容

TDR测试原理：测试原理：通过向传输路径中发送一个脉冲或者阶跃信号，当传输路径中发生阻抗变化时, 部分能量会被反射, 剩余的能量会继续传输。只要知道发射波的幅度及测量反射波的幅度，就可以计算阻抗的变化。同时只要测量由发射到反射波再到达发射点的时间差就可以计算阻抗变化的相位。

在负载处的反射系数

在负载处的反射电压与入射电压幅度相等，且同相。则入射与放射电压合成后为2倍入射电压。在负载处的反射电压与入射电压幅度相等，但是反相。则入射与反射电压合成后为0。

二、实验步骤

1、脉冲源信号验证

将脉冲源（源阻抗50欧）通过射频三通（T）连接在示波器的1通道（端口阻抗1M欧姆），调节水平和垂直调至合适档位，设定触发条件，观察脉冲信号波形。

2、负载上的传输波形实验

分别将三通的第三个端口接短路器和匹配负载，观察信号波形的变化，记录脉宽、幅度。

3、单端口传输线TDR实验

在三通的第三个端口接10米测试电缆，根据估算调整示波器参数档位。

观察在电缆终端开路、短路和接匹配负载条件下端口的入射与反射波形。

4、双端口传输线TDR实验

将测试线末端通过T接头接至示波器2通道，重复上述终端开路、短路

和匹配等条件，观察记录两个通道的信号波形。

三、实验数据和结果分析

（1）实验结果

a.脉冲源信号验证

b.负载上的传输波形实验

1、负载开路

2、负载匹配

3、负载短路

c.单端口传输线TDR实验

1、电缆终端开路

2、电缆终端接匹配负载

3、电缆终端短路

d.双端口传输线TDR实验

1、终端开路

2、终端接匹配负载

3、终端短路

（2）问题思考

a.阻抗匹配问题在高频信号传输过程中对信号质量的影响。

从上述不同情况下的实验现象可知，阻抗不匹配时：阻抗偏小，则终

端产生反射，能量有损失，信号幅度衰减；阻抗偏大，则信号几乎不

通过负载，反射回去。

b.关于脉冲宽度

如果信号源给出的信号脉宽大于传输往返的时间，或者是一个阶跃信

号，在TDR测试中会观测到入射波、传输波、反射波混叠。过冲就是

第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于

下降沿是指最低电压。阻抗不匹配时，输入阶跃信号，负载阻抗小于

传输线阻抗时，会因为负载端反射的存在，使得信号上升沿出现过冲

现象。过冲现象会造成振铃现象。

c.连续波情况

如果输入信号不是一个脉冲信号而是连续波（正弦信号），那么在时域

可能会观察到驻波或者持续移动变化的正弦信号。

（3）数据分析

1、由实验所得数据知：电磁波在电缆里的传输时间T为20ns X 5 = 100ns

电磁波在电缆里的传输路程L为10m X 2 = 20m

故电磁波在电缆中的传播速度：

v=L

T

=

20

100×10−9

=2×108m/s

同轴电缆内外导体间电介质的相对介电常数：

由v=

ε

得ε=2.25

2、同轴电缆终端开路时，如不考虑电缆上的损耗，脉冲源电压与反射回来

的电压大小相等且同相。

同轴电缆终端短路时，如不考虑电缆上的损耗，脉冲源电压与反射回来的电压大小相等且反相。

同轴电缆终端接匹配负载时，如不考虑电缆上的损耗，脉冲源的能量完全被负载消耗，没有反射电压。因此分析得出，电缆的特性阻抗等于匹配负载，为50Ω。

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。

答：

可知反射系数为-1。第一个脉冲波为信号源输出的波形。经短路负载后反射回来，由于几乎没有损耗，故反射波大小不变，但是方向相反，相位相差180°，对应第三个脉冲波。中间的脉冲波形是前两个波形的叠加，故几乎为零。三个脉冲波对应下图：

4、分析第2个脉冲的幅度和第一个脉冲幅度不同的原因。

答：因为传输过程中存在阻抗，消耗了部分能量，造成第二个脉冲的幅度稍微减小。

5、如果脉冲源发出的是幅度是3V ,脉冲宽度是2ns的矩形脉冲，画出示波

器可能测出的波形。

答：如图所示：

四、实验总结

通过研究同轴线连接不同极端情况下的负载阻抗时对传输脉冲信号的影响，更深刻的理解了传输线阻抗匹配概念，同时对课本有关传输线特性阻抗、阻抗匹配、反射系数等有了更深的理解。

五、改进建议

可以多加一个环节，在负载端多加一个极端情况之外的任意值的负载，研究它的匹配阻抗，用一般情况来验证三种极端情况下得出的结论。