時域分析儀的應用

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1、Chapter4時域分析儀的應用本章除了說明調頻的相關原理、與量測FM訊號的操作使用說明之外，也將其應用領域範圍作詳細的介紹，有完整說明。本章的內容包括：本章要點4-1目的4-2概論4-3設備需求4-4消耗性材料4-5主要設備的相關知識4-6實習步驟4-7問題討論實習四時域分析儀的應用4-1目的本實習旨在（1）利用示波器及脈波產生器模擬時域分析儀的功能，以量測傳輸線不連續點或有瑕疵點的位置。（2）由已知傳輸線的長度量測反射波的延遲時間，從而求岀電波在傳輸線的傳輸速度及介電係數。（3）討論與量測在終端有不同負載，傳輸信號的反應狀況。4-2概論通訊信號的信號約以光速在傳輸線中傳遞訊息，當

2、傳輸線的特性組抗產生變化時（諸如內導線扭傷或折斷，絕緣介質損壞等）。前向傳輸的電壓行波將因特性阻抗的變話而產生反射電壓波，計劃反射波回到起始點的時間乘以信號傳送速度即為此不連續點的兩倍距離。量測使用的電源可為步級直流或脈波電壓波形，因此配合電路的基本理論及由示波器或網路分析儀所獲得的反射回應電壓波形即可探知不連續點（或負載阻抗）的狀況，諸如短路、開路、串接、並聯等不同電路等均能迅速分析得知。由於電波在傳輸線傳輸速度接近光速，加之示波器反應的不夠快速，為達到能夠觀察與取得時間延遲的資料，網路分析儀可模擬其一部份的功能，不過其模擬的時間延遲目前最長只有15nsec,不敷實際需求，只能作為

3、參考用，另一種方法是使用足夠長度的同軸電纜傳輸線，用最簡單的方法，即可用示波器取得時間的延遲量，以進行研究步級直流信號或脈波對各種不同負載的反應。4-3設備需求1.頻譜分析儀(AdvantestR3361A)2.信號波產生器(H3312A)3.示波器(HP54501A)4.同軸電［線RG-58/U0.3,20與50米各一條5.電源供應器(TopwardTPS-4000)6.脈波產生器7.BNC導線，T型接頭及其他相關接頭等附件&繪圖機(HPColorPro)4-4消耗性材料1.A4影印紙2.繪圖筆4.5主要設備的相關知識相關原理模擬的時域分析儀系統結構圖4・1所示，其中包括示波器，信

4、號產生器，足夠長的同軸電纜傳輸線。當步級信號(StepSignal)沿傳輸線傳送時，也同時將傳送的信號示在示波器螢光幕的左邊。4-1時域分析儀量測接線該信號的大小為信號源阻抗與傳輸線特性阻抗的分壓，若傳輸線為無線或接有特性阻抗等值的負載時，將不會產生反射波。若負載阻抗不等於傳輸線的特性阻抗，傳送的信號中將有部份的能量被反射，其結果如圖4-2所示。從此圖中，若傳輸線的長度已知，則信號傳送速度與電纜的關係，即可由下式求得。(4-1)(4-2)2Dvp二〒£”=(―)2其中：v電波在同軸電纜中的傳送速度。C、：在真空中的光速。D:同軸電纜的長度。巧：同軸電纜的介電係數。反之若已知乙，則傳輸

5、線不連續點或匹配負載的位置在P,即可由下式求得：(4-3)根據電磁理論，信號反射量由反射係數。定義之，即(4-4)V-ZL-Z0P——V+Z<+乙）4-2負載與傳輸不匹配的反射其中向前傳送的信號電壓。厂:反射的信號電壓。Z。:同軸電纜線的特性阻抗。ZJ不連續點或負載阻抗。根據以上反射原理，傳輸線在各種不同負載下將有不同對應的反射波形，典型的四種變化如4-3所示。E1ZL->ZL->Ei(A)負載端開路乙=ooEi-EiEil/3Ei2Z0(B)負載端短路乙=0(D)負載端乙=^Z0(C)負載端ZL=2Z0圖4・3四種特殊情況的反射若已知反射的波形，由反射係數的公式，立即可求得負載的大

6、小。例如對應圖4-3的示波形，其負載各為(A)v=v+,7l~z°=1ZL+乙),負載為開路。(B)7-7V"=V+,L0=1ZL+Z°ZL=0,負載為短路。(4-5)(4-6)(C)V=1v+,7、"()=]_3Z/.+Z()3(4-7)(D)(4-8)ZL=~Z0Q以上討論的負載均為實數，當負載為複數（即有電感或電容）時，其反應的波形將較複雜，圖4・4列岀兩種複數阻抗的反射波形，每一種均詳列它們的反應函數，時間常數及穩定值，值得每位學習去推導它的數學式子，在附錄中，電阻串連電感的反應式將被仔細地推導，以供參考。圖4-4R乙TyC<>■・■—R_c那聯複數阻抗ZL時的反射波形另外還

7、有多種不連續點或傳輸線特性阻抗不相同時，其反應將較為複雜，如圖4-5（a）所示的傳輸線，在Z0^Z0=ZL時，對應在示波器的顯示波型如圖4-5（b）所示。其中叮*心笋知，岭，（1+0）（几（1+0）X）0=-^iv2-=a（i-P12）v1++z0rkEr.E「2EkA(a)PP=22=—pZ°+z()“7-7L0-Z^+Zo4-5(a)多點不連續的傳輸線(b)對應的顯示波形(b)Zo>Zo>ZL4-6實習步驟「將量測設備裝置如圖4/所示若無法產生步級