利用双通道示波器展示传输线行为的方法

摘要：本文采用创新方法，通过双通道示波器测量出传输线上的驻波，从而利用受控的移动图像展现信号在传输线中的真实情况。

引言

　　过去，采用一种称为“勒谢尔线”的真实物理传输线装置展示驻波现象，需要费很大的劲才能测量出相应的波形。尤其是，这种测量方法本身会干扰波形的形状，而且不可能获得瞬间的可视波形。

　　如今有一种创新的方法，可利用双通道示波器测量出传输线上的驻波。众所周知，示波器的特性之一是：当扫描与显示波形不同步但接近其频率或它的分频频率，波形表现为在屏幕上移动。如果扫描频率高于波形频率或它的分频频率，波形则向右侧移动;如果扫描频率低于波形频率或它的分频频率，波形向左侧移动。如果将一个频率低于扫描频率的波形加至双通道示波器的某个通道，再将一个频率高于扫描频率的波形加至另一个通道，两个波形将表现为相互反方向移动。实际上，这两个波形可表示传输线上的正向波和反射波。如果，将示波器切换至Add模式，示波器上将显示单个波形，这个波形就代表了驻波。

　　产生一个有意义的波形显示需要一些频率精确的正弦波，精确频率的正弦波利用直接数字合成(DDS)技术很容易实现。我们采用频率大约为400Hz来演示，因为为了视觉效果以及便于截取屏幕。产生三个波形：399Hz、401Hz正弦波和一个400Hz阶梯波，用于示波器的同步(触发)。每个正弦波波的频率和示波器扫描触发频率差1Hz，这样能清晰模拟出传输线上1Hz频率的信号。尽管示波器触发频率为400Hz，但扫描速度可设定为400Hz的分频，所以可观察到每个波形的多个周期。

1 显示

　　图1所示为两个正弦波在示波器双跟踪模式下的显示。

　　箭头表示波形在屏幕上的运动方向。这个演示最好是在一个老式模拟示波器上效果更好。数字示波器的显示可能会“跳动”地很厉害，取决于其刷新频率。然而，有一种方法数字示波器在这类演示中要比模拟示波器有优势，我们将在下文讨论。

　　图2所示为将示波器切换至Add模式后得到的驻波。

　　同样，在静态图片中很难看出效果。图中可看到5个节点(始终为0电压的点)。在节点之间，波形从其负值(极限)振荡至正极限。本例中，正向和反射波相等，所以传输线必定为开路或短路。如果左边是端接，那它必定短路了，因为有一个节点在哪。VSWR是驻波的最大幅度与最小幅度之比。由于最小幅值为零，所以VSWR为无穷大。

　　通过改变示波器其中一个通道的增益，可模拟出其它端接情况。图3中，将回波幅值(上方通道)减小一半，与之对应的端接情况既非开路亦非短路，也不是传输线的特征阻抗。

　　形成的驻波图案如图4所示。

　　波形中无节点(零电压点)。如箭头所示，最大和最小波形幅值的比值为2比1，即VSWR为2:1。