变换到时域

• 概述

• 测量流程

有关时域分析的其他主题

概述

使用变换功能可以将频域中的响应变换为时域中的相应响应。

测量流程

选择类型

变换到时域有两种类型：带通和低通。适当的变换类型取决于 DUT。

带通模式和低通模式对比

项目	带通	低通
适当的 DUT	不能用直流工作的 DUT，如带通滤波器。	使用直流工作的 DUT，如电缆。
输入信号	可以模拟对脉冲信号的响应。	可以模拟 TDR 测量。可以模拟对脉冲信号和阶跃信号的响应。
扫描范围的选择	可以任意选择扫描范围。	因为直流电数据根据头几个点进行估算，所以测量点的频率必须是开始频率的倍数。
传输/ 反射测量	可以进行传输测量和反射测量。	可以进行传输测量和反射测量。
失配的识别	可以识别失配的位置。	可以识别失配的位置和阻抗的类型（容容性或电感性）。
分辨率		时域中的分辨率比带通模式下的分辨率增加了两倍。
可用的数据格式	线性幅度格式 在反射测量中，它表示频率扫描范围内反射系数的平均值。 在传输测量中，它表示频率扫描范围内传输系数的平均值。 对数幅度格式 在反射测量中，它表示频率扫描范围内回波损耗的平均值。 在传输测量中，它表示频率扫描范围内传输增益的平均值。 SWR 格式 在反射测量中，它表示频率扫描范围内 SWR（驻波比）的平均值。	实数格式 在低通模式下，实数格式很有用，因为时间轴数据没有相位信息。

脉冲信号和阶跃信号

使用 E5071C，可以模拟 DUT 对两类信号（脉冲信号和阶跃信号）的响应。脉冲信号是一种脉冲形状信号，其中电压从 0 上升到某个值，然后再返回到 0。脉冲宽度取决于频率扫描范围。阶跃信号是电压从 0 上升到某个值的信号。上升时间取决于频率扫描范围内的最大频率。

• 有关频带跨距设置如何影响脉冲宽度和上升时间的更多信息，请参考计算必需的测量条件。

阶跃信号和脉冲信号

 

操作

1. 按“Channel Next”（下一通道）/“Channel Prev”（上一通道）键和“Trace Next”（下一迹线）/“Trace prev”（上一迹线）键，以激活要设置变换类型的迹线。

2. 按“Analysis”（分析）键，然后单击“Transform”（变换）以显示“Transform”（变换）菜单。

3. 单击“Type”（类型），然后按其中一个功能键指定类型。

4. 按“Format”（格式）键以显示“Format”（格式）菜单，然后选择数据格式。

设置窗口

因为 E5071C 将有限频域内的数据变换为时域中的数据，所以频域内终点处的数据将发生不正常的变化。为此，将出现以下现象。

• 脉冲信号宽度和阶跃信号的上升时间
  时间宽度出现在脉冲信号中，上升时间出现在阶跃信号中。

• 旁瓣
  旁瓣（最大峰值周围的小峰值）出现在脉冲信号和阶跃信号中。由于旁瓣而导致在迹线上出现振铃，这将减小动态范围。

通过使用窗口功能，可以降低旁瓣电平。但是，不利的是脉冲宽度和阶跃信号的上升时间将变得更大。可以从三种类型的窗口中进行选择：“maximum”（最大）、“normal”（常规）和“minimum”（最小）。下表示出了窗口和旁瓣/脉冲宽度之间的关系。

窗口	脉冲信号的旁瓣电平	脉冲宽度（低通模式的 50% 处）	阶跃信号的旁瓣电平	阶跃信号的上升时间 (10 - 90%)
Minimum（最小）	- 13 dB	较少出现操作员误差的快速校准	- 21 dB	0.45/频率跨距
Normal（常规）	- 44 dB	0.98/频率跨距	- 60 dB	0.99/频率跨距
Maximum（最大）	- 75 dB	1.39/频率跨距	- 70 dB	1.48/频率跨距

 

窗口功能仅在显示时域中的响应时可用。显示频域中的响应时，该功能不会有任何影响。下图示出了在时域中测量短路反射时对窗口的影响。

 

操作

1. 按“Channel Next”（下一通道）/“Channel Prev”（上一通道）键和“Trace Next”（下一迹线）/“Trace Prev”（上一迹线）键，以激活要设置窗口的迹线。

2. 按“Analysis”（分析）键，然后单击“Transform”（变换）以显示“Transform”（变换）菜单。

3. 按“Window”（窗口），然后选择窗口类型。
    

   功能键	功能
   Maximum（最大）	将窗口类型设置为最大。凯塞-贝塞尔函数的 b 设置为 13。
   Normal（常规）	将窗口类型设置为常规。凯塞-贝塞尔函数的 b 设置为 6。
   Minimum（最小）	将窗口类型设置为最小。凯塞-贝塞尔函数的 b 设置为 0。
   Rise Time（上升时间）	通过指定脉冲宽度或阶跃上升时间来设置窗口。可以将下限设置为窗口最小时的值，上限设置为窗口最大时的值。
   Kaiser Beta（凯塞 β）	通过指定凯塞-贝塞尔函数的 b 值来设置窗口。凯塞-贝塞尔函数决定窗口的形状。允许的设置范围是 0 到 13。

• 通过指定“Kaiser Beta”（凯塞 β）、“Impulse Width”（脉冲宽度）或“Rise Time”（上升时间），可以指定未分类到这三种窗口类型的窗口。相反，当指定窗口类型时，将自动设置这些值。

计算必需的测量条件

要有效使用变换功能，需要适当地进行以下三个设置。

• 响应的分辨率

• 测量范围

• 旁瓣

本部分描述这些设置的详细信息。

频率扫描范围对响应分辨率的影响

下图示出了测量同一电缆时更改扫描跨距的示例。在较窄的扫描范围内测量时，两个尖峰之间的重叠要大于在较宽的扫描范围内的测量。通过在较宽的扫描范围中进行测量，可以清楚地分离相邻的峰值，这意味着响应分辨率较小。

频率扫描范围对分辨率的影响

扫描范围影响脉冲信号的宽度和阶跃信号的上升时间。脉冲信号的宽度和阶跃信号的上升时间与扫描范围成反比。因此，扫描范围越宽，上述时间就越短。

分辨率等于在脉冲信号 50% 的点处确定的宽度或在阶跃信号 10% 和 90% 的点处确定的上升时间。

脉冲宽度和阶跃上升时间的定义

 

窗口函数对响应分辨率的影响

使用窗口函数降低旁瓣电平将延长脉冲信号的宽度和阶跃信号的上升时间。如频率扫描范围对响应分辨率的影响中所述，因为响应分辨率等于脉冲信号的宽度和阶跃信号的上升时间，所以降低旁瓣电平会提高响应分辨率。下表示出了响应分辨率和窗口设置之间的关系。

窗口设置和响应分辨率的对应关系

窗口	低通阶跃	低通脉冲	带通
Minimum（最小）	0.45/频率跨距	0.60/频率跨距	1.20/频率跨距
Normal（常规）	0.99/频率跨距	0.98/频率跨距	1.95/频率跨距
Maximum（最大）	1.48/频率跨距	1.39/频率跨距	2.77/频率跨距

下图示出了响应如何随窗口形状的更改而发生变化。如果相邻峰值的幅度可以比拟，则需要提高分辨率；如果相邻峰值的幅度明显不同，则需要设置窗口以便出现旁瓣较低的较小峰值。

窗口对响应分辨率的影响

变换类型对响应分辨率的影响

虽然两种变换类型（带通和低通脉冲）都可以模拟脉冲信号的响应，但低通脉冲模式中的脉冲宽度为带通模式中脉冲宽度的一半，如上表所示。因此，低通脉冲模式中的分辨率更佳。如果可以在低通模式下测量 DUT，则在低通模式下获得分辨率更好的响应数据。

测量范围

在时域功能中，测量范围指可以在其中执行无重复响应测量的范围。由于测量是在频域中离散执行而不是连续执行，因此会发生响应重复。测量范围与相邻测量点之间的频差成反比。通过使用扫描频率的跨距 Fspan 和点数  Nmeas，测量点之间的频差 △F 表示如下。

因此，测量范围与点数 -1 成正比，与扫描范围的跨距成反比。要增大测量范围，请使用以下方法之一：

• 增加点数。

• 缩小扫描范围的跨距。

• 如果在进行校准后更改以上设置，需要再次进行校准。

扫描范围可由时间或距离表示。测量范围的时间 Tspan 如下：

测量范围 Lspan 的距离使用速度因数 V 和真空中的光速 c (3*E⁸ m/s) 表示如下。

• 在传输测量中可以测量的 DUT 的最大长度是 Lspan。另一方面，在反射测量中，由于信号的往返，该长度为 Lspan 的 1/2。

速度因数随信号播信的材质而异：在聚乙烯中为 0.66，在聚四氟乙烯中为 0.7。

设置更改和响应更改

下表示出了测量条件的变化对响应分辨率和测量范围的影响。

设置更改	响应分辨率	测量范围	旁瓣
扩大扫描范围	变小	变窄	不变
将窗口类型设置为最大	变大	不变	变低
增加点数	不变	变宽	不变

设置频段和点数

操作

1. 按“Channel Next”（下一通道）/“Channel Prev”（上一通道）键，以激活要设置的通道。 频段和点数为通道中的所有迹线所公用。如果要使用不同的设置，请将它们应用于其他通道。

2. 按“Sweep Setup”（扫描设置）键，然后按“Sweep Type”（扫描类型）>“Lin Freq”（线性频率）将扫描类型设置为线性扫描。 将扫描类型设置为线性扫描之外的类型时，时域功能不可用。

3. 使用“Start”（开始）/“Stop”（结束）或“Center”（中心）/“Span”（跨距）键设置扫描范围。

4. 按“Sweep Setup”（扫描设置）键，然后按“Points”（点），然后输入点数。在低通模式下进行测量时，按“Analysis”（分析）>“Transform”（变换）>“Set Freq Low Pass”（设置低通频率）以调整频段，以使该范围适合于低通模式。频率随结束频率的变化而更改，如下所示。
    

   结束频率的条件	频率设置
   > 300 kHz * 点数	开始频率 = 结束频率/点数
   < 300 kHz * 点数	开始频率：300 kHz 结束频率 = 300 kHz * 点数

频率设置满足上面显示的条件时，“Set Freq Low Pass”（设置低通频率）将以灰色显示。

设置显示范围

E5071C 对可以设置的显示范围进行了以下限制。

• 下限：-Tspan

• 上限：Tspan

Tspan 是以在测量范围中得到的时间的表示的测量范围。

无论响应分辨率为多大，显示在图形中的响应点的数目均与点数相同。

操作

1. 按“Channel Next”（下一通道）/“Channel Prev”（上一通道）键和“Trace Next”（下一迹线）/“Trace prev”（上一迹线）键，以激活要设置显示范围的迹线。

2. 按“Analysis”（分析）键，然后单击“Transform”（变换）以显示“Transform”（变换）菜单。

3. 按以下每个功能键，然后指定显示范围。与设置时间相对应的距离显示在数据输入栏设置值的旁边。显示的距离是将速度因素考虑在内的值。
    

   功能键	功能
   Start（开始）	以时间设置显示范围的起始值
   Stop（结束）	以时间设置显示范围的结束值
   Center（中心）	以时间设置显示范围的中心值
   Span（跨距）	以时间设置显示范围的跨距

• 不能使用硬键设置显示。硬键专用于指定扫描范围。

启用变换功能

操作

1. 按“Channel Next”（下一通道）/“Channel Prev”（上一通道）键和“Trace Next”（下一迹线）/“Trace prev”（上一迹线）键，以激活要设置变换类型的迹线。

2. 按“Analysis”（分析）键，然后单击“Transform”（变换）以显示“Transform”（变换）菜单。

3. 按“Transform”（变换）启用（“ON”（打开））变换功能。

4. 要启用变换功能，必须满足以下要求。

• 扫描方式为线性扫描。

• 有三个或更多测量点。