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第0章 绪论 1

0.1 测量与计量 1

0.2 脉冲计量的内容与特色 3

参考文献 5

第1章 脉冲信号与宽带系统的描述及测量模型 6

1.1 信号的一般描述方法 6

1.1.1 信息与信号 6

1.1.2 信号的基本描述方法 7

1.2 脉冲信号与脉冲波形参数 8

1.2.1 脉冲信号 8

1.2.2 脉冲波形参数定义 8

1.2.3 脉冲波形的顶值和底值确定方法 10

1.3 脉冲信号的频域描述 12

1.3.1 周期脉冲信号的频谱 12

1.3.2 单脉冲信号的频谱 14

1.4 几种典型信号及其频谱 15

1.4.1 单位冲激脉冲信号 15

1.4.2 单边指数信号 17

1.4.3 单位阶跃信号 18

1.4.4 单个矩形脉冲信号 19

1.4.5 高斯脉冲信号 20

1.4.6 斜坡信号 21

1.4.7 周期矩形脉冲信号 22

1.5 单脉冲信号的函数描述法 24

1.5.1 单脉冲信号的函数描述 24

1.5.2 函数描述法的要点 26

1.6 线性时不变系统的描述方法 26

1.6.1 线性时不变系统 26

1.6.2 冲激响应 27

1.6.3 阶跃响应 29

1.6.4 系统函数 30

1.7 脉冲信号与宽带系统的测量模型及条件 32

1.7.1 脉冲信号的测量模型 32

1.7.2 宽带系统的测量模型 33

1.7.3 测量条件 33

参考文献 34

第2章 脉冲参数的估计 36

2.1 反卷积的几个关键问题 37

2.1.1 反卷积的存在和物理可实现 38

2.1.2 反卷积算法分类与选取原则 40

2.1.3 噪声对反卷积的影响 41

2.1.4 反卷积滤波器 42

2.1.5 反卷积最佳稳定解的判据 43

2.2 用于脉冲测量和宽带系统测量的反卷积算法 45

2.2.1 频域反卷积算法 45

2.2.2 时域反卷积算法 47

2.2.3 用卷积计算实现反卷积 52

2.3 脉冲信号参数的估计 57

2.3.1 上升时间的估计 57

2.3.2 过冲的估计 63

2.3.3 脉冲信号参数的全参数自动估计法 65

2.4 测量系统的参数估计 67

2.4.1 瞬态上升时间的估计 67

2.4.2 转换系数的估计 68

2.4.3 带宽的估计 70

2.4.4 过冲的估计 71

2.4.5 测量系统瞬态特性参数的全自动估计法 71

2.5 宽带取样示波器的估计 75

2.5.1 详尽模型法 75

2.5.2 标准脉冲法 79

2.5.3 Nose-to-Nose校准技术简介 81

参考文献 82

第3章 测量误差与测量不确定度 84

3.1 测量误差及其表示方法 84

3.1.1 等精度测量与非等精度测量 84

3.1.2 测量误差及其来源 84

3.1.3 测量误差的描述 86

3.1.4 测量误差的分类 88

3.1.5 测量结果的评价 89

3.2 随机误差 91

3.2.1 初识随机误差 91

3.2.2 随机误差的特性 92

3.3 粗大误差 97

3.3.1 赖特判别法 97

3.3.2 格鲁布斯判别法 98

3.4 系统误差 99

3.4.1 产生系统误差的原因 100

3.4.2 系统误差的特征 100

3.4.3 检验与判别系统误差的方法 101

3.4.4 消除或减弱系统误差的方法 103

3.5 测量不确定度基本知识 105

3.5.1 测量误差的缺陷 105

3.5.2 测量不确定度 106

3.5.3 测量不确定度的发展简况 108

3.6 测量结果的置信问题 109

3.6.1 置信区间和置信度 109

3.6.2 正态分布的置信问题 110

3.6.3 其他分布的置信问题 111

3.7 测量不确定度评定方法 112

3.7.1 测量不确定度的来源 112

3.7.2 数学模型的建立 113

3.7.3 测量不确定度的A类评定 114

3.7.4 测量不确定度的B类评定 115

3.8 测量误差与测量不确定度的合成 116

3.8.1 测量误差的合成 116

3.8.2 测量不确定度的合成 118

3.8.3 自由度 119

3.9 测量数据处理与测量不确定度评定实例 123

3.9.1 有效数字处理 123

3.9.2 测量数据的表示方法 124

3.9.3 测量不确定度的报告 126

3.9.4 测量不确定度的评定实例 128

参考文献 129

第4章 脉冲信号发生器与脉冲电压表的计量 130

4.1 脉冲信号发生器的基本知识 130

4.1.1 脉冲信号发生器的分类 130

4.1.2 脉冲信号发生器的基本结构 131

4.1.3 脉冲信号发生器的技术特性和工作方式 132

4.2 脉冲信号发生器的检定 133

4.2.1 输出脉冲的重复频率检定 133

4.2.2 脉冲宽度的检定 135

4.2.3 脉冲延迟时间的检定 136

4.2.4 脉冲幅度的检定 137

4.2.5 脉冲波形参数的检定 139

4.3 脉冲信号发生器主要参数测量不确定度的评定 140

4.3.1 脉冲幅度测量不确定度的评定 140

4.3.2 重复频率测量不确定度的评定 143

4.3.3 脉宽测量不确定度的评定 144

4.4 函数发生器的基本知识 146

4.4.1 函数发生器的构成方法 146

4.4.2 任意波形的产生方法 149

4.4.3 函数发生器的常用技术指标 150

4.5 函数发生器的校准项目与方法 151

4.5.1 函数发生器的校准项目 151

4.5.2 通用型函数发生器的校准方法 151

4.6 函数发生器主要项目的不确定度评定 155

4.6.1 方波幅度的不确定度评定 155

4.6.2 正弦波幅度的不确定度评定 156

4.6.3 方波重复频率的不确定度评定 157

4.6.4 方波上升时间的不确定度评定 158

4.6.5 正弦波幅度平坦度的不确定度评定 160

4.6.6 函数发生器的不确定度评定结果 161

4.7 脉冲电压表的检定与不确定度评定 163

4.7.1 脉冲电压表的检定特点 163

4.7.2 脉冲电压表的检定原理 163

4.7.3 脉冲电压表的不确定度评定 164

参考文献 165

第5章 通用示波器的计量 166

5.1 模拟示波器的基本知识 166

5.1.1 示波器的基本功能 166

5.1.2 模拟示波器原理框图 167

5.1.3 与垂直偏转系统关联的功能和参数 168

5.1.4 与水平偏转系统关联的功能和参数 169

5.2 示波器校准仪 171

5.2.1 示波器校准仪的基本构成 171

5.2.2 示波器校准仪的主要功能模块 172

5.2.3 示波器校准仪的特点 174

5.2.4 校准仪偏差表头和误差表头 177

5.3 模拟示波器的校准 180

5.3.1 模拟示波器的主要校准项目 181

5.3.2 频带宽度的校准 181

5.3.3 脉冲瞬态响应的校准 183

5.3.4 垂直偏转系数的校准 184

5.3.5 △V光标电压的校准 185

5.3.6 △t光标时间的校准 186

5.3.7 扫描时间系数的校准 187

5.4 模拟示波器的不确定度评定 187

5.4.1 垂直偏转系数的测量不确定度评定 187

5.4.2 扫描时间系数的测量不确定度评定 189

5.4.3 脉冲瞬态响应的测量不确定度评定 191

5.4.4 频带宽度的测量不确定度评定 194

5.4.5 △V光标电压的测量不确定度评定 196

5.4.6 △t光标时间的测量不确定度评定 196

5.4.7 示波器的测量不确定度评定结果报告表 196

5.5 数字示波器的基本知识 197

5.5.1 数字示波器的结构与基本原理 197

5.5.2 数字示波器的特点 198

5.5.3 数字示波器的技术特性 199

5.6 数字示波器主要校准项目的校准方法 205

5.6.1 垂直幅度的校准 205

5.6.2 直流增益的校准 207

5.6.3 直流电压测量准确度的校准 208

5.6.4 直流偏置的校准 209

5.6.5 频带宽度的校准 209

5.6.6 时基测量准确度的校准 210

5.6.7 数字示波器上升时间校准 211

5.6.8 采样速率的校准问题 211

5.7 数字示波器的测量不确定度评定举例 211

5.7.1 输入阻抗50Ω的测量不确定度评定 211

5.7.2 基于Period自动测量的时间间隔的测量不确定度评定 212

5.7.3 直流增益的测量不确定度评定 213

5.7.4 偏置电压的测量不确定度评定 214

5.7.5 脉冲幅度的测量不确定度评定 215

5.7.6 频带宽度的测量不确定度评定 216

参考文献 217

第6章 示波器校准仪的计量 218

6.1 JJG278—2002规程的补充说明 218

6.1.1 关于印刷错误与用语不够准确 218

6.1.2 关于需要进一步说明的内容 219

6.2 示波器校准仪的检定项目与基本检定方法 222

6.2.1 示波器校准仪的检定／校准项目 222

6.2.2 示波器校准仪检定／校准的基本方法 223

6.3 示波器校准仪9500B的检定方法 224

6.3.1 直流输出电压的检定 225

6.3.2 方波幅度的检定 225

6.3.3 时标信号检定的注意事项 226

6.3.4 低频正弦电压信号幅度的检定 228

6.3.5 正弦波幅度平坦度的检定 228

6.3.6 快沿脉冲上升时间的检定 229

6.3.7 负载电阻的计量 230

6.3.8 9500B输出电流的检测方法 232

6.4 示波器校准仪5820A的检定 234

6.4.1 方波幅度的检定 234

6.4.2 输出电流的检定 235

6.4.3 直流电压测量功能的检定 237

6.5 示波器校准仪的测量不确定度评定 238

6.5.1 正负直流电压检定结果的不确定度评定 238

6.5.2 正负脉冲幅度测量不确定度评定 239

6.5.3 斩波器法测脉冲幅度的不确定度评定 241

6.5.4 时标信号的测量不确定度评定 242

6.5.5 上升时间测量不确定度评定 244

6.5.6 正弦波幅度不平坦度的测量不确定度评定 248

6.6 示波器校准仪的自校准 250

6.6.1 示波器校准仪9500B自校准时的仪器连接 250

6.6.2 DC电压的自校准 251

6.6.3 方波电压的自校准 252

6.6.4 低频正弦波幅度的自校准 253

参考文献 255

第7章 时域反射与传输测量技术 256

7.1 时域反射测量的基本概念 256

7.1.1 时域反射测量的基本思想 256

7.1.2 时域反射计的基本结构 258

7.1.3 时域反射计的分类 258

7.1.4 时域反射计的技术指标 259

7.1.5 时域反射计的特点 260

7.2 时域反射测量的基本知识 260

7.2.1 均匀传输线及其特性阻抗 260

7.2.2 电信号在传输线中的传播速度 262

7.2.3 阶跃脉冲信号在传输线中的传输特点 262

7.3 时域反射的测量原理 264

7.3.1 用直流电路模拟TDR的测量过程 264

7.3.2 时域反射信号的描述 265

7.3.3 负载电阻失配时引起的反射波与显示波形 267

7.3.4 传输线中阻性不连续时引起的反射波与显示波形 268

7.3.5 不连续性电阻的测量 269

7.3.6 电抗性负载引起的反射波与显示波形 269

7.3.7 传输线中间的电抗引起的反射波和显示波形 273

7.3.8 阻抗的TDR测量 273

7.4 TDR测量的实例 274

7.4.1 安捷伦（Agilent）54753A54754A TDR功能模块 274

7.4.2 时域反射测量的应用举例 274

7.5 时域传输测量技术 280

7.5.1 TDT测量原理 280

7.5.2 由40054016构建TDT测试系统 281

7.6 S 参数的时域测量 282

7.6.1 基于TDRTDT的S参数测量原理 282

7.6.2 基于TDRTDT的S参数的测量结果 283

参考文献 285

第8章 Nose-to-Nose校准技术 286

8.1 Nose-to-Nose校准技术的基本原理 287

8.1.1 Noseto-Nose校准技术的基本思想 287

8.1.2 kick-out脉冲的产生机理 289

8.1.3 kick-out脉冲表达式 291

8.1.4 kick-out脉冲的分离 293

8.1.5 检验式（8-18）的方法 295

8.2 影响kick-out脉冲信号源的因素 295

8.2.1 选通脉冲的形状与kick-out脉冲的关系 295

8.2.2 选通脉冲有效底宽与kick-out脉冲的关系 296

8.2.3 选通脉冲的有效底宽决定取样示波器的带宽 297

8.2.4 offset电压数值与kick-out脉冲的关系 297

8.3 电路参数对kick-out脉冲的影响 298

8.3.1 取样电路中的电阻和保持电容的影响 298

8.3.2 微波二极管参数与取样脉冲源内阻的影响 300

8.4 取样电路的平衡性的影响与对策 305

8.4.1 选通脉冲不对称的影响 305

8.4.2 取样电路参数的不对称对kick-out脉冲的影响 306

8.4.3 消除电路参数不对称影响的方法 309

8.4.4 选通脉冲与电路参数对称性的共同影响及其消除方法 309

8.5 Nose-to-Nose对接的计算机仿真验证 310

8.5.1 Nose-to-Nose对接的电路模型 310

8.5.2 kick-out脉冲的响应波形 311

8.6 测量数据的预处理 313

8.6.1 混叠及其影响 313

8.6.2 频率分辨力的影响 314

8.6.3 反射的影响及其消除方法 315

8.6.4 时基抖动及其对策 318

8.6.5 转换接头的影响与去除方法 320

8.6.6 反卷积滤波器 323

8.7 实现NTN校准技术的自动校准系统 324

8.7.1 自动校准系统的组成 325

8.7.2 系统的功能 325

8.7.3 校准结果 327

8.8 宽带取样示波器过渡时间与带宽不确定度的分析 328

8.8.1 影响测量结果不确定度的主要因素及其不确定度分量 329

8.8.2 kick-out脉冲响应波形的不确定度评定 333

8.8.3 测量不确定度的算法传递 339

8.9 NTN校准技术的学术价值 348

8.9.1 自校准技术 348

8.9.2 突破了传统带宽的限制 349

8.9.3 NTN校准技术彰显计量测试属于反问题 351

参考文献 351

第9章 时域自动网络分析系统 354

9.1 引言 354

9.1.1 时域网络分析的发展 354

9.1.2 时域网络分析的特点与优势 355

9.1.3 与标／矢量网络分析仪的主要区别 356

9.2 传统的时域自动网络分析系统 357

9.2.1 自动脉冲测量系统的基本结构 357

9.2.2 时域自动网络分析仪 358

9.3 基于NTN技术的时域自动网络分析系统 360

9.3.1 基于NTN技术的TDANA 360

9.3.2 基于NTN技术的APMS 370

9.4 示波器自动校准系统 373

9.4.1 基于GPIB接口的模拟示波器自动校准系统 373

9.4.2 基于GPIB的数字存储示波器自动校准系统 378

参考文献 380

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