2023年全国大学生电子设计大赛B题同轴电缆检测装置（1）

置顶

精

活动

 前几日参加了全国大学电子设计大赛，选题方面我们选择了B题——同轴电缆长度和终端负载检测装置。

选题方面我们今年的题目在B题同轴电感测量，C题电感电容测量以及H题信号分离装置中选择了B题，原因是C题要求使用MCU为Ti公司单片机，并且其要求需要20MHZ以上的高频Q表，由于我们找不到高频Q表，于是并没有选择这题。

而信号分离装置由于其硬件工作量较多，而且更具我们先前的教训，大量的硬件设计会导致作品的高度不稳定性以及我们自身能力受限于是也选择了放弃。

在多重因素的考量之下，我们选择了同轴电缆的测量。

1.一条同轴电缆可以看作一条阻抗为50欧的电阻，我们想要测量其长度可以在其输入端发送一个信号，信号经过这条信号线的传输，由于其中终端是开路，我们可以看作阻抗无穷大，因此根据传输线理论其信号会完完整整的反射回来，因此这个我们可以计算返回来的时间除以传输速度这样子出来的值就是传输线长度的两倍了。

但是这种方法实现起来的难度很大，电信号在传输线中传输的速度约是0.7倍的光速，我们要测量其纳秒级的时间，相当复杂。

2.另一种方法就是使用驻波叠加法，我们发射的信号经过信号的反射传输回来时会在发射点上进行叠加，如果我们调整好我们发射的信号频率，就可以改变叠加信号幅度，当发射的频率所对应的波长为线长的四倍时，信号经过传输线反射回来正好是信号的波峰与反射信号的波谷，其叠加后信号大小为0，因此我们可以采用这种方式测量电缆的长度。

那么思路就非常的简单，我们需要使用一个DDS设置频率步进对同轴电缆进行扫频，将每一个频点的最大值有效值求出，找出有效值最小的一个频点既可完成长度的测量。

电阻的测量可以使用电阻分压的原理，当我们的信号工作在低频时，信号的有效值和大小有关，不同的电阻使得负载（加上导线的电阻）得到的分压受到了影响，因此我们可以测试不同电阻的分压情况，得到电路的分压模型。如下图也可以看到该电路模型极像一个带偏置的反比例函数模型，推断其分压状况为(50)/(x+50+50)，其中的50分别为DDS输出阻抗与同轴电缆的线阻。

电容的测量则可以利用传输线的特性，由于传输线其信号线由绝缘层包裹，绝缘层外有一层屏蔽层连接电缆的外壳。

因此我们可以将同轴电缆的开路状态看作一个电容，而电容的容值则和电缆的长度有关。

不同的电缆具有不同的电气特性，我们查阅同轴电缆的电气参数表，发现其传输速率为0.7，等效电容量为99pf/m。因此测量其电容量大小时，我们只需要提前测量其长度，连接上电容之后再次测量其长度，就可以获得一个差值，这个差值和实际的电容大小是一个线性关系。所以我们就可以利用这种方法测量电容的大小了。

最后在我们的制作中，实际测量的电缆长度精度在1%左右，而电容电阻测量其精度更是在5%左右，完全符合题目的要求。