微波技术与天线答案-殷际杰

1、2.1 题D30cm0.3m, R00.4cm410 3 m,04107L00 ln DR011C00491096.43 1011Dln 7536109ln 75lnR0无损耗线L0lnDZ00R0120 ln 75518.1C00L0C0 10061081100083108310v p3m/sp31083m1082.2 解L01.65510Z00.66610C050Hz 时：912 49.85XL2 f0L0250 1.655 10 91035.210 4BC2 f 0 C0250 0.666 10 12 1032.0910 7S100MHz 时：X L2 f0 L021081.655 10

2、BC2 f 0 C021080.666 10z060r ln D2.3解：rdp0r r91031039.87 121030.42 Sz60 ln 1096.57021.在空气里时由于 Vp3 108所以p02.在高分妇材料介质中z 601ln 1064.3801.52Vp1082 108由于2.251p20所以32.4 形式上，低频或直流电功率传输线横截面为多连通区域，传送信号的有单连通与多连通。在内容上， 电力传输注重功率容量及传输损耗，信号线要求适应很高的频率， 且有频带宽度要求，注重信息速率。2.5 （ 1）zA1A 2z012zLZA1A3Z1150ZAz01275237 .5Z L

3、150（2）ZB1B 2Z LZB1B3Z225ZBZ 022502100Z 2252.6 频率为 100MHz 时31083m108ZDEZ 023002150Z L600ZD150600120750ZCD120ZCFZ020Z LZBC0ZA0频率为 200MHz 时31081.5m2108ZDE600ZD300ZCD300ZCFZC300ZBC300300600ZB200900ZA3002.7 解：Z050ZCDZ 250ZCFZ L0ZC0ZBCZ02Z LZBEZ02502Z325100ZB25ZAZ L252.8 解：无损耗传输线Z0150ZL250dU rdZLZ0e j 2 d

4、100e j 2 d0.25e j 2 dU idZ LZ0400（1） d0.25P 时2 d20.5 P2Pd0.25e j0.25（ 2） d0.5 p 时2 d220.5 P2Pd0.25e j 20.251dS10.5SddS10.22.10解：由1得到2.5PVp31080.3mf1109L2d4d40dP3j40d3d0.2e在无损耗时，Z0 为纯阻dLZ 0100Z0Z0Z LZ0100Z0150终端最近的电压波腹点处40d03d 3 m 7.5cm402.11 解：由题意得dS10.50.2S12.5L2 d当 d0.01m 时，2n 14L dmin2n 1得p波节点相差5

5、0mm 时由上式可知4d2pP 0.1m且将波长和d0.01m 代入后得到d0.2e j 0. 6 2gbd00.2e j 0 .60Z LZ 00.2e j 0.6由于Z LZ 0Z LZ010105010.2e j 0.610.2e j 0.6500.938j 0.1901.062j 0.19041j16.550Z02Z L2.12解：令Z*50 200100ZLjZ 0tgdZin dZ0 Z0jZ L tg d求其实部Z0ZLZ0 Z L tg 2 d1Z02ZL2tg 2d1000010000tg 2 d2500 40000tg 2 d30000tg 2d7500tg 2d25100

6、tgd51102d arctg 1 2d*7.4mmtg1d2200j 25Zind50j 755050j 100串入 X ind75 j 阻抗短路线ZindjZ 0 tgd75 jtg3d2d1.56cmZ0 ZL tg 2 dZ0ZL1并入导纳ZL2Z02 tg 2 d400002500tg 2d 1000010000tg 2 d7500tg 2d30000tgd 40.1d 1.107 0.0182150j 400Yin d200j100501 1 1.5 j50并入导纳 -0.03j 欧化为阻抗100/3j ， d=0.0094m2.13Zin d Z0Z L cosdjZ 0 sin

7、dZ 0 cosdjZ L sind600400cosdj 600sind600cosdj 400sind6002cosdj 3sind3cosdj 2 sindAB 段阻抗匹配Zin dZ L4503.3 答：微带线导行电磁波的模式：准TEM 模（或者 EH 模）、TE 模式、 TM 模式 TE 类表面模式；同轴线导行 TEM 模、 TE 模、 TM 模V00VPP对于微带线准 TEM 模式：rCrCV00V pp对于同轴线 TEM 模来说：rrr r3.4 金属波导管的特点：有效防止辐射损耗；解决导体损耗增加的问题。矩形截面波导和圆截面波导的主模分别是TE 10 模和 TE 11 模。2c

8、( m) 2( n) 23.5 矩形界面波导的截止波长c ，ab 可见矩形截面波导的截止波长定于波导的口径尺寸 a 和 b 以及模式标数m，n。其中表数 m 表示长边的半波长数，表数n 表示短边的半波长数。 TM mnTE mn 其中表数n 决定场量幅值 x 和 y 方向分布的半驻波数（从波节到波节或从波腹到波腹），每一阻的取值就确定了一个独立的模式，但要注意这些模式是同一频率的电磁波的不同存在形态，他们之间不是基波与谐波的关系。 c 决m 和mn2 R2 R圆截面波导： TM mn 模截止波长ccP mn ，可见圆形截面波Pmn ， TEmn 模截止波长导的截止波长c 决定于波导的口径尺寸R

9、 以及模式标数 m， n。其中表数 m 表示贝塞尔函数的阶数，同时又表示在横面上圆周方向上场量幅值分布的半驻波数。 n 表示根序数，同时表示半径方向上场量值分布的过零次数。波导管导行电磁波的模式的截止波长决定于波导管尺寸，3.6 矩形截面波导不做成正方形截面可以减小模式简并，所谓简并，是指标数相同的TE 和TM 模截止波长C 相同，如 TE11 模和 TM11 模存在条件相同。 圆形截面波导中除了模式简并以外还有极化简并，而矩形波导中只有模式简并。3.7 解：欲传送的信号由频率换算成波长得31086cm60mm5GHz510910GHz3cm30mm15GHz2cm20mm根据传输条件C ，与

10、计算得出的波长相比，5GHz 信号处于截止区， 不能传输。 10GHz信号以 TE10 模单模传输； 15GHz 信号以 TE10， TE 20、 TE01 三种模式传输。3.8 此答案仅供参考答： TE11 截止波长最长，容易实现单模传输，与TE10 矩形波导中的模式相似。而TM10模的场结构为旋转对称，并且电流为纵向流动。TE01 模式场结构同样为旋转对称，磁力线纵向闭合，电场线圆周方向闭合。C2Dd73.0410 33.92V03 10810fc5.0210 31.9 10 HzC这就是所要求的最高工作频率3.10 解：因为 P111.8412 RCCp11RC1.841510 22则若

11、单模传输则 RR0.051.4710 2RC 即3.41同理 P012.4052.62RR 0.051.9 10 22.62即得所求圆波导半径的取值范围1.47cmR1.9cm3.11 在图中缝隙1、 3、5、 6 对传输模式产生影响。第四章4.1 微波元件可以控制导行电磁波的模式、极化方向、幅值、相位及频率。微波元件可以通过改变微波传输线的形状、尺寸或填充媒质的变化来构成由于在高频率的时候， 集总参数元件的值和传输线分布参量的值相当， 所以已经不能用集总参数元件去描述微波元件。4.2本答案仅供参考解：L L08.686 l2210对于 TE11 模来说2P mn212 R21.8410.12

12、10.120.022010.0342ml67.2718.6864.3 解：808.6860.180210101.8413108210.8686310810102RR11.84131088031082101020.00805m0.86862101014.4 将吸收材料填充于内外导体之间并做成锥形结构而实现渐变过渡，终端短路以防止信号功率泄漏。4.5 要转换或者说要建立起所要求的传输模或者谐振模，必须激励出与该模式相似的场结构，同时要注意不同种类传输线连接时要采用横截面渐变过渡的结构来减小因连接而造成的对波能量的反射。4.6 还要考虑到它们的接入而引起的反射的大小，它们可以正常工作的频带宽度，以及

13、对于其它元件的干扰作用。4.7 耦合器是一种波长相关的元件，在不完全匹配的时候，做成四端口元件可以考虑到现实中的反射， 考虑到对于其他端口信号功率分配的影响， 也考虑到三端口元件有可能破坏定向耦合器的工作性能。定向耦合器一般是通过小孔绕射理论去实现的， 为了吸收完全防止隔离端的反射影响， 总要在隔离端口接上匹配负载。4.8 对单阶梯阻抗变换器实现匹配做出物理解释。利用补偿原理说明多阶梯阻抗变换器（相应的多孔或多分支定向耦合器）拓宽工作频带的道理。答：利用单阶梯阻抗变换器实现传输线匹配可以应用补偿原理来解释，就是用匹配装置引起的反射波来抵消原来因传输线与其负载不匹配而出现的反射波。一节四分之一波

14、长阻抗变换T 1T 2Z01Z 02Z LU i(T1)U(T2)UlpZ01，四分之一器的补偿过程通过图来说明。令主传输线的波阻抗为4波长阻抗变换段传输线波阻抗为Z02，负载 Z L 为纯阻，且令Z01Z 02Z L。那么参考面 T2 及Z LZ 01Z02Z01(T2 )(T1 )T1 上的局部电压反射系数分别为Z LZ 01，Z02Z01假设局部电压反射系数(T2 ) ， (T1 ) 得模值都很小， 我们可以近似认为两个参考面上入射波电压幅值相同，T1 参考面上的总电压反射波只计两参考面上一次电压反射系数之和，即U r(T1 )U i(T2 )U i e j 2 l因为ZZ02Z01(T

15、1 )Z02Z01Z02Z022ZLZ02Z02(T2 )Z 022Z02Z0202ZL2pe j 2 lj 2p 4e je1这样， T 1 参考面上的总电压反射波U r(T1 )U i(T2 )U i e j 2 l(T1 )U i(T2 )U i 0从而实现了主传输线与其负载的匹配。多节阻抗变换器可以在需要匹配的主传输线与其负载间设置多个反射面，这些参考面上的反射波经过不同波程引入相位滞后，这些局部反射波合成时有可能在多个频率上抵消，从而使主传输线与阻抗变换器接口参考面上的总电压反射系数为零，实现宽带匹配。02222mnpabc对于 TE101 模式来说27.68cm00.0768m22

16、0210064.12 因为谐振腔是封闭结构， 最基本和常用的激励机构 （或称耦合机构） 就是腔壁上槽和孔，通过槽或孔及进入腔内的耦合针、耦合环，来实现腔与外电路的耦合。对于腔激励的基本考虑是，激励耦合装置必须能够在腔内产生与所选定的谐振模式相近似的场结构，这一点与波导的激励是相同的。同时还要考虑有利于抑制干扰模的出现。腔与外电路连接后相当于谐振强带了负载而使损耗增加， 因此谐振强的品质因数 Q 要下降。 4.13 在恒定磁场与微波电磁场的作用下，铁氧体中电子不仅作自旋运动和轨道运动，还将环绕恒定磁场作旋转运动，从而对左旋极化和右旋极化磁场的微波有排斥或吸引的相互作用。原理简述： 在铁氧体表面贴

17、上电阻片，并且加上某个恒定的磁场大小，使传输过程中被吸引的微波的电场被电阻片吸收而衰减，被排斥的微波的电场能量未被吸收而衰减很小。利用这种非互易性场移效应，可以实现正向传输波顺利过而反向传输波被吸收的隔离作用。4.14 微波网络理论基于低频网络理论，有三个发展其一由于微波段的位置效应，必须对微波元件的竺效网络规定端口界面即参考面。不参再把端口引线视为连接线。其二，微波网络端口外传输线的波阻抗直接影响网络的工作特性，为了使网络理论具有普遍性，把网络端口参考面上的模式电压和模式电流对参考面外接传输线的波阻抗归一化。其三，针对微波网络端口参考面的入射波与反射波问题，在微波网络理论中定义了散射参量和传输参量。参考面、归一化和散射参量为微波网络所特有。U r1S11U i 1S12U i 2微波网络的散射方程是U i 2S21U i1S22U i 2S11 表示 T1 参考面上的电压反射系数S12 表示 T 2 至 T 1 参考面的反向电压传输系数S21 表示 T 1 至 T 2 参考面的正向电压传输系数