微波技术与天线答案-殷际杰

1、2.1题D = 30cm =O.3m,R0 = 0.4cm =4 10*m, % =4二 10L。AlnR°C0二；094 二 9 10mR0In 7536 109 ln 75= 6.43 10J1无损耗线“ '.C0L0InD仏=120ln 75 =518.1B=B；'L0C0 =100 X106 J%®10883 101082.2解v 3 108 Vp 310 m/s=3mr3X108L0C050Hz 时:1.655 10上=49.85Q0.666 10XL 二 2 f0L厂 2 50 1.655 109 1(f 二 5.210 QBe = 2 .f 0

2、 C°=2 50 0.666 10J2 102.09 10S100MHz 时:Xl =2 二 f°L°8_Q3=2二 101.655 1010 =1039.87 QBc=2 108 0.666 10J2 103=0.42s解:2.3plnD dz0 =60l n 10 = 96.571在空气里时2由于Vp弋108 所以P = 02在高分妇材料介质中1 10z0 -60ln 64.381.5210 2 108225 1p所以p2.4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

3、高的频率，且有频带宽度要求，注重信息速率。2.5（ 1）2 Z01ZlZA1A3=乙= 150'J2Z01_ 752 _Za -Z'l=150 二（2）=oOZB1B2 二 ZLZB1B3 - Z2z 202ZA1A2 -502100门Z2252.6频率为100MHz时3 108°8 3m108Z2 班=150600ZDEZdZCDZl150 600 “c 120' 1750= 120ZCFZbc-0Za =0频率为200MHz时3 1082 108= 1.5mZde = 600' 1Zd =300门Zcd =300门ZcF 二：Zc = 300.1Z

4、bc = 300 1300 600 200门900=300心解：-50' 1ZbZa2.7Z。Zcd = Z = 501 1Zcf = Zl = 0Zc =0Z ZoZbc :Zl£3=25"Z3100ZbeZB = 251 1ZA ZL 251 12.8解：无损耗传输线Z。 =150Zl = 250' 1d =U二Zl 一叫心5（d） Zl+Z。（1） d =0.25 > 时2 d = 2 05 PP-d = 0.25e_j -0.25（2）d =05 p时22 V = 2 二 0.5 P =2二Xp-d =0.25e"： =0.25由1

5、d得到一 d3 108-=0.3m1 1092.10 解:p上S -1S.22.540 二j n-d =0.2e=l -2 d = dd1 Lg3%3在无损耗时，Zo为纯阻z L _ Z o 100 - Zq-d 二Zo +ZL Zo +100Zo =150终端最近的电压波腹点处40 7.d = 013d = 2 m ： 7.5cm402.11解：由题意得丨 d 二 05 =0.2S-12.5=L -2 d当 d =0.01m时，（2n +1皿4兀丿Ldmin - 2n 仁得 p波节点相差50mm时由上式可知4 二d =2二pP =0.1m且将波长和d = 0.01m代入后得到丨 d =0.2

6、e0.6：2gbd-0 =0.2e"6 二-0 = Zl Z。=0.2e4.6二 由于Zl ' ZoZ _Z 1 OZl _Zo o 1“ 1+0.2e"6JI 二 501-0.2e"6 二=5。0.938- j 0.190 -1.062 j 0.190=41 - j16.5Z250 = -。2.12解：令Z 50 200= 100 门Zl jZotgt Zin d =Zq-.Zo jZLtgdZl求其实部Z°Zl Z°ZLtg2 冷Zo Zitgd-10000 10000tg2 -d =2500 40000tg 2d30000tg2

7、dtg2 d= 7500251005110 _21tg d:d =arctgd* = 7.4mm1tg d石$ 、200 + j25Zin d =5050 - j7550 + j100串入Xh d =75j阻抗短路线Zin d 二 jZotg V =75jtg d = 3d =1.56 cmZoZl +Z°ZLtg2Bd “并入导纳Zi Zotg2 d40000 2500tg2 d =10000 10000tg2 ' d7500tg2 d = 30000tg d =40.1d1.107=0.0182兀1Yin (d )=50 j400501200+ j100 丿11 1.5j

8、50并入导纳-0.03j欧化为阻抗 100/3j, d=0.0094m2.137 d =7 ZlCOS d jZ°sin dZin d 0ZoCOS d jZLSin V400cos ：d j600sin d = 600600cos -d j400sin -d“c2cosPd + j3sin Pd = 6003cosPd + j2sin PdAB段阻抗匹配Zm d Z l 4501.13.3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Vp对于同轴线TEM模来说：Vp对于微带线准TEM模式：Vor ；r/-&

9、#39;0.；rC3.4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TEio模和TEii模。2可见矩形截面波导的截止波长c决?J（m）2+G）3.5矩形界面波导的截止波长c，a b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。TMmnTEmn其中表数m和 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mn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。圆截面波导：TM mn模截止波长Pm

10、n，TEmn模截止波长仏 P mn，可见圆形截面波导的截止波长c决定于波导的口径尺寸 R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，TE和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3 汽 1089 二 6cm 二 60m

11、m5 109二 3cm 二 30mm = 2cm = 20mm'：'c，与计算得出的波长相比，5GHz10GHz15GHz根据传输条件信号以TE10模单模传输；15GHz信号以TE10，3.8此答案仅供参考答：TE11截止波长最长，容易实现单模传输，与 模的场结构为旋转对称，并且电流为纵向流动。纵向闭合，电场线圆周方向闭合。3C D d7 3.04103.9 2 2冷空° -才.9 1010HzC5.02 二 10“这就是所要求的最高工作频率5GHz信号处于截止区，不能传输。10GHzTE20、TE01三种模式传输。TE10矩形波导中的模式相似。而TM10TE01模式

12、场结构同样为旋转对称，磁力线3.10 解：因为 P，11-841.2jtRc'c =p，11则Rc1.841 5 10R RR005 =1.47 x10 工若单模传输则R Rc即 3.41同理 P01 =2.405 =2.62R0.052R1.9 10，2.62即得所求圆波导半径的取值范围 1.47cm ： R ： 1.9cm3.11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

13、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 二 L 08.686 I2对于TE11模来说-12 二a =P'mn屮1-1 汀I 2兀R .丿1.841 x 0.1 勺， 10.1 2二 0.0220 1I0.0342m8.68667.2714.3 解：80 =8.686 0.1 :1.841 3 10810102R10802兀汉100.86863 10880 3 1082 例0.00805m'21010汇2兀10.8686 汉 2兀勺O10 丿4.4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

14、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。禾U用补

15、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。一节四分之一波长阻抗变换器的补偿过程通过图来说明。 波长阻抗变换段传输线波阻抗为Ti上的局部电压反射系数分别为Zl令主传输线的波阻抗为Zoi，四分之一Z02，负载ZL为纯阻，且令Z°i>Z02>Zl。那么参考面 T?及-(T2)=ZL Z01Zl ' Zoi-(Ti) =Z02 ' Zoi假设局部电压反射系数-(T2) , - (Ti)得模值都

16、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，Ti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 UrEUi EUie2'因为Z02(Ti)Z02 - Z0i02ZlZ02 - Z02Z02' Z0i02Z02 ' Z02-任)02=0.0768m = 7.68cmZl斗2迅e"、=ee" = -1这样，Ti参考面上的总电压反射波Ur -(Ti)Ui 丨 DUie"' - (Ti)Ui -丨(T2)Ui = 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

17、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。. a b c对于TE101模式来说4.12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

18、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。微波网络的散射方程是-U r1 = S11U i1U j2 = S21U i1'S12U i2'S22U i2S11表示T1参考面上的电压反射系数S12表示T2至T1参考面的反向电压传输系数S21表示T1至T2参考面的正向电压传输系数S22表示T2参考面电压反射系数。1 UI1T<- I1