微波技术和天线答案解析-殷际杰

1、微波技术和天线答案解析-殷际杰2. 1题=4乃 x10=4乃 x10D = 30cm = 0.31 7fo = i)Acni = 4x10 m,即-In 7tRqIn乃X 二s4/rx9xl0?一 In7536xI09xln756.43 xl(r”无损耗线1201n 75 = 518.1 I q8P =%iLc。=100 x10 J。=_3xl0g=才=3切2.2解3.4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TO模和TE”模。3. 5矩形界面波导的截止波长4 ,中/+（/可见矩形截面波导的截止波长4决定于波导的口径尺寸a和b以及模式标

2、数m, no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。HLTEmn其中表数ni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。,2成 A =圆截面波导：TNL模截止波长匕,，IE.模截止波长/ =可见圆形截面波导的截止波长4决定于波导的口径尺寸 R以及模式标数m, no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

3、的截止 波长决定于波导管尺寸，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4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。解：欲传送的信号由频率换算成波长得.3xl08”_. X = = 6cm = 60/z/w5GHz 5xl0910GHz 2 = 3cm = 3015GHz 2 = 2cm = 20mm根据传输条件与计算得出的波长相比，5G法信号处于截止 区，不能传输。I0G法信号以TEio模单模传输；15G法信号以TEm TE20、TE01三种模式传输。3. 8此答案答：

4、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。3 A（. =|（D +J）=1x（7 + 3.04）xl0 AH。这就是所要求的最高工作频率3. 10 解：因为 P = 1.841,2兀44二- Ph1.841x5x10贝2x0052假设单模传输那么4凡即而 X 同理此二2405/1 = 2.62/?即得所求圆波导半径的取值范围147口 R0.()2 1/ = . 2(L x ! = 0.0342/w8.686 6727180 = 8.686

5、x0Jxa802”10摊 h.841x3x108Y7二港 68% =瓦而K 1O,ox2TJ=0.00805僧I1L841x3x10k/?=xIf80 x3x10_X +11隈2”110.8686x2乃xlO)J4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。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。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。耦合器是一种波长相关的元件

6、，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。一节四分之一波长阻抗变换器的补偿过程通过图来说明。补偿过程通过图来说

7、明。令主传输线的波阻抗为Zou四分之一波长阻抗变换段传输线波阻抗为Z02,负载Z.为纯阻，且令ZoiZ2Zl。那么参考面丁2及T1上的局部电压反射系数分7 一 77 一 ZH7；）=r（G =组 幺L别为, Zqz+Z。假设局部电压反射系数I （乙），）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，7参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,即用（方泣因为=e2=广”=7这样，3参考面上的总电压反射波。=r(q yj, + r(rW = iJ -以=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

8、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。对于TE101模式来说A =:八=0768 吁 7.68cm4. 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

9、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：在铁氧体外表贴上电阻片，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，有三个开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

10、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Su表示T1参考面上的电压反射系数S12表示丁2至1参考面的反向电压传输系数S21表示至丁2参考面的正向电压传输系数S22表示丁2参考面电压反射系数。(DC4. 154. 15(a)a)c(b)(c)见课本87页4. 16jcoL-j ax:.1J - a)c.1J -(0C )Uy = U2 cos fll-

11、jZol2 sin fili=j/sin 伊一 i2cos 仅cos/y/ yZLI sin fil j = sin 01 cos gbl 岛| 1-0.2/I掇咨=4250Hz 时:X/ =2 灯；/o =2x50 x1.655x10-9 x1()3 =5.21()TQ= 2力0Co = 2乃x50 x0.666xlO-12 x 1() =2.09x10 7s100MHz 时:XL = 2 = 2 X1 ()x X1.655 x 10 9 x 101 = 1039.87QB( = 2& G, =2xlOxx 0.666 xlOnxlO3 = 0.42 g2.3 解:EH . z . r z(

12、 =6() In = 96.57.在空气里时 2由于 =3x10所以乙=4.在高分妇材料介质中2 = 60 x In = 64.38L5 2v - 3xE 由于 ,2.25x1= 2x10*2所以形式上，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。(1)Z4in=Z. = 150QZ4in=Z. = 150QZ,=-i = = 37.5Q/ Z 150(2)Zrib? = 8Z/n/n= Z2= 25Q2. 6频率为100MHz时3x|Q8IOKA乙 60015工6

13、。20。750Zcn = 120。Z(,F =生=0Zk =0Z=0频率为200MHz时,3x10 1VA = 1.5w2x10Z!)E = 600QZf) = 3OOT2/心=300CZCF = 8Zc = 300QZnc = 300c300 x600 = 200Q900Zf = 300Q2. 7 解:Zn = 50QZro = Z2 = 50QZf- = Z； = 0 zc=oz1=包=8A= = = 25QZ 100ZH = 25QZf =Z. =25C2.8解：无损耗传输线Z(l = 150QZ, =250c。W=0 25。一户出 400。W=0 25。一户出 400d = 0.25分

14、时2 = 2x2 = 2x2ttx0.5Zr=71(4)=0.25e- = -0.25 = 0%时2/i/= 2 xx 0.54=2- r(4)= 0.25 产=0.252. 10 解：由 I得到 = S+T = l5 =f IxlO9(pv =(pl _ 2 伙/ =rd)=0.2e在无损耗时，儿为纯阻100-Z。!1 ZLI + ZL Z +100Zo=150Q终端最近的电压波腹点处404.八(P、= 71a = 03- td = mw 15cm402. 11解:由题意得|=11 = = 0.2 S-l 2.5外=仍-2网当d=0.01m 时，峪=(2 + 1k仍. =Wnn+(2 + l

15、b得 4波节点相差50mm时由上式可知包d = 2”Ap = 0. m且将波长和”二。，代入后得到r(c/) = 0.2e-小色凶 l() = 0.2e;a6Tr(O)=lZ = O.2eo6”由于 乙+z“Z .z i+r(o)l FW“1+0.2cm二 X|-0.2e y06r= 5x”生四四1.062 + JO. 190= 41-716.52. 12解:令Z* = V5OX2OO= 1()00求其实部+ ZqZjg2 阅=z：+z； 10000+ 10000/炉网=25OO + 4OOOO/g2 肉30000晨夕 = 7500/g2/V = 100a 511g0d =10 2fici = arclg ；d. = 7.4 mmtg 伙 l I=50 迎2”=50-/75何 50 + JI00串入心(d) = 75/阻抗短路线Z8) = jZjgfld = 75j出=|d = 1.56cmZZ/ + ZZjg fld _ 并入导纳z；+z；/g*/ 一4000() + 2500收迦=10000 +1 (10()0火7 pd7500吆3= 30000火仇7 = 4t/ = xlJ07 = 0.0182(50 + /400 200+7100；= 0 + 1-57)并入导纳-0.03j欧化为阻抗 100/3J, d=0. 0094m2. 13Z,(0=Z。Z,