2011年微波技术与天习题

1、2011 年微波技术与天线复习题一填空题（每题 2 分，共 20 分）1微波通常是指波长从到300MHz300GHz（即波长在 1m-1mm）的电磁波。2在微波工程中，C 波段是指厘米波， 波段是指厘米波。传输线，波导：均匀填传输线。波和3常用的三种类型微波传输线分别为双导体传输线介质传输线波，传输线和4电波传输的三种形式分别为充介质的金属波导管波。1、对于低于微波频率的无线电波的分析，常用电路分析法；对于微波用场分析法来研究系统内部结构。2、微波传输线大致可分为三种类型：双导体传输线、波导和介质传输线。3、无耗传输线的阻抗具有 /2 重复性和 /4 阻抗变换特性两个重要性质。4、共 轭 匹

2、配 的 定 义 为 ： 当时 ， 负 载 能 得 到 最 大 功 率 值Z Z*ing121。2PEgR4g5、高波导的宽边尺寸 a与窄边尺寸 b 之间的关系为 ba/2.6、微带传输线的基本结构有两种形式：带状线和微带线，其衰减主要是由导体损耗和介质损耗引起的。78、极化方式主要有椭圆极化、圆极化和线极化三种方式。9、横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。10、 在无线电波传输过程中，产生失真的原因主要有媒质的色散效应和随机多径传输效应。11、 若传输线的传播常数 为复数，则其实部称为衰减常数，量纲为奈培/米(Np/m)或者分贝/米(dB/m)为相位常数，量纲为弧度/米

3、(rad/m)，它体现了微波传输线中的波动过程。12、 微波传输线中相速度是等相位面移动的速度，而群速度则代表能量移动的速度，所以相速度可以大于光速，而群速度只能小于或等于光速，且相速度和群速度的乘积等于光速的平方或 c213、 在阻抗圆图中，上半圆的阻抗呈感性，下半圆的阻抗呈容性，单位圆上为归一化电阻零，实轴上为归一化电抗零。14、 矩形金属波导(ab)的主模是 TE ，圆形金属波导的主模是 TE ，同轴线1110的主模是 TEM。15若传输线端接容性负载(Z=R+jXX0)，那么其行驻波分布离负载端最LLLL近的是电压腹点。15、 阻抗圆图是由单位电压反射系数坐标系和归一化阻抗坐标系组成的

4、，其中前者又由单位电压反射系数的模值圆和单位电压反射系数的相角射线组成，而后者又由归一化电阻圆和归一化电抗圆组成。16、 在金属波导截止的情况下，TE 模的波阻抗呈感性，此时磁储能大于(大于/小于)电储能；TM 模的波阻抗呈容性，此时电储能大于(大于/小于)磁储能。17、 微带线的主模为准 TEM模，这种模式的主要特征是 Hz和 Ez都不为零，未加屏蔽时，其损耗包括导体损耗，介质损耗和辐射损耗三部分。18、 特性阻抗为 50 的均匀传输线终端接负载 R为 j20 ,50 ,20 时，传L输线上分别形成纯驻波，纯行波，行驻波。19、 均匀传输线的特性阻抗为 50 10cm,终端接有负载 Z，LZ

5、Lz1).若 Z=50 z=8cm处的输入阻抗 Z =50 , 在 z=4cm处的输入阻Lin抗 Z =50 。in2).若 Z=0，在 z=2.5cm处的输入阻抗 Z = , 在 z=5cm处的输入阻Lin抗 Z =0 ,当 0z2.5cm处, Z 呈感性，当 2.5z5cm处, Z 呈容性ininin3). 若 Z=j50 ，传输线上的驻波系数 =。L11. 终端短路的传输线的驻波系数是 ，负载处的反射系数是 -1 。终端开路的传输线的驻波系数是 ，负载处的反射系数是 +1 。12. 对于特性阻抗为 R的一段无损传输线，其电压最大点处的输入阻抗 Z 与0in驻波系数 S的关系为 Z =RS

6、；其电压最小点处的输入阻抗 Z 与驻波系数 S的关inin0系为 Z =R /S 。0in13. 同轴线的内导体半径为 a，外导体的内半径为 b，内外导体之间填充有介质（， 2 /ln(b/a) ，单位长度的电感为( /2 ) ln(b/a) ， 同轴线的特性阻抗为 ln(b/a)/ 2 / 。14.TE波的定义为 Hz0而 Ez=0的波称为横电波；TM波的定义为 Ez0而 Hz=0的波称为横磁波 。15. 在矩形波导中 TE 模的非零场分量有 Ey10、 Hx和 Hz。16. 圆柱形波导中除具有与矩形波导中相同形式的简并外，还有一种简并现象，称为 极化 简并。17.在终端开路无耗传输线终端接

7、一段 /4阻抗 Z=0La) 微带线所传输的波的模式为。b) 驻波状态的反射系数需要满足的条件为c) 在中、长波段，无线电波主要通过d) 描述光纤特性的参数主要有损耗和。方式传播。，前者会限制通两类 。信，后者限制通信容量 。e) 按照极化方式分，天线可分为f) 当收发天线满足和条件时，接收天线收不到信号。g) 间的波长 自由空间的波长，这种现象称为 现象。其原因主要是辐射引起电流衰减使振子电流相速减小。6 微 波 频 率 范 围 从到。 通 常 又 将 微 波 波 段 划 分四个分波段。为，7 阻抗匹配的三种匹配状态是8 工程中常用的同轴线有，。， 9要用于10 无耗传输线的工作状态有：11

8、激励波导的方法通常有三种：。，。，12 微带传输线的基本结构有两种形式：，。13 需要直接或间接地有电源支持供给的微波器件是，无需电源、能14 源供给就可独立工作的微波器件是15 按端口分，微波元器件可分为。，。16 单端口微波元件有17 把18.按辐射元的类型分，天线可分为，。和或连接起来的系统称为馈线系统。，。19 2.25 2a ,2b ，27r传输线上的特性阻抗 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感Z0 2 )F分别和ln b ,8.85 10, 4 10HC L 7b2a0m0mlna20、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最处，在电两个分_ _场作用下吸收片强烈吸收微波能

9、量，使其反射变小。21、 平行z轴放置的电基本振子远场区只有和_量，它们在空间上（选填：平行，垂直），在时间上_ _（选填：同相，反相）。_ _1从传输线方程看，传输线上任一点处的电压和电流都等以该处相应的入射 波和 反射 波的叠加 。2终端短路的传输线的输入阻抗等于终端开路的传输线的输入阻抗等于j Zc tg l-j Zc ctg l，。3电磁波的波长和频率满足 fc 条件才能在波导中传输。4. 圆波导的三种主要工作模式TM01 。TE11、TE01、5. 无耗 网络的 Z 和 Y 参数是A11 、和 A22 是实数。纯虚 数， A 参数的6. 微波网络的工作特性参量有 电压传输系数 T插入

10、相移 输入驻波比、 插入衰减 A 、。70+ 。+8.微波谐振器有那两个主要功能储能、（1）传输线上存在驻波时，传输线上相邻的电压最大位置和电压最小位置的距选频离相差（阻纯电 /4（2） （ 相同 ）的，而截止频率是（ 不同 ）的。（3）全反射负载位于 SMITH圆图的（ 实轴 ）位置阻抗为纯电阻。）圆上。SMITH圆图的 1（4）当用单并联短截线对负载进行阻抗匹配时，并联短截线应该接在输入导纳满足（ ）位置。当改变并联短截线的长度时，输入导纳在 SMITH圆图上的 迹是（ 沿等 G圆 （5）无耗传输线谐振器串联谐振的条件是（G Yi变n化轨0Z 0（）inZ in二、判断题（每题 1 分，共

11、 10 分）1、TE波和 TM波的最低次模分别为和（错）（错）TM102、将而的波称为 TE波H 0E 0zz3、描述光纤传输特性主要是色散和损耗（对）4、辐射电阻越大，有效长度越短，天线的辐射能力越强 （错）5、天线通信的最佳功率max6、导行波截止波数的平方即 一定大于或等于零。（对）（错）f 0.85 foptk2c7、若无耗线处于行波状态时，则终端反射系数为，且（错） 1ZZ1in08、相速度可以用来表示波能量的传输速度（错）（对）9、多径效应造成了天线系统传输过程中信号的衰落10和媒质的损耗功率。 （对）1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm，当信号频率为20GHz时，该传输

12、线为短线。（ 错）2 ）3、由于沿smith圆图转一圈对应 ， 变换等效于在图上旋转180，24它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对应的导纳（或阻抗）。（ 对）4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大功率。（ 错）5、微带线在任何频率下都传输准TEM 错）6、导行波截止波数的平方即2 错）kc78 和等效电导 对）GfQ009 ）010 ）三、简答题（共 24 分）1、由于微波波长的特殊性，微波所具有的特性有哪些？（6 分）答：（1）似光性 （2）穿透性 （3）款频带特性 （4）热效应特性（5）散射特性 （6）抗低频干扰特性2 、HE11

13、模的主要优点？（9 分）（1）它不具有截止波段，而其它模只有当波导直径大于 0.626 时，才有可能传输；（2）在很宽的频带和较大的直径变化范围内，HE11模的损耗较小；（3）它可以直接由矩形波导的主模 激励，而不需要波型变换；103、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？（9 分）（1） 主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰；（2） 旁瓣电平尽可能低；（3） 向，而且当干扰方向变化时，零点方向也随之改变；4、提高单级天线效率的方法？（4分）（1）提高天线的辐射电阻（2）降低损耗电阻。5、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分）（1）电激励；（2）磁激励：（3）电流激励。6、从接受角度来讲，对天线

14、的方向性有哪些要求？(9 分)（4） 主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰；（5） 旁瓣电平尽可能低；且当干扰方向变化时，零点方向也随之改变；1. 无损传输线的工作状态有那几种？写出相应的负载条件。Z =Z Z =0Z =，Z =jX；LOLLL行驻波状态，Z =R +jX ，且 k 时， =j ，e =e ,波传播。- z-j z0c当 k k 时， = ，e =e ，随着 z 变大波的幅度减小，此时为消失- z- z0c波。所以，=0即 k=k是波的传播状态与消失状态的临界点。0c5. 矩形金属波导谐振器的本征模 TE 和 TM 中的下标 mnp各代表什么意义，mnpmnp并列出各自的取值范围。答

15、：m、n、p分别表示场在 x、y、z（或 a、b、）三个方向分布的半驻波个数。TE ：m=0,1,2,.；n=0,1,2,.；p=1,2,3,；其中 m，n不能同mnp时为零。TM ：m=1,2,.；n=,1,2,.；p=0,1,2,3,mnp6. 为什么一般矩形波导测量线的纵向槽开在波导宽壁的中线上？答：因为一般矩形波导中传输的电磁波是 TE 模。而 TE 模在波导壁面上的1010电流分布是在波导宽壁的中线上只有纵向电流。因而波导宽壁的中线开槽不会切断电流而影响波导内的场分布，也不会引起电磁波由开槽处向波导外辐射电磁波能量。四、 计算题1、一根 75 均匀无耗传输线，终端接有负载，欲使线上电

16、压Z R 111驻波比为 ，则负载的实部 和虚部 应满足什么关系？(6分)3RX11，可得终端反射系数的模值应为解：由驻波比 3 1 0.51 1Z Z于是100将代入上式，整理得负载的实部 1 0.5 Z,ZRZZ11101和虚部 应满足的关系式为RX112R 125 X 100221即负载的实部 和虚部 应在圆心为1、半径为 100 的圆上，上半圆的对RX,011应负载为感抗，而下半圆的对应负载为容抗。28 分）试求工作频率在 3GHZ时该波导能传a 8,b 4,解：由得f 3 ,c 0.1mf 2 0.16 amc T E10b m 2 0.08 c T E012ab 0.0715m 1

17、1a2 b2可见，该波导在工作频率为 3GHZ时只能传输模。10TE3 ga 2.5f 4 2.56r 8r4、设某系统如图所示，双端口网络为无耗互易对称网络，在终端参考面 处接T2匹配负载，测得距参考面 距离T处为电压波节点，驻波系数为 1.5，l 0.12511g14 分）l1ZZ00TT12 1 0.5解参考面的外反射系数 0.21 1 2.5 0.125gg44g1 2 e 0.2e j j0.2j211于是S j0.21网络对称， S S j0.21122网络互易，S S j0.2S S故， 可表示为：S j0.2S 网络无耗，故,*S IS 0.2 j1 0j0.2SS*即：121

18、2 j0.20 1SJ0.2 S*1212j 0.2 0.97980.04 S2 1 S S 0.979812120.9798 j0.2 0.2 0.2 0*jSjS12124、在一个均匀无耗传输线上传输频率为 3GHz的信号，已知其特性阻，终端接z 0Z j 的负载，试求：l（1）传输线上的驻波系数 5分）（2）离终端5分）3、 特性阻抗的均匀无耗传输线，终端接负载，求负载的反Z R 01射系数 及距离负载0.25 处的输入阻抗 及反射系数Z1 , SZ1五、证明题1在无损传输线某点上分别测得三个阻抗： （负ZZscinocin载开路时测 （接实际负 载时测得 明实际负 载阻抗为ZinZ ZscZ ZocininZ Zinocin。Lin证明：设 Z为特性阻抗，l为该点到负载端的距离，则0l=j Ztg(1)(2)ZZscin0l= - j Zctgocin0Z Z Z Z j tglZ Z j tgl j tglZ ZlZ Z0l0l0ZZ j tgl(3)in