11微波技術(shù)復(fù)習(xí)(答案史密斯圓圖版).

1、微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)提綱（2011 級(jí)）一、思考題1什么是微波？微波有什么特點(diǎn)？答：微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，頻率范圍從300MH到3000GHZ波長(zhǎng)從0.1mm到1m微波的特點(diǎn)：似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應(yīng)特性、散射特性、抗低 頻干擾特性、視距傳播性、分布參數(shù)的不確定性、電磁兼容和電磁環(huán)境污染。2.試解釋一下長(zhǎng)線的物理概念，說(shuō)明以長(zhǎng)線為基礎(chǔ)的傳輸線理論的主要物理現(xiàn) 象有哪些？ 一般是采用哪些物理量來(lái)描述？答：長(zhǎng)線是指?jìng)鬏斁€的幾何長(zhǎng)度與工作波長(zhǎng)相比擬的的傳輸線；以長(zhǎng)線為基礎(chǔ)的物理現(xiàn)象：傳輸線的反射和衰落； 主要描述的物理量有：輸入阻抗、反射系數(shù)、傳輸系數(shù)和駐波系數(shù)。3.

2、均勻傳輸線如何建立等效電路，等效電路中各個(gè)等效元件如何定義?4.均勻傳輸線方程通解的含義5.如何求得傳輸線方程的解?6.試解釋傳輸線的工作特性參數(shù)（特性阻抗、傳播常數(shù)、相速和波長(zhǎng)）答：傳輸線的工作特性參數(shù)主要有特征阻抗Zo，傳輸常數(shù)錯(cuò)誤!未找到引用源 相速及波長(zhǎng)。1）特征阻抗即傳輸線上入射波電壓與入射波電流的比值或反射波電壓與反射波電流比值的負(fù)值，其表達(dá)式為Zojwc，它僅由自身的分布參數(shù)決定而與負(fù)載及信號(hào)源無(wú)關(guān)；2）傳輸常數(shù)j是描述傳輸線上導(dǎo)行波的衰減和相移的參數(shù)，其中，和分別稱為衰減常數(shù)和相移常數(shù)，其一般的表達(dá)式為,（R jwL）（G jwC）;3）傳輸線上電壓、電流入射波（或反射波）的等

3、相位面沿傳播方向傳播的速度稱Vp 一為相速，即7.傳輸線狀態(tài)參量輸入阻抗、反射系數(shù)、駐波比是如何定義的，有何特點(diǎn)，并 分析三者之間的關(guān)系答：輸入阻抗：傳輸線上任一點(diǎn)的阻抗Zin定義為該點(diǎn)的電壓和電流之比， 與導(dǎo)波系統(tǒng)的狀態(tài)特性無(wú)關(guān)，Zin（Z）ZZ1 jZtan ZZojZ1ta n z反射系數(shù)：傳輸線上任意一點(diǎn)反射波電壓與入射波電壓的比值稱為傳輸線在該點(diǎn)駐波比：傳輸線上波腹點(diǎn)電壓振幅與波節(jié)點(diǎn)電壓振幅的比值為電壓駐波比，也稱為駐波系數(shù)。反射系數(shù)與輸入阻抗的關(guān)系：當(dāng)傳輸線的特性阻抗一定時(shí)，輸入阻抗與反射系數(shù)對(duì)應(yīng)，因此，輸入阻抗可通過反射系數(shù)的測(cè)量來(lái)確定；當(dāng) 此時(shí)傳輸線上任一點(diǎn)的反射系數(shù)都等于0,

4、稱之為負(fù)載匹配。駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系：出，駐波比的取值范圍是1線上無(wú)反射時(shí)，駐波比為1,當(dāng)傳輸線全反射時(shí)，駐波比趨于無(wú)窮大。顯然，駐 波比反映了傳輸線上駐波的程度，即駐波比越大，傳輸線的駐波就越嚴(yán)重。4） 傳輸線上電的反射系數(shù)，對(duì)于無(wú)耗傳輸線，它的表達(dá)式為(z)ZoZ。j2 z1|j(2 z)乙Z0時(shí)，1=0,8均勻傳輸線輸入阻抗的特性，與哪些參數(shù)有關(guān)?特性：/2重復(fù)性阻抗變換特性均勻無(wú)耗傳輸線上任意一點(diǎn)的輸入阻抗與觀察點(diǎn)的位置、傳輸線的特性阻抗、終端負(fù)載阻抗及工作頻率有關(guān)，且一般為復(fù)數(shù)，故不宜直接測(cè)量。9均勻傳輸線反射系數(shù)的特性(z) |1|exp(j(12 z)對(duì)均勻無(wú)耗傳輸線來(lái)說(shuō)，任意

5、點(diǎn)反射系數(shù)(z)大小均相等，沿線只有相位按周期變化，其周期為/2，即反射系數(shù)也具有/2重復(fù)性。10.簡(jiǎn)述傳輸線的行波狀態(tài)，駐波狀態(tài)和行駐波狀態(tài)。行波狀態(tài)：行波狀態(tài)就是無(wú)反射的傳輸狀態(tài)，此時(shí)反射系數(shù)1=0,而負(fù)載阻抗等 于傳輸線的特性阻抗，即Z|=Z0o駐波狀態(tài)：駐波狀態(tài)就是全反射狀態(tài)，也即終端反射系數(shù)I|=1行駐波狀態(tài)：當(dāng)微波傳輸線終端接任意復(fù)數(shù)阻抗負(fù)載時(shí)， 由信號(hào)源入射的電磁波 功率一部分被終端負(fù)載吸收，另一部分則被反射，因此傳輸線上既有行波也有純 駐波，構(gòu)成混合波狀態(tài)，故稱之為行駐波狀態(tài)。11什么是行波狀態(tài)，行波狀態(tài)的特點(diǎn)行波狀態(tài)：行波狀態(tài)就是無(wú)反射的傳輸狀態(tài)，此時(shí)反射系數(shù)l=0,而負(fù)載阻

6、抗等 于傳輸線的特性阻抗，即Zl=Z0。無(wú)耗傳輸線的行波狀態(tài)有以下特點(diǎn)：1沿線電壓和電流振幅不變，駐波比=1o2電壓和電流在任意點(diǎn)上都同相。Zin(Z)U1cos( z) jI Z0sin( z)|icos( z) jsin( z) ZozoZZojZotan( z)jZitan( z)Z1Z0Z1Z0|=|l|=1對(duì)于無(wú)耗線，=0，Lr與z無(wú)關(guān)，即Lr(z)20lg|l|dB3傳輸線上各點(diǎn)阻抗均等于傳輸線特性阻抗。12什么是駐波狀態(tài)，駐波狀態(tài)的特性駐波狀態(tài)就是全反射狀態(tài)，也即終端反射系數(shù)|i|=1。|空|=|i|=1。乙Zo特性：(1)產(chǎn)生全反射，沿線電壓和電流的幅值隨位置變化，具有波節(jié)點(diǎn)(

7、零值點(diǎn))和波腹 點(diǎn)(入射波的兩倍)：短路線終端為電壓波節(jié)點(diǎn)、電流波腹點(diǎn)；開路線終端為 電壓波腹點(diǎn)、電流波節(jié)點(diǎn)；端接純感(容)抗的無(wú)耗線，向源方向第一個(gè)出 現(xiàn)的是電壓波腹(節(jié))點(diǎn)；(2) 沿線各點(diǎn)的電壓和電流在啊和距離位置上都有n/2的相位差，因此在駐波狀態(tài) 下，線上既無(wú)能量損耗，也不傳輸能量；(3) 線上波節(jié)點(diǎn)兩側(cè)沿線各點(diǎn)電壓(或電流)反相，相鄰兩波節(jié)點(diǎn)之間各點(diǎn)電 壓(或電流)同相；(4) 沿線各點(diǎn)的輸入阻抗為純電抗。13.分析無(wú)耗傳輸線呈純駐波狀態(tài)時(shí)終端可接哪幾種負(fù)載，各自對(duì)應(yīng)的電壓電流分布終端負(fù)載為短路、開路或純阻抗三種情況之一。(1)終端負(fù)載短路時(shí)，z=(2n+1)入/4(n=0,1,2

8、,)處為電壓波腹點(diǎn)。(2)終端負(fù)載開路時(shí)，z=n入/2(n=0,1,2,)處為電壓波腹點(diǎn)。2n 1X終端負(fù)載為純電感jXL時(shí)，z arctan()(n0,1,2 )處為波腹點(diǎn)；終42Z。端負(fù)載為純電容-jXc時(shí)，z - arccot(0)(n0,1,2 )處為波腹點(diǎn)。22Z。14.介紹傳輸功率、回波損耗、插入損耗傳輸線的傳輸損耗(Transmission Efficiency)為負(fù)載吸收功率 Pt(O)_ 1 |2_始端傳輸功率 Pt(l) e)p(2 l)1 | |2exo( 4 l)當(dāng)負(fù)載與傳輸線匹配時(shí)，即|丨| 0，此時(shí)傳輸效率最高，其值為maxexp( 2 l)，可見，傳輸效率取決于傳

9、輸線的損耗和終端匹配情況。 傳輸線的損耗分為回波損耗和插入損耗。回波損耗定義為入射波功率與反射波功率之比，通常以分貝來(lái)表示，即Pin1Lr (z) 10lg dB=10lg20lg |l| 2(8.686 z)dBPr|112 exp( 4 z)若負(fù)載匹配，貝U |r| 0,Lr，表示無(wú)反射波功率。插入損耗定義入射波功率和其他電路損耗（導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗、輻射損耗） 若不考慮其他損耗，即a=0，則其中， 為傳輸線上駐波系數(shù)。此時(shí)，由于插入損耗僅取決于失配情況，故又稱 為失配損耗?？傊?，回波損耗和插入損耗雖然都與反射信號(hào)即反射系數(shù)有關(guān)， 但回波損耗取決 于反射信號(hào)本身的損耗，|l|越大，則|Lr

10、|越?。欢迦霌p耗|Li|則表示反射信號(hào)引起的負(fù)載功率的減小，|1|越大，則|Li|也越大。15.阻抗匹配的意義，阻抗匹配有哪三者類型，并說(shuō)明這三種匹配如何實(shí)現(xiàn)？ 阻抗匹配的意義：對(duì)一個(gè)由信號(hào)源、傳輸線和負(fù)載構(gòu)成的系統(tǒng)，希望信號(hào)源在輸 出最大功率時(shí)，負(fù)載全部吸收，以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的傳輸，阻抗匹配有三種類型， 分別是：負(fù)載阻抗匹配、源阻抗匹配和共軛阻抗匹配。負(fù)載阻抗匹配：負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗稱之為負(fù)載阻抗匹配。此時(shí)，傳輸線上只有從信號(hào)源到負(fù)載方向傳輸?shù)娜肷洳ǎ?而無(wú)從負(fù)載向信號(hào)源方向的反射 波。源阻抗匹配：電源內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗稱之為源阻抗匹配。源阻抗匹配常用的方法是在信號(hào)源之后加一

11、個(gè)去耦衰減器或隔離器。共軛阻抗匹配：對(duì)于不匹配電源，當(dāng)負(fù)載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗等 于電源內(nèi)阻的共軛值時(shí)，稱之為共軛阻抗匹配。16.負(fù)載獲得最大輸出功率時(shí)，負(fù)載與源阻抗間關(guān)系：ZinZ；17.史密斯圓圖是求解均勻傳輸線有關(guān) 阻抗匹配 和 功率匹配 問題的一類曲線 坐標(biāo)圖，圖上有兩組坐標(biāo)線，即歸一化阻抗或?qū)Ъ{的 實(shí)部和虛部 的等值線簇與 反射系數(shù) 的 幅和模角 等值線簇，所有這些等值線都是圓或圓弧，故也稱阻抗 圓圖或?qū)Ъ{圓圖。導(dǎo)納圓圖可以通過對(duì) 阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)180得到。阻抗圓圖的 上半部分呈感性，下半部分呈容性。Smith圓圖與實(shí)軸左邊的交點(diǎn)為 短路 點(diǎn)，與橫軸右邊的交點(diǎn)為 開路 點(diǎn)。

12、Smith圓圖實(shí)軸上的點(diǎn)代表純電阻 點(diǎn),左半軸上的點(diǎn)為電壓波 節(jié)點(diǎn)，右半軸上的點(diǎn)為電壓波 止點(diǎn)。在傳輸線上負(fù)載 向電源方向移動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)在圓圖上應(yīng) 順時(shí)針 旋轉(zhuǎn),反之在傳輸線上電源向負(fù)載 方向移動(dòng)時(shí)， 對(duì)應(yīng)在圓圖上應(yīng) 逆時(shí)針 旋轉(zhuǎn)Li10lg120 Ig118. TEM TE和Th波是如何定義的？什么是波導(dǎo)的截止性？分別說(shuō)明矩形波導(dǎo)、 圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線的主模是什么？答：1）TE波，TM波，TEM波是屬于電磁波的三種模式。TE波指電矢量與傳播方 向垂直，或者說(shuō)傳播方向上沒有電矢量。TM波是指磁矢量與傳播方向垂直。TEM波指電矢量和磁矢量都與傳播方向垂直；2）kc是與波導(dǎo)橫截面尺寸、形

13、狀及傳輸模式有關(guān)的一個(gè)參量，當(dāng)相移常數(shù)B=0時(shí)，意味導(dǎo)波系統(tǒng)不再傳播，亦稱為截止，此時(shí)kck，故將kc稱為截止波數(shù)3） 矩形波導(dǎo)的主模是TE1（模；圓波導(dǎo)的主模是TE11模;同軸線的主模是TEM模; 帶狀線的主模是TEMI;微帶線的主模是準(zhǔn)TEM模o19.簡(jiǎn)述述矩形波導(dǎo)傳輸特性的主要參數(shù)定義：相移常數(shù)，截至波長(zhǎng)，截至波數(shù),波導(dǎo)波長(zhǎng)，相速度，TE波和TM波的波阻抗1）相移常數(shù)和截止波數(shù)：相移常數(shù) 和截止波數(shù)kc的關(guān)系是.k2k 2）相速Vp:電磁波的等相位面移動(dòng)速度稱為相速，即3）波導(dǎo)波長(zhǎng)g:導(dǎo)行波的波長(zhǎng)稱為波導(dǎo)波長(zhǎng)，它與波數(shù)的關(guān)系式為J4）波阻抗：某個(gè)波形的橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)之比，即Z1Ht2

14、0.導(dǎo)波系統(tǒng)中截止波長(zhǎng)、工作波長(zhǎng) 和波導(dǎo)波長(zhǎng)的區(qū)別。答：導(dǎo)行波的波長(zhǎng)稱為波導(dǎo)波長(zhǎng)，用入g表示，它與波數(shù)的關(guān)系式為kJ kf/k2其中，2 /k為工作波長(zhǎng)Vpk：/k21.為什么空心的金屬波導(dǎo)內(nèi)不能傳播TEM波?答：空心金屬波導(dǎo)內(nèi)不能存在TEM波。這是因?yàn)椋喝绻麅?nèi)部存在TEM波，則要求 磁場(chǎng)完全在波導(dǎo)的橫截面內(nèi)，而且是閉合曲線。有麥克斯韋第一方程可知，閉合 曲線上磁場(chǎng)的積分等于與曲線相交鏈的電流。由于空心金屬波導(dǎo)中不存在軸向即傳播方向的傳導(dǎo)電流，故必要求有傳播方向的位移電流，由位移電流的定義式可 知，要求一定有電場(chǎng)存在，顯然這個(gè)結(jié)論與TEM波的定義相矛盾，所以，規(guī)則金 屬內(nèi)不能傳輸TEM波。22

15、.圓波導(dǎo)中的主模為TE11模，軸對(duì)稱模為TM01模 ，低損耗模為TE01模。23.說(shuō)明圓波導(dǎo)中TE01模為什么具有低損耗特性。答：TEoi模磁場(chǎng)只有徑向和軸向分量，故波導(dǎo)管壁電流無(wú)縱向分量，只 有周向電流。因此當(dāng)傳輸功率一定時(shí)，隨著頻率升高，管壁的熱損耗將 單調(diào)下降，故其損耗相對(duì)其它模式來(lái)說(shuō)是低的，故可將工作在TEoi模的 圓波導(dǎo)用于毫米波的遠(yuǎn)距離傳輸或制作高Q值的諧振腔。24.什么叫模式簡(jiǎn)并現(xiàn)象？矩形波的和圓波導(dǎo)的模式簡(jiǎn)并有何異同？答：波導(dǎo)中的電磁波是各種TMmn模和TEmn模的各種線性組合，E為X方向變化的 半周期數(shù)，n是y方向變化的半周期數(shù)；如果當(dāng)兩個(gè)模式TMn和T&的截止波長(zhǎng)

16、相等時(shí)，也就說(shuō)明這兩種模式在矩形波導(dǎo)里出現(xiàn)的可能性相同， 這種現(xiàn)象就叫做 簡(jiǎn)并。25.解釋圓波導(dǎo)中的模式簡(jiǎn)并和極化簡(jiǎn)并答：E-H簡(jiǎn)并(模式簡(jiǎn)并)：由于貝塞爾函數(shù)具有Jo(x)Ji(x)的性質(zhì)，所以一階貝塞爾函數(shù)的根和零階貝塞爾函數(shù)導(dǎo)數(shù)的根相等，即on in，故有cTEoncTMin，從而形成了TEon模和TMln模的簡(jiǎn)并。這種簡(jiǎn)并稱為E-H簡(jiǎn)并。 極化簡(jiǎn)并：由于原波導(dǎo)具有軸對(duì)稱性，對(duì)m 0的任意非圓對(duì)稱模式，橫向電 磁場(chǎng)可以有任意的極化方向而截止波數(shù)相同，任意極化方向的電磁波可以看成是偶對(duì)稱極化波和奇對(duì)稱極化波的線性組合。偶對(duì)稱極化波和奇對(duì)稱極化波具有相 同的場(chǎng)分布，故稱之為極化簡(jiǎn)并。26.為

17、什么一般矩形(主模工作條件下)測(cè)量線探針開槽開在波導(dǎo)寬壁的中心線 上?答：因?yàn)橐话憔匦尾▽?dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ荰E10莫。而TE10莫在波導(dǎo)壁面上的電 流分布是在波導(dǎo)寬壁的中線上只有縱向電流。因而波導(dǎo)寬壁的中線開槽不會(huì)切斷 電流而影響波導(dǎo)內(nèi)的場(chǎng)分布，也不會(huì)引起電磁波由開槽處向波導(dǎo)外輻射電磁波能 量。027.帶狀線傳輸主模TEM模時(shí)，必須抑制高次模TE模 和TM模 :微帶線的高次模有波導(dǎo)模式和表面波模式。28.微帶線的特性阻抗隨著w/h的增大而 減小。相同尺寸的條件下，cr越大,特性阻抗越小。29.微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)中，如何將波導(dǎo)管等效成平行傳輸線的？ 為定義任意傳輸系統(tǒng)某一參考面上的電壓和電流，作以下規(guī)

18、定：1電壓U(z)和電流l(z)分別與Et和Ht成正比；2電壓U(z)和電流l(z)共軛乘積的實(shí)部應(yīng)等于平均傳輸功率；3電壓和電流之比應(yīng)等于對(duì)應(yīng)的等效特性阻抗值。對(duì)任一導(dǎo)波系統(tǒng)，不管其橫截面形狀如何，也不管傳輸哪種波形，其橫向電磁場(chǎng)-=KEt(x, y, z)ek(x,y)Uk(z)總可以表示為：Ht(x,y, z) hk(x, y)Ik(z)式中，ek(x, y)、hk(x, y)是二維實(shí)函數(shù)，代表了橫向場(chǎng)的模式橫向分布函數(shù)；Uk(z)、L(z)是一維標(biāo)量函數(shù)，它們反映了橫向電磁場(chǎng)各模式沿傳播方向的變化規(guī)律。30.列出微波等效電路網(wǎng)絡(luò)常用有5種等效電路的矩陣表示，并說(shuō)明矩陣中的參 數(shù)是如何測(cè)

19、量得到的。(1)阻抗參量Z當(dāng)端口開路時(shí)，Z21Z22I2=0，網(wǎng)絡(luò)阻抗參量方程變?yōu)?U1Z11Z1111U1匚U221Z2111U2匚I20當(dāng)端口開路時(shí)，Y(2)導(dǎo)納參量當(dāng)端口短路時(shí)，I1=0，網(wǎng)絡(luò)阻抗參量方程變?yōu)?半1Y2Y21Y220，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納參量方程變?yōu)椋簞tU1Z12I1Z12I2U2Z22I2當(dāng)端口短路時(shí),U=0,網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納參量方程變?yōu)椋簞tI1Y2U1I2Z22I1U2I2I10Y1U1J1U1Y21U2Y21U1也U1U20Y2U2I1U2Y22U2200(3)轉(zhuǎn)移參量UiIiA11A2U2AU2A2iA22I212當(dāng)端口開路時(shí)，I2=0,網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移參量方程變?yōu)?UiAiiU2AiA21

20、IiU2當(dāng)端口短路時(shí),u=0,網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移參量方程變?yōu)?i02則UiU2I2IiA22A2212IiI2U20Ai仁端口開路時(shí),A仁端口開路時(shí),A22：端口短路時(shí),Ai2：端口短路時(shí),端口到端口電壓傳輸系數(shù)的倒數(shù); 端口與端口之間的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納； 端口到端口電流傳輸系數(shù)的倒數(shù); 端口與端口之間的轉(zhuǎn)移阻抗。SiiS2i端口接匹配負(fù)載時(shí)，(4)散射矩陣S=S12S22a2=0,網(wǎng)絡(luò)散射參量方程變?yōu)?b1S11a1b2S2iaiSiibiaib2a2a2當(dāng)端口接匹配負(fù)載時(shí)，ai=0,網(wǎng)絡(luò)散射參量方程變?yōu)椋篵iSi2a2blS參量各參數(shù)的物理意義為：端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口的反射系數(shù); 端口接匹配負(fù)載時(shí)， 端口

21、接匹配負(fù)載時(shí)， 端口接匹配負(fù)載時(shí)，a2b2S22a?b2S22a2a10511SiS22512(5)傳輸矩陣 當(dāng)用ai、bi作為輸入量,31. S參數(shù)如何測(cè)量。端口到端口波的傳輸系數(shù); 端口的反射系數(shù)；端口與端口波的傳輸系數(shù)。a2、b2作為輸出量,此時(shí)有以下線性方程aib2Tiib2Ti2a2T2ib2T22a2對(duì)于互易雙端口網(wǎng)絡(luò)，S2=Si，故只要測(cè)量求得Si、S22及S2三個(gè)量就可以了。 設(shè)終端負(fù)載阻抗為 乙，終端反射系數(shù)為1，則有：a2=ib2,代入biSii3iSi232b2S2i3iS2232032.二端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)（S11，S12, S21，S22）的物理意義S仁端口接匹配負(fù)載時(shí)

22、，端口的反射系數(shù)；S21：端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口到端口波的傳輸系數(shù)；S22：端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口的反射系數(shù)；S2：端口接匹配負(fù)載時(shí)，端口與端口波的傳輸系數(shù)。33.多口網(wǎng)絡(luò)S矩陣的性質(zhì)：網(wǎng)絡(luò)互易有STS，網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗有S S I，網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱時(shí)有SiiSjj34.阻抗匹配元器件的定義，作用，并舉例說(shuō)明有哪些阻抗匹配元件。答：阻抗匹配元器件是用于調(diào)整傳輸系統(tǒng)與終端之間的阻抗匹配元件，它們的作用是為了消除反射，提高傳輸效率，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。主要包括螺釘調(diào)配器、多 階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。器S=0e，理想隔離器ej036.功率分配元器件的定義，并舉例說(shuō)明有哪些？答：將一路微波功率按比例分成幾路的元件

23、稱為功率分配元件，主要包括定向耦biS12 lb2b2S22lb2輸入端參考面處的反射系數(shù)為biin aiSI1S12 l1 S22 l令終端短路、開路和接匹配負(fù)載時(shí)，測(cè)得的輸入端反射系數(shù)分別為。和m，代入上式解得:m22(ms)(om)35.寫出理想的雙口元件的S矩陣，理想衰減器的0eS=ei0，理想相移合器、功率分配器以及各種微波分支器件。37.簡(jiǎn)述雙分支定向耦合器的工作原理，并寫出3dB雙分支定向耦合器的S矩陣。答：假設(shè)輸入電壓信號(hào)從端口“”經(jīng)A點(diǎn)輸入，則到的D點(diǎn)的信號(hào)有兩路，一 路由分支線直達(dá)，其波行程為入g/4，另一路由A-B-C-D,波行程為3入g/4,; 故兩條路徑到達(dá)的波行程差

24、為入g/2，相應(yīng)的相位差為n,即相位相反。因此若 選擇合適的特性阻抗，使到達(dá)的兩路信號(hào)的振幅相等，則端口“”處的兩路信 號(hào)相互抵消，從而實(shí)現(xiàn)隔離。同樣由A-C的兩路信號(hào)為同相信號(hào)，故在端口“”有耦合輸出信號(hào)，即 端口“”為耦合端。耦合端輸出信號(hào)的大小同樣取決于各線的特性阻抗。0j1 0SI.2100 100j01j038.簡(jiǎn)述天線的定義和功能答：用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線?；竟δ埽?）天線應(yīng)能將導(dǎo)波能量盡可能多地轉(zhuǎn)變成電磁波能量；2）天線具有方向性；3）天線有適當(dāng)?shù)臉O化。4）天線應(yīng)有足夠的工作頻帶。39.簡(jiǎn)述天線近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的特點(diǎn)1在近區(qū)，電場(chǎng)E和Er與靜電場(chǎng)問題中的電偶極子的電

25、場(chǎng)相似，磁場(chǎng)H和恒 定電流場(chǎng)問題中的電流元的磁場(chǎng)相似，所以近區(qū)場(chǎng)稱為準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)。答：近區(qū)場(chǎng)：Er2cos.Ilj77JinIl .2sin4 r22由于場(chǎng)強(qiáng)與1/r的高次方成正比，所以近區(qū)場(chǎng)隨距離的增大而迅速減小，即離天線較遠(yuǎn)時(shí)，可認(rèn)為近區(qū)場(chǎng)近似為零3電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差90,說(shuō)明玻印廷矢量為虛數(shù)，也就是說(shuō)，電磁能量在 場(chǎng)源和場(chǎng)之間來(lái)回振蕩，沒有能量向外輻射，所以近區(qū)場(chǎng)又稱為感應(yīng)場(chǎng)。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)：E j60 11sin ejkr， H r在遠(yuǎn)場(chǎng)，電基本振子的場(chǎng)只有E和H兩個(gè)分量，它們?cè)诳臻g上相互垂直，在時(shí)間上同相位，所以其玻印亭矢量S1E H*是實(shí)數(shù)，且指向r方向。這說(shuō)明電2基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是一個(gè)沿著徑

26、向向外傳播的橫電磁波，故遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng)。有與平行波相同的特性。輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比，隨著距離的增大，輻射場(chǎng)減小。這是因?yàn)檩椛鋱?chǎng) 是以球面波的形式向外擴(kuò)散的，當(dāng)距離增大時(shí)，輻射能量分布到更大的球面面積 上。4在不同的方向上，輻射強(qiáng)度不相等。這說(shuō)明電基本振子的輻射是有方向性的40.天線的電參數(shù)有哪些？答：天線的電參數(shù)有：主瓣寬度、旁瓣電平、前后比、方向系數(shù)。41.電基本振子的歸一化方向函數(shù)F,=sin| ,方向系數(shù)D=15，輻射電阻R = 80（丄）2，3dB波瓣寬度20.5=900.42.解釋天線的方向圖，以及E面和H面？答：如果將作為空間角度q和f函數(shù)的天線方向性函數(shù)以圖形的形式表示出來(lái)

27、, 則稱為方向圖或方向性圖。E面：含最大輻射方向，電場(chǎng)矢量所在的平面（由電場(chǎng)強(qiáng)度方向和最大輻射方向 構(gòu)成的平面）H面：含最大輻射方向，磁場(chǎng)矢量所在的平面（由磁場(chǎng)方向和最大輻射方向構(gòu)成 的平面）。43.簡(jiǎn)述什么是天線的極化，極化的分類？答：天線的極化是天線在最大輻射方向上輻射場(chǎng)的極化, 間取向。輻射場(chǎng)的極化是指在空間某一固定位置上電場(chǎng)矢量端點(diǎn)隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)的軌跡。根據(jù)II.jkrj sin e 2rP 0120是一個(gè)常數(shù)，即等于媒質(zhì)的本征阻抗，因而遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)具般是指輻射電場(chǎng)的空軌跡形狀不同，可分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化：電場(chǎng)矢量沿著一條線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。線極化分為水平極化和垂直極化。圓極化：電場(chǎng)矢

28、量的大小不變，其末端做圓周運(yùn)動(dòng)。分為左旋圓極化和右旋圓極 化。橢圓極化：電場(chǎng)矢量大小隨時(shí)間變化，其末端運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓。分為左旋橢圓 極化和右旋橢圓極化。44.解釋天線方向圖參數(shù)中的主瓣寬度、旁瓣電平、前后比、方向系數(shù)答：主瓣寬度：是衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。通常取天線方向圖主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的寬度。旁瓣電平：是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣的電平，一般以分貝表示。前后比：是指最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比，通常 以分貝為單位。方向系數(shù)：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度與相 同輻射功率的理想無(wú)方向性天線在同一距離處的輻射功率流密

29、度之比。45.從接收角度講,對(duì)天線的方向性有哪些要求？答：1）主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾，但如果干擾與有用信號(hào)來(lái)自同一方向， 即使主瓣寬度很窄，也不能抑制干擾，另一方面當(dāng)來(lái)波方向易于變化時(shí)， 主瓣太 窄難以保證穩(wěn)定的接收，如何選擇主瓣寬度，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。2） 旁瓣電平盡可能低，在任何情況下，都希望電平盡可能地低。3） 要求天線方向圖中，最好有一個(gè)或多個(gè)可控制的零點(diǎn)，以便將零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾 方向，而且當(dāng)干擾方向變化時(shí)，零點(diǎn)方向也隨之改變，以抑制干擾，這也稱為零 點(diǎn)自動(dòng)形成技術(shù)46.什么是衰落？簡(jiǎn)述引起衰落的原因。答：所謂衰落，一般是指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。 引起衰落的原因大致分為 兩大類

30、：吸收性衰落和干涉型衰落。吸收性衰落：由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變化，使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的 變化，如大氣中的云霧等都對(duì)電波有吸收作用， 由于氣象的隨機(jī)性，因而這種吸 收的強(qiáng)弱也有起伏，形成信號(hào)的衰落。干涉型衰落：由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的信號(hào)幅度和相位的隨機(jī)起伏稱為干涉型 衰落。47.什么是波長(zhǎng)縮短效應(yīng)？試簡(jiǎn)要解釋其原因。答：對(duì)稱振子上的相移常數(shù)B大于自由空間的波數(shù)k，亦即對(duì)稱振子上的波長(zhǎng)短 于自由空間波長(zhǎng)，這是一種波長(zhǎng)縮短現(xiàn)象。 對(duì)稱振子輻射引起振子電流衰減，使振子電流相速減小，相移常數(shù)B大于自由空間的波數(shù)k,致使波長(zhǎng)縮短； 由于振子導(dǎo)體有一定半徑，末端分布電容增大（稱為末端效應(yīng)），末端

31、電流 實(shí)際不為零，這等效于振子長(zhǎng)度增加，因而造成波長(zhǎng)縮短。振子導(dǎo)體越粗,末端 效應(yīng)越顯著，波長(zhǎng)縮短越嚴(yán)重。48.對(duì)稱振子天線在臂長(zhǎng)等于多少時(shí)方向性最好？答：h 0.5時(shí)，方向性最好。49.半波對(duì)稱振子的方向系數(shù)：1.64。50.半波振子的20.5.781。51.天線的有效面積答：有效接收面積是衡量一個(gè)天線接收無(wú)線電波能力的重要指標(biāo)。它的定義為：當(dāng)天線以最大接收方向?qū)?zhǔn)來(lái)波方向進(jìn)行接收時(shí)，接收天線傳送到匹配負(fù)載的 平均功率為PLmax,并假定此功率是由一塊與來(lái)波方向相垂直的面積所截獲，則這 個(gè)面積就稱為接收天線的有效接收面積，記為Ae,即有式中，Sv為入射到天線上電磁波的時(shí)間平均功率流密度，其值

32、為E Ei52.簡(jiǎn)述天線增益的定義。答：天線增益是這樣定義的。即輸入功率相同時(shí)，某天線在某一方向上的遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn) 生的功率流密度S1與理想點(diǎn)源（無(wú)方向性）天線在同一方向同一距離處產(chǎn)生的 功率流密度S0的比值，稱為該天線在該方向上的增益系數(shù)，簡(jiǎn)稱增益，常用G表示。53.寫出陣列天線的方向圖乘積定理，并作說(shuō)明SmaxS0Pin= Pn0E2maxEoPnPin。Rn0PnEmax=E0Ae在各天線元為相似元的條件下， 天線陣的方向圖函 這個(gè)特性稱為方向圖乘積定理。式中，F(xiàn) （ , ）|稱為兀因子；COS亍稱為陣因子。元因子表示組成天線陣的單個(gè)輻射元的方向圖函數(shù)，其值僅取決于天線元本身的類型和尺寸。它體現(xiàn)

33、了天線元的方向性對(duì)天線陣方向性的影響。陣因子表示各向同性元所組成的天線陣的方向性，其值取決于天線陣的排列 方式及其天線元上激勵(lì)電流的相對(duì)振幅和相位，與天線元本身的類型和尺寸無(wú) 關(guān)。54.采用天線陣可增強(qiáng)方向性，其主要原理是什么？答：為了加強(qiáng)天線的方向性，將若干輻射單元按某種方式排列所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為 天線陣。構(gòu)成天線陣的輻射單元稱為天線元或陣元。天線陣的輻射場(chǎng)是各天線元 所產(chǎn)生場(chǎng)的矢量疊加，只要各天線元上的電流振幅和相位分布滿足適當(dāng)?shù)年P(guān)系， 就可以得到需要的輻射特性?？荚囶}型：一、填空題（10分）二、名詞解釋（16分）三、簡(jiǎn)答題（30分）四、計(jì)算題（44分）二、課后習(xí)題1.4 ;1.6 ; 1.

34、9;1.10 ; 1.12 ;1.13 ; 2.3; 2.7 2.10 ; 4.2 ; 4.4 ; 4.5 ;4.6 ;4.8 ; 5.6;5.11; 6.5 ;6.6 ; 8.5答:2E字鬥,)|1cos 2由上式可得到如下結(jié)論: 數(shù)是單元因子與陣因子之積。第一章1.41.4 有一特性阻抗為Zo50的無(wú)耗均勻傳輸線，導(dǎo)體間的媒質(zhì)參數(shù)為r2.25,r1, ,終端接有R11的負(fù)載。當(dāng)f 100MHz時(shí)，其線長(zhǎng)度為/4。試求：（1 1）傳輸線實(shí)際長(zhǎng)度；（2 2）負(fù)載終端反射系數(shù)；（3 3）輸入端反射系數(shù)；（4 4）輸入端阻抗。解: （ 1 1）傳輸線上的波長(zhǎng):c/ fr3108/101062m,2

35、25因而，傳輸線的實(shí)際長(zhǎng)度:g/42/40.5m（2 2）終端放射系數(shù)為：|Z0Z0（3 3 ）輸入端的反射系數(shù)為:in（4 4） 輸入阻抗:1ZinZ0 -1inin501504950512 l.2492嚴(yán)e5149/51250049/51ie4951VSWR = 5C.0-.二1 1 . 6 6 設(shè)某一均勻無(wú)耗線特性阻抗為Zo50，終端接有未知負(fù)載Zi, ,現(xiàn)在傳輸線上測(cè)/3反射系數(shù)的模值:由電壓波節(jié)點(diǎn)離負(fù)載的位置：|min|4432j求的負(fù)載反射系數(shù)的相位丨/3，所以丨一e33得電壓最大值和最小值分別為100mV100mV 和 20mV20mV，第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)的位置離負(fù)載min試求該負(fù)

36、載阻抗Z|。解：根據(jù)駐波比定義:max100Umin201負(fù)載阻抗為：乙Z0-11i1 2 / 3e吃50j-31 2/3e3250782.4 64.3VSWRi(31ur乙36j73.941.91.9 特性阻抗為Zo100,長(zhǎng)度為/8的均勻無(wú)耗傳輸線，終端接有負(fù)載乙（200+j300），始端接有電壓為500V 0o，內(nèi)阻抗Rg100的電源。求（1 1）傳輸 線始端的電壓；（2 2 ）負(fù)載吸收的平均功率；（3 3）終端的電壓。解：（1 1）根據(jù)輸入阻抗公式，輸入端的阻抗為：Z ( ) ZZijZtan l100200j300 j100tan( /4)Zin() Z01008Z0jZltan l

37、 100 j (200 j 300) tan( /4)由此可求的輸入端的電壓:50(1j3)UinEgRZinZin50050j150100 50j1502 1500(3勺372.726.56o(V)(2)由U(z) U(z) U (z)Aej z(1（z），所以UinA1ej l(1in)UlAej g0(1I)424.933.69o(V)（3 3 ）負(fù)載吸收功率：R -ReJIII1ReUIUL138.8922Zi乙250j100，用/4的阻抗變換器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，試求/4阻抗變換器的特性阻抗Z01及離終端距離|。解:負(fù)載反射系數(shù):乙Z。乙Z。250j100 150250j100 1505.

38、 3j 0.343 0.541717故UlUinej 11lin1.91.9 特性阻抗為Zo100,長(zhǎng)度為/8的均勻無(wú)耗傳輸線，終端接有負(fù)載第一個(gè)波腹點(diǎn)離負(fù)載距離：Imax1即在距離負(fù)載0.043的位置插入0.54 0.043 0.294/4枝節(jié)的阻抗變換器，可實(shí)現(xiàn)匹配第一個(gè)波節(jié)點(diǎn)離負(fù)載距離：lmin10.54 0.29344即在距離負(fù)載0.293的位置插入/4枝節(jié)的阻抗變換器，可實(shí)現(xiàn)匹配Zoi, Z Zor ZJ104.91.121.12 在特性阻抗為600的無(wú)耗雙導(dǎo)線上測(cè)得Umax200V, Umin40V，第一個(gè)電壓0.207VSWR52Z,j33Z2.00.500.25波節(jié)點(diǎn)的位置lmin10.15，求負(fù)載Z，用并聯(lián)枝節(jié)進(jìn)行匹配，求出枝節(jié)的位置和長(zhǎng)度。解：（1 1）1 1,Umax200由匚叱5，可得反射系數(shù)的模值Umin |4015 1215 13由電壓波節(jié)點(diǎn)離負(fù)載的位置：lmin 0.15442可得i0.4，所以i ej0.431負(fù)載阻抗為：ZlZ0- 32.90 j 736.921i(2(2)并聯(lián)枝節(jié)接入位置離負(fù)載的距離d d 和并聯(lián)短路