電磁場與微波復習要點20160107

1、第四章1.何謂理想導體、理想電介質(zhì)、良導體、不良導體、電介質(zhì)？理想導體：電導率，理想導體內(nèi)部不存在電場和磁場；理想電介質(zhì)，是沒有歐姆損耗的媒質(zhì)（補充：在兩種理想介質(zhì)的分界面上沒有自由面電流和自由面電荷的存在）；良導體；不良導體；電介質(zhì)（低損耗媒質(zhì)） 2.麥克斯韋方程組是哪四個？分別說明什么物理意義？全電流定律，說明變化的電場產(chǎn)生磁場法拉第電磁感應定律，說明變化的磁場產(chǎn)生電場磁通連續(xù)性原理，說明任何一條磁力線都是閉合的電場的高斯定理，說明電場是有散場3.時變電磁場的邊界條件是什么？E1t = E2t（無條件連續(xù)）D1n D2n = s（當s = 0 時連續(xù)）H1t H2t = Js （當Js =

2、 0 時連續(xù)）B1n = B2n（無條件連續(xù)）（電流密度的法向分量的連續(xù)與否與電荷的時間變化有關）（電流密度的切向方向分布與電導率有關）4.理想介質(zhì)分界面上的邊界條件是什么？E1t = E2t D1n = D2n H1t = H2t B1n = B2n5.理想介質(zhì)與理想導體分界面上的邊界條件是什么？6.坡印廷定理和坡印廷矢量是什么？坡印廷定理：單位時間內(nèi)流出s面的能量等于單位體積內(nèi)單位時間消耗的熱功率與體積v區(qū)域中的總電場磁場能量之和。坡印廷矢量 是垂直流過單位面積的功率，在時變電磁場中，S表示瞬時功率流密度，其通過任一截面積的面積分代表瞬時功率7.瞬時值與復數(shù)值的互換依據(jù)什么公式？8.什么是

3、均勻平面波？什么是自由空間？所謂均勻平面波就是等相位面為無限大平面，且等相位面上各點的場強大小相等、方向相同的電磁波；所謂自由空間就是無限大的、無源的真空 9.在一理想電介質(zhì)中，均勻平面波的電場E和磁場與傳播方向，三者存在何種關系？電場E和磁場存在什么關系？三者相互垂直，滿足右手法則，其中為波阻抗電場與磁場的關系：如：例4-5-1中可見E為電磁波傳播方向為z，電場存在x方向，則相應磁場方向為y，且10.波傳播的速度是有什么方程得到的？在無耗媒質(zhì)中與在導電媒質(zhì)中，波速有什么不同？由等相位面方程：t-z=const得到。在無耗媒質(zhì)中，不是頻率的函數(shù)，其波速較快；在導電媒質(zhì)中，與頻率有關，波速比無耗

4、媒質(zhì)中要慢11.什么是色散媒質(zhì)？對通信會產(chǎn)生什么影響？當攜帶信號的電磁波在導電媒質(zhì)中傳播時，各個頻率分量的電磁波以不同相速傳播，經(jīng)過一段距離后，它們相互之間的相位關系發(fā)生改變，從而導致信號失真，這種現(xiàn)象叫做色散，這種媒質(zhì)叫做色散媒質(zhì)。使通信過程中信號失真。 12.什么是波阻抗？在無耗媒質(zhì)中，它取決于什么？電場和磁場復振幅的比值是波阻抗，在無耗媒質(zhì)中，其大小取決于媒質(zhì)的介電常數(shù)和磁導率 13.在無耗媒質(zhì)中，波行進時，幅度保持不變嗎？為什么？不變，在某t時刻，電場和磁場的振幅為常數(shù)，沿傳播方向沒有衰減，幅度保持不變 14.在導電媒質(zhì)中，波行進時，幅度保持不變嗎？為什么？改變，其電場和磁場的振幅隨指

5、數(shù)e-az而衰減，當z的增大時，振幅減小 15.在導電媒質(zhì)中，E和在時間上保持同相嗎？為什么？不同相，電場和磁場復振幅比值有幅角，幅角在0/4之間變化，具有感性相角。這意味著E和H在空間上雖然相互垂直，但在時間上有相位差，兩者不再同相，E相位超前H的相位 16.在電介質(zhì)（即低損耗媒質(zhì)）中，波行進時，幅度保持不變嗎？為什么？和又如何？改變，隨指數(shù)e-az而衰減， ，說明低損耗媒質(zhì)中，均勻平面波的電場強度和磁場強度相位近似相同，其相位常數(shù)及波阻抗與無損耗時近似相同，但振幅按指數(shù)衰減17.在無耗媒質(zhì)中，波阻抗是常數(shù)，在導電媒質(zhì)中，波阻抗不是常數(shù)，而是頻率的函數(shù)。這句話對嗎？為什么？對。無耗媒質(zhì)中，是

6、一實常數(shù)。導電媒質(zhì)中，18.何謂趨膚深度？如何計算？電磁波場強的振幅衰減到表面值的1/e所經(jīng)過的距離，稱為趨膚深度。（良導體），（低損耗媒質(zhì)）微波部分1 什么是集中參數(shù)？什么是分布參數(shù)？集中參數(shù)概念：電路尺寸<<工作波長在同一時刻流過元件的電流是處處相同的，元件的參數(shù)是“集中”在一起的，故稱之為集中參數(shù)。分布參數(shù)：電路尺寸與波長相比擬導線上各點的電流（電壓）均不相同，此時，元件的參數(shù)是沿線分布的，故稱為分布參數(shù)。 2 什么是長線，什么是短線？長線與短線的概念是相對于波長而言的，設傳輸線長度為l，波長為，當l/>=1時，l相當于長線，否則是短線。3 雙線傳輸線傳播的是什么模式？

7、此種模式有何特點？傳播模式：橫電磁模（波）或TEM模（波），非色散波。特點：沒有最低截止頻率，即直流也能傳播。電場分量和磁場分量均與傳播方向垂直，即在傳播方向上既沒有電場分量，也沒有磁場分量。4 TE波和TM波有什么特點？TE波在傳播方向上沒有E分量，Ez = 0，傳播方向上只存在磁場分量，且與傳播方向垂直。TM波在傳播方向上沒有H分量，Hz = 0，傳播方向上只存在電場分量，且與傳播方向垂直。 5 雙導線傳輸線滿足的是什么方程？P146方程（5-2-2）傳輸線的電報方程，也稱為波動方程。對于橫截面處處相同的均勻傳輸線，滿足方程（5-2-3） 6 對于無耗線，如線上既有反射波又有入射波，其電壓

8、波的表示式如何？若只有入射波其表示式又如何？有耗線： 傳播常數(shù)在無耗線時，無耗線： 若只有入射波，則為 7 傳播常數(shù)和衰減常數(shù)、相位常數(shù)之間存在什么關系？它們各表示什么意思？傳播常數(shù) 在無耗線時，傳播常數(shù)是一個復數(shù)，其實部為衰減常數(shù)，虛部為相移常數(shù)衰減常數(shù)指每單位長度的衰減，包括導體衰減和介質(zhì)衰減相移常數(shù)指每單位長度的相移8.什么是行波？什么是駐波和部分駐波？行波表示向某一方向行進的波。兩個相反方向的行波疊加將形成駐波。傳輸線上波腹和波節(jié)點的位置不隨t而移動，好象駐立一樣，故稱為駐波。當傳輸線終端負載既不等于特性阻抗，又不是短路、開路或純電抗，終端將產(chǎn)生部分反射，即在線路中由入射波和部分反射波

9、相疊加而形成的波。 9.純駐波是如何形成的？部分駐波呢？請舉一例純駐波工作狀態(tài)：終端負載為短路、開路、純電容或純電感（即ZL=±jXL）。由于負載阻抗內(nèi)沒有表示損耗的實部，因此在傳輸線終端不損耗行波能量而在負載上形成全反射，反射波的幅值也與入射波的幅值相等，反射波與入射波的疊加在線上形成純駐波。當傳輸線終端負載既不等于特性阻抗，又不是短路、開路或純電抗，而是等于任一復數(shù)阻抗或任一不等于特性阻抗的實數(shù)電阻時，就會吸收一部分功率和反射一部分功率，從而形成所謂“駐波狀態(tài)”。負載能吸收一部分功率就有行波分量，反射的一部分功率與入射波形成駐波分量，所以有時稱這種駐波為“混波”或“行駐波”。此時

10、節(jié)點的幅值不等于零，腹點的幅值小于二倍的入射波振幅值，這就是與純駐波的不同之處。 10.波腹點和波節(jié)點與反射波和入射波電壓存在什么關系？存在的關系見書p149頁公式（5-2-25） |U| max= |Ui | + |Ur | |U| min= |Ui | - |Ur |純駐波時，波腹點的值是入射波時的兩倍；波節(jié)點的值恒為零 11.在什么情況下，兩波節(jié)點之間的距離為半波長？純駐波和部分駐波狀態(tài)下，兩波節(jié)點之間的距離都為半波長 12.什么是特性阻抗？它與頻率有關嗎？在均勻傳輸線中，沿線移動時，特性阻抗會發(fā)生變化嗎？特性阻抗與那些因素有關？書p148頁，公式（5-2-17）特性阻抗是入射波電壓與電

11、流之比，也是反射波電壓與電流之比，入射波和反射波都是行波，所以可以說特性阻抗是行波的電壓與電流之比。當傳輸線無耗時與頻率無關，也與傳輸位置無關，即沿線移動時，特性阻抗不會發(fā)生變化，當傳輸線有損耗時它與頻率有關。特性阻抗只與分布參數(shù)Z和Y有關。 13.波速是由什么方程推導得到的？P148是令相位因子等于一個常數(shù)，再對時間求導數(shù)得到的。令，則：，所以有 14.什么是有色散傳輸線，什么是無色散傳輸線？請舉例說明哪些是有色散傳輸線，那些是無色散傳輸線。在有色散傳輸線中，波傳播時會出現(xiàn)何種現(xiàn)象，會對通信產(chǎn)生什么影響？由于頻率不同，相速度會有所不同，這種特性叫做波的“色散”。傳輸色散波的傳輸線就是色散傳輸

12、線，否則就是無色散傳輸線。波導傳輸TE波和TM波都是色散波。TEM波是非色散波。平行雙線、同軸線是非色散波；矩形波導、圓波導是色散傳輸線。由于色散，信號在傳輸過程中會發(fā)生波形失真。 15.如果負載阻抗是純電感，駐波圖形會怎樣？ 距離終端負載最近的是波腹點，結(jié)合圓圖理解記憶 16.如果負載阻抗是純電容，駐波圖形會怎樣？距離終端負載最近的是波節(jié)點，結(jié)合圓圖理解記憶 17如果負載阻抗等于特性阻抗，電壓幅值圖形會是怎樣？P149 反射系數(shù)為0，沒有反射波，所以只有行波，行波圖為圖5-3-1。 18.請給出傳輸線上l處的電壓與反射系數(shù)的關系。P149 公式 5-2-18 19如端接任意負載阻抗，給出傳輸

13、線上l處的輸入阻抗表示式。 (5-2-27b) 20短路線和開路線的輸入阻抗公式。短路線(5-3-3) 開路線(5-3-5) 21什么是駐波比和駐波相位？P146(5-2-24) 駐波比駐波相位：離開負載端第一個波節(jié)點與終端負載ZL之間的距離。 22反射系數(shù)的計算公式。反射系數(shù)與駐波比之間的關系。P146 (5-2-21) (5-2-22) (5-2-26) 23沿著傳輸線在移動時，駐波比變化嗎？反射系數(shù)呢？駐波比不變化，反射系數(shù)的大小不變，但是反射系數(shù)的角度會變化 24阻抗圓圖上各部分的含義。25.如果把一阻抗圓圖作為導納圓圖用，應注意哪些事項？開路點、短路點和匹配點會發(fā)生變化嗎？波節(jié)點和波

14、腹點呢？在實現(xiàn)匹配時，常常并聯(lián)某一匹配元件，這類問題常用導納進行計算，得到了與阻抗圓圖相對應的導納圓圖，將阻抗圓圖中的R用G代替，X用B代替，用代替，則圖上所標的數(shù)值不變，由此構成的圓圖稱為導納圓圖。阻抗圓圖作為導納圓圖用，二者在形式上是一樣的，只差一個負號。應注意的地方參照表5-4-3。開路點和短路點發(fā)生變化，匹配點不變，波節(jié)點和波腹點變化。 26純電抗在圓圖的什么位置上？純電阻在圓圖的什么位置上？開路點、短路點和匹配點以及波腹點和波節(jié)點呢？對于導納圓圖呢？對阻抗圓圖：純電抗即為|=1的圓，即單位圓；純電阻為X0的圓，即實軸；開路點為A點，短路點為B點，匹配點為O點，波腹點在實軸右半軸（OA

15、）線上，波節(jié)點在實軸左半軸（OB）上。對導納圓圖：純電納線為|=1的圓，即單位圓；純電阻為B0的圓，即實軸；開路點為B點，短路點為A點，匹配點為O點，波腹點在實軸左半軸（OB）線上，波節(jié)點在實軸右半軸（OA）上。 27四分之一阻抗變換器的工作原理及計算公式。又稱為/4匹配線，某點沿等圓旋轉(zhuǎn)180度，則終點的坐標就是起點坐標的倒數(shù)，由此推出公式Zc2Zin*ZL。因此，在已知負載阻抗ZL及其前端源的內(nèi)阻抗Zin時，選擇合適的特性阻抗，就可以串接/4線來實現(xiàn)ZL與Zin間的匹配。 28.傳輸線有哪三種匹配狀態(tài)？（1）負載與傳輸線之間的阻抗匹配；（2）信號源與傳輸線之間的阻抗匹配；（3）信號源的共軛

16、匹配。29.阻抗匹配的方法中最基本的是采用哪兩種方式？（1）/4阻抗變換器；（2）支節(jié)匹配器 30為什么矩形波導中不能傳輸TEM波？事實上，如果波導管內(nèi)真有TEM波存在，則磁場線應完全在橫截面內(nèi)，而且是閉合線。按麥克斯韋方程，回線上磁場的環(huán)路積分應等于與回線交鏈的軸向電流，此軸向電流可以使傳導電流或位移電流。而在空芯波導內(nèi)不可能有軸向傳導電流。因此，可導出在橫界面內(nèi)不可能存在磁場閉合線的結(jié)論，故可以斷定空芯波導管內(nèi)不可能存在TEM波。 也可以結(jié)合公式說明，如果能夠傳輸TEM波，則Ez、Hz分量為0，將導致E和H的所有分量為0。 31矩形波導中存在TM10模嗎？為什么？不存在。由于只要m和n中出

17、現(xiàn)一個為0的情況，所有場量均為0。 32矩形波導中最低傳輸模式是什么？其截止波長與哪些因素有關？最低模式為TE10，其截止波長為2a。截止波長與傳輸?shù)哪Ｊ接嘘P，與m和n有關，還與波導的尺寸有關（a、b）。 33矩形波導中，保證單模傳輸?shù)臈l件是什么？頻率能不能無限地升高？為什么？為保證單模傳輸，必須滿足a<<2a。頻率無限升高，則會開始傳輸其他模式的波，出現(xiàn)簡并波，高次波。 34什么是波導波長？與工作波長有什么不同？兩者存在什么關系？P188波導波長即相波長，是指某一頻率的導行波其等相位面在一個周期內(nèi)沿軸向移動的距離。與工作波長的關系見公式(6-2-29) 35如果波長等于截止波長，

18、矩形波導中的波處于什么狀態(tài)？P185此時波處于是否能夠傳播的臨介狀態(tài)，此時也不能傳播36.矩形波導的尺寸如何選擇？需要滿足/2 < a <，0 < b </237.矩形波導中各參數(shù)的計算公式（截止波長，波導波長，相速度，群速度，相位常數(shù)，波阻抗等） 填充空氣時，38什么是固有品質(zhì)因數(shù)、有載品質(zhì)因數(shù)和外觀品質(zhì)因素？三者之間有何關系？固有品質(zhì)因數(shù)Q0；有載品質(zhì)因數(shù)QL，有外電路耦合情況下，諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為有載品質(zhì)因數(shù)；外觀品質(zhì)因數(shù)Qe。 39如何提高固有品質(zhì)因素？P198（6-5-5）提高諧振時總的儲能，或者降低損耗功率，提高諧振頻率都可以提高固有品質(zhì)因素。 40什么表

19、明外電路和諧振回路耦合的強弱？PL/Pe表示 41.品質(zhì)因數(shù)和帶寬之間有何關系？ (6-5-8) 品質(zhì)因數(shù)越高，回路選擇性越好 42矩形諧振腔的諧振波長的表示式是什么？諧振頻率表示式是什么？與矩形諧振腔的三個邊長尺寸之間滿足什么關系？ (6-5-29) 43波導等效為雙線傳輸線，條件是什么？P225條件是公式(7-2-3) 歸一化條件：，是電壓與橫向電場的比例系數(shù)，是電流與橫向磁場的比例系數(shù) 44什么是模式函數(shù)？什么是模式電壓和電流？他們之間有何關系？et和ht稱為矢量模式波型函數(shù)，注意模式函數(shù)是二維的，與x、y有關。U（z）和I（z）是模式電壓和電流，模式電壓和電流是一維的，只與z有關。他們之間的關系見公式Et(x,y,z) = ek(x,y) · U(z) Ht(x,y,z) = hk(x,y) · I(z) （7-2-1）45.用微波網(wǎng)絡研究微波系統(tǒng)的優(yōu)點有哪些？1）可把不均勻、不規(guī)則的復雜系