2011年微波技術(shù)與天習(xí)題

2011年微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)題一．填空題（每題2分，共20分）1．微波通常是指波長(zhǎng)從300MHz～300GHz（即波長(zhǎng)在1m-1mm）到的電磁波。2．在微波工程中，C波段是指厘米波，χ波段是指厘米波。3．常用的三種類(lèi)型微波傳輸線分別為雙導(dǎo)體傳輸線傳輸線，波導(dǎo)：均勻填充\o"介質(zhì)"介質(zhì)的金屬波導(dǎo)管傳輸線和介質(zhì)傳輸線傳輸線。4．電波傳輸?shù)娜N形式分別為波，波和波。對(duì)于低于微波頻率的無(wú)線電波的分析，常用電路分析法；對(duì)于微波用場(chǎng)分析法來(lái)研究系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。微波傳輸線大致可分為三種類(lèi)型：雙導(dǎo)體傳輸線、波導(dǎo)和介質(zhì)傳輸線。無(wú)耗傳輸線的阻抗具有/2重復(fù)性和/4阻抗變換特性?xún)蓚€(gè)重要性質(zhì)。共軛匹配的定義為：當(dāng)時(shí)，負(fù)載能得到最大功率值。高波導(dǎo)的寬邊尺寸a與窄邊尺寸b之間的關(guān)系為b>a/2.微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)有兩種形式：帶狀線和微帶線，其衰減主要是由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起的。建立在等效電壓、等效電流和等效特性阻抗基礎(chǔ)上的傳輸線稱(chēng)為等效傳輸線。極化方式主要有橢圓極化、圓極化和線極化三種方式。橫向尺寸遠(yuǎn)小于縱向尺寸并小于波長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的天線稱(chēng)為線天線。在無(wú)線電波傳輸過(guò)程中，產(chǎn)生失真的原因主要有媒質(zhì)的色散效應(yīng)和隨機(jī)多徑傳輸效應(yīng)。若傳輸線的傳播常數(shù)γ為復(fù)數(shù)，則其實(shí)部稱(chēng)為衰減常數(shù)，量綱為奈培/米(Np/m)或者分貝/米(dB/m)，它主要由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗產(chǎn)生的；虛部稱(chēng)為相位常數(shù)，量綱為弧度/米(rad/m)，它體現(xiàn)了微波傳輸線中的波動(dòng)過(guò)程。微波傳輸線中相速度是等相位面移動(dòng)的速度，而群速度則代表能量移動(dòng)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積等于光速的平方或c2在阻抗圓圖中，上半圓的阻抗呈感性，下半圓的阻抗呈容性，單位圓上為歸一化電阻零，實(shí)軸上為歸一化電抗零。矩形金屬波導(dǎo)(a>b)的主模是TE10，圓形金屬波導(dǎo)的主模是TE11，同軸線的主模是TEM。15若傳輸線端接容性負(fù)載(ZL=RL+jXL，XL<0)，那么其行駐波分布離負(fù)載端最近的是電壓節(jié)點(diǎn)；若端接感性負(fù)載(ZL=RL+jXL，XL>0)，那么其行駐波分布離負(fù)載端最近的是電壓腹點(diǎn)。阻抗圓圖是由單位電壓反射系數(shù)坐標(biāo)系和歸一化阻抗坐標(biāo)系組成的，其中前者又由單位電壓反射系數(shù)的模值圓和單位電壓反射系數(shù)的相角射線組成，而后者又由歸一化電阻圓和歸一化電抗圓組成。在金屬波導(dǎo)截止的情況下，TE模的波阻抗呈感性，此時(shí)磁儲(chǔ)能大于(大于/小于)電儲(chǔ)能；TM模的波阻抗呈容性，此時(shí)電儲(chǔ)能大于(大于/小于)磁儲(chǔ)能。微帶線的主模為準(zhǔn)TEM模，這種模式的主要特征是Hz和Ez都不為零，未加屏蔽時(shí)，其損耗包括導(dǎo)體損耗，介質(zhì)損耗和輻射損耗三部分。特性阻抗為50Ω的均勻傳輸線終端接負(fù)載RL為j20Ω,50Ω,20Ω時(shí)，傳輸線上分別形成純駐波，純行波，行駐波。均勻傳輸線的特性阻抗為50Ω，線上工作波長(zhǎng)為10cm,終端接有負(fù)載ZL，ZLzˊ1).若ZL=50Ω，在zˊ=8cm處的輸入阻抗Zin=50Ω,在zˊ=4cm處的輸入阻抗Zin=50Ω。2).若ZL=0，在zˊ=2.5cm處的輸入阻抗Zin=∞Ω,在zˊ=5cm處的輸入阻抗Zin=0Ω,當(dāng)0<zˊ<2.5cm處,Zin呈感性，當(dāng)2.5<zˊ<5cm處,Zin呈容性3).若ZL=j50Ω，傳輸線上的駐波系數(shù)ρ=∞。11.終端短路的傳輸線的駐波系數(shù)是∞，負(fù)載處的反射系數(shù)是-1。終端開(kāi)路的傳輸線的駐波系數(shù)是∞，負(fù)載處的反射系數(shù)是+1。12.對(duì)于特性阻抗為R0的一段無(wú)損傳輸線，其電壓最大點(diǎn)處的輸入阻抗Zin與駐波系數(shù)S的關(guān)系為Zin=R0S；其電壓最小點(diǎn)處的輸入阻抗Zin與駐波系數(shù)S的關(guān)系為Zin=R0/S。13.同軸線的內(nèi)導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體的內(nèi)半徑為b，內(nèi)外導(dǎo)體之間填充有介質(zhì)（?，μ）。則同軸線單位長(zhǎng)度的電容為2π?/ln(b/a)，單位長(zhǎng)度的電感為(μ/2π)ln(b/a)，同軸線的特性阻抗為[ln(b/a)/2π]√μ/?。14.TE波的定義為Hz≠0而Ez=0的波稱(chēng)為橫電波；TM波的定義為Ez≠0而Hz=0的波稱(chēng)為橫磁波。15.在矩形波導(dǎo)中TE10模的非零場(chǎng)分量有Ey、Hx和Hz。16.圓柱形波導(dǎo)中除具有與矩形波導(dǎo)中相同形式的簡(jiǎn)并外，還有一種簡(jiǎn)并現(xiàn)象，稱(chēng)為極化簡(jiǎn)并。17.在終端開(kāi)路無(wú)耗傳輸線終端接一段λ/4傳輸線，相當(dāng)于原無(wú)耗傳輸線終端接阻抗ZL=0微帶線所傳輸?shù)牟ǖ哪Ｊ綖?。駐波狀態(tài)的反射系數(shù)需要滿足的條件為。在中、長(zhǎng)波段，無(wú)線電波主要通過(guò)方式傳播。描述光纖特性的參數(shù)主要有損耗和，前者會(huì)限制通信，后者限制通信容量。按照極化方式分，天線可分為和兩類(lèi)。當(dāng)收發(fā)天線滿足條件時(shí)，接收天線收不到信號(hào)。對(duì)稱(chēng)陣子上的相移常數(shù)大于自由空間的波數(shù)，亦對(duì)稱(chēng)陣子上的波長(zhǎng)自由空間的波長(zhǎng)自由空間的波長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為現(xiàn)象。其原因主要是輻射引起電流衰減使振子電流相速減小。6微波頻率范圍從到。通常又將微波波段劃分為，，，四個(gè)分波段。7阻抗匹配的三種匹配狀態(tài)是，，。8工程中常用的同軸線有，兩種，前者是一種，后者主9要用于。10無(wú)耗傳輸線的工作狀態(tài)有：，，。11激勵(lì)波導(dǎo)的方法通常有三種：，，。12微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)有兩種形式：，。13需要直接或間接地有電源支持供給的微波器件是，無(wú)需電源、能14源供給就可獨(dú)立工作的微波器件是。15按端口分，微波元器件可分為，，。16單端口微波元件有，，。17把和或連接起來(lái)的系統(tǒng)稱(chēng)為饋線系統(tǒng)。18.按輻射元的類(lèi)型分，天線可分為，。19、充有介質(zhì)的無(wú)耗同軸傳輸線，其內(nèi)、外導(dǎo)體直徑分別為，傳輸線上的特性阻抗。（同軸線的單位分布電容和單位分布電感分別)匹配負(fù)載中的吸收片平行地放置在波導(dǎo)中電場(chǎng)最處，在電場(chǎng)作用下吸收片強(qiáng)烈吸收微波能量，使其反射變小。平行z軸放置的電基本振子遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)只有和兩個(gè)分量，它們?cè)诳臻g上（選填：平行，垂直），在時(shí)間上（選填：同相，反相）。1．從傳輸線方程看，傳輸線上任一點(diǎn)處的電壓和電流都等以該處相應(yīng)的入射波和反射波的疊加。2．終端短路的傳輸線的輸入阻抗等于jZctgβl，終端開(kāi)路的傳輸線的輸入阻抗等于-jZcctgβl。3．電磁波的波長(zhǎng)和頻率滿足λ<λc或f>fc條件才能在波導(dǎo)中傳輸。4.圓波導(dǎo)的三種主要工作模式TE11、TE01、TM01。5.無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)的Z和Y參數(shù)是純虛數(shù)，A參數(shù)的A11、和A22是實(shí)數(shù)。6.微波網(wǎng)絡(luò)的工作特性參量有電壓傳輸系數(shù)T、插入衰減A、插入相移θ、輸入駐波比ρ。7．分支調(diào)配器可調(diào)電納范圍?∞~+∞，螺釘調(diào)配器可調(diào)容性電納范圍0~+∞。8.微波諧振器有那兩個(gè)主要功能儲(chǔ)能、選頻（1）傳輸線上存在駐波時(shí)，傳輸線上相鄰的電壓最大位置和電壓最小位置的距離相差（），在這些位置輸入阻抗共同的特點(diǎn)是（純電阻）。（2）當(dāng)橫截面尺寸相同時(shí)，填充不同介電常數(shù)的介質(zhì)的矩形波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)是（相同）的，而截止頻率是（不同）的。（3）全反射負(fù)載位于SMITH圓圖的（）圓上。SMITH圓圖的（實(shí)軸）位置阻抗為純電阻。（4）當(dāng)用單并聯(lián)短截線對(duì)負(fù)載進(jìn)行阻抗匹配時(shí)，并聯(lián)短截線應(yīng)該接在輸入導(dǎo)納滿足（）位置。當(dāng)改變并聯(lián)短截線的長(zhǎng)度時(shí)，輸入導(dǎo)納在SMITH圓圖上的變化軌跡是（沿等G圓）。（5）無(wú)耗傳輸線諧振器串聯(lián)諧振的條件是（），并聯(lián)諧振的條件是（）二、判斷題（每題1分，共10分）1、TE波和TM波的最低次模分別為和（錯(cuò)）2、將而的波稱(chēng)為T(mén)E波（錯(cuò)）3、描述光纖傳輸特性主要是色散和損耗（對(duì)）4、輻射電阻越大，有效長(zhǎng)度越短，天線的輻射能力越強(qiáng)（錯(cuò)）5、天線通信的最佳功率（對(duì)）6、導(dǎo)行波截止波數(shù)的平方即一定大于或等于零。（錯(cuò)）7、若無(wú)耗線處于行波狀態(tài)時(shí)，則終端反射系數(shù)為，且（錯(cuò)）8、相速度可以用來(lái)表示波能量的傳輸速度（錯(cuò)）9、多徑效應(yīng)造成了天線系統(tǒng)傳輸過(guò)程中信號(hào)的衰落（對(duì)）10、天線接收的功率可分為三個(gè)部分：接收天線的再輻射功率、負(fù)載吸收的功率和媒質(zhì)的損耗功率。（對(duì)）1、傳輸線可分為長(zhǎng)線和短線，傳輸線長(zhǎng)度為3cm，當(dāng)信號(hào)頻率為20GHz時(shí)，該傳輸線為短線。（錯(cuò)）2、無(wú)耗傳輸線只有終端開(kāi)路和終端短路兩種情況下才能形成純駐波狀態(tài)。（錯(cuò)）3、由于沿smith圓圖轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)，變換等效于在圖上旋轉(zhuǎn)180°，它也等效于通過(guò)圓圖的中心求給定阻抗（或?qū)Ъ{）點(diǎn)的鏡像，從而得出對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納（或阻抗）。（對(duì)）4、當(dāng)終端負(fù)載阻抗與所接傳輸線特性阻抗匹配時(shí)，則負(fù)載能得到信源的最大功率。（錯(cuò)）5、微帶線在任何頻率下都傳輸準(zhǔn)TEM波。（錯(cuò)）6、導(dǎo)行波截止波數(shù)的平方即一定大于或等于零。（錯(cuò)）7、互易的微波網(wǎng)絡(luò)必具有網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱(chēng)性。（錯(cuò)）8、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)和等效電導(dǎo)是微波諧振器的三個(gè)基本參量。（對(duì)）9、天線的輻射功率越大，其輻射能力越強(qiáng)。（錯(cuò)）10、二端口轉(zhuǎn)移參量都是有單位的參量，都可以表示明確的物理意義。（錯(cuò)）三、簡(jiǎn)答題（共24分）1、由于微波波長(zhǎng)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）款頻帶特性（4）熱效應(yīng)特性（5）散射特性（6）抗低頻干擾特性2、HE11模的主要優(yōu)點(diǎn)？（9分）（1）它不具有截止波段，而其它模只有當(dāng)波導(dǎo)直徑大于0.626時(shí)，才有可能傳輸；（2）在很寬的頻帶和較大的直徑變化范圍內(nèi)，HE11模的損耗較?。唬?）它可以直接由矩形波導(dǎo)的主模激勵(lì)，而不需要波型變換；3、從接受角度來(lái)講，對(duì)天線的方向性有哪些要求？（9分）主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾；旁瓣電平盡可能低；天線方向圖中最好能有一個(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；4、提高單級(jí)天線效率的方法？（4分）（1）提高天線的輻射電阻（2）降低損耗電阻。5、在波導(dǎo)激勵(lì)中常用哪三種激勵(lì)方式？（6分）（1）電激勵(lì)；（2）磁激勵(lì)：（3）電流激勵(lì)。6、從接受角度來(lái)講，對(duì)天線的方向性有哪些要求？(9分)主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾；旁瓣電平盡可能低；天線方向圖中最好能有一個(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；無(wú)損傳輸線的工作狀態(tài)有那幾種？寫(xiě)出相應(yīng)的負(fù)載條件。答：行波狀態(tài)，ZL=ZO或傳輸線為無(wú)限長(zhǎng)；純駐波狀態(tài)，ZL=0，ZL=∞，ZL==jX；行駐波狀態(tài)，ZL=RL+jXL，且<1。規(guī)則波導(dǎo)中波型簡(jiǎn)并的物理含義是什么？并說(shuō)明金屬矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)中存在的簡(jiǎn)并模式。答：同一本征值kc(或同一截止波長(zhǎng)λc)對(duì)應(yīng)不同本征函數(shù)的現(xiàn)象稱(chēng)為波型的簡(jiǎn)并。在矩形波導(dǎo)中，m和n相同的TE和TM波簡(jiǎn)并，但TEm0和TE0n無(wú)簡(jiǎn)并的TM波。在圓波導(dǎo)中，存在極化簡(jiǎn)并，但TE0n和TM0n無(wú)對(duì)應(yīng)極化簡(jiǎn)并模式，還存在TE0n和TM1n的簡(jiǎn)并。寫(xiě)出均勻傳輸線的時(shí)域形式的電報(bào)方程和復(fù)數(shù)形式的波動(dòng)方程。答：，，金屬波導(dǎo)中波的截止條件是什么？它包含什么物理意義？答：金屬波導(dǎo)中波的截止條件是：β=0，即k0=kc物理意義：當(dāng)k0>kc時(shí)，γ=jβ，e-γz=e-jβz,波傳播。當(dāng)k0<kc時(shí)，γ=α，e-γz=e-αz，隨著z變大波的幅度減小，此時(shí)為消失波。所以，β=0即k0=kc是波的傳播狀態(tài)與消失狀態(tài)的臨界點(diǎn)。矩形金屬波導(dǎo)諧振器的本征模TEmnp和TMmnp中的下標(biāo)m、n、p各代表什么意義，并列出各自的取值范圍。答：m、n、p分別表示場(chǎng)在x、y、z（或a、b、l）三個(gè)方向分布的半駐波個(gè)數(shù)。TEmnp：m=0,1,2,…..；n=0,1,2,…..；p=1,2,3,…；其中m，n不能同時(shí)為零。TMmnp：m=1,2,…..；n=,1,2,…..；p=0,1,2,3,…為什么一般矩形波導(dǎo)測(cè)量線的縱向槽開(kāi)在波導(dǎo)寬壁的中線上？答：因?yàn)橐话憔匦尾▽?dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ荰E10模。而TE10模在波導(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(kāi)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(kāi)槽處向波導(dǎo)外輻射電磁波能量。計(jì)算題1、一根75均勻無(wú)耗傳輸線，終端接有負(fù)載，欲使線上電壓駐波比為，則負(fù)載的實(shí)部和虛部應(yīng)滿足什么關(guān)系？(6分)解：由駐波比，可得終端反射系數(shù)的模值應(yīng)為于是將代入上式，整理得負(fù)載的實(shí)部和虛部應(yīng)滿足的關(guān)系式為即負(fù)載的實(shí)部和虛部應(yīng)在圓心為、半徑為100的圓上，上半圓的對(duì)應(yīng)負(fù)載為感抗，而下半圓的對(duì)應(yīng)負(fù)載為容抗。2、設(shè)某矩形波導(dǎo)的尺寸為試求工作頻率在3GHZ時(shí)該波導(dǎo)能傳輸?shù)哪Ｊ?。?分）解：由得