微波技術(shù)與天線答案-殷際杰

2 1 題 0 0 0 7 0 3 0 ln 104 1044 0 3 030 R D L mcmRmcmD 11 9 9 0 0 0 1043 6 75ln1036 1 75ln 1094 1 ln R D C 無損耗線 1 51875ln120 ln 0 0 0 0 0 0 R D C L Z 3 1 103 10 10100 8 8 00 6 00 CL 8 103 p v m s m p 3 10 103 8 8 2 2 解 85 49 10666 0 10655 1 12 9 0 0 0 C L Z 50Hz 時 439 00 210 51010655 15022 LfX L 7312 00 1009 2 1010666 0 5022 CfBC S 100MHz 時 1039 871010655 1 1022 398 00 LfXL 0 421010666 0 1022 3128 00 CfBC S 2 3 解 d D z r r ln60 0 rr p 0 1 在空氣里時 57 96 2 10 ln60 0 z 由于 8 103 p V 所以 0 p 2 在高分婦材料介質(zhì)中 38 64 2 10 ln 5 1 1 60 0 z 由于 8 8 102 125 2 10 p V 所以 0 3 2 p 2 4 形式上 低頻或直流電功率傳輸線橫截面為多連通區(qū)域 傳送信號的有單連通與多連 通 在內(nèi)容上 電力傳輸注重功率容量及傳輸損耗 信號線要求適應(yīng)很高的頻率 且有頻帶寬 度要求 注重信息速率 2 5 1 5 37 150 75 150 22 01 131 2 01 21 L A AA L AA Z z Z ZZ z z z 2 100 25 50 25 2 2 2 02 231 21 Z Z Z ZZ ZZ B BB LBB 2 6 頻率為 100MHz 時 120 750 600150 150 600 300 3 10 103 22 0 8 8 D L DE Z Z Z Z m 0 0 0 120 2 0 A BC L CF CD Z Z Z Z Z Z 頻率為 200MHz 時 300 300 600 5 1 102 103 8 8 CD D DE Z Z Z m 300 200 900 600300 300 300 A B BC C CF Z Z Z Z Z 2 7 解 25 25 25 100 50 0 0 50 50 2 3 2 0 2 0 2 0 LA B BE L BC C LCF CD ZZ Z Z Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ Z 2 8 解 無損耗傳輸線 250 150 0 L Z Z djdjdj L L i r eee ZZ ZZ dU dU d 222 0 0 25 0 400 100 1 P d 25 0 時 25 0 25 0 5 0 2 22 j P P ed d 2 p d 5 0 時 25 0 25 0 25 0 2 22 2 j P P ed d 2 10 解 由 d d S 1 1 得到 2 0 5 2 5 0 1 1 S S d m f Vp P 3 0 101 103 9 8 dj P L ed ddd 3 40 2 0 3 404 2 在無損耗時 0 Z 為純阻 150 100 100 0 0 0 0 0 Z Z Z ZZ Z d L L 終端最近的電壓波腹點處 cmmd d 5 7 40 3 0 3 40 2 11 解 由題意得 d S S d L 2 2 0 5 2 5 0 1 1 當 md01 0 時 12 n 得 12 4 min nd p L 波節(jié)點相差 50mm 時由上式可知 m d P p 1 0 2 4 且將波長和 md01 0 代入后得到 6 0 26 0 2 00 2 0 j gbdj e ed 由于 6 0 0 0 2 00 j L L e ZZ ZZ 5 1641 190 0 062 1 190 0 938 0 50 2 01 2 01 50 01 01 6 0 6 0 0 j j j e e ZZ j j L 2 12 解 令 L Z Z 2 0 50 100 20050 Z dtgjZZ dtgjZZ ZdZ L L in 0 0 0 求其實部 dtgdtg dtgZZ dtgZZZZ L LL 22 222 0 2 00 4000025001000010000 1 2 1 10 5 100 25 750030000 2 2 dtg dtg dtg 2 1 arctgd 2 1 4 7 dtg mmd 7550 10050 25200 50j j j dZin 串入 jdXin75 阻抗短路線 cmd dtg jdtgjZdZin 56 1 2 3 75 0 并入導(dǎo)納 1 22 0 2 2 00 dtgZZ dtgZZZZ L LL 018 0 107 1 2 1 0 4 300007500 1000010000250040000 2 22 d dtg dtg dtgdtg j j j dYin 5 11 50 1 100200 40050 50 1 并入導(dǎo)納 0 03j 歐 化為阻抗 100 3j d 0 0094m 2 13 djd djd djd djd djZdZ djZdZ ZdZ L L in sin2cos3 sin3cos2 600 sin400cos600 sin600cos400 600 sincos sincos 0 0 0 AB 段阻抗匹配 450 Lin ZdZ 3 3 答 微帶線導(dǎo)行電磁波的模式 準 TEM 模 或者 EH 模 TE 模式 TM 模式 TE 類 表面模式 同軸線導(dǎo)行 TEM 模 TE 模 TM 模 對于微帶線準 TEM 模式 rC P V V 0 rC P 0 對于同軸線 TEM 模來說 rr p V V 0 rr p 0 3 4 金屬波導(dǎo)管的特點 有效防止輻射損耗 解決導(dǎo)體損耗增加的問題 矩形截面波導(dǎo)和圓截面波導(dǎo)的主模分別是 TE10模和 TE11模 3 5 矩形界面波導(dǎo)的截止波長 c 22 2 b n a m c 可見矩形截面波導(dǎo)的截止波長 c 決定于波導(dǎo)的口徑尺寸 a 和 b 以及模式標數(shù) m n 其中表數(shù) m 表示長邊的半波長數(shù) 表數(shù) n 表示短邊的半波長數(shù) TMmnTEmn其中表數(shù) m 和 n 決定場量幅值 x 和 y 方向分布的半駐波數(shù) 從波節(jié)到波節(jié)或從波腹到波腹 每一阻 mn 的取值就確定了一個獨立的模式 但要注意這些模式是同一頻率的電磁波的不同存在形 態(tài) 他們之間不是基波與諧波的關(guān)系 圓截面波導(dǎo) TMmn模截止波長 mn c P R 2 TEmn模截止波長 mn c P R 2 可見圓形截面波 導(dǎo)的截止波長 c 決定于波導(dǎo)的口徑尺寸 R 以及模式標數(shù) m n 其中表數(shù) m 表示貝塞爾函數(shù)的階數(shù) 同時又表示在橫面上圓周方向上場量幅值分布的半駐 波數(shù) n 表示根序數(shù) 同時表示半徑方向上場量值分布的過零次數(shù) 波導(dǎo)管導(dǎo)行電磁波的 模式的截止波長決定于波導(dǎo)管尺寸 3 6 矩形截面波導(dǎo)不做成正方形截面可以減小模式簡并 所謂簡并 是指標數(shù)相同的 TE 和 TM 模截止波長 C 相同 如 TE11 模和 TM11 模存在條件相同 圓形截面波導(dǎo)中除了模 式簡并以外還有極化簡并 而矩形波導(dǎo)中只有模式簡并 3 7 解 欲傳送的信號由頻率換算成波長得 GHz5 mmcm606 105 103 9 8 GHz10mmcm303 GHz15mmcm202 根據(jù)傳輸條件 C 與計算得出的波長相比 GHz 5 信號處于截止區(qū) 不能傳輸 GHz10 信號以 TE10模單模傳輸 GHz15 信號以 TE10 TE20 TE01三種模式傳輸 3 8 此答案僅供參考 答 TE11 截止波長最長 容易實現(xiàn)單模傳輸 與 TE10 矩形波導(dǎo)中的模式相似 而 TM10 模的場結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)對稱 并且電流為縱向流動 TE01 模式場結(jié)構(gòu)同樣為旋轉(zhuǎn)對稱 磁力線 縱向閉合 電場線圓周方向閉合 3 9 3 1004 3 7 22 dD C Hz V f C c 10 3 8 0 109 1 1002 5 103 這就是所要求的最高工作頻率 3 10 解 因為 841 1 11 P 11 2 p RC C 則 2 105841 1 2 C R 若單模傳輸則 C RR 即 2 1047 1 41 3 05 0 R 同理 405 2 01 P R62 2 2 109 1 62 2 05 0 R 即得所求圓波導(dǎo)半徑的取值范圍 cmRcm9 147 1 3 11 在圖中縫隙 1 3 5 6 對傳輸模式產(chǎn)生影響 第四章第四章 4 1 微波元件可以控制導(dǎo)行電磁波的模式 極化方向 幅值 相位及頻率 微波元件可以通過改變微波傳輸線的形狀 尺寸或填充媒質(zhì)的變化來構(gòu)成 由于在高頻率的時候 集總參數(shù)元件的值和傳輸線分布參量的值相當 所以已經(jīng)不能用集 總參數(shù)元件去描述微波元件 4 2 本答案僅供參考 解 lLL 686 8 0 1 2 2 0 對于 TE11 模來說 1 02 0 2 1 0841 1 1 0 2 1 2 2 2 2 R P mn ml0342 0 271 67 1 686 8 20 4 3 解 1 210 103841 1 103 102 8686 0 80 1 0686 8 80 2 10 8 8 10 R mR00805 0 210 103841 1 1 1028686 0 10380 1 10 8 2 10 8 4 4 將吸收材料填充于內(nèi)外導(dǎo)體之間并做成錐形結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)漸變過渡 終端短路以防止信號 功率泄漏 4 5 要轉(zhuǎn)換或者說要建立起所要求的傳輸?；蛘咧C振模 必須激勵出與該模式相似的場結(jié) 構(gòu) 同時要注意不同種類傳輸線連接時要采用橫截面漸變過渡的結(jié)構(gòu)來減小因連接而造成 的對波能量的反射 4 6 還要考慮到它們的接入而引起的反射的大小 它們可以正常工作的頻帶寬度 以及對 于其它元件的干擾作用 4 7 耦合器是一種波長相關(guān)的元件 在不完全匹配的時候 做成四端口元件可以考慮到現(xiàn) 實中的反射 考慮到對于其他端口信號功率分配的影響 也考慮到三端口元件有可能破壞 定向耦合器的工作性能 定向耦合器一般是通過小孔繞射理論去實現(xiàn)的 為了吸收完全防止隔離端的反射影響 總 要在隔離端口接上匹配負載 4 8 對單階梯阻抗變換器實現(xiàn)匹配做出物理解釋 利用補償原理說明多階梯阻抗變換器 相 應(yīng)的多孔或多分支定向耦合器 拓寬工作頻帶的道理 答 利用單階梯阻抗變換器實現(xiàn)傳輸線匹配可以應(yīng)用補償原理來解釋 就是用匹配裝置引 起的反射波來抵消原來因傳輸線與其負載不匹配而出現(xiàn)的反射波 一節(jié)四分之一波長阻抗 變換器的補償過程通過圖來說明 Z01 Z02 ZL 4 p l i U UT 1 UT 2 T1 T2 令主傳輸線的波阻抗為 Z01 四 分之一波長阻抗變換段傳輸線波阻抗為 Z02 負載 ZL為純阻 且令 Z01 Z02 ZL 那么參考 面 T2及 T1 上的局部電壓反射系數(shù)分別為 01 01 2 ZZ ZZ T L L 0102 0102 1 ZZ ZZ T 假設(shè)局 部電壓反射系數(shù) 2 T 1 T 得模值都很小 我們可以近似認為兩個參考面上入射波電 壓幅值相同 T1參考面上的總電壓反射波只計兩參考面上一次電壓反射系數(shù)之和 即 lj iir eUTUTU 2 21 因為 2 0202 0202 2 02 02 2 02 02 0102 0102 1 T ZZ ZZ Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ T L L 1 4 2 2 2 j j lj eee p p 這樣 T1參考面上的總電壓反射波 0 21 2 21 ii lj iir UTUTeUTUTU 從而實現(xiàn)了主傳輸線與其負載的匹配 多節(jié)阻抗變換器可以在需要匹配的主傳輸線與其負載間設(shè)置多個反射面 這些參考面上的 反射波經(jīng)過不同波程引入相位滯后 這些局部反射波合成時有可能在多個頻率上抵消 從 而使主傳輸線與阻抗變換器接口參考面上的總電壓反射系數(shù)為零 實現(xiàn)寬帶匹配 222 0 2 c p b n a m 對于 TE101 模式來說 cmm68 7 0768 0 6 100 20 2 2 2 0 4 12 因為諧振腔是封閉結(jié)構(gòu) 最基本和常用的激勵機構(gòu) 或稱耦合機構(gòu) 就是腔壁上槽和 孔 通過槽或孔及進入腔內(nèi)的耦合針 耦合環(huán) 來實現(xiàn)腔與外電路的耦合 對于腔激勵的基本考慮是 激勵耦合裝置必須能夠在腔內(nèi)產(chǎn)生與所選定的諧振模式相近似 的場結(jié)構(gòu) 這一點與波導(dǎo)的激勵是相同的 同時還要考慮有利于抑制干擾模的出現(xiàn) 腔與外電路連接后相當于諧振強帶了負載而使損耗增加 因此諧振強的品質(zhì)因數(shù) Q 要下降 4 13 在恒定磁場與微波電磁場的作用下 鐵氧體中電子不僅作自旋運動和軌道運動 還將 環(huán)繞恒定磁場作旋轉(zhuǎn)運動 從而對左旋極化和右旋極化磁場的微波有排斥或吸引的相互作 用 原理簡述 在鐵氧體表面貼上電阻片 并且加上某個恒定的磁場大小 使傳輸過程中被吸 引的微波的電場被電阻片吸收而衰減 被排斥的微波的電場能量未被吸收而衰減很小 利 用這種非互易性場移效應(yīng) 可以實現(xiàn)正向傳輸波順利過而反向傳輸波被吸收的隔離作用 4 14 微波網(wǎng)絡(luò)理論基于低頻網(wǎng)絡(luò)理論 有三個發(fā)展 其一由于微波段的位置