第一章 傳輸線理論

1、.第一章 傳輸線理論1-1.什么叫傳輸線？何謂長線和短線？一般來講，凡是能夠?qū)б姶挪ㄑ匾欢ǚ较騻鬏數(shù)膶?dǎo)體、介質(zhì)或由它們共同體組成的導(dǎo)波系統(tǒng)，均可成為傳輸線；長線是指傳輸線的幾何長度l遠(yuǎn)大于所傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL或與可相比擬，反之為短線。（界限可認(rèn)為是l/=0.05）1-2.從傳輸線傳輸波形來分類，傳輸線可分為哪幾類？從損耗特性方面考慮，又可以分為哪幾類？按傳輸波形分類：（1） TEM（橫電磁）波傳輸線例如雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶線；共同特征：雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)；（2） TE（橫電）波和TM（橫磁）波傳輸線例如矩形金屬波導(dǎo)、圓形金屬波導(dǎo)；共同特點(diǎn)：單導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)；（3） 表面波傳輸線例如介質(zhì)波導(dǎo)

2、、介質(zhì)鏡像線；共同特征：傳輸波形屬于混合波形（TE波和TM波的疊加）按損耗特性分類：（1） 分米波或米波傳輸線（雙導(dǎo)線、同軸線）（2） 厘米波或分米波傳輸線（空心金屬波導(dǎo)管、帶狀線、微帶線）（3） 毫米波或亞毫米波傳輸線（空心金屬波導(dǎo)管、介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線、微帶線）（4） 光頻波段傳輸線（介質(zhì)光波導(dǎo)、光纖）1-3.什么是傳輸線的特性阻抗，它和哪些因素有關(guān)？阻抗匹配的物理實質(zhì)是什么？傳輸線的特性阻抗是傳輸線處于行波傳輸狀態(tài)時，同一點(diǎn)的電壓電流比。其數(shù)值只和傳輸線的結(jié)構(gòu)，材料和電磁波頻率有關(guān)。阻抗匹配時終端負(fù)載吸收全部入射功率，而不產(chǎn)生反射波。1-4.理想均勻無耗傳輸線的工作狀態(tài)有哪些？他們各自

3、的特點(diǎn)是什么？在什么情況的終端負(fù)載下得到這些工作狀態(tài)？（1） 行波狀態(tài)：，負(fù)載阻抗等于特性阻抗（即阻抗匹配）或者傳輸線無限長。終端負(fù)載吸收全部的入射功率而不產(chǎn)生反射波。在傳輸線上波的傳播過程中，只存在相位的變化而沒有幅度的變化。（2） 駐波狀態(tài)：終端開路，或短路，或終端接純抗性負(fù)載。電壓，電流在時間，空間分布上相差/2，傳輸線上無能量傳輸，只是發(fā)生能量交換。傳輸線傳輸?shù)娜肷洳ㄔ诮K端產(chǎn)生全反射，負(fù)載不吸收能量，傳輸線沿線各點(diǎn)傳輸功率為0.此時線上的入射波與反射波相疊加，形成駐波狀態(tài)。（3） 行駐波狀態(tài)：終端負(fù)載為復(fù)數(shù)或?qū)崝?shù)阻抗（或）。信號源傳輸?shù)哪芰?，一部分被?fù)載吸收，一部分反射回去。反射波功率

4、小于入射波功率。1-5.何謂分布參數(shù)電路？何謂集總參數(shù)電路？集總參數(shù)電路由集總參數(shù)元件組成，連接元件的導(dǎo)線沒有分布參數(shù)效應(yīng)，導(dǎo)線沿線電壓、電流的大小與相位，與空間位置無關(guān)。分布參數(shù)電路中，沿傳輸線電壓、電流的大小與相位隨空間位置變化，傳輸線存在分布參數(shù)效應(yīng)。1-6.微波傳輸系統(tǒng)的阻抗匹配分為兩種：共軛匹配和無反射匹配，阻抗匹配的方法中最基本的是采用/4阻抗匹配器和支節(jié)匹配器作為匹配網(wǎng)絡(luò)。1-7.傳輸線某參考面的輸入阻抗定義為該參考面的總電壓和總電流的比值；傳輸線的特征阻抗等于入射電壓和入射電流的比值；傳輸線的波阻抗定義為傳輸線內(nèi)橫向電場和橫向磁場的比值。1-8.傳輸線上存在駐波時，傳輸線上相鄰

5、的電壓最大位置和電壓最小位置的距離相差/4，在這些位置輸入阻抗共同的特點(diǎn)是純電阻。第二章 微波傳輸線2-1.什么叫模式或波形？有哪幾種模式？在均勻媒質(zhì)的理想波導(dǎo)管以及由此構(gòu)成的腔體中，電磁波模式根據(jù)沿波導(dǎo)軸向Z向是否存在電磁場分量而分成：（1） 橫電磁波（TEM）：電矢量、磁矢量均與傳播方向垂直；（2） 橫電波（TE）：電矢量與傳播方向垂直；（3） 橫磁波（TM）：磁矢量與傳播方向垂直。2-2.試從多個方向定性說明為什么空心金屬波導(dǎo)中不能傳輸TEM模式。如果空心金屬波導(dǎo)內(nèi)存在TEM波，則要求磁場應(yīng)完全在波導(dǎo)橫截面內(nèi)，而且是閉合曲線。由麥克斯韋第一方程，閉合曲線上磁場的積分應(yīng)等于與曲線相交鏈的電

6、流。由于空心金屬波導(dǎo)中不存在沿波導(dǎo)軸向（即傳播方向）的傳到電流，所以要求存在軸向位移電流，這就要求在軸向有電場存在，這與TEM波的定義相矛盾，所以空心金屬波導(dǎo)內(nèi)不能傳播TEM波。2-3.什么是色散？何謂色散波形和無色散波形？對色散傳輸線和非色散傳輸線各舉一個例子。電磁波的相速隨著頻率的變化而變化的現(xiàn)象稱為“色散”，把具有這種特性的波形稱為“色散波形”，不具有這種特性的波形稱為“無色散波形”。（TE、TM為色散波形，TEM為無色散波形）色散傳輸線：波導(dǎo)；非色散傳輸線：同軸線、平行雙導(dǎo)體、微帶。2-4.微波在波導(dǎo)中傳輸時，會有哪幾種速度？它們的意義是什么？為什么波導(dǎo)中能量傳播速度與群速度相等？相速

7、：導(dǎo)行波的相速是指某種波形的電磁波等相位面沿波導(dǎo)的軸向（Z方向）的傳播速度。群速：對于已被調(diào)制的電磁波，是一群具有非常相近角頻率和非常相近的相移常數(shù)的波，這群有多種頻率成分的波由此構(gòu)成一個波群，波群的共同移動速度即群速。真正表示電磁波能量傳播速度的只能是群速，因為要使電磁波傳播信號，就必須對電磁波進(jìn)行調(diào)制，而已被調(diào)制的波是一群、均非常相近的波，其速度只能由群速表示。2-5.何謂工作波長、截止波長？什么是截止頻率和截止波數(shù)？為什么只有波長小于截止波長的波才能在波導(dǎo)中傳播？工作波長，即電磁波在無界媒介中傳輸時的波長，與波導(dǎo)的形狀與尺寸無關(guān)。截止波數(shù)為傳播常數(shù)等于0時的波數(shù)，此時對應(yīng)的頻率稱為截止頻

8、率，對應(yīng)的波長則稱為截止波長。它們由波導(dǎo)橫截面形狀、尺寸，及一定波形等因素決定。波長只有小于截止波長，該模式才能在波導(dǎo)中以行波形式傳輸，當(dāng)波長大于截止波長時，為迅衰場。2-6.什么叫做簡并波形？圓波導(dǎo)中有哪些簡并現(xiàn)象，各有什么特點(diǎn)？矩形波導(dǎo)中哪些波形不存在簡并波形？導(dǎo)行系統(tǒng)中不同傳輸模或不同波形（場結(jié)構(gòu)）的截止波數(shù)和截止波長相同的現(xiàn)象稱為模式簡并現(xiàn)象。圓形波導(dǎo)中存在E-H簡并與極化簡并。E-H簡并：原因為兩種模式的截止波長相同，兩種模式可同時存在；極化簡并：圓形波導(dǎo)特有，原因為圓形波導(dǎo)具有軸對稱性，場量沿的分布存在cos(m)和sin(m)兩種可能，這兩種分布的m、n及場結(jié)構(gòu)完全相同，只是極化

9、面相差/2，所以稱為極化簡并。除m=0的模式在圓周方向無變化外，所有其它模式都具有極化簡并。在矩形波導(dǎo)中，和這兩種模式不存在，所以和不是簡并模式。2-7.當(dāng)橫截面尺寸相同時，填充不同介電常數(shù)的介質(zhì)的矩形波導(dǎo)的截止波長是相同的，而截止頻率是不同的。矩形波導(dǎo)截止波長 與波導(dǎo)橫截面形狀，尺寸，傳輸波的模式有關(guān)；矩形波導(dǎo)截止頻率與波導(dǎo)橫截面形狀，尺寸，傳輸波的模式有關(guān)，同時也和填充介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。2-8.若想探測矩形波導(dǎo)內(nèi)的駐波分布情況，應(yīng)在什么位置開槽？為什么？在波導(dǎo)寬壁的中心線上開一縱向窄槽，由于窄槽不切割電流線，因此它不影響波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)行波的傳輸特性。通過此槽在波導(dǎo)中插入一小探針，外接晶體檢波器和電

10、流表，可測的波導(dǎo)內(nèi)駐波的分布情況。2-9.矩形波導(dǎo)在傳播模式時，電場線和磁場線的分布有什么規(guī)律？對于電場線，總是垂直于理想管壁，平行于理想管壁的分量為0或不存在；對于磁場線，總是平行于理想管壁，垂直于理想管壁的分量為0或不存在。（P82）2-10.矩形波導(dǎo)的功率容量與哪些因素有關(guān)？矩形波導(dǎo)的功率容量與波導(dǎo)橫截面的尺寸、模式（或波形）、工作波長，以及波導(dǎo)中填充介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度等因素有關(guān)。（P90）第三章 微波集成傳輸線3-1.微帶線傳輸?shù)闹髂Ｊ鞘裁?？何謂微帶線的等效介電常數(shù)和介質(zhì)填充系數(shù)？它們有何關(guān)系？微帶線傳輸?shù)闹髂Ｊ菧?zhǔn)TEM模；微帶傳輸線的準(zhǔn)TEM模的場部分在空氣中，部分在介質(zhì)中，一般用等效介

11、電常數(shù)來表示這種情況對傳輸特性的影響。的定義如下：，為無介質(zhì)填充時微帶傳輸線單位長度的分布電容，C為實際上部分填充介質(zhì)時微帶傳輸線的單位長度上的分布電容。介質(zhì)填充系數(shù)，范圍為0=q1介質(zhì)的填充程度，當(dāng)q=0時，表示導(dǎo)帶周圍全部被空氣所包圍，=1；當(dāng)q=1時，表示導(dǎo)帶周圍全部被1的介質(zhì)所包圍，=。當(dāng)時，。3-2.耦合帶狀線的奇模激勵對稱面等效為電壁，偶模激勵對稱面等效為磁壁。耦合微帶線的奇模激勵對稱面等效為電壁，偶模激勵對稱面等效為磁壁。第四章 微波諧振器4-1.微波諧振器與低頻諧振回路相比，它們有何區(qū)別？（1） LC回路（低頻諧振回路）為集總參數(shù)電路，微波諧振器屬于分布參數(shù)電路。所以LC回路的

12、能量只分布在LC元件上，微波諧振器的能量分布在整個腔體中。（2） LC回路在L及C一定時，只有一個諧振頻率，而微波諧振器中有無限多個諧振頻率，這成為微波諧振器的多諧性。（3） 微波諧振腔儲能更多，損耗小，因此微波諧振器的品質(zhì)因數(shù)很高，比LC回路高很多。4-2.微博諧振腔的固有品質(zhì)因數(shù)與哪些因素有關(guān)？固有品質(zhì)因數(shù)的大小說明了該諧振器的哪些特性？什么叫有載品質(zhì)因數(shù)，什么叫耦合品質(zhì)因數(shù)？它們與固有品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系是什么？固有品質(zhì)因數(shù)是諧振器不與任何外電路相連接（空載）時的品質(zhì)因數(shù)，與諧振器總儲存能量和一周期內(nèi)總消耗的能量有關(guān)。越大，損耗越小，頻率選擇性越強(qiáng)，工作穩(wěn)定度越高，但工作頻帶較窄。把考慮了外界

13、負(fù)載作用情況下的諧振器的品質(zhì)因數(shù)稱為有載品質(zhì)因數(shù)。耦合品質(zhì)因數(shù)：只針對外界負(fù)載損耗的品質(zhì)因數(shù)？4-3.微波諧振器的基本參量有諧振頻率（或諧振波長）、品質(zhì)因數(shù)、諧振電導(dǎo)。4-4.微波諧振器有別于傳統(tǒng)諧振器在于它的高頻時Q值高的特性。頻率大于300Hz一般就需要使用微波諧振器，這是由于隨著頻率升高，導(dǎo)體損耗、輻射損耗、介質(zhì)損耗將急劇增加，使得諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)很低，選頻特性很差的原因。微波諧振器常見有傳輸線型諧振器和非傳輸線型諧振器（金屬波導(dǎo)型諧振器）等類型。4-5.微波諧振器的兩個主要功能是儲能和選頻。4-6.無耗傳輸線諧振器串聯(lián)諧振的條件是=0，并聯(lián)諧振的條件是=。第六章 微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)6-1.說明而端口網(wǎng)絡(luò)S參量的物理意義。：1端口接源，2端口接匹配負(fù)載，1端口的電壓反射系數(shù)；：2端口接源，1端口接匹配負(fù)載，2端口的電壓反射系數(shù)；：2端口接源，1端口接匹配負(fù)載，2端口到1端口的電壓傳輸系數(shù)；：1端口接源，2端口接匹配負(fù)載，1端口到2端口的電