2013微波技術(shù)基礎(chǔ)考查小論文

1、2013微波技術(shù)基礎(chǔ)考查小論文姓名：楊堅 學(xué)號：10060442351、 設(shè)有一均勻無耗傳輸線，其特性阻抗為Zc，當(dāng)其終端有阻抗ZL時，測得線上的駐波比為S,當(dāng)負(fù)載到第N(你的學(xué)號)電壓波節(jié)點的距離為LN1，試討論負(fù)載ZL的數(shù)學(xué)表達(dá)式。若負(fù)載到第N(你的學(xué)號)電壓波腹點的距離為LN2，負(fù)載ZL的數(shù)學(xué)表達(dá)式又如何？請闡述題目中的幾個已知參量的物理含義，并就特性阻抗Zc、終端負(fù)載阻抗ZL和駐波比S三個特性參量之間的關(guān)系或取值特點，討論均勻無耗傳輸線的三種工作狀態(tài)。解：（1）傳輸線終端接任意負(fù)載ZL時，傳輸線各處Z的阻抗由下式求出 其中， ,。 （2）已知參量的物理含義、取值特點以及它們之間的關(guān)系

2、特性阻抗為Zc : 在均勻無耗傳輸線中行波電壓和行波電流之比，稱為均勻無耗傳輸線的特性阻抗Zc ，它是表征傳輸線的一個參量，或者說對于行波所呈現(xiàn)的阻抗。 需要注意的是：均勻無耗線的特征阻抗是一個實數(shù)（純電阻），單位：（歐）。但由于傳輸線所填充的介質(zhì)、線的橫向尺寸和橫截面內(nèi)電磁場的分布狀態(tài)，與線的長度無關(guān)，而且，可近似認(rèn)為與頻率無關(guān)。 駐波比S : 在均勻無耗傳輸線上，電壓最大與最小振幅值之比，稱為電壓駐波比，電流最大與最小振幅值之比，稱為電流駐波比。這兩種駐波比在數(shù)值上是相等的。因此，可把駐波比S寫為 在實際中，通常采用電壓駐波比，簡稱駐波比（VSWR）。駐波比是從量的方面反映傳輸線上反射波情

3、況的一重要參量，但它只反映了反射波強弱的程度，并不反映其相位關(guān)系。 取值范圍： 0|1 , 1S , 0 K1 無反射時， |=0, s=1 K1 全反射時， |=1，純駐波，s=¥,K=0 部分反射時，為行駐波，介于兩者之間 終端負(fù)載阻抗ZL : 在實際應(yīng)用中的傳輸線，其終端總是接有負(fù)載的（如，各種元器件或各種設(shè)備等）。當(dāng)一有限長的傳輸線終端接有各種不同的負(fù)載時，電壓波和電流波在線上的傳播規(guī)律，以及加載傳輸?shù)奶匦远紩兴煌?，這就對負(fù)載或傳輸線的設(shè)計提出要求，需要采取某些措施來滿足要求（例如，阻抗匹配等）。（3）均勻無耗傳輸線的三種工作狀態(tài) 根據(jù)終端負(fù)載ZL的情況，傳輸線有三種工作

4、狀態(tài)：行波狀態(tài)，純駐波狀態(tài)，行駐波狀態(tài)。 （一）行波狀態(tài) 當(dāng)ZL=Zc或傳輸線為無限長時，信號源傳向負(fù)載的能量將被負(fù)載完全吸收，而無反射，此時稱傳輸線工作于行波狀態(tài)，或者說，傳輸線與負(fù)載處于匹配狀態(tài)。 UL和IL已知時,且ZLZc時，無反射 行波狀態(tài)下電流和電壓的瞬時值重要參量特性： （二）純駐波狀態(tài)：當(dāng)終端短路（ZL=0）、開路(ZL=)或接純電抗性負(fù)載時，由于負(fù)載不吸收能量，因此，信號源傳向負(fù)載的入射波在終端產(chǎn)生全反射，線上的入射波與反射波相疊加，從而工作在純駐波狀態(tài)。此時的傳輸線以不能傳輸能量，而只是儲存能量。 （1）終端短路/短路線 a)、瞬時值形式 b）、沿線電壓和電流的復(fù)振幅隨空間

5、變化規(guī)律 電壓波腹點/電流波節(jié)點： 電壓波節(jié)點/電流波腹點： c）、時間變化規(guī)律：沿線分布規(guī)律不隨t變化 d)、輸入阻抗 （2）終端開路/開路線 a)、 瞬時值形式 b)、沿線電壓和電流的時空相位分別處于兩個獨立因子，且始終分別相差/2，分布規(guī)律與短路線類似，僅電壓和電流位置調(diào)換 c)、輸入阻抗： （Zin是純電抗， 按負(fù)余切變化） （3）純電抗性負(fù)載 純電抗性負(fù)載可用一有限長的短/開路線代替，沿線電壓和電流分布規(guī)律可用一段短/開路線替負(fù)載的電抗值，從而得到相應(yīng)的分布圖 例如：ZLjXL時，可用一段小于l/4的短路線代替 ZL-jXL時，可用一段小于l/4的開路線代替 （4）純駐波狀態(tài)重要參數(shù)

6、： |=1， s=, K=0 （三）行駐波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端接有復(fù)數(shù)阻抗ZLRLjXL，此時從信號源傳向負(fù)載的能量一部分被負(fù)載所吸收，另一部分被反射回去，即是說，介于行波與純駐波之間的一種狀態(tài)，因此，稱為行駐波狀態(tài)。 （1）反射系數(shù)是一個復(fù)數(shù) （2）沿線電壓電流的分布 a）、電壓波腹點/電流波節(jié)點 b）、電壓波節(jié)點/電流波腹點 （3） 特殊情形，ZLRL時a）、若RLZc，即ZLZc時，(行波狀態(tài)) S=1 b）、若RL>Zc，則 c)、若RL<Zc，則 （4） 輸入阻抗 （5）接有復(fù)阻抗與接有純電阻性負(fù)載時工作狀態(tài)的特點 a)、波腹點與波節(jié)點相距 /4 b)、電壓的波腹/節(jié)點與電

7、流的波腹/節(jié)點位置相反 c)、電壓波腹點處，Zin的模|Zin|最大，且為純電阻性的 d)、電壓波節(jié)點處，Zin的模|Zin|最小，也為純電阻性的 e)、傳輸線的特性阻抗具有/4的變換性、/2的重復(fù)性4、請討論圓波導(dǎo)TE11模的截止波長、相速、波導(dǎo)波長、波阻抗；其外形結(jié)構(gòu)尺寸的確定遵循什么原則？解：一、理論依據(jù) 1） 通常將由金屬材料制成的、圓形截面的、內(nèi)充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱為圓形波導(dǎo), 它是微波技術(shù)中常用的傳輸系統(tǒng)之一 圓形波導(dǎo)TE波的截止波數(shù): 為第一類m階貝塞爾函數(shù)一階導(dǎo)函數(shù)的第n個根值。2） 單模傳輸TE11波型不僅是TE波型中截止波長最長的波型，而且與TM波型相比，它的截止波長

8、也是最長的，因此，TE11波型是圓波導(dǎo)中的主波型。當(dāng)圓波導(dǎo)的內(nèi)半徑R與工作波長滿足：時，波導(dǎo)只傳輸TE11波型。二、問題解答 對于TE11模即=1.841 1）TE11模的截止波數(shù)為： 2） 截止波長： 3）相速表示波的等相位面沿波導(dǎo)的軸向（z）傳播的速度，其值： 4）波導(dǎo)波長表示波導(dǎo)內(nèi)沿其軸向傳播的電磁波，它的相鄰的兩個同相位點之間的距離，其值： 將截止波長代入，則：波導(dǎo)波長： 5）在不計損耗的情況下，在行波狀態(tài)下，電場的橫向分量Et和磁場的橫向分量Ht不僅構(gòu)成了沿波導(dǎo)軸正Z方向傳播的波，而且對于同一波形而言，和的比值在波導(dǎo)橫截面內(nèi)處處相等，它與坐標(biāo)Z無關(guān)，并具有阻抗的量綱。我們稱這個比值為

9、波型阻抗Zw。其值： 6）外形結(jié)構(gòu)尺寸的確定： 1.為使單模TE11傳輸，而抑制TM。我們需要其工作波長大于TM01的截止波長，小于TE11的截止波長（如圖1）。而通過計算有： 則： 2.尺寸選擇對功率容量的影響。時，功率。時，雖然Pbr較高，但可能出現(xiàn)高次模。時，Pbr急劇下降，因此，為保證只傳輸TE10模，應(yīng)選擇：。即：工作波長與波導(dǎo)尺寸應(yīng)滿足：但是在實際運用過程中，我們一般采用： 圖1 7、探針式同軸線-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換接頭，如圖6.2-16(b)中的第一個示意圖所示（P299），設(shè)同軸線為端口，波導(dǎo)為端口，已知散射矩陣為S11、S12、S21、S22。 試討論：當(dāng)端口匹配時端口的駐波比；當(dāng)端口接反射系數(shù)為G2的負(fù)載時，端口的反射系數(shù)；端口匹配時端口的駐波比。解：(1)由散射矩陣定義       端口2匹配，意味負(fù)載處的反射波=0，此時端口1的反射系數(shù)為： 因此端口1的駐波系數(shù)為：    (2)當(dāng)端口2接反射系數(shù)為的負(fù)載時，負(fù)載處的入射波與反射波之間滿足  代入(1