習(xí)題選解--微波無源元件

1、此文檔最近的更新時(shí)間為：2020-7-120:54:00第5章微波無源元件未解的題：1 .（解答）試畫出圖5-101中微帶電路的等效電路。圖5-101習(xí)題1圖2 .（解答）如圖5-102所示的T型微帶電路，間分支線l長(zhǎng)多少才能使主線上沒有反射又問分支線l長(zhǎng)多少，才能使主線上沒有傳輸1:圖5-102習(xí)題2圖3 .（解答）畫出圖5-103的等效電路。圖5-103習(xí)題3圖10.（解答）有一只0/4型同軸腔，腔內(nèi)充以空氣，其特性阻抗Z0100,開路端帶有電容1011/2F,采用短路活塞調(diào)諧，當(dāng)調(diào)到10.220時(shí)的諧振頻率是多少14 .（解答）兩端面開路的同軸線諧振器，其長(zhǎng)度為5cm,同軸線內(nèi)充填介質(zhì)，

2、介質(zhì)的r9。同軸線內(nèi)導(dǎo)體半徑為1cm,外導(dǎo)體半徑為2.5cm。求：(1)諧振器的基波諧振頻率(開路端效應(yīng)忽略)；(2)當(dāng)諧振器一端面短路，另一端開路時(shí)，確定其基波諧振頻率。15 .(解答)如圖5-109所示，一個(gè)諧振腔，其無載Q為1000,其與特性阻抗為Z0的無耗傳輸線耦合，在線上測(cè)得諧振時(shí)的電壓駐波比是。求：(1)腔體的有載Q(2)當(dāng)信源入射功率為400mwM,諧振腔所吸收的功率。電一詼比圖5-109習(xí)題15圖16 .(解答)用下列方法畫出低通濾波器的結(jié)構(gòu)圖：(1) 同軸高低阻抗線法；(2)微帶高低阻抗線法；(3)微帶開、短路短截線法。17 .(解答)試證明圖5-110為一個(gè)J變換器，并求出

3、變換器的輸入導(dǎo)納YinoLLL3圖5-110習(xí)題17圖19 .(解答)試?yán)L圖5-112中濾波器結(jié)構(gòu)的等效電路，并說明它是帶通還是帶阻濾波器圖5-112習(xí)題19圖20 .（解答）畫出圖5-113中各濾波器電路的可能的微波結(jié)構(gòu)。1J(a)(b)圖5-113習(xí)題20圖21 .（解答）用K、J變換器表示圖5-114中的濾波器的等效電路，并說明是什么濾波器圖5-114習(xí)題21圖22.（解答）試判別如圖5-115所示定向耦合器的耦合端和隔離端。圖5-115習(xí)題22圖23 .（解答）如圖5-116所示，有一反向定向耦合器。其耦合度為，現(xiàn)用于微波測(cè)量中改作為合路器。即在適當(dāng)端口上接入二個(gè)微波信號(hào)源，其頻率分別

4、為ff2，在輸出端口上獲得功率的合路輸出。問：（1） 用哪兩個(gè)端口作為信號(hào)輸入端，哪一個(gè)端口作為輸出端，哪一個(gè)端口接匹配負(fù)載（2） 若要求輸出端上，f1、f2各輸出lmw,問ff2輸入功率各為多少（f1、f2信號(hào)源接何端口請(qǐng)自定標(biāo)明）圖5-116習(xí)題23圖24 .（解答）試證明兩個(gè)耦合度卜=定向耦合器按圖5-117所示連接后，可以得到一個(gè)3dB定向耦合器。圖5-117習(xí)題24圖25 .（解答）如何利用一個(gè)理想的魔T和一個(gè)匹配負(fù)載這兩個(gè)元件組成一個(gè)定向耦合器其過渡衰減量是幾分貝方向性如何26 .（解答）寫出0°、90°和180°混合電路的S矩陣。27 .（解答）有一

5、無耗二口網(wǎng)絡(luò)，各口均接以匹配負(fù)載，已知其S矩陣為010j110j0S、20j01j010當(dāng)高頻功率從口輸入時(shí)，試間、口的輸出功率以及反射回口的功率各為多少若以回輸入波為基準(zhǔn)，各口的輸出波相位關(guān)系是怎樣的28 .（解答）如圖5-118所示，一支對(duì)稱的定向耦合器，其方向性為無窮大，耦合度為20dB,用此定向耦合器監(jiān)視輸送到負(fù)載ZL的功率，功率計(jì)PA讀數(shù)為8mw它對(duì)臂4產(chǎn)生的駐波比為，功率計(jì)PB讀數(shù)為2mw它又臂3匹配，求:（1）負(fù)載ZL上吸收的功率;（2）臂2上的駐波比。圖5-118習(xí)題28圖X0,29 .（解答）如圖5-119所示,一個(gè)平行耦合微帶線定向耦合器在中心頻率時(shí)的耦合系數(shù)為已知、口接上

6、反射系數(shù)為d的負(fù)載，試求其輸入端反射系數(shù)和輸出端的傳輸系數(shù)。若2輸入端反射系數(shù)和輸出端的傳輸系數(shù)又如何圖5-119習(xí)題29圖30 .（解答）如圖5-120所示，寫出由二個(gè)匹配雙T組成的三口電路的S矩陣。圖5-120習(xí)題30圖31 .（解答）如圖5-121所示的雙T接頭作為測(cè)量阻抗的電橋，若U1i1,試證明口輸出相對(duì)功率為圖5-121習(xí)題31圖32.(解答)寫出下列各種理想二口網(wǎng)絡(luò)的S矩陣:(1) 理想衰減器;(2) 理想移相器;(3)理想隔離器。33.(解答)有一個(gè)三口網(wǎng)絡(luò)，其S矩陣為0.9950.1S0.9950.1問此元件中有無吸收物質(zhì)它是一個(gè)什么樣的微波元件35.(解答)寫出圖5-122

7、所示的波導(dǎo)匹配雙T和理想環(huán)行器組合的電路的S矩陣。圖5-122習(xí)題35圖36.如上述電路中口和口通過相移為的移相器相連結(jié)，求新電路的S矩陣。37.(解答)有一環(huán)行器如圖5-123(a)所示，環(huán)行器的S矩陣為若口接匹配信號(hào)源，口接匹配負(fù)載，口接短路活塞，圖中短路面離距離為測(cè)得Ur2/Un：1關(guān)系如圖5-123(b)所示，求和的數(shù)值。圖5-123習(xí)題37圖【1解】返回當(dāng)l/2,在連接點(diǎn)看，根據(jù)半波重復(fù)性，其等效為開路，故100%專輸，即無反射;/4,在連接點(diǎn)看,根據(jù)四分之一變換性，其等效為短路，故0傳輸，即全無反射；不影響，即無反射;end【3解】返回endj0LjZotan-j100tan0.4

8、40c10LoLC0100tan0.441.21011109radsf02oLC100tan0.4411011191106Hz191MHzend【14解】返回半波長(zhǎng):四分之一:f0minc/02：310810.302l.r30一9一101GHzcmf0min0.5GHzend以串聯(lián)諧振為例:Q0RdQer_Qe.QdRl.R0RlZo,2.5,RdZoQe：Q0QlQoQeQoQe25003.55000771410003.52000728640160004949326.5mW1153L13.57223PLRn1LRn1一7end17.試證明圖5-110為一個(gè)J變換器，并求出變換器的輸入導(dǎo)納Yn

9、。圖5-110習(xí)題17圖查表4-2知:【17證明】返回查表4-2知：一101z10y101y11zyzyyyz1yz10jL0jL0jJ1z1yyz1yQzjL,yjJ0011jL,zy1對(duì)比彳導(dǎo):J1/L,所以：YinJ2Y2L2Ylend【16解】返回(1)同軸高低阻抗線法;(2)微帶高低阻抗線法;PORTHDPMsaw*CWC<1JEFJpPUFQsM總電路模型(3)微帶開、短路短截線法。19.試?yán)L圖5-112中濾波器結(jié)構(gòu)的等效電路，并說明它是帶通還是帶阻濾波器圖5-112習(xí)題19圖A/4,Lend它是帶阻濾波器!20.畫出圖5-113中各濾波器電路的可能的微波結(jié)構(gòu)。【20解】返回

10、N2(a)微帶形式(同軸、帶狀線均可)(b)波導(dǎo)形式1(b)波導(dǎo)形式2end21.用K、J變換器表示圖5-114中的濾波器的等效電路，并說明是什么濾波器圖5-114習(xí)題21圖【21解】返回J變換器K變換器諧振器盧諧振器庾換器J變換器K變換器A7"777777旅而用C為間隙電容12/4end22.試判別如圖5-115所示定向耦合器的耦合端和隔離端。圖5-115習(xí)題22圖【22解】返回有個(gè)前提是給定輸入端!隔離端輸入端耦合端輸入端1T耦合端直通端a；輸入端直通端隔離端(匕)耦合端耦合端輸入端(c)隔離端如圖c的輸入端變了，則隔離也不同,如下圖:隔離端直通端輸入端直通端隔離端耦合端輸入端耦

11、合端隔離端直通端end23.如圖5-116所示，有一反向定向耦合器。其耦合度為，現(xiàn)用于微波測(cè)量中改作為合路器。即在適當(dāng)端口上接入二個(gè)微波信號(hào)源，其頻率分別為f1、f2,在輸出端口上獲得功率的合路輸出。問：(1) 用哪兩個(gè)端口作為信號(hào)輸入端，哪一個(gè)端口作為輸出端，哪一個(gè)端口接匹配負(fù)載(2) 若要求輸出端上，f1、f2各輸出lmw,問ff2輸入功率各為多少(f1、f2信號(hào)源接何端口請(qǐng)自定標(biāo)明)r不病般圖5-116習(xí)題23圖【23解】返回1、3輸入，2輸出，4匹配。1輸入f1,功率為3毫瓦。因耦合度是，即3;3輸入f2,功率為3/2毫瓦。因1-1/2=2/3;【例5-2】用一個(gè)定向耦合器將兩個(gè)不同頻

12、率信號(hào)源輸出功率疊加輸出?！窘狻堪慈鐖D5-65所示將兩個(gè)信號(hào)源連接在定向耦合器的兩個(gè)相互隔離端口和口，口為輸出端，口接匹配負(fù)載，設(shè)定向耦合器耦合度為10dB,兩個(gè)信號(hào)源的工作頻率均在定向耦合器的帶寬內(nèi)。圖5-65定向耦合器將兩個(gè)不同頻率信號(hào)源輸出功率疊加輸出P4因?yàn)镃101g衛(wèi)110(dB),信號(hào)源1耦合到口功率為P40.1R,輸出到口功率為:F2RP4P0.1R0.9R；因?yàn)镃101g為10(dB),信號(hào)源2輸出到口功率為P；O.IP3;口輸出功率為：P2P2F2P20.9R0.1P3End24.試證明兩個(gè)耦合度卜=定向耦合器按圖5-117所示連接后，可以得到一個(gè)3dB定向耦合器。圖5-11

13、7習(xí)題24圖例5-5證明兩只耦合度分別為的微帶定向耦合器按如圖5-74所示串接即可得到一只3dB定向耦合器。【24證明】返回本題的證明必須考慮微帶定向耦合器耦合端輸出超前直通端輸出90O,且輸入端也超前直通端輸出90°。設(shè)微帶定向耦合器輸入為1ej90O(V),經(jīng)過第一只定向耦合器后其耦合端輸出電壓為1OA(V),直通端輸出電壓為B(V),因?yàn)?.3420lg,即A0.383ej9°(V),AB小|A0.924(V),則B0.924ej0O(V)。電壓A和B進(jìn)入第二只定向耦合器，電壓A在第二只定向耦合器的耦合端和直通端輸出分別為C(A)和D(a),電壓B在第二只定向耦合器的

14、耦合端和直通端輸出分別為F(b)和E(b),下面分別求出這四個(gè)電壓：因?yàn)?.3420lg耳可求出C(A)0.147,則C(A)0.147ej90°C(A)D(a)Ji|C(aJ(V),則D(a)0.354ejOo同理可求出F(b)0.354ejO°,|E(b)Ji歸丁)/0.854(V),E(B)0.854ej90o第二只定向耦合器的兩個(gè)輸出端分別為：C(a)E(b)0.707ej90°(V)和D(a)F(b)0.708ej0°(V),由此證明了圖5-74所示的定向耦合器為3dB定向耦合器。圖5-75為由兩支3dB定向耦合器與兩個(gè)放大器組成的平衡放大器，

15、如果圖中兩個(gè)反相放大器的特性相同，根據(jù)3dB定向耦合器的特性可以求出該平衡放大器為(3)端口輸出，其值為VGV，而(2)端口無輸出，該端口應(yīng)接匹配負(fù)載。圖5-75由兩支3dB定向耦合器與兩個(gè)放大器組成的平衡放大器end25.如何利用一個(gè)理想的魔T和一個(gè)匹配負(fù)載這兩個(gè)元件組成一個(gè)定向耦合器其過渡衰減量是幾分貝方向性如何【25解】返回00100S121111組成方法：匹配負(fù)載接在隔離口一2口，1口輸入,其過渡衰減量3dB,方向性D10lgE°”111100003口、4口同相平分輸出。endPisolate26.寫出0O、900和1800混合電路的S矩陣。【26解】返回00混合電路：就只是

16、wilkinsonpowerdivider900和180O混合電路:2.(>Whybritll(quadraIurchybrid,syminctncalcoupler),180°hybrid(magic-Thybrid,rate-racehybrid)end27.有一無耗二口網(wǎng)絡(luò)，各口均接以匹配負(fù)載，已知其S矩陣為010j1 10j0S.20j01j010當(dāng)高頻功率從口輸入時(shí)，試問、口的輸出功率以及反射回口的功率各為多少若以回輸入波為基準(zhǔn)，各口的輸出波相位關(guān)系是怎樣的【27解】返回設(shè)輸入功率Pin時(shí)，、口的輸出功率以及反射回口的功率各為:P20.5P1in,P30,P30.5P

17、1in若以回輸入波為基準(zhǔn)，僅、有輸出，同相、相位增加end28.如圖5-118所示，一支對(duì)稱的定向耦合器，其方向性為無窮大，耦合度為20dB,用此定向耦合器監(jiān)視輸送到負(fù)載ZHq功率，功率計(jì)PA讀數(shù)為8mW它又升T4產(chǎn)生的駐波比為,功率計(jì)Pb讀數(shù)為2mW它又臂3匹配，求:(1)負(fù)載ZL上吸收的功率;(2)臂2上的駐波比。圖5-118習(xí)題28圖【28解】返回可參考周pp249對(duì)于A負(fù)載:Pain8Pa.9-/-PA9,為)18到A負(fù)載的功率為9mW反射1mW實(shí)際接收8mVV根據(jù)定向耦合器耦合度為20dB,即100,得信號(hào)源的功率為:PnPAin100Pn100Pain900mWB的功率:到達(dá)B的總

18、功率包括A的反射波以及ZL反射波耦合到PBinPA(r)Pcouple(ZL)11mW所以ZL反射波耦合到B的功率為：PninlpfZ)couple(ZL)同樣：ZL反射波與ZL反射波耦合到B的功率之比為100:Pg)Rouple100100mW從信號(hào)源傳到ZL的功率約為：PZinPn巳9009891mW,故反射系數(shù)模為:2.01ZL吸收的功率為入射功率減反射功率，即:PZlPnPn(r)巳9001009791mWend29.如圖5-119所示，一個(gè)平行耦合微帶線定向耦合器在中心頻率時(shí)的耦合系數(shù)為X0,已知、口接上反射系數(shù)為D的負(fù)載，試求其輸入端反射系數(shù)和輸出端的傳輸系數(shù)。若或X02/2輸入端

19、反射系數(shù)和輸出端的傳輸系數(shù)又如何J.圖5-119習(xí)題29圖【29解】研究生教材微波無源和有源電路原理作者傅君眉主編pp130b10k0Nk2a1b2k0j.1k20a2b30j1k20ka3b4j、,1k20k0a4a2b2a4b4j、1k2,kx0Db1b2b3b4ka2ka1a4blb3blb3blb3a2a1S11S11a3ka4ka3b1b2b3b4kDb2Db4ka1a3Db2kDb4a1ka3k22k2k22k20,ka1ka1a3a3Da1a1k22k.1a1ka3Da12ka1ka3Da3Da32k，1k22j,1一222k21k2a3k2a12k2Da3j2k1k2Dkend

20、end30.如圖5-120所示，寫出由二個(gè)匹配雙T組成的三口電路的S矩陣。圖5-120習(xí)題30圖【30解】返回0012S001.2121/2031.如圖5-121所示的雙T接頭作為測(cè)量阻抗的電橋，若U1i1,試證明口輸出相對(duì)功率為P4122-(1§1)(1S44I)圖5-121習(xí)題31圖【31解】返回證；因雙T善叁考面上的歸一.化人射法和歸一化反射波間的關(guān)系為圖)1.12=匕又由于耗掰蜻的元性公式，知0F十I0P-1ISUP+|工"1(I)式中,必=自劉一時(shí)一0,H格式(2)代人式(1)并展開,得«T=區(qū)1缸甌豺以+S-4于是，德8"1-SuC從前丹=7

21、-I試I1=！ISlf|rIR試|，11r£r一.T”g»L'M=1<1HSJ3lJ)(l-|S|，>1個(gè)故得證.32 .寫出下列各種理想二口網(wǎng)絡(luò)的S矩陣：(1) 理想衰減器；(2) 理想移相器；(3) 理想隔離器。【32解】返回三者的S矩陣分別是：0e10ej00ende10ej01033 .有一個(gè)三口網(wǎng)絡(luò)，其S矩陣為00.9950.1S0.995000.100問此元件中有無吸收物質(zhì)它是一個(gè)什么樣的微波元件【33解】返回S112SI3S12S21SI3S31解從此三端口的Si矩陣可以看出此元件吉卜列性質(zhì)：出昆1=5匕©卻,此元件的三個(gè)端口均是

22、匹配的口由耳:二口何，此元件的端口和端口是相互隔離的青由S,-S,C,一1t2,3)0，此元件足反品的f由*】=5"=應(yīng)，知,此兀件是對(duì)稱的由【STL5#L曲，此工件是看和元件。由上述性質(zhì)詡知，比元件JB個(gè)不等分的電阻性功率分配元件end35.寫出圖5-122所示的波導(dǎo)匹配雙T和理想環(huán)行器組合的電路的S矩陣。圖5-122習(xí)題35圖1122000121200【35解】返回01.2S1、.200end37.有一環(huán)行器如圖5-123(a)所示，環(huán)行器的S矩陣為若口接匹配信號(hào)源，口接匹配負(fù)載，口接短路活塞，圖中短路面離距離為l,今r°°-測(cè)得Ur2/Ui1:l關(guān)系如圖5-

23、123(b)所示，求和的數(shù)值。圖5-123習(xí)題37圖1L15【37解】返回解：因環(huán)行器的端口接殂配指，討=或端口接短路活塞，二一總所3=一£，百'其中8二-型,于是.環(huán)行界參考面上的歸一化入射波和白一化反射液間的關(guān)系為展開鞘(4)解式和式(3),得(5)再由及圖11.15可知解以上兩式.即得end傅君眉主編pp130【附錄】返回研究生教材An.Miird'0fli*(J*rWfTp_4k-J/l二妙&微波無源和有源電路原理作者0j,1k2k0Sj-1k200kk00j1-k20kj.1k20Da2.b2a4,b4b1ka2a4b1kDb2Db4b2ka1a3b2ka1a3b3a2ka4b3Db2kDb4b4a1ka3b4a1ka3bkDka1a3Da1ka3b3Dka1a3kDa1ka3,22bikDa12kda3_；22j1k21k2b32kDalk22Da302k21Da1j2k1k2Da3b3j2k1k2d92k21d3一_2S112k21DS31j2k1k2DS110,S31未解的題返回4.圖5-104所示的ET分支，口輸入信號(hào)，試問：(1)當(dāng)端口接匹配負(fù)