微波技術(shù)與天線期末復習

1、微波技術(shù)微波技術(shù)與天線與天線期末復習期末復習一、填空題（不寫解答過程，將正確的答案寫在每小題的空格內(nèi)。每小空格1分，大空格2分。錯填或不填均無分。共30分）：1、傳輸線的工作特性參數(shù)主要有傳輸線的工作特性參數(shù)主要有 特性阻抗特性阻抗 、 傳播傳播常數(shù)常數(shù) 、 相速相速 和波長和波長 。2、駐波比的取值范圍為駐波比的取值范圍為 11 ；當傳輸線上全；當傳輸線上全反射時，反射系數(shù)反射時，反射系數(shù) 1 1 ，此時駐波比，此時駐波比 。 3、 中稱為中稱為 傳播常數(shù)傳播常數(shù) ， 稱為稱為衰減常數(shù)衰減常數(shù)、它表示、它表示傳輸線上波行進單位長度幅值的變化傳輸線上波行進單位長度幅值的變化 ， 稱為稱為 相移

2、常相移常數(shù)數(shù)，它表示，它表示傳輸線上波行進單位長度相位的變化傳輸線上波行進單位長度相位的變化。 j 4 4、特性阻抗特性阻抗5050歐的均勻傳輸線終端接負載歐的均勻傳輸線終端接負載Z Z1 1為為20j20j歐、歐、5050歐，歐，2020歐時，傳輸線上分別形成歐時，傳輸線上分別形成 純駐波純駐波 純純行波行波 行駐波行駐波 。 5 5、下圖為無耗終端開路線的駐波特性圖，、下圖為無耗終端開路線的駐波特性圖， OO 位置位置是終端開路處，短路線的作用是是終端開路處，短路線的作用是 等效在終端接無限等效在終端接無限大阻抗即終端開路大阻抗即終端開路 。 6、有均勻傳輸線特性阻抗為有均勻傳輸線特性阻抗

3、為5050，線上工作波長為，線上工作波長為10cm10cm，如圖所示：，如圖所示： 501Z（1 1）若）若 ，在，在 處的輸入阻抗處的輸入阻抗ZinZin 5050 ； 501Zcmz8 （2 2）若）若 ，在，在 處的輸入阻抗處的輸入阻抗ZinZin ；在；在 處的輸入阻抗處的輸入阻抗ZinZin 0 0 ；當；當 處，處，ZinZin呈呈 感感 性，當處，性，當處， ZinZin呈呈 容容 性。性。01 Zcmz5 . 2 cmz5 cmz5 . 20（3 3）若）若 ，傳輸線上的駐波比，傳輸線上的駐波比= 。 501jZ7、無耗傳輸線的終端短路和開路時，電壓、電流曲線的無耗傳輸線的終端

4、短路和開路時，電壓、電流曲線的主要區(qū)別是終端開路時的電壓、電流曲線在終端處為主要區(qū)別是終端開路時的電壓、電流曲線在終端處為 電壓電壓 波腹、波腹、 電流電流 波節(jié)；阻抗分布曲線的主要區(qū)別波節(jié)；阻抗分布曲線的主要區(qū)別是終端開路時在終端處的等效一是終端開路時在終端處的等效一 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振 電路，電路，終端短路時在終端處的等效一終端短路時在終端處的等效一 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振 電路。電路。 8、一段長度一段長度 為的短路線和開路線的輸入阻抗呈為的短路線和開路線的輸入阻抗呈純電抗：一段長度純電抗：一段長度 為的短路線的輸入阻抗為為的短路線的輸入阻抗為一純一純 電感電感 ；一段長度；一段長度 為的開路線

5、的輸入為的開路線的輸入阻抗為一純阻抗為一純 電容電容 。 4/ ll 4/ ll 4/ ll9 9、阻抗匹配具有三種不同的含義、阻抗匹配具有三種不同的含義, , 分別是負載阻抗匹配、分別是負載阻抗匹配、 源阻抗匹配源阻抗匹配 和和 共軛阻抗匹配共軛阻抗匹配 ，它們反映了傳輸，它們反映了傳輸線上三種不同的狀態(tài)。阻抗匹配方法從實現(xiàn)手段上劃線上三種不同的狀態(tài)。阻抗匹配方法從實現(xiàn)手段上劃分有串聯(lián)分有串聯(lián) /4/4阻抗變換器法和支節(jié)調(diào)配器法。支節(jié)調(diào)阻抗變換器法和支節(jié)調(diào)配器法。支節(jié)調(diào)配器法又有配器法又有 串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器串聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器 法和法和 并聯(lián)調(diào)配器并聯(lián)調(diào)配器 法。法。 1010、圓圖中的阻抗一般

6、式為、圓圖中的阻抗一般式為Z=R+jXZ=R+jX，傳輸線特性阻抗為，傳輸線特性阻抗為Z Z0 0，根據(jù)各點在下圖所示的阻抗圓圖中的位置，判斷，根據(jù)各點在下圖所示的阻抗圓圖中的位置，判斷其性質(zhì)。其性質(zhì)。R RZ0Z0，X X0 0 ( B );( B ); R=Z0R=Z0，X X0 0 （ D D ）；）； R RZ0Z0，X X0 0 ( C );( C ); R R0 0，X X0 0 ( E );( E ); R RZ0Z0，X X0 0 ( A );( A ); R RZ0Z0，X X0 0 ( F )( F )。 1111、在導行波中、在導行波中 截止波長截止波長cc最長的最長的

7、導行模稱為該導行模稱為該導波系統(tǒng)的主模。矩形波導的主模為導波系統(tǒng)的主模。矩形波導的主模為 TETE1010 模模, , 因為該模式具有場結(jié)構(gòu)簡單、因為該模式具有場結(jié)構(gòu)簡單、 穩(wěn)定、頻帶寬和損穩(wěn)定、頻帶寬和損耗小等特點耗小等特點, , 所以實用時幾乎毫無例外地工作在該所以實用時幾乎毫無例外地工作在該模式。模式。 1212、與矩形波導一樣，圓波導中也只能傳輸、與矩形波導一樣，圓波導中也只能傳輸TETE波和波和TMTM波；波； TETE1111 模是圓波導的主模，模是圓波導的主模， TMTM0101 模是圓波導第一模是圓波導第一個高次模，而個高次模，而 TETE0101 模的損耗最低，這三種模式模的

8、損耗最低，這三種模式是常用的模式。是常用的模式。 1313、在直角坐標系中，、在直角坐標系中，TEMTEM波的分量波的分量 EzEz 和和 HzHz 為零；為零；TETE波的分量波的分量EzEz 為零；為零；TMTM波的分量波的分量 HzHz 為零。為零。1515、處于不同頻譜的電磁波采用不同的分析方法，請完、處于不同頻譜的電磁波采用不同的分析方法，請完成下圖的填空：成下圖的填空：頻率小于微波的無線電波頻率小于微波的無線電波 電路分析電路分析 法法微波微波 場分析場分析 法法頻率大于微波的電磁波波頻率大于微波的電磁波波 光學分析光學分析 法法頻率小于微波的無頻率小于微波的無線電線電微波微波頻率

9、大于微波的頻率大于微波的電磁波電磁波 電路分析電路分析 法法 場分析場分析 法法 光學分析光學分析 法法 二簡答題（二簡答題（5 5小題，共小題，共4040分）分）1 1(10(10分分) )什么是分布參數(shù)電路和集總參數(shù)電路？試列舉什么是分布參數(shù)電路和集總參數(shù)電路？試列舉各三個分布參數(shù)和集總參數(shù)，對比微波技術(shù)與模擬電各三個分布參數(shù)和集總參數(shù)，對比微波技術(shù)與模擬電路等課程，簡述分布參數(shù)電路和集總參數(shù)電路的本質(zhì)路等課程，簡述分布參數(shù)電路和集總參數(shù)電路的本質(zhì)區(qū)別。區(qū)別。在低頻短路中，常常忽略元件連接線的分布參數(shù)效在低頻短路中，常常忽略元件連接線的分布參數(shù)效應(yīng)，認為電場能量全部集中在電容器中，而磁場能

10、量全應(yīng)，認為電場能量全部集中在電容器中，而磁場能量全部集中在電感器中，電阻元件是消耗電磁能量的。部集中在電感器中，電阻元件是消耗電磁能量的。由這由這些集總參數(shù)元件組成的電路稱為集總參數(shù)電路。些集總參數(shù)元件組成的電路稱為集總參數(shù)電路。當頻率提高到其波長和電路的幾何尺寸可相比擬時，當頻率提高到其波長和電路的幾何尺寸可相比擬時，電場能量和磁場能量的分布空間很難分開，而且連接元電場能量和磁場能量的分布空間很難分開，而且連接元件的導線的分布參數(shù)不可忽略，這種電路稱為件的導線的分布參數(shù)不可忽略，這種電路稱為分布參數(shù)分布參數(shù)電路。電路。在低頻電路中，電阻、電容、電感和電導都是以集在低頻電路中，電阻、電容、電

11、感和電導都是以集總參數(shù)的形式出現(xiàn)的，連接元件的導線都是理想的短路總參數(shù)的形式出現(xiàn)的，連接元件的導線都是理想的短路線，可任意延伸或壓縮。線，可任意延伸或壓縮。隨著頻率的提高，電路元件的輻射損耗、導體損耗隨著頻率的提高，電路元件的輻射損耗、導體損耗和介質(zhì)損耗增加，電路元件的參數(shù)也隨之變化。和介質(zhì)損耗增加，電路元件的參數(shù)也隨之變化。分布電阻分布電阻R R分布電感分布電感L L分布電容分布電容C C分布電導分布電導G G傳輸線單位長度上的分布參數(shù)。傳輸線單位長度上的分布參數(shù)。頻率提高后，頻率提高后，導線中所流過的高頻電流會產(chǎn)生集膚導線中所流過的高頻電流會產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使導線的有效面積減小，高頻電阻加大

12、，而且沿效應(yīng)，使導線的有效面積減小，高頻電阻加大，而且沿線各處都存在損耗，這就是分布電阻效應(yīng)；線各處都存在損耗，這就是分布電阻效應(yīng)；通高頻電流的導線周圍存在高頻磁場，這就是分布通高頻電流的導線周圍存在高頻磁場，這就是分布電感效應(yīng)；電感效應(yīng)；又由于兩線間有電壓，故兩線間存在高頻電場，又由于兩線間有電壓，故兩線間存在高頻電場，這就是分布電容效應(yīng)；這就是分布電容效應(yīng)；由于兩線間的介質(zhì)并非理想介質(zhì)而存在漏電流，這由于兩線間的介質(zhì)并非理想介質(zhì)而存在漏電流，這相當于兩線間并聯(lián)一個電導，這就是分布電導效應(yīng)。相當于兩線間并聯(lián)一個電導，這就是分布電導效應(yīng)。由于傳輸線的分布參數(shù)效應(yīng)，使傳輸線上的電壓、由于傳輸線的

13、分布參數(shù)效應(yīng)，使傳輸線上的電壓、電流不僅是時間的函數(shù)，而且是空間位置的函數(shù)。電流不僅是時間的函數(shù)，而且是空間位置的函數(shù)。所以，除了傳輸所以，除了傳輸TEMTEM波的傳輸線可由單值的電壓確波的傳輸線可由單值的電壓確定，磁場可由單值電流維系，大部分的傳輸線都沒有確定，磁場可由單值電流維系，大部分的傳輸線都沒有確切的電壓、電流的意義，并且也沒有在空間可以單另分切的電壓、電流的意義，并且也沒有在空間可以單另分開的電感、電容、電阻等元件，它們也都需要從電磁場開的電感、電容、電阻等元件，它們也都需要從電磁場的理論出發(fā)討論傳輸線的傳輸特性。低頻電流的本質(zhì)屬的理論出發(fā)討論傳輸線的傳輸特性。低頻電流的本質(zhì)屬于短

14、線，在其上的電磁場分布因其是靜態(tài)場的，所以才于短線，在其上的電磁場分布因其是靜態(tài)場的，所以才有靜態(tài)場的概念來描述，而微波傳輸線為長線，不能用有靜態(tài)場的概念來描述，而微波傳輸線為長線，不能用靜態(tài)場的概念描述。電磁場理論都能夠闡述這兩種情況靜態(tài)場的概念描述。電磁場理論都能夠闡述這兩種情況2 2、(10(10分分) )為什么說為什么說TEMTEM波傳輸線是惟一可以用分布參數(shù)波傳輸線是惟一可以用分布參數(shù)的的“路路”的理論描述的？的理論描述的？在自由空間或波導中電磁波在傳播中，電場靠磁場在自由空間或波導中電磁波在傳播中，電場靠磁場支持，磁場靠電場維系，彼此互為存在的前提。電場線支持，磁場靠電場維系，彼此

15、互為存在的前提。電場線和磁場線都是閉合的。和磁場線都是閉合的。在在TEMTEM波傳輸線中，波傳輸線中，t t時刻的電場線是從一個導體的時刻的電場線是從一個導體的正電荷發(fā)出落到另外一個導體的負電荷上，它們是靠正、正電荷發(fā)出落到另外一個導體的負電荷上，它們是靠正、負電荷支持的，不是閉合的曲線；負電荷支持的，不是閉合的曲線；磁場線是圍繞導體的一圈圈封閉曲線，它們是由導磁場線是圍繞導體的一圈圈封閉曲線，它們是由導體上的電流激發(fā)的；體上的電流激發(fā)的；在任一時刻電磁場分量都是同相的，與傳輸方向正在任一時刻電磁場分量都是同相的，與傳輸方向正交；其橫向場隨空間橫向變化而與靜態(tài)場完全一樣。交；其橫向場隨空間橫向

16、變化而與靜態(tài)場完全一樣。所以，所以，TEMTEM波的電場可由單值的電壓確定，磁場可波的電場可由單值的電壓確定，磁場可由單值電流維系。因此，由單值電流維系。因此，TEMTEM波傳輸線是惟一可以用分波傳輸線是惟一可以用分布參數(shù)的布參數(shù)的“路路”的理論描述的。的理論描述的。3、(10(10分分) )無耗傳輸線有哪三種不同的工作狀態(tài)？當無耗無耗傳輸線有哪三種不同的工作狀態(tài)？當無耗傳輸線終端接哪三種負載時，傳輸線為純駐波狀態(tài)？傳輸線終端接哪三種負載時，傳輸線為純駐波狀態(tài)？當無耗傳輸線終端接哪三種負載時，傳輸線為行駐波當無耗傳輸線終端接哪三種負載時，傳輸線為行駐波狀態(tài)？狀態(tài)？ 行波狀態(tài)傳輸線的特點？行波狀

17、態(tài)傳輸線的特點？無耗傳輸線有三種不同的工作狀態(tài)無耗傳輸線有三種不同的工作狀態(tài): : 行波狀態(tài)行波狀態(tài); ; 純駐波狀態(tài)純駐波狀態(tài); ; 行駐波狀態(tài)。行駐波狀態(tài)。行波狀態(tài)傳輸線的特點：行波狀態(tài)傳輸線的特點：（1 1）沿線電壓和電流的振幅不變，駐波比）沿線電壓和電流的振幅不變，駐波比1 1（2 2）線上任意點的電壓和電流都同相）線上任意點的電壓和電流都同相（3 3）傳輸線上各點輸入阻抗均等于傳輸線的特性阻抗）傳輸線上各點輸入阻抗均等于傳輸線的特性阻抗01ZZ 純駐波狀態(tài)的負載：純駐波狀態(tài)的負載：（1 1）終端短路，即）終端短路，即01Z（2 2）終端開路，即）終端開路，即1Z（3 3）終端接純電抗

18、（電容或電感），即）終端接純電抗（電容或電感），即jXZ 1行駐波狀態(tài)的負載：行駐波狀態(tài)的負載：(1)(1)當負載阻抗為大于特性阻抗的純電阻時，終端為當負載阻抗為大于特性阻抗的純電阻時，終端為電壓波腹、電流波節(jié)點；當負載阻抗為小于特性阻電壓波腹、電流波節(jié)點；當負載阻抗為小于特性阻抗的純電阻時，終端為電壓波節(jié)、電流波腹點；抗的純電阻時，終端為電壓波節(jié)、電流波腹點；(2)(2)當終端接一感性負載時，在終端既不是電壓的波當終端接一感性負載時，在終端既不是電壓的波腹點，也不是電壓波節(jié)點，但離開終端第一個出現(xiàn)的腹點，也不是電壓波節(jié)點，但離開終端第一個出現(xiàn)的是電壓波腹、電流波節(jié)點；是電壓波腹、電流波節(jié)點；

19、(3)(3)當終端接一容性負載時，在終端既不是電壓的波當終端接一容性負載時，在終端既不是電壓的波腹點，也不是電壓波節(jié)點，但離開終端第一個出現(xiàn)的腹點，也不是電壓波節(jié)點，但離開終端第一個出現(xiàn)的是電壓波節(jié)、電流波腹點。是電壓波節(jié)、電流波腹點。4、(8(8分分) )什么是長線、短線？簡述長線和短線的本質(zhì)區(qū)什么是長線、短線？簡述長線和短線的本質(zhì)區(qū)別。別。電長度：傳輸線的長度與所傳輸?shù)碾姶挪úㄩL之比。電長度：傳輸線的長度與所傳輸?shù)碾姶挪úㄩL之比。ll 所謂長線是指傳輸線的幾何長度和線上傳輸電磁所謂長線是指傳輸線的幾何長度和線上傳輸電磁波的波長的比值（即電長度）大于或接近于波的波長的比值（即電長度）大于或接

20、近于1 1。反之，。反之，稱為短線。稱為短線。 長線為分布參數(shù)電路；短線為集總參數(shù)電路。長線為分布參數(shù)電路；短線為集總參數(shù)電路。在低頻電路中，電阻、電容、電感和電導都是以集在低頻電路中，電阻、電容、電感和電導都是以集總參數(shù)的形式出現(xiàn)的，連接元件的導線都是理想的短路總參數(shù)的形式出現(xiàn)的，連接元件的導線都是理想的短路線，可任意延伸或壓縮。線，可任意延伸或壓縮。在低頻短路中，常常忽略元件連接線的分布參數(shù)效在低頻短路中，常常忽略元件連接線的分布參數(shù)效應(yīng)，認為電場能量全部集中在電容器中，而磁場能量全應(yīng)，認為電場能量全部集中在電容器中，而磁場能量全部集中在電感器中，電阻元件是消耗電磁能量的。部集中在電感器中

21、，電阻元件是消耗電磁能量的。由這由這些集總參數(shù)元件組成的電路稱為集總參數(shù)電路。些集總參數(shù)元件組成的電路稱為集總參數(shù)電路。隨著頻率的提高，電路元件的輻射損耗、導體損耗隨著頻率的提高，電路元件的輻射損耗、導體損耗和介質(zhì)損耗增加，電路元件的參數(shù)也隨之變化。和介質(zhì)損耗增加，電路元件的參數(shù)也隨之變化。當頻率提高到其波長和電路的幾何尺寸可相比擬時，當頻率提高到其波長和電路的幾何尺寸可相比擬時，電場能量和磁場能量的分布空間很難分開，而且連接元電場能量和磁場能量的分布空間很難分開，而且連接元件的導線的分布參數(shù)不可忽略，這種電路稱為件的導線的分布參數(shù)不可忽略，這種電路稱為分布參數(shù)分布參數(shù)電路。電路。5 5、 (

22、6(6分分) )什么是無耗傳輸線什么是無耗傳輸線 /2 /2重復性重復性 /4 /4變換性？變換性？從終端起每隔從終端起每隔/4/4阻抗性質(zhì)就變換一次；每隔阻抗性質(zhì)就變換一次；每隔/2/2阻抗阻抗性質(zhì)就相同。性質(zhì)就相同。對于均勻無耗傳輸線，傳輸線上任意點的反射系數(shù)大小相等，永遠等于終端反射系數(shù)，其相位按周期變化，其周期為/2，即反射系數(shù)也具有，即反射系數(shù)也具有/2重復性。重復性。無耗傳輸線上任意相距/2處的阻抗相同，稱為處的阻抗相同，稱為/2重復重復性。性。無耗傳輸線上距離為/4的任意兩點處阻抗的乘積均等的任意兩點處阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方，這種特性稱為于傳輸線特性阻抗的平方，這種

23、特性稱為/4阻抗阻抗變換性。變換性。對于無耗傳輸線，無論是處于那種工作狀態(tài)，其傳輸特性均有/2重復性和重復性和/4變換性。變換性。在無耗傳輸線上，各點的電壓(或電流)波腹和波節(jié)均有/2重復性和重復性和/4變換性。變換性。6 6、(4(4分分) )什么是導波系統(tǒng)的縱向場法？什么是導波系統(tǒng)的縱向場法？導波系統(tǒng)中電磁場的矢量波動方程可分解導波系統(tǒng)中電磁場的矢量波動方程可分解6 6個直個直角坐標分量的標量波動方程，根據(jù)麥克斯韋方程組，角坐標分量的標量波動方程，根據(jù)麥克斯韋方程組，求出各橫向分量與兩個縱向分量（求出各橫向分量與兩個縱向分量（EzEz、HzHz）的關(guān)系。）的關(guān)系。因而無需由導波系統(tǒng)的邊界條

24、件解出因而無需由導波系統(tǒng)的邊界條件解出6 6個波動方程，個波動方程，僅需求解縱向分量滿足的標量波動方程，然后利用橫僅需求解縱向分量滿足的標量波動方程，然后利用橫向分量的縱向分量表示式便可得出全部分量。這種解向分量的縱向分量表示式便可得出全部分量。這種解法稱為縱向場法。法稱為縱向場法。7 7、(6(6分分) ) 什么是相速？什么是群速？寫出它們的定義式。什么是相速？什么是群速？寫出它們的定義式。 傳輸線上電壓、電流入射波（或反射波）的等相位面沿傳播方向傳播的速度，稱為相速。22/1/kkcvcrrp 或者，電磁波的等相位面移動速度稱為相速。群速表征了波能量的傳播速度群速表征了波能量的傳播速度12

25、21/dckkgcdddr r 8 8、(6(6分分) )矩行波導中的矩行波導中的 有什么區(qū)別和有什么區(qū)別和聯(lián)系？它們與哪些因素有關(guān)？聯(lián)系？它們與哪些因素有關(guān)？、g、c導行波的波形是指能夠單獨在導波系統(tǒng)中存在的電導行波的波形是指能夠單獨在導波系統(tǒng)中存在的電磁場結(jié)構(gòu)形式，也叫做傳輸模式。磁場結(jié)構(gòu)形式，也叫做傳輸模式。 、 g 、 c為工作波長，即為電磁波在自由空間中的波長。、 g 、 c為波導波長，即導行波的波長稱為波導波長導行波的波長稱為波導波長221221/gkkkc k 2 、 g 、 c為截止波長，為某傳輸模式所能夠容許的最小波長值。212c當工作波長當工作波長 小于某個模的截止波長小于某個模的截止波長 c c時時, , 2 20, 0, 此?？稍诓▽е袀鬏敶四？稍诓▽е袀鬏? ,當工作波長當工作波長 大于某個模的截止波長大