微波技術(shù)與天線A卷答案

1、微波技術(shù)與天線試卷第1頁（共4頁）微波技術(shù)與天線試卷（A卷）總分題號(hào)-一一-二二三四五六七八九十核分人得分考試方式：開卷本試卷考試分?jǐn)?shù)占學(xué)生總評(píng)成績(jī)的%復(fù)查總分總復(fù)查人光波波長(zhǎng)入g同描述電磁波傳播一樣，光纖傳播因子為ej（rat-pz），其中是傳導(dǎo)模的工作角頻率，卩為光纖的相移常數(shù)。對(duì)于傳導(dǎo)模，應(yīng)滿足nk|p|nk，式中k=2兀/九，對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)為九二2兀/卩。2II1g相對(duì)折射率差A(yù)n一n光纖芯與包層相對(duì)折射率差A(yù)定義為A二T2,它反映了包層與光纖芯折射率的接近程度。n當(dāng)A1時(shí)，稱此光纖為弱傳導(dǎo)光纖，此時(shí)Pn2k,1光纖近似工作在線極化狀態(tài)。折射率分布因子g光纖的折射率分布因子g是描述光纖

2、折射率分布的參數(shù)。一般情況下，光纖折射率隨徑向變化如下式所示:B（本題20分，每空2分）一、填空題1）微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，其頻率范圍為300MHZ3000MHZ。（2）微波傳輸線大致可以分為三種類型：雙導(dǎo)體傳輸線、金屬波導(dǎo)管和介質(zhì)傳輸線。（3）阻抗圓圖的正實(shí)半軸為電壓波腹點(diǎn)的軌跡，負(fù)實(shí)半軸為電壓波節(jié)點(diǎn)的軌跡。（4）對(duì)于無耗傳輸線，負(fù)載阻抗不同則波的反射也不同，從而導(dǎo)致傳輸線的工作狀態(tài)不同，通常其工作狀態(tài)可以分為。（5）在無線通信系統(tǒng)中，天線的主要功能是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波能量和無線電波的轉(zhuǎn)換。（6）由于天線和饋線系統(tǒng)的聯(lián)系十分緊密，有時(shí)把天線和饋線系統(tǒng)看成是一個(gè)部件，統(tǒng)稱為天饋系

3、統(tǒng)。（7）對(duì)于各種天線而言，在離天線相同距離不同方向上，天線輻射場(chǎng)的相對(duì)值與空間方向的關(guān)系稱為天線的方向性。（8）天線的基本功能是能量轉(zhuǎn)換和定向輻射，天線的電參數(shù)就是能定量表征其能量轉(zhuǎn)換和定向輻射能力的量。（本題20分，每小題5分）二、簡(jiǎn)答題1.描述光纖傳輸特性的主要參數(shù)有哪些，它們分別會(huì)影響什么？描述光纖傳輸特性的主要參數(shù)有光波波長(zhǎng)、光纖芯與包層的相對(duì)折射率差、折射率分布因子以及n(r)=n1-2A(-)g,1a式中，a為光纖芯半徑。對(duì)階躍型光纖而言n-加對(duì)于漸變型光纖g為某一常數(shù)。數(shù)值孔徑NA光纖的數(shù)值孔徑NA是描述光纖收集光能力的一個(gè)參數(shù)。從幾何光學(xué)的關(guān)系看，并不是所有的入射到光纖端面上

4、的光都能進(jìn)入光纖內(nèi)部進(jìn)行傳播，都能從光纖入射端進(jìn)去從出射端出來，而只有角度小于某一個(gè)角度0的光線，才能在光纖內(nèi)部傳播。將這一角度的正弦值定義為光纖數(shù)值孔徑，即NA=sinO。光纖的數(shù)值孔徑NA還可以用相對(duì)折射率差A(yù)來描述：NA=n1（2A）1/2，該式說明為了取得較大的數(shù)值孔徑，相對(duì)折射率差A(yù)應(yīng)取大一些。2.什么是衰洛？簡(jiǎn)述引起衰洛的原因。所謂衰落，一般是指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。根據(jù)引起衰落的原因分類，大致可分為吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落主要是由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變化，使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的變化而引起的。如大氣中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、霧、雨、雪等都對(duì)電波有吸收

5、作用。由于氣象的隨機(jī)性，這種吸收的強(qiáng)弱也有起伏，形成信號(hào)的衰落。由這種原因引起的信號(hào)電平的變化較慢，所以稱為慢衰落。干涉型衰落主要是由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的。在某些傳輸方式中，由于收、發(fā)兩點(diǎn)間存在若干條傳播路徑，典型的如天波傳播、不均勻媒質(zhì)傳播等，在這些傳播方式中，傳輸媒質(zhì)具有隨機(jī)性，因此使到達(dá)接收點(diǎn)的各路徑的時(shí)延隨機(jī)變化，致使合成信號(hào)幅度和相位都發(fā)生隨機(jī)起伏。這種起伏的周期很短，信號(hào)電平變化很快，故稱為快衰落。微波技術(shù)與天線試卷第 頁（共4頁）:號(hào)學(xué)本題60分）三、計(jì)算題r=i0iZ+Z10=0.51Z74.33什么是邊射式天線陣？什么是端射式天線陣？試從物理概念上解釋之。最大輻射方向在垂直

6、于陣軸方向的天線陣稱為邊射式直線陣。原理分析：這是由于在垂直于天線陣軸（即申=兀2）方向，兩個(gè)振子的電場(chǎng)正好同相相加，而在申=0和Q二兀方向上，由天線元的間距所引入的波程差為2，相應(yīng)的相位差為180，致使兩個(gè)振子的電場(chǎng)相互抵消，因而在申=0和Q二兀方向上輻射場(chǎng)為零。最大輻射方向在陣軸線方向的天線陣稱為端射式直線陣。原理分析：與前者不同的是，其最大輻射方向和零輻射方向正好互相交換。這是因?yàn)樵诖怪庇谔炀€陣軸（即申二兀）2）方向，兩個(gè)振子的電流反相，且不存在波程差，故它們的電場(chǎng)反相抵消，而在申=0和9二兀方向上，由天線元的間距所引入的波程差所產(chǎn)生的相位差正好被電流相位差所補(bǔ)償，因而在9=0和9二兀方

7、向上兩個(gè)振子的電場(chǎng)就同相相加了。1在一均勻無耗傳輸線上傳輸頻率為3GHz的信號(hào)，已知其特性阻抗為Z=1000，終端接0Z=75+j1000的負(fù)載，試求：（1）傳輸線上的駐波系數(shù)；（2）離終端10cm處的反射系數(shù)；（3）1離終端2.5cm處的輸入阻抗。（10分）（1）終端反射系數(shù)為75+j100-100=-1+j4=9+j3275+j100+100=7+j465故駐波系數(shù)為名姓級(jí)班業(yè)專4什么是視距傳播和天波傳播，并分別簡(jiǎn)述二者的特點(diǎn)。視距傳播視距傳播是指在發(fā)射天線和接收天線間能相互“看見”的距離內(nèi)，電波直接從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)（有時(shí)包括有地面反射波）的一種傳播方式。又稱為直接波或空間波傳播。超短波和

8、微波波段的無線電波，由于頻率很高，電波沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減很大，遇到障礙時(shí)繞射能力又很弱，因此不能利用地波傳播方式。而高空電離層又不能將其反射回地面，因而又不能利用天波傳播方式。通常是利用視距傳播方式。無論是地面上的或地對(duì)空的視距傳播，其傳播途徑至少有一部分是在對(duì)流層中，因此必然要受到對(duì)流層這一傳輸媒質(zhì)的影響。此外，當(dāng)電波在低空大氣層中傳播時(shí)，還可能受到地表面自然的或人為的障礙物的影響，將會(huì)引起電波的反射、散射或繞射現(xiàn)象。天波傳輸天波傳播通常是指由高空電離層反射的一種傳播方式。長(zhǎng)波、中波和短波都可以利用天波通信。天波傳播的主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸損耗小，因而可以利用較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。但由于電離層是一

9、種隨機(jī)的、色散及各向異性的媒質(zhì)，電波在其中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種效應(yīng)，如多徑傳輸、衰落、極化面旋轉(zhuǎn)等，有時(shí)還會(huì)因電離層暴變等異常情況造成短波通信中斷。（2）已知信號(hào)頻率為3GHz,則其波長(zhǎng)為1+r11-r1=3.08cX=0.1m=10cm因此，離終端10cm處恰好等于離終端一個(gè)波長(zhǎng)，根據(jù)九/2的重復(fù)性，有r(10cm)=r1=0.51Z74.3。（3）由于2.5cm=X/4，根據(jù)傳輸線的九/4的變換性，即Z(-)-Z=Z2in410所以，有100X10075+j100=48-j6402若矩形波導(dǎo)截面尺寸a=2b=8cm，試問當(dāng)頻率為5GHz時(shí)，波導(dǎo)中將能傳輸哪些模式？若要只傳輸主模，工作頻率的應(yīng)當(dāng)

10、如何選擇？（10分）“C=6cm,由矩形波導(dǎo)中導(dǎo)行波截止波長(zhǎng)的表達(dá)式，即Z=Zin1而短路線的輸入阻抗為尢兀 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document Z+jZtan(P)Z+jZtan()7?10141012Z2 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document =Z=9101Z+jZtan(p)01Z+jZtan()Z0402Yin11Z=1-ZZ2in101Z=jZtan(pl)in20可得：九(TE)=16cmc10九(TE)二8cmc20九(TE)二8cmc01九(TE)=4cmc02Yin2ZjZtan(P

11、l)_一jYoCOt(Pl)in20再由Y+Y=Y，可得in1in20九(TE或TM)二7.16cmc1111再根據(jù)TE、TM波的傳輸條件：九九，可知波導(dǎo)中能夠傳輸?shù)牟ㄐ陀蠺E、TE、c1001TE、TE和TM。201111主模傳輸，需要8cmX16cm，所對(duì)應(yīng)的頻率范圍為1.875GHzf3.75GHz3.設(shè)特性阻抗Z二500的均勻無耗傳輸線，終端接有負(fù)載阻抗Z二100+j750為復(fù)阻抗01時(shí)，可用以下方法實(shí)現(xiàn)九/4阻抗變換器匹配：即在終端前接一段終端短路線，如下圖所示。試求這種情況下九/4阻抗變換器的特性阻抗Z及短路線長(zhǎng)度l。（15分）01九終端負(fù)載經(jīng)九/4阻抗變換器后的輸入導(dǎo)納可按如下方

12、法求得:Z-jYcot(pl)=YZ2001nl=0.148人Z=70.70014.定性的闡述矩形波導(dǎo)中主模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)分布規(guī)律。TE模場(chǎng)分量有E、H、H。10yxz10分）E、yE、yH、H與坐標(biāo)y無關(guān)，沿y軸均勻分布;xzH、H沿x軸的變化規(guī)律為xzxsin(上x)aHxsin(tx)xa兀Hxcos(x)Za所以，在x=0,x=a處，E=0,H=0，yxH達(dá)到最大值，z在x=處，E、H達(dá)到最大值，H=0；2yxzE、H、H沿z軸的變化規(guī)律為yxzExcos(t一Pz)yHxcos(t-Pz+兀)xHxcos(t-Pz+兀.2),-j0.20.97980.9798j0.2:號(hào)學(xué)i參考面T1處的反射系數(shù)r的模值和相位如下:5、設(shè)某系統(tǒng)如下圖，雙端口網(wǎng)絡(luò)為無耗互易對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，在終端參考面T處接匹配負(fù)2載，測(cè)得距參考面T距離l二0.125九處為電壓波節(jié)點(diǎn)，駐波系數(shù)為1.