微波技術(shù)期末考試試卷

微波技術(shù)期末考試試卷〔A〕標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)一、簡答題〔3〕1答：長線是傳輸線幾何長度l與工作波長λ可以相比較的傳輸線1.5分〔傳輸中的相位變化效應(yīng)l與工作波長λ〔1.5分〔界限可以認(rèn)為是l/0.05。2電流的大小與相位與空間位置無關(guān)〔1.5分。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)〔1.5。3答：支持色散模式傳輸?shù)膫鬏斁€〔0.5分〕色散模式是傳輸速度〔相速與群速〕同而不同的模式0.5分。支持非色散模式傳輸?shù)膫鬏斁€0.5分，非色散模式是傳輸速度〔相速與群速〕不隨頻率而轉(zhuǎn)變的模式〔0.5〕色散模式傳輸線：波導(dǎo)〔0.5分〕非色散模式傳輸線：同軸，平行雙導(dǎo)體，微帶〔0.5分〕4答：均勻無耗長線有三種工作狀態(tài)，分別是駐波、行波與行駐波〔1.5分〕駐波：傳輸線終端開路、短路或接純電抗〔0.5分〕行波：半無限長傳輸線或終端接負(fù)載等于長線特性阻抗〔0.5分行駐波：傳輸線終端接除上述負(fù)載外的任意負(fù)載阻抗〔0.5分〕5、什么是波導(dǎo)中的模式簡并？矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)中的簡并有什么異同？答：不同模式具有一樣的特性〔傳輸〕參量叫做模式簡并〔1〕矩形波導(dǎo)中，TE與TM〔m、n〕〔1〕mn mn10圓波導(dǎo)的簡并有兩種，一種是極化簡并。其二是模式簡并1分〕106〔寬邊尺寸為a件是什么？

，窄邊尺寸為b

〕中，要求只傳輸

H 波型，其條答：由于H10

的截止波長c

2a，而H20

的截止波長為aH01

的截止波長為2b，假設(shè)保證H 單模傳輸，因此傳輸條件max(a,2b2a〔3。10答對2a〔1〕a2a〔2〕或2b2a〔2〕a2a或2b2a〔2.5〕7S參量的物理意義？答：S11,121S22：212S12：2121S21：12121120.51120.580ej

ej002210.59答：某端口匹配是指該端口無反射，出波為零1.5分該端口的反射，該端口入波為零〔1.5。10、什么叫截止波長？為什么只有波長小于截止波長的波才能夠在波導(dǎo)中傳播？2 k2k22〔1〕c k cc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1分，當(dāng)時(shí)，c為迅衰場，非行波〔1?！?5〕一空氣介質(zhì)無耗傳輸線上傳輸頻率為3GHzZ 75，終端接有Z0

150的負(fù)載。求：⑴線上駐波比；⑵沿線電壓反射系數(shù)(z；⑶距離終端l12.5cm處的輸入阻抗Zin

(l)和電壓反射系數(shù)(l)121212Z Z

15075 1 32

ZLZ0L

15075 31

2113⑵(z)

ej2z2

ej2z 〔3〕3⑶輸入阻抗Z

(l)Z

Z jZ tanlL 0

c

10cmin

Z jZ0

tanl f5

752l12.5cm4

， Z in4

0 ZL

37.515025 1 j225 1 12( )

j2z

4 ej5 4 3 2 3 3解法二：⑴Z ZLL Z0

1502R2X0的交點(diǎn)即為Z75

A。L〔2.5〕以O(shè)OA圓,其與正實(shí)軸的交點(diǎn)R(max)21 21 1 1⑵Γ

1

21

，沿線電壓反射系數(shù)即為(z)ej2z3

ej2z3⑶c

10cm〔1〕l12.5cm

5 〔1〕f 4A圓順時(shí)針轉(zhuǎn)lB

1.25BZB

，可以得到輸入阻抗Z (l)Zin

Z 〔3〕B連接圓心OB(z)ej〔2分〕11l0B0.250.5BA〔此題15分〕一空氣填充的矩形波導(dǎo)〔a22.86mm，b10.1mm，信號的工作10GHz。求:⑴波導(dǎo)中主模的波導(dǎo)波長g

，相速vp

和能速v；g15GHz，除了主模，還能傳輸什么模？f10GHz，空氣填充，因此c

31011

mm=30mm 〔1〕f 1010930mm2a222.8645.72mm傳輸參數(shù)：1122ag

39.5mm 〔2分〕v v112a2

3.975108m/s〔2〕1122ag

2.264108m/s〔2〕〔2〕

c 31011 mm=20mm

〔1主模H

截止波長

2a45.72mm Hf 15109

10 c 20截止波長為c

a22.86mm〔2〕H30

截止波長為c

2/3a15.24mm H 截止01波長為c

2b20.32mm〔2〕因此可以確定除了主模H10

外，還能傳輸H20

模和H01

?！?〕1

0 1 0 j1 0 j 02四〔此題15分〕有一個(gè)無耗互易的四端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣[S] 。21P〔其輸入歸一化電壓波為a

0 j 0 1 j 0 1 1，而其余端口均接匹配負(fù)載時(shí)：112，3，42，3，4123，4〔即輸出歸一化電壓波，3 b b〕是什么？波，3 12 P2 P 12端口的輸出功率： 1 2 j 2 P

〔1分〕3端口的輸出功率：0 〔1分〕4端口的輸2 P 12出功率： 1 2

〔1〕〔2〕21S21的相角0o〔1〕SS〔1〕41412〔1〕(3)22b 1a j a221 2 4

b 2〔1〕

a j a221 322

b3〔1〕

j a 1a222 422

〔1〕22b j a 1a224 1 3a

〔1〕j2 b a22b22

a 〔1〕3

〔1〕

a 4

4 1〔1分〕 〔1bja分〕3 2 1

〔1〕〔15分〕⑴對某一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)的第i端口，其歸一化入射電壓波為ai

，歸一化反射電壓波為bi

，寫出此端口的入射〔輸入〕功率和反射〔輸出〕功率的表達(dá)式。⑵證明當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)無耗時(shí)，其散射矩陣[S]滿足么正性，即[S][S]1。解：(1)

P

a212i12

(2

P b212i i12a b(2)

1 1b*n22由a a , bb*n22

b

b* b* 1 2 nna bnn

a

T

a* a*a*n121對任一端口，如對i口 a*n121入波功率(P)i

P

1V

2

2 a*a+ i 2 i

i 2 i i出波功率(P)i

P

b2

1b*b12- i i12

2 i inaaa1n 2

1n 1

1

P a

a*a

a*a*

a*2

a a 〔2〕 2 ii11

i ii1

21 2

n 2 P bb 2依據(jù)網(wǎng)絡(luò)無耗的條件：P=P+-

a 〔2〕]=([n〔2]=([n],有[即有：],有[

aabb

(*)〔1〕又依據(jù)定義[]=[][b Sa又依據(jù)定義[]=[][

b+ Sa+

a+S+

〔2〕[代入(*)得:[

a+a

a+S+Sa

移項(xiàng) a+

S+S a]]][])=[][][]=[][][][]〔1〕[][])=[][][]=[][][][]〔1〕[]([1]-[][])[]=0上式對任意入波[]都應(yīng)成立，故必有[1]-[][]=0]=[1]〔此題10分利用導(dǎo)納圓圖和文字說明對一個(gè)容性負(fù)載用容性短路并聯(lián)單枝節(jié)進(jìn)展匹配的步驟。解 ：1N dG1C00.5

A 0.25QDl〔1〕由于負(fù)載Y為容性，因此選取導(dǎo)納圓LA，以O(shè)AG1的圓相交于兩點(diǎn)C，DY 1jX，YC

1jX 〔X0〕由于用容性短路并聯(lián)單枝節(jié)進(jìn)展匹配，因此Y2

jX〔X0，于是選擇D點(diǎn)〔2分〕YY1

1jX由A點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)至D點(diǎn)，所轉(zhuǎn)的波長數(shù)為d，則dd 〔3分〕由Y2

jXN逆時(shí)針轉(zhuǎn)至導(dǎo)納圓圖的短路點(diǎn)Qlll〔2分〕微波通常是指波長在1～0.001300MHz～300GHzHz按我國標(biāo)準(zhǔn)，家用微波爐所用微波頻率為24502.4GHz900TEMTEM波，這種模式的主要特點(diǎn)是HzEz局部。微波系統(tǒng)的負(fù)載發(fā)生全反射時(shí)，負(fù)載的反射系數(shù)為1，從信號源輸入的有效功率全部從RL＝0dB。傳輸線上假設(shè)導(dǎo)波波長為λg，則傳輸線上相隔 λg/4 的點(diǎn)，其阻抗呈倒數(shù)，相隔λg/2 的點(diǎn)，其阻抗相等。N[SS的物理意義為：iii iiiS的物理意義為：jij時(shí)，從j口到i任何均勻傳輸系統(tǒng)傳播的電磁波可分為三種，其中波導(dǎo)不能傳輸?shù)牟ㄐ蜑門EM圓柱形波導(dǎo)中還有一種與矩形波導(dǎo)中不同形式的模式簡并現(xiàn)象，稱為 極化簡并。寫出兩種常見的微波雙口網(wǎng)絡(luò)： 放大器、濾波器兩種常見的微波單口網(wǎng)絡(luò)：負(fù)載、 信號源。從物理概念上分模式鼓勵(lì)可分為 電場鼓勵(lì)和 磁場鼓勵(lì)常見的模式鼓勵(lì)裝置有探針鼓勵(lì)裝置、耦合環(huán)鼓勵(lì)裝置、孔/縫鼓勵(lì)裝置和直接耦合裝置。同軸線的內(nèi)導(dǎo)體半徑為，外導(dǎo)體的內(nèi)半徑為，內(nèi)外導(dǎo)體之間填充有介質(zhì)〔，μ，則同軸線上單位長度的電容為C

2單位長度的電感為Lln(b/a)

2ln(b/a)同ln(bln(b/a) 2

假設(shè)該同軸線擬用于寬帶微弱微波信號的傳送，ba3.59假設(shè)該同軸線擬用于窄帶大功率微波信號的傳送，ba1.65；實(shí)際工程中為兼顧這兩種狀況，通常的同軸線特性阻抗為50歐。同軸線單位長度的電容、電感與同軸線的參數(shù).cab圓柱形諧振腔中，壁電流只有沿φ方向的電流的諧振模式是TE ，其Q值較其他模011 0式高。12=1，從信號源來的有效功率全部從負(fù)載反射回來，此時(shí)回波損耗RL=0dB阻抗匹配的方式主要有：123信號源共軛匹配。圓柱形波導(dǎo)中還有一種與矩形波導(dǎo)中不同形式的簡并現(xiàn)象，稱為極化簡并。b=(0.10.2)a終端短路的傳輸線的駐波系數(shù)是，負(fù)載處的反射系數(shù)是-1。終端開路的傳輸線的駐波系數(shù)是1b=(0.10.2)a扁波導(dǎo)寬邊a和窄邊b的關(guān)系為 標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)寬邊a和窄邊b的關(guān)系0.4BA短路點(diǎn)OFCKDE為b=0.5a0.4BA短路點(diǎn)OFCKDETMEz0Hz=0TEHz0Ez=0為橫電波在矩形波導(dǎo)中TE10模的非零場重量有Ey Hx 。Smith園圖中阻抗一般式為Z＝R＋jX，傳輸線特性阻抗為ZC，在以下圖的阻抗園圖中，各點(diǎn)斷正確的選項(xiàng)是R<ZC，X＝0AR=Zc，X=0F50RL20j5020形成純駐波，純行波，行駐波。假設(shè)RL305030j駐波。純行波，純駐波，假設(shè)RL10j5030純行波，行駐波。0.50.50.2將鼓勵(lì)探針垂直插入矩形波導(dǎo)寬邊中心的緣由主要是由于TE模在該處的〔A〕電場最10強(qiáng)X波段雷達(dá)的工作波段為〔C〕厘米波P波段雷達(dá)的工作波段為：米波阻抗圓圖上旋轉(zhuǎn)一周，相應(yīng)于傳輸線的長度變化了λ/2ZRZR0 L 0 L需在Z與R之間接入一段λ/4的阻抗匹配變換器，則該阻抗匹配變換器的特性阻抗0 LZRZR0 LCZZ。則該sc oc傳輸線的特性阻抗為Z Zsc occ當(dāng)傳輸線無損耗時(shí)，由電報(bào)方程的解可知，此時(shí)傳輸線上電壓、電流呈現(xiàn)正向和反向的等幅行波。此時(shí)，傳輸線的特征阻抗Zc矩形波導(dǎo)寬邊為a，窄邊為b，其主模是：TE10模式z關(guān)于微波的特點(diǎn)，下面哪個(gè)描述正確？能穿過電離層，實(shí)現(xiàn)外層空間與地球的通信13.測得傳輸線上某處的輸入阻抗為R+jX，則與該處相距λ/2R+jX微波特點(diǎn)：能穿過電離層，實(shí)現(xiàn)外層空間與地球的通信。對于aXb(a>b)的矩形波導(dǎo)中，傳輸?shù)闹髂門E10園波導(dǎo)中的最低波形是TE11

方向的電流的諧振模式TE011微波諧振器的固有品質(zhì)系數(shù)為Q0,有載品質(zhì)系數(shù)為QL，外界品質(zhì)因數(shù)為Qe，則他們的關(guān)系是QL=Q0Qe/(Q0+Qe)13dB法測Q值的原理圖并據(jù)此寫出Q〔4〕L LPP/ILP02Q LfQ Lf0f23dBff1f0f2fL2、繪出矩形波導(dǎo)內(nèi)TE10模場構(gòu)造圖，要求示出電力線、磁力線的分布狀況〔4〕XXXa0ZEH0bY1.為什么TEM〕TEMBH形成閉合回路〔1分?？墒?，廣義安培環(huán)路定律要求磁場在橫向平面內(nèi)沿閉合回路的線積分等于通過回路的縱向傳導(dǎo)電流與位移電流之總和〔1分?？招牟▽?dǎo)內(nèi)沒有導(dǎo)體，就不行能有縱向傳導(dǎo)電流〔1TEM波的定義，它不具有EZ〔1。2.為什么一般矩形波導(dǎo)測量線的縱向槽開在波導(dǎo)寬壁的中線上？〔4〕答：由于一般矩形波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ荰E模。而TE模在波導(dǎo)壁面上的電流分布是在波10 10布，也不會引起電磁波由開槽處向波導(dǎo)外輻射電磁波能量。1λ=3cmTE模式，試確定a，b10的尺寸?！?〕(TE

)

(TE )

(TE

)

2a2解：c 202b0〔1〕

0 c 10 和 c 01

0〔1分〕有：0 0 和考慮損耗及重量、體積等因素，?。篴=0.λ，b=(0.4~0.5)a或者0.～0.〕