微波復(fù)習(xí)題答案

微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)提綱（2010級）一、思考題1.什么是微波？微波有什么特點？答：微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，頻率范圍從300MHZ到3000GHZ，波長從0.1mm到1m；微波的特點：似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應(yīng)特性、散射特性、抗低頻干擾特性、視距傳播性、分布參數(shù)的不確定性、電磁兼容和電磁環(huán)境污染。2.試解釋一下長線的物理概念，說明以長線為基礎(chǔ)的傳輸線理論的主要物理現(xiàn)象有哪些？一般是采用哪些物理量來描述？答：長線是指傳輸線的幾何長度與工作波長相比擬的的傳輸線；以長線為基礎(chǔ)的物理現(xiàn)象：傳輸線的反射和衰落；主要描述的物理量有：輸入阻抗、反射系數(shù)、傳輸系數(shù)、和駐波系數(shù)。3.微波技術(shù)、天線與電波傳播三者研究的對象分別是什么？它們有何區(qū)別和聯(lián)系？答：微波技術(shù)、天線與電磁波傳播史無線電技術(shù)的一個重要組成部分，它們共同的基礎(chǔ)是電磁場理論，但三者研究的對象和目的有所不同。微波技術(shù)主要研究陰道電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中如何進行有效的傳輸，它希望電磁波按一定要求沿傳輸系統(tǒng)無輻射地傳輸；天線是將微波導(dǎo)行波變成向空間定向輻射的電磁波，或?qū)⒖臻g的電磁波變成微波設(shè)備中的導(dǎo)行波；電波傳播研究電波在空間的傳播方式和特點。4.試解釋傳輸線的工作特性參數(shù)（特性阻抗、傳播常數(shù)、相速和波長）答：傳輸線的工作特性參數(shù)主要有特征阻抗Z0，傳輸常數(shù)，相速及波長。1)特征阻抗即傳輸線上入射波電壓與入射波電流的比值或反射波電壓與反射波電流比值的負值，其表達式為,它僅由自身的分布參數(shù)決定而與負載及信號源無關(guān)；2）傳輸常數(shù)是描述傳輸線上導(dǎo)行波的衰減和相移的參數(shù)，其中，和分別稱為衰減常數(shù)和相移常數(shù)，其一般的表達式為;3)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，即；4）傳輸線上電磁波的波長與自由空間波長的關(guān)系。5.傳輸線狀態(tài)參量輸入阻抗、反射系數(shù)、駐波比是如何定義的，有何特點，并分析三者之間的關(guān)系答：輸入阻抗：傳輸線上任一點的阻抗Zin定義為該點的電壓和電流之比，與導(dǎo)波系統(tǒng)的狀態(tài)特性無關(guān)，反射系數(shù)：傳輸線上任意一點反射波電壓與入射波電壓的比值稱為傳輸線在該點的反射系數(shù)，對于無耗傳輸線，它的表達式為駐波比：傳輸線上波腹點電壓振幅與波節(jié)點電壓振幅的比值為電壓駐波比，也稱為駐波系數(shù)。反射系數(shù)與輸入阻抗的關(guān)系：當(dāng)傳輸線的特性阻抗一定時，輸入阻抗與反射系數(shù)一一對應(yīng)，因此，輸入阻抗可通過反射系數(shù)的測量來確定；當(dāng)之為負載匹配。時，=0，此時傳輸線上任一點的反射系數(shù)都等于0，稱駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系：，駐波比的取值范圍是；當(dāng)傳輸線上無反射時，駐波比為1，當(dāng)傳輸線全反射時，駐波比趨于無窮大。顯然，駐波比反映了傳輸線上駐波的程度，即駐波比越大，傳輸線的駐波就越嚴(yán)重。6.簡述傳輸線的行波狀態(tài)，駐波狀態(tài)和行駐波狀態(tài)。行波狀態(tài)：行波狀態(tài)就是無反射的傳輸狀態(tài)，此時反射系數(shù)T1=0，而負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即Z1=Z0;駐波狀態(tài)：駐波狀態(tài)就是全反射狀態(tài)，也即終端反射系數(shù)|T1|=1。|Z1-Z0/Z1+Z0|=|T1|=1行駐波狀態(tài)：當(dāng)微波傳輸線終端接任意復(fù)數(shù)阻抗負載時，由信號源入射的電磁波功率一部分被終端負載吸收，另一部分則被反射，因此傳輸線上既有行波也有純駐波，構(gòu)成混合波狀態(tài)，故稱之為行駐波狀態(tài)。7.分析無耗傳輸線呈純駐波狀態(tài)時終端可接那幾種負載，各自對應(yīng)的電壓波腹點分布答：終端負載為短路、開路或純阻抗三種情況之一。（1）終端負載短路時，z=(2n+1)λ/4(n=0,1,2,…)處為電壓波腹點。（2）終端負載開路時，z=nλ/2(n=0,1,2,…)處為電壓波腹點。（3）終端負載為純電感jXL時，jXC時，處為波腹點；終端負載為純電容-處為波腹點。8.阻抗匹配的意義，阻抗匹配有哪三者類型，并說明這三種匹配如何實現(xiàn)？答：阻抗匹配的意義：對一個由信號源‘傳輸線和負載構(gòu)成的系統(tǒng)，希望信號源在輸出最大功率時，負載全部吸收，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的傳輸，阻抗匹配有三種類型，分別是：負載阻抗匹配、源阻抗匹配和共軛阻抗匹配。負載阻抗匹配：負載阻抗等于傳輸線的特性阻抗稱之為負載阻抗匹配。此時，傳輸線上只有從信號源到負載方向傳輸?shù)娜肷洳?，而無從負載向信號源方向的反射波。源阻抗匹配：電源內(nèi)阻等于傳輸線的特性阻抗稱之為源阻抗匹配。源阻抗匹配常用的方法是在信號源之后加一個去耦衰減器或隔離器。共軛阻抗匹配：對于不匹配電源，當(dāng)負載阻抗折合到電源參考面上的輸入阻抗等于電源內(nèi)阻的共軛值時，稱之為共軛阻抗匹配。9.負載獲得最大輸出功率時，負載與源阻抗間關(guān)系：。10.史密斯圓圖是求解均勻傳輸線有關(guān)阻抗匹配和功率匹配問題的一類曲線坐標(biāo)圖，圖上有兩組坐標(biāo)線，即歸一化阻抗或?qū)Ъ{的實部和虛部的等值線簇與反射系數(shù)的幅和模角等值線簇，所有這些等值線都是圓或圓弧，故也稱阻抗圓圖或?qū)Ъ{圓圖。導(dǎo)納圓圖可以通過對阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)180°得到。阻抗圓圖的上半部分呈感性，下半部分呈容性。Smith圓圖與實軸左邊的交點為短路點，與橫軸右邊的交點為開路點。Smith圓圖實軸上的點代表純電阻點，左半軸上的點為電壓波節(jié)點，右半軸上的點為電壓波腹點。在傳輸線上負載向電源方向移動時，對應(yīng)在圓圖上應(yīng)順時針旋轉(zhuǎn)，反之在傳輸線上電源向負載方向移動時，對應(yīng)在圓圖上應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)。11.TEM、TE和TM波是如何定義的？什么是波導(dǎo)的截止性？分別說明矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線的主模是什么？答：1）TE波，TM波，TEM波是屬于電磁波的三種模式。TE波指電矢量與傳播方向垂直，或者說傳播方向上沒有電矢量。TM波是指磁矢量與傳播方向垂直。TEM波指電矢量于磁矢量都與傳播方向垂直；2）Kc是與波導(dǎo)橫截面尺寸