微波技術基礎試題三

得分得分一．簡答：〔50分〕什么是色散波和非色散波？〔5分〕答：有的波型如TE波和TM波，當波導的形狀、尺寸和所填充的介質給定時，對于傳輸某一波形的電磁波而言，其相速和群速都隨頻率而變化的，把具有這種特性的波型稱為色散波。而TEM波的相速和群速與頻率無關，把具有這種特性的波型稱為非色散波。矩形波導、圓波導和同軸線分別傳輸的是什么類型的波？〔5分〕答：〔1〕矩形波導為單導體的金屬管，根據邊界條件波導中不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波?！?〕圓波導是橫截面為圓形的空心金屬管，其電磁波傳輸特性類似于矩形波導不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波?！?〕同軸線是一種雙導體傳輸線。它既可傳輸TEM波，也可傳輸TE波和TM波。什么是TE波、TM波和TEM波？〔5分〕答：根據導波系統(tǒng)中電磁波按縱向場分量的有無，可分為三種波型：〔1〕橫磁波〔TM波〕，又稱電波〔E波〕:，；〔2〕橫電波〔TE波〕，又稱磁波〔H波〕：，；〔3〕橫電磁波〔TEM〕：，。導波系統(tǒng)中的相速和相波長的含義是什么？〔5分〕答：相速是指導波系統(tǒng)中傳輸電磁波的等相位面沿軸向移動的速度。相波長是指等相位面在一個周期T內移動的距離。為什么多節(jié)階梯阻抗變換器比單節(jié)阻抗變換器的工作頻帶要寬？〔5分〕答：以兩節(jié)階梯阻抗變換器為例，設每節(jié)阻抗變換器長度為θ，三個階梯突變的電壓反射系數分別為那么點反射系數為，式中說明，當采用單節(jié)變換器時只有兩個階梯突變面，反射系數的表達式中只有前兩項，假設取，在中心頻率處這兩項的和為零，即兩突變面處的反射波在輸入端相互抵消，從而獲得匹配；但偏離中心頻率時，因，那么兩個反射波不能完全抵消。然而在多節(jié)階梯的情況下，由于多節(jié)突變面數目增多，參與抵消作用的反射波數量也增多，在允許的最大反射系數容量相同的條件下，使工作頻帶增寬。請簡述雙分支匹配器實現阻抗匹配的原理。〔7分〕答：BAB’A’如圖設：AA’,BB’兩個參考面分別跨接兩個短截線，歸一化電納為jB1,jB2AA’,BB’兩參考面處的等效導納，在考慮分支線之前和之后分別為,,,從負載端說起，首先根據負載導納在導納圓圖上找到表示歸一化負載導納的點，以此點到坐標原點的距離為半徑，以坐標原點為圓心畫等反射系數圓，沿此圓周將該點順時針旋轉〔4〕rad，得到表示截面AA’處未考慮支線A的作用時的歸一化輸入導納的點。然后，調節(jié)短截線A，使該點沿著等g圓〔即中的g圓〕移動，直到與輔助圓相交于一點，此點表示截面處總的歸一化輸入導納；以此點到坐標原點的距離為半徑，以坐標原點為圓心畫等反射系數圓，沿圓周順時針將此點旋轉〔〕rad，落在g=1的圓上的一點，此點表示截面處未考慮支線B的作用時的歸一化輸入導納。調節(jié)短截線B的長度使它所產生的電納與中的電納相抵消，使截面BB’處總的歸一化輸入導納=1，使傳輸線得到匹配。假設想探測矩形波導內的駐波分布情況，應在什么位置開槽？為什么？〔5分〕答：在波導寬壁的中心線上開一縱向窄槽，由于窄槽不切割電流線，因此它不影響波導內導行波的傳輸特性。通過此槽在波導中插入一小探針，外接晶體檢波器和電流表，可測的波導內駐波的分布情況。描述微波網絡常用哪幾種網絡參量？〔4分〕答：微波網絡特性的參量可以分為兩大類：一類是反映網絡參考面上電壓與電流之間關系的參量，有阻抗參量Z、導納參量Y、轉移參量A；另一類是反映網絡參考面上入射波電壓與反射波電壓之間關系的參量，有散射參量S和傳輸參量T。二端口微波網絡的外特性參量主要有哪些？〔4分〕答：對于二端口網絡來說，常用的外特性參量有：電壓傳輸系數T、插入衰減A、插入相移θ以及輸入駐波比ρ。10、微波諧振器與低頻LC諧振回路有什么區(qū)別？〔5分〕答：LC諧振回路是集中參數回路，電場能量集中在電容器中，磁場能量集中在電感器中，而微波諧振器是分布參數回路，電場能量和磁場能量是空間分布的；LC諧振器回路只有一個諧振頻率，而微波諧振器一般有無限多個諧振頻率；LC集中參數回路的品質因素Q低于微波諧振器的品質因素Q。得分得分二．試以均勻無耗傳輸線輸入端的電壓和電流以及傳輸線的相移常數和特性阻抗表示傳輸線上任一點的電壓U〔Z〕和電流分布I〔Z〕?！?分〕解：根據均勻傳輸線的波動方程組：-U(z)=0-=0求的其通解為：U(z)=+I(z)=(-)其中為特性阻抗，γ=α+jβ為傳輸線上的傳輸常數。 傳輸線均勻無耗的∴α=0將題設條件帶入通解方程可的沿線電壓電流表達式如下：U(z)=-I(z)=-+或U(z)=I(z)=得分得分三．有一無耗傳輸線的特性阻抗為75Ω，終端接負載阻抗〔100－j50〕Ω，求：傳輸線上的反射系數〔Z〕；〔8分〕距負載第一個電壓波節(jié)點和電壓波腹點的距離lmin和lmax?！?0分〕解：75〔100-j50〕〔1〕=1∴終端反射系數的模││=終端反射系數的相角=終端反射系數為：那么在傳輸線上的反射系數〔Z〕=根據歸一化負載阻抗值：1可在阻抗圓圖上找到和兩個圓的交點。該點所對應的導納為其對應的波長數為：0.066那么有：距負載第一個電壓波節(jié)點的距離Z(波節(jié))=距負載第一個電壓波腹點的距離Z(波腹)=得分得分GHZGHZ，需在矩形波導中實現單模傳輸，試求：矩形波導的尺寸；〔8分〕λ=5cm的波在此波導中傳輸時的相位常數、波導波長λg和相速；〔8分〕假設f=10GHz，此波導中可能存在的波型?！?分〕解：(1)設矩形波導的截止頻率，矩形波導的截止波長根據題意有：那么有：在矩形波導中單模傳輸即為主模?！鄊=1；n=0。而=2a=7.8cm解的那么有b=所以矩形波導寬壁為3.9cm窄壁為(2)根據波導波長與截止波長的關系式：=解的又據相速與截止波長的關系式：=解的=3.5此時相移常數為：〔3〕=10G∴=3而〔TE10〕,(TE20)=a