微波技術(shù)基礎(chǔ)試題三.doc

得分一簡答：（50分）1 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(dāng)波導(dǎo)的形狀、尺寸和所填充的介質(zhì)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(guān)，把具有這種特性的波型稱為非色散波。2 矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)和同軸線分別傳輸?shù)氖鞘裁搭愋偷牟?？?分）答：（1）矩形波導(dǎo)為單導(dǎo)體的金屬管，根據(jù)邊界條件波導(dǎo)中不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波。 （2）圓波導(dǎo)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(dǎo)不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波。 （3）同軸線是一種雙導(dǎo)體傳輸線。它既可傳輸TEM波，也可傳輸TE波和TM波。3 什么是TE波、TM波和TEM波？（5分）答：根據(jù)導(dǎo)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）：，。4 導(dǎo)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(dǎo)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(nèi)移動的距離。5 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(shè)每節(jié)阻抗變換器長度為，三個階梯突變的電壓反射系數(shù)分別為則點反射系數(shù)為，式中說明，當(dāng)采用單節(jié)變換器時只有兩個階梯突變面，反射系數(shù)的表達(dá)式中只有前兩項，若取，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，則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(shù)目增多，參與抵消作用的反射波數(shù)量也增多，在允許的最大反射系數(shù)容量相同的條件下，使工作頻帶增寬。6 請簡述雙分支匹配器實現(xiàn)阻抗匹配的原理。（7分）答： B A B A 如圖設(shè)：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(dǎo)納，在考慮分支線之前和之后分別為,從負(fù)載端說起，首先根據(jù)負(fù)載導(dǎo)納在導(dǎo)納圓圖上找到表示歸一化負(fù)載導(dǎo)納的點，以此點到坐標(biāo)原點的距離為半徑，以坐標(biāo)原點為圓心畫等反射系數(shù)圓，沿此圓周將該點順時針旋轉(zhuǎn)（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(dǎo)納的點。然后，調(diào)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(dǎo)納；以此點到坐標(biāo)原點的距離為半徑，以坐標(biāo)原點為圓心畫等反射系數(shù)圓，沿圓周順時針將此點旋轉(zhuǎn)（）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(dǎo)納。調(diào)節(jié)短截線B的長度使它所產(chǎn)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(dǎo)納=1，使傳輸線得到匹配。7 若想探測矩形波導(dǎo)內(nèi)的駐波分布情況，應(yīng)在什么位置開槽？為什么？（5分）答：在波導(dǎo)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(dǎo)內(nèi)導(dǎo)行波的傳輸特性。通過此槽在波導(dǎo)中插入一小探針，外接晶體檢波器和電流表，可測的波導(dǎo)內(nèi)駐波的分布情況。8 描述微波網(wǎng)絡(luò)常用哪幾種網(wǎng)絡(luò)參量？（4分）答：微波網(wǎng)絡(luò)特性的參量可以分為兩大類：一類是反映網(wǎng)絡(luò)參考面上電壓與電流之間關(guān)系的參量，有阻抗參量Z、導(dǎo)納參量Y、轉(zhuǎn)移參量A；另一類是反映網(wǎng)絡(luò)參考面上入射波電壓與反射波電壓之間關(guān)系的參量，有散射參量S和傳輸參量T。9 二端口微波網(wǎng)絡(luò)的外特性參量主要有哪些？（4分）答：對于二端口網(wǎng)絡(luò)來說，常用的外特性參量有：電壓傳輸系數(shù)T、插入衰減A、插入相移以及輸入駐波比。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(shù)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(shù)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(shù)回路的品質(zhì)因素Q低于微波諧振器的品質(zhì)因素Q。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(shù)b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）。（8分）解：根據(jù)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，=+j為傳輸線上的傳輸常數(shù)。傳輸線均勻無耗的 =0將題設(shè)條件帶入通解方程可的沿線電壓電流表達(dá)式如下：U(z)=-I(z)=-+ 或U(z)=I(z)=得分三有一無耗傳輸線的特性阻抗為75，終端接負(fù)載阻抗（100j50），求：（1） 傳輸線上的反射系數(shù)G（Z）；（8分）（2） 距負(fù)載第一個電壓波節(jié)點和電壓波腹點的距離lmin和lmax。（10分） 解：已知 75 （100-j50）（1）=1.33-j0.66 終端反射系數(shù)的模= 終端反射系數(shù)的相角= 終端反射系數(shù)為： 則在傳輸線上的反射系數(shù)G（Z）=（2） 根據(jù)歸一化負(fù)載阻抗值： 1.33-j0.66 可在阻抗圓圖上找到和兩個圓的交點。該點所對應(yīng)的導(dǎo)納為0.6+j0.3其對應(yīng)的波長數(shù)為：0.066則有：距負(fù)載第一個電壓波節(jié)點的距離Z(波節(jié))= 距負(fù)載第一個電壓波腹點的距離Z(波腹)= 得分四當(dāng)波的工作頻率接近矩形波導(dǎo)的截止頻率時將出現(xiàn)極大的衰減，故通常取工作頻率的下限等于截止頻率的1.25倍。設(shè)工作頻率范圍是4.8GHZ7.2GHZ，需在矩形波導(dǎo)中實現(xiàn)單模傳輸，試求：（1） 矩形波導(dǎo)的尺寸；（8分）（2） =5cm的波在此波導(dǎo)中傳輸時的相位常數(shù)b、波導(dǎo)波長g和相速；（8分）（3） 若f=10GHz，此波導(dǎo)中可能存在的波型。（8分）解：(1)設(shè)矩形波導(dǎo)的截止頻率，矩形波導(dǎo)的截止波長根據(jù)題意有： 則有： 在矩形波導(dǎo)中單模傳輸即為主模模 m=1；n=0。 而=2a=7.8cm解的a=3.9cm則有b=所以矩形波導(dǎo)寬壁為3.9cm窄壁為1.95cm (2)已知 根據(jù)波導(dǎo)波長與截止波長的關(guān)系式：=解的 又據(jù)相速與截止波長的關(guān)系式：=解的=3.5此時相移常數(shù)為：=0.954（3）已知=