微波技術(shù)期末考試試卷

1、 微波技術(shù) 期末考試試卷（a）標準答案及評分標準一、簡答題（每小題3分）1、 如何判斷長線和短線？答：長線是傳輸線幾何長度l與工作波長可以相比擬的傳輸線（1.5分），（必須考慮波在傳輸中的相位變化效應），短線是幾何長度l與工作波長相比可以忽略不計的傳輸線（1.5分）。（界限可以認為是）。2、 何謂分布參數(shù)電路？何謂集總參數(shù)電路？答：集總參數(shù)電路由集總參數(shù)元件組成，連接元件的導線沒有分布參數(shù)效應，導線沿線電壓、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（1.5分）。3、 何謂色散傳輸線？對色散傳輸線和非色散傳輸

2、線各舉一個例子。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）隨頻率不同而不同的模式（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）不隨頻率而改變的模式。（0.5分）色散模式傳輸線：波導（0.5分）非色散模式傳輸線：同軸，平行雙導體，微帶。（0.5分）4、 均勻無耗長線有幾種工作狀態(tài)？條件是什么？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載外的任意負載阻抗；（0

3、.5分）5、 什么是波導中的模式簡并？矩形波導和圓波導中的簡并有什么異同？答：不同模式具有相同的特性（傳輸）參量叫做模式簡并。（1分）矩形波導中，temn與tmmn（m、n均不為零）互為模式簡并。（1分）圓波導的簡并有兩種，一種是極化簡并。其二是模式簡并，（1分）6、 空氣填充的矩形波導（寬邊尺寸為，窄邊尺寸為）中，要求只傳輸波型，其條件是什么？答：由于的截止波長，而的截止波長為，的截止波長為，若保證單模傳輸，因此傳輸條件max（3分）。答對（1分）（2分）或（2分）或（2.5分）7、 說明二端口網(wǎng)絡參量的物理意義？答：s11,1端口接源，2端口接匹配負載，1端口的電壓反射系數(shù)；s22：2端口

4、接源，1端口接匹配負載，2端口的電壓反射系數(shù)；s12：2端口接源，1端口接匹配負載，2端口到1端口的電壓傳輸系數(shù)；s21：1端口接源，2端口接匹配負載，1端口到2端口的電壓傳輸系數(shù)；對角元答對第1個給1分，答對第2個加0.5分；非對角元答對第1個給1分，答對第2個加0.5分；8、 寫出理想移相器的散射矩陣答：寫出2´2矩陣形式給1分，每個元素0.5分；9、 一個微波網(wǎng)絡的“某端口匹配”與“某端口接匹配負載”物理含義有何不同？ 答：某端口匹配是指該端口無反射，出波為零（1.5分）；某端口接匹配負載是指負載無向該端口的反射，該端口入波為零（1.5分）。10、什么叫截止波長？為什么只有波長

5、小于截止波長的波才能夠在波導中傳播？（1分） 波長只有小于截止波長，該模式才能在波導中以行波形式傳輸（1分），當時，為迅衰場，非行波（1分）。二、（本題15分）一空氣介質(zhì)無耗傳輸線上傳輸頻率為3ghz的信號，已知其特性阻抗，終端接有的負載。求：線上駐波比； 沿線電壓反射系數(shù)；距離終端處的輸入阻抗和電壓反射系數(shù)解： （3分） 輸入阻抗 ， 解法二： 在等阻抗圓與的交點即為的對應點，標記為。（2.5分）以o為圓心、線段oa為半徑的圓即等圓, 其與正實軸的交點 ，沿線電壓反射系數(shù)即為 （1分） （1分）a點沿等圓順時針轉(zhuǎn)處b讀出歸一化阻抗，可以得到輸入阻抗（3分）連接圓心o和b點交點讀出反射系數(shù)的角

6、度（2分）三、（本題15分）一空氣填充的矩形波導（，），信號的工作頻率為10ghz。求:波導中主模的波導波長，相速和能速； 若尺寸不變，工作頻率變?yōu)?5ghz，除了主模，還能傳輸什么模 ？解：工作頻率，空氣填充，因此 （1分） 主模te10能夠傳輸； （2分）傳輸參數(shù)： （2分） （2分） （2分）（2） （1分）主模截止波長 截止波長為（2分） 截止波長為 截止波長為（2分）因此可以確定除了主模外，還能傳輸模和模 （1分）四、（本題15分）有一個無耗互易的四端口網(wǎng)絡，其散射矩陣為。當端口1的微波輸入功率為（其輸入歸一化電壓波為），而其余端口均接匹配負載時： 求網(wǎng)絡第2，3

7、，4端口的輸出功率； 求網(wǎng)絡第2，3，4端口的輸出信號相對于第1端口輸入信號的相位差； 當?shù)?端口接一個反射系數(shù)為的負載時，第3，4端口的輸出信號（即輸出歸一化電壓波，）是什么？解：2端口的輸出功率： （1分）3端口的輸出功率：0 （1分）4端口的輸出功率：（1分）（2）2端口的輸出信號相對于1端口輸入信號的相位差：的相角 0o（1分）3端口無輸出信號（1分）4端口的輸出信號相對于1端口輸入信號的相位差：的相角（1分）(3) （1分） （1分） （1分） （1分）由已知： （1分） （1分） （1分） （1分） （1分）五、（本題15分） 對某一個微波網(wǎng)絡的第端口，其歸一化入射電壓波為，歸一化

8、反射電壓波為，寫出此端口的入射（輸入）功率和反射（輸出）功率的表達式。 證明當該網(wǎng)絡無耗時，其散射矩陣滿足么正性，即。解：(1) (2分)(2)對任一端口，如對i 口入波功率(p+)i出波功率(p-)i則n個端口的總?cè)氩üβ逝c總出波功率分別為： （2分） （2分）根據(jù)網(wǎng)絡無耗的已知條件：p+=p- （2分）即有： (*)（1分）又根據(jù)定義 b=sa , 有b+=(sa)+=a+s+ （2分） 代入(*)得: a+a=a+s+sa （1分） 移項 a+(1-s+s)a=0上式對任意入波a都應成立 ，故必有1-s+s=0即s+s=1 六、（本題10分）利用導納圓圖和文字說明對一個容性負載用容性短路

9、并聯(lián)單枝節(jié)進行匹配的步驟。解：（1）由于負載為容性，因此選取導納圓圖上半部分的一個點，以為半徑做等反射系數(shù)圓，它與的圓相交于兩點， ， （）（2）由于用容性短路并聯(lián)單枝節(jié)進行匹配，因此（），于是選擇點（2分）（3）由點順時針轉(zhuǎn)至點，所轉(zhuǎn)的波長數(shù)為，則 （3分）（4）由的點逆時針轉(zhuǎn)至導納圓圖的短路點，轉(zhuǎn)過的波長數(shù)為，則（2分）1. 微波通常是指波長在 10.001米之間，頻率在 300mhz 300ghz hz之間的電磁波。按我國標準，家用微波爐所用微波頻率為 2450兆赫茲。“藍牙”使用的微波頻段在 2.4ghz 附近。工業(yè)加熱用微波頻率為 900兆 赫茲。2. 微帶線中傳輸?shù)墓ぷ髦髂２皇钦嬲?/p>

10、的tem波，而是準tem 波，這種模式的主要特點是hz和ez都 不為零 ，未加屏蔽時，其損耗包括 介質(zhì)損耗、歐姆損耗 和 輻射損耗 三部分。3. 微波系統(tǒng)的負載發(fā)生全反射時，負載的反射系數(shù)為1，從信號源輸入的有效功率全部從負載反射回來，此時，從信號源輸出端參考面看向負載，參考面上的回波損耗rl 0 db。4. 傳輸線上若導波波長為g，則傳輸線上相隔 g/4 的點，其阻抗呈倒數(shù)，相隔 g/2 的點，其阻抗相等。5. n口微波網(wǎng)絡散射矩陣sii的元素sii的物理意義為： i口接電源，其余端口接匹配負載時i口的電壓反射系數(shù)，元素sij的物理意義為： j口接電源，其余端口接匹配負載時，從j口到i口的電

11、壓傳輸系數(shù)。6. 任何均勻傳輸系統(tǒng)傳播的電磁波可分為三種，其中波導不能傳輸?shù)牟ㄐ蜑?tem波。7. 圓柱形波導中還有一種與矩形波導中不同形式的模式簡并現(xiàn)象，稱為 極化 簡并。8. 寫出兩種常見的微波雙口網(wǎng)絡： 放大器 、 濾波器 ；兩種常見的微波單口網(wǎng)絡： 負載 、 信號源 。9. 從物理概念上分，模式激勵可分為 電場激勵 和 磁場激勵 ；常見的模式激勵裝置有探針激勵裝置、 耦合環(huán)激勵 裝置、孔/縫激勵裝置和直接耦合裝置。10. 同軸線的內(nèi)導體半徑為a，外導體的內(nèi)半徑為b，內(nèi)外導體之間填充有介質(zhì)（，），則同軸線上單位長度的電容為單位長度的電感為同軸線的特性阻抗為若該同軸線擬用于寬帶微弱微波信號

12、的傳送，b與a之比應為 3.59 若該同軸線擬用于窄帶大功率微波信號的傳送，b與a之比應為 1.65 ；實際工程中為兼顧這兩種情況，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).c a b 有關(guān)11. 圓柱形諧振腔中，壁電流只有沿方向的電流的諧振模式是 te011 ，其q0值較其他模式高。12. 全反射時，=1，從信號源來的有效功率全部從負載反射回來，此時回波損耗rl=0 db13. 阻抗匹配的方式主要有： 1負載阻抗匹配 2信號源阻抗匹配 3 信號源共軛匹配。14. 圓柱形波導中還有一種與矩形波導中不同形式的簡并現(xiàn)象，稱為 極化 簡并。15. 終端短路的傳輸線的

13、駐波系數(shù)是，負載處的反射系數(shù)是 - 1 。終端開路的傳輸線的駐波系數(shù)是，負載處的反射系數(shù)是 + 1 16. 扁波導寬邊a 和窄邊b 的關(guān)系為 b=(0.10.2)a 標準波導寬邊a 和窄邊 b 的關(guān)系為 b=0.5a17. tm波的定義為ez0 而hz=0的波稱為橫磁波 te波的定義為hz0 而ez=0的波稱為橫電波 18.在矩形波導中te10模的非零場分量有ey hx hz。1. smith園圖中阻抗一般式為zrjx，傳輸線特性阻抗為zc，在下圖的阻抗園圖中，各點斷正確的是r<zc，x0是a點；r=zc，x=0是f點性質(zhì)判2. 特性阻抗50歐的均勻傳輸線終端接負載rl為20j歐，50歐

14、，20歐時，傳輸線上分別形成 純駐波，純行波，行駐波。若rl為30歐，50歐，30j歐時傳輸線上分別形成行駐波。純行波， 純駐波，若rl為10j歐，50歐，30歐時傳輸線上分別形成純駐波，純行波，行駐波。3. 電長度為0.5表示0.5個導波波長。電長度為0.2表示0.4個波長。4. 將激勵探針垂直插入矩形波導寬邊中央的原因主要是因為te10模在該處的（a）電場最強 5. x波段雷達的工作波段為：（c）厘米波 p波段雷達的工作波段為：米波6. 阻抗圓圖上旋轉(zhuǎn)一周，相應于傳輸線的長度變化了 /27. 一段無損傳輸線的特性阻抗為z0, 端接純電阻rl，且z0rl。為實現(xiàn)負載阻抗匹配，需在z0與rl之

15、間接入一段/4的阻抗匹配變換器，則該阻抗匹配變換器的特性阻抗zc為 8. 一段均勻傳輸線，其終端短路時的輸入阻抗為zsc，終端開路時的輸入阻抗為zoc。則該傳輸線的特性阻抗為c9. 當傳輸線無損耗時，由電報方程的解可知，此時傳輸線上電壓、電流呈現(xiàn)正向和反向的等幅行波。此時，傳輸線的特征阻抗zc為實數(shù)，電流與電壓同相 11. 矩形波導寬邊為a，窄邊為b，其主模是：te10模式 12. z關(guān)于微波的特點，下面哪個描述正確？能穿過電離層，實現(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/2處的輸入阻抗為r+jx 14.微波特點：能穿過電離層，實現(xiàn)外層空間與地球的通信

16、。15.對于axb(a>b)的矩形波導中，傳輸?shù)闹髂閠e1016.園波導中的最低波形是te11在圓柱形諧振腔中，壁電流只有沿方向的電流的諧振模式是te01117.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)1、畫出3db法測ql值的原理圖并據(jù)此寫出ql值的計算式。（4分） ql值的計算式：2、繪出矩形波導內(nèi)te10模場結(jié)構(gòu)圖，要求示出電力線、磁力線的分布情況。（4分）1.為什么tem波不可能存在于任何形狀的單導體空心波導內(nèi)？（4分）答：磁通線是閉合的，因此，假如在波導內(nèi)存在tem波的話，則b和h場線應在橫向平面內(nèi)形

17、成閉合回路（1分）?？墒牵瑥V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電流與位移電流之總和（1分）?？招牟▽?nèi)沒有導體，就不可能有縱向傳導電流（1分）。按tem波的定義，它不具有ez分量，也就不可能有縱向位移電流。在波導內(nèi)所有的縱向電流不存在，因此在橫向平面內(nèi)不可能有磁場線的閉合回路的結(jié)論（1分）。2.為什么一般矩形波導測量線的縱向槽開在波導寬壁的中線上？（4分）答：因為一般矩形波導中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ莟e10模。而te10模在波導壁面上的電流分布是在波導寬壁的中線上只有縱向電流。因而波導寬壁的中線開槽不會切斷電流而影響波導內(nèi)的場分布，也不會引起電磁波由開槽處向波導外輻射電磁波能量。1、 設計一個工作波長為=3cm的標準矩形波導，要求只傳輸te10模式，試確定a，b的尺寸。（4分）解： 和 （1分）有： 和 （1分）考慮損耗及重量、體積等因素，?。篴=0.7， b=(0.40.5)a或者（0.10.2）a，（1分）得： a2.1cm， b=0.841.05cm或0.210.42cm。（1分）2、一任意四端網(wǎng)絡如圖所示，其sij已知。當2-2面接負載zl時，求1-1面的輸入阻抗zin。（4分） 3、一填充空氣的矩形諧振腔，其沿xyz方向的尺寸分別為a>b>d a>d>b a=b=d。試確定該矩形諧振腔的諧振主模