微波技術(shù)--期末考試試卷

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 微波技術(shù) 期末考試試卷（A）標(biāo)準(zhǔn)答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、簡(jiǎn)答題（每小題3分）1、 如何判斷長(zhǎng)線(xiàn)和短線(xiàn)？答：長(zhǎng)線(xiàn)是傳輸線(xiàn)幾何長(zhǎng)度l與工作波長(zhǎng)可以相比擬的傳輸線(xiàn)（1.5分），（必須考慮波在傳輸中的相位變化效應(yīng)），短線(xiàn)是幾何長(zhǎng)度l與工作波長(zhǎng)相比可以忽略不計(jì)的傳輸線(xiàn)（1.5分）。（界限可以認(rèn)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(dǎo)線(xiàn)沒(méi)有分布參數(shù)效應(yīng)，導(dǎo)線(xiàn)沿線(xiàn)電壓、電流的大小與相位與空間位置無(wú)關(guān)（1.5分）。分布參數(shù)電路中，沿傳輸線(xiàn)電壓、電流的大小與相位隨空間位置變化，傳輸線(xiàn)存在分布參數(shù)效應(yīng)（1.5分）。3、 何謂色散傳輸線(xiàn)

2、？對(duì)色散傳輸線(xiàn)和非色散傳輸線(xiàn)各舉一個(gè)例子。答：支持色散模式傳輸?shù)膫鬏斁€(xiàn)，（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€(xiàn)（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(xiàn)：波導(dǎo)（0.5分）非色散模式傳輸線(xiàn)：同軸，平行雙導(dǎo)體，微帶。（0.5分）4、 均勻無(wú)耗長(zhǎng)線(xiàn)有幾種工作狀態(tài)？條件是什么？答：均勻無(wú)耗長(zhǎng)線(xiàn)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(xiàn)終端開(kāi)路、短路或接純電抗；（0.5分）行波：半無(wú)限長(zhǎng)傳輸線(xiàn)或終端接負(fù)載等于長(zhǎng)線(xiàn)特性阻抗；（0.5分）行駐波：傳輸線(xiàn)終端接除上述

3、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(jiǎn)并？矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)中的簡(jiǎn)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(jiǎn)并。（1分）矩形波導(dǎo)中，TEmn與TMmn（m、n均不為零）互為模式簡(jiǎn)并。（1分）圓波導(dǎo)的簡(jiǎn)并有兩種，一種是極化簡(jiǎn)并。其二是模式簡(jiǎn)并，（1分）6、 空氣填充的矩形波導(dǎo)（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(zhǎng)，而的截止波長(zhǎng)為，的截止波長(zhǎng)為，若保證單模傳輸，因此傳輸條件max（3分）。答對(duì)（1分）（2分）或（2分）或（2.5分）7、 說(shuō)明二端口網(wǎng)絡(luò)參量的物理意義？答：S11,1端口接源，2端口接匹配負(fù)載，1端口的電

4、壓反射系數(shù)；S22：2端口接源，1端口接匹配負(fù)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(fù)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(fù)載，1端口到2端口的電壓傳輸系數(shù)；對(duì)角元答對(duì)第1個(gè)給1分，答對(duì)第2個(gè)加0.5分；非對(duì)角元答對(duì)第1個(gè)給1分，答對(duì)第2個(gè)加0.5分；8、 寫(xiě)出理想移相器的散射矩陣答：寫(xiě)出2´2矩陣形式給1分，每個(gè)元素0.5分；9、 一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)的“某端口匹配”與“某端口接匹配負(fù)載”物理含義有何不同？ 答：某端口匹配是指該端口無(wú)反射，出波為零（1.5分）；某端口接匹配負(fù)載是指負(fù)載無(wú)向該端口的反射，該端口入波為零（1.5分）。10、什么

5、叫截止波長(zhǎng)？為什么只有波長(zhǎng)小于截止波長(zhǎng)的波才能夠在波導(dǎo)中傳播？（1分） 波長(zhǎng)只有小于截止波長(zhǎng)，該模式才能在波導(dǎo)中以行波形式傳輸（1分），當(dāng)時(shí)，為迅衰場(chǎng)，非行波（1分）。二、（本題15分）一空氣介質(zhì)無(wú)耗傳輸線(xiàn)上傳輸頻率為3GHz的信號(hào)，已知其特性阻抗，終端接有的負(fù)載。求：線(xiàn)上駐波比； 沿線(xiàn)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(diǎn)即為的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，標(biāo)記為。（2.5分）以O(shè)為圓心、線(xiàn)段OA為半徑的圓即等圓, 其與正實(shí)軸的交點(diǎn) ，沿線(xiàn)電壓反射系數(shù)即為 （1分） （1分）A點(diǎn)沿等圓順時(shí)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

6、和B點(diǎn)交點(diǎn)讀出反射系數(shù)的角度（2分）三、（本題15分）一空氣填充的矩形波導(dǎo)（，），信號(hào)的工作頻率為10GHz。求:波導(dǎo)中主模的波導(dǎo)波長(zhǎng)，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(zhǎng) 截止波長(zhǎng)為（2分） 截止波長(zhǎng)為 截止波長(zhǎng)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(gè)無(wú)耗互易的四端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣為。當(dāng)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

7、配負(fù)載時(shí)： 求網(wǎng)絡(luò)第2，3，4端口的輸出功率； 求網(wǎng)絡(luò)第2，3，4端口的輸出信號(hào)相對(duì)于第1端口輸入信號(hào)的相位差； 當(dāng)?shù)?端口接一個(gè)反射系數(shù)為的負(fù)載時(shí)，第3，4端口的輸出信號(hào)（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(hào)相對(duì)于1端口輸入信號(hào)的相位差：的相角 0o（1分）3端口無(wú)輸出信號(hào)（1分）4端口的輸出信號(hào)相對(duì)于1端口輸入信號(hào)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(duì)某一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)的第端口，其

8、歸一化入射電壓波為，歸一化反射電壓波為，寫(xiě)出此端口的入射（輸入）功率和反射（輸出）功率的表達(dá)式。 證明當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗時(shí)，其散射矩陣滿(mǎn)足么正性，即。解：(1) (2分)(2)對(duì)任一端口，如對(duì)i 口入波功率(P+)i出波功率(P-)i則n個(gè)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(luò)無(wú)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(xiàng) a+(1-S+S)a=0上式對(duì)任意入波a都應(yīng)成立 ，故必有1-S+S=0即S+S=1 六、（本題10分）利用導(dǎo)納圓圖和文字說(shuō)

9、明對(duì)一個(gè)容性負(fù)載用容性短路并聯(lián)單枝節(jié)進(jìn)行匹配的步驟。解：（1）由于負(fù)載為容性，因此選取導(dǎo)納圓圖上半部分的一個(gè)點(diǎn)，以為半徑做等反射系數(shù)圓，它與的圓相交于兩點(diǎn)， ， （）（2）由于用容性短路并聯(lián)單枝節(jié)進(jìn)行匹配，因此（），于是選擇點(diǎn)（2分）（3）由點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)至點(diǎn)，所轉(zhuǎn)的波長(zhǎng)數(shù)為，則 （3分）（4）由的點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)至導(dǎo)納圓圖的短路點(diǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)的波長(zhǎng)數(shù)為，則（2分）1. 微波通常是指波長(zhǎng)在 10.001米之間，頻率在 300MHz 300GHz Hz之間的電磁波。按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，家用微波爐所用微波頻率為 2450兆赫茲?！八{(lán)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

10、線(xiàn)中傳輸?shù)墓ぷ髦髂２皇钦嬲腡EM波，而是準(zhǔn)TEM 波，這種模式的主要特點(diǎn)是Hz和Ez都 不為零 ，未加屏蔽時(shí)，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(fù)載發(fā)生全反射時(shí)，負(fù)載的反射系數(shù)為1，從信號(hào)源輸入的有效功率全部從負(fù)載反射回來(lái)，此時(shí)，從信號(hào)源輸出端參考面看向負(fù)載，參考面上的回波損耗RL 0 dB。4. 傳輸線(xiàn)上若導(dǎo)波波長(zhǎng)為g，則傳輸線(xiàn)上相隔 g/4 的點(diǎn)，其阻抗呈倒數(shù)，相隔 g/2 的點(diǎn)，其阻抗相等。5. N口微波網(wǎng)絡(luò)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(fù)載時(shí)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

11、配負(fù)載時(shí)，從j口到i口的電壓傳輸系數(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(dǎo)不能傳輸?shù)牟ㄐ蜑?TEM波。7. 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(jiǎn)并現(xiàn)象，稱(chēng)為 極化 簡(jiǎn)并。8. 寫(xiě)出兩種常見(jiàn)的微波雙口網(wǎng)絡(luò)： 放大器 、 濾波器 ；兩種常見(jiàn)的微波單口網(wǎng)絡(luò)： 負(fù)載 、 信號(hào)源 。9. 從物理概念上分，模式激勵(lì)可分為 電場(chǎng)激勵(lì) 和 磁場(chǎng)激勵(lì) ；常見(jiàn)的模式激勵(lì)裝置有探針激勵(lì)裝置、 耦合環(huán)激勵(lì) 裝置、孔/縫激勵(lì)裝置和直接耦合裝置。10. 同軸線(xiàn)的內(nèi)導(dǎo)體半徑為a，外導(dǎo)體的內(nèi)半徑為b，內(nèi)外導(dǎo)體之間填充有介質(zhì)（，），則同軸線(xiàn)上單位長(zhǎng)度的電容為單位長(zhǎng)度的電感為同軸線(xiàn)的特性阻抗為若該同

12、軸線(xiàn)擬用于寬帶微弱微波信號(hào)的傳送，b與a之比應(yīng)為 3.59 若該同軸線(xiàn)擬用于窄帶大功率微波信號(hào)的傳送，b與a之比應(yīng)為 1.65 ；實(shí)際工程中為兼顧這兩種情況，通常的同軸線(xiàn)特性阻抗為 50 歐。同軸線(xiàn)單位長(zhǎng)度的電容、電感與同軸線(xiàn)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(shí)，=1，從信號(hào)源來(lái)的有效功率全部從負(fù)載反射回來(lái)，此時(shí)回波損耗RL=0 dB13. 阻抗匹配的方式主要有： 1負(fù)載阻抗匹配 2信號(hào)源阻抗匹配 3 信號(hào)源共軛匹配。14. 圓柱形波導(dǎo)中還有一種與矩形波導(dǎo)中不同形式的簡(jiǎn)并現(xiàn)象，稱(chēng)為 極化 簡(jiǎn)并。

13、15. 終端短路的傳輸線(xiàn)的駐波系數(shù)是，負(fù)載處的反射系數(shù)是 - 1 。終端開(kāi)路的傳輸線(xiàn)的駐波系數(shù)是，負(fù)載處的反射系數(shù)是 + 1 16. 扁波導(dǎo)寬邊a 和窄邊b 的關(guān)系為 b=(0.10.2)a 標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)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(chēng)為橫磁波 TE波的定義為Hz0 而Ez=0的波稱(chēng)為橫電波 18.在矩形波導(dǎo)中TE10模的非零場(chǎng)分量有Ey Hx Hz。1. Smith園圖中阻抗一般式為ZRjX，傳輸線(xiàn)特性阻抗為ZC，在下圖的阻抗園圖中，各點(diǎn)斷正確的是R<ZC，X0是A點(diǎn)；R=Zc，X=0是F點(diǎn)性質(zhì)判2. 特性阻抗50歐的均勻傳輸線(xiàn)終端接

14、負(fù)載RL為20j歐，50歐，20歐時(shí)，傳輸線(xiàn)上分別形成 純駐波，純行波，行駐波。若RL為30歐，50歐，30j歐時(shí)傳輸線(xiàn)上分別形成行駐波。純行波， 純駐波，若RL為10j歐，50歐，30歐時(shí)傳輸線(xiàn)上分別形成純駐波，純行波，行駐波。3. 電長(zhǎng)度為0.5表示0.5個(gè)導(dǎo)波波長(zhǎng)。電長(zhǎng)度為0.2表示0.4個(gè)波長(zhǎng)。4. 將激勵(lì)探針垂直插入矩形波導(dǎo)寬邊中央的原因主要是因?yàn)門(mén)E10模在該處的（A）電場(chǎng)最強(qiáng) 5. 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6. 阻抗圓圖上旋轉(zhuǎn)一周，相應(yīng)于傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度變化了 /27. 一段無(wú)損傳輸線(xiàn)的特性阻抗為Z0, 端接純電阻RL，且Z0RL。為實(shí)現(xiàn)負(fù)載

15、阻抗匹配，需在Z0與RL之間接入一段/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(xiàn)，其終端短路時(shí)的輸入阻抗為Zsc，終端開(kāi)路時(shí)的輸入阻抗為Zoc。則該傳輸線(xiàn)的特性阻抗為c9. 當(dāng)傳輸線(xiàn)無(wú)損耗時(shí)，由電報(bào)方程的解可知，此時(shí)傳輸線(xiàn)上電壓、電流呈現(xiàn)正向和反向的等幅行波。此時(shí)，傳輸線(xiàn)的特征阻抗Zc為實(shí)數(shù)，電流與電壓同相 11. 矩形波導(dǎo)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(diǎn)，下面哪個(gè)描述正確？能穿過(guò)電離層，實(shí)現(xiàn)外層空間與地球的通信 13.測(cè)得傳輸線(xiàn)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(diǎn)：能穿過(guò)電離層

16、，實(shí)現(xiàn)外層空間與地球的通信。15.對(duì)于aXb(a>b)的矩形波導(dǎo)中，傳輸?shù)闹髂門(mén)E1016.園波導(dǎo)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(huà)出3dB法測(cè)QL值的原理圖并據(jù)此寫(xiě)出QL值的計(jì)算式。（4分） QL值的計(jì)算式：2、繪出矩形波導(dǎo)內(nèi)TE10模場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖，要求示出電力線(xiàn)、磁力線(xiàn)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(dǎo)體空心波導(dǎo)內(nèi)？（4分）答：磁通線(xiàn)是閉合的，因此，假如在波導(dǎo)內(nèi)存在TEM波的話(huà)，則

17、B和H場(chǎng)線(xiàn)應(yīng)在橫向平面內(nèi)形成閉合回路（1分）?？墒?，廣義安培環(huán)路定律要求磁場(chǎng)在橫向平面內(nèi)沿閉合回路的線(xiàn)積分等于通過(guò)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(méi)有導(dǎo)體，就不可能有縱向傳導(dǎo)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(dǎo)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(chǎng)線(xiàn)的閉合回路的結(jié)論（1分）。2.為什么一般矩形波導(dǎo)測(cè)量線(xiàn)的縱向槽開(kāi)在波導(dǎo)寬壁的中線(xiàn)上？（4分）答：因?yàn)橐话憔匦尾▽?dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ荰E10模。而TE10模在波導(dǎo)壁面上的電流分布是在波導(dǎo)寬壁的中線(xiàn)上只有縱向電流。因而波導(dǎo)寬壁的中線(xiàn)開(kāi)槽不會(huì)切斷電流而影響波導(dǎo)內(nèi)的場(chǎng)分布，也不

18、會(huì)引起電磁波由開(kāi)槽處向波導(dǎo)外輻射電磁波能量。1、 設(shè)計(jì)一個(gè)工作波長(zhǎng)為=3cm的標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，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，取：a=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(luò)如圖所示，其Sij已知。當(dāng)2-2面接負(fù)載ZL時(shí)，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和頻率。選擇Z