(完整word版)微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)題(word文檔良心出品)

1、.微波技術(shù)與天線復(fù)習(xí)題一、 填空題1 于無(wú)線電波中波長(zhǎng)（最短）的波段，其頻率范圍從（300MHz）至（3000GHz米波）和（亞毫米波）四個(gè)分波段。2 析（傳輸特性）。3 無(wú)耗傳輸線的狀態(tài)有（行波狀態(tài)）、（駐波狀態(tài)）、（行、駐波狀態(tài)）。4 耦合具有相同的（場(chǎng)）結(jié)構(gòu)。5 結(jié)合。6 散主要有（材料色散）、（波導(dǎo)色散）、（模間色散）。7 在微波網(wǎng)絡(luò)中用（“路”）的分析方法只能得到元件的外部特性，但它可以給出系統(tǒng)的一般（傳輸特性），如功率傳遞、阻抗匹配等，.波結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)它，這就是微波網(wǎng)絡(luò)的綜合。8 制）、（變頻）等功能。9 （不均勻媒質(zhì)傳播）四種方式。10 11 對(duì)傳輸線場(chǎng)分析方法是從（麥克斯韋方程）

2、出發(fā)，求滿足（邊界分析（傳輸特性）。12 （熱效應(yīng)特性）、（散射特性）、（抗低頻干擾特性）。13 場(chǎng)為路”）的方法。14 傳輸線的三種匹配狀態(tài)是（負(fù)載阻抗匹配）、（源阻抗匹配）、（共軛阻抗匹配）。15 .16 只能傳輸（一種模式）的光纖稱為單模光纖，其特點(diǎn)是（頻帶很內(nèi)的主模（），它沒(méi)有（截止頻率）。11HE17 微波網(wǎng)絡(luò)是在分析（場(chǎng)）分布的基礎(chǔ)上，用（路）的分析方法，為（傳輸線），從而將實(shí)際的微波系統(tǒng)簡(jiǎn)化為（微波網(wǎng)絡(luò)）。18 微波元件是對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行必要的（處理）或（變換），微波元（非線性元器件）三大類。19 研究天線的實(shí)質(zhì)是研究天線在空間產(chǎn)生的（電磁場(chǎng)）分布，空間解天線問(wèn)題實(shí)質(zhì)是求解（電磁場(chǎng)

3、方程并滿足邊界條件）。20 橫向尺寸遠(yuǎn)小于縱向尺寸并小于（波長(zhǎng)）的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)天線稱為線基礎(chǔ)是（等效傳輸線理論）。21 用口徑場(chǎng)方法求解面天線的輻射場(chǎng)的方法是：先由場(chǎng)源求得口徑更斯菲涅爾原理）。二、 問(wèn)答題1、拋物面天線的工作原理是什么？(8 分). Z軸正向傳播，其它方向的輻射為零，從而獲得很強(qiáng)的方向性。28分）1） 發(fā)射天線和接收天線處于相互能看得見(jiàn)的視線范圍內(nèi)的傳播方式叫視距傳播。.32） 特點(diǎn)為：.5 a.r h h ()V312b.大氣對(duì)電波將產(chǎn)生熱吸收和諧振吸收衰減。e c.場(chǎng)量：E E a f )Fr3.什么是微波？其頻率范圍是多少？它分為幾個(gè)波段電波中波長(zhǎng)最短的波段，其頻率范圍從3

4、00MHz至3000GHz,通常以將7分）4.什么是波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合？激勵(lì)與耦合的本質(zhì)是什么？激勵(lì)與耦合的場(chǎng)結(jié)構(gòu)是否相同？（5分）結(jié)構(gòu)。5.微波具有的哪些主要特點(diǎn)（6 分）.性、散射特性、抗低頻干擾特性。6天線研究的實(shí)質(zhì)是什么？并闡述拋物面天線的工作原理（9 分）實(shí)質(zhì)是求解電磁場(chǎng)方程并滿足邊界條件。置于拋物面天線焦點(diǎn)的饋源將高頻導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變成電磁波能量 Z軸正向傳播，其它方向的輻射為零，從而獲得很強(qiáng)的方向性。7什么是天波傳播？天波靜區(qū)的含義是什么？(5分)答：1）發(fā)射天線發(fā)射出的電波，在高空中被電離層反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式叫天波傳播。.23） 當(dāng)時(shí)，以發(fā)射天線為中心的一定半徑內(nèi)不能有天波到

5、 0達(dá)，從而形成一個(gè)靜區(qū)，這個(gè)靜區(qū)叫天波的靜區(qū)。.3四、解答題1、已知工作波長(zhǎng)，要求單模傳輸，試確定圓波導(dǎo)的半徑，并5mm指出是什么模式？(10 )解：）明確圓波導(dǎo)中兩種模式的截止波長(zhǎng)：.43.4126 ; 2.6127aaCTE 2）題意要求單模傳輸，則應(yīng)滿足：32.6127a 3.4126a3）結(jié)論：在1.47mma1.91mm時(shí)，可保證單模傳輸，此時(shí)傳輸?shù)哪Ｊ綖橹髂E113.2、一卡塞格倫天線，其拋物面主面焦距：，若選用離心率為f 2me 的雙曲副反射面，求等效拋物面的焦距。(5 e 1f Affee 1（2）將數(shù)據(jù)代入得：2f e3、已知圓波導(dǎo)的直徑為5cm，填充空氣介質(zhì)，試求1）

6、TE11、TE01、TM01 三種模式的截止波長(zhǎng)2） 當(dāng)工作波長(zhǎng)分別為 7cm,6cm,3cm 時(shí)，波導(dǎo)中出現(xiàn)上述哪些模式。3） 當(dāng)工作波長(zhǎng)為時(shí)，求最低次模的波導(dǎo)波長(zhǎng)。(12 7cm解：1）求截止波長(zhǎng).3TE11： TM01： TE01: 2）判斷.6a當(dāng)工作波長(zhǎng)b當(dāng)工作波長(zhǎng)c當(dāng)工作波長(zhǎng)時(shí)，只出現(xiàn)主模TE11。70mm60mm30mm ，便出現(xiàn)TE11，TM01。，便出現(xiàn)TE11，TM01，, TE01。.3）求波導(dǎo)波長(zhǎng)3122.4498mmg1( )2c4、一卡塞格倫天線，其拋物面主面焦距：，若選用離心率為f 2m的雙曲副反射面，求等效拋物面的焦距。(5)e 2.4解：）寫出等效拋物面的焦距

7、公式：.3e1f Af efe12）將數(shù)據(jù)代入得：2f 4.86me五計(jì)算題（共 61分，教師答題時(shí)間30分鐘）例 1- 4設(shè)無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為 50, 工作頻率為 300MHz,終端接有負(fù)載Zl=25+j75( ),試求串聯(lián)短路匹配支節(jié)離負(fù)載的距離l1及短路支節(jié)的長(zhǎng)度l2。解: 求參數(shù)由工作頻率f=300MHz,得工作波長(zhǎng) =1m。終端反射系數(shù)Z Z e =0.333+j0.667=0.7454ej1.1071j 11100 Z11Z1 駐波系數(shù) 6.854111 1(2)求長(zhǎng)度.第一波腹點(diǎn)位置調(diào)配支節(jié)位置（m） lmax111(m)l l arctan0.14621max1 1調(diào)配支節(jié)

8、的長(zhǎng)度l 2 圖 2 - 3給出了標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ-32各模式截止波長(zhǎng)分布圖。例 2-1 設(shè)某矩形波導(dǎo)的尺寸為 a=8cm,b=4cm; 試求工作頻率在3GHz時(shí)該波導(dǎo)能傳輸?shù)哪Ｊ健＝猓篺 cm ) f2m 0.16( ) a 102 ) b m TE012 ) m TM11ba223）結(jié)論可見(jiàn)，該波導(dǎo)在工作頻率為3GHz時(shí)只能傳輸TE10模例 6 -3確定電基本振子的輻射電阻。.解: ）電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)設(shè)不考慮歐姆損耗, 則根據(jù)式（6-2-4）知電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為60E jejr2）求輻射功率將其代入式（6 -3 -7）得輻射功率為2 sin sinddr2Il12P IR222402 r

9、003） 所以輻射電阻為 2lR 802 例 64一長(zhǎng)度為 2h(hh, 因而在yOz 面內(nèi)作下列近似: cosr r z1 1r rk /所以e z )ehE j30k h Ijkzr0h4）進(jìn)一步變換整個(gè)短振子的輻射場(chǎng)令積分：2cos)F ejkz h cos1kh4sin (khcos )22sin(khcos)z2F 2he jkzcos dzhkcoshk cos 22h則22 )1 2F F kcos12h因?yàn)閔時(shí), 電流三角分布時(shí)的輻射電阻和方向系數(shù)與電流正弦分布的輻射電阻和方向系數(shù)相同 , 也就是說(shuō), , 在分析天線的輻射特性時(shí), 當(dāng)天線上精確的電流分布難以求得時(shí) , 可假設(shè)為

10、正弦電流分布, 這正是后面對(duì)稱振子天線的分析基礎(chǔ)。7）有效長(zhǎng)度現(xiàn)在我們來(lái)討論其有效長(zhǎng)度。 根據(jù)有效長(zhǎng)度的定義, 歸于輸入點(diǎn)電流的有效長(zhǎng)度為zIIh einh dz h00hh這就是說(shuō), 長(zhǎng)度為 2h、電流不均勻分布的短振子在最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)與長(zhǎng)度為、電流為均勻分布的振子在最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)相等, 如圖 6-10 所示。 由于輸入點(diǎn)電流等于波腹點(diǎn)電流, 所以歸于輸入點(diǎn)電流的有效長(zhǎng)度等于歸于波腹點(diǎn)電流的有效長(zhǎng)度， 但一般情況下是不相等的。.6.4 接收天線理論例 8-4z軸放置且沿x方向排列的半波振子, 在d= /4 /2時(shí)的H面和E面方向圖。解:1) H面方向圖函數(shù)將 d= /4、 =-

11、/2 8-2-11 H面方向圖函數(shù)為(8-2-14)F ) H4天線陣的H面方向圖如圖，在由圖811可見(jiàn)，在時(shí)輻 0射最大，而在時(shí)輻射為零，方向圖的最大輻射方向沿著陣的軸 .2) E面方向圖函數(shù)將 d= /4 /2代入式（8-2-10） ，得到E面方向圖函數(shù)為cos cos2(8-2-15)F ) cos (sinsin4E顯然，E面的陣方向圖函數(shù)必須考慮單個(gè)振子的方向性。圖 812示出了利用方向圖乘積定理得出的E面方向圖。由圖 8-12可見(jiàn), 單個(gè)振子的零值方向在 =0和 =180 處, 陣因子的零值在 =270處, 所以, 陣方向圖共有三個(gè)零值方向 , 即 =0、 =180、 =270,

12、陣方向圖包含了一個(gè)主瓣和兩個(gè)旁瓣。.例 9 -1設(shè)有一矩形口徑 b位于 xOy平面內(nèi), 口徑場(chǎng)沿 y方2x向線極化, 其口徑場(chǎng)的表達(dá)式為:, 即相位均勻, 振幅為E 1Saya三角形分布, 其中|x| 。 :2 xOy平面即H平面方向函數(shù); H面主瓣半功率寬度; 第一旁瓣電平; 口徑利用系數(shù)。解:1）遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的一般表達(dá)式根據(jù)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的一般表達(dá)式:ejkRR1cosE j E e (x sincosy sinsindsS SSjk2MS（1） 求E ?H2x和一并代入上式,并令 =0得 ：E E 1dS dx dySSyass.ejkR 1cos 2x a/21b/sE jSedxdyjkxsin2

13、a HSSa/2b/s1cos2e jkR jb a/2(1 x )eedxjkx sinjkxsinR2SSaSS0最后積分得1 sin /22E AS2 /2H其中，e 1cosA jRS ab223）求H 面方向函數(shù)所以其H面方向函數(shù)為sin(kasin/2) 1cos2F ) kasin/22H4）求主瓣半功率波瓣寬度由ka4sin( sin)1ka42sin求得主瓣半功率波瓣寬度為.0.5Ha5）第一旁瓣電平為20log 0.05 26(dB)106）求方向系數(shù)12xSS將和ab代入（9212）EP )2dxdy 2S2max 2SSaab22得方向系數(shù)：S 3D 42所以口徑利用系

14、數(shù) =0.75。可見(jiàn)口徑場(chǎng)振幅三角分布與余弦分布相比，主瓣寬度展寬, 旁瓣電平降低, 口徑利用系數(shù)降低。1 綜合類設(shè)無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為 50 , 工作頻率為 300MHz,終端接有負(fù)載Zl=25+j75( ),試求串聯(lián)短路匹配支節(jié)離負(fù)載的距離及短路支節(jié)的長(zhǎng)度 16ll12解: 求參數(shù)由工作頻率f=300MHz,得工作波長(zhǎng) =1m。終端反射系數(shù)Z Z e =0.333+j0.667=0.7454ej1.1071j 1100 Z11Z11 駐波系數(shù) 6.854111 1(2)求長(zhǎng)度第一波腹點(diǎn)位置：.（m） lmax11調(diào)配支節(jié)位置：1(m)0.1462l l arctan1max1調(diào)配支節(jié)的長(zhǎng)

15、度： 1l 22三基類試證明工作波長(zhǎng) , 波導(dǎo)波長(zhǎng) g 和截止波長(zhǎng) c 滿足以下關(guān)系（10分）: gc 22gc）明確關(guān)系式）k（）k k 22ck cc）g（2）結(jié)論將（1）中得結(jié)論 gck 22( ) ( )22cgcg3 一般綜合試求圖示網(wǎng)絡(luò)的A矩陣, 并確定不引起附加反射的條件（12分.附：1）將網(wǎng)絡(luò)分解成兩個(gè)并聯(lián)導(dǎo)納和短截線網(wǎng)絡(luò)的串接，于是網(wǎng)絡(luò)的矩陣為： A A A A123(2)查表4.2得到網(wǎng)絡(luò)的A矩陣為：.cos jZ sin 1 01 00jsinA cos jB 1jB1 Z000cos B Z sinjZ sin000jsin2jB cos jB sin cos B si

16、n200Z00 BZ Z0 D00則：B Y cot004一般綜合一長(zhǎng)度為 2h(h)中心饋電的短振子, 其電流分布z為:, 其中I0為輸入電流, 也等于波腹電流Im,已知I(z) I )0he 短振子的輻射場(chǎng)（電場(chǎng)、 磁場(chǎng)）表達(dá)式為：、E j30I()0rErH je0試求: 輻射電阻方向系數(shù)； 15分）: 1）求短振子的輻射電阻由于短振子的輻射場(chǎng)為：e E j30I()0rErH je0則輻射功率為.12 2 E H r d d p200將 和 代入上式, 同時(shí)考慮到EH1p IR202短振子的輻射電阻為hR ( )222）方向系數(shù)為D1.5 2 ,) sin F2d d003）有效長(zhǎng)度歸

17、于輸入點(diǎn)電流的有效長(zhǎng)度為zIIh einh dz h00hh5三基類有兩個(gè)平行于z軸并沿x軸方向排列的半波振子, 已知cos( cos)2半波振子的方向函數(shù)為：陣因子為：，其中c os;sin2；當(dāng) d= /4, /2 時(shí)，試分別求其 E 面和 Hs inc os 面方向函數(shù), 8 分）1）由方向圖乘積定理：二元陣的方向函數(shù)等于元因子和陣因子cos( cos)cos ;22F ) sin其中： sin (2)當(dāng) 00時(shí)，得到E 面方向函數(shù)：.cos( cos)2F ) cos sin);sin4E(3)當(dāng) 900時(shí)，得到H 面方向函數(shù)：F ( H) );41 綜合類 一均勻無(wú)耗傳輸線的特性阻抗

18、為 70 ,負(fù)載阻抗為Zl=70+j140 , 工作波長(zhǎng) =20cm。試計(jì)算串聯(lián)支節(jié)匹配器的位置和長(zhǎng)度（16 解：(1)求終端反射系數(shù)Z Z 0.70745010Z Z10(2)求駐波比1 5.811 1（3）求串聯(lián)支節(jié)的位置11arctan l 1（4）調(diào)配支節(jié)的長(zhǎng)度： 1l 22三基類設(shè)某矩形波導(dǎo)的尺寸為 a=8cm,b=4cm; 試求工作頻率在3GHz10分）解：.f cm ) f2m 0.16( ) a 102 ) b m TE012 ) m TM11ba22）結(jié)論可見(jiàn)，該波導(dǎo)在工作頻率為3GHz時(shí)只能傳輸TE10模3一般綜合試求如圖所示并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的S 14分）解:(1)寫出參數(shù)方程u

19、u12i Yu (i )122（2）根據(jù)入射波、反射波與電壓、電流的關(guān)系：，u a bi a b111111，u a bi a b222222（312）變換得到：Y2b 1a 1a2Y2Y2.2Yb 2a 1a2Y2Y2(4)結(jié)論2 Y S 2Y 2Y2Y2Y 2Y4一般綜合長(zhǎng)度為 2h(h )沿 z 軸放置的短振子, 中心饋電, 其電流分布為I(z)=Imsink(h-|z|), 式中k=2 / , 知短振子的輻射e E j30Ikh22場(chǎng) （ 電 場(chǎng) 、 磁 場(chǎng) ） 表 達(dá) 式 為 ：、rmEEH 1 0 13 分）解：）求短振子的輻射電阻由于短振子的輻射場(chǎng)為：eEE、30Ikhs n2H

20、 E j2 1 0rm將 和 代入上式,則輻射功率為EH1 2d d p E H200r2E2 2 d d02010(kh)4同時(shí)考慮到.1p IR22m短振子的輻射電阻為R 20(kh)42）方向系數(shù)為D1.5 2 ,) sin F2d d003）有效長(zhǎng)度歸于輸入點(diǎn)電流的有效長(zhǎng)度為Ih hk(h z hmmIh5 三基類六元均勻直線陣的各元間距為 /2, 求： 天線陣相對(duì)于 的歸一化陣方向函數(shù)。 分別求出工作于邊射狀態(tài)和端射狀態(tài)的方向函數(shù)。(8分）Nsin121）由公式;當(dāng) N=6時(shí)則得天線陣相對(duì)于) sinN2 的歸一化陣方向函數(shù)：1 sin3) ;sin62 sin （2）求工作于邊射狀

21、態(tài)和端射狀態(tài)的方向函數(shù)當(dāng) 0時(shí)為邊射陣的歸一化方向函數(shù)1 sin(3cos) ;6sin( cos)2當(dāng)時(shí)為端射陣的歸一化方向函數(shù) .1 sin3(cos) ;6sin (cos21綜合類設(shè)某一均勻無(wú)耗傳輸線的特性阻抗為，終端接有Z 500未知負(fù)載 現(xiàn)在傳輸線上測(cè)得電壓最大值和最小值分別是 100mV 和Z120mV,第一電壓波節(jié)位置離負(fù)載，試求該負(fù)載的阻抗 16lZ31min1分）V解：）max 53Vmin 1 2）l）3 1 1 3 .31; 4 33min112.3 e ejj3311Z Z1）482.464.301 1;Z Z100ZZ10111 2、一般綜合如圖求雙端口網(wǎng)絡(luò)的 矩陣

22、和 矩陣（12 分）ZY 解：）由 矩陣的定義：.6ZVZ Z Z111IAC1I 02VZ Z Z112IC212I 01VIZ Z Z222BC2I 01. ZZZ則：ACCZ ZZ ZCBC 2）求 6YZZ Y Z 11ZBCCZ Z (Z Z )Z ZZ ZABABCCAC3、一般綜合設(shè)矩形波導(dǎo)寬邊，工作頻率為：，a cmf 用 阻抗變換器匹配一段空氣波導(dǎo)和一段 g4r配介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) 12 分）r解：）各部分的等效特性阻抗如圖2 Z Z Z2）根據(jù)傳輸線的四分之一波長(zhǎng)阻抗變換性：，000rr得。 1.6rr5c）求波導(dǎo)波長(zhǎng)： 3 ;2.37fr波導(dǎo)波長(zhǎng)為：.42.691( )2

23、ag2）求變換器的長(zhǎng)度：l.3 0.67g44三基類型直立振子天線的高度，其電流分布表達(dá)式為：h 10m.I(z)I sin(hz) 300mm度？（10 分）解：）寫出表達(dá)式I h I(z)dz I sin(hz dz)hhmenm002Ihsin2m22）求有效高度2hh m221、 綜合類設(shè)有一無(wú)耗傳輸線，終端接有負(fù)載，Z j30()1求：12319 分）解：）求7Z ?0Z Z30222a. 11000ZZ 2(40 ) 30Z10b. 求1?Z0，得：40 30 Z 0Z 50222002）求反射系數(shù)及駐波比.712ZZZZa.b. ej1100311 211 13）求?5zmin1.0z418min1，代入得：z32min102、一般綜合如圖求終端接匹配負(fù)載時(shí)的輸入阻抗，并求出輸入端匹配條件。(14分)解：8Z ?in11(Z )jXZ BX) j(2X )10 jB0BZ 1jBBX) jBZZ jX 00jB2）由匹配條件：61B Z1220求得：；一般?。?。Z ZX X Z ,B 2BZ0003一般綜合 1.75 的尺寸為，當(dāng)不考慮階梯不連續(xù)性電容時(shí)，求失配波導(dǎo)ab 2cm20的窄邊尺寸 。(14 )b11）根據(jù)等效傳輸線理論，設(shè)波導(dǎo)的主模為TE10，則其等效特性.阻抗：4