微波技術(shù)基礎(chǔ)思考題

1、微波技術(shù)基礎(chǔ)思考題1、微波是一般指頻率從 至 范圍內(nèi)的電磁波，其相應(yīng)的波長從 至 。從電子學(xué)和物理學(xué)的觀點(diǎn)看，微波有似光性、似聲性、穿透性、非電離性、信息性等重要特點(diǎn)。2行波的模式，簡稱導(dǎo)模，是指能夠沿導(dǎo)行系統(tǒng)獨(dú)立存在的場型，其特點(diǎn)是：（1）在導(dǎo)行系統(tǒng)橫截面上的電磁波呈駐波分布，且是完全確定的。這一分布與頻率無關(guān)，并與橫截面在導(dǎo)行系統(tǒng)上的位置無關(guān)；（2）導(dǎo)模是離散的，具有離散譜；當(dāng)工作頻率一定時(shí)，每個(gè)導(dǎo)模具有唯一的傳播常數(shù)；（3）導(dǎo)模之間相互正交，彼此獨(dú)立，互不耦合；（4）具有截止特性，截止條件和截止波長因?qū)邢到y(tǒng)和因模式而異。3義地講，凡是能夠?qū)б姶挪ㄑ匾欢ǖ姆较騻鞑サ膶?dǎo)體、介質(zhì)或由它們組

2、成的導(dǎo)波系統(tǒng)，都可以稱為傳輸線。若按傳輸線所導(dǎo)引的電磁波波形（或稱模、場結(jié)構(gòu)、場分布），可分為三種類型：（1） 波傳輸線，如平行雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線和微帶線，他們都是雙導(dǎo)線傳輸系統(tǒng)；（2） 波和 波傳輸線，如矩形、圓形、脊形和橢圓形波導(dǎo)等，他們是由金屬管構(gòu)成的，屬于單導(dǎo)體傳輸系 3）表面波傳輸系統(tǒng)，如介質(zhì)波導(dǎo)（光波導(dǎo)）、介質(zhì)鏡象線等，電磁波聚集在傳輸線內(nèi)部及其表面附近沿軸線方向傳播，一般是 或 波的疊加。對傳輸線的基本要求是：工作頻帶寬、功率容量大、工作穩(wěn)定性好、損耗小、易耦合、尺寸小和成本低。一般地，在米波或分米波段，可采用雙導(dǎo)線或同軸線；在厘米波段可采用空心金屬波導(dǎo)管及帶狀線和微帶線等；

3、在毫米波段采用空心金屬波導(dǎo)管、介質(zhì)波導(dǎo)、介質(zhì)鏡像線和微帶線；在光頻波段采用光波導(dǎo)（光纖）。以上劃分主要是從減少損耗和結(jié)構(gòu)工藝等方面考慮。傳輸線理論主要包括兩方面的內(nèi)容：一是研究所傳輸波形的電磁波在傳輸線橫截面內(nèi)電場和磁場的分布規(guī)律（也稱場結(jié)構(gòu)、模、波橫向問題；二是研究電磁波沿傳輸線軸向的傳播特性和場的分布規(guī)律，稱為縱向問題。橫向問題要通過求解電磁場的邊值問題來解決；各類傳輸線的縱向問題卻有很多共同之處。在微波技術(shù)中，所討論的傳輸線都屬1l于長線范圍，即以電刻度： 0.05為分界線。傳輸線上的電壓、電流解由三種不同的終接條件決定：終端條件、始端條件、信號源和負(fù)載條件。當(dāng)已知終端條件的解為：V I

4、 Z V I Z d0d0L LL L +-ee22V I Z V I Z d0d0L L2Z0L L2Z0 ee+-其中第一項(xiàng)為入射波，第二項(xiàng)為反射波；d 為離終端的距離。當(dāng)已知始端條件的解為：V I Z V I Z 0 0 0z0 0 0z +-ee22V I Z V I Z z0 0 0z0 0 0e e+-2Z02Z0其中第一項(xiàng)為入射波，第二項(xiàng)為反射波；z 為離起始端的距離。傳輸線接不同負(fù)載阻抗時(shí)，沿傳輸線縱向看，有三種不同的工作狀態(tài)：行波、行駐波和純駐波。4、幾個(gè)重要的參數(shù)：（1） 波阻抗：導(dǎo)行系統(tǒng)中導(dǎo)模的橫向電場和與這個(gè)電場有關(guān)的橫向磁場之比；0介質(zhì)的固有波阻抗為，對于真空或空氣，

5、 00（2） 特性阻抗：傳輸線上行波的電壓和電流之比，或入射波的電壓和入射波的R j LIU11電流之比，Z =其表達(dá)式為 Z =,是一個(gè)復(fù)數(shù)；對于無耗線或jC0011L11U C低耗線：Z =；U Lp 10C1p 1其倒數(shù)為傳輸線的特性導(dǎo)納.（3） 輸入阻抗（分布參數(shù)阻抗）：傳輸線上任一點(diǎn)的阻抗 Z 定義為該點(diǎn)的電inU(d)I(d)壓和電流之比,即 Z 。具體表達(dá)式：inZ Z d0LZ Z0Z dinZ0L2Z d0L對于無耗線：Z ，Z0 dinZ0L傳輸線輸入阻抗的特點(diǎn)是： 傳輸線阻抗隨位置 d 而變，分布于沿線各點(diǎn)，且與負(fù)載有關(guān)； 傳輸線具有阻抗變換作用，Z 通過線段 d 變換成

6、 Z ，或相反；Lin42 無耗線的阻抗呈周期性變化，具有 變換性和 重復(fù)性。（4） 傳播常數(shù)：是描述導(dǎo)行波沿導(dǎo)行系統(tǒng)傳播過程中的衰減和相位變化的參(R L G C )數(shù)，一般為復(fù)數(shù)： j1111 0對于無耗線：對于低耗線：， L C1 11G Z1 0 ， L C2Z2c1 1d0（5） 反射系數(shù)：傳輸線上某點(diǎn)處的反射系數(shù)定義為該點(diǎn)的反射波電壓與該點(diǎn)的V (d)入射波電壓之比，即： ( )，其表達(dá)式為： d vV (d)jZLZ0ZLZ0Z ZL 0 d d (d) e e，其中： eLvZLLZ0LLj( 2d)L所以對于無耗線： ( ) d e；LZ (d)Z0( )0 ( )dd與阻抗

7、的關(guān)系： ( ) d ； Z Z (d)Z0inZ (d)in(d)與歸一化阻抗的關(guān)系：z inZ0( )d（6） 駐 波 系 數(shù) ： 傳 輸 線 上 相 鄰 的 波 腹 點(diǎn) 和 波 節(jié) 點(diǎn) 的 電 壓 之 比 ，LLV 。VjtgdnZ0與阻抗的關(guān)系：Z ；Z inL0 jtg dn（7） 無耗線在行波狀態(tài)的條件是：Z ,此時(shí)反射系數(shù)為零，駐波系數(shù)為 1；L0工作在駐波狀態(tài)的條件是：Z = 或 ；工作在行駐波狀態(tài)LLLLL的條件是：Z Z 。LLLLLL（8） 損耗正切、有效介電常數(shù)、填充系數(shù)？34、史密斯圓圖是求街均勻傳輸線有關(guān)標(biāo)圖，圖上有兩組坐標(biāo)線，即歸一化阻抗或?qū)Ъ{的與反射系數(shù)的稱阻抗

8、圓圖或?qū)Ъ{圓圖。阻抗圓圖上的等值線分別標(biāo)有和問題的一類曲線坐的等值線簇等值線簇，所有這些等值線都是圓或圓弧，故也，而和，并沒有在圓圖上表示出來。導(dǎo)納圓圖可以通過對旋轉(zhuǎn) 到。阻抗圓圖的實(shí)軸左半部和右半部的刻度分別表示電刻度表示或和或。圓圖上的，圖上 表示。5、阻抗匹配是使微波電路或系統(tǒng)無反射運(yùn)載行波或盡量接近行波的技術(shù)措施，阻抗匹配主要包括三個(gè)方面的問題，它們是：（1）；（2）6、帶狀線的結(jié)構(gòu)是3）。帶狀線可以看作是由演變而成的，它可以傳輸導(dǎo)波。7帶線可用光刻程序制作，是目前 中使用最多的一種平面型傳輸線，其結(jié)構(gòu)是： ，微帶線可以看作是由8、導(dǎo)模的場結(jié)構(gòu)是分析和研究波導(dǎo)問題、模式激勵(lì)、設(shè)計(jì)波導(dǎo)的

9、基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)，所謂場結(jié)構(gòu)是指演變而來的，其工作模式是波導(dǎo)模。9、波導(dǎo)的激勵(lì)本質(zhì)是電磁波的輻射，是微波源在由波導(dǎo)內(nèi)壁所限定的有限空間 輻 射 ， 其 結(jié) 果 是 要 求 在 波 導(dǎo) 中 獲 得 所 需 要 的 模 式 ， 激 勵(lì) 的 一 般 方 式有、和四種。、微波諧振器是一種適用于 或更高頻率的諧振元件，它是導(dǎo)體壁完全密閉的空腔，可以將電磁波場全部約束在空腔內(nèi)，同時(shí)其整個(gè)大面積的金屬表面又為電流提供通道。諧振腔具有固定的諧振頻率和很高的 Q 值（品質(zhì)因數(shù)）。諧振腔的多諧性是指。、插入損耗 ，它是表示，它是表示，它是表示。、反射損耗 L =。R、回波損耗 L =。r 、 四 種 典 型 實(shí) 用

10、匹 配 網(wǎng) 絡(luò) 的 設(shè) 計(jì) 方 法 是 1）、（ 2） 3）4（4）。其中（1）是適用于3）可分為并聯(lián)和串聯(lián)；單支節(jié)與多支節(jié)，其中，因?yàn)樗?的優(yōu)點(diǎn)。2）是適用于常用的是、有耗線與無耗線的主要區(qū)別在于線上的入射波和反射波的振幅要按指數(shù)規(guī)律衰減，衰減的大小取決于衰減常數(shù) = + 。衰減常數(shù)的常用計(jì)算方法有四cd1）（4）2）3）、。、無耗傳輸線的駐波狀態(tài)的特點(diǎn)是：（ 1）、（ 2）（ 3）（4）。、無耗傳輸線的行波狀態(tài)的特點(diǎn)是：（ 1）（ 2）（3）、。、矩形波導(dǎo)的的主模是 模，導(dǎo)模傳輸條件是10，其，矩形波中截止頻率為， 模矩形波導(dǎo)的等效阻抗為10導(dǎo)保證只傳輸主模的條件是。 、 矩 形 波 導(dǎo)

11、 的 管 壁 電 流 的 特 點(diǎn) 是 1）、（2）3）。，、模式簡并現(xiàn)象是指主模也稱基模，其定義是。單模波導(dǎo)是指；多模傳輸是。、保證同軸線只傳輸 模的方法是、。、耦合傳輸線是由構(gòu)成的系統(tǒng)。包括和兩種常用結(jié)構(gòu)。、分析和設(shè)計(jì)微波系統(tǒng)的有力工具是微波網(wǎng)絡(luò)的和。、建立在等效電壓、等效電流和等效阻抗基礎(chǔ)上的傳輸線稱為。5、將由不均勻性引起的傳輸特性的變化歸結(jié)為等效、均勻傳輸線中的許多分析方法均可用于、任意具有兩個(gè)端口的微波元件均可看做為。的分析。、矩陣中的各個(gè)阻抗參數(shù)必須使用矩陣中的各參數(shù)必須用法測量；法測量；同一雙端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗矩陣和導(dǎo)納矩陣關(guān)系是矩陣的各參數(shù)是建立在端口接匹配負(fù)載基礎(chǔ)上的?；?。也就是

12、說散射矩陣的各個(gè)參數(shù)可以利用網(wǎng)絡(luò)輸入輸出端口的參考面上接負(fù)載測得?；ヒ拙W(wǎng)絡(luò)是指、微波元器件是指實(shí)現(xiàn)信號的能的部件。；對稱網(wǎng)絡(luò)是指；無耗網(wǎng)絡(luò)是指。、等功波元器件按其變換性質(zhì)可分為線性互易元器件、線性非互易元器件和非線性元器件三大類。其中：線性互易元器件是指它主要包括，。線性非互易元器件主要是指元器件，它的散射矩陣等。，但仍工作在區(qū)域，主要包括非線性器件能引起的改變，從而實(shí)現(xiàn)、等，主要包括微等。波、端負(fù)載元件是典型的一端口互易元件，連接在傳輸系統(tǒng)的終端，是用來實(shí)現(xiàn)和、或等功能的元件。主要包括三種負(fù)載、。、阻抗匹配元器件是用于器件，它們。主要包的作用是為了、括、以及波電路中有一種器件，在振蕩器中作為

13、振蕩回路，在放大器中用作諧振回路，在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件等，實(shí)現(xiàn)上述功能的器件稱為、常用的微波諧振器有 諧振器、 諧振器和現(xiàn)微波諧振器總是通過一個(gè)或幾個(gè)端口和外電路連接，把諧振器和外電路相連的部分叫。諧振器等?；?。6、鐵氧體是一種色的陶瓷，它是微波技術(shù)中應(yīng)用很廣泛的的磁性物質(zhì)。當(dāng)微波頻率的電磁波從不同的方向通過磁化鐵氧體時(shí)，呈現(xiàn)一種性其導(dǎo)電損耗很（大或小）。利用這種效應(yīng)，可以做成各種和 器件。微波鐵氧體元件。最常用的是7一、名詞解釋1、天線的互易定理2、非頻變天線3、行波天線4、縫隙天線5、智能天線6、 Smith園圖7、電大尺寸8、S 參數(shù)9、微波網(wǎng)絡(luò)10、傳輸線理論二、簡述題1、

14、 什么是微波？微波有什么特點(diǎn)？微波有哪些方面的應(yīng)用？2、 現(xiàn)象有哪些？一般是采用哪些物理量來描述？3、 TEM、TE 和 TM 波是如何定義的？什么是波導(dǎo)的截止性？分別說明矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、帶狀線和微帶線的主模是什么？4、 列出波導(dǎo)激勵(lì)方式并加以描述工作原理（至少 3 5、 與高頻 PCB 上的應(yīng)用6、 5 的參數(shù)是如何測量得到的。7、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)中，如何將波導(dǎo)管等效成平行傳輸線的？8、 S 參數(shù)的分析與求解?81、什么是天線？天線工作的基本原理、功能、種類、結(jié)構(gòu)，以及如何說明天線具有方向性？2、天線為什么可以等效為兩個(gè)基本振子，又是如何等效的？3、天線近場與遠(yuǎn)場分別有什么特點(diǎn)？4、天

15、線有哪些主要電參數(shù)，又分別是如何描述天線的電性能的？5、天線陣的作用是什么？設(shè)計(jì)天線陣要考慮哪些因素？6、改善鞭狀天線的電性能的方式有哪些？又是如何實(shí)現(xiàn)的？7 如何定義大環(huán)天線與小環(huán)天線？分別說明其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用。8、微帶天線特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，并說明影響微帶天線特性參數(shù)的因數(shù)9、試論述傳輸線理論及其應(yīng)用、阻抗匹配的形式與特點(diǎn)。10、論述Smith園圖的特點(diǎn)、功能、以及應(yīng)用。、天線有哪些主要電參數(shù)，又分別是如何描述天線的電性能的？12、天線陣的作用是什么？設(shè)計(jì)天線陣要考慮哪些因素？13、改善鞭狀天線的電性能的方式有哪些？又是如何實(shí)現(xiàn)的？14、微帶天線特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，并說明影響微帶天線特性參數(shù)的因

16、數(shù)1、 簡述天線接收無線電波的物理過程？。2、 為什么引向天線的有源振子常采用折合振子？。3、簡述 /4扼流套平衡不平衡變換器的工作原理？94.簡述軸向模螺旋天線產(chǎn)生圓極化輻射的工作原理。5.對旋轉(zhuǎn)拋物面天線的饋源有哪些基本要求？。6.簡述平面等角螺旋天線的非頻變原理。7.分別簡述兩種智能天線的工作原理與特性。1.在一均勻無耗傳輸線上傳輸頻率為3GH Z =100 ，z0終端接 Z =75j100 的負(fù)載，試求：1（1） 傳輸線上的駐波系數(shù)；（2） 離終端 10cm 處的反射系數(shù)和輸入阻抗2.已知同軸線特征阻抗 Z0=50 ，信號波長 =10cm，終端電壓反射系數(shù) ej50，用Smith 2（

17、1）終端負(fù)載阻抗 ZL；（2）電壓波腹和波節(jié)處的阻抗；（3）靠近終端第一個(gè)電壓波腹及波節(jié)點(diǎn)距終端的距離。3.已知矩形波導(dǎo)的橫截面尺寸為 b=23mm10mm，波導(dǎo)內(nèi)填充空氣，求：（1）工作頻率為 15GHz 時(shí)，該波導(dǎo)中可以傳輸哪幾種模式；（2 10GHz g和相速度 Vp。4.利用級聯(lián)法求如下圖所示的系統(tǒng)的總ABCD矩陣(即A矩陣)，推導(dǎo)出對應(yīng)的SS參數(shù)矩陣的特性對此網(wǎng)絡(luò)的對稱性做出判斷。10/4/4l l Z 歐Z 歐120Z 歐031、利用d d,)sin D= F200的公式計(jì)算電基本振子的方向系數(shù)。2、設(shè)計(jì)一副工作頻率為 200-400MHz的對數(shù)周期天線，要求增益為 9.5dB。已

18、知在 D 9dB的條件下， =0.895, =0.165。3、均勻同相的矩形口徑尺寸為 a=8，b=6，利用書中圖 6-2-6，求出 H面內(nèi)的主瓣寬度 2 ,零功率點(diǎn)波瓣寬度 2 以及第一副瓣位置和副瓣0.5H0H電平 SLL(dB)。11）終端反射系數(shù)為：Z Z75 100100 1 j4 9 j3210074.3 0.511Z Z75 1001007 j46511 1因此，駐波系數(shù)為： 3.081 1（2）已知信號頻率為 3GH ，則其波長為：zc 8 m 10cm9f10所以，離終端 10cm 處恰好等于離終端一個(gè)波長，根據(jù) /2的重復(fù)性，有：cm) 0.51 74.31Z =Z=75j

19、100inl2、解題思路：11（1） 在 Smith 圓圖中找出終端反射系數(shù)為： e的點(diǎn)，對應(yīng)的阻抗j502為終端歸一化阻抗，由特性阻抗和信號波長即可計(jì)算出終端負(fù)載阻抗（2） 由終端反射系數(shù)園與實(shí)軸正方向和負(fù)方向有兩個(gè)交點(diǎn)，對應(yīng)的是電壓的波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)處的阻抗（3） 由終端順時(shí)針轉(zhuǎn)到波腹點(diǎn)的長度則為電壓波腹點(diǎn)距終端的距離；轉(zhuǎn)到波節(jié)點(diǎn)的長度則為電壓波節(jié)點(diǎn)距終端的距離31）工作頻率為 15GHz 時(shí)，C/f=20mm， 2由，可得cTE102a46cm，cTE20=a=23cm, 2/Cm a/2 /n bcTE30=2a/3=15.3cm ， cTE01=2b=20cm ， cTE02=b=10cm ，=18.6cm，所以可傳輸 TE 、 TE 、 TE ；1