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2015年微波技术与天线总复习题


微波技术与天线基础总复习题
一、填空题 1 、微 波 是 一 般 指 频 率 从 划为 至 范 围 内 的 电 磁 波 ,其 相 应 的 波 长 从 、 、 、 至 、 。并 等

四个波段; 从电子学和物理学的观点看, 微波有

重要特点。 2 、 无耗传输线上的三种工作状态分别为: 3、 传 输 线 几 个 重 要 的 参 数

: ( 1) 波 阻 抗 : ( 2) 特 性 阻 抗 : 数; 其倒数为传输线的 ;介质的固有波阻抗为 ,或 . , 即 Z i n (d)= 。传 输 线 输 入 阻 抗 的
? I







。 ,是 一 个 复

, Z 0= U? 其 表 达 式 为 Z 0=

( 3 ) 输 入 阻 抗( 分 布 参 数 阻 抗 ) : 特 点 是 : a) ( 4) 传 播 常 数 : ( 5) 反 射 系 数 : ( 6) 驻 波 系 数 : ( 7) 无 耗 线 在 行 波 状 态 的 条 件 是 : 工作在行驻波状态的条件是: ( 8 ) 无耗传输线的特性阻抗 Z0 = 线上电压与电流反射系数关系 。 b) c) d)

; 工作在驻波状态的条件是:



, 输入阻抗具有 ,驻波比和放射系数关系

周期性,传输 。 。 。 问题的一类曲线坐标 的等值线簇与反

4 、 负载获得最大输出功率时,负载 Z0 与源阻抗 Zg 间关系: 5、负载获得最大输出功率时,负载与源阻抗间关系: 6、 史 密 斯 圆 图 是 求 街 均 匀 传 输 线 有 关 和

图 ,图 上 有 两 组 坐 标 线 ,即 归 一 化 阻 抗 或 导 纳 的 射系数的

等值线簇,所有这些等值线都是圆或圆弧,故也称阻 ,

抗圆图或导纳圆图。阻抗圆图上的等值线分别标有 而 以通过对 和

,并 没 有 在 圆 图 上 表 示 出 来 。导 纳 圆 图 可 旋 转 180 °得 到 。 阻 抗 圆 图 的 实 轴 左 半 部 和 右 半
1

部的刻度分别表示 电刻度表示





或 。

。圆图上的

, 图 上 0~180 °是 表 示

7 、 Smith 圆 图 与 实 轴 右 边 的 交 点 为 点,左半轴上的点为电压波

点 。 Smith 圆 图 实 轴 上 的 点 代 表 点。在传

点,右半轴上的点为电压波 旋转。

输线上电源向负载方向移动时,对应在圆图上应

8、 阻 抗 匹 配 是 使 微 波 电 路 或 系 统 无 反 射 运 载 行 波 或 尽 量 接 近 行 波 的 技 术 措 施 , 阻抗匹配主要包括三个方面的问题,它们是: ( 1) ( 2) ; ( 3) 。 ;

9、 负 载 获 得 最 大 输 出 功 率 时 , 负 载 与 源 阻 抗 间 关 系 : 10 、矩 形 波 导 的 的 主 模 是 截止频率为 保证只传输主模的条件是 模 ,导 模 传 输 条 件 是 , TE 1 0 模 矩 形 波 导 的 等 效 阻 抗 为 。 、 。 , 。单模波导是 。 ,低损耗模为 。 ,其 中 ,矩形波导

11 、 矩 形 波 导 的 管 壁 电 流 的 特 点 是 : (1) ( 2) 12 、 模 式 简 并 现 象 是 指 主模也称基模,其定义是 指 13 、 圆波导中的主模为 ;多模传输是 ,轴对称模为 、 ( 3)

微 带 线 的 特 性 阻 抗 随 着 w/h 的增大而 阻抗越 14、微波元器件按其变换性质可分为 、

。相同尺寸的条件下,ε r 越大, 特性



三大类。 。 。

15 、 将 由 不 均 匀 性 引 起 的 传 输 特 性 的 变 化 归 结 为 等 效 16 、 任 意 具 有 两 个 端 口 的 微 波 元 件 均 可 看 做 为 17 、 [Z] 矩 阵 中 的 各 个 阻 抗 参 数 必 须 使 用 [Y] 矩 阵 中 的 各 参 数 必 须 用 法测量; 法测量;

18 、 同 一 双 端 口 网 络 的 阻 抗 矩 阵 [Z] 和 导 纳 矩 阵 [Y] 关 系 是 19、多口网络[S]矩阵的性质:网络互易有 时有 . ,网络无耗有

。 ,网络对称

2

20 、 终 端 负 载 元 件 是 典 型 的 一 端 口 互 易 元 件 , 连 接 在 传 输 系 统 的 终 端 , 是 用 来 实 现 和 。 、 或 等 功 能 的 元 件 。主 要 包 括 三 种 负 载 、 、

21 、 微 波 电 路 中 有 一 种 器 件 , 在 振 荡 器 中 作 为 振 荡 回 路 , 在 放 大 器 中 用 作 谐 振 回 路 ,在 带 通 或 带 阻 滤 波 器 中 作 为 选 频 元 件 等 ,实 现 上 述 功 能 的 器 件 称 为 22 、常 用 的 微 波 谐 振 器 有 谐振器、 谐振器和 。 谐振器等。

23 、 实 现 微 波 谐 振 器 总 是 通 过 一 个 或 几 个 端 口 和 外 电 路 连 接 , 把 谐 振 器 和 外 电 路 相连的部分叫 24 、铁 氧 体 是 一 种 磁性物质。 25、电基本振子的归一化方向函数 F ?? , ? ? = 度 2?0.5 = . (正比、反比) 和 两个分量,它们在空间上相 ,方向系数 D= , 3dB 波瓣宽 或 。 的

色 的 陶 瓷 ,它 是 微 波 技 术 中 应 用 很 广 泛 的

26、天线辐射场的强度与距离成 沿 z 轴放置的电基本振子远场区有 互 ,在时间上

(同相位、反相位)

二、名词解释 1、传输线理论 2 、 TEM 波 、 TE 波 和 TM 波 3、 传 播 常 数 、 相 速 、 波 长 4、 行 波 、 驻 波 、 行 驻 波 5、 传 输 线 特 性 阻 抗 、 输 入 阻 抗 、 反 射 系 数 、 驻 波 比 6、 简 并 模 7、 工 作 波 长 、 波 导 波 长 8、 Smith 圆图 9、天线的互易定理 10、S 参数 11、微波网络 12 、 天 线 方 向 图 参 数 中 的 前 后 比 、 方 向 系 数

3

13 、 电 波 传 播 中 的 衰 落 现 象 14 、 天 线 方 向 图 参 数 中 的 主 瓣 宽 度 、 旁 瓣 电 平 15 、 天 线 的 有 效 长 度 、 天 线 有 效 面 积 16、行波天线 17、缝隙天线 18、智能天线 19 、 阵 列 天 线 方 向 图 乘 积 定 理

三、简述题 1、 什么是微波?微波有什么特点?微波有哪些方面的应用? 2、 试解释一下长线的物理概念,说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些? 一般是采用哪些物理量来描述? 3、 无耗均匀传输线输入阻抗的特性,与哪些参数有关? 4、 传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的,并分析三者之间的关系 5、 简述传输线的行波状态,驻波状态和行驻波状态 6、 试解释传输线的工作特性参数(特性阻抗、传播常数、相速和波长 7、 阻抗匹配的意义,阻抗匹配有哪三者类型,并说明这三种匹配如何实现? 8、 TEM、TE 和 TM 波是如何定义的?什么是波导的截止性?分别说明矩形波导、圆波导、 同轴线、带状线和微带线的主模是什么? 9、 10、 11、 12、 13、 什么是波导的截止性?分别说明矩形波导、圆波导、同轴线的主模是什么? 试说明规则波导内不能传输 TEM 波的原因。 说明圆波导中 TE01 模为什么具有低损耗特性。 什么叫模式简并现象?矩形波的和圆波导的模式简并有何异同? 列出微波等效电路网络常用有 5 种等效电路的矩阵表示,并说明矩阵中的参数是如

何测量得到的,及[Z]和[S]参数物理意义。 14、 简述 S 参数如何测量

15、什么是天线?天线工作的基本原理、功能、种类、结构,以及如何说明天线具有方向性?

4

16、简述天线的定义和功能 17、天线为什么可以等效为两个基本振子,又是如何等效的? 18、天线近场区与远场区分别有什么特点? 19、简述什么是天线的极化,极化的分类? 20、对接收天线的方向性有哪些要求? 21、采用天线阵可增强方向性,其主要原理是什么? 22、什么是衰落?简述引起衰落的原因。 23.分别简述两种智能天线的工作原理与特性。 24、写出阵列天线的方向图乘积定理,并作说明

四、计算题 1.在一均匀无耗传输线上传输频率为 3GHz 的信号,已知其特性阻抗 Z0=100Ω ,终端接 Z1=75 +j100Ω 的负载,试求: (1) (2) 传输线上的驻波系数; 离终端 10cm 处的反射系数和输入阻抗

2、 特性阻抗 Z0 ? 30? 的均匀无耗传输线,终端接有负载 Zl ? 50 ? j 20? ,用 ? / 4 的阻抗 变换器实现阻抗匹配,试求 ? / 4 阻抗变换器的特性阻抗 Z 01 及离终端距离 l 。 3、 有 Z0 ? 50? 的无耗均匀传输线,媒质参数为 ? r ? 2.25, ?r ? 1 ,终端接有 R l ? 1? 负载。 当 f ? 100MHz 时,其线长度为 ? /4 。试求: (1)传输线实际长度; (2)负载终端反射 系数; (3)输入端反射系数; (4)输入端阻抗。 4 、 特性阻抗为 50? 的无耗传输线, 终端接阻抗为 Zl ? 25 ? j 75? 的负载, 采用单并联短路 支节匹配。求支节的位置和长度。 5 、 特性阻抗 Z0 ? 150? 的均匀无耗传输线,终端接有负载 Zl ? 250 ? j100? ,用 ? / 4 的 阻抗变换器实现阻抗匹配,试求 ? / 4 阻抗变换器的特性阻抗 Z 01 及离终端距离 l 。 6 、 在特性阻抗为 600? 的无耗双导线上测得 U max ? 200V , U
min

? 40V ,第一个电压波节

点的位置 lmin1 ? 0.15? ,求负载 Zl ,用并联枝节进行匹配,求出枝节的位置和长度。 7、 用 BJ-100 矩形波导以主模传输 10GH z 的微波信号, (1)求 lc 、 lg 、 b 和波阻抗 Z w ;
5

(2)若波导宽边尺寸增加一倍,问上述各量如何变化?(3)若波导窄边尺寸增大一倍, 上述各量如何变化?(BJ-100 矩形波导尺寸为: a ? b ? 22.86 mm ? 10.16 mm ) 8、 已知矩形波导的横截面尺寸为 a×b=23mm×10mm,波导内填充空气,求: (1)工作频率 为 15GHz 时,该波导中可以传输哪几种模式; (2)工作频率为 10GHz 时,主模式在该矩 形波导中传输时对应的截止波长?c、相移常数?、波导波长?g 和相速度 Vp。 9、 矩形波导截面尺寸为 a ? b ? 23mm ?10mm ,试求: (1)传输模的单模工作频带; ( 2) 在 a,b 不变的情况下,如何才能获得更宽的频带? 10 、 试求图示终端接匹配负载时的输入阻抗,并求出输入端匹配的条件。

11 、

设双口网络[S]已知,终端接有负载 Zl ,如图所示,求输入端的反射系数。

12 、

设某系统如图所示, 双口网络为无耗互易对称网络, 在终端参考面 T2 处接匹配负载;

测得距参考面 T1 距离 l1 ? 0.125? g 处为电压波节点,驻波系数为 1.5,试求该网络的散射 矩阵

13 、 利用级联法求如下图所示的系统的总[ABCD]矩阵(即[A]矩阵), 推导出对应的[S]参数 矩阵(请写出转换计算过程) ,并根据 [S]参数矩阵的特性对此网络的对称性做出判断。

6

l ??/4
Z0=50 欧

Z1=j75 欧

Z2=j75 欧

l ??/4
Z0=50 欧

Z3=-j25 欧

14 、 设 某 定 向 耦 合 器 的 耦 合 度 为 33dB ,定 向 度 为 24dB ,端 口 1 的 入 射 功 率 为 25w , 计 算 直 通 端 口 ② 和 耦 合 端 口 ③ 的 输 出 功 率 。 15 、 写出下列各种理想双口端口元件的[S]矩阵。 (1)理想衰落器; (2)理想相移器; (3) 理想隔离器。 16 、 求 半 波 对 称 振 子 的 归 一 化 方 向 函 数 , 方 向 性 系 数 , 半功率波瓣宽度, 辐 射 电 阻 17 、 有 两 个 平 行于 z 轴并沿 x 轴方向排列的半波振子,若 d ? ? / 4, ? ? ? / 2 ,试分别

求其 E 面和 H 面的方向函数。 18 、 求 电 基 本 振 子 的 归 一 化 方 向 函 数 , 半功率波瓣宽度 2?
? 0.5

, 方 向 性 系 数 D,

辐射电阻 R 。 ( 已 知 E? =j 19 、

60? Il sin ? e ? jkr ) ?r

有两个平行于 z 轴并沿 x 轴方向排列的半波振子,若 d ? ? / 4, ? ? ? / 2 ,试分别求

其 E 面和 H 面的方向函数。 20 、 利用 D=

4?

? ?
0

2?

?

0

F 2 (? , ?) sin ?d?d?

的公式计算电基本振子的方向系数。

课后习题:

7

8


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