微波技术期末考试试卷2.pdf

《微波技术期末考试试卷2.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波技术期末考试试卷2.pdf（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、微波技术 期末考试试卷（A）标准答案及评分标准一、简 答 题（每小题3分）1、如何判断长线和短线？答：长线是传输线几何长度,与工作波长人可以相比拟的传输线（L5 分），（必须考虑波在传输中的相位变化效应），短线是几何长度/与工作波长入相比可以忽略不计的传输线（L 5分）。（界限可以认为是“42 0.0 5）。2、何谓分布参数电路？何谓集总参数电路？答：集总参数电路由集总参数元件组成，连接元件的导线没有分布参数效应，导线沿线电压、电流的大小与相位与空间位置无关（1.5分）。分布参数电路中，沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化，传输线存在分布参数效应（1.5分）。3、何谓色散传输线？对色散

2、传输线和非色散传输线各举一个例子。答：支持色散模式传输的传输线，（0.5 分）色散模式是传输速度（相速与群速）随频率不同而不同的模式（0.5分）。支持非色散模式传输的传输线（0.5分），非色散模式是传输速度（相速与群速）不随频率而改变的模式。（0.5分）色散模式传输线：波 导（0.5分）非色散模式传输线：同轴，平行双导体，微带。（0.5分）4、均匀无耗长线有几种工作状态？条件是什么？答：均匀无耗长线有三种工作状态，分别是驻波、行波与行驻波。（L5 分）驻波：传输线终端开路、短路或接纯电抗；（0.5分）行波：半无限长传输线或终端接负载等于长线特性阻抗；（0.5分）行驻波：传输线终端接除上述负载外

3、的任意负载阻抗；（0.5分）5、什么是波导中的模式简并？矩形波导和圆波导中的简并有什么异同？答：不同模式具有相同的特性（传输）参量叫做模式简并。（1 分）矩形波导中，与 T M.（m、n 均不为零）互为模式简并。（1 分）圆波导的简并有两种，一种是极化简并。其二是模式简并，（1 分）6、空气填充的矩形波导（宽边尺寸为0,窄边尺寸为匕）中，要求只传输H i。波型，其条件是什么？答：由于H 1 0 的截止波长4=2a,而 H z。的截止波长为a，的截止波长为28,若保证Ho单模传输，因此传输条件m a x（a,2 0）4 2 a （3分）。答对4 2 a （1 分）a 2 2 a （2 分）或 2

4、 8 X 2 a （2 分）a%2 a 或 2 b 4 2 a （2.5 分）7、说明二端口网络S参量的物理意义？答：S”，1 端口接源，2端口接匹配负载，1 端口的电压反射系数；S2 2：2 端口接源，1 端口接匹配负载，2 端口的电压反射系数；S1 2：2 端口接源，1 端口接匹配负载，2 端口到1 端口的电压传输系数；S.1 端口接源，2 端口接匹配负载，1 端口到2 端口的电压传输系数；对角元答对第1 个给1 分，答对第2个加0.5 分；非对角元答对第1 个 给 1 分，答对第2个加0.5 分；8、写出理想移相器的散射矩阵写出2 x 2矩阵形式给1分，每个元素0.5分；9、一个微波网络

5、的“某端口匹配”与“某端口接匹配负载”物理含义有何不同？答：某端口匹配是指该端口无反射，出波为零（1.5分）；某端口接匹配负载是指负载无向该端口的反射，该端口入波为零（1.5分）。1 0、什么叫截止波长？为什么只有波长小于截止波长的波才能够在波导中传播？=%；=%2 +,2 （1 分）波长只有小于截止波长，该模式才能在波导中以行波形式传输（1分），当；时，为迅衰场，非 行 波（1分）。二、（本 题1 5分）一空气介质无耗传输线上传输频率为3 G H z的信号，已知其特性阻抗Z o=7 5 Q,终端接有2乙=1 50。的负载。求：线上驻波比0：沿线电压反射系数（z）；距离终端/=1 2.5cm处

6、的输入阻抗Z,/）和电压反射系数（/）解:2ZL+Z（）1 50-751 50 +75ZZ o_3 =匕/次/（3分）输入阻抗Z加（/）=Z 0ZL+jZQ t an IZo+j ZL t an p IA=10cmf/=1 2.5cm =A,4吟）十*冬f J w解法二：ZL=当=2在等阻抗圆R =2与X=0的交点即为Z,的对应点，标记为A。乙 Z 0 75 L（2.5分）以0为圆心、线段0 A为半径的圆即等圆，其与正实轴的交点R（m ax）=2 =/7|“=勺1 =：曰=；，沿线电压反射系数即为r（z）=r|J z=g e-c/C 5（3）2-10c/（1 分）/=12.5cm=丸（1 分）

7、f 4A点沿等圆顺时针转乙=1.25处B读出归一化阻抗Zp,可以得到输入阻抗4,（1）=ZXZB（3 分）连接圆心0和B点交点读出反射系数的角度/r（z）=|r|（2 分）三、（本题15分）一空气填充的矩形波导（a=22.S6mm,b=0A6t?im）,信号的工作频率为10GHz。求：波导中主模的波导波长人,相速斗,和能速匕；若 尺 寸 不 变，工作频率变为15GHz,除了主模，还 能 传 输 什 么 模？解：工作频率/=10G H z,空气填充，因此2 C 3x10 MZ=-mm=30mm（1 分）f 10 xl09A.=3 0 m m 0)(2)由于用容性短路并联单枝节进行匹配，因此(X0

8、),于是选择。点(2分)X =%=1K(3)由A点顺时针转至。点，所转的波长数为d,则d =d 4(3分)(4)由乂=亦 的点N 逆时针转至导纳圆图的短路点。，转过的波长数为/,则/=(2分)1.微波通常是指波长在1 0.001米 之 间,频 率 在 300MH z 300G H z H z 之间的电磁波。按我国标准，家用微波炉所用微波频率为2450兆赫兹。“蓝牙”使用的微波频段在2.4G H z 附近。工业加热用微波频率为9 00兆 赫兹。2.微带线中传输的工作主模不是真正的TE M波，而是准 T E M 波,这种模式的主要特点是H z 和 E z 都 不 为 零，未加屏蔽时，其损耗包括 介

9、质损耗、欧姆损耗和 辐射损耗 三部分。3.微波系统的负载发生全反射时，负载的反射系数为1,从信号源输入的有效功率全部从负载反射回来，此时，从信号源输出端参考面看向负载，参考面上的回波损耗R L=Od B。4 .传输线上若导波波长为入g,则传输线上相隔 入 g/4 的点,其阻抗呈倒数，相隔A g/2 的点,其阻抗相等。5 .N 口微波网络散射矩阵 S“的元素S”的物理意义为：i 口接电源，其余端口接匹配负载 时 i 口的电压反射系数，元素S”的物理意义为：j 口接电源，其余端口接匹配负载时，从 j 口到i 口的电压传输系数。6.任何均匀传输系统传播的电磁波可分为三种，其中波导不能传输的波型为T

10、EM 波。7.圆柱形波导中还有一种与矩形波导中不同形式的模式简并现象，称为极 化 简并。8 .写出两种常见的微波双口网络：放 大 器、滤 波 器；两种常见的微波单口网络:负 载、信 号 源。9.从物理概念上分，模式激励可分为 电场激励 和 磁 场 激 励；常见的模式激励装置有探针激励装置、耦合环激励装置、孔/缝激励装置和直接耦合装置。1 0 .同轴线的内导体半径为a,外导体的内半径为b,内外导体之间填充有介质(c,U),则同轴线上单位长度的电容为C=单位长度的电感为L =W及(/a )同ln(b/a)2%轴线的特性阻抗为Z0 =J幺 蛆 丝火若该同轴线拟用于宽带微弱微波信号的传送，bV e 2

11、%与 a之 比 应 为 3.5 9 若该同轴线拟用于窄带大功率微波信号的传送,b与 a 之比应为L 65 ；实际工程中为兼顾这两种情况，通常的同轴线特性阻抗为50欧。同轴线单位长度的电容、电感与同轴线的参数.c a b有关H.圆柱形谐振腔中，壁电流只有沿方向的电流的谐振模式是T E u ,其 Q,值较其他模式高。1 2 .全反射时，r=l,从信号源来的有效功率全部从负载反射回来，此时回波损耗R L=Q d B1 3.阻抗匹配的方式主要有：1 负载阻抗匹配2信号源阻抗匹配3信号源共规匹配。1 4 .圆柱形波导中还有一种与矩形波导中不同形式的简并现象，称 为 极 化 简 并。1 5 .终端短路的传

12、输线的驻波系数是a,负载处的反射系数是-1 o终端开路的传输线的驻波系数是吆，负载处的反射系数是上L1 6 .扁波导宽边a和窄边b 的关系为b=(0.l_0.2)a 标准波导宽边a和 窄 边 b 的关系为 b=0 5 a1 7.T M 波的定义为E z 三0 而 H z=O的波称为横磁波T E 波的定义为H z 三 0 而 E z=O的波称为横电波1 8.在矩形波导中T E w 模的非零场分量有E y H x I I z。1 .S m i t h 园图中阻抗一般式为Z=R+j X,传输线特性阻抗为Zc,在下图的阻抗园图中，各点断正确的是R Zc,X=0 是 A点；R=Zc,X=0是 F点性质判

13、2 .特性阻抗5 0欧的均匀传输线终端接负载Ri 为 2 0j欧，5 0欧，2 0 欧时，传输线上分别形 成 纯驻波，纯行波，行驻波。若 Ri 为 30欧，5 0欧，30j欧时传输线上分别形成在驻波。纯行波，纯驻波，若 Ri 为 1 0j欧，5 0欧，30欧时传输线上分别形成纯驻波，纯行波，行驻波。3.电长度为0.5 表示0.5个导波波长。电长度为0.2 表示0.4 个波长。4.将激励探针垂直插入矩形波导宽边中央的原因主要是因为T E.模在该处的（A）电场最强5 .X 波段雷达的工作波段为：（C）厘 米 波 P 波段雷达的工作波段为:米波6 .阻抗圆图上旋转一周，相应于传输线的长度变化了 M

14、L7.一段无损传输线的特性阻抗为Zo,端接纯电阻Ri,且 ZOWRL。为实现负载阻抗匹配，需 在 Z。与 Ri 之间接入一段8/4 的阻抗匹配变换器，则该阻抗匹配变换器的特性阻抗Z：为8.一段均匀传输线，其终端短路时的输入阻抗为乙,终端开路时的输入阻抗为Z”。则该传输线的特性阻抗为 卮Z 9 .当传输线无损耗时，由电报方程的解可知，此时传输线上电压、电流呈现正向和反向的等幅行波。此时，传输线的特征阻抗Zc 为实数，电流与电压同相1 1 .矩形波导宽边为a,窄边为b,其主模是：T E 1 O模式1 2 .z 关于微波的特点，下面哪个描述正确？能穿过电离层，实现外层空间与地球的通信1 3.测得传输

15、线上某处的输入阻抗为R+jX,则与该处相距乙处的输入阻抗为R+jX1 4.微波特点：能穿过电离层，实现外层空间与地球的通信。1 5 .对于a X b（a b）的矩形波导中，传输的主模为T E,o1 6 .园波导中的最低波形是T E”在圆柱形谐振腔中，壁电流只有沿e方向的电流的谐振模式是 T E o n1 7.微波谐振器的固有品质系数为Q0,有载品质系数为Q L,外界品质因数为Q e,则他们的关系是 QL=QOQe/（QO+Qe）1、画出3d B法测盘值的原理图并据此写出Q.值的计算式。（4 分）Q,.值的计算式:22、绘出矩形波导内T E i。模场结构图，要求示出电力线、磁力线的分布情况。（4

16、 分）XX0-Z-E-H1.为什么TEM波不可能存在于任何形状的单导体空心波导内？（4 分）答：磁通线是闭合的，因此，假如在波导内存在TEM波的话，则 B和 H场线应在横向平面内形成闭合回路（1 分）。可是，广义安培环路定律要求磁场在横向平面内沿闭合回路的线积分等于通过回路的纵向传导电流与位移电流之总和（1 分）。空心波导内没有导体，就不可能有纵向传导电流（1 分）。按 TEM波的定义，它不具有EZ分量，也就不可能有纵向位移电流。在波导内所有的纵向电流不存在，因此在横向平面内不可能有磁场线的闭合回路的结论（1 分）。2.为什么一般矩形波导测量线的纵向槽开在波导宽壁的中线上？（4 分）答：因为一

17、般矩形波导中传输的电磁波是TEK模。而 TEi。模在波导壁面上的电流分布是在波导宽壁的中线上只有纵向电流。因而波导宽壁的中线开槽不会切断电流而影响波导内的场分布，也不会引起电磁波由开槽处向波导外辐射电磁波能量。1、设计一个工作波长为A=3cm的标准矩形波导，要求只传输TE.模式，试确定a,b的尺寸。（4 分）解：4（丁区（）4和（分）有：4）2。2 4 和2）4（1分）考虑损耗及重量、体积等因素，取：a=0.7 X,b=（0.40.5）a 或 者（0.1 0.2）a,（1 分）得：a2.1cm,b=0.84L 05cm 或 0.21 0.42cm。（1 分）2、一任意四端网络如图所示，其 S

18、ij 已知。当 2-2 面接负载九时，求 1-1面的输入阻抗（4 分）解 r_ zz。输 出 端 接 负 载 时 的 反 射 系 数：1 L -7,7输 入 端 反 射 系 数：r,.=汽?.=z,.=zCI.74+/c l T-+1而 T-.$1 2 s 2 1 r L _|_$1 2 s 21(z _ Z。)_ _ _ _ _ 一 1-s 2 2 r z.-”(zL+zc)-s2 2(zL-zc)代 人 式 得：Z-Z(1+*1 X(ZL+Z。-2 2(ZZc)+S1 2S2 1(ZL-Zc)加 一 (1-S J Z +z j-&2(ZZ 5-S|2 s z j3、一填充空气的矩形谐振腔，

19、其沿X Y Z 方向的尺寸分别为a b d a d b a=b=d 试确定该矩形谐振腔的谐振主模和频率。选择Z 轴作为参考的传输方向，首先对于T M 的。模，m或 n都不可为零，而 p可以为0,其次,对于TEM叩模，m或 n均可为零(但m和 n不可都为零)，但 p不可为零。因此最低阶的模式是 TMH O T E o nT E i o iA当 a b d 时,最低谐振频率为f n o=(c/2)*(l/a2+l/b2)1/2 c为自由空间中的光速,因此TMuo为主模。B 当 adb时，最低谐振频率为f皿=(c/2)*(l/a2+l/b2)“2 TE。”为主模。C 当 a=b=d时，所有三个最低阶的模式都有相同的场结构，这些简并模式的谐振频率为fuo=c/(1.4 1 4 a)