北理工微波工程导论复习大纲(必过)

第一章绪论1、什么是微波？2、微波工程中所要解决的核心问题是什么？微波的主要应用有哪些？3、若目标速度为720km/h，分别采用3GHz、10GHz和15GHz中心频率的雷达测量其速度，其目标的多普勒频率分别为多少？4．请简述微波的主要优点和不利因素。第二、三章传输线理论与阻抗匹配一、概念特性阻抗、反射系数、驻波比、输入阻抗、阻抗圆图特性、波导传输条件、截止波长、波导波长、色散波型、简并波型、耦合微带线的奇偶模特性阻抗等。二、复习题1、什么是传输线的特性阻抗？与哪些因素有关？2、请分别简述什么是分布电阻、分布电导、分布电感、分布电容？3、传输线上电磁波传输的三种工作状态分别是什么？各种工作状态对应什么样的外围条件？4、简述λ/4传输线阻抗的变换性、λ/2传输线阻抗的重复性。5、请写出阻抗圆图中的特征点、线、面的物理意义。6、什么叫做色散波形，产生色散的原因是什么，色散会产生什么样的影响？6.2645.01024jclcllejZZZZ64.211ssZljZZljZZZzZclcclcin/tantan)(117、已知Zc=50Ω，ZL=(100-j50)Ω，(1)求输出端电压反射系数，驻波比S和第一个电压最小点距终端的距离；(2)若采用特性阻抗为50Ω的短路支线进行单株线匹配，求支线接入位置d及相应的支线长度l。(利用圆图求解)解：（1）电压最小点位置处的输入阻抗值为ZC/S，设该点距负载距离为l1，则有得到：l1=0.214λ或者直接利用阻抗圆图zl=(2-j1)Ω。找到该点，位于阻抗圆图的A点，外圆标度为0.286，第一个电压最小点位于负半实轴上的B点处，由负载朝信号源方向移动，等效于点在圆图上沿等反射系数圆顺时针旋转，距离为(0.5-0.286)λ=0.214λ0顺时针旋转A0.5B0.2861.30.52.04.0)50100/(50/jjZZylcl0顺时针旋转A0.50.060.5BC0.1850.314（2）在导纳圆图上找到该点，对应位置0.06λ,画出其等反射系数圆，沿顺时针旋转，交g=1的圆于B、C点，如果选择C点为接入点位置，则dC=(0.314-0.06)λ＝0.254λ，需要短路支线实现的电纳值为j1.95,短路支线的长度为lC=(0.25+0.172)λ=0.422λ。B点位置:0.185λ,1+j1.95C点位置:0.314λ,1-j1.95如果选择B点为接入点位置，则db=(0.185-0.06)λ＝0.125λ，需要短路支线实现的电纳值为-j1.95,短路支线的长度为lb=(0.328-0.25)λ=0.078λ。BorC?mmmmba16.1086.22222()()cmnab10TE2222.8645.72camm20TE22.86camm01TE2210.1620.32cbmm8、横截面尺寸为解：(1)首先利用矩形波导的截止的计算公式，计算各波形的截至波长；然后由传输条件λλC来判断波导中可能存在的波型。,的矩形波导，空气填充，工作波长λ=32mm，当终端接负载Zl时，测得驻波比S=3，第一个电场波节点距负载d1=9mm，试求：(1)波导中传输的波型；(2)终端负载阻抗的归一化值；(3)若用单株线调配器进行匹配，求接入位置。故工作波长λ=32mm时，只能传播TE10模。1.721.33Lzj圆图法求归一化负载阻抗zl（a）由于电场波节点的归一化阻抗等于1/3，在阻抗圆图的实轴上标出此点A，过此点作等反射系数圆。（b）由此点向负载逆时针转过d1/λg=0.2刻度，即B点，此点的归一化阻抗即为归一化负载阻抗111tan11tanLzjdSjzd111tantanLjSdzSjd112tantan()3.137gdd1.7261.33Lzj(2)第一个电场波节点距负载d1=9mm，波节点处的归一化阻抗为zl=1/S故244.812gmma110.3640.28LLLyjgjbZ22221110.280.419arctanarctan0.153LLLLLLLbggbdgbg10.11745.258gdmm20.28412.74gdmmmmdg22.5)05.0166.0(1mmdg74.12)05.0333.0(2(3)用单螺钉调匹配，由于单螺钉为并联支线调配器，故使用归一化负载导纳更为方便，即:根据第一章所导出单支线调配器的公式，则单螺钉接入位置为：两个位置分别为：圆图法：首先由圆图上的规一化负载阻抗zl求出规一化负载导纳yl，yl的标度为0.05；然后沿等Г圆顺时针旋转，与g=1的圆交于D与E两点，标度分别为0.166和0.333，所以接入位置为：第四章微波网络基础一、概念微波网络阻抗参量的物理意义、微波网络散射参量的物理意义、无耗网络S参量的么正性（一元性）。二、复习题1、波导等效为双线传输线时是依据哪两个条件？2、当网络中填充的是各项同性媒质时，它的散射矩阵有什么特点。1R/4②①2RcZcZcZ(1)R1、R2满足何种关系时，网络的输入端反射系数为零？(2)在上述条件下，若网络的工作衰减La=20dB时，R1、R2各等于多少？图中传输线为理想无耗传输线段，特性阻抗为ZC=50Ω。3、有一个二端口网络如图所示，试求2421212212150505015050110101011011101cossinsincos1101RjRRjjRjRZjjZRRZjjZRAcccc1212222112115025001150/RjRRjjRjAZAZAAacc0222112112221121111aaaaaaaaS050250011501212RjRRjjRj5021RR解：（1）先求A将A归一化输入端反射系数为零，即S11=0即a11+a12-a21-a22=0Ω101201lg1021221SdBSLA201012222112112221121121aaaaaaaaS2050250011501212RjRRjjRj025001850502121RRRR56.52R56.5556.5501R（2）当La=20dB时，有将R1-R2=50带入，得到第五章微波固态元器件1.半导体的性质2、肖特基二极管的结构、等效电路（并解释其关键元件）、伏安特性、特性参量和主要应用。3.GaAsMESFET的结构、等效电路（并解释其关键元件）、伏安特性、特性参量。称为二极管的非线性结电阻，是阻性二极管的核心等效元件。随着加于二极管上的偏压改变，正向时约为几个欧姆，反向时可达兆欧量级。sLjRjCsRpCjRjR称为二极管的非线性结电容，由于金半结管子不存在扩散电容，故这一电容就是金半结的势垒电容，其数值在百分之几到一个皮法（pF）之间。jC称为半导体的体电阻，又叫串联电阻。点接触型管子的值约在十到几十欧姆，而面结合型管子的值约为几欧姆。sR引线电感，约为一至几个纳亨。sL管壳电容，约为几分之一皮法。pC肖特基二极管电路符号肖特基势垒二极管等效电路MESFET的电路符号GaAsMESFET的管芯等效电路GSCDGCdCGSRDgDSCGRSRDRmgGSmVg栅源部分的耗尽层结电容栅漏部分的耗尽层结电容沟道中电荷偶极层的电容栅源之间未耗尽层的沟道电阻漏极的微分电导漏极和源极之间的衬底电容源极的串联电阻MESFET的小信号跨导表示受控电流源漏极的串联电阻栅极的串联电阻gD第六章微波无源电路基本要求：掌握典型微波无源电路的基本概念、技术指标、特性参数等，解决基本的设计问题。一、谐振腔基本概念：谐振器的固有品质因数、有载品质因数、耦合系数、传输线谐振器的概念、矩形谐振腔的基本模式及特点、圆周腔的基本谐振模式及特点、设计问题：已知矩形谐振腔、圆柱形谐振腔腔体尺寸，求谐振模式、频率；已知模式、频率，设计谐振器的腔体尺寸等。二、定向耦合器基本概念：耦合度、隔离度、方向性的概念和相互关系；描述平行线耦合器、分支线耦合器、环形桥耦合器的基本工作特性三、功率分配器基本概念：分配损耗、插入损耗、隔离度、结合魔T的S参数说明其重要特性。设计问题：设计能满足匹配、隔离要求的微带功分器。（等分或不等分）四、微波滤波器基本概念：滤波器的概念、滤波器的形式、常见的低通滤波器类型等。复习题1、何谓固有品质因数和有载品质因数？它们之间有何关系？2、一个矩形谐振腔，当振荡于TE101模式时输出频率为f1，当振荡于TE102模式时输出频率为f2，求此矩形腔的尺寸。3、定向耦合器有何功能？它有哪些主要技术指标？每个技术指标的物理意义是什么？4、匹配双T有哪些重要的特性。E-T、H-T和双T接头的S矩阵各为什么？从波导E、H面分支臂输入信号，端口1、2输出有什么关系?。匹配双T1、2臂有等幅反相波输入时，3、4端口输出是什么？5、滤波器有哪几个主要的技术指标？各自的物理意义是什么？第七章微波有源电路基本要求:掌握典型微波有源电路的基本概念、技术指标、特性参数等，解决基本的设计问题。一、放大器基本概念：转换功率增益、可用功率增益和工作增益；单向转换功率增益的表达式；最大单向增益的表达式；噪声系数概念及表达式；N级放大器级联的总噪声系数；以等效噪声温度表示的噪声系数；绝对稳定的必要与充分条件；微波功率放大器的1dB压缩点、交调失真与三阶交叉点概念。设计问题：已知器件的S参数，判断稳定，求增益；已知各放大器的噪声系数，求N级放大器级联的噪声系数。二、微波固态振荡器基本概念：振荡器的基本组成部分、振荡条件、设计晶体管振荡器的设计原则。三、微波混频器/倍频器基本概念：主要混频分量、变频损耗、噪声系数（双边带、单边带）、镜频回收单端混频器的优缺点、单平衡混频器的基本结构及特点。四、微波控制器件基本概念：微波开关的插损和隔离度、描述串联开关器件、并联开关器件的工作原理、开关线型移相器/加载线型移相器基本原理。五、射频/微波收发前端基本概念：微波发射机、微波接收机的基本结构、基本参数及其物理意义。复习题20900114.1290eTFT21114.1-12.5=2.6915.8FFFG1、设接收机的前置放大器的增益为12dB，带宽为150kHz，噪声系数为4dB，而接收机本身的噪声温度为900K。求整个系统的噪声系数。解：前置放大器后的接收机的噪声系数为：前置放大器的增益G1=12dB=15.8，F1=4dB=2.5。整个系统的噪声系数为：111221220.5180,0,490,0.545SSSS2、一个GaAsFET的S参数为：现用其作为放大器的有源器件，请计算：（1）放大器的稳定性如何？（2）放大器最大增益为多少分贝？（3）最大功率增益情况的负载阻抗ZL为多少？（4）对50Ω系统，输入阻抗Zin为多少？2221122122121112212221221112212211121111SSKSSKSSSSSSSSSS解（1）:绝对稳定2222102222111111SLTUsLLSGSGGGSS22122112211TUmSGSS11LLcLZZ11inS11inincinZZ（2）S12=0，满足单向性条件。当输入输出均共轭匹配时，放大器能获得最大增益（3）功率增益最大时，负载阻抗：(4)50欧姆阻抗