微波技术--期末考试试卷

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l与工作波长λ可以相比拟的传输线（1.5分），（必须考虑波在传输中的相位变化效应），短线是几何长度l与工作波长λ相比可以忽略不计的传输线（1.5分）。（界限可以认为是/0.05l）。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。（1.5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，TEmn与TMmn（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a，窄边尺寸为b）中，要求只传输10H波型，其条件是什么？答：由于10H的截止波长2ca，而20H的截止波长为a，01H的截止波长为2b，若保证10H单模传输，因此传输条件max(,2)2aba（3分）。答对2a（1分）2aa（2分）或22ba（2分）2aa或22ba（2.5分）7、说明二端口网络S参量的物理意义？答：S11,1端口接源，2端口接匹配负载，1端口的电压反射系数；S22：2端口接源，1端口接匹配负载，2端口的电压反射系数；S12：2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；S21：1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答：00jjee写出22矩阵形式给1分，每个元素0.5分；9、一个微波网络的“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）。10、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？2222ccckkk（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c时，为迅衰场，非行波（1分）。二、（本题15分）一空气介质无耗传输线上传输频率为3GHz的信号，已知其特性阻抗075Z，终端接有150LZ的负载。求：⑴线上驻波比；⑵沿线电压反射系数()z；⑶距离终端12.5cml处的输入阻抗()inZl和电压反射系数()l解：⑴020150751150753LLZZZZ22111321113⑵2221()3jzjzzee（3分）⑶输入阻抗000tan()tanLinLZjZlZlZZjZl10ccmf512.5cm4l，22057537.54150inLZZZ25225451211()43233jjzjeee解法二：⑴0150275LLZZZ在等阻抗圆2R与0X的交点即为LZ的对应点，标记为A。（2.5分）以O为圆心、线段OA为半径的圆即等圆,其与正实轴的交点max()2R⑵12111213Γ，沿线电压反射系数即为221()3jzjzzee⑶10ccmf（1分）512.5cm4l（1分）A点沿等圆顺时针转1.25Bl处B读出归一化阻抗BZ，可以得到输入阻抗0()inBZlZZ（3分）连接圆心O和B点交点读出反射系数的角度()jze（2分）00.50.25ABBl1三、（本题15分）一空气填充的矩形波导（22.86amm，10.16bmm），信号的工作频率为10GHz。求:⑴波导中主模的波导波长g，相速pv和能速gv；⑵若尺寸不变，工作频率变为15GHz，除了主模，还能传输什么模？解：⑴工作频率10GHzf，空气填充，因此119310mm=30mm1010cf（1分）302222.8645.72mmamm主模TE10能够传输；（2分）传输参数：239.5mm12ga（2分）823.97510m/s12pvva（2分）2812.26410m/s2gvva（2分）（2）119310mm=20mm1510cf（1分）主模10H截止波长245.72mmca20H截止波长为22.86mmca（2分）30H截止波长为2/315.24mmca01H截止波长为220.32mmcb（2分）因此可以确定除了主模10H外，还能传输20H模和01H模（1分）四、（本题15分）有一个无耗互易的四端口网络，其散射矩阵为0101001[]0012010jjSjj。当端口1的微波输入功率为1P（其输入归一化电压波为1a），而其余端口均接匹配负载时：⑴求网络第2，3，4端口的输出功率；⑵求网络第2，3，4端口的输出信号相对于第1端口输入信号的相位差；⑶当第2端口接一个反射系数为的负载时，第3，4端口的输出信号（即输出归一化电压波3b，4b）是什么？解：2端口的输出功率：211122PP（1分）3端口的输出功率：0（1分）4端口的输出功率：21122PjP（1分）（2）2端口的输出信号相对于1端口输入信号的相位差：21S的相角0o（1分）3端口无输出信号（1分）4端口的输出信号相对于1端口输入信号的相位差：41S的相角2（1分）(3)124122jbaa（1分）213122jbaa（1分）324122jbaa（1分）413122jbaa（1分）由已知：22ab（1分）30a（1分）40a（1分）412jba（1分）312jba（1分）五、（本题15分）⑴对某一个微波网络的第i端口，其归一化入射电压波为ia，归一化反射电压波为ib，写出此端口的入射（输入）功率和反射（输出）功率的表达式。⑵证明当该网络无耗时，其散射矩阵[]S满足么正性，即[][]1SS。解：(1)(2分)(2)对任一端口，如对i口入波功率(P+)i出波功率(P-)i则n个端口的总入波功率与总出波功率分别为：（2分）（2分）根据网络无耗的已知条件：P+=P-（2分）即有：(*)（1分）又根据定义[b]=[S][a],有[b]+=([S][a])+=[a]+[S]+（2分）代入(*)得:[a]+[a]=[a]+[S]+[S][a]（1分）移项[a]+([1]-[S]+[S])[a]=0上式对任意入波[a]都应成立，故必有[1]-[S]+[S]=0即[S]+[S]=[1]六、（本题10分）利用导纳圆图和文字说明对一个容性负载用容性短路并联单枝节进行匹配的步骤。解：1122,nnabababab由得:****12Tnaaaaa***12nbbbb212iiPV212ia*12iiaa212iiPb*12iibb2112niiPa*112niiiaa12***1212nnaaaaaa12aa12PbbaabbiP212ia212iiPb00.50.25A11GDCNdQl（1）由于负载LY为容性，因此选取导纳圆图上半部分的一个点A，以OA为半径做等反射系数圆，它与1G的圆相交于两点C，D1CYjX，1DYjX（0X）（2）由于用容性短路并联单枝节进行匹配，因此2YjX（0X），于是选择D点（2分）11DYYjX（3）由A点顺时针转至D点，所转的波长数为d，则dd（3分）（4）由2YjX的点N逆时针转至导纳圆图的短路点Q，转过的波长数为l，则ll（2分）1.微波通常是指波长在1～0.001米之间，频率在300MHz～300GHzHz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2.4GHz附近。工业加热用微波频率为900兆赫兹。2.微带线中传输的工作主模不是真正的TEM波，而是准TEM波，这种模式的主要特点是Hz和Ez都不为零，未加屏蔽时，其损耗包括介质损耗、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RL＝0dB。4.传输线上若导波波长为λg，则传输线上相隔λg/4的点，其阻抗呈倒数，相隔λg/2的点，其阻抗相等。5.N口微波网络散射矩阵[Sii]的元素Sii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Sij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TEM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。10.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（є，μ），则同轴线上单位长度的电容为)a/bln(C2单位长度的电感为)a/bln(L2同轴线的特性阻抗为20)a/bln(Z若该同轴线拟用于宽带微弱微波信号的传送，b与a之比应为3.59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1.65；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.cab有关11.圆柱形谐振腔中，壁电流只有沿φ方向的电流的谐振模式是TE011，其Q0值较其他模式高。12.全反射时，=1，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RL=0dB13.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信号源共轭匹配。14.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。15.终端短路的传输线的驻波系数是，负载处的反射系数是-1。终端开路的传输线的驻波系数是，负载处的反射系数是+116.扁波导宽边a和窄边b的关系为b=(0.10.2)a标准波导宽边a和窄边b的关系为b=0.5a17.TM波的定义为Ez0而Hz=0的波称为横磁波TE波的定义为Hz0而Ez=0的波称为横电波18.在矩形波导中TE10模的非零场分量有EyHxHz。1.Smith园图中