第4章 无源微波器件
4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。
4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为
()
()
??
?-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为
??
?+=+=2221212
2
121111I Z I Z U I Z I Z U
??
??
??????-=??????=c d c c bc ad c
a Z Z Z Z
1
2221
1211
Z 4.3从I S S =*
T
出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。
解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为
????
?
?????=1123
13
231112
131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*
T
，即
??????
????=?????????
???????????100010001*11*23
*13*23
*11*
12
*
13
*
12*
11
1123
13
2311121312
11
S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得
12
13
212211=++S S S
0*
2313*1112*1211=++S S S S S S 0*1113*2312*1311=++S S S S S S 0*1123*2311*1312=++S S S S S S
4.4二口网络的级联如图所示。写出参考面T 1、T 2之间的组合网络的A 参量。（参考面T 1处即组合网络的端口1，参考面T 2处即组合网络的端口2）
解 []?
?
?
?
??=1j 011B A []?
??
?
????=θθθθcos sin 1
j sin j cos 0
02
Z Z A Z
[]??
?
???=1j 013B A
[][][][]321A A A A =
??
???????
???
?
?
+-+=1j 0
1cos sin sin 1j j sin j cos 000B BZ Z B Z θθθ
θ
θ ????
?
?????-???? ??
+-+-=θθθθθθθθsin cos cos sin sin 11j sin j sin cos 00000BZ BZ B Z B Z BZ （l βθ=）
4.5微波电路如图所示。已知四口网络的S 矩阵是
?????
?
??????-=0j 10j 001100j 01j 021S
其端口2、3直接接终端反射系数为2Γ、3
Γ
的负载，求以端口1、4为端口的二口网络的散射矩阵。
解 由表4-1-4，四口网络的工作条件是222Γ=b a ，333Γ=b a ，代入式（4-1-23）得
()()()()
??
???
???
??
?
+Γ+Γ+-=+++-=+++-=+Γ+Γ+-=4334322421443432131342432121243313221211002
1002100210021a b S b S a b a S a a a S b a S a a a S b a b S b S a b
即
()()()()
??
???
???
??
?
Γ+
Γ-=+
-=+-=Γ+Γ-=33224413412332212
1212121jb b b ja a b a ja b b jb b
将上式中32,b b 的表达式代入41,b b 的表达式，得
()()[]341241121
Γ++Γ+=
ja a a ja j b ()()[]32432121Γ+Γ+Γ+Γ-=ja a ()()[]341241421Γ++Γ+=ja a j a ja b ()()[]3243212
1
Γ-Γ+Γ+Γ=a ja
记[]??
?
???=??????4441a a S b b ，得 []()()?
?
?
?
??Γ-ΓΓ+ΓΓ+ΓΓ+Γ-=3232323221j j S
4.6试按要求对学过的二口元件进行列表归纳：（1）按名称、类型、功用、特性；（2）按与第二章学过的元件比较。
答
4.7简述4λ结构的工作原理。它被应用于哪些微波元件中？
答 4λ结构的工作原理（以扼流式短路活塞为例，图4-2-1 b ）：将BA 、DC 看成4λ传输线段，因AC 点短路，由倒置性BD 点开路。再将AB 、A ′B ′也看成4λ传输线段，因BD 点（即BB ′点）开路，故AA ′点短路（即电接触良好）。应用于扼流式短路活塞、抗流接头
4.8欲利用阶梯波导实现两段尺寸分别为2.5×1.3 cm 2和2.5×0.8 cm 2的波导的连接。当工作波长λ= 3cm 时，试求
（1） 阶梯波导段的窄边b=？ （2） 阶梯波导段的长度l =？ （3） 阶梯波导段的单模传输条件。 解 （1）cm 02.18.03.121=?==b b b （2）()
2
21a p λλ
λ-=
=3.75cm ，cm 9375.0475.34===p λ
（3）a a 2<<λ，cm 5cm 5.2<<λ
4.9什么是禁戒规则？在T 形接头分析中它有何作用？
答指偶模激励只能激励起对称场，不能激励起反对称场，或者说反对称场被禁戒；奇模激励只能激励起反对称场而对称场被禁戒。作用：（1）可用于分析TE 10波的场结构的对称性；（2）可用于分析E-T 、H-T 和魔T 。
4.10 E-T 接头的端口1、2匹配，证明适当选择参考面后，其S 矩阵是
??
??
?
?????=100001010S
解 三口网络的S 矩阵是：
????
?
?????=3332
31
232221
131211
S S S S S S S S S S 依题意：02211==S S ，由互易性，2112S S =，3132S S =，2332S S =，由反对称场性质，1323S S -=
????
?
?????--=3313
13
1312
131200
S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*
T
，有
?????????
?--??????????--33*13
*
13*13*
12
*
13
*
12
3313
13
131213120
00
S S S S S S S S S S S S S S ????
??????=100010001
即
12
13
212=+S S ①
0*
1313=S S ②
12
33
2
*13
2
13=+-+S S
S ③
由式②，013=S ；由式①，112=S ，若适当选择参考面，112=S ；由式③，133=S 。若适当选择参考面，133=S 。因此有
??
??
?
?????=100001010S
4.11推导魔T 的S 矩阵并利用该S 矩阵简述其特性。（提示：利用魔T 等效网络的对称性、互易性和无耗性，以及魔T 中场的对称性和反对称性）
解 四口网络的S 矩阵是
?????
???????=4443
42
41
3433323124232221
14131211S S S S S S S S S S S S S S S S S 依题意：当E 臂、H 臂为端口匹配状态时，033=S ，044=S ；由旁臂 1、旁臂2的对称性，2211S S =；由互易性，()j i j i S S ji ij ≠==;4,3,2,1,，由E-T 接头的反对称场性质和H-T 接头的对称场性质，
1323S S -=，1424S S =，04334==S S 。得
?????
???????=00
0024
14
231324231112
14131211
S S S S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*
T
，有
?
?
???
?
??????=??????????????--????????????100001000010000100
00
00
00*14
*14
*13*
13
*14
*13*11
*
12
*
14
*13*
12*
11
24
14
23132423111214131211S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S 即
12
14
213212211=+++S S S S （1）
0*
1414*1313*1112*1211=+-+S S S S S S S S （2）
0*
1312*1311=-S S S S （3）
0*1412*1411=+S S S S （4）
由式（3）、式（4），01211=-S S ，01211=+S S ，故01211==S S 。由式（2），1413S S =，代入式（1），并适当选择参考面得21
1413==S S 。因此，得魔T 的S 矩阵是
?????
?
?
???
??--=
00
1100111100110021S 由上述S 矩阵，易知魔T 具有：
（1）匹配性。例如，若使04433==S S ，则自动有02211==S S 。
（2）均分性。例如，若从端口1输入，则从E 臂、H 臂等分输出；若从E 臂输入，则从端口1、2等分输出。
（3）隔离性。例如，若从端口1输入，则端口2无输出；若从E 臂输入，则H 臂无输出。 4.12由魔T 组成的输出调节器如图所示，其中，功率从端口1输入，从端口2输出；端口3、4分别接短路活塞。为使端口2的输出最大，试分析3l 和4l 应满足什么条件？
解 魔Ｔ的散射矩阵是
?????
??
???
??--=
001100111100110021S 由表4-1-4，魔Ｔ的工作条件是3
2j 33e
θ--=b a ，
42j 44e θ--=b a ，式中，33 βθ=，44 βθ=。
代入上式有
()()
()()
?????
??????+++=++-=-++=--+=----43214432132j 42j 321
22j 42j 321
1002
10021e e 0021e e 00214
343a a a a b a a a a b b b a a
b b b a a
b θθθθ
即
()
43
2j 42j 3
1e e
21θθ----=
b b b ①
()
43
2j 42j 3
2e e
2
1θθ---=
b b b ②
()21321a a b -=
③
()2142
1a a b +=
④
将式③、式④代入式②
()()[]432j 212j 212e e 2
1θθ--+---=
a a a a
b ()()[]
43432j 2j 22j 2j 1e e e e 21
θθθθ-----++-=a a
功率从端口1输入，为使端口2的输出最大，也就是使电压传输系数的模21S T =最大，即求下式的最大值：
43
2j 2j 21e e 2
1θθ--+=
S 将上式化简：
()342j 21e 121θθ--+=S ()()()343434j j j e e e 2
1
θθθθθθ-----+=
()34cos -=β()
p
λπ342cos -=
显然，上式取最大值的条件是
()
πλπn p
=-342
即
() ,3,2,1,02
34==-n n
p
λ
4.13如图所示可调式同轴型功分器将信号源的功率分配给匹配负载1、2，其中，两个短路活塞用连杆联动，短路活塞与主馈线AB 的距离分别为1l 和2l ，且412p l l λ+=。各段同轴线的特性导纳均为S 02.00=Y 。证明：
（1）当41p l λ=时，信号全部送到负载1。 （2）当01=l 时，信号全部送到负载2。 （3）当31p l λ=时，该功分器向负载1、2等功率馈电。
解 画出可变同轴型功分器的等效电路如左图所示：
（1）当41p l λ=时，2412p p l l λλ=+=，B 点呈短路，信号不能到达负载2。由B 点呈短路，知0=CB Y ；由41p l λ=，知0=AG Y ；0Y Y CD =，即CD 段呈行波，故信号全部送到负载1。
（2）当01=l 时，A 点呈短路，信号不能到达负载1。与上述分析类似，信号全部送到负载2。
（3）当31p l λ=时，
0Y Y AD =，010cot jY jY Y AG =-= β，()j Y Y Y Y AG AD A +=+=10，
()00202
11Y j j Y Y Y Y A CA
-=+== 0Y Y BE =，0104cot jY jY Y BF -=??? ??
+-=λβ ，()j Y Y Y Y BF BE B -=+=10
()00202
11Y j
j Y Y Y Y C CB
+=-== 0Y Y Y Y BC BA B =+=，主传输线呈行波，故信号源输入的功率全部进入该功分器，被负载1、2
所吸收。又由于A Y 、C Y 是共轭的，所以进入该功分器的功率被负载1、2平分。
4.14同轴型定向耦合器如图所示，试分析其工作原理。图中，主线通过耦合片将信号耦合到输出端，耦合片的右边接匹配负载。
答 （1）电耦合：耦合片与主线内导体构成耦合电容，产生耦合电流1i 、2i ；（2）磁耦合：主线内导体上的电流产生磁场，形成的磁力线与耦合片发生交链，产生耦合电流3i ；（3）定向性：由于1i 和3i 同向，合成电流为1i +3i ；由于2i 和3i 反向，合成电流为2i -3i ，因而形成定向耦合。
4.15简述波导型单孔定向耦合器的构成和工作原理。
答 波导型单孔定向耦合器由主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是开在公共宽壁中央的小孔。
工作原理：图（a ）表示电场耦合。在耦合孔处，TE 10波的电力线会发生如图所示的畸变，故使副线的下宽壁出现负电荷分布（电力线终止于负电荷），它通过感应使上宽壁出现正电荷分布，于是，在副线中激励起如图所示的电力线。图（b ）表示磁场耦合。在耦合孔处，TE 10波的磁场所形成的壁电流被切断，耦合孔右边的壁电流流入副线，形成正电荷分布，耦合孔左边的壁电流流出副线，形成负电荷分布，于是，在副线中激励起如图所示的电力线。图（c ）表示耦合的合成。副线中，耦合孔左边由电场耦合和由磁场耦合形成的电力线方向相同，相互叠加；而耦合孔右边形成的电力线则方向相反，相互抵消，于是呈现出定向性。
波导型单孔定向耦合器的主线和副线间也存在一定夹角，作用是改善定向性。
4.16 如何分析TE 10波中存在圆极化磁场？理解该圆极化磁场的特性对分析波导型十字缝定向耦合器有何作用？
答 分析如下：TE 10波有两个磁场分量，分别是
()z t c x x a H k H βωβ
-??
?
??=j 0e πsin j
()z t z x a
H H βω-??
?
??=j 0e π
cos 由圆极化的定义，要求两个磁场分量存在?90相位差，且z x H H =。前者显然满足，后者则导出如下关系：
??
? ??=??? ??x a x a k c πcos πsin β
解得
???
? ??=-a a x p 2tan π11λ，12x a x -=
即：（1）在1x 、2x 处，TE 10波的磁场是旋向相反的圆极化磁场。（2）旋向的规律是，以TE 10波的传播方向为参考（即视线沿其传播方向），使大拇指垂直进入纸面，1x 处的旋向正好满足左手螺旋关系，称为左圆极化磁场；2x 处的旋向正好满足右手螺旋关系，称为右圆极化磁场。
作用：上述性质可用于判断波导型十字缝定向耦合器的副线正方向（如图）。
（1）若主线中TE 10波的传播方向向下，则十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场（逆时针方向）。
（2）耦合到副线后，十字缝处仍然应为左圆极化磁场。
（3）假设副线中TE 10波的传播方向向左。这时，由于十字缝位于视线的右边，按照旋向判断方法，十字缝处为右圆极化磁场。这与要求的极化旋向矛盾，因此假设错误。
（4）再假设副线中TE 10波的传播方向向右，这时，由于十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场。这与要求的极化旋向一致，因此副线的正方向应该是向右。
4.17判断微波信号在下列定向耦合器的副线中的传输方向：
（1）同轴型定向耦合器；（2）波导型单孔定向耦合器；（3）波导型十字缝定向耦合器 答（1）同轴型定向耦合器
（2）波导型单孔定向耦合器 （3）波导型十字缝定向耦合器
4.18写出学过的三分贝电桥的散射矩阵，并比较它们的工作特性。 答 （1）二分支三分贝电桥
主线
P in
副线
P out
?????
???????-=0j 10j 001100j 01j 021S
工作特性：当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时， 1）从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离。2）以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后?90和?180。
（2）三分支三分贝电桥
?
???????????----=
01j 0
100j j 0010j 1021S 工作特性是：当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时，从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离；以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后?180和?270。
（3）环形三分贝电桥
?????
???????---=0j 0j j 0j 00j 0j j 0j 021S
工作特性是：1）当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时，从端口1输入的功率被端口2、4均分输出，端口1无反射，端口3被隔离；以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口4输出信号的相位均滞后?90。2）当端口2接匹配源，其它端口接匹配负载时，从端口2输入的功率被端口1、3均分输出，端口2无反射，端口4被隔离；以端口2输入信号的相位为基准，端口1和端口3输出信号的相位分别滞后?90和?270。
4.19某雷达的频段开关如图所示，试分析其工作原理。该频段开关由两个三分支三分贝电桥和两个高通滤波器组成。高通滤波器的特性是，对低频段发射机的信号起短路作用，对高频段发射机的信号起直通作用。频段开关的端口1接低频段发射机，端口2接高频段发射机，端口3接雷达天线，端口4接匹配负载。
答 （1）来自端口1低频段发射机的信号到达高通滤波器时，三分支三分贝电桥1呈短路特性，故信号从端口3输出至雷达天线，端口2（高频段发射机）、4被隔离。（2）来自端口2高频段发射机的信号到达高通滤波器时，三分支三分贝电桥1、2呈串联特性，故信号从端口3输出至雷达天线，端口1（低频段发射机）、4被隔离。即频段开关能够使低频段发射机和高频段发射机的信号顺利输送至雷达天线，且二者互不影响。
4.20衰减器的衰减量为L dB ，试写出它的散射矩阵。（提示：设衰减器的端口与所接传输线匹配）
解 由衰减器的端口与所接传输线匹配得，02211==S S ；
由衰减量21021log 20log 102S P P L a -=???
? ??==-
+
，2021
10L S -
=，适当选择参考面，有202110L S -=。
由互易性，1221S S =。得
???
?????=--
010
1002020
L
L S
4.21微波滤波器与集中参数滤波器有何异同？
答 微波滤波器是分布参数电路，但利用长线理论分析后，都可以等效成集中参数滤波器的原型电路。
4.22写出微波铁氧体的张量磁导率并解释它的物理意义。 答 无耗铁氧体的张量磁导率是
????
?
?????-=330
0j 0j μμ
κ
κ
μ
μ
式中，???
? ??-+=2202
00001ωωωμμH M ，2200
000ωωωωμκ-=H M 。由上式可见， （1）在与0H 垂直的方向，x h 不仅对x b 有贡献，而且对y b 也有贡献。y h 亦然。即铁氧体的磁导率为标量，具有磁各向异性。
（2）0H 为一特殊方向，该方向的z b 只与z h 有关，即在0H 方向铁氧体与磁导率为标量的介质无异。
（3）当0ωω→，即交变磁场的频率接近于拉摩进动频率时，有∞→μ，∞→κ。我们称这种现象为铁氧体的铁磁谐振效应。在铁磁谐振状态下，铁氧体强烈吸收交变磁场的能量。
4.23什么是正圆极化磁场？什么是负圆极化磁场？它们和左右圆极化磁场有何区别？ 答 正圆极化磁场()t +
h ：指与外加恒定磁场0H 呈右手螺旋关系的圆极化磁场；负圆极化磁场
()t -h ：指与外加恒定磁场0H 呈左手螺旋关系的圆极化磁场。即正、负圆极化磁场是与外加恒定磁
场有关的极化状态。而左、右圆极化磁场是TE 10波所固有的极化性质。
4.24什么是正圆极化磁导率？它有何特点？
答 铁氧体对正圆极化磁场的磁导率称为正圆极化磁导率记为+
μ。有
???
?
?
?
-+
=+=+ωωωμμμ000001H M k 由图（4-7-2）可见：正圆极化磁导率曲线可分成三段，其中，ωω=0（±∞→+
r μ）称为铁磁
谐振点，这时铁氧体处于铁磁谐振状态；ωω<0对应曲线的左半支，这时ω<0H ，称为低场区。
ωω>0对应曲线的右半支，这时ω>0H ，称为高场区
4.25什么是法拉第效应？如何判断法拉第旋转的方向？
答 SUPW 在铁氧体中传播一段距离后，其线极化磁场的极化方向会旋转一个角度的现象称为法拉第效应。
方向判断：1）当铁氧体工作在低场区（-
+
< + >r r μμ）时，θ?的旋向与0H 呈左手螺旋关系。 4.26什么是场移效应？如何判断场移式隔离器中信号顺利传输的方向？场移式隔离器与谐振吸收式隔离器有何异同？ 答 铁氧体能够改变TE 10波的场分布，这种作用称为场移效应。 方向判断：（1）先根据TE 10波的传输方向判断铁氧体处是左圆极化磁场，还是右圆极化磁场；（2）再根据偏置磁场0H 判断铁氧体处是正圆极化磁场，还是负圆极化磁场；（3）最后根据场移效应判断衰减片的作用，从而判断场移式隔离器中信号顺利传输的方向。 场移式隔离器与谐振吸收式隔离器的异同：二者的铁氧体均置于TE 10波的圆极化磁场处。但前者有衰减片，工作点在0<+ μ 的区域；后者无衰减片，工作点为∞→+μ。 4.27 Y 结环形器组合如图所示。当铁氧体工作在低场区时，试分析它的环行方向。 答 当铁氧体工作在低场区时，环行方向与0H 成左手螺旋关系，来自端口1 的信号将进入右边的Y 结环形器，并从端口2输出。来自端口2的信号将从端口3 输出。来自端口3的信号将进入左边的Y 结环形器，并从端口4输出。来自端口4的信号将从端口1输出。 因此，Y 结环形器组合的环行方向是14321→→→→。 第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将 1.0 第4章 无源微波器件 4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。 4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。 解 定义A 参量的线性关系为 () () ?? ?-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为 ?? ?+=+=2221212 2 121111I Z I Z U I Z I Z U ?? ?? ??????-=??????=c d c c bc ad c a Z Z Z Z 1 2221 1211 Z 4.3从I S S =* T 出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。 解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。三口网络的散射矩阵简化为 ???? ? ?????=1123 13 231112 131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =* T ，即 ?????? ????=????????? ???????????100010001*11*23 *13*23 *11* 12 * 13 * 12* 11 1123 13 2311121312 11 S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得 微波技术与天线复习提纲（2011级） 一、思考题 1. 什么是微波？微波有什么特点？ 答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频率范围从300MHZ 到3000GHZ ， 波长从0.1mm 到1m ；微波的特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。 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？ 答：长线是指传输线的几何长度与工作波长相比拟的的传输线； 以长线为基础的物理现象：传输线的反射和衰落； 主要描述的物理量有：输入阻抗、反射系数、传输系数和驻波系数。 3. 均匀传输线如何建立等效电路，等效电路中各个等效元件如何定义？ 4. 均匀传输线方程通解的含义 5. 如何求得传输线方程的解？ 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） 答：传输线的工作特性参数主要有特征阻抗Z 0，传输常数错误!未找到引用源。，相速及波长。 1)特征阻抗即传输线上入射波电压与入射波电流的比值或反射波电压与反射波电流比值的负值， 其表达式为0Z =它仅由自身的分布参数决定而与负载及信号源无关；2）传输常数j γαβ=+是描述传输线上导行波的衰减和相移的参数，其中，α和β分别称为 衰减常数和相移常数，其一般的表达式为γ=传输线上电压、电 流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度称为相速，即 p v ωβ= ；4）传输线上电磁波的波长λ与自由空间波长0λ 的关系2π λβ==。 7. 传输线状态参量输入阻抗、反射系数、驻波比是如何定义的，有何特点，并分析 三者之间的关系 答：输入阻抗：传输线上任一点的阻抗Z in 定义为该点的电压和电流之比，与导波系统的状态特性无关，10001tan ()tan in Z jZ z Z z Z Z jZ z ββ+=+ 反射系数：传输线上任意一点反射波电压与入射波电压的比值称为传输线在该点的反射系数，对于无耗传输线，它的表达式为2(2)10110 ()||j z j z Z Z z e Z Z βφβ---Γ==Γ+ 驻波比：传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅的比值为电压驻波比，也称为驻波系数。 反射系数与输入阻抗的关系：当传输线的特性阻抗一定时，输入阻抗与反射系数一一对应，因此，输入阻抗可通过反射系数的测量来确定；当10Z Z =时，1Γ=0，此时传输线上任一点的反射系数都等于0，称之为负载匹配。 驻波比与反射系数的关系：111||1|| ρ+Γ=-Γ，驻波比的取值范围是1ρ≤<∞；当传输线上无反射时，驻波比为1，当传输线全反射时，驻波比趋于无穷大。显然，驻波比反映了传输线上驻波的程度，即驻波比越大，传输线的驻波就越严重。 8. 均匀传输线输入阻抗的特性，与哪些参数有关？ 9. 均匀传输线反射系数的特性 10. 简述传输线的行波状态，驻波状态和行驻波状态。 11. 什么是行波状态，行波状态的特点 12. 什么是驻波状态，驻波状态的特性 13. 分析无耗传输线呈纯驻波状态时终端可接哪几种负载，各自对应的电压电流分 布 14. 介绍传输功率、回波损耗、插入损耗 15. 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？ 1-1 实用文档之"解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> " 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低 频时忽略的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线 上每一点的电磁波传播，故称其为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== 微波技术与天线复习题 一、填空题 1微波与电磁波谱中介于（超短波）与（红外线）之间的波段，它属于无线电波中波长（最短）的波段，其频率范围从（300MHz）至（3000GHz）,通常以将微波波段划分为（分米波）、（厘米波）、（毫米波）和（亚毫米波）四个分波段。 2对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 3无耗传输线的状态有（行波状态）、（驻波状态）、（行、驻波状态）。 4在波导中产生各种形式的导行模称为波导的（激励），从波导中提取微波信息称为波导的（耦合），波导的激励与耦合的本质是电磁波的（辐射）和（接收），由于辐射和接收是（互易）的，因此激励与耦合具有相同的（场）结构。 5微波集成电路是（微波技术）、（半导体器件）、（集成电路）的结合。 6光纤损耗有（吸收损耗）、（散射损耗）、（其它损耗），光纤色散主要有（材料色散）、（波导色散）、（模间色散）。 7在微波网络中用（“路”）的分析方法只能得到元件的外部特性，但它可以给出系统的一般（传输特性），如功率传递、阻抗匹配等，而且这些结果可以通过（实际测量）的方法来验证。另外还可以根据 微波元件的工作特性（综合）出要求的微波网络，从而用一定的（微波结构）实现它，这就是微波网络的综合。 8微波非线性元器件能引起（频率）的改变，从而实现（放大）、（调制）、（变频）等功能。 9电波传播的方式有（视路传播）、（天波传播）、（地面波传播）、（不均匀媒质传播）四种方式。 10面天线所载的电流是（沿天线体的金属表面分布），且面天线的口径尺寸远大于（工作波长），面天线常用在（微波波段）。 11对传输线场分析方法是从（麦克斯韦方程）出发，求满足（边界条件）的波动解，得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式，进而分析（传输特性）。 12微波具有的主要特点是（似光性）、（穿透性）、（宽频带特性）、（热效应特性）、（散射特性）、（抗低频干扰特性）。 13对传输线等效电路分析方法是从（传输线方程）出发，求满足（边界条件）的电压、电流波动解，得出沿线（等效电压、电流）的表达式，进而分析（传输特性），这种方法实质上在一定条件下是（“化场为路”）的方法。 14传输线的三种匹配状态是（负载阻抗匹配）、（源阻抗匹配）、（共轭阻抗匹配）。 15波导的激励有（电激励）、（磁激励）、（电流激励）三种形式。 1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 3 32 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34 ,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ' ' -''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ? 第一章 均匀传输线理论 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0Z =100Ω，终端接 l Z =75+j100Ω的负载，试求： ① 传输线上的驻波系数； ② 离终端10㎝处的反射系数； ③ 离终端2.5㎝处的输入阻抗。 2．由若干段均匀无耗传输线组成的电路如图，已知g E =50V ,Z 0=g Z = 1l Z =100Ω,Z 01=150Ω,2l Z =225Ω,求： ① 分析各段的工作状态并求其驻波比； ② 画出ac 段电压、电流振幅分布图并求出极值。 3．一均匀无耗传输线的特性阻抗为500Ω，负载阻抗l Z =200-j250Ω,通过4 λ 阻抗变换器及并联支节线实现匹配，如图所示，已知工作频率f =300MHZ ，求4 λ 阻抗变换段的特性阻抗01Z 及并联短路支节线的最短长度min l 。 4．性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比为ρ，第一个电压波节点离负载的距离为min1l ，试证明此时终端负载应为 min1 min1 1tan tan l j l Z j l ρβρβ-Z =- 5 明无耗传输线上任意相距 4 λ 的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。 6某一均匀无耗传输线特性阻抗为0Z =50Ω，终端接有未知负载l Z ，现在传输线上测得电压最大值和最小值分别为100mV 和200mV ，第一个电压波节的位置离负载min13 l λ =，试求 负载阻抗l Z 。 7．传输系统如图，画出AB 段及BC 段沿线各点电压、电流和阻抗的振幅分布图，并求出电压的最大值和最小值。（图中R=900Ω） 8．特性阻抗0150Z =Ω的均匀无耗传输线，终端接有负载250100l j Z =+Ω，用 4 λ 阻抗 《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第章 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 17 第2章 微波传输线 2.1什么是长线？如何区分长线和短线？举例说明。 答 长线是指几何长度大于或接近于相波长的传输线。工程上常将1.0>l 的传输线视为长线，将1.0 1 2007 /2008学年第 2 学期 课程名称：微波技术与天线 共 5 页 试卷： B 考试形式： 闭 卷 一、 填空题（每空1分，共10分） 1、微波的频率范围从 到 。 2、圆波导的主模是 。 3、微带线的高次模有两种模式，其中波导模式存在于 与 之间。 4、无耗传输线上任意相距λ/2处的阻抗 。 5、矩形波导中传输的主模是__________。 6、圆波导中损耗最小的的模式是_______________。 7、电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传输的 电磁波。 8、天线的有效长度越长，表明天线的辐射能力___________。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、若传输线上全反射时，驻波比等于 。 A ：0 B ：1 C ：2 D ：∞ 2、双导体传输系统中传输的是 。 A ：TE 波 B ：TM 波 C ：TEM 波 D ：TE 和TM 波 3、匹配双T 的四个端口 。 A ：只有两个端口匹配 B ： 完全匹配 C ：只有三个端口匹配 D ：完全不匹配 4、当单极天线的高度h<<λ时，其有效高度约为实际高度的 。 A ：2/3 B ：1/3 C ： 1/2 D ：1/4 5、无耗传输线，终端断短路时在电压波腹点处，相当于。A：并联谐振B：串联谐振C：纯电感D：纯电容 6、在微波视距通信设计中，为使接收点场强稳定，希望反射波的成分 _________。 A：愈小愈好B：愈大愈好C：适当选择D：不确定 7、传输线的工作状态与负载有关，当负载开路时，传输线工作在何种状态?( ) A.混合波 B.行波 C.驻波 D.都不是 8、可以导引电磁波的装置称为导波装置，传播不受频率限制的导波装置是( ) A. 方波导 B.同轴线 C. 圆波导 D.以上都可以 9.天线是发射和接收电磁波的装置，其关心的主要参数为( ) A.增益 B.驻波比 C. 方向图 D.以上都是 10、在规则金属波导中波的传播速度比无界空间媒质中传播的速度。A：快B：慢C：相等D：无法确定 三、简答题（每题6分，共24分） 1、对均匀传输线的分析方法通常有哪两种？各自特点是什么？ 2 《微波技术与天线》习题答案 章节 微波传输线理路 1.1 设一特性阻抗为Ω50的均匀传输线终端接负载Ω=1001R ，求负载反射系数 1Γ，在离负载λ2.0，λ25.0及λ5.0处的输入阻抗及反射系数分别为多少？ 解：31)()(01011=+-=ΓZ Z Z Z πβλ8.0213 1 )2.0(j z j e e --=Γ=Γ 31 )5.0(=Γλ （二分之一波长重复性） 31 )25.0(-=Γλ Ω-∠=++= 79.2343.29tan tan )2.0(10010 l jZ Z l jZ Z Z Z in ββλ Ω==25100/50)25.0(2λin Z （四分之一波长阻抗变换性） Ω=100)5.0(λin Z （二分之一波长重复性） 1.2 求内外导体直径分别为0.25cm 和0.75cm 的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数25.2=r ε的介质，求其特性阻抗及MHz f 300=时的波长。 解：同轴线的特性阻抗a b Z r ln 60 0ε= 则空气同轴线Ω==9.65ln 600a b Z 当25.2=r ε时，Ω== 9.43ln 60 0a b Z r ε 当MHz f 300=时的波长： m f c r p 67.0== ελ 1.3题 设特性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比ρ，第一个电压波节点离负载的距离为1m in l ， 试证明此时的终端负载应为1 min 1 min 01tan tan 1l j l j Z Z βρβρ--? = 证明： 1 min 1min 010)(1 min 101min 010in tan l tan j 1/tan tan 1min 1min l j Z Z Z Z l j Z Z l j Z Z Z Z l in l βρβρρ ββ--? =∴=++?=由两式相等推导出：对于无耗传输线而言：）（ 1.4 传输线上的波长为： m f r 2c g == ελ 因而，传输线的实际长度为： m l g 5.04 ==λ 终端反射系数为： 961.051 49 01011≈-=+-= ΓZ R Z R 输入反射系数为： 961.051 49 21== Γ=Γ-l j in e β 根据传输线的4 λ 的阻抗变换性，输入端的阻抗为： Ω==25001 2 0R Z Z in 1.5 试证明无耗传输线上任意相距λ/4的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。 证明：令传输线上任意一点看进去的输入阻抗为in Z ，与其相距 4 λ 处看进去的输入阻抗为' in Z ，则有： z jZ Z z jZ Z Z ββtan tan Z 10010 in ++= 一、填空（102?） 1、充有25.2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为 mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω=__________0Z 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感分别()() 70120104,F 1085.8,ln 2ln 2--?==?===πμμεπμπεm a b L a b C 和m H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最_ __________处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。 3、 平行z 轴放置的电基本振子远场区只有________和________ 两 个分量，它们在空间上___________（选填：平行，垂直），在 时间上_______________（选填：同相，反相）。 4、 已知某天线在E 平面上的方向函数为()?? ? ??-=4sin 4sin πθπθF ，其半功率波瓣宽度_________25.0=θ。 5、 旋转抛物面天线由两部分组成， ___________ 把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来 的球面波沿抛物面的___________向反射出去，从而获得很强 ___________。 二、判断（101?） 1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm ，当信号频率为20GHz 时， 该传输线为短线。（ ） 2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（ ） 3、由于沿smith 圆图转一圈对应2λ，4λ变换等效于在图上旋转180°， 它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ ） 4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大 功率。（ ） 5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ ） 6、导行波截止波数的平方即一定大于或等于零。（ ） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（ ） 8、谐振频率、品质因数和等效电导是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（ ） 10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（ ） 三、简答题（共19分） 1、提高单级天线效率的方法？（4分） 2、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分） 3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？(9分) 四、计算题（41分） 1、矩形波导BJ-26的横截面尺寸为22.434.86a mm b ?=?，工作频率为3GHz ，在终端接负载时测得行波系数为0.333，第一个电场波腹点距负载6cm ，今用螺钉匹配。回答以下问题。 （1）波导中分别能传输哪些模式？（6分） （2）计算这些模式相对应的p νλ,p 及。（9分） 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 至 范围内的电磁波，其相应的波长从 至 。并 划为 四个波段；从电子学和物理学的观点看，微波有 、 、 、 、 等 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： ；介质的固有波阻抗为 。 （2） 特性阻抗： ，或 ，Z 0=++ I U 其表达式为Z 0= ,是一个复数； 其倒数为传输线的 . （3） 输入阻抗（分布参数阻抗）： ,即Z in (d)= 。传输线输入阻抗的 特点是： a) b) c) d) （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： ；工作在驻波状态的条件是： ； 工作在行驻波状态的条件是： 。 （8） 无耗传输线的特性阻抗0Z = , 输入阻抗具有 周期性，传输 线上电压与电流反射系数关系 ，驻波比和放射系数关系 。 4、负载获得最大输出功率时，负载Z 0与源阻抗Z g 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 问题的一类曲线坐标 图，图上有两组坐标线，即归一化阻抗或导纳的 的等值线簇与反 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 和 ，并没有在圆图上表示出来。导纳圆图可 以通过对 旋转180°得到。阻抗圆图的实轴左半部和右半 部的刻度分别表示或和或。圆图上的电刻度表示，图上0~180°是表示。 7、Smith圆图与实轴右边的交点为点。Smith圆图实轴上的点代表点，左半轴上的点为电压波点，右半轴上的点为电压波点。在传输线上电源向负载方向移动时，对应在圆图上应旋转。 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模，导模传输条件是，其中截止频率为，TE10模矩形波导的等效阻抗为，矩形波导保证只传输主模的条件是。 11、矩形波导的管壁电流的特点是：（1）、（2）、（3）。 12、模式简并现象是指， 主模也称基模，其定义是。单模波导是指；多模传输是。 13、圆波导中的主模为，轴对称模为，低损耗模为。 微带线的特性阻抗随着w/h的增大而。相同尺寸的条件下，εr越大, 特性阻抗越 14、微波元器件按其变换性质可分为、、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法测量； [Y]矩阵中的各参数必须用法测量； 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，网络无耗有，网络对称时有 . 6.1 简述天线的功能。 天线应有以下功能: ①天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配。 ②天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性。 ③天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化。 ④天线应有足够的工作频带。 6.2 天线的电参数有哪些？ 方向图参数：主瓣宽度，旁瓣电平，前后比 方向系数 天线效率 增益系数 极化和交叉极化电平 频带宽度 输入阻抗与驻波比 有效长度 6.3 按极化方式划分, 天线有哪几种？ 按天线所辐射的电场的极化形式可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。 6.4 从接收角度讲, 对天线的方向性有哪些要求？ 接收天线的方向性有以下要求: ①主瓣宽度尽可能窄, 以抑制干扰。但如果信号与干扰来自 同一方向, 即使主瓣很窄,也不能抑制干扰; 另一方面, 当来波方向易于变化时, 主瓣太窄则难以保证稳定的接收。因此, 如何选择主瓣宽度, 应根据具体情况而定。 ②旁瓣电平尽可能低。如果干扰方向恰与旁瓣最大方向相同, 则接收噪声功率就会较高, 也就是干扰较大; 对雷达天线而言, 如果旁瓣较大, 则由主瓣所看到的目标与旁瓣所看到的目标会在显示器上相混淆, 造成目标的失落。因此, 在任何情况下, 都希望旁瓣电平尽可能的低。 ③天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点, 以便 将零点对准干扰方向,而且当干扰方向变化时, 零点方向也随之改变, 这也称为零点自动形成技术。 6.8 有一长度为d l的电基本振子,载有振幅为I0、沿+y方向的时谐电 流,试求其方向函数, 并画出在xOy面、xOz面、yOz面的方向图。 F(θ) = sinθ，θ指辐射方向与y轴的夹角 xOy面 微波技术与天线考试试卷（A ） 一、填空（210?分=20分） 1、 天线是将电磁波能量转换为高频电流能量的装置。 2、 天线的方向系数和增益之间的关系为G D η=。 3、 对称振子越粗，其输入阻抗随频率的变化越_缓慢_，频带越宽。 4、 分析电磁波沿传输线传播特性的方法有场和路两种。 5、 半波对称振子的最大辐射方向是与其轴线垂直；旋转抛物面天线的最大辐射方向是其轴线。 6、 /4λ终端短路传输线可等效为电感的负载。 7、 传输线上任一点的输入阻抗in Z 、特性阻抗0Z 以及负载阻抗L Z 满足。 000tan tan L in L Z jZ z Z Z Z jZ z ββ+=+ 8、 微波传输线按其传输的电磁波波型，大致可划分为TEM 传输线，TE 传输线和TM 传输线。 9、 传输线终端接一纯感性电抗，则终端电抗离最近的电压波腹点的距离为14λφπ 。 10、 等反射系数圆图中，幅角改变π时，对应的电长度为0.25；圆上任意一 点到坐标原点的距离为/4λ。 二、判断（10?2分=20分） 1. 同轴线在任何频率下都传输TEM 波。√ 2. 无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。〤 3. 若传输线长度为3厘米，当信号频率为20GHz 时，该传输线为短线。╳ 4. 二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。√ 5. 史密斯圆图的正实半轴为行波系数K 的轨迹。╳ 6. 当终端负载与传输线特性阻抗匹配时，负载能得到信源的最大功率。√ 7. 垂直极化天线指的是天线放置的位置与地面垂直。√ 8. 波导内，导行波的截止波长一定大于工作波长。√ 微波技术与天线试卷B 一、填空题（每空2分，共40分） 1．长线和短线的区别在于：前者为 参数电路，后者为 参数电路。 2．均匀无耗传输线工作状态分三种：（1） （2） （3） 。 3．当传输线的负载为纯电阻R L >Z 0时，第一个电压波腹点在 ；当负载为感性阻抗时，第一个 电压波腹点距终端的距离在 范围内。 4． 微波传输系统的阻抗匹配分为两种： 和 。阻抗匹配的方法中最基本的是采用 和 作为匹配网络。 5． 表征微波网络的参量有： ； ； ； ； 。 6． 微波谐振器有别于传统谐振器在于它的 特性。频率大于300MHz 一般就需要使用微波谐 振器，这是由于 使得 等原因。微波谐振器常见有 和 等类型。 1．分布、集中。 2．行波状态、驻波状态、行驻波状态。 3． 终端、0/4z λ<< 4．共扼匹配、无反射匹配、/4λ阻抗匹配器、枝节匹配器 5．阻抗参量；导纳参数、转移参数、散射参数、传输参数。 6．高频率时Q 值高的；高于300MHz 时，传统LC 回路欧姆损耗、介质损耗、辐射损耗增大； Q 值降低； 传输线型；金属波导型 二、（20分）长度为3λ/4，特性阻抗为600Ω的双导线，端接负载阻抗300Ω；其输入端电压为600V 。 试画出沿线电压、电流和阻抗的振幅分布图，并求其最大值和最小值。 解答： L Z Z Z Z L L +-= Γ =-1/3=1/3exp(j π) （2分） V V V e e V V e e V d V L L j j L d j L d j L L 450600 )3/4()3 1 1()4/3() ||1()()3(2/3)2(-==-=+=∴Γ+=++-+-Φ+πππββλ （4分） 一、填空 1、充有25.2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω=__________0Z 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感分别 () () 70120104,F 1085.8,ln 2ln 2--?==?=== πμμεπμ πεm a b L a b C 和m H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最___________处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。 3、 平行z 轴放置的电基本振子远场区只有________和________ 两个分量，它们在空间上___________（选填：平行，垂直），在时间上_______________（选填：同相，反相）。 4、 已知某天线在E 平面上的方向函数为()?? ? ??-=4sin 4 sin πθπθF ，其半功率波瓣宽度 _________25.0=θ。 5、 旋转抛物面天线由两部分组成，___________ 把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来的球面波沿抛物面的___________向反射出去，从而获得很强___________。 二、判断 1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm ，当信号频率为20GHz 时，该传输线为短线。（ 错） 2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（错 ） 3、由于沿smith 圆图转一圈对应2 λ ，4 λ变换等效于在图上旋转180°，它也等效于通过圆图的中心求 给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ 对） 4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大功率。（ 错） 5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ 错） 6、导行波截止波数的平方即2 c k 一定大于或等于零。（ 错） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（错） 8、谐振频率0f 、品质因数0Q 和等效电导0G 是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（错 ） 10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（错 ） 三、简答题（共19分） 1、提高单级天线效率的方法？（4分） （1）提高天线的辐射电阻; （2）降低损耗电阻。 2、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分） （1）电激励；（2）磁激励：（3）电流激励。 3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？(9分) （1） 主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰； （2） 旁瓣电平尽可能低； 1、证明200 ()j z l l Z Z z e Z Z β--Γ= +的周期为2λ 。 解：2()2002 00 (+)2j z j z j l l l l Z Z Z Z z e e e Z Z Z Z λβββλ λ -+----Γ==++ 由=2βλπ 220000 (+)(cos 2sin 2)()2j z j z l l l l Z Z Z Z z e j e z Z Z Z Z ββλ ππ----Γ=-==Γ++ 得证 2、证明00 0tan ()tan l in l Z jZ z Z z Z Z jZ z ββ+=+的周期为2λ 。 解：0000 00tan ()tan() 22()2tan ()tan()22 l l in l l Z jZ z Z jZ z Z z Z Z Z jZ z Z jZ z λβλ ββλλβλββ+++++==++++ 由=2βλπ 000000tan()tan ()()2tan()tan l l in in l l Z jZ z Z jZ z Z z Z Z Z z Z jZ z Z jZ z βπβλ βπβ++++===+++ 得证 3、设一特性阻抗为50欧姆的均匀传输线终端接负载100l R =Ω,求终端反射系数 l Γ。在离负载0.2λ、0.25λ、0.5λ处的输入阻抗和反射系数分别为多少？ 解：0l 0100501 = 100503 l l Z Z Z Z --Γ==++ 由公式2()j z l z e β-Γ=Γ 0 1() ()1() in z Z z Z z +Γ=-Γ 将已知条件带入 当0.2z λ= 0.81 (0.2)3 j e πλ-Γ= (0.2) 29.43 23. o in Z λ=∠-Ω 当0.25z λ= 1 (0.25)3j e πλ-Γ= (0.25)25 in Z λ=Ω 当0.5z λ= 21 (0.5)3 j e πλ-Γ= (0.5) 100 in Z λ=Ω 4、设特性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比为ρ，第一个电压节点离负载的距离为min1l ,试证明此事终端负载应为min 0 min 1tan tan l l l j l Z Z j l ρβρβ-=-。 证：波节点处入射波和反射波的相位差为π，则 ()j l l z e π-Γ=Γ=-Γ 又00 011() ()1()1l in l Z z Z z Z Z z ρ -Γ+Γ=== -Γ+Γ 河南理工大学万方科技学院2009-2010学年第一学期 微波技术与天线考试试卷（A ） 考试类型：闭卷 一、填空（102?） 1、充有25 .2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω =__________ Z 。（同轴线 的单位分布电容和单位分布电感分别 () ()7 012 10 4,F 10 85.8,ln 2ln 2--?==?== = πμμε π μπεm a b L a b C 和m H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最_ __________ 处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。 3、 平行z 轴放置的电基本振子远场区只有________和________ 两 个分量，它们在空间上___________（选填：平行，垂直），在 时间上_____ __________ （选填：同相，反相）。 4、 已知某天线在E 平面上的方向函数为()?? ? ??- =4sin 4 sin πθπ θF ，其半 功率波瓣宽度_________ 25 .0=θ。 5、 旋转抛物面天线由两部分组成， ___________ 把高频导波能量转 变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来的球面波沿抛物面的_ __________ 向反射出去，从而获得很强 ___________。 二、判断（101?） 1、传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm ，当信号频率为20GHz 时， 该传输线为短线。（ 错） 2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（错 ） 3、由于沿smith 圆图转一圈对应2λ，4λ变换等效于在图上旋转180°， 它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ 对） 4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大 功率。（ 错） 5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ 错） 6、导行波截止波数的平方即2 c k 一定大于或等于零。（ 错） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（错） 8、谐振频率0f 、品质因数0Q 和等效电导0G 是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（错 ） 10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（错 ） 三、简答题（共19分） 1、提高单级天线效率的方法？（4分） （1）提高天线的辐射电阻; （2）降低损耗电阻。 一、填空题（每题2分，共20分） 1、对于低于微波频率的无线电波的分析，常用电路分析法；对于微波用场分析法来研究系统内部结构。 2、微波传输线大致可分为三种类型：双导体传输线、波导和介质传输线。 3、无耗传输线的阻抗具有λ/2重复性和λ/4阻抗变换特性两个重要性质。 4、共轭匹配的定义为：当*g in Z Z =时，负载能得到最大功率值 g E P R g 41212max =。 5、高波导的宽边尺寸a 与窄边尺寸b 之间的关系为b>a/2. 6、微带传输线的基本结构有两种形式：带状线和微带线，其衰减主要是由导体损耗和介质损耗引起的。 7、建立在等效电压、等效电流和等效特性阻抗基础上的传输线称为等效传输线。 8、极化方式主要有椭圆极化、圆极化和线极化三种方式。 9、横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。 10、 在无线电波传输过程中，产生失真的原因主要有媒质的色散效应和随机 多径传输效应。 二、判断题（每题1分，共10分） 1、TE 波和TM 波的最低次模分别为11TE 和 10TM （错） 2、将0≠z E 而0=z H 的波称为TE 波 （错） 3、描述光纤传输特性主要是色散和损耗 （对） 4、辐射电阻越大，有效长度越短，天线的辐射能力越强 （错） 5、天线通信的最佳功率max 85.0f f opt = （对） 6、智能天线技术使得空分多址（SDMA ）成为可能 （对） 7、若无耗线处于行波状态时，则终端反射系数为11=Γ，且0Z Z in =（错） 8、相速度可以用来表示波能量的传输速度 （错） 9、多径效应造成了天线系统传输过程中信号的衰落 （对） 10、天线接收的功率可分为三个部分：接收天线的再辐射功率、负载吸收的功率 和媒质的损耗功率。 （对） (a) 微波是介于 超短波 与 红外线 之间的波，频率范围从 300 MHz 到 3000 GHz 。光波属于电磁波谱的 可见光 段，工作波长为 纳米 量级。（5分）最新《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第2章
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