微波技术基础思考题
一、填空题
1、对于低于微波频率的无线电波的分析，常用 ；对于微波用 来研究系统的内部结构。
2、传输线接不同负载阻抗时，沿传输线纵向看，有三种不同的工作状态： 。 传输线可分为长线和短线，传输线长度为3c m ，当信号频率为20G Hz 时，该传输线为长线。
3、无耗传输线的阻抗具有 两个重要性质。
4、几个重要的参数：
（1） 波阻抗： ；介质的固有波阻抗为εμ
η=
，对于真空或空气，
Ω
==
7.3670
00ε
μ
η
（2） 特性阻抗： ，
（3） 输入阻抗（分布参数阻抗）：传输线上任一点的阻抗Z i n (d)定义为该点的电
压和电流之比,即Z i n (d)=)()
(d I d U 。，
（4） 传播常数：是描述导行波沿导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参
数，一般为复数：βαγωωj C j G L j R +==++))((1111
对于无耗线：0=α，1
1C
L ω
β=
对于低耗线：d c Z G Z R
α
αα
+=+=
2
010
21，1
1C L ω
β
=
（5） 反射系数：传输线上某点处的反射系数定义为该点的反射波电压与该点的
入射波电压之比，即：
)
()()(d V d V d v +-=
Γ，其表达式为：
d
e
L
d
e
Z
L
Z
Z L Z
d v γγ220
0)(-Γ=-+-=
Γ，其中：
L
j e
L Z L Z Z
L Z
L Φ
?Γ
=+-=
Γ0
所以对于无耗线：)
2()(d L j e
L
d β-Φ?Γ=Γ； 与阻抗的关系：0
)(0)()(Z d in Z Z
d in
Z d +-=Γ； Z i n (d)=Z 0
)(1)
(1d d Γ-Γ+
（6） 驻波系数：传输线上相邻的波腹点和波节点的电压之比，
L
L V
V Γ
-Γ+==
11min
max ρ。
与阻抗的关系：Z i n (d mi n )=ρ0
Z
； Z L =Z 0
min
min
1d
tg j d
tg j βρ
βρ--
（7） 无耗线在行波状态的条件是：Z L =Z 0,此时反射系数为零，驻波系数为1；
工作在驻波状态的条件是：Z L =0;Z L =∞;Z L =+jX L 或-jX L ；工作在行驻波状态的条件是：Z L =R L +jX L or Z L =R L -jX L 。
5、史密斯圆图是求街均匀传输线有关 阻抗匹配 和 功率匹配 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 实部和虚部 的等值线簇与反射系数的 幅和模角 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|Γ| 刻度和电压驻波比 ， 而特征参数 0z 和 特征参数β，并没有在圆图上表示出来。导纳圆图可以通过对 阻抗圆图 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 rmin 或 行波系数k 和 rmax 或 驻波比r 。圆图上的电刻度表示 电长度，图上0~180°是表示 反射系数的相位 。
6、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） 信号源共轭匹配 ；（2） 信号源匹配 ；（3） 负载匹配 。
7信号源共轭匹配是当in Z Z *
=g 时，负载能得到最大的功率，其值为2
m ax 112
4g
g
P E R =
8、带状线的结构是 在两接地板间铺设扁平导带，中间填充介质。带状线可以看作是由 同轴线 演变而成的，它可以传输 TEM 导波。
9、微带线可用光刻程序制作，是目前MIC 中使用最多的一种平面型传输线，其结构是： 由一个宽度为w ，厚度为t 的中心导带和下属接地板组成 ，微带线可以看作是由 双导线 演变而来的，其工作模式是 TE-TM 波导模。
10、波导传输特性的主要参数有：相移常数、截止波数、相速、波导波长、群速、波阻抗和传输功率。
11、波导的激励本质是电磁波的辐射，是微波源在由波导内壁所限定的有限空间辐射，其结果是要求在波导中获得所需要的模式，激励的一般方式有 电场
激励 、 磁场激励 、 电流激励 三种。
12、微波谐振器是一种适用于300MHz~3G Hz 或更高频率的谐振元件，它是导体壁完全密闭的空腔，可以将电磁波场全部约束在空腔内，同时其整个大面积的金属表面又为电流提供通道。谐振腔具有固定的谐振频率和很高的Q 值（品质因数）。谐振腔的多谐性是指基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。 13、插入损耗是指输入功率与服装吸收功率的比值 。
14、反射损耗 是指输入功率与反射功率的比值 。
15、四种典型实用匹配网络的设计方法是：（1） 信号源共轭匹配 、（2） 信号源匹配 、（3） 支节负载匹配 。其中（1）是适用于 要求获取信号源最大的输出功率 的情况；（2）是适用于 信号源端无反射 的情况；（3）可分为并联和串联；单支节与多支节，其中常用的是 多支节 ，因为它有 宽频带 的优点。
匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最 强 处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。
16、有耗线与无耗线的主要区别在于线上的入射波和反射波的振幅要按指数规律衰减，衰减的大小取决于衰减常数。 17、无耗传输线的驻波状态的特点是：
。
18、无耗传输线的行波状态的特点是：
19、矩形波导的的主模是TE 10模，导模传输条件是c λλ<，其中截止频率为 ，TE 10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2a λ<。 20、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 。
21、保证同轴线只传输TE M 模的方法是抑制高次TE 、TM 模其工作波长与同轴线尺寸的关系应满足11()()c TE a b λλπ>≈+
22、耦合传输线是由线构成的系统。包括耦合微带线和耦合带状线两种常用结构。
23、分析和设计微波系统的有力工具是微波网络的[A] 和[S] 。
24、建立在等效电压、等效电流和等效阻抗基础上的传输线称为等效传输线。
25、将由不均匀性引起的传输特性的变化归结为等效微波网络。
26、均匀传输线中的许多分析方法均可用于等效传输线的分析。
27、任意具有两个端口的微波元件均可看做为双端口网络。
28、[Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用开路法测量；
[Y]矩阵中的各参数必须用短路法测量；
同一双端口网络的阻抗矩阵[Z]和导纳矩阵[Y]关系是[Z][Y]=[I] 。
29、[S]矩阵的各参数是建立在端口接匹配负载基础上的反射系数或传输系数。也就是说散射矩阵的各个参数可以利用网络输入输出端口的参考面上接匹配
负载测得。互易网络是指S
i j =S
j i
；对称网络是指S
i i
=S
j j
；无耗网络是
指[S]+ [S]=[I] 。
30、微波元器件是指实现信号的产生、放大、变频、匹配、分配、滤波等功能的部件。
31、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件和非线性元器件三大类。其中：线性互易元器件是指元件中没有非线性和非互易性物质它主要包括
线性非互易元器件主要是指包含
元器件，它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域，主要包括隔离器、环行器等。
非线性器件能引起频率的改变，从而实现电磁控制、改变原件特性参量等，主要包括微波检波器、混频器、变频器以及电磁快控元件等。
32、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，是用来实现等功能的元件。主要包括三种负载为、或。
33、阻抗匹配元器件是用于器件，它们的作用是为了消。主要包括。
34、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微波谐振
器件。
35、常用的微波谐振器有同轴谐振器、波导谐振器、带状线与微带线谐振器和介质谐振器等。
36、微波谐振器基本参量为谐振频率，品质因素和等效电导。
37、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激励装置或耦合装置。
38、铁氧体是一种黑褐色的陶瓷，它是微波技术中应用很广泛的非线性各向异性的磁性物质。当微波频率的电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体时，呈现一种非互易性，且其导电损耗很小（大或小）。利用这种效应，可以做成各种非互易微波铁氧体元件。最常用的是隔离器和环行器件。
39、按照天线的基本结构来分，天线通常分为线天线、面天线和缝隙天线。
40、天线是指用来辐射和接收无线电波的装置。
41、沿z轴放置的电基本振子远场区只有E
θ和H
?
两个分量，它们在空间上相互
垂直，在时间上同向。
二、简答题
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、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？
4、简述微波传输线可分为哪三种类型，每种类型中有哪些传输线，举例说明。
5、简述导模的定义及其特点。
6、为什么空心的金属波导内不能传播TEM波？
7、列出波导激励方式并加以描述工作原理（至少3 种）。
8、从微带线、带状线的演变历程，分别说明他们二者的特性以及分析在高速与高频PCB上的应用
9、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。
10、微波网络基础中，如何将波导管等效成平行传输线的？
11、微波网络分析的理论建立中，做了哪些假设？为什么最后都归结为S参数的分析与求解?
12、简述天线的功能。
。
13、天线的电参数有哪些？
14、按极化方式划分, 天线有哪几种？
15、从接收角度讲, 对天线的方向性有哪些要求？
16、什么是衰落？简述引起衰落的原因。
17、什么是传输失真？简述引起失真的原因。
18、什么是视距传播？简述视距传播的特点。
19、不均匀媒质传播方式主要有哪些？简述对流层散射传播的原理。
20、什么是波长缩短效应？试简要解释其原因。
21、什么是方向图乘积定理？
22、试画出沿z轴放置电基本振子的E平面和H平面的方向图。
23、为了使天线辐射的方向性更强即波束的方向图更窄，我们通常采用什么方法来改变天线辐射的方向性，它的物理原理是什么？
25、对接收天线的方向性有哪些要求？
26、天线的俯仰角的调整是为了解决天线覆盖中的什么问题，通常用什么方法来调整天线的俯仰角？它们各有什么优缺点？
三、计算题
1、在一均匀无耗传输线上传输频率为3GH z的信号，已知其特性阻抗Z0=100Ω，
终端接Z1=75＋j100Ω的负载，试求：
（1）传输线上的驻波系数；
（2）离终端10cm处的反射系数；
（3）离终端2.5cm处的输入阻抗。
2、无耗传输线特性阻抗Z0 50(Ω)，已知在距离负载z1 λp/8处的反射系数为Γ(z1) j0.5。试求(1) 传输线上任意观察点z处的反射系数Γ(z)和输入阻抗Zin(z)；(2) 利用负载反射系数ΓL计算负载阻抗ZL；(3) 通过输入阻抗Zin(z)计算负载阻抗ZL。
3、有一特性阻抗为0
500
Ω
=Z 的无耗均匀传输线，导体间的媒质参数为25.2=r ε，
1=r μ，终端接Ω=11
R 负载。当z
MH f 100=时，其线长度为4/λ。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、 某一均匀无耗传输线特性阻抗为Ω
=500
Z ，终端接有未知负载1Z ,现在传输线
上测得电压最大值和最小值分别为100mV 和20mV ，第一个电压波节的位置离负载1min l 3/λ=，试求该负载阻抗1Z 。
5、 特性阻抗为Ω
=1500
Z 的均匀无耗传输线，终端接有负载Ω
+=1002501
j Z ,用
4/λ阻抗变换器实现阻抗匹配如图，试求4/λ阻抗变换器的特性阻抗01
Z
及离
终端距离。
6、在特性阻抗为Ω600的无耗双导线上测得max
V 为V 200,min
V
为V 40，第一个
电压波节点的位置1min l λ
15.0=，求负载1Z 。若用并联单支节进行匹配，求出支节
的位置和长度。
7、矩形波导截面尺寸为mm mm b a 3072?=?，波导内充满空气，信号源频率为
z GH 3，试求：
（1） 波导中可以传播的模式；
（2） 该模式的截止波长c λ、相移常数β、波导波长g λ，相速p ν、群速和波阻
Z 1
抗。
8、用BJ －100矩形波导以主模传输z GH 10的微波信号，（1）求c λ、g λ、β和波阻抗w Z ；（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？（4）若尺寸不变，工作频率变为z GH 15，上述各量如何变化？
9、设某系统如题9.1图所示，双口网络为无耗互易对称网络，在终端参考面2T 处接匹配负载；测得距参考面1T 距离g l λ125.01=处为电压波节点，驻波系数为1.5，试求该双口网络的散射矩阵。
：
。
题9.1图
10、设双口网络〔S 〕已知，终端接有负载1Z ，如题10.1图所示，求输入端的反射系数。
解：由〔S 〕参数定义： 2121111a S a S b +=
2
221212a
S a S
b +=
根据终端反射系数的定义：
Z 0
Γ
in
Z 0
，
：
题10.1图
11、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。 12、利用D=
??
Φ
Φππ
θθθπ
20
2
sin ),(4d d F 的公式计算电基本振子的方向系数。
解：电基本振子的方向函数为
F(?θ,)=sin θ
将上式带入公式D=
可得电基本振子的方向系数为1.5
14、均匀同相的矩形口径尺寸为a=8λ，b=6λ，利用书中图6-2-6，求出H 面内的主瓣宽度2θ0.5H
,零功率点波瓣宽度2θ0H 以及第一副瓣位置和副瓣电平
SLL(dB)。
T 1
T 2
??ΦΦππ
θθθπ
2002
sin ),(4d d F
相速Vp :电压、电流入射波(或反射波)的等相位面沿传输方向的传播速度,用Vp 表示。 波长λ:传输线上电压(或电流)波的相位相差2π的两观察点间的距离称为波长,记为λ。 反射系数Γ:传输线上任一点z 处的反射波电压(或电流)和入射波电压(或电流)的比值,记作Γu(z)(或Γi(z)),它和阻抗本身有周期=λ/2,|Γ|与ρ为系统不变量,|Γ|∈[0,1], ρ∈[1,∞)。 驻波系数ρ:传输线上波腹点电压与波节点电压之比,记为ρ。 沿z 向传播的导行波的相速定义为导波的等相位面向前移动的速度,记为Vp 。 群速Vg :指一群具有非常接近的角频率ω和相移常数β的波,在传输过程中表现出来的共同速度,这个速度代表能量的传播速度,用Vg 表示。 无纵向场分量,即Ez=Hz=0。只有横向电磁场分量,故称为横电磁模(TEM )。 有纵向场分量。a)Ez ≠0,Hz=0,为横磁模(TM )。只有电场才有纵向分量,故又称电模(E);b) Ez=0,Hz ≠0,为横电模(TE )。只有磁场才有纵向分量,故又称磁模(H);c)Ez ≠0,Hz ≠0,为混合模,TE 、TM 线性叠加。 电基本振子:无限小的线性电流单元,即长度L 远小于工作波长λ,线上电流振幅和相位处处相通。 对称振子:由两根粗细和长度都相同的导线构成,中间为两个反馈点。 全波振子:对称振子的臂长为2h=λ的振子。 半波振子:对称振子的臂长为2h=λ/i 的振子。 谐振fo :在导体中，电储能等于磁储能。 谐振波长:光波长整数倍的波长。 方向性系数D :表示天线向某一个方向集中辐射电磁波的程度,即天线在远区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度(Smax)av 与平均辐射功率相同的无方向性天线在同一点的平均辐射功率密度(So)av 之比(Pr 、R 相同)。 增益系数G :天线在远区最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均输入功率相同的无方向性天线在同一点的平均功率密度之比(Pin 、R 相同)。 效率ηA :天线的平均功率Pr 与平均输入功率Pin 之比。 输入阻抗Zin :天线输入端(或传输线上任一点z 处)的复电压与复电流之比。 有效长度Lein :在保持实际天线最大辐射方向上场强不变的条件下,假设天线上电流为均匀分布时天线的有效长度,天线的有效长度越长，表明天线辐射能力越强。 电基本振子:近区场kr<<1，感应场，远区场kr>>1，辐射场。 品质因数Q :描述谐振系统选频特性优势和能量损耗度。 方向图:天线辐射的电磁波在固定距离上。 二元阵天线:两个形式和取向相同的天线单元沿直线坐标系的某一坐标轴排列。 p v ω β=πλβ= 2
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？
填空题 1.微波是电磁波谱中介于超短波和红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至3000GHz（波长0.1mm）。微波波段分为米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波段。 2.微波的特点（因其波长）： ①似光性②穿透性③宽频带特性 ④热效应特性⑤散射特性⑥抗低频干扰特性 3.均匀传输线的分析方法： ①场分析法：从麦克斯韦方程出发，求出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； ②等效电路法：从传输线方程出发，求出满足边界条件的电压、电流波动方程的解，得出沿线等效电压、电流的表达式，进而分析传输特性。 ——后一种方法实质是在一定条件下“化场为路”。 4.无线传输线的三种工作状态：①行波状态②纯驻波状态③行驻波状态 5.阻抗匹配的三种不同含义：①负载阻抗匹配②源阻抗匹配③共轭阻抗匹配 6.如何在波导中产生这些导行波呢？这就涉及到波导的激励，在波导中产生各种形式的导行模称为激励，要从波导中提取微波信息，即波导的耦合。波导的激励与耦合就本质而言是电磁波的辐射和接收，是微波源向波导内有限空间的辐射或在波导的有限空间内接收微波信息。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。 7.激励波导的三种方法：①电激励②磁激励③电流激励 8.微波技术与半导体器件及集成电路的结合，产生了微波集成电路。 9.光纤可分为石英玻璃光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层玻璃芯光纤、全塑料光纤。 10.光纤的三种色散：①材料色散②波导色散③模间色散 11.微波网络正是在分析场分布的基础上，用路的分析方法将微波原件等效为电抗或电阻元件，将实际的波导传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络。尽管用“路”的分析法只能得到元件的外部特征，但它却可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。 12.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。 13.微波网络的分析与综合是分析和设计微波系统的有力工具，而微波网络分析又是综合的基础。 14.微波系统也不例外地有各种无源、有源元器件，它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换，它们是微波系统的重要组成部分。微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件以及非线性元器件三大类。 15.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。主要包括微波电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管及微波电真空器件等。 16.研究天线问题，实质上是研究天线在空间所产生的电磁场分布。空间任一点的电磁场都满足麦克斯韦方程和边界条件，因此，求解天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件。 17.天线的电参数：①天线方向图及其有关参数②天线效率③增益系数④极化
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》傅文斌-习题答案-第章
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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 1-1 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'=? ?=+ ?? ? 天线与微波复习思考题 一、填空 1、对于低于微波频率的无线电波，其波长远大于电系统的实际尺寸，可用电路分析法进行分析；频率高于微波波段的光波等，其波长远小于电系统的实际尺寸，因此可用光学分析法进行分析；微波则由于其波长与电系统的实际尺寸相当必须用场分析法进行分析。 2、在圆波导中有两种简并模，它们是E-H 简并和极化简并。 3、激励波导的方法通常有三种：电激励、磁激励和电流激励。 4、各种集成微波传输系统归纳起来可以分为四大类：准TEM 波传输线、非TEM 波传输线、开放式介质波导传输线和半开放式介质波导。 5、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件以及非线性元器件三大类。 6、微波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三大类。 7、在微波系统中功率分配元器件主要包括定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。 8、非互易微波铁氧体元件最常用的有隔离器和环形器。 9、天线按辐射源的类型可分为线天线和面天线，把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。 10、超高频天线，通常采用与场矢量相平行的两个平面来表示，即E 平面和H 平面。 11、根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，电波传播方式分为下列几种：视距传播、天波传播、地面波传播和不均匀媒质传播。 12、为了加强天线的方向性，将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵。 13、旋转抛物面天线的分析通常采用以下两种方法：口径场法和面电流法。 14、按中继方式，微波中继通信可分为基带转接、中频转接和微波转接三种。 15、RFID 系统按数据量来分，可分为1比特系统和电子数据载体系统。 16、50Ω传输线接(75+j100)Ω的负载阻抗，传输线上的电压波为行驻波；最靠近负载的是电压波的波腹点。 17、耦合带状线的偶奇模相速v pe =v po ，与光速c 的关系为εr po pe c v v /==。 18、圆波导中不存在的波形有TE m 0、TM m 0。 19、互易（可逆）网络的散射矩阵满足S S T =。 20、微波终端开路传输线型谐振器，当传输线的长度l=2/0λp n ，在谐振频率点 ω0附近可用一集中参数的并联谐振电路等效； 当传输线的长度l=4/)12(0λp n +，在谐振频率点ω0附近可用一集中参数的串联谐振电路等效。 21、微波电路中功率增益的定义主要有三种，它们分别称为功率增益、资用功 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。 第一章 1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。 2.均匀传输线方程， 也称电报方程。 3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。 1101 0010110 cos()sin()tan() ()tan()cos()sin() in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z j z Z ββββββ++==++ 2p v f πλβ===任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载 221021101()j z j z j z j z Z Z A e z e e Z Z A e ββββ----Γ===Γ+ 1 10 1110 j Z Z e Z Z φ-Γ= =Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输 线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性 4. 00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ 111ρρ-Γ= + 1 111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示 5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1; ② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e -j2β z 此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为 0()tan in Z Z jZ z β= ① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。 ③ 传输线上各点阻抗为纯电抗, 在电压波节点处Z in =0, 相当于串联谐振, 在电压波腹点处|Z in |→∞, 相当于并联谐振, 在0＜z ＜λ/4内, Z in =jX 相当于一个纯电感, 在λ/4＜z ＜λ/2内, Z in =-jX 相当于一个纯电容，从终端起每隔λ/4阻抗性质就变换一次, 这种特性称为λ/4阻抗变换性。 短路线ls l 110arctan()2s X l Z λπ= 开路线loc 0cot() 2c oc X l arc Z λ π= 9.无耗传输线上距离为λ／4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方, 这种特 性称之为λ/4阻抗变换性。 10.负载阻抗匹配的方法 基本方法：在负载与传输线之间接入一个匹配装置（或称匹配网络），使其输入阻抗等于传输线的特性阻抗Z 0. 对匹配网络的基本要求：简单易行、附加损耗小、频带宽、可调节以匹配可变的负载阻抗。 实现手段分类：串联λ/4阻抗变换器法、支节调配器法 (1)因此当传输线的特性阻抗 01 Z = 时, 输入端的输入阻抗Z in =Z 0, 从而实现了负载和传输 线间的阻抗匹配(2)串联 1 2007 /2008学年第 2 学期 课程名称：微波技术与天线 共 6 页 试卷： A 、 考试形式： 闭 卷 一、 填空题（每空1分，共10分） 1、微波是电磁波谱中介于 与 之间的波段。 2、对于无耗传输线来说，任意点反射系数大小___________。沿线相位按周期变化，其周期为 。 3、矩形波导中传输的主模是__________。 4、圆波导中损耗最小的的模式是_______________。 5、微带线的高次模有两种模式： 和 。 6、电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传输的 电磁波。 7、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、若传输线上无反射时，驻波比等于 。 A ：0 B ：1 C ：2 D ：∞ 2、矩形金属波导中只能存在 。 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 ：完全匹配 B ：只有两个端口匹配 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 ：1/2 B ：1/3 C ：2/3 D ：1/4 5、对于无耗传输线的行波状态，电压和电流在任意点上的相位 2 A ：相同 B ：相反 C ：相差π/2 D ：π/4 6、无耗传输线，终端断短路时在电压波节点处，相当于 。 A ：并联谐振 B ：串联谐振 C ：纯电感 D ：纯电容 7、单模光纤所传输的模式是 。 A ：TE 10模 B ：TM 11模 C ：TEM 模 D ：H E 11模 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.圆波导 C.同轴线 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.方向图 C.驻波比 D.以上都是 10.传输线的工作状态与负载有关，当负载短路时，传输线工作在何种状态?( ) A.行波 B.驻波 C.混合波 D.都不是 三、简答题（每题6分，共24分） 1、有一三端口元件，测得其[S]矩阵为：00.9950.1[]0.995000.100s →---????=?????---? --- 问：此元件有那些性质？它是一个什么样的元件？ 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》复习知识要点 绪论 ●微波的定义：微波是电磁波谱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。 ●微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~0.1mm ●微波的特点（要结合实际应用）：似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量 子特性（微波波谱的分析） 第一章均匀传输线理论 ●均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性） 定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗 注：均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。 两个特性： 1、λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)= Z in(z+λ／2) 2、λ／4变换性: Z in(z)- Z in(z+λ／4)=Z02 证明题：(作业题) ●均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断） 1.行波状态：无反射的传输状态 ?匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗 ?沿线电压和电流振幅不变 ?电压和电流在任意点上同相 2.纯驻波状态：全反射状态 ?负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态 3.行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数 ●传输线的三类匹配状态（知道概念） ?负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 ?源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 ?共轭阻抗匹配：对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。 共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 ●传输线的阻抗匹配（λ／4阻抗变换）(P15和P17) ●阻抗圆图的应用（*与实验结合） 史密斯圆图是用来分析传输线匹配问题的有效方法。 1.反射系数圆图：Γ（z）=|Γ1|e j(Φ1-2βz)= |Γ1|e jΦ Φ1为终端反射系数的幅度，Φ=Φ1-2βz是z处反射系数的幅角。反射系数圆图中任一点与圆心的连线的长度就是与该点相应的传输线上某点处的反射系数的大小。 2.阻抗原图（点、线、面、旋转方向）： ?在阻抗圆图的上半圆内的电抗x＞0呈感性，下半圆内的电抗x＜0呈容性。 ?实轴上的点代表纯电阻点，左半轴上的点为电压波节点，其上的刻度既代表r min又代表行波系数K，右半轴上的点为电压波腹点，其上的刻度既代表r max又代表驻波比ρ。 ?|Γ|=1的圆图上的点代表纯电抗点。 ?实轴左端点为短路点，右端点为开路点，中心点处是匹配点。 ?在传输线上由负载向电源方向移动时，在圆图上应顺时针旋转，；反之，由电源向负载方向移动时，应逆时针旋转。 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 . 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 知识梳理 绪论 微波、天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，它们三者研究的对象和目的有所不同。微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输，对传输系统而言辐射是一种能量的损耗。天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方式和特点。微波、天线与电波传输播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。 第一章均匀传输线理论 微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统, 又称为均匀传输线。把导行波传播的方向称为纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁波，即TEM波。另外, 传输线本身的不连续性可以构成各种形式的微波无源元器件, 这些元器件和均匀传输线、有源元器件及天线一起构成微波系统。 1.1均匀无耗传输线的输入阻抗 定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗两个特性： (1)λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Zin(z)=Zin(z+λ／2)；(2)λ／4变换性:Zin(z)-Zin(z+λ／4)=Z02 1.2均匀无耗传输线的三种传输状态 (1) 行波状态：无反射的传输状态， 匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相； (2) 纯驻波状态：全反射状态， 负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态； (3)行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数。 1.3传输线的三类匹配状态 (1)负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。 (2)源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。此时，信号源端无反射。 (3)共轭阻抗匹配：对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Zin=Zg﹡时，负载能得到最大功率值。共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。 1.4阻抗圆图的应用 (1) 反射系数圆图：Γ（z）=|Γ1|ej(Φ1-2βz)=|Γ1|ejΦ 微波：是电磁波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（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz（波长1m）至3000GHz（波长0.1m）. 微波的特性：1.似光性2.穿透性3.宽频带特性4.热效应特性5.散射特性6.抗低频干扰特性. 与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线效应，分布参数。 微波传输线的三种类型:1.双导体传输线，2.金属波导管3.介质传输线。 集总参数：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。 这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了电压电流。 分布参数： 电路是指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。 分布参数电路的实际尺寸能和电路的工作波长相比拟。 对于分布参数电路由传输线理论对其进行分析。 均匀传输线方程（电报方程）： t t z i L t z Ri z t z u ? ? + = ? ?) , ( ) , ( ) , (， t t z u C t z Gi z t z i ? ? + = ? ?) , ( ) , ( ) , ( 传输线瞬时电压电流： ) cos( ) cos( ) , ( 2 1 z t e A z t e A t z u z zβ ω β ωα α- + + =- + )] cos( ) cos( [ 1 ) , ( 2 1 z t e A z t e A Z t z i z zβ ω β ωα α- + + =- + 特性阻抗: C j G L j R Z ω ω + + = (无耗传输线R=G=0.) 平行双导线(直径为d,间距为 D): d D Z r 2 ln 120 ε = 同轴线（内外导体半径a,b）: a b Z r ln 60 ε = 相移常数： λ π ω β 2 = =LC 输入阻抗： ) tan( ) tan( 1 1 0z Z Z z Z Z Z Z inβ β + + = 反射系数：z j z j e e Z Z Z Z zβ β- -Γ = + - = Γ 1 1 1 ) ( 终端反射系数:1 | | 1 1 1 1 φj e Z Z Z Z Γ = + - = Γ 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）微波技术与天线课后题答案
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