電光南理工微波技術(shù)A卷附答案

1、南京理工大學(xué)課程考試試卷（教師組卷、存檔用）課程教學(xué)大綱編號(hào)： 0428903 課程名稱(chēng)： 微波技術(shù) 學(xué)分： 3 試卷編號(hào)： 001 考試方式： 閉卷筆試 考試時(shí)間：120 分鐘 滿分分值： 100分 組卷年月： 2004.6. 組卷教師：車(chē)文荃，戴永勝 審定教師： 陳如山 一. 簡(jiǎn)答題 (10分)1. 試給出微波的頻率和波長(zhǎng) (在自由空間) 范圍.2. (1) 傳輸線中的不同模式具有各自不同的特點(diǎn), 簡(jiǎn)述圓波導(dǎo)中TE11, TM01和TE01模的不同特點(diǎn); (2) 在以下的三種工程應(yīng)用中, 應(yīng)各自選擇何種模式作為其工作模式最為有利? (a) 毫米波長(zhǎng)距離多徑通訊; (b) 機(jī)械掃描雷達(dá)天線用

2、的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) (rotating joints); (c) 極化衰減器.3. 為了降低矩形波導(dǎo)中主模的截止頻率, 可以采取哪些措施?4. 在何種情況下可以忽略微帶線的輻射損耗? (Radiation loss)二. (1) 畫(huà)出矩形波導(dǎo)中TE02模和TM21模的橫截面場(chǎng)分布示意圖. (5分)(2) 根據(jù)主模的壁電流分布特點(diǎn), 試簡(jiǎn)單闡述波導(dǎo)測(cè)量線的工作原理.（5分)(3) 如果提供一臺(tái)信號(hào)源, 一付波導(dǎo)測(cè)量線和選頻放大器, 請(qǐng)簡(jiǎn)述駐波和波導(dǎo)波長(zhǎng)的測(cè)量方法. (5分)三. 波導(dǎo)衰減器可以用圖(1)所示的一段截止波導(dǎo)構(gòu)成.假設(shè)波導(dǎo)寬邊a=22.86cm, 工作頻率為12GHz. 試求解以下問(wèn)題: (

3、15分)(1) 兩段波導(dǎo)中主模的截止頻率; (2) 如果衰減量為50dB, 問(wèn)中間的截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度為多少毫米？四. 微波器件的散射參數(shù)可以用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到, 其外部特性便可以用散射參數(shù)來(lái)表示. 下面是測(cè)量所得的某二端口微波器件的S-參數(shù): (10分)據(jù)此S-參量, 請(qǐng)確定該二端口器件的如下外部特性參量:(1) 插入相移q;(2) 輸入駐波比;(3) 插入衰減(dB).五假設(shè)一個(gè)50W的微帶線，襯底介電常數(shù)為2.33, 襯底厚度為1.27mm, 導(dǎo)帶寬度為3.913mm, 工作頻率為2.5GHz. 試求：（15分）（）有效介電常數(shù)；（）波導(dǎo)波長(zhǎng)；（）如果根據(jù)上述參數(shù)設(shè)計(jì)一微帶線諧振器，請(qǐng)

4、問(wèn)其長(zhǎng)度如何選擇？六用Smith圓圖求圖 (2) 所示無(wú)耗傳輸線的以下參量：（20 分）(1) 傳輸線上的駐波比和終端負(fù)載處的電壓反射系數(shù)；(2) 該傳輸線的輸入阻抗；(3) 若相鄰兩波節(jié)點(diǎn)的間距為60mm, 試求終端負(fù)載到第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)和第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離；(4) 給出第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)處的輸入阻抗值(非歸一化值)Zin ÞL= 0.32lZL=60+j50WZ0=50W圖(2)七魔(Magic T) 是一種應(yīng)用非常廣泛的無(wú)源微波器件，圖 (3) 所示是其結(jié)構(gòu)示意圖如果微波信號(hào)分別從臂和臂輸入，試分析能量的輸出特性，并畫(huà)出各端口的電場(chǎng)分布圖（15分） 圖(3)微波技

5、術(shù)試題答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一. 簡(jiǎn)答題 （10分，每小題2.5分）1. 微波的頻率范圍: 300MHz 300GHz, 在自由空間的波長(zhǎng)為1m1mm。2. (1) 圓波導(dǎo)中TE11模是最低次模，截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)，故易于實(shí)現(xiàn)單模傳輸。在頻率較低時(shí)，其衰減最??；頻率較高時(shí)，衰減大于TE01模。另外，由于存在極化簡(jiǎn)并，故一般情況下僅作短距離傳輸之用。(2) TM01模的場(chǎng)分布是軸對(duì)稱(chēng)的。將兩段工作在TM01模的圓波導(dǎo)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并不影響圓波導(dǎo)中電磁波的傳播。(3) 圓波導(dǎo)中TE01模的場(chǎng)分布也是軸對(duì)稱(chēng)的。而且TE01模的導(dǎo)體損耗隨頻率的升高而單調(diào)下降，在毫米波段此特點(diǎn)尤其明顯。(a) 選擇TE01模作為工作模

6、式；(b) 選擇TM01模作為工作模式；(c) 選擇TE11模作為工作模式。3. 為了降低矩形波導(dǎo)中主模的截止頻率，可增大波導(dǎo)寬邊或在波導(dǎo)中填充介質(zhì)。4. 當(dāng)工作頻率較低或者襯底厚度大時(shí)，可以忽略微帶線的輻射損耗。二(15分, 每小題5分)(1) 矩形波導(dǎo)中TE02模和TM21模的橫截面場(chǎng)分布圖如下所示:(2) 當(dāng)波導(dǎo)內(nèi)傳輸電磁波時(shí)，波導(dǎo)壁將感應(yīng)產(chǎn)生高頻電流，因波導(dǎo)材料是作為理想導(dǎo)體來(lái)處理的，故僅波導(dǎo)壁表面有高頻電流流過(guò)。了解波導(dǎo)中TE10模的壁電流分布，可以處理許多具體的技術(shù)問(wèn)題。波導(dǎo)測(cè)量線就是利用TE10模的壁電流分布特點(diǎn)，沿波導(dǎo)寬壁中心開(kāi)窄槽，目的是通過(guò)探針耦合一點(diǎn)能量，以便了解波導(dǎo)內(nèi)電

7、磁波的傳輸情況。但同時(shí)希望不影響其傳輸，所以應(yīng)盡量減小測(cè)量線中電磁波的輻射和反射。（3）根據(jù)選頻放大器的讀數(shù)指示，調(diào)節(jié)波導(dǎo)測(cè)量線，使其位于電壓波節(jié)處，記下選頻放大器讀數(shù)Umin及位置L1。然后向另一方向移動(dòng)波導(dǎo)測(cè)量線，使選頻放大器的指針指到最大值，并讀取Umax；繼續(xù)移動(dòng)探針到第二個(gè)波節(jié)點(diǎn)處，記下位置L2。則可利用如下公式求得駐波比和波導(dǎo)波長(zhǎng)：三(15分) (1) 求截止頻率對(duì)于第一段的主模波長(zhǎng)為：第二段的主模波長(zhǎng)為：（2）波導(dǎo)的工作波長(zhǎng) 因?yàn)?，所以在中間波導(dǎo)處的信號(hào)將會(huì)被截止。 =92.72(NP)20lg所以L=0.06208m=62.08mm截止波導(dǎo)長(zhǎng)度為62.08mm四. (10分)

8、 (1) 插入相移 (2) 輸入駐波比 =1.94(3) 插入衰減 五. (15分)(1) 有效介電常數(shù)為:(2) 工作波長(zhǎng) 波導(dǎo)波長(zhǎng) (3) 由于微帶諧振器的兩個(gè)開(kāi)路端與接地板之間存在邊緣效應(yīng),相當(dāng)于微帶線延長(zhǎng)2.因此諧振條件為L(zhǎng)+2=.所以L=-2而 =mmL=42.80n-1.197(mm) q其中 n=1,2,3 .六.(20分)(1) 負(fù)載的歸一化阻抗 找到位于圓圖上的對(duì)應(yīng)點(diǎn),記為A 。則可讀出 駐波比 反射系數(shù) 對(duì)應(yīng)的角度為 0.3 (2) 由終端沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0.32到點(diǎn)B,對(duì)應(yīng)的歸一化阻抗 傳輸線的輸入阻抗 (3) 由題知 設(shè) C點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓波節(jié)點(diǎn),D點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓波腹點(diǎn).由A點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，求得 因此，終端負(fù)載到第一個(gè)電壓波腹點(diǎn)的實(shí)際距離為 9mm,終端負(fù)載到第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)的