微波技術(shù)基礎(chǔ)第二章課后復(fù)習(xí)資料

1、2-1波導(dǎo)為什么不能傳輸波？答：一個波導(dǎo)系統(tǒng)若能傳輸波型， 則在該系統(tǒng)中必須能夠存在靜 電荷靜電核或恒定電流，而在單導(dǎo)體所構(gòu)成的空心金屬波導(dǎo)館 內(nèi)，不可能存在靜電荷或恒定電流，因此也不可能傳輸波型。2-2什么叫波型？有哪幾種波型？答：波型是指每一種能夠單獨地在規(guī)則波導(dǎo)中存在的電磁場的一 種分布狀態(tài)。根據(jù)場的橫向分量與縱向分量之間的關(guān)系式劃分波型，主要有三種：波（回，E）波（凹，凹）波（回，E ）2-3何謂波，波和波？其波阻抗和自由空間波阻抗有什么關(guān)系？ 答：=，=的為波；=,.丁為波；=，為波。波阻抗：LJ波阻抗：丨X 其中 為波在無限答煤質(zhì)中的波阻抗。2-4試將關(guān)系式，推導(dǎo)為 .-丨解：由

2、的場分量關(guān)系式（ 與z無關(guān)）得:EBJ2-5波導(dǎo)的傳輸特性是指哪些參量？答：傳輸特性是指傳輸條件、傳播常數(shù)、傳播速度、波導(dǎo)波長、 波形阻抗、傳輸功率以及損耗和衰減等。2-6何為波導(dǎo)的截止波長E ?當(dāng)工作波長 大于或小于耳時，波 導(dǎo)內(nèi)的電磁波的特性有何不同？答：當(dāng)波沿Z軸不能傳播時呈截止?fàn)顟B(tài)，處于此狀態(tài)時的波長叫截止波長，定義為| ;當(dāng)工作波長大于截止波長時， 波數(shù) ，此時電磁波不能在波導(dǎo) 中傳播；當(dāng)工作波長小于截止波長時， 波數(shù).三，此時電磁波能在波導(dǎo)內(nèi) 傳播；2-7矩形波導(dǎo)中的截止波長和波導(dǎo)波長 ，相速度 和群速度有什么區(qū)別和聯(lián)系？它們與哪些因素有關(guān)？答：波導(dǎo)波長為|， 為截止波長群速為 *

3、 I，相速為沁I ，且 ，與c，工作波長，截止波長有關(guān)。2-8在矩形波導(dǎo)中不存在 I和國這兩種波型，為什么？ 答：根據(jù)波的特點 丨， 丨，由波的場分量表達式可知田在0或0時，不符合波的特點。2-9在空氣填充的矩形波導(dǎo)（網(wǎng)）中，要求只傳輸波型，其條件是什么？若波導(dǎo)尺寸不變， 而填充，國 的介質(zhì)，只傳 輸I波型的條件又是什么？解： 由于廠的截止波長=，而町的截止波長為a， N： 的截止波長為2b。若要保證單模傳輸，則由傳輸條件 丨，U：與町均被截止，故有同時|若波導(dǎo)中全填充.，.的介質(zhì)，則波長變?yōu)榘?，因此單模傳輸條件變?yōu)橥瑫r2-10 一空氣填充的矩形波導(dǎo)，要求只傳輸波型，信號的工作頻率為亠，試確

4、定波導(dǎo)的尺寸，并求出 、丁和丁解：工作頻率為亠 ，空氣填充，速度 ，因此工作波長根據(jù)矩形波導(dǎo)單模傳輸?shù)臈l件，波導(dǎo)的尺寸由下式確定-，即I故可選用100,其模橫截面尺寸為1_ 選定尺寸后，計算、|和丨K I2-11空氣填充的矩形波導(dǎo) 100,其尺寸為h工作波長 ，問波導(dǎo)內(nèi)可能存在幾種波型。若波導(dǎo)的橫截尺寸變?yōu)橐?，情況又怎樣？解：利用矩形波導(dǎo)的截止波長的計算公式，計算各種波型的截止波長；然后由傳輸條件來判斷波導(dǎo)中可能存在的波型。a所以可能存在的模式有:Mm， 回，E禾口丨：-丨。當(dāng)尺寸為時，各波型的截止波長為所以可能存在的模式有:，2-12在空氣填充的矩形波導(dǎo)內(nèi)，測得相鄰兩波節(jié)點之間的距離為22

5、，求。解：因為在波導(dǎo)中相鄰兩波節(jié)之間的距離為，所以得到2-13矩形波導(dǎo)100，其橫截面尺寸為一 】，在波導(dǎo)中傳輸 E波，工作波長亠I，試求截止波長 、相速、 群速、傳輸功率P和波型阻抗回。解：岡波的截止波長何波長的相速度波的波導(dǎo)波長波的傳輸功率而 的.與為S波的波型阻抗x | 由于若用凹表示5,則有所以，傳輸功率ri2-14 矩形波導(dǎo)的橫截面尺寸為 23,10,傳輸頻率為10的回波，求截止波長、波導(dǎo)波長、相速和波阻抗。如果頻率稍微增大，上 述參量如何變化？如果波導(dǎo)尺寸 a和b發(fā)生變化，上述參量又如 何變化？解：矩形波導(dǎo)的截止波長為 工作波長為波導(dǎo)波長為相速為波阻抗為當(dāng)頻率增大時，截止波長不變，

6、波導(dǎo)波長降低，相速降低，波阻抗降低；當(dāng)a增大時，截止波長增大，波導(dǎo)波長降低，相速降低，波阻抗 降低；當(dāng)b增大時，對各個參量無影響。2-15若矩形波導(dǎo)橫截面尺寸，有中心頻率的脈沖調(diào)制波通過 F長的波導(dǎo)，求中心頻率上的時延 。解：工作波長 波導(dǎo)波長相移常數(shù)故經(jīng)過亠后，產(chǎn)生的相移量為所以，中心頻率上的時延為2-16已知空氣填充100波導(dǎo)，工作波長亠 ，當(dāng)終端接負(fù)載 時，測得駐波比 丨，第一個電場波節(jié)點距負(fù)載，試求:(1) 波導(dǎo)中傳輸?shù)牟ㄐ停?2) 終端負(fù)載阻抗的歸一化值。解：(1)100為矩形波導(dǎo)，其橫截面尺寸|。幾個低次模的截止波長分別為根據(jù)波導(dǎo)中波的傳輸條件II ,故只能傳輸"波。(2

7、)矩形波導(dǎo)100,波的波導(dǎo)波長為第一個電場波節(jié)點距負(fù)載為.LT ，波節(jié)點處的歸一化阻抗為一即故|貝 yk II2-17已知一矩形波導(dǎo)饋電系統(tǒng)，二】，空氣填充，工作頻率J，端接負(fù)載，測得饋線上的駐波比 一，第一個電場最小點距負(fù)載 :，試求：終端負(fù)載阻抗的歸一化值；解：由于 1 ，空氣填充，其工作波長 為波導(dǎo)波長上利用上題中導(dǎo)出的 * I2-18什么叫做激勵和耦合？答：所謂激勵就是在波導(dǎo)中建立所需波型的方法。相應(yīng)地，從波 導(dǎo)中取出所需波型的能量的方法稱為耦合。激勵和耦合是可逆 的，激勵裝置也可以用作耦合裝置。2-19波導(dǎo)中的激勵可以由哪幾種方式？激勵裝置是什么？電磁 場能否激勵的判據(jù)是什么？答：激

8、勵方式有三種，它們是電場激勵、磁場激勵和電流激勵； 激勵裝置為探針激勵、環(huán)激勵、小孔或縫激勵，電子流激勵。桿 激勵為電場激勵，環(huán)為磁場激勵，孔激勵根據(jù)孔開在波導(dǎo)的不同 位置，可能為單一的磁場激勵或同時存在電場和磁場激勵。波導(dǎo)的激勵原則是指使激勵裝置產(chǎn)生被激勵波型的某一場分量或壁電流，從而使該波型在波導(dǎo)中建立。2-20圓波導(dǎo)中的波型指數(shù) 和 的意義是什么，它們與矩形波導(dǎo) 中的波型指數(shù)有何不同？答：圓波導(dǎo)中m代表場沿圓周方向分布的整駐波數(shù)， n代表沿半 徑方向場分量出現(xiàn)的最大值個數(shù)。而在矩形波導(dǎo)中，m和n分別代表場強沿x軸和y軸方向分布的半波數(shù)。2-21欲在圓波導(dǎo)中得到單模傳輸，應(yīng)選擇哪種波型，為

9、什么？答：在圓波導(dǎo)中實現(xiàn)單模傳輸一般選擇 冋波型，因為冋模的截 止波長最長，易于實現(xiàn)單模傳輸。2-22試述圓波導(dǎo)中 ，町及三種模式的特點及其應(yīng)用。答：圓波導(dǎo)三易于實現(xiàn)單模傳輸，但由于模極化面是不穩(wěn)定的存在著模的極化簡并，故實用中不用圓波導(dǎo)作為傳輸線。但是利用模的極化簡并可以構(gòu)成一些特殊的波導(dǎo)元器件，如極化衰減器、極化變化器和微波鐵氧體環(huán)行器等。創(chuàng)模的結(jié)構(gòu)特點是（1）場分布具有軸對稱，電場和磁場沿 方向均無變化；（2）電場只有.分量，圓波導(dǎo)橫截面上的電力 線是一些同心圓，在 0和處， =0;（3）在管壁附近只有分量。因此丨模適合用作高Q諧振腔的工作模式和毫米波遠(yuǎn)距離 傳輸波導(dǎo)。但丨不是最低次模，

10、所以采用丨模設(shè)法抑制其他模式的寄生。討的結(jié)構(gòu)特點是（1）場分布具有軸對稱性，電場沿 方向 無變化；（2）磁場只有分量，圓波導(dǎo)橫截面上的磁力線是一些同心圓，0處，=0,壁電流只有 分量。由于聲 模場結(jié)構(gòu)具有軸對稱性，故將兩端工作在模的圓波導(dǎo)作相對運動，不影響其中電磁波的傳輸，所以適合作微波天線饋電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 中的圓波導(dǎo)傳輸模式。同時，一些微波管和直線電子加速器所用 的諧振腔和慢波系統(tǒng)往往是由這種波型演變而來的。2-23何謂波導(dǎo)的簡并波型，矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)的簡并波型有何 不同。答：波導(dǎo)中不同的波型具有相同的截止波長的現(xiàn)象稱為波型簡并 現(xiàn)象。矩形波導(dǎo)，除丄與曰外，均存在波型簡并現(xiàn)象。對于|情況，

11、與I簡并一一二重簡并；當(dāng) E （正方波導(dǎo)）則>1、仁I、 L： !簡并四重簡并；當(dāng)亠.時，則町與u:簡并，m與町簡并，m與p廠簡并三重簡并。圓波導(dǎo)中，除具有模式簡并外，還有極化簡并。u:與冋 為模式簡并。除 p的模式外都具有極化簡并。2-24圓波導(dǎo)中最低次模是什么模式？旋轉(zhuǎn)對稱模式中最低階模 是什么模式？損耗最小的模式是什么模式？答：最低次模為叵模，旋轉(zhuǎn)對稱的最低階模為 1工模，損耗最 小的模式為到模。2-25空氣填充的圓波導(dǎo)，其半徑 2, 工作于波型，它的截止頻率是多少？解：工作在F波型時，截止波長為«所以，截止頻率為2-26若對2-25題中的波導(dǎo)填充丨的介質(zhì)，并保持截止頻率

12、不變，問波導(dǎo)的半徑應(yīng)如何變化？解：，所以，同時|保持不變，則 一 =j2-27空氣填充圓波導(dǎo)內(nèi)半徑 ，求 一、一、_1和 的截止波長。解：圓波導(dǎo)中冋的截止波長心為的截止波長為的截止波長一為聲的截止波長產(chǎn)為即圓波導(dǎo)中 與為簡并模。2-28有一空氣填充的圓波導(dǎo)，其直徑為5,試求：（1）阿、m、刁、e等模式的截止波長；（2）當(dāng)工作波長為7，6，3時，波導(dǎo)中可能出現(xiàn)哪些波型?（3）當(dāng)F時，其基模的波導(dǎo)波長是多少？解：（1）的半徑為2.5，各波型的截止波長為：一:r 1:r 1-2-':r （2）當(dāng)亠！時，傳模；當(dāng)J時，傳廠、模式;當(dāng)“時，傳、1、 _ 、河模式。（3）基模為模，截止波長為8.5

13、25，所以波導(dǎo)波長為2-29要求圓波導(dǎo)只傳輸模，信號工作波長為5,問圓波導(dǎo)半徑應(yīng)取何值？解：當(dāng)圓波導(dǎo)的內(nèi)半徑R與工作波長滿足條件時，波導(dǎo)中只傳輸IV波型。當(dāng)工作5時，求得的半徑為 2-30圓波導(dǎo)工作于 丨模，已知 I ，5，問相移常數(shù) ？半徑增大一倍，相移常數(shù)有何變化？解：工作波長為：|工作在丨模時，.一fl相移常數(shù)：當(dāng)半徑增大一倍時，截止波長增大 2倍，工作波長增大2倍， 以波導(dǎo)波長增大2倍，相移常數(shù)減小為原來的丨。2-31某通訊機機的工作頻率5，用圓波導(dǎo)傳輸主模，選取廠廠，試計算圓波導(dǎo)的直徑、波導(dǎo)波長、相速和群速。解：假定圓波導(dǎo)空氣填充，其工作波長0波導(dǎo)的主模，其截止波長等于|。由于選取.

14、三.11。所以圓波導(dǎo)的直徑J為相速度為群速度.為 2-32今用半徑 E 的圓波導(dǎo)制成截止衰減器，問長度為多少時，才能使二的波衰減二I 。解：截止波導(dǎo)可制成截止衰減器，其條件是。圓波導(dǎo)半徑e ， 其主模 的 截 止波 長為可見 E，截止衰減器可選用主模操作。由于=，故衰減常數(shù) WT.若輸入功率為 ，沿線截止衰減功率為一 =A 。根據(jù)題意有13】故，圓波導(dǎo)的截止衰減波長.=J 若采用町模制成衰減器，由于 U：模的截止波長故線長2-33同軸線內(nèi)導(dǎo)體半徑2，外導(dǎo)體半徑4，填充空氣，求同軸線主模的截止波長、導(dǎo)波波長、相速度、波阻抗？解：同軸線主模為模，截止波長為L ，所以導(dǎo)波波長為，相速度等于光速為2-

15、34如果2-33題中填充媒質(zhì)，廠，求同軸線中主模的截止波長，導(dǎo)波波長，相速度和波阻抗？解：同軸線主模為模，截止波長為I刖，導(dǎo)波波長為，相速度為，波阻抗為2-35 一個空氣填充的同軸線，其內(nèi)導(dǎo)體外直徑亠i，夕卜導(dǎo)體內(nèi)直徑，傳輸波，工作頻率 9.375，空氣的擊穿場強'，試求同軸線的最大功率。解：同軸線的擊穿功率J心：I一工=J）,故丨所以，同軸線傳輸最大功率小于 2.771。2-36設(shè)計一同軸線，其傳輸?shù)淖疃坦ぷ鞑ㄩL為 10,要求特性阻 抗為 ，試計算硬的（空氣填充）和軟的（聚乙烯填充）兩種同軸線的尺寸。解：在給定的工作頻帶內(nèi)，最短的工作波長與同軸線尺寸之間應(yīng)滿足關(guān)系式1 = 所以，y

16、I又因為特性阻抗為 兇,對空氣來說I x I ，得=2.3，解得對:來說，|，得|=3.5,解得 -2-37介質(zhì)為空氣的同軸線外導(dǎo)體內(nèi)直徑乙內(nèi)導(dǎo)體外直徑為3.04，要求同軸線只傳輸波，問電磁波最短工作波長為多少？解：外導(dǎo)體的半徑b為3.5，內(nèi)導(dǎo)體外半徑a為1.52 ；同軸線只傳輸波，則LF.當(dāng) 1.52，3.5 時，02-38空氣填充的同軸線外導(dǎo)體內(nèi)直徑16，內(nèi)導(dǎo)體直徑4.44，電磁波的頻率20，問同軸線中可能出現(xiàn)哪些波型？解：外導(dǎo)體內(nèi)半徑8，內(nèi)導(dǎo)體外半徑2.22 ；工作波長為各個波型的截止波長為:I波與波具有相同的截止波長，所以當(dāng)工作在I時，只傳輸波。2-39 一發(fā)射機的工作波長的范圍為 1

17、020,現(xiàn)用同軸線作饋線， 在要求損耗最小的情況下求同軸線的尺寸？解：如果要求為最小損耗，則同時滿足Ln ，且.一，得又由叵得 - , |一二_2-40與矩形波導(dǎo)相比，脊波導(dǎo)有哪些特點，在實際中根據(jù)什么 選擇它們的用途？答：特點為（1）波型的截止波長比矩形波導(dǎo)中 冋的截止波長更長，與 丨的截止波長相差就更大；（2）在同樣橫截面尺寸 的情況下，脊波導(dǎo)單模工作的頻帶更寬些；（3）與同樣橫截面尺寸的矩形波導(dǎo)相比，它的等效阻抗較低，因此可用作矩形波導(dǎo)與 低阻抗的同軸線、微帶線之間的過濾裝置。由于脊波導(dǎo)的功率容 量小，損耗大，而且加工制作也不方便，因此其使用范圍受到一 定限制，一般常用于功率容量要求不高，損耗要求不嚴(yán)，以及設(shè) 備的體積受到某種限制的場合，