微波技術(shù)基礎(chǔ)第二章課后復(fù)習(xí)資料_第1頁
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文檔簡介

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,

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