天線與微波復(fù)習(xí)思考題

1、天線與微波復(fù)習(xí)思考題一、填空1對(duì)于低于微波頻率的無(wú)線電波，其波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于電系統(tǒng)的實(shí)際尺寸，可用電路分析法進(jìn)行分析；頻率高于微波波段的光波等，其波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于電系統(tǒng)的實(shí)際尺寸，因此可用光學(xué)分析法進(jìn)行分析；微波則由于其波長(zhǎng)與電系統(tǒng)的實(shí)際尺寸相當(dāng)必須用場(chǎng)分析法進(jìn)行分析。2在圓波導(dǎo)中有兩種簡(jiǎn)并模，它們是簡(jiǎn)并和極化簡(jiǎn)并。3激勵(lì)波導(dǎo)的方法通常有三種：電激勵(lì)、磁激勵(lì)和電流激勵(lì)。4各種集成微波傳輸系統(tǒng)歸納起來(lái)可以分為四大類：準(zhǔn)波傳輸線、非波傳輸線、開放式介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線和半開放式介質(zhì)波導(dǎo)。5微波元器件按其變換性質(zhì)可分為線性互易元器件、線性非互易元器件以及非線性元器件三大類。6微波連接匹配元件包括終端負(fù)載元件、微波連接

2、元件以及阻抗匹配元器件三大類。7在微波系統(tǒng)中功率分配元器件主要包括定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。8非互易微波鐵氧體元件最常用的有隔離器和環(huán)形器。9天線按輻射源的類型可分為線天線和面天線，把天線和發(fā)射機(jī)或接收機(jī)連接起來(lái)的系統(tǒng)稱為饋線系統(tǒng)。0超高頻天線，通常采用與場(chǎng)矢量相平行的兩個(gè)平面來(lái)表示，即平面和平面。1根據(jù)媒質(zhì)及不同媒質(zhì)分界面對(duì)電波傳播產(chǎn)生的主要影響，電波傳播方式分為下列幾種：視距傳播、天波傳播、地面波傳播和不均勻媒質(zhì)傳播。2為了加強(qiáng)天線的方向性，將若干輻射單元按某種方式排列所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為天線陣。3旋轉(zhuǎn)拋物面天線的分析通常采用以下兩種方法：口徑場(chǎng)法和面電流法。4按中繼方式，微

3、波中繼通信可分為基帶轉(zhuǎn)接、中頻轉(zhuǎn)接和微波轉(zhuǎn)接三種。5系統(tǒng)按數(shù)據(jù)量來(lái)分，可分為比特系統(tǒng)和電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)。、傳輸線接的負(fù)載阻抗，傳輸線上的電壓波為行駐波;最靠近負(fù)載的是電壓波的點(diǎn)。7耦合帶狀線的偶奇模相速VV，與光速的關(guān)系為VVC/值。pe-poeor8圓波導(dǎo)中不存在的波形有TEm0、TMm0。9互易（可逆）網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣滿足StS。微波終端開路傳輸線型諧振器,當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度=p0/2，在諧振頻率點(diǎn)附近可用一集中參數(shù)的并聯(lián)諧振電路等效;當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度（2n1）p0/4，在諧振頻率點(diǎn)附近可用一集中參數(shù)的串聯(lián)諧振電路等效。0i微波電路中功率增益的定義主要有三種，它們分別稱為功率增益、資用功率增益、轉(zhuǎn)

4、移功率增益。2何一個(gè)線性、互易、無(wú)耗的三端口器件，三個(gè)端口不能同時(shí)匹配。、天線的方向系數(shù)和工作波長(zhǎng)、天線有效面積A的關(guān)系式為D4A/。ee4矩形波導(dǎo)X中的最低次模為TE10模，其截止波長(zhǎng)II_a圓波導(dǎo)中的最低次模為TE11模，其截止波長(zhǎng).i當(dāng)工作波長(zhǎng)II三II，電磁波才能在波導(dǎo)中傳播。5圓波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TE篇、TM.j波指數(shù)表示沿圓周分布的駐波數(shù)，波指數(shù)表示沿半徑分布的半駐波數(shù)或場(chǎng)的最大值的個(gè)數(shù)。6耦合帶狀傳輸線的偶、奇模特性阻抗?jié)M足zZ，偶奇模相移常數(shù)滿足0e0o_。e-o010、微波三端口環(huán)形器的散射參數(shù)矩陣為S，01；該環(huán)形器的環(huán)形順序001是fff1、互易雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入端反射系數(shù)為.、

5、輸出端負(fù)載反射系數(shù)為.L，則.n、與參數(shù)的關(guān)系式為SS12S21L。Lin111S22L9低頻振蕩回路，其諧振頻率由L唯一確定；微波諧振器不同于低頻I振蕩回路，其諧振波長(zhǎng)1/(p)2,具有多模和多諧的特點(diǎn)。02210圓波導(dǎo)中常用的三種諧振模式為TEo模、TEo模、TMo模。111011010二、單項(xiàng)選擇、均勻傳輸線單位長(zhǎng)度分布參數(shù)為L(zhǎng)1、R1、。1、G1，其特性阻抗為cTGjLRjLGjC1-J_Bl，-1_C1，1_D1C1：R1jC1GijC1YR1jLi、特性阻抗為z的無(wú)耗均勻傳輸線上傳輸行駐波，駐波系數(shù)為，其電壓波腹0處的輸入阻抗為CA.z/zB.zC.z/D.0000、特性阻抗為Z0

6、的無(wú)耗傳輸線終端接負(fù)載ZL，若ZL為容性負(fù)載，則傳輸線上距離負(fù)載最近處為B點(diǎn)。電壓波腹電壓波節(jié)電流波節(jié)各種可能的波節(jié)波腹、一個(gè)感抗為X的集中電感可以用一段長(zhǎng)度為l距離負(fù)載最近處為B點(diǎn)。電壓波腹電壓波節(jié)電流波節(jié)各種可能的波節(jié)波腹、一個(gè)感抗為X的集中電感可以用一段長(zhǎng)度為l、特性阻抗為Z的終端短路傳輸線等效，L其等效關(guān)系為De0e04e02Zl電一arctanj)e02XLXl一arctan(l)e02Z0、特性阻抗為Z的無(wú)耗傳輸線終端接負(fù)載Z，傳輸線上任一點(diǎn)處的歸一化輸入阻抗為DZhBzinZininZLID.ZD電inZhBzinZininZLID.ZD電inZ0、阻抗圓圖上的短路點(diǎn)、和開路點(diǎn)分

7、別位于_處。和7傳輸線特性阻抗為Z，0/4阻抗變換器進(jìn)行匹配。負(fù)載阻抗為Z，且ZL則匹配條件為B0L若用特性阻抗為Z01的ZJZoRlJ%RlZ0iD.、矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TEmn、矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TEmn模式，波指數(shù)和分別表示_。電沿波導(dǎo)寬邊電沿波導(dǎo)寬邊電沿波導(dǎo)寬邊電沿波導(dǎo)寬邊分布的駐波個(gè)數(shù)和窄邊分布的駐波個(gè)數(shù)分布的駐波個(gè)數(shù)和窄邊分布的半駐波個(gè)數(shù)分布的半駐波個(gè)數(shù)和窄邊分布的半駐波個(gè)數(shù)分布的半駐波個(gè)數(shù)和窄邊分布的駐波個(gè)數(shù)、矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TE、TM模式中，主模式分別為DmnmnZE和TM波、矩形波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TE、TM模式中，主模式分別為DmnmnZE和TM波TE和TM波101011110

8、1017D和TM波1011o標(biāo)準(zhǔn)微帶傳輸線的傳播模式為。、若特性阻抗為Z。的孤立單根帶狀線構(gòu)成的耦合帶狀線的奇模特性阻抗為Z00，偶模特性阻抗為Z0e，則此三個(gè)阻抗的大小順序?yàn)開。0e電12電12A2111A22A2A211、無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)滿足電S1電S1S*S1STS1SS4基本電流源天線的半功率波瓣寬度為度。5當(dāng)?shù)确喾植伎趶綀?chǎng)變?yōu)橛嘞彝喾植伎趶綀?chǎng)時(shí)，方向性系數(shù)不變降低增大可能增大，也可能減小、一雙導(dǎo)線傳輸線的分布參數(shù)為L(zhǎng)0、R0、C0、G0，則其傳播常數(shù)為c.LC0式RojLMG.LC0式RojLMG0力C0)D00GjC007無(wú)耗均勻傳輸線的特性阻抗為,終端有的負(fù)載，則該傳輸線

9、上的駐波比為A8在一個(gè)終端開路的傳輸線上，離開終端的第一個(gè)波腹點(diǎn)距終端的距離為_。波長(zhǎng)波長(zhǎng)個(gè)波長(zhǎng)波長(zhǎng)9圓圖上等電阻圓的圓心位置在_。至U到1至-至U在微波傳輸線上，一個(gè)感性負(fù)載經(jīng)過(guò)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器變?yōu)開負(fù)載。容性感性純電阻性純感性、微帶線中的襯底厚度為，導(dǎo)帶寬度為,則在襯底介質(zhì)參數(shù)不變的情況下，隨著/h的增加，微帶線的特性阻抗C升高不變降低無(wú)法判斷2帶狀傳輸線中傳輸?shù)闹髂Ｊ綖锳波波波表面波、耦合微帶線的奇模相速為y”，偶模相速為y“，兩者之間的關(guān)系為A7Vpo小poc2、截面尺寸為x的矩形波導(dǎo)，T10波在其中傳播的條件為C（注:為工作波長(zhǎng)）0TOC o 1-5 h z02baaaa000

10、0、圓波導(dǎo)中的導(dǎo)行波TE。、TM。模式中，主模式為。mnmn一TEoTEoTM。TM。11011101、無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)的阻抗矩陣為_矩陣。純虛數(shù)純實(shí)數(shù)對(duì)角元為的單位、一微波網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣為，如果該網(wǎng)絡(luò)是互易的，則有BSTS1StSsSs*S、內(nèi)部容積相同的球形和圓柱諧振腔，則有A球形腔的品質(zhì)因素大于圓柱腔球形腔的品質(zhì)因素大于圓柱腔兩者的品質(zhì)因素相同無(wú)法判斷D.、已知接受點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度振幅為，0不計(jì)地面的影響，則半波對(duì)稱振子可接受到的功率約為_。卻aaa、若拋物面天線的直徑為，工作頻率為口面利用系數(shù)0.51,則此天線的增益為c三、名詞解釋1、分布參數(shù)微波的頻率很高，電磁振蕩周期極短，與微波電路中從一點(diǎn)到

11、另一點(diǎn)的電效應(yīng)的傳播時(shí)間相比是可比擬的，因此就必須用隨時(shí)間、空間變化的參量，即分布參量來(lái)表征。2、微帶線微帶線是由沉積在介質(zhì)基片上的金屬導(dǎo)體帶和接地板構(gòu)成的一個(gè)特殊傳輸系統(tǒng)，可以看成是由雙導(dǎo)體傳輸線演化而來(lái)，將無(wú)限薄的導(dǎo)體板垂直插入雙導(dǎo)體中間，因?yàn)閷?dǎo)體板和所有電力線垂直，所以不影響原來(lái)的場(chǎng)分布，再將導(dǎo)體圓柱變換成導(dǎo)體帶，并在導(dǎo)體帶之間加入介質(zhì)材料，從而構(gòu)成了微帶線。3、品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)。0是表征微波諧振器頻率選擇性的重要參量，定義為002W0P式中,為諧振器中的儲(chǔ)能，W,為一個(gè)周期內(nèi)諧振器損耗Tl的能量，P,為諧振器的損耗功率。4、天波靜區(qū)由于入射角的電波不能被電離層“反射”回來(lái)，使得以發(fā)射天

12、線為中心00min的、一定半徑的區(qū)域內(nèi)就不可能有天波到達(dá)，從而形成了天波的靜區(qū)。5、直線律相移平面電磁波垂直投射于平面口徑時(shí)，口徑場(chǎng)的相位偏差等于零，為同向場(chǎng)。當(dāng)平面電磁波傾斜投射于平面口徑時(shí)，在口徑上形成線性相位相移。設(shè)在矩形口徑上沿軸有線性相位偏移，且相位最大偏移為，振幅為均勻分布，口徑場(chǎng)m相位沿軸有直線律相移時(shí)，方向圖形狀并不發(fā)生變化，但整個(gè)方向圖發(fā)生了平移，且越大，平移越大。6、波導(dǎo)模式電壓和模式電流答：對(duì)導(dǎo)行傳輸模式的求解可采用橫向分量的輔助標(biāo)位函數(shù)法。將橫向電場(chǎng)或磁場(chǎng)用標(biāo)位函數(shù)的梯度表示。該標(biāo)位函數(shù)可用縱向分布函數(shù)、及橫向分布函數(shù)表示。對(duì)應(yīng)橫向電場(chǎng)與橫向磁場(chǎng)的縱向分布函數(shù)、具有電壓

13、與電流的量綱，故稱其為對(duì)應(yīng)導(dǎo)行模式的模式電壓與模式電流。7、波的色散答：當(dāng)電磁波在導(dǎo)波系統(tǒng)中的傳播相速與頻率有關(guān)時(shí)，不同頻率的波同時(shí)沿該導(dǎo)波裝置傳輸時(shí)，等相位面移動(dòng)的速度不同，有快有慢，該現(xiàn)象稱為“色散”。8、對(duì)偶電路答：如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的乘積為一常數(shù)，且與頻率無(wú)關(guān)，則稱此兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互為對(duì)偶電路。9圓圖答：將等反射系數(shù)圓、等歸一化電阻圓和等歸一化電抗圓繪在一張圓上就得到了阻抗圓圖。該圖是年由美國(guó)一位叫的工程師最先給出，因而它也被稱為圓圖。10、鰭線答：鰭線是20世紀(jì)70年代末期出現(xiàn)的一種新型毫米波傳輸線。它具有單模、頻帶寬、低色散、損耗比微帶小和組裝半導(dǎo)體元器件方便等優(yōu)點(diǎn)。鰭線是毫米波平面集

14、成電路中很有發(fā)展前途的一種傳輸線。四、問(wèn)答1、為什么超短波和微波不能以天波傳播？答：當(dāng)電波以角度入射時(shí)，電離層能把電波“反射”回來(lái)的最高可用頻率為0f80.8Nsec-，式中，N為電離層的最大電子密度。當(dāng)電波入射角maxmax0max0一定時(shí)，隨著頻率的增高，電波反射后所到達(dá)的距離越遠(yuǎn)。當(dāng)電波工作頻率高于fmax時(shí)由于電離層不存在比Nmax更大的電子密度，因此電波不能被電離層“反射”回來(lái)而穿出電離層，這正是超短波和微波不能以天波傳播的原因。2、拋物面天線對(duì)饋源的基本要求是什么？如何選擇饋源？答：（）對(duì)饋源的基本要求。饋源方向圖與拋物面張角配合，使天線方向系數(shù)最大；盡可能減少繞過(guò)拋物面邊緣的能量

15、漏失；方向圖接近圓對(duì)稱，最好沒有旁瓣和后瓣。具有確定的相位中心，這樣才能保證相位中心與焦點(diǎn)重合時(shí)，拋物面口徑為同向場(chǎng)。因?yàn)轲佋粗糜趻佄锩娴那胺剑猿叽鐟?yīng)盡可能小，以減少對(duì)口徑的遮擋。應(yīng)具有一定的帶寬，因?yàn)樘炀€帶寬主要取決于饋線系統(tǒng)的帶寬。（）饋源的選擇。波導(dǎo)輻射器由于傳輸波形的限制，口徑不大，方向圖波瓣較寬，適用于短焦距拋物面天線。長(zhǎng)焦距拋物面天線的口徑張角較小，為了獲得最佳照射，饋源方向圖應(yīng)較窄，即要求饋源口徑較大，一般采用小張角口徑喇叭。在某些情況下，要求天線輻射或接收?qǐng)A極化電磁波，這就要求饋源為圓極化的，像螺旋天線等。有時(shí)要求天線是寬頻帶的，這就應(yīng)采用寬頻帶饋源，如平面螺旋天線、對(duì)數(shù)周

16、期天線等。3若長(zhǎng)為的無(wú)耗均勻傳輸線的特性阻抗為Z0，負(fù)載為Z求（1）輸入阻抗與駐波比。，L（）若ZRjX，滿足什么條件使傳輸線工作于行波，駐波，行駐波狀態(tài)。LLL，L答：()z.(l)Z0Z.：，兆：，.20in0ZJZtanlLZZL0LL0（）ZZ行波；ZjX、8,駐波；ZRjx，且R0、ZZ,L0LLLLLLL0行駐波。4說(shuō)明諧振回路與微波諧振腔的異同點(diǎn)。若一兩端短路的同軸線長(zhǎng)為，求其諧振波長(zhǎng)。答：相同處：都具有儲(chǔ)能和選頻的功能。不同處：微波諧振器（腔）是用電壁和磁壁封閉的空腔，是一分布參數(shù)系統(tǒng)；具有多諧、多模性；其諧振特性參數(shù)為諧振波長(zhǎng)0，品質(zhì)因素及等效電導(dǎo)G其分析方法也不同于集總參數(shù)

17、諧振電路。由諧振時(shí)ln可得，21/n，人/。p0p0p00、r、試分析波導(dǎo)與接頭各口之間的關(guān)系，說(shuō)明此兩種接頭的異同點(diǎn)。答：波導(dǎo)與接頭是無(wú)耗互易三端口元件，故三個(gè)端口不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)匹配。對(duì)接頭，若面分之支配，則由s0，SS，SS，可得TOC o 1-5 h z3323132211接頭的散射參數(shù)矩陣sss1122S1112131.ss:,代入ss1，得s.112121113I213s130I好薄0S對(duì)接頭，若面分支匹配，則由s0，ss，ss，可得3323132211接頭的散射參數(shù)矩陣2v20:sss2v20:S1112131ss:，代入ss1，得s.111211131213s130S2、立接頭關(guān)于

18、對(duì)稱面是奇對(duì)稱的，接頭關(guān)于對(duì)稱面是偶對(duì)稱的。五、計(jì)算、在尺寸為aBb22.86H0.16mm2的矩形波導(dǎo)中，傳輸TE10模，工作頻率。求截止波長(zhǎng)、波導(dǎo)波長(zhǎng)和波阻抗；若波導(dǎo)的寬邊尺寸增大一倍，上述參數(shù)如何變化？還能傳輸什么模式？若波導(dǎo)的窄邊尺寸增大一倍，上述參數(shù)如何變化？還能傳輸什么模式？解：（）截止波長(zhǎng)2a2B22.8645.72mmc106.561096.56109Hzc102aJE2c1000.一303.97nomLfC10f)2；1(6.5610)2377Z0-499.3TE101(fci0f)20755()當(dāng)a-2a222.86mm45.72mm時(shí)2a91.44mmc1011fH6.5

19、6印093.28IU09Hzci02a20.0:0.303.176H0emg10J*fc10f)21(3.2810)2ZTEZTE10此時(shí)a此時(shí)a45.72mmc202Ia30.48mmc303而工作波長(zhǎng).30mm，此時(shí)能傳輸?shù)哪Ｊ綖門E、TE、TE。102030()當(dāng)b-2b210.16mm20.32mm時(shí)2a45.72mmc100-3.97B10iemg10”(fC10f)2此時(shí)()2b40.64mmcTE011f6.56IU09Hzc102a、%0.Z0-499.3TE10r(fc10f)2c112222.8620.32c112222.8620.3230.4mm而工作波長(zhǎng).30mm，此時(shí)

20、能傳輸?shù)哪Ｊ綖門E、TE、TE、TM。100111112均勻無(wú)耗傳輸線的特性阻抗z0100，沿傳輸線測(cè)得離開終端向電源方向第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)z.2.5cm，波節(jié)點(diǎn)電壓|u.1V，電壓minlImin駐波比.2，相波長(zhǎng).20cm。求：（）負(fù)載阻抗Z；（）負(fù)載吸pl收功率PL；（）若采用終端短路單支節(jié)進(jìn)行負(fù)載阻抗匹配，確定短路支節(jié)的接入位置和長(zhǎng)度,0；（）若傳輸線為波導(dǎo)，匹配支節(jié)可用且Z且ZZZ，0jtan(lt)in0Z0ZLjtan.)解：（）電壓波節(jié)點(diǎn)處ZZZ/50，inmin0TOC o 1-5 h z2BI將z0100B，2.5I代入得Z0.8j0.6ZL80j60(B)P()在波節(jié)點(diǎn)處U

21、1V，Z50H，可得到pU2/(2Z)0.01WIminL.minminmin()Zrjx0.8j0,6，單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)為乙L一10|fe|cosjsinIcosjsinAijB1*sincos!|(BcossinI)cosHBsinaza由aza由yJ11ZL12Zinaza21L22cos(rjx)jsinj(Bcossin)(rjx)IcosBsin1，可得B.B.；(,)2x2rBx，tanIdI1Br乂1乂10.8)20.62.0.81一H.707J2rBBx0.8BB0.6呼46cmdIarctan(-)Iarctan()21Br202).54cm.B0.707由jBjcot由jB

22、jcotl0可得，l0arctan，!)B-BW.707.96cm3.04cm（）并聯(lián)支節(jié)有正歸一電納解（）并聯(lián)支節(jié)有正歸一電納解，若傳輸線為波導(dǎo)，匹配支節(jié)可用螺釘實(shí)現(xiàn)。、設(shè)計(jì)單節(jié)波長(zhǎng)阻抗變換器,、設(shè)計(jì)單節(jié)波長(zhǎng)阻抗變換器,工作頻率f3GHz，將的負(fù)0載匹配到，確定.LS時(shí)的相對(duì)帶寬。解：匹配段的特性阻抗zjZZ力0麗-104，匹配段的長(zhǎng)度1L0l/4.2.5cm01.5所對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)模值為.1.5-10.2m1.51其相對(duì)帶寬wq為42.ZZ40.2210./5W2-arccos(mlz0)2-arccos(-)0.29329.3%qJIG|ZLZJJ10.221050|mL04、求電基本振子和磁基本振子(小電流環(huán))的輻射功率和輻射電阻。解：電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)為TOC o 1-5 h zIlk260EjsinejkrjIlsin