北京邮电大学05级《微波技术基础》期中试卷及答案分析.pdf

试题一 简答题 将答案按顺序写在答题纸上 每空 1 5 分 共 69 分 1 通常情况下 我们研究的微波信号 频率范围是 300MHz 300GHz300MHz 300GHz300MHz 300GHz300MHz 300GHz 2 微波传输线长线理论是指当传输线长度传输线长度传输线长度传输线长度和工作波长工作波长工作波长工作波长可比拟时 传输线的分析需要考虑 分布参数效应 主要的分布参数为分布电阻分布电阻分布电阻分布电阻 R R R R 分布电感分布电感分布电感分布电感 L L L L 分布电容分布电容分布电容分布电容 C C C C 和分布电分布电分布电分布电导导导导 G G G G 该 微 波 传 输 线 上 的 电 报 方 程 可 以 写 为 dV z RjLI z dz dI z GjCV z dz 或 V z tI z t RI z tL zt I z tV z t GV z tC zt 3 简述概念 输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗传输线上某点 向负载看过去 该点电压同电流之比 特性特性特性特性 特征特征特征特征 阻抗阻抗阻抗阻抗无界均匀媒质中 传输均匀平面波时 也可答 TEM 波时 横向电场 同横向磁场之比 a 或者直接写出公式 或 L C 给个说明的 可给满分 b 或 传输线上行波电压与行波电流之比 定义 定义 定义 定义 in V l Z I l 00 0 00 VV Z II 由来 区别 由来 区别 由来 区别 由来 区别 时谐场传输线方程时谐场传输线方程时谐场传输线方程时谐场传输线方程 dV z RjLI z dz dI z GjCV z dz 得到波动方程得到波动方程得到波动方程得到波动方程 2 2 2 2 2 2 0 0 d V z V z dz d I z I z dz 其中其中其中其中 jRj L Gj C 波动方程的行波解波动方程的行波解波动方程的行波解波动方程的行波解 00 00 zz zz V zV eV e I zI eI e 满足约束关系满足约束关系满足约束关系满足约束关系 00 zz I zV eV e Rj L 定义定义定义定义特征阻抗特征阻抗特征阻抗特征阻抗 0 Rj LRj L Z Gj C 无耗时无耗时无耗时无耗时 0 L Z C 由传输线本身特性决定由传输线本身特性决定由传输线本身特性决定由传输线本身特性决定 00 00 00 00 zzzz zz VV I zV eV eee Rj LZZ I eI e 00 0 00 VV Z II 00 0 zz V eV e Z I z 00 00 zz in zz V zV eV e Z I zI eI e 波阻抗波阻抗波阻抗波阻抗电磁波 相对于传输方向 按照右手法则 横向电场同横向磁场之比 本征阻抗本征阻抗本征阻抗本征阻抗等幅均匀平面电磁波的波阻抗仅由媒质参量 决定 即 称之 为媒质的本征阻抗 4 频率为w时 无耗传输线的特征阻抗 Z0的表达式为 0 L Z C 特性参量为 Z0 的无损传输线 终端短路 线长为l ll 4 其 Zin 将 呈 容 性容 性容 性容 性 填 感 性 容 性 如 果 负 载 为 ZL 其 Zin的 表 达 式 为 0 0 0 tan tan L in L ZjZl ZZ ZjZl 5 阻抗圆图上有三组圆 它们分别是电阻圆电阻圆电阻圆电阻圆 电抗圆电抗圆电抗圆电抗圆 等反射系数圆等反射系数圆等反射系数圆等反射系数圆 开路点在实轴右实轴右实轴右实轴右 端点端点端点端点 短路点在实轴左端点实轴左端点实轴左端点实轴左端点 波节点在实轴左半轴实轴左半轴实轴左半轴实轴左半轴 沿圆图的圆周旋转一周的电长度 为 1 21 21 21 2 波长 从信号源向负载移动 在圆图上是 逆逆逆逆 填 顺 逆 时针旋转 6 距离负载l处 电压反射系数 的定义为 2 0 0 0 j l jl j l V e le V e 距离负载l 处 电压反射系数 与输入阻抗 Zin 特性阻抗 Z0及相位常数 之间的关系式为 2 00 2 1 1 0 1 1 0 jl in jl le ZZZ le 00 00 zz zz V zV eV e I zI eI e jj 无耗线 zl 00 00 j lj l j lj l V zV eV e I zI eI e 00 00 j lj l in j lj l V zV eV e Z I zI eI e 00 00 00 j lj l j lj l V eV e VV ee ZZ 2 0 0 0 2 00 00 1 1 j ljl j ljl V V ee V VV ee ZV 2 00 2 1 0 1 1 0 1 jl jl el ZZ el 与驻波比 之间的关系式为 1 1 回波损耗定义为20lg RL 7 采用多节阻抗变换器的目的是为了获得更大的带宽 进行宽带匹配为了获得更大的带宽 进行宽带匹配为了获得更大的带宽 进行宽带匹配为了获得更大的带宽 进行宽带匹配 8 TEM 波 TE 波 TM 波的波阻抗表达式分别为 TEM Z TE k Z TM Z k 当波导中的电磁波处于截止状态时 TE 波的波阻抗为感性感性感性感性 填 感 性 容性 电抗 TM 波的波阻抗为容性容性容性容性 填 感性 容性 电抗 注 截止时 注 截止时 注 截止时 注 截止时 ja 则 则 则 则 j lal ee 可保证波为衰减波 可保证波为衰减波 可保证波为衰减波 可保证波为衰减波 9 波导中 简并 的意义是具有具有具有具有不同场结构不同场结构不同场结构不同场结构而有而有而有而有相同传输参量相同传输参量相同传输参量相同传输参量的现象的现象的现象的现象 矩形波导中的简并 波为 TETETETEmnmn mnmn波和 TMTMTMTMmnmnmnmn波 圆波导中的简并波是 TETETETE0m0m0m0m波和 TMTMTMTM1m1m1m1m波 10 基模是指 波导中截止波长最大的模波导中截止波长最大的模波导中截止波长最大的模波导中截止波长最大的模 矩形波导中的基模是 TETETETE10101010模 圆波导中的基 模是 TETETETE11111111模 同轴线中高次模的基模是 TETETETE11111111模 矩形波导中的单模传输条件是 2010 01 0 0 c TEc TE c TE 或 0 0 2 2 aa b 或 00 222 22 aaba or abab 试题二 计算题 作图题 16 分 传输线电路如下图所示 利用 Smith 圆图求解下列问题 1 线上驻波比 2 负载处的反射系数 0 3 负载的导纳 YL 4 输入导纳 Yin 5 离负载最近的第一个波节点离负载的距离l1 6 离负载最近的第一个波腹点离负载 的距离l2 0 50Z 9060 L Zj 0 4l in Z 答案 答案 答案 答案 归一化负载阻抗 0 9060 501 81 2 lL zZZjj 1 分 1 求驻波比 圆图上过归一化负载阻抗的等反射系数圆 与实轴右半轴的交点 对应的电阻圆的电阻过归一化负载阻抗的等反射系数圆 与实轴右半轴的交点 对应的电阻圆的电阻过归一化负载阻抗的等反射系数圆 与实轴右半轴的交点 对应的电阻圆的电阻过归一化负载阻抗的等反射系数圆 与实轴右半轴的交点 对应的电阻圆的电阻 值为值为值为值为 2 92 92 92 9 故线上驻波比 2 9 2 分 2 负载处的反射系数 0 从圆图上负载阻抗对应的反射系数圆负载阻抗对应的反射系数圆负载阻抗对应的反射系数圆负载阻抗对应的反射系数圆 读出反射系数圆的半径为 0 48 故反射系数幅度 为 0 48 读出负载处的反射系数 0 的相角为 40 8o 故负载处反射系数为 0 0 48 40 80 360 31j 3 分 3 负载的导纳 YL 在圆图上做归一化负载阻抗关于圆心对称的点 得归一化负载导纳对应的点做归一化负载阻抗关于圆心对称的点 得归一化负载导纳对应的点做归一化负载阻抗关于圆心对称的点 得归一化负载导纳对应的点做归一化负载阻抗关于圆心对称的点 得归一化负载导纳对应的点 读出归 一化负载导纳的值为0 380 25 l yj 则负载导纳值为 0 0 380 25 500 00760 005 Ll Yy Zjj 2 分 4 输入导纳 Yin 从圆图上归一化负载导纳对应点出发归一化负载导纳对应点出发归一化负载导纳对应点出发归一化负载导纳对应点出发 沿等反射系数圆沿等反射系数圆沿等反射系数圆沿等反射系数圆 顺时针旋转顺时针旋转顺时针旋转顺时针旋转 0 4 到达归一归一归一归一 化输入导纳对应的点化输入导纳对应的点化输入导纳对应的点化输入导纳对应的点 从圆图上读出归一化负载导纳的值为0 780 93 in yj 则输入导 纳值为 0 0 780 93 500 01560 0186 Lin YyZjj 3 分 5 离负载最近的第一个波节点离负载的距离l1 从负载出发向电源移动 等效于在圆图上从归一化负载阻抗对应点出发 沿等反射系沿等反射系沿等反射系沿等反射系 数圆顺时针旋转数圆顺时针旋转数圆顺时针旋转数圆顺时针旋转 旋转时首先与实轴的右半轴相交 故离负载最近的为电压波腹点旋转时首先与实轴的右半轴相交 故离负载最近的为电压波腹点旋转时首先与实轴的右半轴相交 故离负载最近的为电压波腹点旋转时首先与实轴的右半轴相交 故离负载最近的为电压波腹点 从圆 图上读出旋转的电长度为 0 046 继续旋转与实轴左半轴相交的点 对应电压波节点继续旋转与实轴左半轴相交的点 对应电压波节点继续旋转与实轴左半轴相交的点 对应电压波节点继续旋转与实轴左半轴相交的点 对应电压波节点 从 圆图上读出旋转的电长度为 0 296 故离负载最近的第一个波节点离负载的距离l1 0 296 2 分 6 离负载最近的第一个波腹点离负载的距离l2 根据 5 的结论 离负载最近的第一个波腹点离负载的距离l2 0 046 2 分 1 8 1 2 2 9 4 0 8 l z l y 0 0 4 5 0 4l 0 3 5 5 in y 0 作图 2 分 考虑作图误差酌情扣分 试题三 计算题 作图题 15 分 无损传输线端接终端负载 ZL后 传输线上 VSWR 3 线上相邻的电压最小和最大值分 别距离终端负载 50 cm 和 250 cm 利用史密斯圆图设计单枝节串联或者并联开路线匹配网 络 在原来传输线上实现 VSWR 1 需注明采用的是 串联 还是 并联 单枝节开路线 答案答案答案答案 1 1 1 1 并联单枝节开路线匹配 并联单枝节开路线匹配 并联单枝节开路线匹配 并联单枝节开路线匹配 1 cm200502504 所以 cm800 2 分 0625 0800 50 min d 圆图得到等反射系数圆 也可以直接换算出反射系数的大小 0 5 2 分 2 利用 SMITH 圆图 jzy LL 3 135 1 1 可以不在解题中列出 但是至少能在圆可以不在解题中列出 但是至少能在圆可以不在解题中列出 但是至少能在圆可以不在解题中列出 但是至少能在圆 图中清晰标出该点 图中清晰标出该点 图中清晰标出该点 图中清晰标出该点 2 分 旋转到 g 1 的等电导圆上 15 11jyB 3 分 15 11jyy BL 所以 0 151 2lm 2 分 并联开路线 15 1 jyb 所以0 141 12dm 2 分 考虑作图误差酌情扣分 2 分 答案答案答案答案 2 2 2 2 串联单枝节开路线匹配 串联单枝节开路线匹配 串联单枝节开路线匹配 串联单枝节开路线匹配 1 cm200502504 所以 cm800 2 分 0625 0800 50 min d 由圆图得到等反射系数圆 也可以直接换算出反射系数的大小 0 5 2 分 2 利用 SMITH 圆图 从圆图最左侧逆时针旋转 0 0625 波长 在等反射系数圆上 得到 L z 0 36 j0 28 若解题若解题若解题若解题不使用不使用不使用不使用圆图 酌情扣分 圆图 酌情扣分 圆图 酌情扣分 圆图 酌情扣分 此外 可以不在解题中列出 但是此外 可以不在解题中列出 但是此外 可以不在解题中列出 但是此外 可以不在解题中列出 但是 至少能在圆图中清晰标出该点 至少能在圆图中清晰标出该点 至少能在圆图中清晰标出该点 至少能在圆图中清晰标出该点 2 分 采用串联匹配方法 距离负载l处 输入阻抗应该为 1 jx 形式 经过一段长度为l的传输