微波材料与微波电路 试卷.doc

班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线西南交通大学20122013学年第(二)学期考试试卷课程代码 1371007 课程名称 微波材料与微波电路 题号一二三四五六七八九十总成绩得分 阅卷教师签字： 一、判断题：1. 在阻抗匹配中，当RL=RS可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。（ ）2. 一般情况下，负载与信号源是不匹配的，需增加一个双端口网络，与负载结合起来，形成一个等效负载 （ ）3. 回波损耗，就是衰减量的驻波比，要求衰减量两端的输入输出驻波比应尽可能大（ ）4. 吸收式衰减器衰减量的大小与电阻材料的性质和体积有关 （ ）5. 等分型功率分配器根据电路使用元件的不同，可分为电阻式和L-C两种情况（ ）6. 描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系，即方向性=耦合度+隔离度（ ）7. 滤波器有四种频率变换，分别为低通，高通，带通，带阻。 （ ）8. 滤波器定义阻抗因子为 （ ）9. 放大器的线性工作范围是静态范围（频率范围） （ ）10. 对于微带线振荡器电路，可以减少介质谐振器（DR）以便得到极高的品质因数以及良好温度稳定性 （ ）二、选择题：1、2-4ghz频率范围属于以下哪个频段 （ ） A、S B、C C、KU D、K2、集总参数匹配电路不包括 （ ） A、 L B 、 C 、 T D 、 N3、衰减器的技术指标不包括 （ ） A 工作频率 B输入电阻 C功率容量 D 回波损耗4、功率分配器的技术指标不包括 （ ） A 频率范围 B 承受功率 C动态范围 D 输入输出的插入损耗5、频率合成器的组成元器件不包括 （ ） A 功率放大器 B 频率合成器 C 滤波器 D 单片机6、下列哪种连接方式不是频率合成器用于控制信号（ ） A 并行 B 串行 C直接 D 间接7、混频器与变频器的区别（ ） A混频器包括了本振电路 B变频器包括了本振电路 C两个都包括了本振电 路D两个均不包括本振电路8、高频小信号调谐放大器主要工作在 （ ） A甲类B乙类C甲乙类D丙类9、射频通信系统的特点是 ( ) A、可以利用更宽的频带 B、可以使设备体积减小 C、可以减小信道间的互相干扰D、可以提供更多的可用频谱10、场效应管与双极性晶体管相比优势是 （ ） A、具有良好的温度特性B、噪声劣于双极性晶体管 C、输入阻抗高 D、截止频率较低三、简答题：1. 简述高功率微博衰减器的原理及衰减液选择时的主要考虑因素有哪些。2. 简述衰减器的基本用途。3. 简述Smith圆图法求元件值的步骤。4. 简述功分器的技术指标。5. 简述振荡器设计过程中必须考虑的问题。6. 简述滤波器的两种设计方法。四、分析计算题：1、已知如图是两路微带线威尔金森功率分配器示意图 若设端口3和端口2的输出功率比为k2,即 试推导支臂1-2和支臂1-3的特性阻抗。2、 上图为镜频抑制器原理框图，已知输入信号输入本振信号，试阐述其抑制镜频的原理。（在混频管中的非线性电导为）3、设计一个工作频率为400MHz,带宽为40MHz的5075的T型阻抗变换器。4、 滤波器设计中，采用三阶巴特沃斯原型。已知c=1, Z0=50, 边频fc=2GHz。求：由低通原型 经过频率变换后的低通滤波器电路图。 巴特沃斯低通原型电路结构图 巴特沃斯元件值参考答案：一、判断题：1.在阻抗匹配中，当RL=RS可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。（）2.一般情况下，负载与信号源是不匹配的，需增加一个双端口网络，与负载结合起来，形成一个等效负载（）3.回波损耗，就是衰减量的驻波比，要求衰减量两端的输入输出驻波比应尽可能大（）（小）4.吸收式衰减器衰减量的大小与电阻材料的性质和体积有关（）5.等分型功率分配器根据电路使用元件的不同，可分为电阻式和L-C两种情况（）6.描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系，即方向性=耦合度+隔离度（）（耦合度-隔离度）7.滤波器有四种频率变换，分别为低通，高通，带通，带阻。（）8.滤波器定义阻抗因子为r= （）9.放大器的线性工作范围是静态范围（）（频率范围）10.对于微带线振荡器电路，可以减少介质谐振器（DR）以便得到极高的品质因数以及良好温度稳定性（）（增加）二、选择题答案1-5 A、D、B、A、A6-10 D、B、A、B、D三、简答题考察章节 第一题、4.4 第二题、4.1.3 第三题、3.3第四题、9.2第五题、7.1.3简答题答案：1. 高功率微波衰减器的基本原理是将微波功率通过衰减材料的吸收而转化为热量,因此衰减材料的选择决定功率衰减量的大小。衰减液的选择主要应该考虑以下几个因素:1)衰减液介电特性能满足大衰减量要求;2)波段内稳定的频响特性,以满足宽频带定量衰减;3)具备良好的热传导性能,能迅速将微波衰减所产生的热量及时从波导中传导出去。4)对金属的腐蚀性小。2. 衰减器有以下基本用途： (1)控制功率电平: 在微波超外差接收机中对本振输出功率进行控制,获得最佳噪声系数和变频损耗,达到最佳接收效果。在微波接收机中,实现自动增益控制,改善动态范围。(2) 去耦元件: 作为振荡器与负载之间的去耦合元件。(3) 相对标准: 作为比较功率电平的相对标准。(4) 用于雷达抗干扰中的跳变衰减器: 是一种衰减量能突变的可变衰减器,平时不引 入衰减,遇到外界干扰时,突然加大衰减。从微波网络观点看,衰减器是一个二端口有耗微波网络。它属于通过型微波元件。3.Smith圆图法求元件值。步骤一： 计算源阻抗和负载阻抗的归一化值。步骤二： 在圆图上找出源阻抗点,画出过该点的等电阻圆和等电导圆。步骤三： 在圆图上找出负载阻抗的共轭点,画出过该点的等电阻圆和等电导圆。步骤四: 找出步骤二三所画圆的交点,交点的个数就是可能的匹配电路拓扑个 数。 步骤五： 分别把源阻抗、 负载阻抗沿相应的等反射系数圆移到步骤四的同一交点。两次移动的电抗（纳）或电纳（抗）变化就是所求电感或电容的电抗或电纳。步骤六： 由工作频率计算出电感电容的实际值。4. 功率分配器的技术指标（简述即可）功率分配器的技术指标包括频率范围、 承受功率、 主路到支路的分配损耗、 输入输出间的插入损耗、 支路端口间的隔离度、 每个端口的电压驻波比等。(1) 频率范围。 这是各种射频/微波电路的工作前提,功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率,才能进行下面的设计。(2) 承受功率。 在大功率分配器/合成器中,电路元件所能承受的最大功率是核心指标， 它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地,传输线承受功率由小到大的次序是微带线、 带状线、 同轴线、 空气带状线、 空气同轴线,要根据设计任务来选择用何种传输线。 (3) 分配损耗。 主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。如两等分功率分配器的分配损耗是3 dB, 四等分功率分配器的分配损耗是6 dB。定义式中(4) 插入损耗。 输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素,考虑输入端的驻波比所带来的损耗。定义 Ai=A-Ad其中,A是实际测量值。在其他支路端口接匹配负载,测量主路到某一支路间的传输损耗。可以想象,A的理想值就是Ad。在功率分配器的实际工作中,几乎都是用A作为研究对象。(5) 隔离度。 支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出,而不应该从其他支路输出,这就要求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下,i口和j口的隔离度定义为 隔离度的测量也可按照这个定义进行。(6) 驻波比。 每个端口的电压驻波比越小越好。 5. 在设计过程中必须考虑的一个问题： 振荡器从振荡开始建立到振荡建立起以前这段时间内是一个小信号的线性过程，可以用 小信号的S参数进行分析;从振荡建立起之后的时间开始则进人一个大信号的非线性过程，这时管子的S参数已经随着工作电平的升高而变化，小信号S参数再也不能使用了。 尽管所有元件值保证了振荡器的设计指标，振荡器的电特性也经过了仿真验证，但是最终制造出的电路仍将存在其他问题。考虑到电路中0.48nH的电感量与PCB电路板上的过孔电感以及其他元件的寄生参数的量值相当，则很容易理解上述问题。 6. 滤波器的设计方法有如下两种：(1) 经典方法： 即低通原型综合法,先由衰减特性综合出低通原型,再进行频率变换,最后用微波结构实现电路元件。结合数学计算软件(如Mathcad、 MATLAB等)和微波仿真软件（Ansoft、 Microwave Office等）可以得到满意的结果。(2) 软件方法: 先由软件商依各种滤波器的微波结构拓扑做成软件,使用者再依指标挑选拓扑、 仿真参数、 调整优化。这些软件有WAVECON、 EAGEL等。 四、分析计算题答案部分：1、已知如图是两路微带线威尔金森功率分配器示意图 若设端口3和端口2的输出功率比为k2,即 试推导支臂1-2和支臂1-3的特性阻抗。解：由于端口1到端口2与端口1到端口3的线长度相等,故端口2的电压U2与端口3的电压U3相等,即U2=U3。端口2和端口3的输出功率与电压的关系为由于 ，将上式代入可得: 即 式中,Z2、 Z3为端口2和端口3的输入阻抗,若选则可以满足条件。为了保证端口1匹配,应有同时考虑到从接头处分别向支臂1-2和支臂1-3看去的输入阻抗关系，有：则所以 2、 上图为镜频抑制器原理框图，已知输入信号输入本振信号，试阐述其抑制镜频的原理。（在混频管中的非线性电导为）解：当输入射频信号时， 经射频同相功分器后输出 经射频90度功分器后输出 在混频器中，电流I为：混频器中频电流为：混频器中频电流为：混频输出的中频电流经90度相移后，与混频中频输出的电流相位一致，经合路器后输出中频为：当输入镜频时，经射频同相功分器后输出与本振信号混频后，在混频中的电流为： 其中频电流为：同理，混频器中产生的中频电流： 可见，混频器产生的中频电流经90度相移后与混频器在合路器处因相位相差180度，即由镜频输入产生的中频噪声在中频输出端相互抵消，从而达到抑制镜频的目的。3、设计一个工作频率为400MHz,带宽为40MHz的5075的T型阻抗变换器。解：工作频率fc=400MHz,负载Q值=400/40=10,输入阻抗Rs=50,输出阻抗RL=75,Rsmall=min (Rs,RL)=50 按公式计算出Xs1、Xp1、 Xp2及Xs2：R=Rsmall (Q2+1)=5050 Xs1=QRs=