微波技术与天线—重修学习作业

第 1 页 共 5 页 微波技术与天线微波技术与天线 重修学习作业 重修学习作业 教材 教材 微波技术与天线微波技术与天线 第三版 第三版 王新稳 李延平 李萍 电子工业出版社 王新稳 李延平 李萍 电子工业出版社 2011 第一章第一章 传输线理论传输线理论 1 11 1 长线理论长线理论 1 了解分布参数电路与传输线方程 2 传输线输入阻抗与反射系数 3 传输线工作状态分析 Smith 圆图 4 传输线的阻抗匹配 1 21 2 波导与同轴线波导与同轴线 1 导波系统一般分析 波导传输线 2 矩形波导 TE10 模分析 学习重点 学习重点 1 传输线分析与计算 输入阻抗与驻波分析 习题 1 7 1 8 1 10 1 45 1 46 2 阻抗匹配分析与设计 习题 1 21 3 波导截止模式 矩形波导 TE10 模分析 习题 1 25 1 30 4 矩形波导传输模式与工作参数 矩形波导设计与分析 习题 1 49 1 50 书本 书本 26 页 例页 例 1 2 28 页 例页 例 1 4 40 页 例页 例 1 10 第二章第二章 微波网络微波网络 1 了解网络概念 微波元件等效网络 2 散射矩阵 S 双端口网络传输散射矩阵 工作特性参数 学习重点 学习重点 1 无耗互易网络 S 参数 2 S 参数测量 习题 2 11 2 17 书本 书本 105 107105 107 页页 第三章第三章 微波元件微波元件 1 阻抗匹配与变换元件 2 定向耦合元件 匹配双 T 3 微波谐振器 学习重点 学习重点 1 阻抗匹配 习题 3 2 矩形谐振器 习题 3 28 2 定向器 习题 3 17 匹配双 T 习题 3 21 书本 书本 152 页 例页 例 3 6 第四章第四章 天线基本理论天线基本理论 1 了解基本振子的辐射场 2 对称振子的辐射场 3 发射天线的电参数 4 接收天线理论 自由空间电波传播 学习重点 学习重点 1 对称振子方向图 习题 4 9 2 天线电参数 习题 4 20 电波传播与接收天线理论 习题 4 28 书本 书本 198 页 例页 例 4 2 199 页 例页 例 4 3 第 2 页 共 5 页 一 传输线理论一 传输线理论 1 1 均匀无耗传输线特性阻抗 均匀无耗传输线特性阻抗 50 第一个电压波节点离负载 第一个电压波节点离负载 8 测得传输线上的电压驻波比为 测得传输线上的电压驻波比为 3 求终端的反射系数 求终端的反射系数 L与负载阻抗与负载阻抗 ZL 1 2 已知长度已知长度 l 1 25 的均匀无耗传输线的特性阻抗的均匀无耗传输线的特性阻抗 Z0 500 终端接负载 终端接负载 ZL 300 j400 已知传输信号波长已知传输信号波长 30cm 求负载反射系数 求负载反射系数 L 传输线驻波比 传输线驻波比 离负载第一个电压波节点距离 离负载第一个电压波节点距离 zmin 输入端阻抗 输入端阻抗 Zin 1 3 均匀无耗传输线终端接负载阻抗 均匀无耗传输线终端接负载阻抗 信号频率 信号频率时测得终端电压反射系数相位时测得终端电压反射系数相位100 L Z 0 3fGHz 角角和电压驻波比和电压驻波比 求终端电压反射系数 求终端电压反射系数 传输线特性阻抗 传输线特性阻抗 第一个电压波腹点离 第一个电压波腹点离180o 2 L 0 Z 负载的距离负载的距离 zmax 1 4 特性阻抗 特性阻抗 Z0 的无耗传输线馈电系统如图 信号源由长度为的无耗传输线馈电系统如图 信号源由长度为 l 的传输线连接到一段总长为的传输线连接到一段总长为 终端终端 分别接负载分别接负载 R1 与与 R2 的传输线上 信号源内阻的传输线上 信号源内阻 Rg Z0 当接入点在距离 当接入点在距离 R2 为为 4 的的 B 点 问负载点 问负载 R1 与与 R2 应满足什么关系 信号源能输出最大功率 最大输出功率为多少 应满足什么关系 信号源能输出最大功率 最大输出功率为多少 1 5 特性阻抗 特性阻抗 Z0 50 无耗传输线如图 负载阻抗无耗传输线如图 负载阻抗 ZL 50 j50 通过并联短路支节与 通过并联短路支节与 4 变换变换 段实现匹配 已知信号频率为段实现匹配 已知信号频率为 3GHz 求并联短路分支线的阻抗 求并联短路分支线的阻抗 Zs 变换段的特性阻抗 变换段的特性阻抗 Z1 与长度与长度 l 1 6 如图所示传输线 如图所示传输线 B 支路为特性阻抗支路为特性阻抗 Z0长度为长度为 4 的传输线端接阻抗的传输线端接阻抗 2Z0的终端 的终端 C 支路为特支路为特 性阻抗性阻抗 Z0长度为长度为 2 的传输线端接阻抗的传输线端接阻抗 Z0 2 的终端 的终端 B 与与 C 并联在并联在 D 点连接源阻抗为点连接源阻抗为 Z0的信号源 的信号源 第 3 页 共 5 页 求求 B 支路 支路 C 支路与支路与 D 处的输入阻抗处的输入阻抗 源端 源端 D 处的反射系数处的反射系数 inBinCinD ZZZ D DBZ02Z0 C 1 4 g 1 2 g Z0 2 Z0 源阻 抗 Z0 1 7 矩形波导 矩形波导 BJ 100 尺寸为尺寸为 a b 22 86mm 10 16mm 则波长为 则波长为 2cm 3cm 5cm 的信号能否在的信号能否在 该波导中传输 能传输的信号存在哪些传输波型 问该波导的单模工作波长范围 该波导中传输 能传输的信号存在哪些传输波型 问该波导的单模工作波长范围 注 注 22 11 11 2 18 57 c TEmm ab 1 8 矩形波导 矩形波导 BJ 100 尺寸为尺寸为 a b 22 86mm 10 16mm 信号频率 信号频率 f 10GHz 求该信号的工作模式 求该信号的工作模式 与截止波长 主模的波导波长与截止波长 主模的波导波长 相移常数 相移常数 相速 相速 群速 群速 g p v g v 注 注 22 11 11 2 18 57 c TEmm ab 22 33 1 11 33 10 75 4 5724 572 二 微波网络与微波元件二 微波网络与微波元件 2 1 对互易双端口网络 输入端的反射系数为 对互易双端口网络 输入端的反射系数为 用阻抗法测得双端口网络的三 用阻抗法测得双端口网络的三 1221 11 22 1 L in L S S S S 个反射系数为个反射系数为 求网络的散射矩阵求网络的散射矩阵 S 1 2 3 M 1 3 5 S 1 1 O 2 2 设某系统如图所示 双端口网络为无耗互易对称网络 在终端参考面 设某系统如图所示 双端口网络为无耗互易对称网络 在终端参考面处接匹配负载 测得距处接匹配负载 测得距 2 T 参考面参考面距离距离处为电压波节点 驻波比为处为电压波节点 驻波比为 2 求该双端口网络的散射矩阵 求该双端口网络的散射矩阵 1 T 1 0 375 g l S T1T2 Z0 11 2 2 122111 1 j SSSe 注 无耗互易网络满足 Z0 1 0 375 g l 2 3 一个双端口网络 终端接负载一个双端口网络 终端接负载 假设网络参数矩阵 假设网络参数矩阵 S 已知 证明其输入端口的反射系已知 证明其输入端口的反射系 0L ZZ 数为 数为 1221 11 22 1 L in L S S S S 第 4 页 共 5 页 2 4 如图所示的理想 如图所示的理想 3dB 微带混合环耦合器 补齐微带混合环耦合器 补齐 S 散射参数矩阵散射参数矩阵 假设信号从端口 假设信号从端口 1 输入 分析其他 输入 分析其他 3 00 00 1 0 2 0 jj jj S 个端口的输出信号性质 个端口的输出信号性质 2 5 两段阻抗为 两段阻抗为的同轴线 注 同轴线特性阻抗的同轴线 注 同轴线特性阻抗 0102 75 50ZZ 为 为 采用介质套管构成的 采用介质套管构成的 4 段进行阻抗匹配 已知工作频率为段进行阻抗匹配 已知工作频率为 3GHz 求介质的相对 求介质的相对 1 60 ln r D d g 介电常数介电常数及变换段的长度及变换段的长度 r l Dd1d2 4 r g l 0 0 2 6 已知匹配双已知匹配双 T 的的 S 矩阵为 矩阵为 当信号从端口 当信号从端口 4 E 臂输入 其他端臂输入 其他端 0011 0011 1 11002 1100 S 口接匹配负载时 分析其他口接匹配负载时 分析其他 3 个端口的输出 如果匹配双个端口的输出 如果匹配双 T 接匹配源 且输入信号接匹配源 且输入信号 求 求 123 aaa 端口 端口 4 输出信号 输出信号 b4 2 7 一个填充空气的矩形谐振腔 其波导横截面尺寸为一个填充空气的矩形谐振腔 其波导横截面尺寸为 a b 2 cm 1 cm 长度为 长度为 l 2 cm 求该矩 求该矩 阵谐振腔的最低谐振模式 谐振波长阵谐振腔的最低谐振模式 谐振波长 三 天线基本理论三 天线基本理论 3 1 假设相距 假设相距 20 km 的两个微波中继站在空气中进行通信 工作频率为的两个微波中继站在空气中进行通信 工作频率为 6 GHz 发射功率为 发射功率为 100 W 发射天线的有效接收面积为 发射天线的有效接收面积为 1 m2 接收天线有效接收面积 接收天线有效接收面积 0 01 m2 写出有效接收面积与方向系 写出有效接收面积与方向系 数的关系式 求发射与接收天线的方向系数数的关系式 求发射与接收天线的方向系数 Dt与与 Dr 接收天线的最大接收功率 接收天线的最大接收功率 r P 3 2 已知某天线的发射功率为 已知某天线的发射功率为 540 W 频率为 频率为 3 GHz 天线的有效接收面积为 天线的有效接收面积为 求最大 求最大 2 4 et Am 辐射方向上辐射方向上 r 60 km 处处 P 点的电场强度点的电场强度和功率密度和功率密度 在 在 P 点用方向性系数点用方向性系数 D 144 的接收天线的接收天线 max E r S 第 5 页 共 5 页 对准接收 求接收天线的有效接收面积对准接收 求接收天线的有效接收面积与接收功率与接收功率 e A r P 3 3 写出电基本振子与半波对称振子天线的写出电基本振子与半波对称振子天线的 E 面方向函数面方向函数 F 并给出电基本振子与半波对称 并给出电基本振子与半波对称 振子天线振子天线 E 面方向函数的半功率波瓣宽度面方向函数的半功率波瓣宽度 HPBW 与方向系数与方向系数 D 3 4 设计一个适用于设计一个适用于 450 MHz 的半波对称振子天线 忽略天线终端效应的影响 的长度 给出该的半波对称振子天线 忽略天线终端效应的影响 的长度 给出该 天线天线 E 面方向函数面方向函数 F