【电光】南理工2004年《微波技术》A卷(附答案)

南京理工大学课程考试试卷 教师组卷 存档用 课程教学 大纲编号 课程名称 微波技术 学分 3 试卷编号 001 考试方式 闭卷笔试 考试时间 120 分钟 满分分值 100 分 组卷年月 2004 6 组卷教师 车文荃 戴永胜 审定教师 陈如山 一 简答题 10 分 1 试给出微波的频率和波长 在自由空间 范围 2 1 传输线中的不同模式具有各自不同的特点 简述圆波导中 TE11 TM01和 TE01模的不同特点 2 在以下的三种工程应用中 应各自选择何种模式作为其工作模式 最为有利 a 毫米波长距离多径通讯 b 机械扫描雷达天线用的 旋转关节 rotating joints c 极化衰减器 3 为了降低矩形波导中主模的截止频率 可以采取哪些措施 4 在何种情况下可以忽略微带线的辐射损耗 Radiation loss 二 1 画出矩形波导中 TE02模和 TM21模的横截面场分布示意图 5 分 2 根据主模的壁电流分布特点 试简单阐述波导测量线的工作原理 5 分 3 如果提供一台信号源 一付波导测量线和选频放大器 请简述驻波和波 导波长的测量方法 5 分 三 波导衰减器可以用图 1 所示的一段截止波导构成 假设波导宽边 a 22 86cm 工作频率为 12GHz 试求解以下问题 15 分 1 两段波导中主模的截止频率 2 如果衰减量为 50dB 问中间的截止波导的长度为多少毫米 四 微波器件的散射参数可以用矢量网络分析仪测量得到 其外部特性便可以用 散射参数来表示 下面是测量所得的某二端口微波器件的 S 参数 10 分 据此 S 参量 请确定该二端口器件的如下外部特性参量 1 插入相移 2 输入驻波比 3 插入衰减 dB 五 假设一个 50 的微带线 衬底介电常数为 2 33 衬底厚度为 1 27mm 导带宽 度为 3 913mm 工作频率为 2 5GHz 试求 15 分 有效介电常数 波导波长 如果根据上述参数设计一微带线谐振器 请问其长度如何选择 3 2 3 2 0 320 88 0 880 32 j j j j ee s ee 六 用 Smith 圆图求图 2 所示无耗传输线的以下参量 20 分 1 传输线上的驻波比和终端负载处的电压反射系数 2 该传输线的输入阻抗 3 若相邻两波节点的间距为 60mm 试求终端负载到第一个电压波腹点和第 一个电压波节点的实际距离 4 给出第一个电压波腹点和波节点处的输入阻抗值 非归一化值 图 2 七 魔 Magic T 是一种应用非常广泛的无源微波器件 图 3 所示是其结构 示意图 如果微波信号分别从 臂和 臂输入 试分析能量的输出特性 并画 出各端口的电场分布图 15 分 图 3 Zin L 0 32 ZL 60 j50 Z0 50 微波技术试题答案及评分标准 一 简答题 10 分 每小题 2 5 分 1 微波的频率范围 300MHz 300GHz 在自由空间的波长为 1m 1mm 2 1 圆波导中 TE11模是最低次模 截止波长最长 故易于实现单模传输 在频率较低时 其衰减最小 频率较高时 衰减大于 TE01模 另外 由 于存在极化简并 故一般情况下仅作短距离传输之用 2 TM01模的场 分布是轴对称的 将两段工作在 TM01模的圆波导作相对运动 并不影 响圆波导中电磁波的传播 3 圆波导中 TE01模的场分布也是轴对称的 而且 TE01模的导体损耗随频率的升高而单调下降 在毫米波段此特点尤 其明显 a 选择 TE01模作为工作模式 b 选择 TM01模作为工作模式 c 选 择 TE11模作为工作模式 3 为了降低矩形波导中主模的截止频率 可增大波导宽边或在波导中填充 介质 4 当工作频率较低或者衬底厚度大时 可以忽略微带线的辐射损耗 二 15 分 每小题 5 分 1 矩形波导中 TE02模和 TM21模的横截面场分布图如下所示 2 当波导内传输电磁波时 波导壁将感应产生高频电流 因波导材料是作 为理想导体来处理的 故仅波导壁表面有高频电流流过 了解波导中 TE10 模 的壁电流分布 可以处理许多具体的技术问题 波导测量线就是利用 TE10 模 的壁电流分布特点 沿波导宽壁中心开窄槽 目的是通过探针耦合一点能量 以便了解波导内电磁波的传输情况 但同时希望不影响其传输 所以应尽量减 小测量线中电磁波的辐射和反射 3 根据选频放大器的读数指示 调节波导测量线 使其位于电压波节处 记下选频放大器读数 Umin 及位置 L1 然后向另一方向移动波导测量线 使选 频放大器的指针指到最大值 并读取 Umax 继续移动探针到第二个波节点处 记下位置 L2 则可利用如下公式求得驻波比和波导波长 max min 21 2 g U U LL 三 15 分 1 求截止频率 对于第一段的主模波长为 245 72 cm amm 6 56 cm cm c fGHz 第二段的主模波长为 1 227 432 cm amm 10 94 cm cm c fGHz 2 波导的工作波长 0 3 c cm f 因为 所以在中间波导处的信号将会被截止 0cm 92 72 NP 2 0 0 2 1 cm 20lg 50 l e 所以 L 0 06208m 62 08mm 截止波导长度为 62 08mm 四 10 分 1 插入相移 21 2 输入驻波比 1 94 11 11 11 11 S S 1 0 32 1 0 32 3 插入衰减 212 21 1 20lg1 11LSdB S 五 15 分 1 2 33 1 27 3 913 r hmm wmm 1 27 0 325 3 913 hmm wmm 有效介电常数为 1 2 1112 12 00 22 rr re h w 2 工作波长 0 0 120 c mm f 波导波长 84 9 o p re mm 3 由于微带谐振器的两个开路端与接地板之间存在边缘效应 相当于微带线延 长 2 因此谐振条件为 L 2 所以 L 2L L 1 2 p n 1 2 p n L 而 mmL 0 264 0 3 0 4120 598 0 3 0 8 re re w h w h L 42 80n 1 197 mm q 其中 n 1 2 3 85 6 2 0 598 2 n 六 20 分 1 负载的归一化阻抗 0 601 1 21 50 L L Zj Zj Z 找到位于圆图上的对应点 记为 A 则可读出 驻波比 2 4 反射系数 1 0 41 1 对应的角度为 0 3 0 30 3 2 0 41 jj ee 2 由终端沿等反射系数圆顺时针旋转 0 32到点 B 对应的归一化阻抗 0 410 05 B Zj 传输线的输入阻抗 0 0 410 05 5020 52 5 inB ZZ Zjj 3 由题知 60 2 mm 120mm 设 C 点对应电压波节点 D 点对应电压波腹点 由 A 点沿等反射系数圆顺时针旋转 求得 0 250 1750 0759 0 50 1750 32539 ADmm ACmm 因此 终端负载到第一个电压波腹点的实际距离为 9mm 终端负载到第一个电压波节点的实际距离为 39mm 4 电压波腹点对应的归一化阻抗值为2 4 peak Z