微波技术与天线答案-殷际杰

2 1 题 0 0 0 7 0 3 0 ln 104 1044 0 3 030 R D L mcmRmcmD 11 9 9 0 0 0 1043 6 75ln1036 1 75ln 1094 1 ln R D C 无损耗线 1 51875ln120 ln 0 0 0 0 0 0 R D C L Z 3 1 103 10 10100 8 8 00 6 00 CL 8 103 p v m s m p 3 10 103 8 8 2 2 解 85 49 10666 0 10655 1 12 9 0 0 0 C L Z 50Hz 时 439 00 210 51010655 15022 LfX L 7312 00 1009 2 1010666 0 5022 CfBC S 100MHz 时 1039 871010655 1 1022 398 00 LfXL 0 421010666 0 1022 3128 00 CfBC S 2 3 解 d D z r r ln60 0 rr p 0 1 在空气里时 57 96 2 10 ln60 0 z 由于 8 103 p V 所以 0 p 2 在高分妇材料介质中 38 64 2 10 ln 5 1 1 60 0 z 由于 8 8 102 125 2 10 p V 所以 0 3 2 p 2 4 形式上 低频或直流电功率传输线横截面为多连通区域 传送信号的有单连通与多连 通 在内容上 电力传输注重功率容量及传输损耗 信号线要求适应很高的频率 且有频带宽 度要求 注重信息速率 2 5 1 5 37 150 75 150 22 01 131 2 01 21 L A AA L AA Z z Z ZZ z z z 2 100 25 50 25 2 2 2 02 231 21 Z Z Z ZZ ZZ B BB LBB 2 6 频率为 100MHz 时 120 750 600150 150 600 300 3 10 103 22 0 8 8 D L DE Z Z Z Z m 0 0 0 120 2 0 A BC L CF CD Z Z Z Z Z Z 频率为 200MHz 时 300 300 600 5 1 102 103 8 8 CD D DE Z Z Z m 300 200 900 600300 300 300 A B BC C CF Z Z Z Z Z 2 7 解 25 25 25 100 50 0 0 50 50 2 3 2 0 2 0 2 0 LA B BE L BC C LCF CD ZZ Z Z Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ Z 2 8 解 无损耗传输线 250 150 0 L Z Z djdjdj L L i r eee ZZ ZZ dU dU d 222 0 0 25 0 400 100 1 P d 25 0 时 25 0 25 0 5 0 2 22 j P P ed d 2 p d 5 0 时 25 0 25 0 25 0 2 22 2 j P P ed d 2 10 解 由 d d S 1 1 得到 2 0 5 2 5 0 1 1 S S d m f Vp P 3 0 101 103 9 8 dj P L ed ddd 3 40 2 0 3 404 2 在无损耗时 0 Z 为纯阻 150 100 100 0 0 0 0 0 Z Z Z ZZ Z d L L 终端最近的电压波腹点处 cmmd d 5 7 40 3 0 3 40 2 11 解 由题意得 d S S d L 2 2 0 5 2 5 0 1 1 当 md01 0 时 12 n 得 12 4 min nd p L 波节点相差 50mm 时由上式可知 m d P p 1 0 2 4 且将波长和 md01 0 代入后得到 6 0 26 0 2 00 2 0 j gbdj e ed 由于 6 0 0 0 2 00 j L L e ZZ ZZ 5 1641 190 0 062 1 190 0 938 0 50 2 01 2 01 50 01 01 6 0 6 0 0 j j j e e ZZ j j L 2 12 解 令 L Z Z 2 0 50 100 20050 Z dtgjZZ dtgjZZ ZdZ L L in 0 0 0 求其实部 dtgdtg dtgZZ dtgZZZZ L LL 22 222 0 2 00 4000025001000010000 1 2 1 10 5 100 25 750030000 2 2 dtg dtg dtg 2 1 arctgd 2 1 4 7 dtg mmd 7550 10050 25200 50j j j dZin 串入 jdXin75 阻抗短路线 cmd dtg jdtgjZdZin 56 1 2 3 75 0 并入导纳 1 22 0 2 2 00 dtgZZ dtgZZZZ L LL 018 0 107 1 2 1 0 4 300007500 1000010000250040000 2 22 d dtg dtg dtgdtg j j j dYin 5 11 50 1 100200 40050 50 1 并入导纳 0 03j 欧 化为阻抗 100 3j d 0 0094m 2 13 djd djd djd djd djZdZ djZdZ ZdZ L L in sin2cos3 sin3cos2 600 sin400cos600 sin600cos400 600 sincos sincos 0 0 0 AB 段阻抗匹配 450 Lin ZdZ 3 3 答 微带线导行电磁波的模式 准 TEM 模 或者 EH 模 TE 模式 TM 模式 TE 类 表面模式 同轴线导行 TEM 模 TE 模 TM 模 对于微带线准 TEM 模式 rC P V V 0 rC P 0 对于同轴线 TEM 模来说 rr p V V 0 rr p 0 3 4 金属波导管的特点 有效防止辐射损耗 解决导体损耗增加的问题 矩形截面波导和圆截面波导的主模分别是 TE10模和 TE11模 3 5 矩形界面波导的截止波长 c 22 2 b n a m c 可见矩形截面波导的截止波长 c 决定于波导的口径尺寸 a 和 b 以及模式标数 m n 其中表数 m 表示长边的半波长数 表数 n 表示短边的半波长数 TMmnTEmn其中表数 m 和 n 决定场量幅值 x 和 y 方向分布的半驻波数 从波节到波节或从波腹到波腹 每一阻 mn 的取值就确定了一个独立的模式 但要注意这些模式是同一频率的电磁波的不同存在形 态 他们之间不是基波与谐波的关系 圆截面波导 TMmn模截止波长 mn c P R 2 TEmn模截止波长 mn c P R 2 可见圆形截面波 导的截止波长 c 决定于波导的口径尺寸 R 以及模式标数 m n 其中表数 m 表示贝塞尔函数的阶数 同时又表示在横面上圆周方向上场量幅值分布的半驻 波数 n 表示根序数 同时表示半径方向上场量值分布的过零次数 波导管导行电磁波的 模式的截止波长决定于波导管尺寸 3 6 矩形截面波导不做成正方形截面可以减小模式简并 所谓简并 是指标数相同的 TE 和 TM 模截止波长 C 相同 如 TE11 模和 TM11 模存在条件相同 圆形截面波导中除了模 式简并以外还有极化简并 而矩形波导中只有模式简并 3 7 解 欲传送的信号由频率换算成波长得 GHz5 mmcm606 105 103 9 8 GHz10mmcm303 GHz15mmcm202 根据传输条件 C 与计算得出的波长相比 GHz 5 信号处于截止区 不能传输 GHz10 信号以 TE10模单模传输 GHz15 信号以 TE10 TE20 TE01三种模式传输 3 8 此答案仅供参考 答 TE11 截止波长最长 容易实现单模传输 与 TE10 矩形波导中的模式相似 而 TM10 模的场结构为旋转对称 并且电流为纵向流动 TE01 模式场结构同样为旋转对称 磁力线 纵向闭合 电场线圆周方向闭合 3 9 3 1004 3 7 22 dD C Hz V f C c 10 3 8 0 109 1 1002 5 103 这就是所要求的最高工作频率 3 10 解 因为 841 1 11 P 11 2 p RC C 则 2 105841 1 2 C R 若单模传输则 C RR 即 2 1047 1 41 3 05 0 R 同理 405 2 01 P R62 2 2 109 1 62 2 05 0 R 即得所求圆波导半径的取值范围 cmRcm9 147 1 3 11 在图中缝隙 1 3 5 6 对传输模式产生影响 第四章第四章 4 1 微波元件可以控制导行电磁波的模式 极化方向 幅值 相位及频率 微波元件可以通过改变微波传输线的形状 尺寸或填充媒质的变化来构成 由于在高频率的时候 集总参数元件的值和传输线分布参量的值相当 所以已经不能用集 总参数元件去描述微波元件 4 2 本答案仅供参考 解 lLL 686 8 0 1 2 2 0 对于 TE11 模来说 1 02 0 2 1 0841 1 1 0 2 1 2 2 2 2 R P mn ml0342 0 271 67 1 686 8 20 4 3 解 1 210 103841 1 103 102 8686 0 80 1 0686 8 80 2 10 8 8 10 R mR00805 0 210 103841 1 1 1028686 0 10380 1 10 8 2 10 8 4 4 将吸收材料填充于内外导体之间并做成锥形结构而实现渐变过渡 终端短路以防止信号 功率泄漏 4 5 要转换或者说要建立起所要求的传输模或者谐振模 必须激励出与该模式相似的场结 构 同时要注意不同种类传输线连接时要采用横截面渐变过渡的结构来减小因连接而造成 的对波能量的反射 4 6 还要考虑到它们的接入而引起的反射的大小 它们可以正常工作的频带宽度 以及对 于其它元件的干扰作用 4 7 耦合器是一种波长相关的元件 在不完全匹配的时候 做成四端口元件可以考虑到现 实中的反射 考虑到对于其他端口信号功率分配的影响 也考虑到三端口元件有可能破坏 定向耦合器的工作性能 定向耦合器一般是通过小孔绕射理论去实现的 为了吸收完全防止隔离端的反射影响 总 要在隔离端口接上匹配负载 4 8 对单阶梯阻抗变换器实现匹配做出物理解释 利用补偿原理说明多阶梯阻抗变换器 相 应的多孔或多分支定向耦合器 拓宽工作频带的道理 答 利用单阶梯阻抗变换器实现传输线匹配可以应用补偿原理来解释 就是用匹配装置引 起的反射波来抵消原来因传输线与其负载不匹配而出现的反射波 一节四分之一波长阻抗 变换器的补偿过程通过图来说明 Z01 Z02 ZL 4 p l i U UT 1 UT 2 T1 T2 令主传输线的波阻抗为 Z01 四 分之一波长阻抗变换段传输线波阻抗为 Z02 负载 ZL为纯阻 且令 Z01 Z02 ZL 那么参考 面 T2及 T1 上的局部电压反射系数分别为 01 01 2 ZZ ZZ T L L 0102 0102 1 ZZ ZZ T 假设局 部电压反射系数 2 T 1 T 得模值都很小 我们可以近似认为两个参考面上入射波电 压幅值相同 T1参考面上的总电压反射波只计两参考面上一次电压反射系数之和 即 lj iir eUTUTU 2 21 因为 2 0202 0202 2 02 02 2 02 02 0102 0102 1 T ZZ ZZ Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ T L L 1 4 2 2 2 j j lj eee p p 这样 T1参考面上的总电压反射波 0 21 2 21 ii lj iir UTUTeUTUTU 从而实现了主传输线与其负载的匹配 多节阻抗变换器可以在需要匹配的主传输线与其负载间设置多个反射面 这些参考面上的 反射波经过不同波程引入相位滞后 这些局部反射波合成时有可能在多个频率上抵消 从 而使主传输线与阻抗变换器接口参考面上的总电压反射系数为零 实现宽带匹配 222 0 2 c p b n a m 对于 TE101 模式来说 cmm68 7 0768 0 6 100 20 2 2 2 0 4 12 因为谐振腔是封闭结构 最基本和常用的激励机构 或称耦合机构 就是腔壁上槽和 孔 通过槽或孔及进入腔内的耦合针 耦合环 来实现腔与外电路的耦合 对于腔激励的基本考虑是 激励耦合装置必须能够在腔内产生与所选定的谐振模式相近似 的场结构 这一点与波导的激励是相同的 同时还要考虑有利于抑制干扰模的出现 腔与外电路连接后相当于谐振强带了负载而使损耗增加 因此谐振强的品质因数 Q 要下降 4 13 在恒定磁场与微波电磁场的作用下 铁氧体中电子不仅作自旋运动和轨道运动 还将 环绕恒定磁场作旋转运动 从而对左旋极化和右旋极化磁场的微波有排斥或吸引的相互作 用 原理简述 在铁氧体表面贴上电阻片 并且加上某个恒定的磁场大小 使传输过程中被吸 引的微波的电场被电阻片吸收而衰减 被排斥的微波的电场能量未被吸收而衰减很小 利 用这种非互易性场移效应 可以实现正向传输波顺利过而反向传输波被吸收的隔离作用 4 14 微波网络理论基于低频网络理论 有三个发展 其一由于微波段的位置