微波技术与天线A卷答案.doc

专业班级： 姓名： 学号： 密封线河南理工大学万方科技学院 2008-2009 学年第 1 学期专业班级： 姓名： 学号： 密封线微波技术与天线试卷（A卷）考试方式：开卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %总 分题号一二三四五六七八九十核分人得分 复查总分 总复查人 得分 （本题20 分，每空2分）一、填空题（1）微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，其频率范围为300MHZ-3000MHZ。（2）微波传输线大致可以分为三种类型： 双导体传输线、金属波导管和介质传输线 。（3）阻抗圆图的正实半轴为 电压波腹点 的轨迹，负实半轴为 电压波节点 的轨迹。（4）对于无耗传输线，负载阻抗不同则波的反射也不同，从而导致传输线的工作状态不同，通常其工作状态可以分为 行波状态、纯驻波状态和行驻波状态 。（5）在无线通信系统中，天线的主要功能是实现 导波能量 和 无线电波 的转换。（6）由于天线和馈线系统的联系十分紧密，有时把天线和馈线系统看成是一个部件，统称为 天馈系统 。（7）对于各种天线而言，在离天线相同距离不同方向上，天线辐射场的相对值与空间方向的关系称为 天线的方向性 。（8）天线的基本功能是能量转换和定向辐射，天线的 电参数 就是能定量表征其能量转换和定向辐射能力的量。得分 （本题20分，每小题5分）二、简答题1描述光纤传输特性的主要参数有哪些，它们分别会影响什么？描述光纤传输特性的主要参数有光波波长、光纤芯与包层的相对折射率差、折射率分布因子以及数值孔径等。 光波波长g同描述电磁波传播一样, 光纤传播因子为e j(t-z)，其中是传导模的工作角频率，为光纤的相移常数。对于传导模, 应满足，式中，对应的光波波长为。 相对折射率差 光纤芯与包层相对折射率差定义为，它反映了包层与光纤芯折射率的接近程度。当1时，称此光纤为弱传导光纤，此时n2k，光纤近似工作在线极化状态。 折射率分布因子g 光纤的折射率分布因子g是描述光纤折射率分布的参数。 一般情况下，光纤折射率随径向变化如下式所示：式中，a为光纤芯半径。对阶跃型光纤而言g。对于渐变型光纤g为某一常数。 数值孔径NA 光纤的数值孔径NA是描述光纤收集光能力的一个参数。从几何光学的关系看，并不是所有的入射到光纤端面上的光都能进入光纤内部进行传播，都能从光纤入射端进去从出射端出来，而只有角度小于某一个角度的光线，才能在光纤内部传播。将这一角度的正弦值定义为光纤数值孔径，即NA=sin。光纤的数值孔径NA还可以用相对折射率差来描述： NA=n1(2)1/2，该式说明为了取得较大的数值孔径，相对折射率差应取大一些。 2什么是衰落？简述引起衰落的原因。所谓衰落，一般是指信号电平随时间的随机起伏。根据引起衰落的原因分类，大致可分为吸收型衰落和干涉型衰落。 吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化，使得信号在媒质中的衰减发生相应的变化而引起的。如大气中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、雾、雨、雪等都对电波有吸收作用。由于气象的随机性，这种吸收的强弱也有起伏，形成信号的衰落。由这种原因引起的信号电平的变化较慢，所以称为慢衰落。 干涉型衰落主要是由随机多径干涉现象引起的。在某些传输方式中，由于收、发两点间存在若干条传播路径，典型的如天波传播、不均匀媒质传播等，在这些传播方式中，传输媒质具有随机性，因此使到达接收点的各路径的时延随机变化，致使合成信号幅度和相位都发生随机起伏。这种起伏的周期很短，信号电平变化很快，故称为快衰落。 3什么是边射式天线阵？什么是端射式天线阵？试从物理概念上解释之。最大辐射方向在垂直于阵轴方向的天线阵称为边射式直线阵。原理分析：这是由于在垂直于天线阵轴（即）方向，两个振子的电场正好同相相加，而在和方向上，由天线元的间距所引入的波程差为，相应的相位差为180，致使两个振子的电场相互抵消，因而在和方向上辐射场为零。 最大辐射方向在阵轴线方向的天线阵称为端射式直线阵。原理分析：与前者不同的是，其最大辐射方向和零辐射方向正好互相交换。这是因为在垂直于天线阵轴（即）方向，两个振子的电流反相，且不存在波程差，故它们的电场反相抵消，而在和方向上，由天线元的间距所引入的波程差所产生的相位差正好被电流相位差所补偿，因而在和方向上两个振子的电场就同相相加了。4什么是视距传播和天波传播，并分别简述二者的特点。视距传播 视距传播是指在发射天线和接收天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点到接收点（有时包括有地面反射波）的一种传播方式。又称为直接波或空间波传播。超短波和微波波段的无线电波，由于频率很高，电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍时绕射能力又很弱，因此不能利用地波传播方式。而高空电离层又不能将其反射回地面，因而又不能利用天波传播方式。通常是利用视距传播方式。 无论是地面上的或地对空的视距传播，其传播途径至少有一部分是在对流层中，因此必然要受到对流层这一传输媒质的影响。此外，当电波在低空大气层中传播时，还可能受到地表面自然的或人为的障碍物的影响，将会引起电波的反射、散射或绕射现象。天波传输天波传播通常是指由高空电离层反射的一种传播方式。长波、中波和短波都可以利用天波通信。天波传播的主要优点是传输损耗小，因而可以利用较小的功率进行远距离通信。但由于电离层是一种随机的、色散及各向异性的媒质，电波在其中传播时会产生各种效应，如多径传输、衰落、极化面旋转等，有时还会因电离层暴变等异常情况造成短波通信中断。专业班级： 姓名： 学号： 密封线得分 （本题60分）三、计算题1在一均匀无耗传输线上传输频率为3GHz的信号，已知其特性阻抗为，终端接的负载，试求：（1）传输线上的驻波系数；（2）离终端10cm处的反射系数；（3）离终端2.5cm处的输入阻抗。（10分）（1）终端反射系数为故驻波系数为（2）已知信号频率为3GHz，则其波长为因此，离终端10cm处恰好等于离终端一个波长，根据的重复性，有（3）由于，根据传输线的的变换性，即所以，有2若矩形波导截面尺寸，试问当频率为时，波导中将能传输哪些模式？若要只传输主模，工作频率的应当如何选择？（10分），由矩形波导中导行波截止波长的表达式，即可得： 再根据、波的传输条件：，可知波导中能够传输的波型有、和。主模传输，需要，所对应的频率范围为3设特性阻抗的均匀无耗传输线，终端接有负载阻抗为复阻抗时，可用以下方法实现阻抗变换器匹配：即在终端前接一段终端短路线，如下图所示。试求这种情况下阻抗变换器的特性阻抗及短路线长度。（15分）终端负载经阻抗变换器后的输入导纳可按如下方法求得：故 而短路线的输入阻抗为故 再由，可得4定性的阐述矩形波导中主模的场结构分布规律。（10分）模场分量有、。、与坐标无关，沿轴均匀分布；、沿轴的变化规律为 所以，在处，达到最大值，在处，、达到最大值，；、沿轴的变化规律为 ，相位相差。专业班级： 姓名： 学号： 密封线5、设某系统如下图