微波技术与天线期末复习

微波技术与天线,期末复习,一、填空题（不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。每小空格1分，大空格2分。错填或不填均无分。共30分）：,1、传输线的工作特性参数主要有 特性阻抗 、 传播常数 、 相速 和波长 。,2、驻波比的取值范围为 1 ；当传输线上全反射时，反射系数 1 ，此时驻波比 。,3、 中称为 传播常数 ， 称为衰减常数、它表示传输线上波行进单位长度幅值的变化 ， 称为 相移常数，它表示传输线上波行进单位长度相位的变化。,4、特性阻抗50欧的均匀传输线终端接负载Z1为20j欧、50欧，20欧时，传输线上分别形成 纯驻波 纯行波 行驻波 。,5、下图为无耗终端开路线的驻波特性图， O 位置是终端开路处，短路线的作用是 等效在终端接无限大阻抗即终端开路 。,6、有均匀传输线特性阻抗为50，线上工作波长为10cm，如图所示：,（1）若 ，在 处的输入阻抗Zin 50 ；,（2）若 ，在 处的输入阻抗Zin ；在 处的输入阻抗Zin 0 ；当 处，Zin呈 感 性，当处， Zin呈 容 性。,（3）若 ，传输线上的驻波比= 。,7、无耗传输线的终端短路和开路时，电压、电流曲线的主要区别是终端开路时的电压、电流曲线在终端处为 电压 波腹、 电流 波节；阻抗分布曲线的主要区别是终端开路时在终端处的等效一 并联谐振 电路，终端短路时在终端处的等效一 串联谐振 电路。,8、一段长度 为的短路线和开路线的输入阻抗呈纯电抗：一段长度 为的短路线的输入阻抗为一纯 电感 ；一段长度 为的开路线的输入阻抗为一纯 电容 。,9、阻抗匹配具有三种不同的含义, 分别是负载阻抗匹配、 源阻抗匹配 和 共轭阻抗匹配 ，它们反映了传输线上三种不同的状态。阻抗匹配方法从实现手段上划分有串联 /4阻抗变换器法和支节调配器法。支节调配器法又有 串联单支节调配器 法和 并联调配器 法。,10、圆图中的阻抗一般式为Z=R+jX，传输线特性阻抗为Z0，根据各点在下图所示的阻抗圆图中的位置，判断其性质。,RZ0，X0 ( B );,R=Z0，X0 （ D ）；,RZ0，X0 ( C );,R0，X0 ( E );,RZ0，X0 ( A );,RZ0，X0 ( F )。,11、在导行波中 截止波长c最长的 导行模称为该导波系统的主模。矩形波导的主模为 TE10 模, 因为该模式具有场结构简单、 稳定、频带宽和损耗小等特点, 所以实用时几乎毫无例外地工作在该模式。,12、与矩形波导一样，圆波导中也只能传输TE波和TM波； TE11 模是圆波导的主模， TM01 模是圆波导第一个高次模，而 TE01 模的损耗最低，这三种模式是常用的模式。,13、在直角坐标系中，TEM波的分量 Ez 和 Hz 为零；TE波的分量Ez 为零；TM波的分量 Hz 为零。,15、处于不同频谱的电磁波采用不同的分析方法，请完成下图的填空：,频率小于微波的无线电,微波,频率大于微波的电磁波,电路分析 法,场分析 法,光学分析 法,二简答题（5小题，共40分）,1(10分)什么是分布参数电路和集总参数电路？试列举各三个分布参数和集总参数，对比微波技术与模拟电路等课程，简述分布参数电路和集总参数电路的本质区别。,在低频短路中，常常忽略元件连接线的分布参数效应，认为电场能量全部集中在电容器中，而磁场能量全部集中在电感器中，电阻元件是消耗电磁能量的。由这些集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。,当频率提高到其波长和电路的几何尺寸可相比拟时，电场能量和磁场能量的分布空间很难分开，而且连接元件的导线的分布参数不可忽略，这种电路称为分布参数电路。,在低频电路中，电阻、电容、电感和电导都是以集总参数的形式出现的，连接元件的导线都是理想的短路线，可任意延伸或压缩。,随着频率的提高，电路元件的辐射损耗、导体损耗和介质损耗增加，电路元件的参数也随之变化。,分布电阻R,分布电感L,分布电容C,分布电导G,传输线单位长度上的分布参数。,频率提高后，导线中所流过的高频电流会产生集肤效应，使导线的有效面积减小，高频电阻加大，而且沿线各处都存在损耗，这就是分布电阻效应；,通高频电流的导线周围存在高频磁场，这就是分布电感效应；,又由于两线间有电压，故两线间存在高频电场，这就是分布电容效应；,由于两线间的介质并非理想介质而存在漏电流，这相当于两线间并联一个电导，这就是分布电导效应。,由于传输线的分布参数效应，使传输线上的电压、电流不仅是时间的函数，而且是空间位置的函数。,所以，除了传输TEM波的传输线可由单值的电压确定，磁场可由单值电流维系，大部分的传输线都没有确切的电压、电流的意义，并且也没有在空间可以单另分开的电感、电容、电阻等元件，它们也都需要从电磁场的理论出发讨论传输线的传输特性。低频电流的本质属于短线，在其上的电磁场分布因其是静态场的，所以才有静态场的概念来描述，而微波传输线为长线，不能用静态场的概念描述。电磁场理论都能够阐述这两种情况,2、(10分)为什么说TEM波传输线是惟一可以用分布参数的“路”的理论描述的？,在自由空间或波导中电磁波在传播中，电场靠磁场支持，磁场靠电场维系，彼此互为存在的前提。电场线和磁场线都是闭合的。,在TEM波传输线中，t时刻的电场线是从一个导体的正电荷发出落到另外一个导体的负电荷上，它们是靠正、负电荷支持的，不是闭合的曲线；,磁场线是围绕导体的一圈圈封闭曲线，它们是由导体上的电流激发的；,在任一时刻电磁场分量都是同相的，与传输方向正交；其横向场随空间横向变化而与静态场完全一样。,所以，TEM波的电场可由单值的电压确定，磁场可由单值电流维系。因此，TEM波传输线是惟一可以用分布参数的“路”的理论描述的。,3、(10分)无耗传输线有哪三种不同的工作状态？当无耗传输线终端接哪三种负载时，传输线为纯驻波状态？当无耗传输线终端接哪三种负载时，传输线为行驻波状态？ 行波状态传输线的特点？,无耗传输线有三种不同的工作状态:, 行波状态;, 纯驻波状态;, 行驻波状态。,行波状态传输线的特点：,（1）沿线电压和电流的振幅不变，驻波比1,（2）线上任意点的电压和电流都同相,（3）传输线上各点输入阻抗均等于传输线的特性阻抗,纯驻波状态的负载：,（1）终端短路，即,（2）终端开路，即,（3）终端接纯电抗（电容或电感），即,行驻波状态的负载：,(1)当负载阻抗为大于特性阻抗的纯电阻时，终端为电压波腹、电流波节点；当负载阻抗为小于特性阻抗的纯电阻时，终端为电压波节、电流波腹点；,(2)当终端接一感性负载时，在终端既不是电压的波腹点，也不是电压波节点，但离开终端第一个出现的是电压波腹、电流波节点；,(3)当终端接一容性负载时，在终端既不是电压的波腹点，也不是电压波节点，但离开终端第一个出现的是电压波节、电流波腹点。,4、(8分)什么是长线、短线？简述长线和短线的本质区别。,电长度：传输线的长度与所传输的电磁波波长之比。,所谓长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值（即电长度）大于或接近于1。反之，称为短线。,长线为分布参数电路；短线为集总参数电路。,在低频电路中，电阻、电容、电感和电导都是以集总参数的形式出现的，连接元件的导线都是理想的短路线，可任意延伸或压缩。,在低频短路中，常常忽略元件连接线的分布参数效应，认为电场能量全部集中在电容器中，而磁场能量全部集中在电感器中，电阻元件是消耗电磁能量的。由这些集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。,随着频率的提高，电路元件的辐射损耗、导体损耗和介质损耗增加，电路元件的参数也随之变化。,当频率提高到其波长和电路的几何尺寸可相比拟时，电场能量和磁场能量的分布空间很难分开，而且连接元件的导线的分布参数不可忽略，这种电路称为分布参数电路。,5、 (6分)什么是无耗传输线 /2重复性 /4变换性？,从终端起每隔/4阻抗性质就变换一次；每隔/2阻抗性质就相同。,对于均匀无耗传输线，传输线上任意点的反射系数大小相等，永远等于终端反射系数，其相位按周期变化，其周期为/2，即反射系数也具有/2重复性。,无耗传输线上任意相距/2处的阻抗相同，称为/2重复性。,无耗传输线上距离为/4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方，这种特性称为/4阻抗变换性。,对于无耗传输线，无论是处于那种工作状态，其传输特性均有/2重复性和/4变换性。,在无耗传输线上，各点的电压(或电流)波腹和波节均有/2重复性和/4变换性。,6、(4分)什么是导波系统的纵向场法？,导波系统中电磁场的矢量波动方程可分解6个直角坐标分量的标量波动方程，根据麦克斯韦方程组，求出各横向分量与两个纵向分量（Ez、Hz）的关系。因而无需由导波系统的边界条件解出6个波动方程，仅需求解纵向分量满足的标量波动方程，然后利用横向分量的纵向分量表示式便可得出全部分量。这种解法称为纵向场法。,7、(6分) 什么是相速？什么是群速？写出它们的定义式。,传输线上电压、电流入射波（或反射波）的等相位面沿传播方向传播的速度，称为相速。,或者，电磁波的等相位面移动速度称为相速。,群速表征了波能量的传播速度,8、(6分)矩行波导中的 有什么区别和联系？它们与哪些因素有关？,导行波的波形是指能够单独在导波系统中存在的电磁场结构形式，也叫做传输模式。,为工作波长，即为电磁波在自由空间中的波长。,为波导波长，即导行波的波长称为波导波长,为截止波长，为某传输模式所能够容许的最小波长值。,当工作波长 小于某个模的截止波长 c时, 20, 此模可在波导中传输,当工作波长 大于某个模的截止波长 c时, 20, 即此模在波导中不能传输,写出一个互易、无耗、完全对称、完全