北理工微波工程导论总复习PPT

1、第一章第一章 绪论绪论1 1、什么是微波？、什么是微波？2 2、微波工程中所要解决的核心问题是什么？微波的、微波工程中所要解决的核心问题是什么？微波的主要应用有哪些？主要应用有哪些？3 3、若目标速度为、若目标速度为720km/h720km/h，分别采用，分别采用3GHz3GHz、10GHz10GHz和和15GHz15GHz中心频率的雷达测量其速度，其目标的多普勒中心频率的雷达测量其速度，其目标的多普勒频率分别为多少？频率分别为多少？4 4请简述微波的主要优点和不利因素。请简述微波的主要优点和不利因素。 第二、三章第二、三章 传输线理论与阻抗匹配传输线理论与阻抗匹配一、概念一、概念 特性阻抗、

2、反射系数、驻波比、输入阻抗、阻抗圆图特性、特性阻抗、反射系数、驻波比、输入阻抗、阻抗圆图特性、波导传输条件、截止波长、波导波长、色散波型、简并波型、耦波导传输条件、截止波长、波导波长、色散波型、简并波型、耦合微带线的奇偶模特性阻抗等。合微带线的奇偶模特性阻抗等。 二、复习题二、复习题1 1、什么是传输线的特性阻抗？与哪些因素有关？、什么是传输线的特性阻抗？与哪些因素有关？2 2、请分别简述什么是分布电阻、分布电导、分布电感、分布电、请分别简述什么是分布电阻、分布电导、分布电感、分布电容？容？3 3、传输线上电磁波传输的三种工作状态分别是什么？各种工作、传输线上电磁波传输的三种工作状态分别是什么

3、？各种工作状态对应什么样的外围条件？状态对应什么样的外围条件？4 4、简述、简述/4/4传输线阻抗的变换性、传输线阻抗的变换性、/2/2传输线阻抗的重复性。传输线阻抗的重复性。5 5、请写出阻抗圆图中的特征点、线、面的物理意义。、请写出阻抗圆图中的特征点、线、面的物理意义。6 6、什么叫做色散波形，产生色散的原因是什么，色散会产生什、什么叫做色散波形，产生色散的原因是什么，色散会产生什么样的影响？么样的影响？ 6 .2645. 01024jclcllejZZZZ64. 211ssZljZZljZZZzZclcclcin/tantan)(117 7、 已知已知Z Zc c=50=50，Z ZL

4、L=(100-j50)=(100-j50)，(1)(1)求输出端电压反射系求输出端电压反射系数，驻波比数，驻波比S S和第一个电压最小点距终端的距离；和第一个电压最小点距终端的距离；(2)(2)若采用特性若采用特性阻抗为阻抗为5050的的短路支线进行单株线匹配，求支线接入位置短路支线进行单株线匹配，求支线接入位置d d及相及相应的支线长度应的支线长度l。( (利用圆图求解利用圆图求解) )解：（解：（1 1） 电压最小点位置处的输入阻抗值为电压最小点位置处的输入阻抗值为Z ZC C/S/S，设该点距负载距离，设该点距负载距离为为l1，则有，则有得到：得到： l1 =0.214=0.214或者直

5、接利用阻抗圆图或者直接利用阻抗圆图 zl=(2-j1)=(2-j1)。找到该点，位于阻抗找到该点，位于阻抗圆图的圆图的A A点，外圆标度为点，外圆标度为0.2860.286，第一个电压最小点位于负半实，第一个电压最小点位于负半实轴上的轴上的B B点处，由负载朝信号源方向移动，等效于点在圆图上点处，由负载朝信号源方向移动，等效于点在圆图上沿等反射系数圆顺时针旋转，距离为沿等反射系数圆顺时针旋转，距离为(0.5-0.286)=0.214(0.5-0.286)=0.2142 . 04 . 0)50100/(50/jjZZylcl（2 2） 在导纳圆图上找到该点，对应位置在导纳圆图上找到该点，对应位置

6、0.060.06, ,画出其等反射系画出其等反射系数圆，沿顺时针旋转，交数圆，沿顺时针旋转，交g=1g=1的圆于的圆于B B、C C点，点， 如果选择如果选择C C点为接入点位置，则点为接入点位置，则dC=(0.314-0.06)=(0.314-0.06)0.2540.254，需要短路支线实现的电纳值为，需要短路支线实现的电纳值为j1.95j1.95, , 短路支线的长度为短路支线的长度为lC =(0.25+0.172)=(0.25+0.172)=0.4220.422。 B B点位置点位置:0.185,1+j1.95:0.185,1+j1.95C C点位置点位置:0.314,1-j1.95:0

7、.314,1-j1.95 如果选择如果选择B B点为接入点位点为接入点位置，则置，则db=(0.185-0.06)=(0.185-0.06)0.1250.125，需要短路支线实现，需要短路支线实现的电纳值为的电纳值为-j1.95-j1.95, ,短路支线短路支线的长度为的长度为lb=(0.328-=(0.328-0.25)=0.25)=0.0780.078。B or C ?mmmmba16.1086.22222()( )cmnab10TE22 22.86 45.72camm 20TE22.86camm01TE22 10.16 20.32cbmm 8 8、横截面尺寸为、横截面尺寸为解：解：(1)

8、(1)首先利用矩形波导的截止的计算公式，计算各波形的截首先利用矩形波导的截止的计算公式，计算各波形的截至波长；然后由传输条件至波长；然后由传输条件 C C来判断波导中可能存在的波型。来判断波导中可能存在的波型。 , 的矩形波导，空气填充，工作波长的矩形波导，空气填充，工作波长=32mm=32mm，当终端接负载，当终端接负载Zl时，时，测得驻波比测得驻波比S=3S=3，第一个电场波节点距负载，第一个电场波节点距负载d d1 1=9mm=9mm，试求：，试求：(1)(1)波波导中传输的波型；导中传输的波型；(2)(2)终端负载阻抗的归一化值；终端负载阻抗的归一化值；(3)(3)若用单株线若用单株线

9、调配器进行匹配，求接入位置。调配器进行匹配，求接入位置。故工作波长故工作波长=32mm=32mm时，只能传播时，只能传播TETE1010模。模。 1.721.33Lzj圆图法求归一化负载阻抗圆图法求归一化负载阻抗zl（a a）由于电场波节点的归一化阻抗等于）由于电场波节点的归一化阻抗等于1/31/3，在阻抗圆图的实，在阻抗圆图的实轴上标出此点轴上标出此点A A，过此点作等反射系数圆。，过此点作等反射系数圆。（b b）由此点向负载逆时针转过）由此点向负载逆时针转过d d1 1/ /g g=0.2=0.2刻度，即刻度，即B B点，此点点，此点的归一化阻抗即为归一化负载阻抗的归一化阻抗即为归一化负载

10、阻抗111tan11tanLzjdSjzd111tantanLjSdzSjd112tantan() 3.137gdd1.7261.33Lzj(2) (2) 第一个电场波节点距负载第一个电场波节点距负载d d1 1=9mm=9mm，波节点处的归一化阻抗为，波节点处的归一化阻抗为zl=1/S=1/S故故244.812gmma110.3640.28LLLyjgjbZ22221110.28 0.419arctanarctan0.153LLLLLLLbggbdgbg10.11745.258gdmm20.28412.74gdmmmmdg22. 5)05. 0166. 0(1mmdg74.12)05. 03

11、33. 0(2(3)(3)用单螺钉调匹配，由于单螺钉为并联支线调配器，故使用用单螺钉调匹配，由于单螺钉为并联支线调配器，故使用归一化负载导纳更为方便，即归一化负载导纳更为方便，即: :根据第一章所导出单支线调配器的公式，则单螺钉接入位置为：根据第一章所导出单支线调配器的公式，则单螺钉接入位置为：两个位置分别为：两个位置分别为： 圆图法：首先由圆图上的规一化负载阻抗圆图法：首先由圆图上的规一化负载阻抗zl求出规一化负载求出规一化负载导纳导纳yl， yl的标度为的标度为0.050.05；然后沿等；然后沿等圆顺时针旋转，与圆顺时针旋转，与g=1g=1的圆的圆交于交于D D与与E E两点，标度分别为两

12、点，标度分别为0.1660.166和和0.3330.333，所以接入位置为：，所以接入位置为： 第四章第四章 微波网络基础微波网络基础一、概念一、概念 微波网络阻抗参量的物理意义、微波网络散射参量的物理意微波网络阻抗参量的物理意义、微波网络散射参量的物理意义、无耗网络义、无耗网络S S参量的么正性（一元性）。参量的么正性（一元性）。二、复习题二、复习题1 1、波导等效为双线传输线时是依据哪两个条件？、波导等效为双线传输线时是依据哪两个条件？2 2、当网络中填充的是各项同性媒质时，它的散射矩阵有什么特、当网络中填充的是各项同性媒质时，它的散射矩阵有什么特点。点。 (1)(1)R R1 1、R R

13、2 2满足何种关系时，网络满足何种关系时，网络的输入端反射系数为零？的输入端反射系数为零？(2)(2)在上述条件下，若网络的工作在上述条件下，若网络的工作衰减衰减L La=20dB=20dB时，时，R R1 1、R R2 2各等于多少？各等于多少？图中传输线为理想无耗传输线段，图中传输线为理想无耗传输线段，特性阻抗为特性阻抗为Z ZC C=50=50。3 3、有一个二端口网络如图所示，试求、有一个二端口网络如图所示，试求2421212212150 5050150 501 10 1 0 1 01 10 11 10 1 cos sinsin cos1 10 1RjRRjjRjRZjjZRRZjjZ

14、RAcccc12122221121150 250011 50 / RjRRjjRj AZAZAAacc0222112112221121111aaaaaaaaS050250011 501212RjRRjjRj5021 RR解：（解：（1 1）先求）先求A A 将将A A归一化归一化输入端反射系数为零，即输入端反射系数为零，即S S1111=0=0即即a11+a12-a21-a22=0 101 201lg1021221SdBSLA20 1012222112112221121121aaaaaaaaS2050250011 501212RjRRjjRj025001850502121RRRR56. 52R

15、56.5556. 5501R（2 2）当）当L La=20dB=20dB时，有时，有 将将R R1 1-R-R2 2=50=50带入，得到带入，得到 第五章第五章 固态无源固态无源/有源微波元器件有源微波元器件1.1.动态平衡条件下半导体内部自由电子和空穴的浓度符合什动态平衡条件下半导体内部自由电子和空穴的浓度符合什么规律？引入本征情况下的费米能级和本征浓度，电子空么规律？引入本征情况下的费米能级和本征浓度，电子空穴浓度的表达式。穴浓度的表达式。2.2.掺杂后少子浓度？掺杂后少子浓度？3.3.用热平衡状态下的电流表达式分析结内电场产生的基础。用热平衡状态下的电流表达式分析结内电场产生的基础。4

16、.4.简述简述PNPN结电容。结电容。5.5.简述简述PNPN结的几种击穿。结的几种击穿。6.6.肖特基二极管的伏安特性。肖特基二极管的伏安特性。7.7.给出给出肖特基二极管肖特基二极管的等效电路，并解释其关键元件。的等效电路，并解释其关键元件。 基本要求：基本要求：掌握典型微波元器件（二极管）的基本规律、结掌握典型微波元器件（二极管）的基本规律、结特性、特性、PNPN结结/ /肖特基二极管的肖特基二极管的I/VI/V曲线、肖特基等效电路等。曲线、肖特基等效电路等。第六章第六章 微波无源电路微波无源电路 基本要求：基本要求：掌握典型微波无源电路的基本概念、技术指标、掌握典型微波无源电路的基本概

17、念、技术指标、特性参数等，解决基本的设计问题。特性参数等，解决基本的设计问题。 一、谐振腔一、谐振腔 基本概念：基本概念：谐振器的固有品质因数、有载品质因数、耦合系谐振器的固有品质因数、有载品质因数、耦合系数、传输线谐振器的概念、矩形谐振腔的基本模式及特点、圆周数、传输线谐振器的概念、矩形谐振腔的基本模式及特点、圆周腔的基本谐振模式及特点、腔的基本谐振模式及特点、 设计问题：设计问题：已知矩形谐振腔、圆柱形谐振腔腔体尺寸，求谐已知矩形谐振腔、圆柱形谐振腔腔体尺寸，求谐振模式、频率；已知模式、频率，设计谐振器的腔体尺寸等。振模式、频率；已知模式、频率，设计谐振器的腔体尺寸等。二、定向耦合器二、定

18、向耦合器 基本概念：基本概念：耦合度、隔离度、方向性的概念和相互关系；描耦合度、隔离度、方向性的概念和相互关系；描述平行线耦合器、分支线耦合器、环形桥耦合器的基本工作特性述平行线耦合器、分支线耦合器、环形桥耦合器的基本工作特性三、功率分配器三、功率分配器 基本概念：基本概念：分配损耗、插入损耗、隔离度、结合魔分配损耗、插入损耗、隔离度、结合魔T T的的S S参数参数说明其重要特性。说明其重要特性。 设计问题：设计问题：设计能满足匹配、隔离要求的微带功分器。（等设计能满足匹配、隔离要求的微带功分器。（等分或不等分）分或不等分） 四、微波滤波器四、微波滤波器 基本概念：基本概念：滤波器的概念、滤波

19、器的形式、常见的低通滤波滤波器的概念、滤波器的形式、常见的低通滤波器类型等。器类型等。 复习题复习题 1 1、 何谓固有品质因数和有载品质因数？它们之间有何关系？何谓固有品质因数和有载品质因数？它们之间有何关系？2 2、 一个矩形谐振腔，当振荡于一个矩形谐振腔，当振荡于TETE101101模式时输出频率为模式时输出频率为f1，当振，当振荡于荡于TETE102102模式时输出频率为模式时输出频率为f2 ，求此矩形腔的尺寸。，求此矩形腔的尺寸。3 3、 定向耦合器有何功能？它有哪些主要技术指标？定向耦合器有何功能？它有哪些主要技术指标？每个技术指每个技术指标的物理意义是什么？标的物理意义是什么？4

20、 4、 匹配双匹配双T T有哪些重要的特性。有哪些重要的特性。E-TE-T、H-TH-T和双和双T T接头的接头的S S矩阵各矩阵各为什么？为什么？从波导从波导E、H H面分支臂输入信号，端口面分支臂输入信号，端口1、2输出有什么关系输出有什么关系? ?。匹配双匹配双T1、2臂有等幅反相波输入时，臂有等幅反相波输入时，3、4 4端口输出是什么？端口输出是什么？5 5、 滤波器有哪几个主要的技术指标？滤波器有哪几个主要的技术指标？各自的物理意义是什么？各自的物理意义是什么？第七章第七章 微波有源电路微波有源电路 基本要求基本要求: :掌握典型微波有源电路的基本概念、技术指标、掌握典型微波有源电路

21、的基本概念、技术指标、特性参数等，解决基本的设计问题。特性参数等，解决基本的设计问题。一、放大器一、放大器 基本概念：基本概念：转换功率增益、可用功率增益和工作增益；单向转换功率增益、可用功率增益和工作增益；单向转换功率增益的表达式；最大单向增益的表达式；噪声系数概念转换功率增益的表达式；最大单向增益的表达式；噪声系数概念及表达式；及表达式；N N级放大器级联的总噪声系数；以等效噪声温度表示级放大器级联的总噪声系数；以等效噪声温度表示的噪声系数；绝对稳定的必要与充分条件；微波功率放大器的的噪声系数；绝对稳定的必要与充分条件；微波功率放大器的1dB1dB压缩点、交调失真与三阶交叉点概念。压缩点、

22、交调失真与三阶交叉点概念。 设计问题：设计问题：已知器件的已知器件的S S参数，判断稳定，求增益；已知各参数，判断稳定，求增益；已知各放大器的噪声系数，求放大器的噪声系数，求N N级放大器级联的噪声系数。级放大器级联的噪声系数。二、微波固态振荡器二、微波固态振荡器 基本概念：基本概念：振荡器的基本组成部分、振荡条件、设计晶体管振荡器的基本组成部分、振荡条件、设计晶体管振荡器的设计原则。振荡器的设计原则。三、微波混频器三、微波混频器/ /倍频器倍频器 基本概念：基本概念：主要混频分量、变频损耗、噪声系数（双边带、主要混频分量、变频损耗、噪声系数（双边带、单边带）、镜频回收单端混频器的优缺点、单平

23、衡混频器的基本单边带）、镜频回收单端混频器的优缺点、单平衡混频器的基本结构及特点。结构及特点。四、微波控制器件四、微波控制器件 基本概念：基本概念：微波开关的插损和隔离度、描述串联开关器件、微波开关的插损和隔离度、描述串联开关器件、并联开关器件的工作原理、开关线型移相器并联开关器件的工作原理、开关线型移相器/ /加载线型移相器基加载线型移相器基本原理。本原理。五、射频五、射频/ /微波收发前端微波收发前端 基本概念：基本概念：微波发射机、微波接收机的基本结构、基本参数及微波发射机、微波接收机的基本结构、基本参数及其物理意义。其物理意义。复习题复习题20900114.1290eTFT 21114

24、.1-12.5=2.6915.8FFFG1 1、设接收机的前置放大器的增益为、设接收机的前置放大器的增益为12dB12dB，带宽为，带宽为150kHz150kHz，噪，噪声系数为声系数为4dB4dB，而接收机本身的噪声温度为，而接收机本身的噪声温度为900K900K。求整个系统的。求整个系统的噪声系数。噪声系数。解：前置放大器后的接收机的噪声系数为：解：前置放大器后的接收机的噪声系数为： 前置放大器的增益前置放大器的增益G G1 1=12dB=15.8=12dB=15.8，F F1 1=4dB=2.5=4dB=2.5。 整个系统的噪声系数为：整个系统的噪声系数为：111221220.5180

25、,0,4 90 ,0.5 45SSSS2 2、 一个一个GaAsFETGaAsFET的的S S参数为：参数为：现用其作为放大器的有源器件，请计算：现用其作为放大器的有源器件，请计算：（1 1）放大器的稳定性如何？）放大器的稳定性如何？（2 2）放大器最大增益为多少分贝？）放大器最大增益为多少分贝？（3 3）最大功率增益情况的负载阻抗）最大功率增益情况的负载阻抗Z ZL L为多少？为多少？（4 4）对）对5050系统，输入阻抗系统，输入阻抗Z Zinin为多少？为多少？2221122122121112212221221112212211121111SSKS SKSS SSS SS SS S 解（

26、解（1 1）: : 绝对稳定绝对稳定2222102222111111SLTUsLLSGSG G GSS 22122112211TUmSGSS11LLcLZZ11inS11inincinZZ（2 2）S12=0S12=0，满足单向性条件。，满足单向性条件。当输入输出均共轭匹配时，放大器能获得最大增益当输入输出均共轭匹配时，放大器能获得最大增益（3 3）功率增益最大时，负载阻抗：）功率增益最大时，负载阻抗：(4) 50(4) 50欧姆阻抗系统，欧姆阻抗系统，=28.4=14.5dB7.13第八、九、十章第八、九、十章 天线天线1 1、请说明天线的功能。、请说明天线的功能。2 2、已知某线天线上的电

27、流复矢量分布为、已知某线天线上的电流复矢量分布为I(z)I(z)，请简要说明求解，请简要说明求解其辐射场的过程。其辐射场的过程。3 3、请说明、请说明互易定理互易定理及其在天线上的应用。及其在天线上的应用。4 4、请说明、请说明惠更斯惠更斯- -夫累涅尔夫累涅尔原理及其在天线上的应用。原理及其在天线上的应用。5 5、天线辐射场的近区和远区如何定义？近区辐射场和远区辐射、天线辐射场的近区和远区如何定义？近区辐射场和远区辐射场各有什么特点？场各有什么特点？ 6 6、赫兹偶极子在远区辐射场是什么传播模式的电磁波？并画出、赫兹偶极子在远区辐射场是什么传播模式的电磁波？并画出其其E E面和面和H H面的

28、辐射方向图。面的辐射方向图。7 7、天线方向图、归一化方向图、波束范围、波束效率、主瓣、天线方向图、归一化方向图、波束范围、波束效率、主瓣、副瓣、波瓣宽度、副瓣电平、方向性系数、增益、分辨率、极副瓣、波瓣宽度、副瓣电平、方向性系数、增益、分辨率、极化、有效口径、有效高度、辐射电阻、输入阻抗、驻波比、频化、有效口径、有效高度、辐射电阻、输入阻抗、驻波比、频带宽度、噪声温度是如何定义的？各自的物理意义是什么？带宽度、噪声温度是如何定义的？各自的物理意义是什么？8 8、请简述雷达截面的物理概念。、请简述雷达截面的物理概念。 9 9、在工作频率、在工作频率3GHz3GHz的无线电线路中，发射机输出功率

29、为的无线电线路中，发射机输出功率为13dBW13dBW，发射天线有效口径为发射天线有效口径为2 2m m2 2，在视线距离，在视线距离20km20km处放置增益为处放置增益为400400的的接收天线，两天线都无损耗且已匹配。求进入接收机的功率。接收天线，两天线都无损耗且已匹配。求进入接收机的功率。解：解：P Pt t=13dBW=20W=13dBW=20W，G Gr r=4A=4Aerer/2 2=400=400， =0.1m =0.1m，A Aerer=1=1m m2 2 由弗里斯传输公式由弗里斯传输公式 Pr=PtAerAet/(r22) =20*2*1/(202*106*0.12) =1

30、0-5W=10W1010、设某雷达工作频率为、设某雷达工作频率为10GHz10GHz，等效连续波发射功率为，等效连续波发射功率为400W400W，接收机灵敏度为接收机灵敏度为-90dBm-90dBm，天线增益为，天线增益为40dBi40dBi。估算该雷达对于。估算该雷达对于0 0dBsmdBsm目标的最大探测距离。目标的最大探测距离。解：雷达工作波长为解：雷达工作波长为0.03m0.03m，目标雷达截面，目标雷达截面0 0dBsm=1mdBsm=1m2 2，接收灵，接收灵敏度敏度-90dBm=10-90dBm=10-12-12W W，假定信噪比为，假定信噪比为10dB10dB 时雷达能够有效发现目时雷达能够有效发现目标，由