南理工2004年《微波技术》A卷分析

1、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：0428903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.审定教师：陈如山组卷教师：车文全，戴永胜一. 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TEii,TM 01和TEoi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)

2、 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 los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=22.86cg 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

3、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)0.32e?2j 二L0.88jj3二0.325 2据此s-参量,请确定该二端口器件的如下外部特性参量 插入相移二；输入驻波比；(3)插入衰减(dB).五假设一个501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)(1) 有效介电常数；(2) 波导波长；(3) 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？六用Smith圆图求图 所示无耗传输线

4、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)二ZZZL=60+j50 门七魔T (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E臂和H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)图微波技术试题答案及评分标准.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

5、间的波长为1m1mm。2. (1)圆波导中TEii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；频率较咼时，衰减大于TE01模。另夕卜，由于存在极化简并，故一般情况下仅作短距离传输之用。(2) TM 01模的场分布是轴对称的。将两段工作在TM 01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

6、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。(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

7、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：.- _ U max"Umin丸g =2 L2L（15 分）(1)求截止频率对于第一段的主模波长为：，cm = 2a = 45.72mm=6.56GHz'cm第二段的主模波长为：cm =1.2 27.432mmcmcm = =10.94GHz(2)波导的工作波长-0 =y =3cm因为'0 - 'cm，所以在中间波导处的信号

8、将会被截止。cm2i -1 =92.72(NP) cm20lg eji=50所以 L=0.06208m=62.08mm截止波导长度为62.08mm2胚丫為 二.1四.(10分)插入相移V -21 "p四1 -1(1)输入驻波比2=3=1.941-S11-0.32插入衰减L2 二-20lg S>1 =1.11dBS212五.(15分) r =2.33,h =1.27mm,w = 3.913mmh 1.27 mm ,0.325w 3.913mm有效介电常数为：re112h 一2 1 -I w丿-2.00(2)工作波长知=了 = 84.9mm(3)由于微带谐振器的两个开路端与接地板之

9、间存在边缘效应，相当于微带线延1 1长2L.因此谐振条件为L+2 4 =1 n p.所以L=1 n p -2 让2 p 2 p波导波长w名十03 + 0.264而 丄=0.412上 亠山0.598mm-0 3 Wre 0.3 0.8hL= n 2 0.598=42.80n-1.197(mm) q其中 n=1,2,3六.(20分)(1)负载的归一化阻抗 右二彳二60 U=1.2j1Zo 50找到位于圆图上的对应点，记为A。则可读出驻波比r =2.4反射系数丨二=0.411 P+1对应的角度为0.3二:2 口 ej0%=0.41ej0.3二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ZB =0.41 - j0.05传输线的输入阻抗 Zin 二ZBZ0 =(0.41 - j0.05) 50门=20.5- j2.5扎由题知 60mm . - 120mm2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AD =0.25, -0.175' =0.075' =9mmAC =05 -0.1750.325 39mm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.电压波腹点对应的归一化阻抗值为ea