微波技术与天线复习大纲(DOC)

1、微波技术与天线复习纲领(DOC)微波技术与天线复习纲领(DOC)27/27微波技术与天线复习纲领(DOC)微波技术与天线复习纲领绪论一、基本见解1、什么是微波，微波的波段怎样区分？答：微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，频次范围从300MHz到3000GHz，波长从0.1mm到1m。平常，微波波段分为米波、厘米波毫米和亚毫米波四个波段。2、微波有何特色及特色？答：似光性；穿透性；宽频带特色；热效应性；散射性；抗低频搅乱性；视距流传性；散布参数的不确立性；电磁兼容和电磁环境污染。第一章均匀传输线理论一、基本见解1、什么是微波传输线（或导波系统）？答：微波传输线（或导波系统）是用以传输信

2、息和能量的各样形式的传输系统的总称。它的作用是指引电磁波沿必定的方向传输，因此又称为导波系统，它所指引的电磁波称为导行波。2、什么是均匀传输线，它是怎样分类的？答：截面尺寸、形状、媒质散布、资料及界限条件均不变的导波系统成为规则导波系统或均匀传输线。可大概分为三各样类：1）双导体传输线（或TEM波传输线）；由两根或两根以上的平行导体组成，主要包含平行双线、同轴线、带状线和微带线等。因为其上传输的电磁波是TEM波或准TEM波，因此又称为TEM波传输线。2）波导：均匀填补介质的金属波导管，主要包含矩形波导，圆波导、脊形波导和椭圆波导等。3）介质传输线：因电磁波沿此类传输线表面流传，故又称为表面波波

3、导，主要包含介质波导，镜像线和单根表面波传输线等。二、计算题（一般是课后练习题）1.1设一特色阻抗为50的均匀传输线终端接负载R1=100，求负载反射系数。在负载0.2，0.25及0.5处的输入阻抗及反射系数分别为多少？解：，因为，故当分别为0.2，0.25及0.5时有：，将上述所算得的反射系数带入求输入阻抗的公式则有（化简单）1.4有一特色阻抗=50的无耗均匀传输线，导体间的媒质参数=2.25，=1，终接=1的负载。当=100MHz时，其线长度为。试求：1）传输线的实质长度。（2）负载终端反射系数。（3）输入端反射系数。（4）输入端阻抗。解：先求波长，欲求波长应知道波的流传速度（一下简称为波

4、速）。波速此中，分别是自由空间中电介质常数和磁导率常数，分别是相对电介质常数和相对磁导率常数，为光速。，于是，1）传输线的实质长度2）负载终端反射系数3）输入端反射系数4）输入端阻抗1.11设特色阻抗为=50的无耗均匀传输线，终端接有负载阻抗为复阻抗时，可以用一下方法实现阻抗变换器般配：即在终端或在阻抗变换器前并接一段终端短路线，试分别求这两种状况下阻抗变换器的特色阻抗及短路线长度。解：图(a)中的短路线的输入导纳为，由，可获得短路线的长度，此时终端等效为纯电阻，即。因此阻抗变换器的特色阻抗为。图(b)中的终端负载经过阻抗变换器变换后的输入导纳为，短路线的输入导纳为，由，可获得阻抗变换器的特色

5、阻抗及短路线的长度，。第二章规则金属波导一、基本见解1、规则金属波导是用什么方法来分析的？答：一般采纳场分析的方法，即麦克斯韦方程组加界限条件的方法。2、试写出金属波导内部的电磁波知足的矢量亥姆霍兹方程。答：此中3、试说明为何规则金属波导内不可以传输TEM波？答：假如内部存在TEM波，则要求磁场应完幸亏波导的横截面内，并且是闭合曲线。由麦克斯韦第一方程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线订交链的电流。因为空心金属波导中不存在轴向（即流传方向）的传导电流，因此必需求有流传方向的位移电流。因为位移电流为，这就要求在流传方向有电场存在。明显，这个结论与TEM波（即不存在流传方向的电场也不存在流传方向

6、的磁场）的定义互相矛盾，因此，规则金属波导内不可以流传TEM波。二、计算题（一般是课后练习题）2.2矩形波导的横截面尺寸为,将自由空间波长为、和的信号接入此波导，可否传输？若能，出现哪些模式？解：当时信号能传输，矩形波导中各模式的截止波长，因此，的信号不可以传输；的信号能传输。工作在主模，的信号能传输，矩形波导存在三种模式。第三章微波集成传输线一、基本见解1、什么是微波集成传输线？答：它是由微波技术与半导体器件及集成电路联合而成的，进而产生了集成化的平面构造的微波传输线，集成化的微波传输线称为微波集成传输线。2、微波集成传输线拥有何特色？答：（1）体积小、重量轻、性能好，一致性号，成本低；（2

7、）拥有平面构造，经过调整单调平面尺寸来控制其传输特色。3、微波集成传输线可分哪几类，各样主要有那些？答：（1）准TEM波传输线，主要有微带传输线和共面波导管；（2）非TEM波传输线，主要有槽线、鳍线等；（3）开放式介质波导传输线，主要包含介质波导、镜像波导等；（4）半开放式介质波导，主要包含H形波导，G形波导。二、计算题（一般是课后练习题）3.1微带工作在什么模式？其相速度和光速、带内波长与空间波长分别有什么关系？答：微带工作在TEM模下，TM模中最低次模是模，其截止波长为，在模，其截止波长为，其相速度和光速的关系为，带内波长与空间波长的关系为3.2一根以聚四乙烯（）为填补介质的带状线，已知,

8、，求此带状线的特色阻抗及其不出现高次模的最高工作频次。解：依据公式（教材第59页3-1-4）可求得特色阻抗。带状线的主模式为TEM模，若尺寸选择不好也会惹起高次模，为了控制高次模，带状线的最散工作波长应知足：，因此，因此其最高工作频次为3.7证明耦合系数与奇、偶特色阻抗存在以下关系：证明：因为，因此有?3.12介质波导到模的截止条件是什么？与传统的金属波导比较它有哪些特色？答：（圆形）介质波导的也和金属波导同样有截止现象，他们在截止时是简并的，其截止频次均为，式中，是零阶贝塞尔函数的第个根。特别地，时，有，因此当时，（圆形）介质波导可实现单模传输。其长处是：1）在很宽的频带和较大的直径变化范围

9、内，模的耗资较小；2）它可以直接由矩形波导的主模激励，而不需要波形变换。3.13已知光纤直径，求单模工作的频次范围。解：由，取，则3.14已知的阶跃光纤，求的单模光纤的直径，并求此光纤的NA。解：取，由得，。其他，第四章微波网络基础一、基本见解1、什么是微波网络？答：在分析电磁场散布基础上，用“路”的分析方法将微波元件用电抗或电阻网络来等效，将波导传输系统用传输线来等效，进而将实质的微波系统简化为微波网络。2、什么是网络分析？答：借助于“路”的分析方法，经过分析网络的外面特色，总结出系统的一般传输特色，如功率传达、阻抗般配等。3、什么是网络综合？答：依据微波元件的工作特色设计出要求的微波网络，

10、进而用必定的微波构造来实现。二、计算题（一般是课后练习题）4.2试求图示网络的A矩阵，并确立不惹起附带反射的条件。解：该题可分解为三个网络的级联分别可如教材93页表4-2的“并联导纳”、“短截线”、“并联导纳”。这三个网络的A矩阵分别为，于是，此中4.4试求图示终端接般配负载时的输入阻抗，并求出输入端般配的条件。解：为了不惹起反射，则需，进而有，一般可取4.5设某系统以以下列图，双端口网络为无耗互易对称网络，在终端参照面T2处接般配负载，测得距参照面T1距离处为电压波节点，驻波系数为1.5，试求该双端口网络的散射矩阵。解：设参照面T1处的反射系数为，其模值和相位为：，因此有，由S参数的定义知，

11、依据网络的互易性有，网络的对称性有。依据网络无耗的性质：于是我们可以获得两个方程：解上述方程可得：，故而，4.6试求以以下列图并联网络的S矩阵。解：分别设端口1和端口的入射波和反射波为，端口1和2的电压和电流分别为和。分别对端口1列出其电压和电流方程，依据入射波、反射波与电压、电流的关系，经变换获得：，第五章微波元器件一、基本见解1、什么是微波元件？答：在微波系统中，实现信号的产生、放大、变频、般配、分派、滤波等功能的零件，称之为微波元件。2、微波元件可分哪些类，各样主假如那些？答：微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件及非线性元器件三大类。1）线性互易元器件只对微波信号

12、进行线性变换而不改变频次特色并知足互易定理，主要包含：微波连结般配元件、功率分派元器件、微波滤波器件及微波谐振器件等。2）非线性互易元器件主假如指铁氧体器件，它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性地区，主要包含：间隔器、环形器等。3）非线性器件能惹起频次的改变，进而实现调制、变频等，主要包含：微波电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管及微波点真空器件等。二、计算题（一般是课后练习题）5.1有一矩形波导终端接般配负载，在负载处插入一可调螺钉后，测得驻波比为1.94，第一个波节点离负载距离为0.1，求此时负载处的反射系数及螺钉的归一化电纳值。解：插入螺钉后的反射系数模值为：反射系数的相位可由

13、下式确立，由反射系数与导纳之间的关系：，可得5.9证明以以下列图微带环形电桥的各端口接般配负载时，各段的归一化特色导纳为。证明：微带环形电桥的各支路可用以下列图来等效。依据传输线四分之一波长的阻抗变换性：，信号从到与从到两条支路并联，端口的输入导纳为因此即信号由到与到两条支路并联，同理。5.13设矩形谐振腔由黄铜制成，其电导率，其尺寸为，试求模式的谐振腔波长和无载质量因数的值。解：谐振腔波长为：矩形谐振腔的表面阻抗为无载质量因数为：5.15试说明以以下列图双Y结环形器的工作原理。答：设两个环形器的连结端口为，依据Y结环形器的工作原理，当信号从端口输入时，端口有输出，而端口为间隔端无输出，输入到

14、端口的信号从端口输出，端口为间隔端无输出。近似分析可得信号从端口输入，则端口输出，端口、间隔，进而形成了信号的环形。第六章天线辐射与接收的基本理论一、基本见解1、什么是天线？答：用来辐射和接收无线电波的装置称之为天线。2、天线有哪些基本功能？答：（1）天线应能将导波能量尽可能多地转变成电磁波能量。这第一要求天线是一个优秀的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机般配或与接收机般配。（2）天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接收，即天线拥有方向性。（3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适合的极化。（4）天线应有足够的工作频带。3、天线可分哪几类？答：（1）

15、按用途的不同样，可将天线分为通讯天线、广播电视通讯、雷达天线等。2）按工作波长的不同样，可将天线分为长波、中波、短波、超短波和微波天线等。（3）按辐射元的种类，可大概分为线天线和面天线。二、计算题（一般是课后练习题）6.5设某天线的方向图以以下列图，试求主瓣零功率波瓣宽度、半功率波瓣宽度、第一旁瓣电平。解：主瓣零功率波瓣宽度为：。主瓣半功率波瓣宽度为：。第一旁瓣电平：6.6长度为（）沿轴搁置的短振子，中心馈电，其电流散布为，式中，试求短振子的：辐射电子；方向系数；有效长度（归于输入电流）。解：因为，因此短振子的电流可近似为短振子的辐射场为：辐射功率为：将辐射电场带入上式得：，于是辐射电阻为：；

16、方向系数为：有效长度：第七章电波流传概论一、基本见解7.1什么是衰败？简述惹起衰败的原由。答：所谓衰败（Fading），一般是指信号电平随时间的随机起伏。依据惹起衰败的原由分类大概可分为汲取型和搅乱型衰败。汲取型衰败主假如因为传输媒质电参数的变化，使信号在媒质中的衰减发生相应的变化而惹起的；搅乱型衰败主假如由随机多径干预现象惹起的。7.2什么是传输失真？简述惹起失真的原由。答：无线电波经过媒质除产生传输耗资外，还会产生信号失真振幅失真和相位失真。产生失真的原由有两个，一是媒质的色散效应，二是随机多径传输效应。7.3什么是视距流传？简述视距流传的特色。答：所谓视距（Horizon）流传是指发射天

17、线和接收天线处于互相能看得见的视野距离以内的流传方式。地面通讯、卫星通讯及雷达等都可采纳这类传输方式。主要用于超短波和微波段的电波流传。在大气中它的流传路线是一个下曲折的弧线。7.4何谓天波流传？简述天波流传的特色。答：天波流传平常是指自觉射天线发出的电波在高空被电离层反射后抵达接收点的流传方式，有时也称电离层电波流传，主要用于中短波通讯。其特色是（1）对通讯信号的频次有影响；（2）随机多径效应严重、通讯带宽较窄；（3）电离层对反射信号的频次是有限的；（4）受地面汲取及阻拦物的影响较小、传输耗资小能进行长距离的通讯；（5）简单易行。第八章线天线一、基本见解1、什么是线天线？主要用在哪些系统中？

18、答：横向尺寸远远小于纵向尺寸并小于波长的修长构造的天线称为线天线，它宽泛用在通讯、雷达等无线系统中。二、计算题（一般是课后练习题）8.4一半波振子臂长为，直径，工作波长，试计算其输入阻抗。解：因为，查书P158图84得：。其等效特色阻抗为由，查书P161图86得：，即。输入阻抗为8.5有两个平行于并沿轴方向摆列的半波振子，若；时，试求其方向函数。解：半波振子的方向函数为：，振因子：,此中。由方向图乘积定理，二元阵的方向函数等于二者的乘积1）时：令得面方向函数：令得面方向函数：2）时：令得面方向函数：令得面方向函数：8.9五元二项式天线阵，其电流振幅比为1：4：6：4：1，各元间距为，求此天线阵

19、的方向函数；计算其主瓣半功率波瓣宽度解：五元二项式天线阵方向函数为：28.10设以半波振子为接收天线，用来接收波长为，极化方向与振子平行的线极化平面波，试求其与振子细线垂直平面内的有效接收面积。解：半波振子的方向系数D=1.64，与振子细线垂直平面内的有效接收面积为8.11设在相距1.5的两个站之间进行通讯，每站均以半波振子为天线，工作频次为300MHz,若一个站的发射功率为100W，则另一个站的般配负载中能获得多少功率？解：设般配负载汲取的均匀功率为，则接收天线的有效接收面积为此中为发射天线的功率流密度。因此而因此8.12直立阵子的高度为，当工作波长，求它的有效高度以及归于波腹电流的辐射电阻

20、。解：归于波腹电流的有效高度因为，用近似公式：8.16一个七元引向天线，反向器与有源阵子的间距为，各引向器等间距摆列，且间距为，试预计其方向系数。解：在工程上，多元引向器的方向系数用下式预计：式中为引向天线的总长度：，为比率系数，查书P175图833得,因此。第九章面天线一、基本见解1、什么是面天线，应用在什么波段？答：电流散布在天线体的金属表面，且口径尺寸远远大于工作波长的天线称之为面天线，平常应用在无线电频谱的高频段，特别是微波波段。2、常用的面天线有哪些？答：常用的面天线主要有抛物面天线，卡塞格伦天线两种。二、计算题（一般是课后练习题）9.2有一位于平面上的正方形口径，工作波长为3cm,面半功率波瓣宽度为，口径场散布沿轴方向线极化，其表达式为。试求：面半功率波瓣宽度;面方向图第一旁瓣点平；口径利用因数和天线的增益；解：由题意可知，口径场沿方向都是均匀散布且尺寸同样，因此面和面的方向系数完满同样，或许说方向图完满同样，自然半功率波瓣宽度也同样，因此面半功率波瓣宽度为面方向图第一旁瓣点平可以经过查教材P200图9-7曲线得其方向图由教材P200公式（9213）得，即9.7假定有一位于平面内尺寸为的矩形口径,口径内场为均匀