微波技术与天线复习题

1、微波技术与天线复习题填空题一、1 长（最短）的波段，其频率范围从（300MHz）至（3000GHz），通常以将微波波段划分为(分米波）、（厘米波)、（毫米波）和（亚毫米波）四个分波段.2 得出传输线上（电场）和（磁场)的表达式，进而分析(传输特性）.3 无耗传输线的状态有（行波状态)、（驻波状态)、(行、驻波状态)。4 波导的(耦合)，波导的激励与耦合的本质是电磁波的(辐射）和（接收),由于辐射和接收是(互易)的，因此激励与耦合具有相同的（场）结构。5 微波集成电路是（微波技术）、（半导体器件）、（集成电路）的结合。6 色散）、（波导色散）、（模间色散）。7 测量）的方法来验证。另外还可以根据

2、微波元件的工作特性(综合）出要求的微波网络，从而用一定的(微波结构）实现它，这就是微波网络的综合。8 等功能.9 电波传播的方式有(视路传播）、（天波传播）、（地面波传播）、（不均匀媒质传播）四种方式.10 面天线所载的电流是（沿天线体的金属表面分布）,且面天线的口径尺寸远大于11得出传输线上（电场）和（磁场）的表达式,进而分析（传输特性)。12性）、(散射特性)、（抗低频干扰特性）。13方法实质上在一定条件下是（“化场为路”）的方法。1415波导的激励有(电激励)、（磁激励）、（电流激励)三种形式.16单模光纤所传输的模式实际上是圆形介质波导内的主模（ ），它没有（截止频HE11率）.17微

3、波网络是在分析(场)分布的基础上，用（路）的分析方法,将微波元件等效为（电抗或电阻）元件,将实际的导波传输系统等效为（传输线），从而将实际的微波系统简化为（微波网络）。18微波元件是对微波信号进行必要的（处理）或(变换),微波元件按变换性质可以分为（线性互易元器件）、（非线性互易元器件)、（非线性元器件）三大类。19研究天线的实质是研究天线在空间产生的（电磁场)分布，空间任意一点的电磁方程并满足边界条件）.20横向尺寸远小于纵向尺寸并小于(波长)的细长结构天线称为线天线,它们广泛地应用于（通信、雷达）等无线电系统中，它的研究基础是（等效传输线理论）。21用口径场方法求解面天线的辐射场的方法是：

4、先由场源求得口径面上的（场分布），再求出天线的（辐射场），分析的基本依据是（惠更斯菲涅尔原理）。问答题二、1、抛物面天线的工作原理是什么？(8分)答:置于抛物面天线焦点的馈源将高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，如果馈源辐射理想的球面波，而且抛物面口径尺寸为无限大时，则抛物面就把球面波变为理想的平面波，能量沿Z轴正向传播，其它方向的辐射为零，从而获得很强的方向性。2、什么是视距传播？简述其特点.（8分）发射天线和接收天线处于相互能看得见的视线范围内的传播方式叫视距传播。3）特点为：.5 ）r h h ()3V12b.大气对电波将产生热吸收和谐振吸收衰减。c.场量:eE E a f )

5、Fr3。什么是微波？其频率范围是多少？它分为几个波段答：微波在电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从300MHz至3000GHz，通常以将微波波段划分为分米波、厘 分）4.什么是波导的激励和耦合?激励与耦合的本质是什么？激励与耦合的场结构是否相同?（5分）答：在波导中产生各种形式的导行模称为波导的激励，从波导中提取微波信息称为波导的耦合，波导的激励与耦合的本质是电磁波的辐射和接收，由于辐射和接收是互易的，因此激励与耦合具有相同的场结构。5。微波具有的哪些主要特点（6分)答:微波具有的主要特点是似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频

6、干扰特性。6天线研究的实质是什么？并阐述抛物面天线的工作原理（9分）答：研究天线的实质是研究天线在空间产生的电磁场分布,空间任意一点的电磁场都满足麦克斯韦方程足边界条件。置于抛物面天线焦点的馈源将高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，如果馈源辐射理想的球面波，而且抛物面口径尺寸为无限大时，则抛物面就把球面波变为理想的平面波，能量沿 Z 轴正向传播，其它方向的辐射为零,从而获得很强的方向性。7什么是天波传播？天波静区的含义是什么？(5分)天波传播。.2当时，以发射天线为中心的一定半径内不能有天波到达，从而形成一） 0个静区，这个静区叫天波的静区。.。3四、解答题（10分)5mm解:1）明

7、确圆波导中两种模式的截止波长：.43.4126 ; 2.6127aaCTE 2)题意要求单模传输，则应满足：32.6127a 3.4126a1.47mma1.91mm TE1132、一卡塞格伦天线,其抛物面主面焦距：,若选用离心率为e2.5的双曲副反f 2m 分)e1f Af efe1（2）将数据代入得：2f 4.67me3、已知圆波导的直径为 5cm，填充空气介质,试求TE11、TE01、TM01 三种模式的截止波长当工作波长分别为 7cm，6cm,3cm 时,波导中出现上述哪些模式。当工作波长为 时，求最低次模的波导波长。(12分)） cm7解：1）求截止波长。.3TE11:3.4126a

8、85.3150mmCTE2.6127a65.3175mm TE01:1.6398a40.9950mm2)判断。6a当工作波长时，只出现主模 TE11. 70CTE mm b当工作波长c当工作波长,便出现TE11，TM01。 60 mm ,CTE ,便出现TE11，TM01，TE01。 30 mm ,CTE 3）求波导波长3122.4498mmg1( )2c4、一卡塞格伦天线，其抛物面主面焦距：反射面，求等效抛物面的焦距。(5分)，若选用离心率为的双曲副f 2me 2.4e1f例 1- 工作频率为300MHz， 终端接有负载Zl=25+j75(),试求串联短路匹配支节离负载的距离l1及短路支节的

9、长度l2。Z Z =0.333+j0。667=0。7454j 111Z 6.854111 l11arctan0.14621max1 1例21设某矩形波导的尺寸为a=8cm，b=4cm； 试求工作频率在3GHz时该波m )f2m 0.16( ) m 2 ) m a2r2 sin sinddr2Il1222200 2l2zI(z) I )0h解: z轴排列组成的， 如图 6 -9所示。e I(z)dzjkredzhrr r zr r所以Ihr0h4sin (khcos )22sin(khcos)z2F 2he jkzcos dzhkcoshk cos 22h则22 )1 2F F kcos12h因

10、为 所以F1+F2h因而有e E j30I( )0rErH je05)求辐射电阻辐射功率为1 2 E H ddp200将 和 代入上式， 同时考虑到HE1p IR202短振子的辐射电阻为hR ( )226)方向系数为D1.5 2 ,) sin F2d d00由此可见， 当短振子的臂长 h 电流三角分布时的辐射电阻和方向系数与电流正弦分布的辐射电阻和方向系数相同， 也就是说, 电流分布的微小差别不 在分析天线的辐射特性时, 当天线上精确的电流分布难以求现在我们来讨论其有效长度。 根据有效长度的定义, 归于输入点电流的有效长度为zIIhhh这就是说， 长度为2h、电流不均匀分布的短振子在最大辐射方

11、向上的场强与长度为h、电流为均匀分布的振子在最大辐射方向上的场强相等，如图 6-10 所示。由于输入点电流等于波腹点电流, 所以归于输入点电流的有效长度等于归于波腹点电流的有效长度， 但一般情况下是不相等的.例z轴放置且沿x方向排列的半波振子,在/2时的H面和E面方向图。H4天线阵的H面方向图如图811,在由图811 0析其原因。cos cos2F ) cos (sinsin4E显然，E面的阵方向图函数必须考虑单个振子的方向性。图812示出了利用方向图乘积定理得出的E面方向图.由图812可见，单个振子的零值方向在=0和=180 处,阵因子的零值在=270处，所以，阵方向图共有三个零值方向,阵方

12、向图包含了一个主瓣和两个旁瓣。例 9-1设有一矩形口径ab位于xOy平面内,口径场沿y方向线极化， 其2x口径场的表达式为：求：, 即相位均匀, 振幅为三角形分布,其中|x|a。E 1S2ayejkRdsjk(x sincosy sinsinR2SSMS求E ?HdS dx dySassejkR 1cos 2x a/21b/sE jSedxdyjkxsin2a HSSa/2b/s1cos2e jkR jb a/2(1 x )eedxjkx sinjkxsinR2SSaSS0最后积分得1 sin /22E AS2 /2H其中,e 1cosA jRS ab223）求 H面方向函数所以其 H面方向函

13、数为sin(kasin/2) 1cos2F ) kasin/22H4）求主瓣半功率波瓣宽度由sin( sin)1ka42sin求得主瓣半功率波瓣宽度为0.5Ha5）第一旁瓣电平为20log 0.05 26(dB)1012xS将代入（9212）得方向系数：ab)2dxdy 2S2SSaab22所以口径利用系数 =0。75。可见口径场振幅三角分布与余弦分布相比 ,主瓣宽度展宽, 旁瓣电平降低，口径利用系数降低。1综合类设无耗传输线的特性阻抗为工作频率为300MHz,终端接有负载 试求串联短路匹配支节离负载的距离 及短路支节的长度（只l2Z Z =0.333+j0.667=0。7454 e j 11

14、011Z101 11 1 lmax111l l 1max1l 2 波导波长g和截止波长c满足以下关系(10gc22gckccg(2）结论 gck 2222cgcg3并确定不引起附加反射的条件(12 123cos jZ sin1 00A cos1 Z000cos B Z sin000sinjsin cos0Z00Z 000004一般综合一长度为 2h(h)中心馈电的短振子, 其电流分布为:z， 其中 I0 为输入电流, 也等于波腹电流 Im ， 已知短振子的辐射场0he( )0rErH je00rEH e012 E H r ddp2200E12hR 22D1.5 2 ,) sin F2d d00

15、z00h5三基类有两个平行于z轴并沿x轴方向排列的半波振子,已知半波振子的cos( cos)2;阵因子为：cos sin ；当 sin2=/2时，试分别求其 E面和 H面方向函数， （8分）解：(1)由方向图乘积定理：二元阵的方向函数等于元因子和阵因子方向函数之乘积，于是有:cos( cos)2F ) cos( cos)2F ) cos sin);sin4E(3)当 900时，得到 H面方向函数：) );41 综合类 一均匀无耗传输线的特性阻抗为70,负载阻抗为Zl=70+j140，工115.8111arctan 1l 2 a=8cm,b=4cm;试求工作频率在3GHz时该波导能m ) fm

16、0.16( ) m 2 ) m a222i Yu (i )122i a b111111u a b i a b222222Y2b 1a22Yb 2a 1a22 4一般综合长度为 2h（h）沿 z 轴放置的短振子, 中心馈电， 其电流分布为 式中 k=2/， 知短振子的辐射场(电场、 磁场）EEH kh22 rmeEEkhH 22 rmE 200r2E22 d d020122m4D1.5 2 ,) sin F200hN2 当 N=6 时则得天线阵相对于的归一化阵方) ;N1 sin3) ;2其中当 时为边射阵的归一化方向函数 0) ;sin( cos)21 sin3(cos) ;2,终端接有未知负

17、载 现在ZZ 501传输线上测得电压最大值和最小值分别是 100mV和 Z3min11maxmin312 e ejj3311;Z Z1101ZYZVZ 111IAC1I 02VZ 112IC212I 01Z 222BC2I 01ZZZZ ACCZZ ZCBCYZ1ZBCCZ ZABABCCACf g4 及变换rr2 Z Z Z2）根据传输线的四分之一波长阻抗变换性:，得 000rrrrc3 ;2.37frg2g4，ImI h I(z)dz I sin(hz dz)hhmenm002m222Z j30()1Z ?0200?10Z 502201 ej31 211zmin1z418z0分）Z ?11Z BX) j(2X )10BZ 1jBZ jX 00jB1求得：2X 2BZ00如图，有一驻波比为 1.75 的标准失配负载，标准波导的尺寸为，当不考虑阶梯不连续性电容时，求失配波导的窄边尺寸 .(14分)b10解：1)根据等效传输线理论,设波导的主模为 TE10，则其等效特性阻抗：4bb011aTE10e