微波技术与天线复习大纲

1、微波技术与天线综述介绍一.基本概念1.什么是微波，如何划分它的波段？答：微波是电磁波谱中介于超短波和红外线之间的波段，频率范围从300兆赫到3000千兆赫，波长从0.1毫米到1米一般来说，微波波段分为四个波段：毫米波、厘米波毫米波和亚毫米波。2.微波的特点和特性是什么？回答：亮度；渗透；宽带特性；热效应；散射；抗低频干扰；视觉范围传递率；分布参数的不确定性；电磁兼容性和电磁环境污染。第一章均匀传输线理论一.基本概念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)是用于传输信息和能量的各种传输系统的总称。它的功能是引导电磁波向某个方向传播，所以它也被称为导波系统，它所引导的电磁波

2、被称为导波。2.什么是统一传输线，它是如何分类的？答：具有恒定横截面尺寸、形状、介质分布、材料和边界条件的导波系统成为规则导波系统或均匀传输线。大致可以分为三种类型：(1)双导体传输线(或瞬变电磁波传输线)；它由两个或多个平行导体组成，主要包括平行双线、同轴线、带状线、微带线等。由于在其上传输的电磁波是透射电子显微镜波或准透射电子显微镜波，它也被称为透射电子显微镜波传输线。(2)波导：均匀填充介质的金属波导，主要包括矩形波导、圆形波导、脊形波导、椭圆形波导等。(3)介质传输线：也称表面波波导，因为电磁波是沿介质传输线的表面传播的，主要包括介质波导、反射镜线和单表面波传输线。第二，计算问题(通常

3、是课后练习)1.1设置均匀的传输线终端负载R1=100，特性阻抗为50，并计算负载反射系数。负载分别为0.2、0.25和0.5时，输入阻抗和反射系数是多少？解决方案：，由于，当分别为0.2、0.25和0.5时，有：,将上述计算的反射系数带入输入阻抗的公式如下(缩写)1.4特性阻抗=50，导体间介质参数=2.25，=1，终端负载=1的无损均匀传输线。当=100兆赫时，线路长度为。尝试找到：(1)传输线的实际长度。(2)负荷终端的反射系数。(3)输入反射系数。(4)输入阻抗。解决方案：首先应该计算波长，对于所需的波长，应该知道波的传播速度(以下称为波速)。波速度其中，自由空间中介电常数和磁导率常数

4、分别为相对介电常数和相对磁导率常数，为光速。所以，(1)输电线路的实际长度(2)负荷终端的反射系数(3)输入反射系数(4)输入阻抗1.11如果设置一条特性阻抗=50的无损均匀传输线，并且终端连接一个负载阻抗为的复阻抗，阻抗变换器的匹配可以通过以下方法实现：在终端或阻抗变换器的前面并联一段终端短路，并尝试分别求出这两种情况下阻抗变换器的特性阻抗和短路长度。解决方案：图(A)中短路线的输入导纳为，由此，可以获得短路线的长度，此时端子等效于纯电阻，即阻抗转换器的特性阻抗为。图(b)中的终端负载在被阻抗转换器转换后的输入导纳为，短路的输入导纳为，由此可以获得阻抗转换器的特性阻抗和短路的长度。第二章规则

5、金属波导一.基本概念1.用什么方法来分析规则的金属波导？答：一般采用场分析方法，即麦克斯韦方程加边界条件。2.试着写向量答：如果电磁波存在于波导内部，则要求磁场完全在波导的横截面内，并且是一条闭合曲线。根据麦克斯韦的第一个方程，闭合曲线上的磁场积分应该等于与曲线相交的电流。因为在中空金属波导中没有轴向(即传播方向)的传导电流，所以需要传播方向上的位移电流。由于位移电流为，这要求在传播方向上存在电场。显然，这个结论与瞬变电磁波的定义相矛盾(即在传播方向上没有电场或磁场)。因此，透射电镜波不能在规则金属波导中传播。第二，计算问题(通常是课后练习)2.2矩形波导的横截面尺寸为，自由空间波长为，的信号

6、可以传输到该波导中吗？如果是，将出现哪些模式？解决方案：当信号可以传输时，矩形波导中各模式的截止波长，因此，的信号无法传输。信号可以传输。在主模式下工作时，可以传输信号。矩形波导有三种模式。第三章微波综合传输线一.基本概念1.什么是微波集成传输线？答：它是将微波技术与半导体器件和集成电路相结合，形成一条集成的平面微波传输线，称为微波集成传输线。2.微波集成传输线的特点是什么？答：(1)体积小、重量轻、性能好、数量一致、成本低；(2)它具有平面结构，其传输特性通过调整单个平面的尺寸来控制。3.微波集成传输线可以分为哪些类型？主要有哪些类型？答：(1)准TEM波传输线主要包括微带传输线和共面波导；

7、(2)非瞬变电磁波传输线主要包括槽线、鳍线等。(3)开放式介质波导传输线，主要包括介质波导、镜面波导等。(4)半开放介质波导主要包括H形波导和G形波导。第二，计算问题(通常是课后练习)3.1微带在什么模式下工作？相速度和光速、带内波长和空间波长之间有什么关系？答：微带在透射电子显微镜模式下工作。模式中最低的辅助模式是模式。它的截止波长是。在模式中，其截止波长为。相速度和光速之间的关系是。带内波长和空间波长之间的关系是3.2填充有聚乙烯()的带状线被称为、以找出带状线的特性阻抗及其最高工作频率(无高阶模式)。解决方法：根据教材第59页的公式(3-1-4)，可以得到特征阻抗。带状线的主要模式是瞬变

8、电磁模式。如果尺寸选择不当，将导致高阶模式。为了抑制高阶模，带状线的最短工作波长应满足：因此，其最高工作频率为3.7证明耦合系数与奇偶特性阻抗有如下关系：证据：因此，有3.12从介质波导到模式的截止条件是什么？与传统的金属波导相比，它有什么特点？答：(圆形)介质波导和金属波导有相同的截止现象。它们在截止时退化，它们的截止频率都是零阶贝塞尔函数的第一个根。特别是，有时，有，所以在那个时候，(圆形)介质波导可以实现单模传输。其优点是：(1)在宽频带和大直径变化范围内，模式损耗小；(2)它可以直接被矩形波导的主模激励，无需波形变换。3.13给定光纤直径，找出单模工作的频率范围。解决方案：通过，拿3.

9、14对于已知的阶跃光纤，计算单模光纤的直径，并计算光纤的NA。解决方法：抓住它，抓住它。此外，第四章微波网络基础一.基本概念1.什么是微波网络？答：在电磁场分布分析的基础上，“电路”分析法被用来等效具有电抗或电阻网络的微波元件答：根据微波器件的工作特性，所需的微波网络是用一定的微波结构来设计和实现的。第二，计算问题(通常是课后练习)4.2尝试找到图形网络的A矩阵，并确定不会引起额外反射的条件。解决方法：问题可以分解为三个串联的网络，在教科书第93页的表4-2中可以描述为“并联导纳”、“短截线”和“并联导纳”。这三个网络的矩阵是，所以，其间4.4当终端连接到匹配负载时，尝试查找输入阻抗，并查找输

10、入端的匹配条件。解决方案：为了不引起反射，这是必要的，因此通常是可取的4.5如图所示设置系统。双端口网络是无损互易对称网络。匹配负载连接到终端参考平面T2。距参考平面T1的测量距离是驻波系数为1.5的电压节点。试着找出双端口网络的散射矩阵。解决方法：让参考平面T1处的反射系数为，其模量和相位为：结果是，从S参数的定义出发，根据网络的互易性，网络的对称性是。根据网络的无损特性：所以我们可以得到两个方程：求解上面的等式给出：因此，4.6尝试找到如图所示的并行网络的S矩阵。解决方案：将端口1和2的入射波和反射波分别设置为，端口1和2的电压和电流分别设置为。分别列出了端口1的电压和电流方程。根据入射波

11、和反射波与电压和电流的关系,转换后，得到如下结果：,第五章微波组件一.基本概念1.什么是微波组件？答：在微波系统中，实现信号产生、放大、变频、匹配、分配和滤波功能的部件称为微波部件。2、微波元件可分为哪些种类，所有种类主要是那些？答：微波元件根据其转换特性可分为三类：线性互易元件、线性非互易元件和非线性元件。(1)线性互易元件只对微波信号进行线性变换，不改变频率特性，满足互易定理，主要包括微波连接匹配元件、功率分配元件、微波滤波器元件和微波谐振元件。(2)非线性互易分量主要指铁氧体分量，其散射矩阵不对称，但仍在线性区域工作，主要包括隔离器、环行器等。(3)非线性器件会引起频率变化，从而实现调制

12、和变频等。主要包括：微波电子管、微波晶体管、微波固态谐振器、微波场效应管和微波点真空器件等。第二，计算问题(通常是课后练习)5.1有一个矩形波导终端连接到匹配负载。在负载处插入可调螺钉后，测得驻波比为1.94，第一波节到负载的距离为0.1。计算负载处的反射系数和此时螺钉的归一化电纳值。解决方案：插入螺钉后反射系数的模数值为：反射系数的相位可以由以下等式确定，从反射系数和导纳的关系，我们可以得到5.9如图所示，当微带环形桥的每个端口与一个匹配负载相连时，每个段的归一化特征导纳为。证明了微带环形桥的每一分支都可以等效为下图。根据传输线四分之一波长的阻抗可转换性：,至的信号与至的两条支路并联，端口的

13、输入导纳为因此也就是说，同样，从到和到的信号并联连接。5.13将矩形谐振腔设置为由黄铜制成。它的电导率和尺寸是，试着找出谐振腔波长的值和模式的空载品质因数。解决方案：谐振腔波长为：矩形谐振腔的表面阻抗为空载质量因数为：5.15试着解释双重的工作原理答：用来辐射和接收无线电波的设备叫做天线。2.天线的基本功能是什么？答：(1)天线应能尽可能将导波能量转换成电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机或接收机相匹配。(2)天线应尽可能将电磁波集中在要求的方向，或最大限度地接收要求方向的入射波，即天线应具有方向性。(3)天线应能发射或接收特定极化的电磁波，即天线应具有

14、适当的极化。(4)天线应具有足够的工作频带。3.哪些类型的天线可以分类？答：(1)根据用途不同，天线可分为通信天线、广播电视通信天线、雷达天线等。(2)根据工作波长的不同，天线可分为长波、中波、短波、超短波和微波天线。(3)根据辐射单元的类型，大致可分为线天线和面天线。第二，计算问题(通常是课后练习)6.5如图所示设置天线的方向图，并尝试找出主瓣的零功率瓣宽度、半功率瓣宽度和第一旁瓣电平。解决方案：主瓣的零功率瓣宽为：主瓣的半功率瓣宽度为：第一旁瓣电平：6.6中心馈入一个长度为()的短振荡器，其电流分布为：辐射电子；(2)方向系数；有效长度(归因于输入电流)。解决方案：因此，短振荡器的电流可以

15、近似为短振动器的辐射场为：辐射功率为：辐射电场被引入到上述公式中：因此抗辐射能力为：(2)方向系数为：有效长度：第七章无线电波传播介绍一.基本概念7.1什么是拒绝？简要描述下降的原因。答：所谓衰落一般是指信号电平随时间的随机波动。根据衰落的原因，可以大致分为吸收衰落和干扰衰落。吸收衰落主要是由传输介质的电参数的变化引起的，这使得信号在介质中的衰减相应地发生变化。干扰衰落主要由随机多径干扰引起。7.2什么是传输失真？简要描述失真的原因。答：除了传输损耗，无线电波还会产生信号失真振幅失真和相位失真。失真的原因有两个，一个是介质的色散效应，另一个是随机多径传输效应。7.3什么是视距传播？简述了视线传

16、播的特点。答：水平传输是指发射天线和接收天线在彼此可见的视距内的传输方式。地面通信、卫星通信和雷达都可以采用这种传输方式。它主要用于超短波和微波传播。它在大气中的传播路径是向下弯曲的弧形。7.4什么是天波传播？简述了天波传播的特点。答：天波传播通常指发射天线发射的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式。它有时被称为电离层波传播，主要用于中、短波通信。其特征在于(1)对通信信号的频率有影响；(2)随机多径效应严重，通信带宽窄；(3)电离层反射信号的频率有限；(4)可以进行长距离通信，受地面吸收和障碍物的影响小，传输损耗小；(5)简单可行。第八章有线天线一.基本概念1.什么是有线天线？主要使用哪些系统？答：横向尺寸比纵向尺寸小得多、比波长小得