圆波导与矩形波导比较
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微波技术 期末考试试卷(A )标准答案及评分标准一、简答题(每小题3分) 1、 如何判断长线和短线?答:长线是传输线几何长度l 与工作波长λ可以相比拟的传输线(1.5分),(必须考虑波在传输中的相位变化效应),短线是几何长度l 与工作波长λ相比可以忽略不计的传输线(1.5分)。
(界限可以认为是/0.05l λ≥)。
2、 何谓分布参数电路?何谓集总参数电路? 答:集总参数电路由集总参数元件组成,连接元件的导线没有分布参数效应,导线沿线电压、电流的大小与相位与空间位置无关(1.5分)。
分布参数电路中,沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化,传输线存在分布参数效应(1.5分)。
3、 何谓色散传输线?对色散传输线和非色散传输线各举一个例子。
答:支持色散模式传输的传输线,(0.5分)色散模式是传输速度(相速与群速)随频率不同而不同的模式(0.5分)。
支持非色散模式传输的传输线(0.5分),非色散模式是传输速度(相速与群速)不随频率而改变的模式。
(0.5分) 色散模式传输线:波导(0.5分)非色散模式传输线:同轴,平行双导体,微带。
(0.5分) 4、 均匀无耗长线有几种工作状态?条件是什么?答:均匀无耗长线有三种工作状态,分别是驻波、行波与行驻波。
(1.5分) 驻波:传输线终端开路、短路或接纯电抗;(0.5分) 行波:半无限长传输线或终端接负载等于长线特性阻抗;(0.5分) 行驻波:传输线终端接除上述负载外的任意负载阻抗;(0.5分)5、 什么是波导中的模式简并?矩形波导和圆波导中的简并有什么异同? 答:不同模式具有相同的特性(传输)参量叫做模式简并。
(1分) 矩形波导中,TE mn 与TM mn (m 、n 均不为零)互为模式简并。
(1分) 圆波导的简并有两种,一种是极化简并。
其二是模式简并,(1分)6、 空气填充的矩形波导(宽边尺寸为a ,窄边尺寸为b )中,要求只传输10H 波型,其条件是什么?答:由于10H 的截止波长2c a λ=,而20H 的截止波长为a ,01H 的截止波长为2b ,若保证10H 单模传输,因此传输条件max (,2)2a b a λ<<(3分)。
一.简答:(50分)1.什么是色散波和非色散波?(5分)答:有的波型如TE波和TM波,当波导的形状、尺寸和所填充的介质给定时,对于传输某一波形的电磁波而言,其相速v p和群速v g都随频率而变化的,把具有这种特性的波型称为色散波。
而TEM波的相速v p和群速v g 与频率无关,把具有这种特性的波型称为非色散波。
2.矩形波导、圆波导和同轴线分别传输的是什么类型的波?(5分)答:(1)矩形波导为单导体的金属管,根据边界条件波导中不可能传输TEM 波,只能传输TE波和TM波。
(2)圆波导是横截面为圆形的空心金属管,其电磁波传输特性类似于矩形波导不可能传输TEM波,只能传输TE波和TM波。
(3)同轴线是一种双导体传输线。
它既可传输TEM波,也可传输TE 波和TM波。
3.什么是TE波、TM波和TEM波?(5分)答:根据导波系统中电磁波按纵向场分量的有无,可分为三种波型: (1)横磁波(TM 波),又称电波(E 波):0=H Z ,0≠E Z ; (2)横电波(TE 波),又称磁波(H 波):0=E Z ,0≠H Z ;(3)横电磁波(TEM ):0=E Z ,0=H Z 。
4.导波系统中的相速和相波长的含义是什么?(5分)答:相速v p 是指导波系统中传输电磁波的等相位面沿轴向移动的速度。
相波长λp 是指等相位面在一个周期T 移动的距离。
5.为什么多节阶梯阻抗变换器比单节阻抗变换器的工作频带要宽?(5分) 答:以两节阶梯阻抗变换器为例,设每节4λ阻抗变换器长度为θ,三个阶梯突变的电压反射系数分别为ΓΓΓ21,,则点反射系数为eeUU j j ir θθ42210--ΓΓΓ++==Γ,式中说明,当采用单节变换器时只有两个阶梯突变面,反射系数Γ的表达式中只有前两项,若取ΓΓ=10,在中心频率处,2/πθ=这两项的和为零,即两突变面处的反射波在输入端相互抵消,从而获得匹配;但偏离中心频率时,因2/πθ≠,则两个反射波不能完全抵消。
习题课1.1 设一特性阻抗为50Ω的均匀传输线终端接负载R l =100Ω,求负载反射系数Γl ,在离负载0.2λ、0.25λ及0.5λ处的输入阻抗及反射系数分别为多少?解:根据终端反射系数与终端阻抗的关系10l 10100501100503Z Z Z Z --Γ===++根据传输线上任一点的反射系数与输入阻抗的关系2()j zlz ein 01()1()z Z Z z 得到离负载0.2λ、0.25λ及0.5λ处的输入阻抗及反射系数分别为2πj20.2λj0.8πλ1(0.2λ)3l eeZ (0.2λ)29.4323.79Ωin2πj20.25λλ1(0.25λ)3l e Z (0.25)25Ωin2πj20.5λλ1(0.5λ)3l e(反射系数具有λ/2周期性) Z (0.5)100Ωin (输入阻抗具有λ/2周期性)1.2 求内外导体直径分别为0.25cm 和0.75cm 的空气同轴线的特性阻抗;若在两导体间填充介电常数εr=2.25的介质,求其特性阻抗及300MHz 时的波长。
解:空气同轴线的特性阻抗为0.7560ln60ln65.9Ω0.25b Z a填充相对介电常数εr=2.25的介质后,其特性阻抗为60600.75lnln 43.9Ω0.252.25rb Z af =300Mhz 时的波长/=0.67m rc f1.4 有一特性阻抗Z 0=50Ω的无耗均匀传输线,导体间的媒质参数εr=2.25,μr=1,终端接有R l =1Ω的负载。
当f =100MHz 时,其线长度为λ/4。
试求:① 传输线实际长度; ② 负载终端反射系数; ③ 输入端反射系数; ④ 输入端阻抗。
解:①传输线上的波长为/=2m g rc f所以,传输线的实际长度为=0.5m 4gl②根据终端反射系数与终端阻抗的关系10l 101504915051Z Z Z Z --Γ===-++③根据传输线上任一点的反射系数与终端反射系数的关系220.2524949()5151j j zl z ee ④传输线上任一点的反射系数与输入阻抗的关系in 04911()51502500Ω491()151z Z Z z1.10 特性阻抗为Z 0=150Ω的均匀无耗传输线, 终端接有负载Z l =250+j100Ω,用λ/4阻抗变换器实现阻抗匹配(如图所示),试求λ/4阻抗变换器的特性阻抗Z 01及离终端距离。
判断题:1、无耗传输线终端短路,当它的长度大于四分之一波长时,输入端的输入阻抗为容抗,将等效为一个电容。
2、无耗传输线上驻波比等于1时,则反射系数的模等于0。
3、阻抗圆图上,|Γ|=1的圆称为单位圆,在单位圆上,阻抗为纯电抗,驻波比等于无限大。
4、只要无耗传输终端接上一个任意的纯电阻,则入射波全部被吸收,没有反射,传输线工作在匹配状态。
5、在传输线上存在入射波和反射波,入射波和反射波合成驻波,驻波的最大点电压值与最小点上的电压值的比即为传输线上的驻波比。
6、导纳圆图由等反射系数圆、等电抗圆和等电阻圆组成,在一个等电抗圆上各点电抗值相同。
7、圆波导的截止波长与波导的截面半径及模式有关,对于TE11模,半径越大,截止波长越短。
8、矩形波导的工作模式是TE10模,当矩形波导传输TE10模时,波导波长(相波长)与波导截面尺寸有关,矩形波导截面的窄边尺寸越小,波导波长(相波长)越长。
9、在矩形谐振腔中,TE101模的谐振频率最小。
10、同轴线是TEM传输线,只能传输TEM波,不能传输TE或TM波。
11、矩形波导传输的TE10波,磁场垂直于宽边,而且在宽边的中间上磁场强度最大。
12、圆波导可能存在“模式简并”和“极化简并”两种简并现象。
13、矩形波导中所有的模式的波阻抗都等于377欧姆。
14、矩形谐振腔谐振频率和腔体的尺寸与振荡模式有关,一般来讲,给定一种振荡模式,腔体的尺寸越大,谐振频率就越高。
15、两段用导体封闭的同轴型谐振腔,当它谐振在TEM模时,其长度等于半波长的整数倍。
16、对称振子天线上的电流可近似看成是正弦分布,在天线的输入端电流最大。
17、对称振子天线既可以作发射天线,也可以作接收天线,当它作为发射天线时,它的工作带宽要比作为接收天线时大。
18、天线阵的方向性图相乘原理指出,对于由相同的天线单元组成的天线阵,天线阵的方向性图可由单元天线的方向性图与阵因子相乘得到。
19、螺旋天线的工作模式有法向模、轴向模和边射模三种,其中轴向模辐射垂直极化波。