微波技术_第6章

《微波技术基础》期末复习题第2章 传输线理论1. 微波的频率范围和波长范围频率范围 300MHz ~ 3000 GHz 波长范围 1.0 m ~ 0.1mm ；2. 微波的特点⑴ 拟光性和拟声性；⑵ 频率高、频带宽、信息量大；⑶ 穿透性强；⑷ 微波沿直线传播；3. 传输线的特性参数⑴ 特性阻抗的概念和表达公式特性阻抗＝传输线上行波的电压／传输线上行波的电流 1101R j L Z G j C ⑵ 传输线的传播常数传播常数 j γαβ=+的意义，包括对幅度和相位的影响。

4. 传输线的分布参数：⑴ 分布参数阻抗的概念和定义⑵ 传输线分布参数阻抗具有的特性()()()in V d Z d I d =00ch sh sh ch L L L L V d I Z d V d I d Z γγγγ+=+000th th L L Z Z d Z Z Z d γγ+=+① 传输线上任意一点 d 的阻抗与该点的位置d 和负载阻抗Z L 有关； ② d 点的阻抗可看成由该点向负载看去的输入阻抗；③ 传输线段具有阻抗变换作用；由公式 ()in Z d 000th th L L Z Z d Z Z Z dγγ+=+ 可以看到这一点。

④ 无损线的阻抗呈周期性变化，具有λ/4的变换性和 λ/2重复性； ⑤ 微波频率下，传输线上的电压和电流缺乏明确的物理意义，不能直接测量；⑶ 反射参量① 反射系数的概念、定义和轨迹；② 对无损线，其反射系数的轨迹？；③ 阻抗与反射系数的关系；in ()1()()()1()V d d Z d I d d 01()1()d Z d ⑷ 驻波参量① 传输线上驻波形成的原因？② 为什么要提出驻波参量？③ 阻抗与驻波参量的关系；5. 无耗传输线的概念和无耗工作状态分析⑴ 行波状态的条件、特性分析和特点；⑵ 全反射状态的条件、特性分析和特点；⑶ 行驻波状态的条件、特性分析和特点；6. 有耗传输线的特点、损耗对导行波的主要影响和次要影响7. 引入史密斯圆图的意义、圆图的构成；8. 阻抗匹配的概念、重要性9. 阻抗匹配的方式及解决的问题⑴ 负载 — 传输线的匹配⑵ 信号源 — 传输线的匹配⑶ 信号源的共轭匹配10. 负载阻抗匹配方法⑴ λ/4阻抗匹配器⑵ 并联支节调配器⑶ 串联支节调配器第3章 规则金属波导1. 矩形波导的结构特点、主要应用场合；2. 矩形波导中可同时存在无穷多种TE 和TM 导模；3. TE 和TM 导模的条件；TE 导模的条件：00(,,)(,)0j z z z z E H x y z H x y e β-==≠TE 导模的条件：00(,,)(,)0j z z z z H E x y z E x y e β-==≠4. 关于矩形波导的5个特点；5. 掌握矩形波导TE 10模的场结构，并在此基础上掌握TE m0模的场结构；6. 管壁电流的概念；7. 管壁电流的大小和方向；8. 矩形波导的传输特性（导模的传输条件与截止）；9. 圆形波导主模TE11模的场结构。

《微波技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：08030010课程中文名称：微波技术课程英文名称：microwave technology课程性质：专业指定选修课考核方式：考查开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术开课学期：5总学时：40+16总学分：3.5二、课程目的和任务《微波技术》是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。

通过讲述传输线理论、理想导波系统理论、微波网络理论，使学生掌握传输线的工作状态和特性参量、波导的场结构和传输特性，了解常用微波元件的基本结构和工作原理，具有解决微波传输基本问题的能力。

三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1．掌握传输线的基本理论和工作状态，具有分析传输线特性参量的基本能力，掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成和应用，了解阻抗匹配的基本方法和原理。

2．掌握矩形波导的一般理论与传输特性，掌握矩形波导主模的场分布与相应参数，了解圆波导、同轴线、带状线和微带线等传输线的工作原理、结构特点、传输特性和分析方法。

3．掌握微波网络的基本理论，重点包括微波网络参量的基本定义、基本电路单元的参量矩阵、微波网络组合的网络参量、微波网络的工作特性参量，了解二端口微波网络参量的基本性质，具有分析二端口微波网络工作特性参量的基本能力。

4．掌握阻抗变换器、定向耦合器、微带功分器、波导匹配双T的结构特点、工作原理、分析方法及其主要用途，了解电抗元件、连接元件、衰减器和移相器、微波滤波器和微波谐振器等微波元件的结构特点和工作原理。

四、教学内容与学时分配第一章绪论（2学时）微波的概念及其特点，微波技术的发展和应用，微波技术的研究方法和基本内容。

第二章传输线理论（13学时）1．传输线方程及其求解2．传输线的特性参量3．均匀无耗传输线工作状态分析4．阻抗圆图及其应用5．传输线的阻抗匹配第三章微波传输线（9学时）1．理想导波系统的一般理论2．导波系统的传输特性3．矩形波导4．带状线5．微带线第四章微波网络（9学时）1．波导等效为平行双线2．微波元件等效为微波网络3．二端口微波网络4．基本电路单元的参量矩阵5．二端口微波网络的组合及参考面移动的影响6．二端口微波网络的工作特性参量7. 多端口微波网络第五章常用微波元件（7学时）1．阻抗变换器2．定向耦合器3．波导匹配双T4．微波滤波器第六章实验教学（16）五、教学方法及手段（含现代化教学手段）以课堂讲授为主，适当配合课堂讨论，充分使用多媒体教学；以学生自学为辅，学生可以通过网络课堂和微波网站在线学习。

第6章1、简述天线的功能（概念+4个功能）在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或将无线电波转变为导波能量，原来辐射和接收无线电波的装装置称为天线。

①天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量.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匹配.②天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性.③天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化.④天线应有足够的工作频带.2、名词解释:什么是天线？①作用：在发射部分，将高频导行波转换为空间电波，在接收端，空间电波转换为导行波。

②性能：是能量转换器件、具有定向辐射能力、频率选择特性、极化特性。

③结构：开放。

3、把天线和发射机或接收机连接起来的系统为馈线系统，天线和馈线系统统称天线馈线系统，简称天馈系统。

4、点电基本振子近区场又为准静态场；离天线较远时，近似为0；电场磁场相位差90°，为感应场。

远区场中电基本振子的的远区场是沿着径向外传的横电磁波，远区场又称辐射场。

E/H=120pi，远区场具有与平面波相同的特性。

随着距离增加，辐射场减小。

4、电，磁基本振子具有相同的方向函数，空间相互正交，相位差90°5、天线的电参数有哪些？①主瓣宽度:主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。

在场强方向图中，等于最大场强两点间的宽度，称为半功率波瓣宽度；或将头两个零点之间的角度作为主瓣宽度，即零功率波瓣宽度。

②旁瓣电平: 旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平, 一般以分贝表示。

③前后比: 前后比是指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比, 通常以分贝为单位。

④方向系数:方向系数定义为: 在离天线某一距离处, 天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度S0之比,记为D, 即天线方向系数的一般表达式为6、要使天线方向系数大，不仅要求主瓣窄，还要全空间的旁瓣电平小。

第六章习题参考答案6.5: 已知并联导纳的ABCD 矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡101Y D C B A 和一段传输线的ABCD 矩阵l ch V l V V V A L I L I γ=====021)(2 l Z s h I l V I V B L V L V γ=====021)(2Z lsh V l I V I C L I LI γ=====021)(2 l ch I l I I I D L V LV γ=====021)(2对于无耗线:l j l ch A ββγγcos )(=== l jZ j l Zsh B ββγγsin )(=== l Zj j Z l sh C ββγγsin 1)(===l j l ch D ββγγcos )(=== 总的ABCD 矩阵为三个二端口网络ABCD 矩阵的乘积⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡θθθθθθθθθθθsin cos sin 1cos 2sin sin cos 101cos sin 1sin cos 10122BZ i Z Z B jB jZ BZ jB Zj jZ jB D C B A 则总的归一化ABCD 矩阵为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡D CZ Z BAd c b a 00 由S 矩阵ABCD 矩阵的关系式⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+----++++=D CZ B Z A BC AD D CZ B Z A D CZ B Z A S 00000012)(2111][ 可求出S 矩阵。

对于本题目求出不引起附加反射的条件，只需求θθcos 2sin )1(00220011B Z Z B Z Z Z Z S =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⇒=由上式可得各参数满足的关系式02)1(20202202=--+Z tg BZ Z Z tg Z B θθ6.9由题意知(a)和(c)图均为右端或中断开路的一端口网络，求S 矩阵只需求始端反射系数即可（略）(b)图为并联导纳的S 矩阵（参考6.5）（略） 6.14 推导：原来第i 个参考面位于0=i z ，归一化入射和反射波为：i i b a , 当第i 个参考面移到i i l z =时，归一化入射和反射波为：i i j i i j i i e b b e a a θθ='='-,，其中giii l λπθ2=（p.21，2.1-14）j i j i j j ij j j ji j i ije S e a b a b S θθθθ----==''=' 写成矩阵形式为：]][][[][P S P S ='其中： ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=---N j j j e e e P θθθ0000][21已知：参考面21,T T 处的S 矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22211211S S S S S⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=--221121220000][g g l j l j j j e e e e P λπλπθθ 则由公式]][][[][P S P S ='可求出][S '。

第五章5-1解：(a) 有例题5.3-1可知：[]⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=1020010Z a根据ij a 与ij A d 的关系式，可得：11111==a A ，12222==a A ，2002000002011212=⋅==Z Z Z Z a A ，002012121==Z Z a A ∴ []⎥⎦⎤⎢⎣⎡=102001A (b) 1021112===I V V A ，()S V I V I A I I 02.00110212122=====∵ 结构对称 ∴ 11122==A A∵ 结构可逆 ∴ 112211122=A A A A － ∴ 012=A∴ []⎥⎦⎤⎢⎣⎡=102.001A(c) 由公式（1.2-12）：)sin()cos()()sin()cos()(00z Z V jz I z I z Z jI z V z V LL L L ββββ+=+= 将()z V 、()z I 分别视为1V 、1I ，L V 、L I 分别视为2V 、2I -，则θβ=z ，它们满足下式：()()()()⎪⎩⎪⎨⎧--⨯=+=-+=-⨯+-=+=-+= 0c o s s i n c o s s i n 0s i n c o s s i n c o s 222022021220220221I V I Z V j I Z V j I I V Z jI V Z I j V V ππθθππθθ∴ 1021112-===I V V A ，0021122=-==V I V A ，0021212===I V I A ，1021222-=-==V I I A[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=1001A (d) 根据A 参量的定义和变压器理论可得nV V A I ===021112，nI I A V 1021221=-==，00222021212==-===V V nI V I A I ，00222021122=-=-=-==I I nV I V A V ∴ []⎥⎦⎤⎢⎣⎡=n n A 100 5-2解：设变压器的散射参量矩阵为[]s ，而参考面1T 与2T 之间网络的散射参量矩阵为[]s '。