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0 L 0λ 微波技术与天线考试试卷〔A 〕一、填空〔 2分⨯10 =20分〕1、 天线是将电磁波能量转换为高频电流能量的装置。
2、 天线的方向系数和增益之间的关系为G = D η 。
3、 对称振子越粗，其输入阻抗随频率的变化越_缓慢_，频带越宽。
4、 分析电磁波沿传输线传播特性的方法有场和路两种。
5、 半波对称振子的最大辐射方向是 与其轴线垂直；旋转抛物面天线的最大辐射方向是其轴线。
6、 λ / 4 终端短路传输线可等效为电感的负载。
7、 传输线上任一点的输入阻抗 ZinZ、特性阻抗 以及负载阻抗 Z L满足。
Z = Z Z + jZ tan βz Lin 0+ jZ tan βz8、 微波传输线按其传输的电磁波波型，大致可划分为TEM 传输线，TE 传输线和TM 传输线。
9、 传输线终端接一纯感性电抗，则终端电抗离最近的电压波腹点的距离为φ 。
4π 110、等反射系数圆图中，幅角转变 π 时，对应的电长度为 0.25；圆上任意一点到坐标原点的距离为λ / 4 。
二、推断〔 2分⨯10 =20分〕1. 同轴线在任何频率下都传输TEM 波。
√2. 无耗传输线只有终端开路和终端短路两种状况下才能形成纯驻波状态。
〤3. 假设传输线长度为3厘米，当信号频率为20GHz 时，该传输线为短线。
╳4. 二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。
√5. 史密斯圆图的正实半轴为行波系数K 的轨迹。
╳6. 当终端负载与传输线特性阻抗匹配时，负载能得到信源的最大功率。
√7. 垂直极化天线指的是天线放置的位置与地面垂直。
√8. 波导内，导行波的截止波长肯定大于工作波长。
√Z9.驻波天线是宽频带天线。
╳10.天线的效率越高，其辐射力量越强。
√三、简答题〔5分⨯6=30分〕答案仅作为参考1.何谓阻抗匹配？分为哪几类？实现阻抗匹配的方法是什么？答：阻抗匹配即信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间满足特定协作关系，从而使信号源给出最大功率，负载能够吸取全部的入射波功率。
微波：是电磁波中介于超短波与红外线之路中的电压和电流除了是时间的函数外,（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz分布参数电路的实际尺寸能和电路的工作(波长 Im)至 3000GHz (波长 0.1m) •微波的特性：1•似光性2•穿透性3•宽频带特对于分布参数电路市传输线理论对其进行集总参数.在一般的电路分析中，电路的所= [A 少'cos( t+ z)+ A € *CO8( t- z)]有参数，如阻抗、容抗.感抗都集中于空间 的各个点上，各个元件上，各点之间的信号特性阻抗：Z 尸曙# （无耗传输线这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。
用集总电路近似实位和电流都不相同。
这说明分布参数电间的波段，它属于无线电波中波长最短还是空间坐标的函数。
性4•热效应特性5•散射特性6•抗低频干扰 分析。
特性. 与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线 效应，分布参数。
微波传输线的三种类型：1•双导体传输线，2.均匀传输线方程（电报方程）： 竺卫=用D + L 些宀＞Qzdt E=Gfer ） + C 竺迪dzdt传输线瞬时电压电流：金属波导管3•介质传输线。
“(ZJ)=A [护"cos( t+ 2)+ A ^cos( t- z)是瞬间传递的，这种理想化的电路模型称为 R=G=0・)集总电路。
平行双导线（直径为d,间距为D ）:波长相比拟。
际电路是有条件的，这个条件定实际电路 同轴线（内外导体半径a,b ） ：Zo = #inL的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。
相移常数: 对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯输入阻抗:一地确定了电压电流。
分布参数:电路是指电路中同一瞬间相邻两点的电 反射系数:Z _^Z| + Zotan( z)E ° z(, + Zj tan( Z)Z| + Zo终端反射系数:r =Z L Z。
=|「I '"Z| + ZoRma 严 Z u //4阻抗变换性：任意距离为/4的两点处共轨阻抗匹配传输线上各点阻抗等于传输线特性阻抗。
![微波技术与天线—出版社—MOKE—知识点0,1-1[21页]](https://img.taocdn.com/s1/m/48852d1db0717fd5370cdc32.png)
《微波技术与天线》习题答案章节微波传输线理路1.1设一特性阻抗为50Q的均匀传输线终端接负载& =100Q,求负载反射系数L，在离负载0.22, 0.25/1及0.52处的输入阻抗及反射系数分别为多少？解：r i=(Z1-Z0)/(Z1+Z0) = l/3「(0.2人)=二〃"=：疽° 服「(0.5/1) = | (二分之一波长重复性)r(0.252) = -|Z,,(0.22) = Z o Zi + jZ°tan 例=29 43z _ 23.79g0 Z o + tan/?/Z,… (0.252) = 502/100 = 25Q (四分之一波长阻抗变换性)Z,,(0.52) = 100Q (二分之一波长重复性)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& =2.25的介质，求其特性阻抗及f = 300MHz时的波长。
解：同轴线的特性阻抗Z0=-^ln-山.ah则空气同轴线Z.=601n- = 65.9Qa当&=2.25 时，Z0=4L In-= 43.90A a当f = 300MHz时的波长：C = 0.67m1.3题设特性阻抗为Z o的无耗传输线的驻波比p ,第一个电压波节点离负载的距离为/mini，试证明此时的终端负载应为Z] = Z0X—土_七耍min 1 1 u • .07X?-jtan/?/minl证明：对于无耗传输线而言：..7_ 7 *Z] +Zo/tan—mini■ i"— ° Z°+Z"tan% 函=ZJ P由两式相等推导出：Z|=Z°x上些久些Q — J tan 风顽11.4传输线上的波长为：C/f久=# = 2m因而，传输线的实际长度为：2I =里=0.5m4终端反射系数为：=R I-Z Q =_竺如96]&+Z。
微波原理概述1、微波技术原理微波技术是一门需要高度实验技能的专业技术知识，微波技术的理论基础是经典的电磁场理论，其目标是解决微波应用工程中的实际问题。
微波是一门理论与实践密切结合的一门知识，微波技术理论的出发点是麦克斯维方程组，麦克斯维方程组本身就是从实践中归纳、总结出来的。
大多数微波实际应用的工程问题都不能通过理论计算得到精确的解析解。
在研究微波工程问题时，为了避开一些复杂的数学运算和无解析解的问题，常需要根据具体情况和一些基本的物理概念对所研究的问题做简化、等效或近似处理，因此，通过实践来修正理论分析结果是每个微波工程技术人员具备的基本技能。
2、微波定义微波是一种频率非常高的电磁波。
微波包括的波长范围没有明确的界限，一般是指分米波、厘米波和毫米波三个波段，也就是波长从1mm 到1m 左右的电磁波。
由于微波的频率很高，所以也叫超高频电磁波。
为了进行比较，这里将微波、工业用电和无线电中波广播的频率与波长范围列于表中。
因为微波的应用极为广泛，为了避免相互的干扰，供工业、科学及医学使用的微波频段是不同的，现将其列于表中不同工作频率的微波系统具有不同的技术特性、生产成本和用途，微波系统的工作频率越高。
其结构尺寸就越小；微波通讯系统的工作频率越高，其信息容量越大；微波雷达系统的工作频率越高，雷达信号的方向性和系统的分辨率就越高。
微波的频率越高，其大气传输和传输线传输的损耗就越大。
目前国内只有915MHz 和2450MHz 被广泛使用。
在较高的两个频率段还没有合适的大功率工业设备。
3、微波的特殊性质微波是电磁波，它具有电磁波的诸如反射、透射干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波能量传输等波动特性，这就决定了微波的产生、传输、放大、辐射等问题都不同于普通的无线电、交流电。
在微波系统中，组件的电性质不能认为是集总的，微波系统没有导线式电路，交、直流电的传输特性参数以及电容和电感等概念亦失去了其确切的意义。
在微波领域中，通常应用所谓“场”的概念来分析系统内电磁波的结构，并采用功率、频率、阻抗、驻波等作为微波测量的基本量。
一填空1. 矩形波导传输的主模为 TE10；微带线传输的主模为 TEM模，同轴线传输的主模为 TEM模。
2. 测得一微波传输线的反射系数的模为0.5，则驻波系数等于 3 ；若传输线特性阻抗为75 欧姆，则波节点的输入阻抗为 25 。
3. 微波传输线是一种分布参数电路，其线上的电压和电流沿线的分布规律可以由传输线方程来描述。
4. 均匀无耗传输线的特性阻抗为，终端负载获得最大功率时，负载阻抗 ZL。
5. 矩形波导尺寸a=2cm，b=1.1cm，若在此波导中只传输TE10 模，则其中电磁波的工作波长范围为 2.2cm<λ<4cm 。
6. 由测量线测得某微波传输系统的行驻波分布如图所示。
若测量线检波特性为平方率检波，则该系统的驻波比等于 2 ，相移常数等于 1 rad/cm 。
7. 微波传输线按照其传输的电磁波波型，大致可以划分为 TEM波传输线， TE、TM 传输线和表面波传输线。
8. 长线和短线的区别在于：前者为分布参数电路，后者为集中参数电路。
9. 均匀无耗传输线工作状态分三种：行波状态、纯驻波状态、行驻波状态。
10. 阻抗圆图的正实半轴为感性阻抗的轨迹，负实半轴为容性阻抗的轨迹。
11. 微波传输系统的阻抗匹配分为两种，共轭匹配和无反射匹配。
阻抗匹配的方法中最基本的是采用λ/4阻抗变换器和支结调配器作为匹配网络。
12. 从传输线方程看，传输线上任一点处的电压或电流都等于该处相应的入射波和反射波的叠加。
13. 当负载为纯电阻R L ，且R L Z0 时，第一个电压波腹点在终端；当负载为感性阻抗是，第一个电压波腹点距离终端的距离在 0<z<λ/4范围内。
14. 导波系统中的电磁波按照纵向场分量的有无，一般分为三种波型： TEM波、TE波、 TM波。
15. 波导系统中传输电磁波的等相位面沿着轴向移动的速度，通常称为相速；而传输信号的电磁波是多种频率成份构成一个波群进行传播，其速度通常称为群速度。
16. 波速随着波长或频率变化的现象称为波的色散，色散波的相速无限媒质中的光速，而群速无限媒质中的光速。
17. 若一两端口微波网络互易，则网络参量Z 的特征为z12=z21 ，网络参量S的特征为 S12=S21。
18. 微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，其频率范围为300MHz—3000GHz。
19. 传输线是用于传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定的方向传输。
20. 微波传输线大致可以分为三种类型：双导体结构传输线、单导体结构传输线、介质传输线21. 对于无耗传输线，负载阻抗不同则波的反射也不同，从而导致传输线的工作状态也不同，通常其工作状体可以分为行波状态、纯驻波状态、行驻波状态22. 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传输，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。
23. 对于各种天线而言，在离天线相同距离不同方向上，天线辐射场的相对值与空间方向的关系称为。
24. 尽管发射天线与接收天线的变换能量的物理过程不同，但同一天线用作收、发时的电参数在数值上是相同的，即收、发天线具有。
25. 平行z 轴放置的电基本振子远场只有 E 和 H 两个分量，它们在空间上相互垂直（选择填写平行或垂直），时间上同相位（选择填写同相或反相）。
26. 已知某天线在 E 平面上的方向函数为，其半功率波瓣宽度为180。
27. 对于低于微波频率的无线电波的分析，常用电路分析法，对于微波用场分析法来研究系统内部结构。
28. 无耗传输线的阻抗具有λ/2重复性和λ/4阻抗变换特性 __两个重要性质。
29. 天线的极化方式主要有椭圆极化、圆极化和线极化三种方式。
30. 横向尺寸远小于纵向尺寸并小于__波长的细长结构的天线称为线天线。
31. 波导中的电磁场模式为；波导中不可能存在模式。
32. 对于无耗传输线，线上任一点的反射系数模值与负载反射系数模值的关系是。
33. 传输线与负载阻抗匹配，负载阻抗等于。
34. 特性阻抗为Z的TEM 传输线上传输行驻波，则相邻电压波腹与波节相距，相邻电压波节点相距。
35. 波导某电磁模式的截止波长为λc ，则该模式的传输条件为工作波长λ λc 。
36. 某发射天线方向系数为D发，该天线用于接收是方向系数D收等于。
37. N 元均匀直线阵其电流等幅同相分布，其阵因子的最大f a max 为。
38. 电基本振子（或电流元）的远场E 面方向图函数为。
39. 某发射天线增益为G，该天线用于接收时增益为。
40. 微波三端口网络的S11 的定义是。
三计算分析题1 均匀波导中设置两组金属膜片，其间距为，等效网络如图所示。
利用网络级联方法计算下列工作特性参量。
1 输入驻波比；2 电压传输系数；3 插入衰减；4 插入相移。
2 如图所示一微波传输系统，其已知。
求输入阻抗、各店的反射系数及各段的电压驻波比。
3 一微波元件的等效网络如图所示，其中，利用网络级联的方法计算该网络的下列工作特性参量。
1 电压传输系数；2 插入衰减；3 插入相移；4 插入驻波比。
4 如图所示，R2 2Z0 。
当终端接匹配负载时，要求输入端匹配。
求：1 电阻R1 的取值；2 网络的工作特性参量：电压传输系数T；插入衰减L 以及插入相移。
，各点的反射系数，各段的电压驻波比。
5 求下面电路中的输入阻抗Zin6 已知电磁波的频率分别为f1 =5GHz，f2 =15GHz ，用矩形波导（a=22.86mm,b=10.16mm）传输时，试分别判断波导中可能传输哪些波型？微波技术与天线(课程资料)-v1.0⎡0.2e j 3π 2 0.98ej π ⎤ 7 已知二端口网络的散射矩阵为：[S ] = ⎢ ⎢⎣ 0.98e j π 0.2e j 3π ⎥ ，求该网络的插入衰减 L(dB)，2 ⎥⎦插入相移θ ，电压传输系数 T ，输入驻波比 ρ 。
8 试用无耗互易网路的一元性证明：无耗互易三端口网络不可能同时实现端口匹配。
即其散 射参数 s 11 、 s 22 、 s 33 不可能全部为零。
9 一根 75Ω 的均匀无耗传输线，终端接有负载 Z L = R L + jX L ，若线上电压驻波比为 3，则 负载的实部和虚部满足什么关系？解：由驻波比3=ρ，可得终端反射系数的模值应为5.0111=+-=Γρρ 于是5.001011=+-=ΓZ Z Z Z 将75,0111=+=Z jX R Z 代入上式，整理得负载的实部1R 和虚部1X 应满足的关系式为()22121100125=+-X R即负载的实部1R 和虚部1X 应在圆心为()0,125、半径为100的圆上，上半圆的对应负载为感抗，而下半圆的对应负载为容抗。
10 某系统如图所示，双端口网络为无耗互易对称网络，在终端参考面 T2 处接匹配负载，测 得距离参考面 T1 距离 l 1 = 0.125λg 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:参考面的外反射系数2.05.25.0111==+-=Γρρ g gg λλφπλ125.044=+ πφ21-=∴2.02.0211j ee jj -==Γ=Γ∴πφ于是2.0111j S -=Γ=网络对称，∴2.02211j S S -==网络互易，2112S S =故，[]S 可表示为：[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=2.02.01212j S S j S 网络无耗，故 [][][]I S S =*,即：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⎥⎦⎤⎢⎣⎡10012.02.02.02.01212*12*12j S S j J S S j⎪⎩⎪⎨⎧=-=+∴02.02.0104.0*1212212S j S j S 9798.012=∴S []⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=2.09798.09798.02.0j j S11 一根特性阻抗为 50Ω，长度俄 i0.1875m 的均匀无耗传输线，其工作频率为 200MHz ，终 端接负载 Z L = 40 + j 30Ω ，求其输入阻抗。
12 已知传输线的特征阻抗为 50Ω，终端接负载 Z = 30 + j 20Ω ，求：1 终端反射系数；2 距 离终端 λ / 4 处的反射系数；3 传输线上的电压驻波比；4 传输线上距离终端 λ / 2 处的输入阻 抗大小。
13 有一无耗传输线，终端接负载阻抗 Z L =40+j Ω)。
试求：(1) 要使线上的驻波比最小，传输线的特性阻抗 Z 0 应为多少？（注意：Z 0 为实数） (2) 该最小驻波比和相应的电压反射系数之值；(3) 距负载最近的电压波节点位置和该处的输入阻抗(等效阻抗)。
14 已知平行双线传输线的特性阻抗为 250Ω，负载阻抗为 500-j150Ω，求距离终端 4.8 处的 输入导纳。
15 在 Smith 阻抗圆图上，开路点、短路点、匹配点分别在什么位置上？等电抗圆在什么位 置相切？等电阻圆在什么位置相切？16 无耗传输线的特性阻抗 Z 0=50Ω，负载电流 I L =jA ，负载阻抗 Z L = -j50Ω。
试求：(1) 把传 输线上的电压 V(z)、电流 I(z)写成入射波与反射波之和的形式；(2) 利用欧拉公式改写成纯 驻波的形式。
17 如图 所示 ，信号 源电压 E g = 300V ，内阻 R g = 100Ω ， 主线 各段 的特 征阻 抗分 别为 Z c 1 = 50Ω ， Z c 2 = 100Ω ，负载 R 1 = 15Ω ， R 2 = 15Ω（1）试画出主线上电压、电流幅度分布图， （2）求出 R 1 和 R 2 的吸收功率。
18 在空气填充的矩形波导（ a ⨯ b ）中，要求只传输 TE10 波，其条件是什么？若波导尺寸不变，而全填充 μr = 1, ε r > 1 的介质，只传输 TE10 波的条件又是什么？⎡ 0.1∠00 0.8∠900 ⎤ 19 测得某二端口网络的 S 矩阵为 ⎢ 0 ⎣0.8∠900.2∠0 0 ⎥，问此二端口网络是否互易和无耗？ ⎦若在端口 2 短路，求端口 1 处的反射损耗。
20 求下图所示终端接匹配负载时的输入阻抗，并求出输入端匹配的条件。
21 求下图所示并联网络的 S 矩阵。
22 微波网络的S 矩阵具有什么特点？S 矩阵的幺正性表示了什么意义？23 写出1GHz，10nH 的串联电感的S 参数，设特征阻抗是50 欧姆，此S 矩阵有什么特点？24 五直线阵，其中心连线单元边射阵，天线元间距为半个波长，各天线元上的电流振幅按照1:2:3:2:1 的比例分布。
试确定阵因子和归一化方向图。
⎛π 25 已知某天线在E 平面上的方向函数为F (θ) = cos⎝4cosθ-π⎫⎪，求E 平面波峰位置并4 ⎭εg ε计算其半功率波瓣宽度。
