【电光】南理工2004年《微波技术》A卷(附答案)
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南京理工大学课程考试试卷
(教师组卷、存档用)
课程教学
大纲编号: 0428903
课程名称: 微波技术 学分: 3 试卷编号: 001
考试方式: 闭卷笔试 考试时间:120 分钟 满分分值: 100分
组卷年月: 2004.6. 组卷教师:车文荃,戴永胜 审定教师: 陈如山
一. 简答题 (10分)
1. 试给出微波的频率和波长 (在自由空间) 范围.
2. (1) 传输线中的不同模式具有各自不同的特点, 简述圆波导中TE11,
TM01和TE01模的不同特点;
(2) 在以下的三种工程应用中, 应各自选择何种模式作为其工作模式
最为有利? (a) 毫米波长距离多径通讯; (b) 机械扫描雷达天线用的
旋转关节 (rotating joints); (c) 极化衰减器.
3. 为了降低矩形波导中主模的截止频率, 可以采取哪些措施?
4. 在何种情况下可以忽略微带线的辐射损耗? (Radiation loss)
二. (1) 画出矩形波导中TE02模和TM21模的横截面场分布示意图. (5分)
(2) 根据主模的壁电流分布特点, 试简单阐述波导测量线的工作原理.(5
分)
(3) 如果提供一台信号源, 一付波导测量线和选频放大器, 请简述驻波和波
导波长的测量方法. (5分)
三.
波导衰减器可以用图(1)所示的一段截止波导构成.假设波导宽边a=22.86cm,
工作频率为12GHz. 试求解以下问题: (15分)
(1) 两段波导中主模的截止频率;
(2) 如果衰减量为50dB, 问中间的截止波导的长度为多少毫米?
四. 微波器件的散射参数可以用矢量网络分析仪测量得到, 其外部特性便可以用
散射参数来表示. 下面是测量所得的某二端口微波器件的S-参数: (10分)
据此S-参量, 请确定该二端口器件的如下外部特性参量:
(1) 插入相移;
(2) 输入驻波比;
(3) 插入衰减(dB).
五.假设一个50的微带线,衬底介电常数为2.33, 衬底厚度为1.27mm, 导带宽
度为3.913mm, 工作频率为2.5GHz. 试求:(15分)
(1)有效介电常数;
(2)波导波长;
(3)如果根据上述参数设计一微带线谐振器,请问其长度如何选择?
3
2
3
2
0.320.880.880.32jjjjee
see
六.用Smith圆图求图 (2) 所示无耗传输线的以下参量:(20 分)
(1) 传输线上的驻波比和终端负载处的电压反射系数;
(2) 该传输线的输入阻抗;
(3) 若相邻两波节点的间距为60mm, 试求终端负载到第一个电压波腹点和第
一个电压波节点的实际距离;
(4) 给出第一个电压波腹点和波节点处的输入阻抗值(非归一化值).
图(2)
七.魔T(Magic T) 是一种应用非常广泛的无源微波器件,图 (3) 所示是其结构
示意图.如果微波信号分别从E臂和H臂输入,试分析能量的输出特性,并画
出各端口的电场分布图.(15分)
图(3)
Z
in
L= 0.32
ZL=60+j50
Z0=50
微波技术试题答案及评分标准
一. 简答题 (10分,每小题2.5分)
1. 微波的频率范围: 300MHz ~ 300GHz, 在自由空间的波长为1m~1mm。
2. (1) 圆波导中TE11模是最低次模,截止波长最长,故易于实现单模传
输。在频率较低时,其衰减最小;频率较高时,衰减大于TE01模。另
外,由于存在极化简并,故一般情况下仅作短距离传输之用。(2) TM
01
模的场分布是轴对称的。将两段工作在TM01模的圆波导作相对运动,
并不影响圆波导中电磁波的传播。(3) 圆波导中TE01模的场分布也是轴
对称的。而且TE01模的导体损耗随频率的升高而单调下降,在毫米波段
此特点尤其明显。
(a) 选择TE01模作为工作模式;(b) 选择TM01模作为工作模式;(c) 选
择TE11模作为工作模式。
3. 为了降低矩形波导中主模的截止频率,可增大波导宽边或在波导中填充
介质。
4. 当工作频率较低或者衬底厚度大时,可以忽略微带线的辐射损耗。
二.(15分, 每小题5分)
(1) 矩形波导中TE02模和TM21模的横截面场分布图如下所示:
(2) 当波导内传输电磁波时,波导壁将感应产生高频电流,因波导材料是作
为理想导体来处理的,故仅波导壁表面有高频电流流过。了解波导中TE10模
的壁电流分布,可以处理许多具体的技术问题。波导测量线就是利用TE10模
的壁电流分布特点,沿波导宽壁中心开窄槽,目的是通过探针耦合一点能量,
以便了解波导内电磁波的传输情况。但同时希望不影响其传输,所以应尽量减
小测量线中电磁波的辐射和反射。
(3)根据选频放大器的读数指示,调节波导测量线,使其位于电压波节
处,记下选频放大器读数Umin及位置L1。然后向另一方向移动波导测量线,
使选频放大器的指针指到最大值,并读取Umax;继续移动探针到第二个波节
点处,记下位置L2。则可利用如下公式求得驻波比和波导波长:
max
min
212g
U
U
LL
三.(15分)
(1) 求截止频率
对于第一段的主模波长为:245.72cmamm
6.56cmcmcfGHz
第二段的主模波长为:1.227.432cmamm
10.94cmcmcfGHz
(2)波导的工作波长 03ccmf
因为 0cm,所以在中间波导处的信号将会被截止。
2
0
0
2
1cm
=92.72(NP)
20lg50le
所以L=0.06208m=62.08mm
截止波导长度为62.08mm
四. (10分)
(1) 插入相移 21
(2) 输入驻波比 11111111SS=10.3210.32=1.94
(3) 插入衰减 21221120lg1.11LSdBS
五. (15分)
(1) 2.33,1.27,3.913rhmmwmm
1.270.3253.913hmm
wmm
有效介电常数为:
1
2
111212.0022rrrehw
(2) 工作波长 00120cmmf
波导波长 84.9opremm
(3) 由于微带谐振器的两个开路端与接地板之间存在边缘效应,相当于微带线延
长2L.因此谐振条件为L+2L=12pn.所以L=12pn-2L
而 L=0.2640.30.4120.5980.30.8rerewhwhmm
L=85.620.5982n=42.80n-1.197(mm) q其中 n=1,2,3 …….
六.(20分)
(1) 负载的归一化阻抗 06011.2150LLZjZjZ
找到位于圆图上的对应点,记为A 。则可读出
驻波比 2.4
反射系数 10.411
对应的角度为 0.3
0.30.320.41jjee
(2) 由终端沿等反射系数圆顺时针旋转0.32到点B,对应的归一化阻抗
0.410.05BZj
传输线的输入阻抗 0(0.410.05)5020.52.5inBZZZjj
(3) 由题知 602mm 120mm
设 C点对应电压波节点,D点对应电压波腹点.
由A点沿等反射系数圆顺时针旋转,求得
0.250.1750.07590.50.1750.32539ADmmACmm
因此,终端负载到第一个电压波腹点的实际距离为 9mm,
终端负载到第一个电压波节点的实际距离为39mm.
(4) 电压波腹点对应的归一化阻抗值为2.4peakZ%
0120peakpeak
ZZZ
%
电压波节点对应的归一化阻抗值为0.41nullZ%
020.5null
ZZZ
%
七.(15分)
(1) 当微波信号从E臂输入时,臂a, c输出的电场等幅反相,臂d无信号输
出.
(2)如果微波信号从H臂输入,此时臂a, c输出的电场等幅反相,臂b无信号
输出.