電磁場微波技術(shù)與天線(盛振華版)第三四五章答案

1、電磁場微波技術(shù)與天線 第3.4.5章 習(xí)題講解btw0Zr3-2 如圖所示的兩條帶狀線，其尺寸b，t均相同，問：(1)若 時(shí)，哪一條帶狀線特性阻抗大?為什么？(2)若 時(shí)，哪一條帶狀線特性阻抗大?為什么？1212,rrww1212,rrww解：可見， 隨帶狀線尺寸 、 以及填充介質(zhì)的介電常數(shù) 的增加而降低。所以wbtb0Z10111pLZCv C由長線理論可知，TEM模傳輸線特性阻抗的計(jì)算公式為：r12ZZ34 設(shè)計(jì)一個(gè) 微帶阻抗變換器，使 的微帶線和 的負(fù)載電阻匹配。設(shè)工作頻率 4050Z 9.6,1.rhmm20LZ 03000,fMHz解：由題意， 微帶阻抗變換器特性阻抗為4050201

2、0 1031.6Z表3-3-1 微帶線特性阻抗和 與尺寸的關(guān)系re9.6r查表3-3-1，插值可得 2.172.6713rewh確定等效介電常數(shù) 、導(dǎo)帶寬度 和微帶線長度 。rewL2.17wmm00114449.36prerevfLmm圖 33301010 109.697.98reZZ(2)查得10.67q (1)設(shè) ，則09.6rer01q (3)11116.762rerq (4)010110 106.76282.23reZZ(5)重復(fù)(2)(3)(4)，可得：相對(duì)等效介電常數(shù) 也可應(yīng)用逼近法查圖3-3-3得到。re220.77.02req330.6956.98req取3230.0059

3、1%rerere3rere010383.5reZZ查得 算得2.2wh9.46Lmm312 矩形波導(dǎo)中主模是什么模式？它的截止波長為多少？若要 保證它單模傳輸，工作波長范圍為多少？并畫出它在橫截 面內(nèi)的分布圖。解：a=2b矩形波導(dǎo)中截止波長的分布圖根據(jù)金屬波導(dǎo)傳輸線的一般理論22222cckk222ckk式中 為自由空間中同頻率的電磁波的波數(shù)。要使波導(dǎo)中存在導(dǎo)波,則 必須為實(shí)數(shù),即 或22ckkccff k故截止波長 和截止頻率 分別為ccf2222()()22()()cccmnvabfmnabxyyEab矩形波導(dǎo)中主模是 模。它的截止波長為 。若要保證它單模傳輸，工作波長范圍為 。 10TE

4、max,22a ba2a012220222201( )( )220( )( )ccbabaab314 今用BJ-32型（ ）波導(dǎo)做饋 線， 試問： （1）當(dāng)工作波長 時(shí)，波導(dǎo)中能傳輸哪些模式？272.1434.04abm m6cm解： 矩形波導(dǎo)中截止波長 小于工作波長的模式才能在波導(dǎo)中傳輸。即m,n需要滿足：c2226()( )ccmmnab滿足此條件的m,n組合有：1,00,12,01,1mnmnmnmn所以，此時(shí)波導(dǎo)中能傳輸?shù)哪Ｊ接?001201111TE TE TETE TM01021011122021306.8083.40414.4286.1873.3187.2145.0114.809

5、cccccccccmcmcmcmcmcmcmcm010TEp（2）在傳輸 模的矩形波導(dǎo)中，測得相鄰兩波節(jié)點(diǎn)的距離為10.9cm，求： 及10.9 221.8pcm02002221 ()11112.03pccpcm由：可得：（3）當(dāng)波導(dǎo)中傳輸工作波長 的 模時(shí)， 求： ， ， 及 。010cmcppg10TE020213.871()pccm802204.16 10/1 ( )1 ( )pccvfvm s28001 ()2.16 10/gcdvvm sd222214.428()( )cacmmnab截止波長：相波長：相速度：群速度：315 圓波導(dǎo)中 模, 模及 模各有什么特點(diǎn)？分別 畫出它們在橫截

6、面內(nèi)電磁場分布圖。01TM01TE11TE解: (一)、TE11模圓波導(dǎo)中 模的場分布和矩形波導(dǎo)中 模分布很相似，且它的截止波長最長，容易實(shí)現(xiàn)單模傳輸。由于它存在極化簡并模，所以不宜用來作為遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ健?1TE10TE (二)、TE01模在波導(dǎo)01TEE模的電場只存在 分量，且在r=0和R處， 。0E壁上只有磁場的 分量，故在壁上只有 電流，且隨著頻率的升高而減少，從而 模的波導(dǎo)損耗隨頻率升高而降低。zHJ01TE (三)、TM01模 TM01模的場結(jié)構(gòu)圖如圖所示。由圖可見，磁場只有 分量，是具有軸對(duì)稱分布的圓磁場；電場有EX分量，在r=0處EZ最大；壁電流只有縱向分量JZ。因此適用

7、于作微波天線饋線旋轉(zhuǎn)鉸鏈的工作模式。由于它具有EZ分量，便于和電子交換能量，可作電子直線加速器中的工作模式。但由于它的管壁電流具有縱向電流，故必須采用抗流結(jié)構(gòu)的連接方式。 H4-5 求如圖所示的電路的散射矩陣(a)0Z20111110000iinriniiinUZZUSUUZZ 1rU0Z2rU1 iU2 iU0Z222222111110ijirirUUUUUSeUUUUT2面接匹配負(fù)載時(shí)，傳輸線處于行波工作狀態(tài)。有又因?yàn)檫@是一個(gè)對(duì)稱、可逆網(wǎng)絡(luò)，所以22111221SSSS 00jjeSez122110,0,jjriUUUU eU e0Z0ZC先計(jì)算并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)的散射參量。(b)1TC2T1L

8、Z 歸一化阻抗為1LZ 01CZZ j C2111100110011211iinrCiniinUCinCLZUSUZZ j CSZ j CZZZZ j C 1TC2T1LZ面和 面上的電壓分別為1T2T111222irirUUUUUU因?yàn)殡娙莶⒙?lián)在兩段傳輸線之間，所以 12UU2222222212111110011111110002112iiiiirCiiiiUUirrCiiUUUUUUUSUUUUUUUSUUZ j C 根據(jù)對(duì)稱、可逆網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，可得并聯(lián)電容網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣：01112000212200222222CCCCCZ j CSSZ j CZ j CSZ j CSSZ j CZ j C

9、將參考面向外側(cè)移動(dòng)電長度 ，則代入 200020220jjjZ j CeePSZ j CZ j Ce0Z0ZC CSPSP CSSSS4-13 已知二端口網(wǎng)絡(luò)的散射參量矩陣為 求二端口網(wǎng)絡(luò)的插入相移 、插入衰減L（dB）、電壓傳輸系數(shù)T及輸入駐波比 。解：根據(jù)插入相移、插入衰減、電壓傳輸系數(shù)及輸入駐波比的定義，得 2701801802700.20.980.980.2jjjjeeSee21argargTS22211110log10log10log0.1750.98LAdBS180210.980.98jTSe 1111111 0.21.5111 0.2SS 對(duì)于可逆網(wǎng)絡(luò) 012211804-15

10、有一無耗四端口網(wǎng)絡(luò)，各端口均接以匹配負(fù)載，已知其散射參量矩陣為 01010010012010jjSjj當(dāng)高頻功率從 端口輸入時(shí)，試問 、 、 端口的輸出功率各為多少？若以端口歸一化輸入電壓為基準(zhǔn)，求各端口的歸一化輸出電壓。解：11223344110022110022110022110022iririrriUUjUjUjUUjUU234111100iiiriUUUUSU2342211012iiiriUUUUSU表示234端口接匹配負(fù)載時(shí)，1端口的電壓反射系數(shù)表示234端口接匹配負(fù)載時(shí)，1端口至2端口的電壓傳輸系數(shù)234331100iiiriUUUUSU表示234端口接匹配負(fù)載時(shí)，1端口至3端口的

11、電壓傳輸系數(shù)表示234端口接匹配負(fù)載時(shí)，1端口至4端口的電壓傳輸系數(shù)2344411012iiiriUUUUSU1T2T3T4T11234110022110002211000221100022rirrrUUjjUjUjU30rU 2112riUU4112riUjU10rU由(4-2-5)歸一化入射波功率和反射波功率的表達(dá)式：2211,22iirrPUPU(4-2-5)222221111111122422rriiiPUUUP即為各端口歸一化輸出電壓。24111142riiPUP30rP可得4-4 求 型網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移矩陣（Z，Y為歸一化值，兩端外接傳輸線特性阻抗相等）。ZYY解：設(shè)211110121r

12、rIr rrUZYAZYUY 01020ZZZ方法一：根據(jù)定義直接求。111111221rrrrrr rrI YZYUZYZYUYU 211212101121112rrrIrr rrrrrrrZYIYAYZ YUYZYIYZYZYY實(shí)際阻抗導(dǎo)納為,rrZY211202UrUAZI 0 0001rrZYZYZ YZY 2121r rrrr rr rZ YZAYZ YZ Y 020121ZYZZAYZYYZY212201211rUr rrrrrIZAZYY ZIYZ 利用ZYY1112rrrI YZUI Z 211102IUAU212102IIAU211202UUAI 212202UIAI 210

13、1101101121ZZYZAYYYZYZY 利用0 0001rrZYZYZ YZY 020121ZYZZAYZYYZY5-6 如圖所示的E-T分支，試問：（1）當(dāng)3端口接匹配負(fù)載，2端口接短路活塞時(shí)，問短路活塞與對(duì)稱中心面的距離l為多長時(shí)，3端口能獲得最大功率？（2）3端口沒有功率輸出時(shí)，l又為多長？（3）當(dāng)2端口接匹配負(fù)載，3端口接短路活塞時(shí)，問活塞位置在何處，2端口可獲得全部功率輸出？123解：1,2,.2pln n(1)因?yàn)橐?端口獲得最大功率，3端口處應(yīng)處于電場波腹點(diǎn)，即對(duì)稱面處應(yīng)為電場波節(jié)點(diǎn)，且主傳輸線處于駐波工作狀態(tài)。所以距離應(yīng)為半相波長的整數(shù)倍。(2)211,2,.4plnn因

14、為此時(shí)對(duì)稱面應(yīng)處于電場波腹點(diǎn)，3端口處于電場波節(jié)點(diǎn)。(3) 活塞位于距分支面為 時(shí)，2口可獲全部功率輸出。因?yàn)榇藭r(shí)分支面處應(yīng)等效為短路，又根據(jù) 阻抗重復(fù)性，所以活塞距分支面半相波長整數(shù)倍即可。1,2,.2pn n25-25 10cm吸收式波長計(jì)是由 同軸腔構(gòu)成。頻率覆蓋范圍為2400-3600MHz,同軸腔外導(dǎo)體內(nèi)直徑D=24mm,內(nèi)導(dǎo)體外直徑D=8mm，用活塞調(diào)節(jié)內(nèi)導(dǎo)體長度，問整個(gè)頻率范圍內(nèi)活塞移動(dòng)距離是多少？將同軸腔開路端的外導(dǎo)體延長形成的圓波導(dǎo)，問圓波導(dǎo)中是否出現(xiàn)TE11模？4解：880102123 103 100.1250.08324003600ccmmfMfM由式5-8-6min24850.24832222Ddmmmm則同軸線中傳輸?shù)哪Ｊ綖門EM模，則此時(shí)以最低振蕩模工作。0(21)(1,2,3,)4lnn取n=1，04l則0102123.1252.144lcmlcm123.125 2.1 1lllcm 圓波導(dǎo)中11min3.413.414.0928.32cTEDRcmcm所以TE11模不出現(xiàn)。5-34 場移式隔離器與諧振式隔離器在工作原理和工作條件上有何異同點(diǎn)？答：就工作條件而言，場移式隔離器與諧振式隔離器工作條件相同之處在于它們都要求鐵氧體片必須放在圓極化波位置；鐵氧