微波技術與天線考試復習重點

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 微波技術與天線復習提綱（2011級） 一、思考題 1. 什么是微波？微波有什么特點？ 答：微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，頻率范圍從300MHZ到3000GHZ，波長從0.1mm到1m；微波的特點：似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應特性、散射特性、抗低頻干擾特性、視距傳播性、分布參數(shù)的不確定性、電磁兼容和電磁環(huán)境污染。2. 試解釋一下長線的物理概念，說明以長線為基礎的傳輸線理論的主要物理現(xiàn)象有哪些？一般是采用哪些物理量來描述？ 答：長線是指傳輸線的幾何長度與工作波長相比擬的的傳輸線；以長線為基礎的物理現(xiàn)象：傳輸線的反射和衰落；主要描述的物理量有：輸入阻

2、抗、反射系數(shù)、傳輸系數(shù)和駐波系數(shù)。3. 均勻傳輸線如何建立等效電路，等效電路中各個等效元件如何定義？ 4. 均勻傳輸線方程通解的含義 5. 如何求得傳輸線方程的解？ 6. 試解釋傳輸線的工作特性參數(shù)（特性阻抗、傳播常數(shù)、相速和波長） 答：傳輸線的工作特性參數(shù)主要有特征阻抗Z0，傳輸常數(shù)，相速及波長。1)特征阻抗即傳輸線上入射波電壓與入射波電流的比值或反射波電壓與反射波電流比值的負值，其表達式為,它僅由自身的分布參數(shù)決定而與負載及信號源無關；2）傳輸常數(shù)是描述傳輸線上導行波的衰減和相移的參數(shù)，其中，和分別稱為衰減常數(shù)和相移常數(shù)，其一般的表達式為;3)傳輸線上電壓、電流入射波（或反射波）的等相位面

3、沿傳播方向傳播的速度稱為相速，即；4）傳輸線上電磁波的波長與自由空間波長的關系。7. 傳輸線狀態(tài)參量輸入阻抗、反射系數(shù)、駐波比是如何定義的，有何特點，并分析三者之間的關系 答：輸入阻抗：傳輸線上任一點的阻抗Zin定義為該點的電壓和電流之比，與導波系統(tǒng)的狀態(tài)特性無關，反射系數(shù)：傳輸線上任意一點反射波電壓與入射波電壓的比值稱為傳輸線在該點的反射系數(shù)，對于無耗傳輸線，它的表達式為駐波比：傳輸線上波腹點電壓振幅與波節(jié)點電壓振幅的比值為電壓駐波比，也稱為駐波系數(shù)。反射系數(shù)與輸入阻抗的關系：當傳輸線的特性阻抗一定時，輸入阻抗與反射系數(shù)一一對應，因此，輸入阻抗可通過反射系數(shù)的測量來確定；當時，=0，此時傳輸

4、線上任一點的反射系數(shù)都等于0，稱之為負載匹配。駐波比與反射系數(shù)的關系：，駐波比的取值范圍是；當傳輸線上無反射時，駐波比為1，當傳輸線全反射時，駐波比趨于無窮大。顯然，駐波比反映了傳輸線上駐波的程度，即駐波比越大，傳輸線的駐波就越嚴重。8. 均勻傳輸線輸入阻抗的特性，與哪些參數(shù)有關？ 9. 均勻傳輸線反射系數(shù)的特性 10. 簡述傳輸線的行波狀態(tài)，駐波狀態(tài)和行駐波狀態(tài)。 11. 什么是行波狀態(tài)，行波狀態(tài)的特點 12. 什么是駐波狀態(tài)，駐波狀態(tài)的特性 13. 分析無耗傳輸線呈純駐波狀態(tài)時終端可接哪幾種負載，各自對應的電壓電流分布 14. 介紹傳輸功率、回波損耗、插入損耗 15. 阻抗匹配的意義，阻抗

5、匹配有哪三者類型，并說明這三種匹配如何實現(xiàn)？ 16. 負載獲得最大輸出功率時，負載與源阻抗間關系： 。17. 史密斯圓圖是求解均勻傳輸線有關 阻抗匹配 和 功率匹配 問題的一類曲線坐標圖，圖上有兩組坐標線，即歸一化阻抗或導納的 實部和虛部 的等值線簇與 反射系數(shù) 的 幅和模角 等值線簇，所有這些等值線都是圓或圓弧，故也稱阻抗圓圖或導納圓圖。導納圓圖可以通過對 阻抗圓圖 旋轉180°得到。阻抗圓圖的上半部分呈 感 性，下半部分呈 容 性。Smith圓圖與實軸左邊的交點為 短路 點，與橫軸右邊的交點為 開路 點。Smith圓圖實軸上的點代表 純電阻 點，左半軸上的點為電壓波 節(jié) 點，右半

6、軸上的點為電壓波 腹 點。在傳輸線上負載向電源方向移動時，對應在圓圖上應 順時針 旋轉，反之在傳輸線上電源向負載方向移動時，對應在圓圖上應 逆時針 旋轉。 18. TEM、TE和TM波是如何定義的？什么是波導的截止性？分別說明矩形波導、圓波導、同軸線、帶狀線和微帶線的主模是什么？ 答：1）TE波，TM波，TEM波是屬于電磁波的三種模式。TE波指電矢量與傳播方向垂直，或者說傳播方向上沒有電矢量。TM波是指磁矢量與傳播方向垂直。TEM波指電矢量和磁矢量都與傳播方向垂直；2）是與波導橫截面尺寸、形狀及傳輸模式有關的一個參量，當相移常數(shù)=0時，意味導波系統(tǒng)不再傳播，亦稱為截止, 此時， 故將稱為截止波

7、數(shù)3）矩形波導的主模是TE10模；圓波導的主模是TE11模；同軸線的主模是TEM模；帶狀線的主模是TEM模；微帶線的主模是準TEM模。19. 簡述述矩形波導傳輸特性的主要參數(shù)定義：相移常數(shù)，截至波長，截至波數(shù)，波導波長，相速度，TE波和TM波的波阻抗 1） 相移常數(shù)和截止波數(shù)：相移常數(shù)和截止波數(shù)的關系是2） 相速：電磁波的等相位面移動速度稱為相速，即3） 波導波長：導行波的波長稱為波導波長，它與波數(shù)的關系式為 4） 波阻抗：某個波形的橫向電場和橫向磁場之比，即20.導波系統(tǒng)中截止波長、工作波長和波導波長的區(qū)別。 答：導行波的波長稱為波導波長，用g表示，它與波數(shù)的關系式為其中，為工作波長。21.

8、 為什么空心的金屬波導內不能傳播TEM波？ 答：空心金屬波導內不能存在TEM波。這是因為：如果內部存在TEM波，則要求磁場完全在波導的橫截面內，而且是閉合曲線。有麥克斯韋第一方程可知，閉合曲線上磁場的積分等于與曲線相交鏈的電流。由于空心金屬波導中不存在軸向即傳播方向的傳導電流，故必要求有傳播方向的位移電流，由位移電流的定義式可知，要求一定有電場存在，顯然這個結論與TEM波的定義相矛盾，所以，規(guī)則金屬內不能傳輸TEM波。22. 圓波導中的主模為 TE11模 ，軸對稱模為 TM01模 ，低損耗模為 TE01模 。 23. 說明圓波導中TE01模為什么具有低損耗特性。 答：TE01模磁場只有徑向和軸

9、向分量，故波導管壁電流無縱向分量，只有周向電流。因此當傳輸功率一定時，隨著頻率升高，管壁的熱損耗將單調下降，故其損耗相對其它模式來說是低的，故可將工作在TE01模的圓波導用于毫米波的遠距離傳輸或制作高Q值的諧振腔。24. 什么叫模式簡并現(xiàn)象？矩形波的和圓波導的模式簡并有何異同？ 答：波導中的電磁波是各種TMmn模和TEmn模的各種線性組合，m為x方向變化的半周期數(shù)，n是y方向變化的半周期數(shù)；如果當兩個模式TMmn和TEmn的截止波長相等時，也就說明這兩種模式在矩形波導里出現(xiàn)的可能性相同，這種現(xiàn)象就叫做簡并。25. 解釋圓波導中的模式簡并和極化簡并 26.為什么一般矩形（主模工作條件下）測量線探

10、針開槽開在波導寬壁的中心線上？ 27. 帶狀線傳輸主模TEM模時，必須抑制高次模 TE模 和 TM模 ；微帶線的高次模有 波導模式 和 表面波模式 。28. 微帶線的特性阻抗隨著w/h的增大而 減小 。相同尺寸的條件下，r越大, 特性阻抗越 小 。29. 微波網(wǎng)絡基礎中，如何將波導管等效成平行傳輸線的？ 30. 列出微波等效電路網(wǎng)絡常用有5 種等效電路的矩陣表示，并說明矩陣中的參數(shù)是如何測量得到的。 31. S參數(shù)如何測量。 32. 二端口網(wǎng)絡的S參數(shù)（S11，S12，S21，S22）的物理意義。 33. 多口網(wǎng)絡矩陣的性質：網(wǎng)絡互易有，網(wǎng)絡無耗有，網(wǎng)絡對稱時有。34. 阻抗匹配元器件的定義，

11、作用，并舉例說明有哪些阻抗匹配元件。 35. 寫出理想的雙口元件的矩陣，理想衰減器的=，理想相移器=，理想隔離器=。36. 功率分配元器件的定義，并舉例說明有哪些？ 答：將一路微波功率按比例分成幾路的元件稱為功率分配元件，主要包括定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。37. 簡述雙分支定向耦合器的工作原理，并寫出3dB雙分支定向耦合器的S矩陣。 答：假設輸入電壓信號從端口“”經(jīng)A點輸入，則到的D點的信號有兩路，一路由分支線直達，其波行程為g/4，另一路由ABCD，波行程為3g/4,；故兩條路徑到達的波行程差為g/2，相應的相位差為，即相位相反。因此若選擇合適的特性阻抗，使到達的兩路信號的

12、振幅相等，則端口“”處的兩路信號相互抵消，從而實現(xiàn)隔離。同樣由AC的兩路信號為同相信號，故在端口“”有耦合輸出信號，即端口“”為耦合端。耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。38. 簡述天線的定義和功能 答：用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線?；竟δ埽?）天線應能將導波能量盡可能多地轉變成電磁波能量；2）天線具有方向性；3）天線有適當?shù)臉O化。4）天線應有足夠的工作頻帶。39. 簡述天線近場區(qū)和遠場區(qū)的特點 答：近區(qū)場： 在近區(qū), 電場和與靜電場問題中的電偶極子的電場相似, 磁場和恒定電流場問題中的電流元的磁場相似, 所以近區(qū)場稱為準靜態(tài)場。 由于場強與的高次方成正比, 所以近區(qū)場隨

13、距離的增大而迅速減小, 即離天線較遠時, 可認為近區(qū)場近似為零。 電場與磁場相位相差90°，說明玻印廷矢量為虛數(shù), 也就是說, 電磁能量在場源和場之間來回振蕩, 沒有能量向外輻射, 所以近區(qū)場又稱為感應場。 遠區(qū)場：在遠場，電基本振子的場只有和兩個分量，它們在空間上相互垂直，在時間上同相位，所以其玻印亭矢量是實數(shù)，且指向方向。這說明電基本振子的遠區(qū)場是一個沿著徑向向外傳播的橫電磁波，故遠區(qū)場又稱輻射場。是一個常數(shù)，即等于媒質的本征阻抗，因而遠場區(qū)具有與平行波相同的特性。輻射場的強度與距離成反比，隨著距離的增大，輻射場減小。這是因為輻射場是以球面波的形式向外擴散的，當距離增大時，輻射能

14、量分布到更大的球面面積上。在不同的方向上，輻射強度不相等。這說明電基本振子的輻射是有方向性的。40. 天線的電參數(shù)有哪些？ 答：天線的電參數(shù)有：主瓣寬度、旁瓣電平、前后比、方向系數(shù)。41. 電基本振子的歸一化方向函數(shù)，方向系數(shù)D=1.5，輻射電阻，3dB波瓣寬度900.42. 解釋天線的方向圖，以及E面和H面？ 答：如果將作為空間角度q 和f 函數(shù)的天線方向性函數(shù)以圖形的形式表示出來，則稱為方向圖或方向性圖。E面：含最大輻射方向，電場矢量所在的平面（由電場強度方向和最大輻射方向構成的平面）H面：含最大輻射方向，磁場矢量所在的平面（由磁場方向和最大輻射方向構成的平面）。43. 簡述什么是天線的極

15、化，極化的分類？ 答：天線的極化是天線在最大輻射方向上輻射場的極化，一般是指輻射電場的空間取向。輻射場的極化是指在空間某一固定位置上電場矢量端點隨時間運動的軌跡。根據(jù)軌跡形狀不同，可分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化：電場矢量沿著一條線做往復運動。線極化分為水平極化和垂直極化。圓極化：電場矢量的大小不變，其末端做圓周運動。分為左旋圓極化和右旋圓極化。橢圓極化：電場矢量大小隨時間變化，其末端運動的軌跡是橢圓。分為左旋橢圓極化和右旋橢圓極化。 44. 解釋天線方向圖參數(shù)中的主瓣寬度、旁瓣電平、前后比、方向系數(shù) 45. 從接收角度講, 對天線的方向性有哪些要求？ 答：1）主瓣寬度盡可能窄，以抑制干

16、擾，但如果干擾與有用信號來自同一方向，即使主瓣寬度很窄，也不能抑制干擾，另一方面當來波方向易于變化時，主瓣太窄難以保證穩(wěn)定的接收，如何選擇主瓣寬度，應根據(jù)具體情況而定。2）旁瓣電平盡可能低，在任何情況下，都希望電平盡可能地低。3）要求天線方向圖中，最好有一個或多個可控制的零點，以便將零點對準干擾方向，而且當干擾方向變化時，零點方向也隨之改變，以抑制干擾，這也稱為零點自動形成技術46. 什么是衰落？簡述引起衰落的原因。 答：所謂衰落，一般是指信號電平隨時間的隨機起伏。引起衰落的原因大致分為兩大類：吸收性衰落和干涉型衰落。吸收性衰落：由于傳輸媒質電參數(shù)的變化，使得信號在媒質中的衰減發(fā)生相應的變化，

17、如大氣中的云霧等都對電波有吸收作用，由于氣象的隨機性，因而這種吸收的強弱也有起伏，形成信號的衰落。干涉型衰落：由隨機多徑干涉現(xiàn)象引起的信號幅度和相位的隨機起伏稱為干涉型衰落。47. 什么是波長縮短效應？試簡要解釋其原因。 答：對稱振子上的相移常數(shù)大于自由空間的波數(shù)k，亦即對稱振子上的波長短于自由空間波長，這是一種波長縮短現(xiàn)象。 對稱振子輻射引起振子電流衰減, 使振子電流相速減小, 相移常數(shù)大于自由空間的波數(shù)k, 致使波長縮短; 由于振子導體有一定半徑, 末端分布電容增大（稱為末端效應）, 末端電流實際不為零, 這等效于振子長度增加, 因而造成波長縮短。振子導體越粗, 末端效應越顯著, 波長縮短

18、越嚴重。48. 對稱振子天線在臂長等于多少時方向性最好？ 答:時，方向性最好。49. 半波對稱振子的方向系數(shù)： 1.64 。50. 半波振子的 78o 。51. 天線的有效面積 答：有效接收面積是衡量一個天線接收無線電波能力的重要指標。它的定義為: 當天線以最大接收方向對準來波方向進行接收時, 接收天線傳送到匹配負載的平均功率為PLmax, 并假定此功率是由一塊與來波方向相垂直的面積所截獲, 則這個面積就稱為接收天線的有效接收面積, 記為Ae, 即有式中, Sav為入射到天線上電磁波的時間平均功率流密度，其值為52. 簡述天線增益的定義。 答：天線增益是這樣定義的。即輸入功率相同時，某天線在某

19、一方向上的遠區(qū)產(chǎn)生的功率流密度S1與理想點源（無方向性）天線在同一方向同一距離處產(chǎn)生的功率流密度S0的比值，稱為該天線在該方向上的增益系數(shù)，簡稱增益，常用G表示。53. 寫出陣列天線的方向圖乘積定理，并作說明。 答： 由上式可得到如下結論：在各天線元為相似元的條件下，天線陣的方向圖函數(shù)是單元因子與陣因子之積。這個特性稱為方向圖乘積定理。式中，稱為元因子；稱為陣因子。元因子表示組成天線陣的單個輻射元的方向圖函數(shù)，其值僅取決于天線元本身的類型和尺寸。它體現(xiàn)了天線元的方向性對天線陣方向性的影響。陣因子表示各向同性元所組成的天線陣的方向性，其值取決于天線陣的排列方式及其天線元上激勵電流的相對振幅和相位

20、，與天線元本身的類型和尺寸無關。54. 采用天線陣可增強方向性，其主要原理是什么？ 答：為了加強天線的方向性，將若干輻射單元按某種方式排列所構成的系統(tǒng)稱為天線陣。構成天線陣的輻射單元稱為天線元或陣元。天線陣的輻射場是各天線元所產(chǎn)生場的矢量疊加，只要各天線元上的電流振幅和相位分布滿足適當?shù)年P系，就可以得到需要的輻射特性。二、課后習題1.4； 1.6； 1.9 ； 1.10； 1.12； 1.13； 2.3； 2.7 2.10； 4.2； 4.4； 4.5； 4.6； 4.8； 5.6 ； 5.11 ； 6.5； 6.6； 8.5 第一章1.4 有一特性阻抗為的無耗均勻傳輸線，導體間的媒質參數(shù)為,

21、終端接有的負載。當時，其線長度為。試求：（1）傳輸線實際長度；（2）負載終端反射系數(shù)；（3）輸入端反射系數(shù)；（4）輸入端阻抗。解：（1）傳輸線上的波長：因而，傳輸線的實際長度：（2）終端放射系數(shù)為：（3）輸入端的反射系數(shù)為：（4）輸入阻抗：16 設某一均勻無耗線特性阻抗為，終端接有未知負載,現(xiàn)在傳輸線上測得電壓最大值和最小值分別為100mV和20mV，第一個電壓波節(jié)點的位置離負載試求該負載阻抗。解：根據(jù)駐波比定義： 反射系數(shù)的模值：由電壓波節(jié)點離負載的位置：求的負載反射系數(shù)的相位，所以負載阻抗為：1.9 特性阻抗為，長度為的均勻無耗傳輸線，終端接有負載，始端接有電壓為，內阻抗的電源。求（1）傳

22、輸線始端的電壓；（2）負載吸收的平均功率；（3）終端的電壓。解：（1）根據(jù)輸入阻抗公式，輸入端的阻抗為：由此可求的輸入端的電壓：（2）由，所以故（3）負載吸收功率：1.10 特性阻抗的均勻無耗傳輸線，終端接有負載，用的阻抗變換器實現(xiàn)阻抗匹配，試求阻抗變換器的特性阻抗及離終端距離。解：負載反射系數(shù)：第一個波腹點離負載距離：即在距離負載的位置插入枝節(jié)的阻抗變換器，可實現(xiàn)匹配第二種解：第一個波節(jié)點離負載距離：即在距離負載的位置插入枝節(jié)的阻抗變換器，可實現(xiàn)匹配1.12在特性阻抗為的無耗雙導線上測得，第一個電壓波節(jié)點的位置，求負載，用并聯(lián)枝節(jié)進行匹配，求出枝節(jié)的位置和長度。解：（1）由，可得反射系數(shù)的模值由電壓波節(jié)點離負載的位置：，可得，所以負載阻抗為：（2）并聯(lián)枝節(jié)接入位置離負載的距離d和并聯(lián)短路枝節(jié)的長度l：另外一組解：1.13 一均勻無耗傳輸線的特性阻抗為