微波技術(shù)基礎(chǔ)試題三

得分得分一．簡答：〔50分〕什么是色散波和非色散波？〔5分〕答：有的波型如TE波和TM波，當(dāng)波導(dǎo)的形狀、尺寸和所填充的介質(zhì)給定時，對于傳輸某一波形的電磁波而言，其相速和群速都隨頻率而變化的，把具有這種特性的波型稱為色散波。而TEM波的相速和群速與頻率無關(guān)，把具有這種特性的波型稱為非色散波。矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)和同軸線分別傳輸?shù)氖鞘裁搭愋偷牟?？?分〕答：〔1〕矩形波導(dǎo)為單導(dǎo)體的金屬管，根據(jù)邊界條件波導(dǎo)中不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波?！?〕圓波導(dǎo)是橫截面為圓形的空心金屬管，其電磁波傳輸特性類似于矩形波導(dǎo)不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波和TM波。〔3〕同軸線是一種雙導(dǎo)體傳輸線。它既可傳輸TEM波，也可傳輸TE波和TM波。什么是TE波、TM波和TEM波？〔5分〕答：根據(jù)導(dǎo)波系統(tǒng)中電磁波按縱向場分量的有無，可分為三種波型：〔1〕橫磁波〔TM波〕，又稱電波〔E波〕:，；〔2〕橫電波〔TE波〕，又稱磁波〔H波〕：，；〔3〕橫電磁波〔TEM〕：，。導(dǎo)波系統(tǒng)中的相速和相波長的含義是什么？〔5分〕答：相速是指導(dǎo)波系統(tǒng)中傳輸電磁波的等相位面沿軸向移動的速度。相波長是指等相位面在一個周期T內(nèi)移動的距離。為什么多節(jié)階梯阻抗變換器比單節(jié)阻抗變換器的工作頻帶要寬？〔5分〕答：以兩節(jié)階梯阻抗變換器為例，設(shè)每節(jié)阻抗變換器長度為θ，三個階梯突變的電壓反射系數(shù)分別為那么點反射系數(shù)為，式中說明，當(dāng)采用單節(jié)變換器時只有兩個階梯突變面，反射系數(shù)的表達式中只有前兩項，假設(shè)取，在中心頻率處這兩項的和為零，即兩突變面處的反射波在輸入端相互抵消，從而獲得匹配；但偏離中心頻率時，因，那么兩個反射波不能完全抵消。然而在多節(jié)階梯的情況下，由于多節(jié)突變面數(shù)目增多，參與抵消作用的反射波數(shù)量也增多，在允許的最大反射系數(shù)容量相同的條件下，使工作頻帶增寬。請簡述雙分支匹配器實現(xiàn)阻抗匹配的原理?！?分〕答：BAB’A’如圖設(shè)：AA’,BB’兩個參考面分別跨接兩個短截線，歸一化電納為jB1,jB2AA’,BB’兩參考面處的等效導(dǎo)納，在考慮分支線之前和之后分別為,,,從負載端說起，首先根據(jù)負載導(dǎo)納在導(dǎo)納圓圖上找到表示歸一化負載導(dǎo)納的點，以此點到坐標原點的距離為半徑，以坐標原點為圓心畫等反射系數(shù)圓，沿此圓周將該點順時針旋轉(zhuǎn)〔4〕rad，得到表示截面AA’處未考慮支線A的作用時的歸一化輸入導(dǎo)納的點。然后，調(diào)節(jié)短截線A，使該點沿著等g圓〔即中的g圓〕移動，直到與輔助圓相交于一點，此點表示截面處總的歸一化輸入導(dǎo)納；以此點到坐標原點的距離為半徑，以坐標原點為圓心畫等反射系數(shù)圓，沿圓周順時針將此點旋轉(zhuǎn)〔〕rad，落在g=1的圓上的一點，此點表示截面處未考慮支線B的作用時的歸一化輸入導(dǎo)納。調(diào)節(jié)短截線B的長度使它所產(chǎn)生的電納與中的電納相抵消，使截面BB’處總的歸一化輸入導(dǎo)納=1，使傳輸線得到匹配。假設(shè)想探測矩形波導(dǎo)內(nèi)的駐波分布情況，應(yīng)在什么位置開槽？為什么？〔5分〕答：在波導(dǎo)寬壁的中心線上開一縱向窄槽，由于窄槽不切割電流線，因此它不影響波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)行波的傳輸特性。通過此槽在波導(dǎo)中插入一小探針，外接晶體檢波器和電流表，可測的波導(dǎo)內(nèi)駐波的分布情況。描述微波網(wǎng)絡(luò)常用哪幾種網(wǎng)絡(luò)參量？〔4分〕答：微波網(wǎng)絡(luò)特性的參量可以分為兩大類：一類是反映網(wǎng)絡(luò)參考面上電壓與電流之間關(guān)系的參量，有阻抗參量Z、導(dǎo)納參量Y、轉(zhuǎn)移參量A；另一類是反映網(wǎng)絡(luò)參考面上入射波電壓與反射波電壓之間關(guān)系的參量，有散射參量S和傳輸參量T。二端口微波網(wǎng)絡(luò)的外特性參量主要有哪些？〔4分〕答：對于二端口網(wǎng)絡(luò)來說，常用的外特性參量有：電壓傳輸系數(shù)T、插入衰減A、插入相移θ以及輸入駐波比ρ。10、微波諧振器與低頻LC諧振回路有什么區(qū)別？〔5分〕答：LC諧振回路是集中參數(shù)回路，電場能量集中在電容器中，磁場能量集中在電感器中，而微波諧振器是分布參數(shù)回路，電場能量和磁場能量是空間分布的；LC諧振器回路只有一個諧振頻率，而微波諧振器一般有無限多個諧振頻率；LC集中參數(shù)回路的品質(zhì)因素Q低于微波諧振器的品質(zhì)因素Q。得分得分二．試以均勻無耗傳輸線輸入端的電壓和電流以及傳輸線的相移常數(shù)和特性阻抗表示傳輸線上任一點的電壓U〔Z〕和電流分布I〔Z〕?！?分〕解：根據(jù)均勻傳輸線的波動方程組：-U(z)=0-=0求的其通解為：U(z)=+I(z)=(-)其中為特性阻抗，γ=α+jβ為傳輸線上的傳輸常數(shù)。 傳輸線均勻無耗的∴α=0將題設(shè)條件帶入通解方程可的沿線電壓電流表達式如下：U(z)=-I(z)=-+或U(z)=I(z)=得分得分三．有一無耗傳輸線的特性阻抗為75Ω，終端接負載阻抗〔100－j50〕Ω，求：傳輸線上的反射系數(shù)〔Z〕；〔8分〕距負載第一個電壓波節(jié)點和電壓波腹點的距離lmin和lmax?！?0分〕解：75〔100-j50〕〔1〕=1∴終端反射系數(shù)的模││=終端反射系數(shù)的相角=終端反射系數(shù)為：那么在傳輸線上的反射系數(shù)〔Z〕=根據(jù)歸一化負載阻抗值：1可在阻抗圓圖上找到和兩個圓的交點。該點所對應(yīng)的導(dǎo)納為其對應(yīng)的波長數(shù)為：0.066那么有：距負載第一個電壓波節(jié)點的距離Z(波節(jié))=距負載第一個電壓波腹點的距離Z(波腹)=得分得分GHZGHZ，需在矩形波導(dǎo)中實現(xiàn)單模傳輸，試求：矩形波導(dǎo)的尺寸；〔8分〕λ=5cm的波在此波導(dǎo)中傳輸時的相位常數(shù)、波導(dǎo)波長λg和相速；〔8分〕假設(shè)f=10GHz，此波導(dǎo)中可能存在的波型?！?分〕解：(1)設(shè)矩形波導(dǎo)的截止頻率，矩形波導(dǎo)的截止波長根據(jù)題意有：那么有：在矩形波導(dǎo)中單模傳輸即為主模?！鄊=1；n=0。而=2a=7.8cm解的那么有b=所以矩形波導(dǎo)寬壁為3.9cm窄壁為(2)根據(jù)波導(dǎo)波長與截止波長的關(guān)系式：=解的又據(jù)相速與截止波長的關(guān)系式：=解的=3.5此時相移常數(shù)為：〔3〕=10G∴=3而〔TE10〕,(TE20)=a