1、 微波技术与天线复习题 一、 填空题 1 微波与电磁波谱中介于 （超短波） 与 （红外线） 之间的波段，它属于无线电波中波长 （最短） 的波段，其频率范围从 （ 300MHz） 至（ 3000GHz） ,通常以将微波波段划分为 （分米波）、（厘米波）、（毫米波） 和 （亚毫米波） 四个分波段。 2 对传输线场分析方法是从 （麦克斯韦方程） 出发，求满足 （边界条件） 的波动解，得出传输线上 （电场） 和 （磁场） 的表达式，进而分析 （传输特性） 。 3 无耗传输线的状态有 （行波状态）、（驻波状态）、（行、驻波状态） 。 4 在波导中产生各种形式的导行模称为波导的 （激励） ， 从波导中提取
2、微波信息称为波导的 （耦合） ，波导的激励与耦合的本质是电磁波的（ 辐射 ）和（ 接收） ，由于辐射和接收是 （互易） 的，因此激励与耦合具有相同的 （场） 结构。 5 微波集成电路是 （微波技术）、（半导体器件）、（集成电路） 的结合。 6 光纤损耗有 （吸收损耗）、（散射损耗）、（其它损耗） ，光纤色散主要有（ 材料色散）、（波导色散）、（模间色散） 。 7 在微波网络中用 （“路”） 的分析方法只能得到元件的外部特性，但它可以给出系统的一般 （传输特性） ，如功率传递、阻抗匹配等，而且这些结果可以通过 （实际测量） 的方法来验证。另外还可 以根据微波元件的工作特性 （综合） 出要求的微波
3、网络，从而用一定的 （微波结构） 实现它，这就是微波网络的综合。 8 微波非线性元器件能引起 （频率） 的改变，从而实现 （放大）、（调制）、（变频） 等功能。 9 电波传播的方式有 （视路传播）、（天波传播）、（地面波传播）、（不均匀媒质传播） 四种方式。 10 面天线所载的电流是 （沿天线体的金属表面分布） ，且面天线的口径尺寸远大于 （工作波长） ，面天线常用在 （微波波段） 。 11 对传输线场分析方法是从 （麦克斯韦方程） 出发，求满足 （边界条件） 的波动解，得出传输线上 （电场） 和 （磁场） 的表达 式，进而分析 （传输特性） 。 12 微波具有的主要特点是 （似光性）、（穿透
4、性）、（宽频带特性）、（热效应特性）、（散射特性）、（抗低频干扰特性） 。 13 对传输线等效电路分析方法是从 （传输线方程） 出发，求满足 （边界条件） 的电压、电流波动解，得出沿线 （等效电压、电流） 的表达式，进而分析 （传输特性） ，这种方法实质上在一定条件下是 （“化场为路”） 的方法。 14 传输线的三种匹配状态是 （负载阻抗匹配）、（源阻抗匹配）、（共轭阻抗匹配） 。 15 波导的激励有 （电激励）、（磁激励）、（电流激励） 三种形式。 16 只能传输 （一种模式 ） 的光纤称为单模光纤，其特点是 （频带很宽）、（容量很大）， 单模光纤所传输的模式实际上是圆形介质波导内的主模 （
5、 11HE ） ，它没有 （截止频率） 。 17 微波网络是在分析 （场） 分布的基础上，用 （路） 的分析方法，将微波元件等效为 （电抗或电阻） 元件，将实际的导波传输系统等效为 （传输线）， 从而将实际的微波系统简化为 （微波网络） 。 18 微波元件是对微波信号进行必要的 （处理） 或 （变换） ，微波元件按变换性质可以分为 （线性互易元器件）、（非线性互易元器件）、（非线性元器件） 三大类。 19 研究 天线的实质是研究天线在空间产生的 （电磁场） 分布，空间任意一点的电磁场都满足 （麦克斯韦方程） 和 （边界条件） ，因此求解天线问题实质是求解 （电磁场方程并满足边界条件） 。 20
6、 横向尺寸远小于纵向尺寸并小于 （波长） 的细长结构天线称为线天线，它们广泛地应用于 （通信、雷达） 等无线电系统中，它的研究基础是 （等效传输线理论） 。 21 用口径场方法求解面天线的辐射场的方法是：先由场源求得口径面上的 （场分布） ，再求出天线的 （辐射场） ，分析的基本依据是 （惠更斯菲涅尔原理） 。 二、 问 答题 1、抛物面天线的工作原理是什么？ (8 分 ) 答： 置于抛物面天线焦点的馈源将高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，如果馈源辐射理想的球面波，而且抛物面口径尺寸为无限大时，则抛物面就把球面波变为理想的平面波，能量沿 Z 轴正向传播，其它方向的辐射为零，从而获得
7、很强的方向性。 2、什么是视距传播？简述其特点。（ 8 分） 1） 发射天线和接收天线处于相互能看得见的视线范围内的传播方式叫视距传播。 .3 2） 特点为： .5 a. )(1012.4 321 mhhrV b.大气对电波将产生热吸收和谐振吸收衰减。 c.场量： FrefaEE jkr )( 3.什么是 微波？其频率范围是多少？它分为几个波段 答：微 波在电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段，其频率范围从 300MHz 至 3000GHz,通常以将微波波段划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波段。（ 7 分） 4.什么是波导的 激励和耦合 ？激励与耦
8、合的本质是什么？激励与耦合的 场 结构是否相同？（ 5 分） 答：在波导中产生各种形式的导行模称为波导的 激励 ，从波导中提取微波信息称 为波导的 耦合 ，波导的激励与耦合的本质是电磁波的 辐射 和 接收 ，由于辐射和接收是 互易 的，因此激励与 耦合 具有相同的 场结构。 5.微波具有的哪些主要特点（ 6 分） 答：微波具有的主要特点是 似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性 。 6 天线研究的实质是什么？并阐述 抛物面天线的工作原理（ 9 分） 答： 研究天线的实质是研究天线在空间产生的 电磁场 分布，空间任意一点的电磁场都满足 麦克斯韦方程 和 边界条件 ，因此
9、求解天线问题实质是求解 电磁场方程并满足边界条件 。 置于抛物面天线焦点的馈源将高频导波能量转变成电 磁波能量并投向抛物反射面，如果馈源辐射理想的球面波，而且抛物面口径尺寸为无限大时，则抛物面就把球面波变为理想的平面波，能量沿 Z轴正向传播，其它方向的辐射为零，从而获得很强的方向性。 7 什么是天波传播？天波静区的含义是什么？ (5 分 ) 答： 1）发射天线发射出的电波，在高空中被电离层反射后到达接收点的传播方式叫天波传播。 .2 3） 当 min0 时，以发射天线为中心的一定半径内不能有天波到达，从而形成一个静区，这个静区叫天波的静区。 .3 四、 解 答题 1、 已知工作波长 mm5 ，
10、要求单模传输，试确定圆波导的半径，并指出是什么模式？ (10 分 ) 解： 1）明确圆波导中两种模式的截止波长： aa C T MC T E 6 1 2 7.2;4 1 2 6.3 0111 .4 2） 题意要求单模传输，则应满足： aa 4126.36127.2 3 3） 结论：在 mmamm 91.147.1 时，可保证单模传输，此时传输的模式为主模 TE11 3 2、一卡塞格伦天线，其抛物面主面焦距： mf 2 ，若选用离心率 为5.2e 的双曲副反射面，求等效抛物面的焦距。 (5 分 ) 解：（ 1）写出等效抛物面的焦距公式： .3 feeAffe 11 （ 2） 将数据代入得： 2
11、mfe 67.4 3、 已知圆波导的直径为 5cm，填充空气介质，试求 1） TE11、 TE01、 TM01 三种模式的截止波长 2） 当工作波长分别为 7cm,6cm,3cm 时，波导中出现上述哪些模式。 3） 当工作波长为 cm7 时，求最低次模的波导波长 。 (12 分 ) 解： 1）求截止波长 .3 TE11： mmaC T E 3 1 5 0.854 1 2 6.311 TM01： mmaC T M 3175.656127.201 TE01: mmaC T E 9 9 5 0.406 3 9 8.101 2）判断 .6 a当工作波长 1170 CTEmm 时，只出现主模 TE11。
12、 b 当工作波长 0111 ,60 C T MC T Emm ，便出现 TE11， TM01。 c 当工作波长 01,0111 ,30 C T EC T MC T Emm ，便出现 TE11， TM01，TE01。 3） 求波导波长 3 mmcg 4 4 9 8.1 2 2)(122 4、 一卡塞格伦天线，其抛物面主面焦距： mf 2 ，若选用离心率为4.2e 的双曲副反射面，求等效抛物面的焦距。 (5 分 ) 解： 1）写出等效抛物面的焦距公式： .3 feeAffe 11 2） 将数据代入得： 2 mfe 86.4 五 计算题（共 61 分， 教师答题时间 30 分钟 ） 例 1- 4 设
13、无耗传输线的特性阻抗为 50 , 工作频率为 300MHz, 终端接有负载 Zl=25+j75( ), 试求串联短路匹配支节离负载的距离l1 及短路支节的长度 l2。 解 : (1)求参数 由工作频率 f=300MHz, 得工作波长 =1m。终端反射系数 010111 1 ZZ ZZe j =0.333+j0.667=0.7454 1071.1je 驻波系数 8 5 4 1.611 11 (2)求长度 第一波腹点位置 0 8 8 1.0411m a x l（ m） 调配支节位置 1462.01a r c t a n21m a x1 ll(m) 调配支节的长度 1831.01a r c ta n
14、22 l图 2 - 3 给出了标准波导 BJ-32 各模式截止波长分布图。 例 2-1 设某矩形波导的尺寸为 a=8cm,b=4cm; 试求工作频率在3GHz 时该波导能传输的模式。 解： )(0 7 1 5.02)(08.02)(16.022)(1.03)122ccc110110mbaabmbmamfcGHzfTMTETE）计算模式波长并判断求波长3）结论 可见，该波导在工作频率为 3GHz 时只能传输 TE10 模 例 6 -3 确定电基本振子的辐射电阻。 解 : 1）电基本振子的远区场 设不考虑欧姆损耗 , 则根据式（ 6 -2 -4）知电基本振子的远区场为 krr IlE jes in
15、60j 2）求辐射功率 将其代入式（ 6 -3 -7）得辐射功率为 RIr IlrP 220 0 22221dds i ns i n60240 3） 所以辐射电阻为 2280 lR例 6 4 一长度为 2h(hh, 因而在 yOz 面内作下列近似 : coszrr rr 11 /2k 所以 dzehzIrekjE hh jkzjkr co s0 )1(s in30 4）进一步变换整个短振子的辐射场 令积分： c o s )c o ss in (2co s1 k khdzeF hh jk z 222c o s2 c o s )2c o s(s i n4c o s )c o ss i n (2 hk khk khdzehzF hhjk z 则 221 c o s)2c o ss in (21 kkhhFF因为 h , 所以 F1+F2 h 因而有 )s in(30 0 khreIjE jkr jkrerkh IjEH s in4 0 5）求辐射电阻 辐射功率为 ddHEp s in21 20 0 将 E 和 H 代入上式 , 同时考虑到
