天线与微波复习思考题.doc

1、天线与微波复习思考题一、填空1、对于低于微波频率的无线电波，其波长远大于电系统的实际尺寸，可用电路分析法进行分析；频率高于微波波段的光波等，其波长远小于电系统的实际尺寸，因此可用光学分析法进行分析；微波则由于其波长与电系统的实际尺寸相当必须用场分析法进行分析。2、在圆波导中有两种简并模，它们是 E-H 简并和极化简并。3、激励波导的方法通常有三种：电激励、磁激励和电流激励。4、各种集成微波传输系统归纳起来可以分为四大类：准 TEM 波传输线、非 TEM波传输线、开放式介质波导传输线和半开放式介质波导。5、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件以及非线性元器件三大类。6、微

2、波连接匹配元件包括终端负载元件、微波连接元件以及阻抗匹配元器件三大类。7、在微波系统中功率分配元器件主要包括定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。8、非互易微波铁氧体元件最常用的有隔离器和环形器。9、天线按辐射源的类型可分为线天线和面天线，把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。10、超高频天线，通常采用与场矢量相平行的两个平面来表示，即 E 平面和 H平面。11、根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，电波传播方式分为下列几种：视距传播、天波传播、地面波传播和不均匀媒质传播。12、为了加强天线的方向性，将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵。13、旋转抛

3、物面天线的分析通常采用以下两种方法：口径场法和面电流法。14、按中继方式，微波中继通信可分为基带转接、中频转接和微波转接三种。15、RFID 系统按数据量来分，可分为 1 比特系统和电子数据载体系统。16、50 传输线接(75+j100) 的负载阻抗，传输线上的电压波为行驻波；最靠近负载的是电压波的波腹点。17、耦合带状线的偶奇模相速 = ，与光速 c 的关系为 。vpeo rpoecv/18、圆波导中不存在的波形有 、 。TEm0M019、互易（可逆）网络的散射矩阵满足 。ST20、微波终端开路传输线型谐振器，当传输线的长度 l= ，在谐振频率2/0pn点 附近可用一集中参数的并联谐振电路等

4、效；当传输线的长度 l=0，在谐振频率点 附近可用一集中参数的串联谐振电路等效。4/)12(pn021、微波电路中功率增益的定义主要有三种，它们分别称为功率增益、资用功率增益、转移功率增益。22、任何一个线性、互易、无耗的三端口器件，三个端口不能同时匹配。23、天线的方向系数 D 和工作波长 、天线有效面积 的关系式为Ae。2/4ADe24、矩形波导(ab,a2b)中的最低次模为 模，其截止波长 2a；圆波TE10c导中的最低次模为 模，其截止波长 3.14R。当工作波长 ，电磁TE1c 0波才能在波导中传播。25、圆波导中的导行波 、 ，波指数 m 表示沿圆周分布的驻波数，波omnMon指数

5、 n 表示沿半径分布的半驻波数或场的最大值的个数。26、耦合带状传输线的偶、奇模特性阻抗满足 ，偶奇模相移常数满足Ze0o= 。eo27、微波三端口环形器的散射参数矩阵为 ，该环形器的环形顺序01S是 1321。28、互易双端口网络输入端反射系数为 、输出端负载反射系数为 ，则 、in Lin与 S 参数的关系式为 。L LinS21129、低频 LC 振荡回路，其谐振频率由 L、C 唯一确定；微波谐振器不同于低频LC 振荡回路，其谐振波长 ，具有多模和多谐的特点。0)(/22lp30、圆波导中常用的三种谐振模式为 模、 模、 模。TEo1o01TMo01二、单项选择1、均匀传输线单位长度分布

6、参数为 、 、 、 ，其特性阻抗为 C。L1RC1GA. B. C. D.CL1CjRG11j11LjR112、特性阻抗为 的无耗均匀传输线上传输行驻波，驻波系数为 ，其电压波Z0 腹处的输入阻抗为 C。A. B. C. D.0 0/Z0/0Z3、特性阻抗为 的无耗传输线终端接负载 ，若 为容性负载，则传输线0 L上距离负载最近处为 B 点。A.电压波腹 B.电压波节 C.电流波节 D.各种可能的波节波腹4、一个感抗为 j 的集中电感可以用一段长度为 、特性阻抗为 的终端短XL le00路传输线等效，其等效关系为 D。A. B. C. D. 0le20le )arctn(20XZlLe)arc

7、tn(200ZXlLe5、特性阻抗为 的无耗传输线终端接负载 ，传输线上任一点处的归一化输Z0 ZL入阻抗为 D。A. B. C. D. Lin0ini0Lin0Zini06、阻抗圆图上的短路点、开路点分别位于 C 处。A.(1,0)和(0,1) B.(-1,0)和(0,0) C.(-1,0)和(1,0) D.(1,0)和(0,-1)7、传输线特性阻抗为 ，负载阻抗为 ，且 ，若用特性阻抗为 的Z0ZL0L01阻抗变换器进行匹配。则匹配条件为 B。4/A. B. C. D.RZL01R01R01RZL018、矩形波导中的导行波 模式，波指数 m 和 n 分别表示 C。TEmnA.沿波导宽边 a

8、 分布的驻波个数和窄边 b 分布的驻波个数B.沿波导宽边 a 分布的驻波个数和窄边 b 分布的半驻波个数C.沿波导宽边 a 分布的半驻波个数和窄边 b 分布的半驻波个数D.沿波导宽边 a 分布的半驻波个数和窄边 b 分布的驻波个数9、矩形波导中的导行波 、 模式中，主模式分别为 D。TmnMnA. 和 波 B. 和 波 C. 和 波 D. 和 波TE10M10E11TE0101TE10M110、标准微带传输线的传播模式为 D。A.TEM 波 B.TE 波 C.TM 波 D.准 TEM 波11、若特性阻抗为 的孤立单根带状线构成的耦合带状线的奇模特性阻抗为Z0，偶模特性阻抗为 ，则此三个阻抗的大

9、小顺序为 C。Zo0 eA. B. C. D.oe0eo00Zeo00Zoe0012、互易双端口网络的转移参数满足 C。A. B. C. D.A21A211221A1221A13、无耗网络的散射参数满足 A。A. B. C. D.S*SSTS14、基本电流源天线的半功率波瓣宽度为 D 度。A.37.5 B.45 C.180 D.9015、当等幅同相分布口径场变为余弦同相分布口径场时，方向性系数 B。A.不变 B.降低 C.增大 D.可能增大，也可能减小16、一双导线传输线的分布参数为 、 、 、 ，则其传播常数 为 C。L0RC0GA. B. C. D.CL00 )(jjjLR0017、无耗均

10、匀传输线的特性阻抗为 50 ，终端有 25 的负载，则该传输线上的驻波比为 A。A.2 B.1.5 C.1 D.0.518、在一个终端开路的传输线上，离开终端的第一个波腹点距终端的距离为D。A.1/3 波长 B.1/4 波长 C.1 个波长 D.1/2 波长19、Smith 圆图上等电阻圆的圆心位置在 D。A.(-1,0)到(1,+j ) B.(1,-j )到(1,+j )C.(-1,-j )到(1,+j ) D.(0,0)到(1,0)20、在微波传输线上，一个感性负载经过四分之一波长阻抗变换器变为 A 负载。A.容性 B.感性 C.纯电阻性 D.纯感性21、微带线中的衬底厚度为 h，导带宽度

11、为 ，则在衬底介质参数不变的情况下，随着 的增加，微带线的特性阻抗 C。h/A.升高 B.不变 C.降低 D.无法判断22、带状传输线中传输的主模式为 A。A.TEM 波 B.TE 波 C.TM 波 D.表面波23、耦合微带线的奇模相速为 ，偶模相速为 ，两者之间的关系为 A。vpovpeA. B. = C. D. =vpeope ovpeoc224、截面尺寸为 ab(ba/2)的矩形波导， 波在其中传播的条件为 C。 （注：TE10为工作波长）0A. B. C. D.aab20a20a2025、圆波导中的导行波 、 模式中，主模式为 A。TEomnMonA. B. C. D.TEo101To

12、1TMo0126、无耗网络的阻抗矩阵为 A 矩阵。A.纯虚数 B.纯实数 C.对角元为 0 的 D.单位27、一微波网络的散射矩阵为 S，如果该网络是互易的，则有 B。A. B. C. D.1STTSS*28、内部容积相同的球形和圆柱谐振腔，则有 A。A.球形腔的品质因素大于圆柱腔 B.球形腔的品质因素大于圆柱腔 C.两者的品质因素相同 D.无法判断29、已知接受点的电场强度振幅为 24.5mV/m，f=300MHz，不计地面的影响，则半波对称振子可接受到的功率约为 A。A.0.1 B.1 C.10 D.100WW30、若抛物面天线的直径为 2m，工作频率为 6GHz，口面利用系数 ，则51.

13、0此天线的增益为 C。A.33dB B.66dB C.39dB D.78dB三、名词解释1、分布参数微波的频率很高，电磁振荡周期极短，与微波电路中从一点到另一点的电效应的传播时间相比是可比拟的，因此就必须用随时间、空间变化的参量，即分布参量来表征。2、微带线微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构成的一个特殊传输系统，可以看成是由双导体传输线演化而来，将无限薄的导体板垂直插入双导体中间，因为导体板和所有电力线垂直，所以不影响原来的场分布，再将导体圆柱变换成导体带，并在导体带之间加入介质材料，从而构成了微带线。3、品质因数品质因数 是表征微波谐振器频率选择性的重要参量，定义为Q0，式中，

14、W 为谐振器中的储能， 为一个周期内谐振器损PlT02WT耗的能量， 为谐振器的损耗功率。l4、天波静区由于入射角 的电波不能被电离层“反射”回来，使得以发射天线为中心min0的、一定半径的区域内就不可能有天波到达，从而形成了天波的静区。5、直线律相移平面电磁波垂直投射于平面口径时，口径场的相位偏差等于零，为同向场。当平面电磁波倾斜投射于平面口径时，在口径上形成线性相位相移。设在矩形口径上沿 x 轴有线性相位偏移，且相位最大偏移为 ，振幅为均匀分布，口径场m相位沿 x 轴有直线律相移时，方向图形状并不发生变化，但整个方向图发生了平移，且 越大，平移越大。m6、波导模式电压和模式电流答：对导行传

15、输模式的求解可采用横向分量的辅助标位函数法。将横向电场或磁场用标位函数的梯度表示。该标位函数可用纵向分布函数 U(Z)、I(Z)及横向分布函数表示。对应横向电场与横向磁场的纵向分布函数 U(Z)、I(Z)具有电压与电流的量纲，故称其为对应导行模式的模式电压与模式电流。7、波的色散答：当电磁波在导波系统中的传播相速与频率有关时，不同频率的波同时沿该导波装置传输时，等相位面移动的速度不同，有快有慢，该现象称为“色散” 。8、对偶电路答：如果两个网络输入阻抗的乘积为一常数，且与频率无关，则称此两个网络互为对偶电路。9、Smith 圆图答：将等反射系数圆、等归一化电阻圆和等归一化电抗圆绘在一张圆上就得

16、到了阻抗圆图。该图是 1936 年由美国一位叫 Smith 的工程师最先给出，因而它也被称为 Smith 圆图。10、鳍线答：鳍线是 20 世纪 70 年代末期出现的一种新型毫米波传输线。它具有单模、频带宽、低色散、损耗比微带小和组装半导体元器件方便等优点。鳍线是毫米波平面集成电路中很有发展前途的一种传输线。四、问答1、为什么超短波和微波不能以天波传播？答：当电波以 角度入射时，电离层能把电波 “反射”回来的最高可用频率为0，式中， 为电离层的最大电子密度。当电波入射角maxmaxsec8.NfNmax一定时，随着频率的增高，电波反射后所到达的距离越远。当电波工作频率0高于 时，由于电离层不存

17、在比 更大的电子密度，因此电波不能被电离fax ax层“反射”回来而穿出电离层，这正是超短波和微波不能以天波传播的原因。2、抛物面天线对馈源的基本要求是什么？如何选择馈源？答：（1）对馈源的基本要求。馈源方向图与抛物面张角配合，使天线方向系数最大；尽可能减少绕过抛物面边缘的能量漏失；方向图接近圆对称，最好没有旁瓣和后瓣。具有确定的相位中心，这样才能保证相位中心与焦点重合时，抛物面口径为同向场。因为馈源置于抛物面的前方，所以尺寸应尽可能小，以减少对口径的遮挡。应具有一定的带宽，因为天线带宽主要取决于馈线系统的带宽。 （2）馈源的选择。波导辐射器由于传输波形的限制，口径不大，方向图波瓣较宽，适用于

18、短焦距抛物面天线。长焦距抛物面天线的口径张角较小，为了获得最佳照射，馈源方向图应较窄，即要求馈源口径较大，一般采用小张角口径喇叭。在某些情况下，要求天线辐射或接收圆极化电磁波，这就要求馈源为圆极化的，像螺旋天线等。有时要求天线是宽频带的，这就应采用宽频带馈源，如平面螺旋天线、对数周期天线等。3、若长为 l 的无耗均匀传输线的特性阻抗为 ，负载为 :求Z0L（1）输入阻抗与驻波比。（2）若 ，满足什么条件使传输线工作于行波，驻波，行驻波状XjRZLL态。答：（1） ， ，lZjlLintan)(0 eZLjL0L1（2） ,行波； 、0、，驻波； ，且 、ZL0XXjRL0，行驻波。4、说明 L

19、C 谐振回路与微波谐振腔的异同点。若一两端短路的同轴线长为 l，求其谐振波长 。答：相同处：都具有储能和选频的功能。不同处：微波谐振器（腔）是用电壁和磁壁封闭的空腔，是一分布参数系统；具有多谐、多模性；其谐振特性参数为谐振波长 ，品质因素 Q 及等0效电导 G；其分析方法也不同于集总参数谐振电路。由谐振时 可得， ， 。0pnlnlp/20rp/05、试分析波导 E-T 与 H-T 接头各口之间的关系，说明此两种接头的异同点。答：波导 E-T 与 H-T 接头是无耗互易三端口元件，故三个端口不能同时实现匹配。对 E-T 接头，若 E 面分之支配，则由 ， ， ，可得03SS13212E-T 接

20、头的散射参数矩阵,代入 ，得0132S1S021对 H-T 接头，若 H 面分支匹配，则由 ， ， ，可得03S1321H-T 接头的散射参数矩阵，代入 ，得0132S1S02E-T 接头关于对称面是奇对称的，H-T 接头关于对称面是偶对称的。五、计算1、在尺寸为 的矩形波导中，传输 模，工作mba216.08.2 TE10频率 10GHz。求截止波长、波导波长和波阻抗；若波导的宽边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？若波导的窄边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？解：（1）截止波长（2）当 时ma72.4586.2c102.8645.72ma890 30 .10H

21、z.62cfa22g102c10 .7()(.5)f 10TEc1039.()Zfc109.4m9901.03.1Hz2fa 22g10c1 .760()(.8)f100TE2c1379.()Zf此时而工作波长 ，此时能传输的模式为 、 、 。m30TE1020T30（3）当 时mb32.016.2此时 bcTE64.02)(01而工作波长 ，此时能传输的模式为 、m30TE10、 、 。TE011TM12、均匀无耗传输线的特性阻抗 ，沿传输线测得离开终端向10Z电源方向第一个电压波节点 ，波节点电压 ，电cmzl5.2in VU1min压驻波比 ，相波长 。求：（1）负载阻抗 ；（2）负2p

22、ZL载吸收功率 ；（3）若采用终端短路单支节进行负载阻抗匹配，确PL定短路支节的接入位置 d 和长度 ；（4）若传输线为波导，匹配支l0节可用螺钉实现吗？解：（1）电压波节点处 ，且5/0minZi，将 ， 代入得)tan(0ljZLin10 4.2pl)(686.8.jL（2）在波节点处 ， ，可得到VU1min50minZWZPL0.)/(in2mic1045.7a 9c1006.51Hzfa20g3.9)f10TE2c14.3()Zfc122223.4m1.80.ac2045.7a c302.48ma（3） ，单支节匹配网络为6.08.jjxrZL sinco)sinco(cosini1

23、0 BBj jjBjA由 ，可得1i)(i(221 jxrjaZLin，rxB)(Bd1tn70.28.06)()1(22 cmBrxBd 54.6).(arctn2)arctn(2 70.由 可得，lj0otlB.39)1rt(70.0（4）并联支节有正归一电纳解 0.707，若传输线为波导，匹配支节可用螺钉实现。3、设计单节 1/4 波长阻抗变换器，工作频率 ，将 10 的GHzf30负载匹配到 50 ，确定 时的相对带宽。5.1解：匹配段的特性阻抗 ，匹配段的长度510ZLcml5.24/0所对应的反射系数模值为.1 2.015.m其相对带宽 为Wq %3.29.0)512.0arcos

24、(42)1arcos(4202 ZLmq4、求电基本振子和磁基本振子（小电流环）的辐射功率和辐射电阻。解：电基本振子的远区辐射场为eIlrjekrIljEjkrjkr sin60sin402ljjIlHjkrjkr i2i0辐射功率密度矢量为 erIlerIleEHES rrrav 202022* 1sin)(81)sin(121)Re( 辐射功率为 202022 sin)(81sin)(81 dIldSrIldSPr RIlIIl r0202)(43)(81辐射电阻为 )(802lRr磁基本振子的远区辐射场为，erISEjk1sin)(120 EerISHjk1sin2为小电流环的面积。辐射功率密度矢量为aS erISerISeEE rrrav sin)(21)sin)(120221)Re( 2* 辐射功率为 )(16038)(21cos)1(2)(1 2202 ISISdISdSPavr RIr223)(160辐射电阻为 )(02Sr5、有一半波振子天线架高 60m，南北方向水平放置，工作频率为