微波天线复习题.docx
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微波天线复习题
微波技术基础思考题
一、填空题
1、对于低于微波频率的无线电波的分析，常用；对于微波用来研究系统的内部结构。
2、传输线接不同负载阻抗时，沿传输线纵向看，有三种不同的工作状态：
。
传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm，当信号频率为20GHz时，该传输线为长线。
3、无耗传输线的阻抗具有两个重要性质。
4、几个重要的参数：
（1）波阻抗：
；介质的固有波阻抗为
，对于真空或空气，
（2）特性阻抗：
，
（3）输入阻抗（分布参数阻抗）：
传输线上任一点的阻抗Zin（d）定义为该点的电压和电流之比,即Zin（d）=
。
，
（4）传播常数：
是描述导行波沿导行系统传播过程中的衰减和相位变化的参数，一般为复数：
对于无耗线：
，
对于低耗线：
，
（5）反射系数：
传输线上某点处的反射系数定义为该点的反射波电压与该点的入射波电压之比，即：
，其表达式为：
，其中：
所以对于无耗线：
；
与阻抗的关系：
；Zin（d）=Z0
（6）驻波系数：
传输线上相邻的波腹点和波节点的电压之比，
。
与阻抗的关系：
Zin（dmin）=
；ZL=Z0
（7）无耗线在行波状态的条件是：
ZL=Z0,此时反射系数为零，驻波系数为1；工作在驻波状态的条件是：
ZL=0;ZL=∞;ZL=+jXL或-jXL；工作在行驻波状态的条件是：
ZL=RL+jXLorZL=RL-jXL。
5、史密斯圆图是求街均匀传输线有关阻抗匹配和功率匹配问题的一类曲线坐标图，图上有两组坐标线，即归一化阻抗或导纳的实部和虚部的等值线簇与反射系数的幅和模角等值线簇，所有这些等值线都是圆或圆弧，故也称阻抗圆图或导纳圆图。
阻抗圆图上的等值线分别标有|Γ|刻度和电压驻波比，
而特征参数
和特征参数
，并没有在圆图上表示出来。
导纳圆图可以通过对阻抗圆图旋转180°得到。
阻抗圆图的实轴左半部和右半部的刻度分别表示rmin或行波系数k和rmax或驻波比r。
圆图上的电刻度表示电长度，图上0~180°是表示反射系数的相位。
6、阻抗匹配是使微波电路或系统无反射运载行波或尽量接近行波的技术措施，阻抗匹配主要包括三个方面的问题，它们是：
（1）信号源共轭匹配；
（2）信号源匹配；（3）负载匹配。
7信号源共轭匹配是当
时，负载能得到最大的功率，其值为
8、带状线的结构是在两接地板间铺设扁平导带，中间填充介质。
带状线可以看作是由同轴线演变而成的，它可以传输TEM导波。
9、微带线可用光刻程序制作，是目前MIC中使用最多的一种平面型传输线，其结构是：
由一个宽度为w，厚度为t的中心导带和下属接地板组成，微带线可以看作是由双导线演变而来的，其工作模式是TE-TM波导模。
10、波导传输特性的主要参数有：
相移常数、截止波数、相速、波导波长、群速、波阻抗和传输功率。
11、波导的激励本质是电磁波的辐射，是微波源在由波导内壁所限定的有限空间辐射，其结果是要求在波导中获得所需要的模式，激励的一般方式有电场激励、磁场激励、电流激励三种。
12、微波谐振器是一种适用于300MHz~3GHz或更高频率的谐振元件，它是导体壁完全密闭的空腔，可以将电磁波场全部约束在空腔内，同时其整个大面积的金属表面又为电流提供通道。
谐振腔具有固定的谐振频率和很高的Q值（品质因数）。
谐振腔的多谐性是指基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。
13、插入损耗是指输入功率与服装吸收功率的比值。
14、反射损耗是指输入功率与反射功率的比值。
15、四种典型实用匹配网络的设计方法是：
（1）信号源共轭匹配、
（2）信号源匹配、（3）支节负载匹配。
其中
（1）是适用于要求获取信号源最大的输出功率的情况；
（2）是适用于信号源端无反射的情况；（3）可分为并联和串联；单支节与多支节，其中常用的是多支节，因为它有宽频带的优点。
匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最强处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。
16、有耗线与无耗线的主要区别在于线上的入射波和反射波的振幅要按指数规律衰减，衰减的大小取决于衰减常数。
17、无耗传输线的驻波状态的特点是：
。
18、无耗传输线的行波状态的特点是：
19、矩形波导的的主模是TE10模，导模传输条件是
，其中截止频率为，TE10模矩形波导的等效阻抗为，矩形波导保证只传输主模的条件是
。
20、模式简并现象是指，
主模也称基模，其定义是。
单模波导是指；多模传输是。
21、保证同轴线只传输TEM模的方法是抑制高次TE、TM模其工作波长与同轴线尺寸的关系应满足
22、耦合传输线是由线构成的系统。
包括耦合微带线和耦合带状线两种常用结构。
23、分析和设计微波系统的有力工具是微波网络的[A]和[S]。
24、建立在等效电压、等效电流和等效阻抗基础上的传输线称为等效传输线。
25、将由不均匀性引起的传输特性的变化归结为等效微波网络。
26、均匀传输线中的许多分析方法均可用于等效传输线的分析。
27、任意具有两个端口的微波元件均可看做为双端口网络。
28、[Z]矩阵中的各个阻抗参数必须使用开路法测量；
[Y]矩阵中的各参数必须用短路法测量；
同一双端口网络的阻抗矩阵[Z]和导纳矩阵[Y]关系是[Z][Y]=[I]。
29、[S]矩阵的各参数是建立在端口接匹配负载基础上的反射系数或传输系数。
也就是说散射矩阵的各个参数可以利用网络输入输出端口的参考面上接匹配负载测得。
互易网络是指Sij=Sji；对称网络是指Sii=Sjj；无耗网络是指[S]+[S]=[I]。
30、微波元器件是指实现信号的产生、放大、变频、匹配、分配、滤波等功能的部件。
31、微波元器件按其变换性质可分为线性互易元器件、线性非互易元器件和非线性元器件三大类。
其中：
线性互易元器件是指元件中没有非线性和非互易性物质它主要包括
线性非互易元器件主要是指包含
元器件，它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域，主要包括隔离器、环行器等。
非线性器件能引起频率的改变，从而实现电磁控制、改变原件特性参量等，主要包括微波检波器、混频器、变频器以及电磁快控元件等。
32、终端负载元件是典型的一端口互易元件，连接在传输系统的终端，是用来实现等功能的元件。
主要包括三种负载为、或。
33、阻抗匹配元器件是用于器件，它们的作用是为了消。
主要包括。
34、微波电路中有一种器件，在振荡器中作为振荡回路，在放大器中用作谐振回路，在带通或带阻滤波器中作为选频元件等，实现上述功能的器件称为微波谐振器件。
35、常用的微波谐振器有同轴谐振器、波导谐振器、带状线与微带线谐振器和介质谐振器等。
36、微波谐振器基本参量为谐振频率，品质因素和等效电导。
37、实现微波谐振器总是通过一个或几个端口和外电路连接，把谐振器和外电路相连的部分叫激励装置或耦合装置。
38、铁氧体是一种黑褐色的陶瓷，它是微波技术中应用很广泛的非线性各向异性的磁性物质。
当微波频率的电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体时，呈现一种非互易性，且其导电损耗很小（大或小）。
利用这种效应，可以做成各种非互易微波铁氧体元件。
最常用的是隔离器和环行器件。
39、按照天线的基本结构来分，天线通常分为线天线、面天线和缝隙天线。
40、天线是指用来辐射和接收无线电波的装置。
41、沿z轴放置的电基本振子远场区只有
和
两个分量，它们在空间上相互垂直，在时间上同向。
二、简答题
1、什么是微波？
微波有什么特点？
微波有哪些方面的应用？
2、试解释一下长线的物理概念，说明以长线为基础的传输线理论的主要物理现象有哪些？
一般是采用哪些物理量来描述？
3、TEM、TE和TM波是如何定义的？
什么是波导的截止性？
分别说明矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线的主模是什么？
4、简述微波传输线可分为哪三种类型，每种类型中有哪些传输线，举例说明。
5、简述导模的定义及其特点。
6、为什么空心的金属波导内不能传播TEM波？
7、列出波导激励方式并加以描述工作原理（至少3种）。
8、从微带线、带状线的演变历程，分别说明他们二者的特性以及分析在高速与高频PCB上的应用
9、列出微波等效电路网络常用有5种等效电路的矩阵表示，并说明矩阵中的参数是如何测量得到的。
10、微波网络基础中，如何将波导管等效成平行传输线的？
11、微波网络分析的理论建立中，做了哪些假设？
为什么最后都归结为S参数的分析与求解?
12、简述天线的功能。
。
13、天线的电参数有哪些？
14、按极化方式划分,天线有哪几种？
15、从接收角度讲,对天线的方向性有哪些要求？
16、什么是衰落？
简述引起衰落的原因。
17、什么是传输失真？
简述引起失真的原因。
18、什么是视距传播？
简述视距传播的特点。
19、不均匀媒质传播方式主要有哪些？
简述对流层散射传播的原理。
20、什么是波长缩短效应？
试简要解释其原因。
21、什么是方向图乘积定理？
22、试画出沿z轴放置电基本振子的E平面和H平面的方向图。
23、为了使天线辐射的方向性更强即波束的方向图更窄，我们通常采用什么方法来改变天线辐射的方向性，它的物理原理是什么？
25、对接收天线的方向性有哪些要求？
26、天线的俯仰角的调整是为了解决天线覆盖中的什么问题，通常用什么方法来调整天线的俯仰角？
它们各有什么优缺点？
三、计算题
1、在一均匀无耗传输线上传输频率为3GHz的信号，已知其特性阻抗Z0=100Ω，终端接Z1=75＋j100Ω的负载，试求：
（1）传输线上的驻波系数；
（2）离终端10cm处的反射系数；
（3）离终端2.5cm处的输入阻抗。
2、无耗传输线特性阻抗Z050（），已知在距离负载z1p/8处的反射系数为（z1）j0.5。
试求
（1）传输线上任意观察点z处的反射系数（z）和输入阻抗Zin（z）；
（2）利用负载反射系数L计算负载阻抗ZL；（3）通过输入阻抗Zin（z）计算负载阻抗ZL。
3、有一特性阻抗为
的无耗均匀传输线，导体间的媒质参数为
，
，终端接
负载。
当
时，其线长度为
。
试求：
（1）传输线实际长度；
（2）负载终端反射系数；（3）输入端反射系数；（4）输入端阻抗。
4、某一均匀无耗传输线特性阻抗为
，终端接有未知负载
现在传输线上测得电压最大值和最小值分别为100mV和20mV，第一个电压波节的位置离负载
，试求该负载阻抗
。
5、特性阻抗为
的均匀无耗传输线，终端接有负载
用
阻抗变换器实现阻抗匹配如图，试求
阻抗变换器的特性阻抗
及离终端距离。
l
λ/4
Z1
Z01
Z0
Z0
6、在特性阻抗为
的无耗双导线上测得
为
为
，第一个电压波节点的位置
，求负载
。
若用并联单支节进行匹配，求出支节的位置和长度。
7、矩形波导截面尺寸为
，波导内充满空气，信号源频率为
，试求：
（1）波导中可以传播的模式；
（2）该模式的截止波长
、相移常数
、波导波长
，相速
、群速和波阻抗。
8、用BJ－100矩形波导以主模传输
的微波信号，
（1）求
、
、
和波阻抗
；
（2）若波导宽边尺寸增加一倍，问上述各量如何变化？
（3）若波导窄边尺寸增大一倍，上述各量如何变化？
（4）若尺寸不变，工作频率变为
，上述各量如何变化？
9、设某系统如题9.1图所示，双口网络为无耗互易对称网络，在终端参考面
处接匹配负载；测得距参考面
距离
处为电压波节点，驻波系数为1.5，试求该双口网络的散射矩阵。
l1
[S]
Z0
Z0
：
Γin
T1
T2
。
题9.1图
10、设双口网络〔S〕已知，终端接有负载
，如题10.1图所示，求输入端的反射系数。
解：
由〔S〕参数定义：
Γin
[S]
Z0
Z0
Z0
根据终端反射系数的定义：
T2
T1
，
：
题10.1图
11、利用级联法求如下图所示的系统的总[ABCD]矩阵（即[A]矩阵），推导出对应的[S]参数矩阵（请写出转换计算过程），并根据[S]参数矩阵的特性对此网络的对称性做出判断。
12、利用D=
的公式计算电基本振子的方向系数。
解：
电基本振子的方向函数为
F（
）=sin
将上式带入公式D=
可得电基本振子的方向系数为1.5
14、均匀同相的矩形口径尺寸为a=8
，b=6
，利用书中图6-2-6，求出H面内的主瓣宽度2
0.5H,零功率点波瓣宽度2
0H以及第一副瓣位置和副瓣电平SLL（dB）。
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