中山学院微波技术与天线A卷小变态弄的.docx
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中山学院微波技术与天线A卷小变态弄的
屮山学院考试试卷
课程名称:
微波技术与天线
试卷类型:
2012—2013
学年第1学期期末考试
考试方式:
拟题人:
王桓日期:
2012.12.23
审题人:
学院:
电子信息学院
班级:
学号:
姓名:
A卷
闭卷
提示:
考试作弊将取消该课程在校期间的所有补考资格,作结业处理,不能正常毕业和授位,请诚信应考。
一、填空题(共20空,每小题1分,共20分)
1.微波的频率范围是从_300MHz_到_3000GHz_。
2•微波传输线可分为_双导体传输线_、_金属波导_、介质传输线三类。
3.微波传输线共轭匹配的目的是—信源输出功率达到最大值_,实现共轭匹配的条件是
*
Zin_Zg。
4.带状线传输的主模式是_TEM波_,微带线传输的主模式为_准TEM模。
5.矩形波导尺寸为a=8cm,b=3.5cm,则TEn模的截止波长为_6.4cm_。
6.有二端口微波网络,其中I端口特性阻抗为Zoi,n端口特性阻抗为Z02,则其阻抗矩阵Z中
7.
兀素Z11和Z21的归一化形式为
功率为
22W、隔离度为57dB。
(定向度=隔离度一耦合度)
9.天线增益系数G是方向系数D和天线效率a的乘积。
G=Da
二、判断题(共10题,每小题2分,共20分)
2.
3.
8.矩形波导中可以传输TEM波。
()
9.对于定向耦合器而言,定向度越大越好。
()
10.电基本振子近场感应区,电磁场的坡印廷矢量为纯虚数。
()
11.若组成天线金属导体长度I与工作波长’比值越小,天线效率A越高。
()
三、简答题(共1题,共10分)
1.请简单描述电基本振子周围电磁场分布情况。
根据参数kr的取值,可将电基本振子周围的电磁场分为3个区域:
.1*
(1)krL1,近场感应区,其坡印廷矢量S(EH)为纯虚数,因此其辐射功率也为纯虚数,
辐射功率为无功功率,只有电磁能量的相互转换,而没有有功功率的向外辐射;
1*
(2)krL1,远场辐射区,其坡印廷矢量S(EH)为实数,因此其辐射功率也为实数,辐射功率为有功功率,只有电磁能量的向远方传递,而存在有功功率的向外辐射,且E和H都与sinr成正比,因此辐射具有方向性;
⑶处于2区之间,称为菲涅尔区域。
四、计算证明题(共3题,证明题每题10分,计算题每题20分,共50分)
1.请证明Smith阻抗圆图实轴正半轴上点所对应归一化电阻值r等于驻波比‘。
ASmith圆图是反射系数圆图,归一化电阻圆图和归一化电抗圆图的合成;
B圆图上一点既代表一个归一化阻抗,又代表这个阻抗值对应的反射系数(阻抗和反射系数是一一对应的);
C由归一化阻抗的’/2的周期性,因此在圆图上旋转一圈,即是在传输线上移动’/2的距
离;
D向顺时针方向旋转,相当于从负载端向信源端移动;向逆时针方向旋转,相当于从信源端向负载端移动;
E在旋转时与实轴正半轴交点所对应电阻值为驻波比?
,与实轴负半轴交点所对应电阻值为
1/
2.已知无耗传输线特性阻抗为Z。
=50门,负载阻抗乙=10-j20「,请用公式以及Smith圆图等2种方式,求终端反射系数:
1(请在圆图上进行标注,并在下边列出相关步骤,圆图模版在第4页)°
4.二端口微波网络图如下图所示,请求出该网络的散射矩阵[S]。
图1二端口网络
阻抗匹配
(1)阻抗匹配的作用
在微波电路中,若不匹配,将导致严重的反射,降低传输线效率,甚至会击穿传输线⑵阻抗匹配的分类
A终端负载匹配;
匹配条件:
乙二Zo;
匹配结果:
终端负载无反射波
B信源匹配;
匹配条件:
Zg二Z0
匹配结果:
信源将吸收传输线中的反射波
C共轭匹配;
匹配条件:
zin=zg
信源输出功率达到最大值
(3)阻抗匹配的实现方法(例题讲解)
A74的阻抗变换器法
B并联单支节调配法;
1规则金属波导要满足的条件:
(1)波导管的边界和尺寸沿着轴向不变;
(2)波导内填充的介质是均匀、线性、各向同性的;
(3)波导管内为时谐场。
2规则金属波导分析方法:
电磁场分析方法,使用麦克斯韦方程和边界条件精确求解波导管内电磁场分布
3矩形波导
、2
,a和b为矩形波导长边与宽边长度,m和n为矩形波导工作模
式的编号;
(4)其它重要公式:
1-()2
'c
(5)TE模的最低工作模次是TEio,TM模的最低工作模次为TMii,最低次模的截止波长是最大的般希望波导工作在单模状态下(6)矩形波导尺寸选择
a=0.7,
b=(0.4-0.a)
1微波网络分析的3个问题:
)分隔
(1)确定参考面,将微波网络的均匀区(传输线)和非均匀区(一般而言是不规则的微波元件区域
开;
⑵由横向电磁场的分布,定义等效电流l(z)和等效电压U(z),将传输线等效为双导体传输线
(3)将不规则区域化为多端口电网络进行分析
2微波网络的分类
(1)按照端口数分类:
单端口,二端口,三端口,四端口;
(2)线性和非线性微波网络;
(3)互易与非互易网络;
(4)有耗与无耗网络;
(5)对称与非对称网络。
3参考面选取的原则
(1)必须是横截面;
(2)要尽可能深一点,以便将高次模屏蔽;
(3)选择有多种;
(4)一旦选定,对应着一个确定参数的电网络,因此不能轻易改变
4将微波传输线等效为双导体传输线,通过坡印廷定理引入等效电流l(z)和等效电压U(z)。
5对等效电流和等效电压进行归一化:
U(z)二U(z)/、...Z0「(z)二l(z)~Z
定向耦合器的性能指标
A耦合度:
C=10lgP
P3
P
B隔离度:
D=10lg1
P4
C定向度:
八吨
Eg:
某定向耦合器的耦合度为33dB,定向度为24dB,端口一入射功率为25W,计算端口二和端口三的输出功率
天线的电参数
(1)天线的方向图
A方向图是一个三维图形,其坐标为,其中Pr为归一化辐射功率,可以表示为
Pr二f(二:
:
),即为方向图函数;
B一般使用三维方向图的2垂直剖面来表示方向图性质,一般为E平面或H平面;
C方向图的组成:
主瓣、旁瓣、后瓣
D主要参数:
主瓣宽度、旁瓣电平,前后比
(2)方向系数D
一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度Smax与同输出功率的无方向性天线在同一距离处
的辐射功率密度S的比值。
(3)天线效率A
Rr+R
因此,天线效率若要更高,Rr应更大。
由电基本振子尺-80:
2(-)2,若丨比■小太多,则Rr小,效率低。
&
⑷增益系数G
G是方向系数D和天线效率a的合成参数,G二Da
一般指天线最大辐射方向上的辐射功率密度Smax与同输出功率的理想(天线效率a=100%)无
方向性天线在同一距离处的辐射功率密度S的比值。
(5)天线的极化方式:
线极化、圆极化和椭圆极化o
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图二Smith圆图模版
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- 中山 学院 微波 技术 天线 变态
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