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1、微波技术期末考试试卷（A）标准答案及评分标准一、简答题（每小题3分）1、如何判断长线和短线？答：长线是传输线几何长度l与工作波长入可以相比拟的传输线（1.5分），（必须考虑波在传输中的相位变化效应），短线是几何长度l与工作波长入相比可以忽略不计的传输线（1.5分）。（界限可以认为是l/0.05）2、何谓分布参数电路？何谓集总参数电路？答：集总参数电路由集总参数元件组成，连接元件的导线没有分布参数效应，导线沿线电压、电流的大小与相位与空间位置无关（1.5分）。分布参数电路中，沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化，传输线存在分布参数效应（1.5分）。3、何谓色散传输线？对色散传输线和非色散
2、传输线各举一个例子。答：支持色散模式传输的传输线，（0.5分）色散模式是传输速度（相速与群速）随频率不同而不同的模式（0.5分）。支持非色散模式传输的传输线（0.5分），非色散模式是传输速度（相速与群速）不随频率而改变的模式。（0.5分）色散模式传输线：波导（0.5分）非色散模式传输线：同轴，平行双导体，微带。（0.5分）4、均匀无耗长线有几种工作状态？条件是什么？答：均匀无耗长线有三种工作状态，分别是驻波、行波与行驻波。（1.5分）驻波：传输线终端开路、短路或接纯电抗；（0.5分）行波：半无限长传输线或终端接负载等于长线特性阻抗；（0.5分）行驻波：传输线终端接除上述负载外的任意负载阻抗；（
3、0.5分）5、什么是波导中的模式简并？矩形波导和圆波导中的简并有什么异同？答：不同模式具有相同的特性（传输）参量叫做模式简并。（1分）矩形波导中，TE与TM（m、n均不为零）互为模式简并。（1分）mnmn圆波导的简并有两种，一种是极化简并。其二是模式简并，（1分）6、空气填充的矩形波导（宽边尺寸为a,窄边尺寸为b）中，要求只传输Hio波型，其条件是什么？答：由于H的截止波长，2a,而H的截止波长为a,H的截止波长为2b,若保证10c2001H单模传输，因此传输条件max（a,2b）2a（3分）。10答对2a（1分）a2a（2分）或2b2a（2分）a2a或2b2a（2.5分）7、说明二端口网络S
4、参量的物理意义？答:Sl端口接源，2端口接匹配负载，1端口的电压反射系数；S22：2端口接源，1端口接匹配负载，2端口的电压反射系数；S：2端口接源，1端口接匹配负载，2端口到1端口的电压传输系数；S21：1端口接源，2端口接匹配负载，1端口到2端口的电压传输系数；对角元答对第1个给1分，答对第2个加0.5分；非对角元答对第1个给1分，答对第2个加0.5分；8、写出理想移相器的散射矩阵0e-j答：e-j0写出2x2矩阵形式给1分，每个元素0.5分；9、一个微波网络的“某端口匹配”与“某端口接匹配负载”物理含义有何不同？答：某端口匹配是指该端口无反射，出波为零（1.5分）；某端口接匹配负载是指负
5、载无向该端口的反射，该端口入波为零（1.5分）。10、什么叫截止波长？为什么只有波长小于截止波长的波才能够在波导中传播？a2兀77入二k2=k2+2（1分）ckcc波长只有小于截止波长，该模式才能在波导中以行波形式传输（1分），当九九时，c为迅衰场，非行波（1分）。二、（本题15分）一空气介质无耗传输线上传输频率为3GHz的信号，已知其特性阻抗Z二750，终端接有Z二1500的负载。求：0L线上驻波比P；沿线电压反射系数（z）；距离终端l=12.5cm处的输入阻抗Z（l）和电压反射系数r（l）1+P=21r2inZZ150751解：（i）r二一l亠二=一2Z+Z150+753L0r（z）=re
6、-j2z=e-j2z（3分）23九=10cm7/八rZ+jZtanl输入阻抗Z（l）ZL0丁in0Z+jZtanl0心12.5cm=4九,Zin“5”Z2人4丿二752二37.50Z150L（4九）=ej2：?二1e-j523解法二：150二帀=2在等阻抗圆R=2与X=0的交点即为ZL的对应点，标记为A。（2.5分）以0为圆心、线段0A为半径的圆即等圆，其与正实轴的交点R（max）二2二p1ej2z=ej2zp1211口二丙二丙二3，沿线电压反射系数即为=c5=10cm（1分）l=12.5cm=（1分）f4A点沿等，圆顺时针转l=1.25处B读出归一化阻抗Z，可以得到输入阻抗BBZ（/）=ZX
7、Z（3分in0B连接圆心0和X交点读出反射系数的角度,（z）=，e-j（2分）三、（本题15分）一空气填充的矩形波导（a=22.86mm,b=10.16mm）,信号的工作频率为10GHz。求：波导中主模的波导波长，相速v和能速v；gpg若尺寸不变，工作频率变为15GHz，除了主模，还能传输什么模？解：（1）工作频率f=10GHz，空气填充，因此3x101110X109mm=30mm1分）=30mm2a=2x22.86=45.72mm主模TE1o能够传输；（2分）传输参数：g=39.5mm2分）vp=3.975x108m/s2分）v=2.264x108m/s2分）c3x1011八f，帀莎讪切讪d
8、分）主模H10截止波长，2a，恋72H2o截止波长为，a，22.86mm（2分）H截止波长为，2/3a，15.24mmH截止c30c01波长为，2b，20.32mm（2分）c因此可以确定除了主模%外还能传输J模和%模（1分）010四、（本题15分）有一个无耗互易的四端口网络，其散射矩阵为S，0jj001j010a当端口1的微波输入功率为p（其输入归一化电压波为1）,而其余端口均接匹配负载时：1求网络第2，3，4端口的输出功率；求网络第2，3，4端口的输出信号相对于第1端口输入信号的相位差；当第2端口接一个反射系数为厂的负载时，第3,4端口的输出信号（即输出归一化电压bb波3，b4）是什么？解：
9、2端口的输出功率：1分）3端口的输出功率：01分）4端口的输1分）出功率：S（2）2端口的输出信号相对于1端口输入信号的相位差：S21的相角0。（1分）兀s3端口无输出信号（1分）4端口的输出信号相对于1端口输入信号的相位差：S41的相角2（1分）（3）1jb，a+a1、:2224b，丄a+（1分）2袒1ja23b，丄a+丄a（1分）322袒4（1分）b，ja+丄a421231分）b，a（1分）40）CD（2）由于用容性短路并联单枝节进行匹配，因此YjX（X0），于是选择D点（22分）YY1，jX1D（3）由A点顺时针转至D点，所转的波长数为d，则dd（3分）（4）由YjX的点N逆时针转至导纳
10、圆图的短路点Q，转过的波长数为l，则ll（22分）1微波通常是指波长在10.001米之间，频率在300MHz300GHzHz之间的电磁波。按我国标准，家用微波炉所用微波频率为2450兆赫兹。“蓝牙”使用的微波频段在2.4GHz附近。工业加热用微波频率为900兆赫兹。2微带线中传输的工作主模不是真正的TEM波，而是准TEM波，这种模式的主要特点是Hz和Ez都不为零，未加屏蔽时，其损耗包括介质损耗、欧姆损耗和辐射损耗三部分。3微波系统的负载发生全反射时，负载的反射系数为1,从信号源输入的有效功率全部从负载反射回来，此时，从信号源输出端参考面看向负载，参考面上的回波损耗RL=0dB。传输线上若导波波
11、长为入g，则传输线上相隔入g/4的点，其阻抗呈倒数，相隔入g/2的点，其阻抗相等。N口微波网络散射矩阵S的元素S的物理意义为：i口接电源，其余端口接匹配负iiii载时i口的电压反射系数，元素S的物理意义为：j口接电源，其余端口接匹配负载ij时，从j口到i口的电压传输系数。任何均匀传输系统传播的电磁波可分为三种，其中波导不能传输的波型为_TEM波。圆柱形波导中还有一种与矩形波导中不同形式的模式简并现象，称为极化简并。写出两种常见的微波双口网络：放大器、滤波器；两种常见的微波单口网络:负载、信号源。从物理概念上分，模式激励可分为电场激励和磁场激励；常见的模式激励装置有探针激励装置、耦合环激励装置、孑L/缝激励装置和直接耦合装置。同轴线的内导体半径为a，外导体的内半径为b,内外导体之间填充有介质(,U)，28u则同轴线上单位长度的电容为C，单位长度的电感为L，ln(b/a)同ln(b/a)2uln(b/a)轴线的特性阻抗为Z0,2若该同轴线拟用于宽带微弱微波信号的传送，b与a之比应为3.59若该同轴线拟用于窄带大功率微波信号的传送,b与a之比应为1.65；实际工程中为兼顾这两种情况，通常的同轴线特性阻抗为50欧。同轴线单位长度的电容、电感与同轴线的参数.cab有关圆柱形谐振腔中，壁电流只有沿方向的电流的谐振模式是TE,，其Q值较其他模0T!0
