微波技术与天线复习大纲

微波技术与天线复习大纲
绪论
一、基本概念
1、 什么是微波,微波的波段如何划分?
答:微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段,频率范围从300MHz到3000GHz,波长从0.1mm到1m.
通常,微波波段分为米波、厘米波毫米和亚毫米波四个波段。
2、微波有何特点及特性?
答:似光性;穿透性;宽频带特性;热效应性;散射性;抗低频干扰性;视距传播性;分布参数的不确定性;电磁兼容和电磁环境污染。
 
第一章 均匀传输线理论
一、基本概念
1、 什么是微波传输线(或导波系统)?
答:微波传输线(或导波系统)是用以传输信息和能量的各种形式的传输系统的总称。它的作用是引导电磁波沿一定的方向传输,因此又称为导波系统,它所引导的电磁波称为导行波。
2、 什么是均匀传输线,它是如何分类的?
答:截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统成为规则导波系统或均匀传输线。
可大致分为三种类型:
(1)双导体传输线(或TEM波传输线);由两根或两根以上的平行导体构成,主要包括平行双线、同轴线、带状线和微带线等。由于其上传输的电磁波是TEM波或准TEM波,所
以又称为TEM波传输线.
(2)波导:均匀填充介质的金属波导管,主要包括矩形波导,圆波导、脊形波导和椭圆波导等。
(3)介质传输线:因电磁波沿此类传输线表面传播,故又称为表面波波导,主要包括介质波导,镜像线和单根表面波传输线等。
二、计算题(一般是课后练习题)
1。1 设一特性阻抗为50Ω的均匀传输线终端接负载R1=100Ω,求负载反射系数。在负载0。2,0。25及0。5处的输入阻抗及反射系数分别为多少?
解:,
,,
由于,,故当分别为0。2,0.25及0。5时有:
 
 
将上述所算得的反射系数带入求输入阻抗的公式则有
    (化简略) 
 
 
1。4 有一特性阻抗=50Ω的无耗均匀传输线,导体间的媒质参数=2。25,=1,终接=1Ω的负载.当=100MHz时,其线长度为。试求:
(1)传输线的实际长度。(2)负载终端反射系数。(3)输入端反射系数。(4)输入端阻抗。
解:先求波长,欲求波长应知道波的传播速度(一下简称为波速)。
    波速
其中,分别是自由空间中电介质常数和磁导率常数,分别是相对电介质常数和相对磁导率常数,为光速。
,,于是,
(1)传输线的实际长度
(2)负载终端反射系数
(3)输入端反射系数
                         
(4)输入端阻抗
1。11 设特性阻抗为=50Ω的无耗均匀传输线,终端接有负载阻抗Ω为复阻抗时,可以用一下方法实现阻抗变换器匹配:即在终端或在阻抗变换器前并接一段终端短路线,试分别求这两种情况下阻抗变换器的特性阻抗及短路线长度。
解:图(a)中的短路线的输入导纳为 ,,
由,可得到短路线的长度,此时终端等效为纯电阻,即。因此阻抗变换器的特性阻抗为。
图(b)中的终端负载经过阻抗变换器变换后的输入导纳为,短路线的输入导纳为,由,可得到阻抗变换器的特性阻抗及短路线的长度,。
 
第二章 规则金属波导
一、基本概念
1、规则金属波导是用什么方法来分析的?
答:一般采用场分析的方法,即麦克斯韦方程组加边界条件的方法。
2、 试写出金属波导内部的电磁波满足的矢量亥姆霍兹方程。
答:
 
其中
3、试说明为什么规则金属波导内不能传输TEM波?
答:如果内部存在TEM波,则要求磁场应完全在波导的横截面内,而且是闭合曲线。由麦克斯韦第一方程知,闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。由于空心金属波导中不存在轴向(即传播方向)的传导电流,所以必要求有传播方向的位移电流。由于位移电流为,这就要求在传播方向有电场存在。显然,这个结论与TEM波(即不存在传播方向的电场也不存在传播方向的磁场)的定义相互矛盾,所以,规则金属波导内不能传播TEM波。
二、计算题(一般是课后练习题)
2.2 矩形波导的横截面尺寸为,,将自由空间波长为、和的信号接入此波导,能否传输?若能,出现哪些模式?
解:当时信号能传输,矩形波导中各模式的截止波长
,,
因此,的信号不能传输;的信号能传输。工作在主模,的信号能传输,矩形波导存在三种模式。
 
第三章 微波集成传输线
一、基本概念
1、什么是微波集成传输线?
答:它是由微波技术与半导体器件及集成电路结合而成的,从而产生了集成化的平面结构的微波传输线,集成化的微波传输线称为微波集成传输线。
2、微波集成传输线具有何特点?
答:(1)体积小、重量轻、性能好,一致性号,成本低;(2)具有平面结构,通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性。
3、微波集成传输线可分哪几类,各类主要有那些?
答:(1)准TEM波传输线,主要有微带传输线和共面波导管;
   (2)非TEM波传输线,主要有槽线、鳍线等;
   (3)开放式介质波导传输线,主要包括介质波导、镜像波导等;
   (4)半开放式介质波导,主要包括H形波导,G形波导.
 
二、计算题(一般是课后练习题)
3.1 微带工作在什么模式?其相速度和光速、带内波长与空间波长分别有什么关系?
答:微带工作在TEM模下,TM模中最低次模是模,其截止波长为,在模,其截止波长为,其相速度和光速的关系为,带内波长与空间波长的关系为
3。2 一根以聚四乙烯()为填充介质的带状线,已知,,,求此带状线的特性阻抗及其不
出现高次模的最高工作频率。
解:根据公式(教材第59页3-1—4)可求得特性阻抗。带状线的主模式为TEM模,若尺寸选择不好也会引起高次模,为了抑制高次模,带状线的最短工作波长应满足:,, ,因此,所以其最高工作频率为
 
3.7 证明耦合系数与奇、偶特性阻抗存在以下关系:
证明:由于,因此有
3。12 介质波导到模的截止条件是什么?与传统的金属波导相比它有哪些特点?
答:(圆形)介质波导的也和金属波导一样有截止现象,他们在截止时是简并的,其截止频率均为,式中,是零阶贝塞尔函数的第个根。特别地,时,有,,因此当时,(圆形)介质波导可实现单模传输.

本文发布于:2024-09-21 17:48:54,感谢您对本站的认可!

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