1、微波技術與天線復習大綱緒論一、基本概念1、什么是微波，微波的波段如何劃分？答：微波是電磁波譜中介于超短波與紅外線之間的波段，頻率范圍從300MHz到3000GHz 波長從 0.1mm到 1m。通常，微波波段分為米波、厘米波毫米和亞毫米波四個波段。2、微波有何特點及特性？ 答：似光性；穿透性；寬頻帶特性；熱效應性；散射性；抗低頻干擾性；視距傳 播性；分布參數的不確定性；電磁兼容和電磁環境污染。第一章 均勻傳輸線理論一、基本概念1 、 什么是微波傳輸線（或導波系統）？答：微波傳輸線 （或導波系統） 是用以傳輸信息和能量的各種形式的傳輸系統的 總稱。它的作用是引導電磁波沿一定的方向傳輸，因此又稱為導

2、波系統， 它所引 導的電磁波稱為導行波。2、 什么是均勻傳輸線，它是如何分類的？答：截面尺寸、形狀、媒質分布、材料及邊界條件均不變的導波系統成為規則導 波系統或均勻傳輸線。可大致分為三種類型：（1）雙導體傳輸線（或TEM波傳輸線）；由兩根或兩根以上的平行導體構成，主 要包括平行雙線、同軸線、帶狀線和微帶線等。由于其上傳輸的電磁波是TEM波 或準TEM波，所以又稱為TEM波傳輸線。（ 2）波導：均勻填充介質的金屬波導管，主要包括矩形波導，圓波導、脊形波 導和橢圓波導等。（ 3）介質傳輸線：因電磁波沿此類傳輸線表面傳播，故又稱為表面波波導，主 要包括介質波導，鏡像線和單根表面波傳輸線等。二、計算題

3、（一般是課后練習題）1.1 設一特性阻抗為50 Q的均勻傳輸線終端接負載 R仁100Q，求負載反射系 數。在負載 0.2， 0.25 及 0.5 處的輸入阻抗及反射系數分別為多少？解：， 由于，故當分別為 0.2 ，0.25 及 0.5 時有：將上述所算得的反射系數帶入求輸入阻抗的公式則有（化簡略）1.4 有一特性阻抗=50Q的無耗均勻傳輸線，導體間的媒質參數 =2.25 , =1，終 接=1Q的負載。當=100MHZ寸，其線長度為。試求：（1）傳輸線的實際長度。 （2）負載終端反射系數。 （3）輸入端反射系數。 （4） 輸入端阻抗。解：先求波長，欲求波長應知道波的傳播速度（一下簡稱為波速）

4、。波速其中，分別是自由空間中電介質常數和磁導率常數， 分別是相對電介質常數和相 對磁導率常數，為光速。，于是，（1）傳輸線的實際長度（2）負載終端反射系數（ 3）輸入端反射系數 （4）輸入端阻抗1.11 設特性阻抗為=50Q的無耗均勻傳輸線，終端接有負載阻抗Q為復阻抗時，可以用一下方法實現阻抗變換器匹配： 即在終端或在阻抗變換器前并接一段 終端短路線，試分別求這兩種情況下阻抗變換器的特性阻抗及短路線長度。解：圖（a）中的短路線的輸入導納為，由，可得到短路線的長度，此時終端等效為純電阻，即。因此阻抗變換器的特性 阻抗為。圖 （b） 中的終端負載經過阻抗變換器變換后的輸入導納為， 短路線的輸入導納

5、為， 由，可得到阻抗變換器的特性阻抗及短路線的長度， 。第二章 規則金屬波導一、基本概念1、規則金屬波導是用什么方法來分析的？ 答：一般采用場分析的方法，即麥克斯韋方程組加邊界條件的方法。2、試寫出金屬波導內部的電磁波滿足的矢量亥姆霍茲方程。答：其中3、試說明為什么規則金屬波導內不能傳輸 TEM波?答：如果內部存在TEM波，則要求磁場應完全在波導的橫截面內， 而且是閉合曲 線。由麥克斯韋第一方程知， 閉合曲線上磁場的積分應等于與曲線相交鏈的電流。 由于空心金屬波導中不存在軸向（即傳播方向） 的傳導電流， 所以必要求有傳播 方向的位移電流。由于位移電流為，這就要求在傳播方向有電場存在。顯然，這

6、個結論與TEM波 （即不存在傳播方向的電場也不存在傳播方向的磁場）的定義相互矛盾，所以，規則金屬波導內不能傳播 TEM波。二、計算題（一般是課后練習題）2.2 矩形波導的橫截面尺寸為 , 將自由空間波長為、和的信號接入此波導，能 否傳輸？若能，出現哪些模式？解：當時信號能傳輸，矩形波導中各模式的截止波長因此，的信號不能傳輸；的信號能傳輸。工作在主模，的信號能傳輸，矩形波導 存在三種模式。第三章 微波集成傳輸線一、基本概念1、什么是微波集成傳輸線？答：它是由微波技術與半導體器件及集成電路結合而成的， 從而產生了集成化的 平面結構的微波傳輸線，集成化的微波傳輸線稱為微波集成傳輸線。2、微波集成傳輸

7、線具有何特點？ 答：（ 1）體積小、重量輕、性能好，一致性號，成本低； （2）具有平面結構，通 過調整單一平面尺寸來控制其傳輸特性。3、微波集成傳輸線可分哪幾類，各類主要有那些？答：（1準TEM波傳輸線，主要有微帶傳輸線和共面波導管；（2）非TEM波傳輸線，主要有槽線、鰭線等；（ 3）開放式介質波導傳輸線，主要包括介質波導、鏡像波導等；（4）半開放式介質波導，主要包括 H形波導，G形波導。二、計算題（一般是課后練習題）3.1 微帶工作在什么模式？其相速度和光速、帶內波長與空間波長分別有什么 關系？答：微帶工作在TEM模下，TM模中最低次模是模，其截止波長為，在模，其截 止波長為，其相速度和光速

8、的關系為，帶內波長與空間波長的關系為3.2 一根以聚四乙烯（）為填充介質的帶狀線，已知 , ，求此帶狀線的特性阻 抗及其不出現高次模的最高工作頻率。解：根據公式（教材第 59 頁 3-1-4 ）可求得特性阻抗。帶狀線的主模式為 TEM 模，若尺寸選擇不好也會引起高次模， 為了抑制高次模， 帶狀線的最短工作波長 應滿足：， ，因此，所以其最高工作頻率為 3.7 證明耦合系數與奇、偶特性阻抗存在以下關系：證明：由于，因此有 ?3.12 介質波導到模的截止條件是什么？與傳統的金屬波導相比它有哪些特點？答：（圓形）介質波導的也和金屬波導一樣有截止現象， 他們在截止時是簡并的， 其截止頻率均為，式中，是

9、零階貝塞爾函數的第個根。特別地，時，有， ，因此 當時，（圓形）介質波導可實現單模傳輸。其優點是：（ 1）在很寬的頻帶和較大的直徑變化范圍內，模的損耗較小；（ 2）它可以直接由矩形波導的主模激勵，而不需要波形變換。3.13 已知光纖直徑，求單模工作的頻率范圍。解：由，取，則3.14 已知的階躍光纖，求的單模光纖的直徑，并求此光纖的 NA。 解：取，由得，。另外，第四章 微波網絡基礎一、基本概念1、什么是微波網絡？ 答：在分析電磁場分布基礎上，用“路”的分析方法將微波元件用電抗或電阻網 絡來等效， 將波導傳輸系統用傳輸線來等效， 從而將實際的微波系統簡化為微波 網絡。2、什么是網絡分析？ 答：借

10、助于“路”的分析方法，通過分析網絡的外部特性，總結出系統的一般傳 輸特性，如功率傳遞、阻抗匹配等。3、什么是網絡綜合？答：根據微波元件的工作特性設計出要求的微波網絡， 從而用一定的微波結構來 實現。二、計算題（一般是課后練習題）4.2 試求圖示網絡的 A 矩陣，并確定不引起附加反射的條件。解：該題可分解為三個網絡的級聯分別可如教材 93 頁表 4-2 的“并聯導納”、“短 截線”、“并聯導納”。這三個網絡的 A 矩陣分別為于是，其中4.4 試求圖示終端接匹配負載時的輸入阻抗，并求出輸入端匹配的條件。解：為了不引起反射，則需，從而有， ，一般可取4.5 設某系統如圖所示， 雙端口網絡為無耗互易對

11、稱網絡， 在終端參考面 T2 處 接匹配負載，測得距參考面 T1 距離處為電壓波節點，駐波系數為 1.5 ，試求該 雙端口網絡的散射矩陣。解：設參考面 T1 處的反射系數為，其模值和相位為：，因此有，由 S 參數的定義知，根據網絡的互易性有， ，網絡的對稱性有。根據網絡無耗的性質：于是我們可以得到兩個方程：解上述方程可得：，故而，4.6 試求如圖所示并聯網絡的 S 矩陣。解：分別設端口 1 和端口的入射波和反射波為， 端口 1 和 2 的電壓和電流分別為 和。分別對端口 1 列出其電壓和電流方程， 根據入射波、反射波與電壓、電流的關系經變換得到：第五章 微波元器件一、基本概念1、什么是微波元件

12、？ 答：在微波系統中，實現信號的產生、放大、變頻、匹配、分配、濾波等功能的 部件，稱之為微波元件。2、微波元件可分哪些類，各類主要是那些？ 答：微波元器件按其變換性質可分為線性互易元器件、 線性非互易元器件及非線 性元器件三大類。（1）線性互易元器件只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特性并滿足互易 定理，主要包括：微波連接匹配元件、功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧 振器件等。（2）非線性互易元器件主要是指鐵氧體器件，它的散射矩陣不對稱，但仍工作 在線性區域，主要包括：隔離器、環形器等。（3）非線性器件能引起頻率的改變，從而實現調制、變頻等，主要包括：微波 電子管、微波晶體管、微波固態諧振

13、器、微波場效應管及微波點真空器件等。二、計算題（一般是課后練習題）5.1 有一矩形波導終端接匹配負載，在負載處插入一可調螺釘后，測得駐波比 為 1.94 ，第一個波節點離負載距離為 0.1 ，求此時負載處的反射系數及螺釘的歸 一化電納值。解：插入螺釘后的反射系數模值為：反射系數的相位可由下式確定， ，由反射系數與導納之間的關系： ，可得5.9 證明如圖所示微帶環形電橋的各端口接匹配負載時，各段的歸一化特性導 納為。證明：微帶環形電橋的各支路可用下圖來等效。根據傳輸線四分之一波長的阻抗變換性：信號從到與從到兩條支路并聯，端口的輸入導納為因此即信號由到與到兩條支路并聯，同理。5.13 設矩形諧振腔

14、由黃銅制成， 其電導率，其尺寸為， ， ，試求模式的諧振腔波 長和無載品質因數的值。解：諧振腔波長為：矩形諧振腔的表面阻抗為無載品質因數為：5.15 試說明如圖所示雙 Y 結環形器的工作原理。答：設兩個環形器的連接端口為，根據 丫結環形器的工作原理，當信號從端口 輸入時，端口有輸出，而端口為隔離端無輸出， 輸入到端口的信號從端 口輸出，端口為隔離端無輸出。類似分析可得信號從端口輸入， 則端口 輸出，端口、隔離，從而形成了信號的環形。第六章 天線輻射與接收的基本理論一、基本概念1、什么是天線？答：用來輻射和接收無線電波的裝置稱之為天線。2、天線有哪些基本功能？答：（1）天線應能將導波能量盡可能多

15、地轉變為電磁波能量。這首先要求天線是一個良好的 “電磁開放系統”，其次要求天線與發射機匹配或與接收機匹配。 （2） 天線應使電磁波盡可能集中于所需的方向上，或對所需方向的來波有最大的接 收，即天線具有方向性。 （3）天線應能發射或接收規定極化的電磁波，即天線有 適當的極化。（4）天線應有足夠的工作頻帶。3、天線可分哪幾類？答：（1）按用途的不同，可將天線分為通信天線、廣播電視通信、雷達天線等。（2）按工作波長的不同，可將天線分為長波、中波、短波、超短波和微波天線 等。（3）按輻射元的類型，可大致分為線天線和面天線。二、計算題（一般是課后練習題）6.5 設某天線的方向圖如圖所示， 試求主瓣零功率

16、波瓣寬度、 半功率波瓣寬度、 第一旁瓣電平。解：主瓣零功率波瓣寬度為： 。主瓣半功率波瓣寬度為： 。第一旁瓣電平：6.6 長度為（）沿軸放置的短振子，中心饋電，其電流分布為，式中，試求短振子的：輻射電子；方向系數；有效長度（歸于輸入電流）。解：由于，所以短振子的電流可近似為短振子的輻射場為：輻射功率為：將輻射電場帶入上式得： ，于是 輻射電阻為：； 方向系數為： 有效長度：第七章 電波傳播概論一、基本概念7.1 什么是衰落？簡述引起衰落的原因。答：所謂衰落（ Fading ），一般是指信號電平隨時間的隨機起伏。根據引起衰落 的原因分類大致可分為吸收型和干擾型衰落。 吸收型衰落主要是由于傳輸媒質

17、電 參數的變化， 使信號在媒質中的衰減發生相應的變化而引起的； 干擾型衰落主要 是由隨機多徑干涉現象引起的。7.2 什么是傳輸失真？簡述引起失真的原因。答：無線電波通過媒質除產生傳輸損耗外， 還會產生信號失真振幅失真和相位 失真。產生失真的原因有兩個，一是媒質的色散效應，二是隨機多徑傳輸效應。7.3 什么是視距傳播？簡述視距傳播的特點。 答：所謂視距（ Horizon ）傳播是指發射天線和接收天線處于相互能看得見的視 線距離之內的傳播方式。地面通信、衛星通信及雷達等都可采用這種傳輸方式。 主要用于超短波和微波段的電波傳播。 在大氣中它的傳播路線是一個下彎曲的弧 線。7.4 何謂天波傳播？簡述天

18、波傳播的特點。 答：天波傳播通常是指自發射天線發出的電波在高空被電離層反射后到達接收點 的傳播方式，有時也稱電離層電波傳播，主要用于中短波通信。其特點是（1）對通信信號的頻率有影響； （ 2）隨機多徑效應嚴重、通信帶寬較窄； （3）電離層 對反射信號的頻率是有限的； （4）受地面吸收及障礙物的影響較小、傳輸損耗小 能進行長距離的通信； （5）簡單易行。第八章 線天線一、基本概念 1、什么是線天線？主要用在哪些系統中？ 答：橫向尺寸遠遠小于縱向尺寸并小于波長的細長結構的天線稱為線天線， 它廣 泛用在通信、雷達等無線系統中。二、計算題（一般是課后練習題）8.4 一半波振子臂長為，直徑，工作波長，試

19、計算其輸入阻抗。解：由于，查書P158圖84得：。其等效特性阻抗為由，查書P161圖8 6得：，即。輸入阻抗為8.5有兩個平行于并沿軸方向排列的半波振子，若；時，試求其方向函數。解：半波振子的方向函數為： ，振因子： ,其中。由方向圖乘積定理，二元陣的方 向函數等于兩者的乘積（1）時：令得面方向函數：令得面方向函數：（2）時：令得面方向函數：令得面方向函數：8.9 五元二項式天線陣，其電流振幅比為1： 4： 6： 4： 1，各元間距為，求此天線陣的方向函數；計算其主瓣半功率波瓣寬度解：五元二項式天線陣方向函數為:28.10 設以半波振子為接收天線，用來接收波長為，極化方向與振子平 行的線極化平

20、面波，試求其與振子細線垂直平面內的有效接收面積。解：半波振子的方向系數 D=1.64，與振子細線垂直平面內的有效接收面積為8.11 設在相距 1.5 的兩個站之間進行通信，每站均以半波振子為天線，工作頻率為300MHz若一個站的發射功率為100 W則另一個站的匹配負載中能得到多少功率？解：設匹配負載吸收的平均功率為，則接收天線的有效接收面積為其中為發射天線的功率流密度。所以而因而8.12 直立陣子的高度為，當工作波長，求它的有效高度以及歸于波腹電流的輻射電阻。解：歸于波腹電流的有效高度由于，用近似公式：8.16 一個七元引向天線，反向器與有源陣子的間距為，各引向器等 間距排列，且間距為，試估算

21、其方向系數。解：在工程上，多元引向器的方向系數用下式估計：式中為引向天線的總長度：，為比例系數，查書P175圖833得,所以。第九章 面天線一、基本概念1 、什么是面天線，應用在什么波段？答：電流分布在天線體的金屬表面， 且口徑尺寸遠遠大于工作波長的天線稱之為 面天線，通常應用在無線電頻譜的高頻段，特別是微波波段。2、常用的面天線有哪些？答：常用的面天線主要有拋物面天線，卡塞格倫天線兩種。 二、計算題（一般是課后練習題）9.2 有一位于平面上的正方形口徑，工作波長為 3cm, 面半功率波瓣寬度為， 口徑場分布沿軸方向線極化，其表達式為。試求： 面半功率波瓣寬度 ; 面方向圖第一旁瓣點平； 口徑利用因數和天線的增益； 解：由題意可知，口徑場沿方向都是均勻分布且尺寸相同，因此面和面的方向系數完全相同，或者說方向圖完全相同，當然半功率波瓣寬度也相同，所以面半功率波瓣寬度為其方向圖由教材P200公式（9 213）得，即9.7 假設有一位于平面內尺寸為的矩形口徑 , 口徑