(完整版)微波技术与天线考试试卷

一、填空

1、充有25.2r =ε介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为mm b mm a 72,22==，传输线上的特性阻抗Ω=__________0Z 。（同轴线的单位分布电容和单位分布电感分别

()

()

70120104,F 1085.8,ln 2ln 2--?==?===

πμμεπμ

πεm a b L a

b

C 和m

H ) 2、 匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最___________处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。

3、

平行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___________（选填：平行，垂直），在时间上_______________（选填：同相，反相）。

4、

已知某天线在E 平面上的方向函数为()??

?

??-=4sin 4

sin πθπθF ，其半功率波瓣宽度

_________25.0=θ。

5、

旋转抛物面天线由两部分组成，___________ 把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来的球面波沿抛物面的___________向反射出去，从而获得很强___________。

二、判断

1、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，该传输线为短线。（ 错）

2、无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。（错 ）

3、由于沿smith 圆图转一圈对应2

λ

，4

λ变换等效于在图上旋转180°，它也等效于通过圆图的中心求

给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对 应的导纳（或阻抗）。（ 对）

4、当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大功率。（ 错）

5、微带线在任何频率下都传输准TEM 波。（ 错）

6、导行波截止波数的平方即2

c k 一定大于或等于零。（ 错） 7、互易的微波网络必具有网络对称性。（错）

8、谐振频率0f 、品质因数0Q 和等效电导0G 是微波谐振器的三个基本参量。（ 对） 9、天线的辐射功率越大，其辐射能力越强。（错 ）

10、二端口转移参量都是有单位的参量，都可以表示明确的物理意义。（错 ） 三、简答题（共19分）

1、提高单级天线效率的方法？（4分） （1）提高天线的辐射电阻; （2）降低损耗电阻。

2、在波导激励中常用哪三种激励方式？（6分） （1）电激励；（2）磁激励：（3）电流激励。

3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？(9分) （1） 主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰； （2） 旁瓣电平尽可能低；

（3） 天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点，以便将零点对准干扰方向，而且

当干扰方向变化时，零点方向也随之改变；

四、计算题（41分）

1、矩形波导BJ-26的横截面尺寸为2

2.434.86a mm b ?=?，工作频率为3GHz ，在终端接负载时测得行波系数为0.333，第一个电场波腹点距负载6cm ，今用螺钉匹配。回答以下问题。 （1）波导中分别能传输哪些模式？（6分） （2）计算这些模式相对应的p νλ,p 及g ν。（9分）

解：（1）利用矩形波导的截止波长的计算公式，计算各波型的截止波长；然后由传输条件λ

2、设双端口网络[]S 已知，终端接有负载1Z ,如图所示，求输入端反射系数。（8分）

3、设矩形波导宽边cm 5.2a =，工作频率GHz f 10=，用

4

g

λ阻抗变换器匹配一段空气

波导和一段56.2=r ε的波导，如图所示，求匹配介质的相对介电常数'

r ε及变换器长度。（8分）

4、在一个均匀无耗传输线上传输频率为3GHz 的信号，已知其特性阻Ω=1000z ，终端接

Ω

75j

Z

+

=100

的负载，试求：l

（1）传输线上的驻波系数ρ；（5分）

10处的反射系数；（5分）（2）离终端cm

答案

一、 填空

1、50

2、强

3、θE ?H 垂直 相同

4、0

180 5、馈源 轴 方向

一、填空题（每题2分，共20分）

1、 对于低于微波频率的无线电波的分析，常用电路分析法；对于微波用场分析法来研究系

统内部结构。

2、 微波传输线大致可分为三种类型：双导体传输线、波导和介质传输线。

3、 无耗传输线的阻抗具有λ/2重复性和λ/4阻抗变换特性两个重要性质。

4、 共轭匹配的定义为：当*

g in Z Z =时，负载能得到最大功率值g

E P R g 412

1

2

max =

。

5、 高波导的宽边尺寸a 与窄边尺寸b 之间的关系为b>a/2.

6、 微带传输线的基本结构有两种形式：带状线和微带线，其衰减主要是由导体损耗和介质

损耗引起的。

7、 建立在等效电压、等效电流和等效特性阻抗基础上的传输线称为等效传输线。 8、 极化方式主要有椭圆极化、圆极化和线极化三种方式。

9、 横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。 10、 在无线电波传输过程中，产生失真的原因主要有媒质的色散效应和随机多径传输效

应。

二、判断题（每题1分，共10分）

1、TE 波和TM 波的最低次模分别为11TE 和 10TM （错）

2、将0≠z E 而0=z H 的波称为TE 波 （错）

3、描述光纤传输特性主要是色散和损耗 （对）

4、辐射电阻越大，有效长度越短，天线的辐射能力越强 （错）

5、天线通信的最佳功率max 85.0f f opt = （对）

6、智能天线技术使得空分多址（SDMA ）成为可能 （对）

7、若无耗线处于行波状态时，则终端反射系数为11=Γ，且0Z Z in =（错）

8、相速度可以用来表示波能量的传输速度 （错） 9、多径效应造成了天线系统传输过程中信号的衰落 （对）

10、天线接收的功率可分为三个部分：接收天线的再辐射功率、负载吸收的功率和媒质的损

耗功率。 （对） 三、简答题（每题6分，共24分） 1、微波的特点有哪些？ 答：（1）似光性 （2）穿透性 （3）款频带特性 （4）热效应特性

（5）散射特性 （6）抗低频干扰特性 2 、HE11模的主要优点？

（1）它不具有截止波段，而其它模只有当波导直径大于0.626λ时，才有可能传输；

（2）在很宽的频带和较大的直径变化范围内，HE11模的损耗较小； （3）它可以直接由矩形波导的主模10TE 激励，而不需要波型变换；

3、从接受角度来讲，对天线的方向性有哪些要求？ （4） 主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰； （5） 旁瓣电平尽可能低；

（6） 天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点，以便将零点对准干扰方向，而

且当干扰方向变化时，零点方向也随之改变；

4、为什么规则金属波导内不能传播TEM 波？

答：如果存在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曲线相交链的电流，由于空心金属波导中不存在传播方向上的传导电流，故必须要求有传播方向的位移电流。由t

D J d ??=，知

传播方向有电场存在，而与TEM 波的定义相矛盾。 四、 计算题（共36分）

1、一根75Ω均匀无耗传输线，终端接有负载111jX R Z +=，欲使线上电压 驻波比为3，则负载的实部1R 和虚部1X 应满足什么关系？(6分) 解：由驻波比3=ρ，可得终端反射系数的模值应为 5.01

1

1=+-=

Γρρ 于是5.00

10

11=+-=

ΓZ Z Z Z 将75,0111=+=Z jX R Z 代入上式，整理得负载的实部1R 和

虚部1X 应满足的关系式为

()2

212

1100125=+-X R

即负载的实部1R 和虚部1X 应在圆心为()0,125、半径为100的圆上，上半圆的对应负载为感抗，而下半圆的对应负载为容抗。

2、设某矩形波导的尺寸为,4,8cm b cm a ==试求工作频率在3GHZ 时该波导能传输的模式。（8分）

解：由,3GHZ f =得

m f

c

1.0==

λ λλ>==m a cTE 16.0210

λλ<==m b cTE 08.0201 λλ<=+=

m b

a a

b cTM 0715.022

2

11

可见，该波导在工作频率为3GHZ 时只能传输10TE 模。

3、直立接地振子的高度,15m h =当工作波长m 450=λ时，求此天线的有效高度及辐射电阻。若归于输入电流的损耗电阻为5Ω，求天线的效率。（10分） 解：设天线上电流分布为

()()z h k I z I m -=sin 根据有效高度的定义有

()()z h k I dz z I h I h

m h ein m -==?

?sin 0

dz

天线的有效高度为

m h kh k h ein 5.7tan 22tan 1===

λ

ππλ 在无限大理想导电地面上的单极天线的辐射电阻的求法与自由空间对称振子的辐射电阻求

法完全相同。但单极天线的镜像部分并不辐射功率，因此其辐射电阻为同样长度的自由空间对称振子辐射电阻的一半。

根据上述分析和式()θθπ

π

π

sin 15

2

20

2F I P m

?

?

=

∑θd ?d ，单极天线的辐射功率为

()δδππ

π

cos 2152

20

2F I P m ?

?=∑δd ?d

所以单极天线的辐射电阻为

δ

δ

πδππ

d R ?

??????-??? ??=∑0

2

cos 15cos sin 15cos 30

用MA TLAB 编程计算得

Ω=∑0191.0R 可见，当天线高度λ<

根据效率的定义有

%5.815sin 502.002.0sin 221=?

?

?

??+=

+=

∑∑

πηkh

R R R

4、设某系统如图所示，双端口网络为无耗互易对称网络，在终端参考面2T 处接匹配负载，测得距参考面1T 距离g l λ125.01=处为电压波节点，驻波系数为1.5，试求该双端口网络的

散射矩阵。（12分）

解:参考面的外反射系数2.05

.25

.0111==+-=

Γρρ g g

g λλφπλ125.04

4=+ πφ2

1

-=∴

2.02.02

11j e

e j

j -==Γ=Γ∴π

φ

于是2.0111j S -=Γ=

Θ 网络对称，∴2.02211j S S -==

Θ 网络互易，2112S S =

故，[]S 可表示为：[]????

??--=2.02

.012

12j S S j S Θ网络无耗，故 [][][]I S S =*

,

即：???

???=??????--??????10012.02.02.02.012

12*12*12j S S j J S S j

?????=-=+∴0

2.02.01

04.0*

12122

12S j S j S 9798.012=∴S []??????--=2.09798.09798.02.0j j S

0Z