射频微波电路作业1-7(答案版)

第一章射频/微波工程介绍

1.简述常用无线电的频段划分和射频的定义。

射频/微波处于普通无线电波与红外线之间,是频率最高的无线电波,它的频带宽度比所有普通无线电波波段总和大1000倍以上

2.简述P，L，S，C，X，Ku，K，Ka波段的频段划分方法。

3.简述射频/微波的四种基本特性和相比普通无线电的优点。

四个基本特性：

1、似光性；

2、穿透性

3、非电离性

4、信息性

优点：

(1) 频带宽。可传输的信息量大。

(2) 分辨率高。连续波多普勒雷达的频偏大,成像更清晰,反应更灵敏。

(3) 尺寸小。电路元件和天线体积小。

(4) 干扰小。不同设备相互干扰小。

(5) 速度快。数字系统的数据传输和信号处理速度快。 (6) 频谱宽。频谱不拥挤,不易拥堵,军用设备更可靠。

4. 简述射频铁三角的具体内涵。

由于频率、 阻抗和功率是贯穿射频/微波工程的三大核心指标,故将其称为射频铁三角。

频率

功

率

阻

抗

振荡器、压控振荡器、频率合

成器、分频器、变频器、倍频

器、混频器、滤波器等

频率计数器/功率计、频谱

分析仪

标量/矢量网络分析仪

阻抗测量仪、网络分析仪

阻抗变换、

阻抗匹配、天线等

衰减器、功分器、耦合器、 放大器、开关等

5. 给出几种分贝的定义：dB, dBm ，dBc ，dBc/Hz ，10 dBm+10 dB=？

10dBm+10dB=20dBm

第二章 传输线理论

1. 解释何为“集肤效应”？集总参数元件的射频特性与低频相比有何特点？

在交流状态下,由于交流电流会产生磁场,根据法拉第电磁感应定律,此磁场又会产生电场,与此电场联系的感生电流密度的方向将会与原始电流相反。这种效应在导线的中心部位(即r=0位置)最强,造成了在r=0附近的电阻显著增加,因而电流将趋向于在导线外表面附近流动,这种现象将随着频率的升高而加剧,这就是通常所说的“集肤效应”。

电阻：在低频率下阻抗即等于电阻R,而随着频率的升高达到 10MHz 以上,电容Ｃa 的影响开始占优,导致总阻抗降低；当频率达到20GHz 左右时,出现了并联谐振点； 越过谐振点后,引线电感的影响开始表现出来,阻抗又加大并逐渐表现为开路或有限阻抗值。

电容：理想状态下,极板间介质中没有电流。在射频/微波频率下,实际的介质并非理想介质，故在介质内部存在传导电流,也就存在传导电流引起的损耗,更重要的是介质中的带电粒子具有一定的质量和惯性,在电磁场的作用下,很难随之同步振荡,在时间上有滞后现象,也会引起对能量的损。

电感：电感线圈的高频特性已经完全不同于理想电感,在谐振点之前其阻抗升高很快,而在谐振点之后,由于寄生电容C s 的影响已经逐步处于优势地位而逐渐减小。

2. 简述微波电路中Q 值的概念。

品质因素Q 表示一个元件的储能和耗能之间的关系,即

元件耗能元件的储能=

Q

3. 简述传输线有哪几种工作状及其对应的负载反射系数。

当Z L =Z 0或为无限长传输线时,ΓL =0,无反射波,是行波状态或匹配状态。

当Z L 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时,|ΓL |＝1,全反射, 为驻波状态。 当Z L 为其他值时,|ΓL |≤1, 为行驻波状态。

4. 给出电压驻波比、回波损耗与负载反射系数的关系。 线上任意点的反射系数为

()|2|j L L z e j z ϕβΓ=Γ-

定义驻波比VSWR 和回波损耗RL 为

L

L

L RL VSWR Γ-=Γ-Γ+=

lg 20,11

5. 计算特征阻抗位Z0，长度为L ，负载接ZL 的传输线的输入阻抗。

)t a n ()

t a n (000

L jZ Z L jZ Z Z Z L L in ββ++=

6. 史密斯圆图是由怎么构成的？

史密斯圆图是将归一化阻抗（Z=r+jx ）的复数半平面（r>0）变换到反射系数为1的单位圆（|Γ|=1）内。已知一点的阻抗或反射系数,用史密斯圆图能方便地算出另一点的归一化阻抗值和对应的反射系数。

7. 微带线增加导带的宽度和介质基板的厚度对特征阻抗各有什么影响？

增加导带宽度，阻抗减小； 增加介质板厚度，阻抗增加。

8. 简述矩形波导的尺寸选择原则，画出主模的电磁场结构图。

尺寸选择原则：a =0.7λ；b=a/2 主模电磁场结构：

传

播

方向

λg / 2

b

a

9. 简述同轴线的尺寸选择原则，画出主模的电磁场结构图。

同轴线的尺寸选择原则是,只有主模 TEM 模传输,有足够的功率容量,损耗小, 尺寸尽可能小。

第三章 匹配理论

1. 简述直流和交流电路中的阻抗匹配条件。

直流：当R L =R s 时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。

交流：当负载阻抗Z L 与信号源阻抗Z s 共轭时,即Z L =Z *s ,能够实现功率的最大传输,称作共轭匹配或广义阻抗匹配。

2. 射频电路的入射波为，源和负载反射系数分别为和，写出负载功率。

2

2

21)1(G

L L G L b P ΓΓ-Γ-=

3. 设计一个工作频率为300MHz ，输入阻抗75， 输出阻抗50的L 型匹配电路。

（1. 输入阻抗和输出阻抗均为纯电阻 L 型匹配电路的设计步骤如下：