微波技术基础 简答题整理

第一章传输线理论

1-1.什么叫传输线？何谓长线和短线？

一般来讲，凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统，均可成为传输线；长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟，反之为短线。（界限可认为是l/λ>=0.05）

1-2.从传输线传输波形来分类，传输线可分为哪几类？从损耗特性方面考虑，又可以分为哪几类？

按传输波形分类：

（1）TEM（横电磁）波传输线

例如双导线、同轴线、带状线、微带线；共同特征：双导体传输系统；

（2）TE（横电）波和TM（横磁）波传输线

例如矩形金属波导、圆形金属波导；共同特点：单导体传输系统；

（3）表面波传输线

例如介质波导、介质镜像线；共同特征：传输波形属于混合波形（TE波和TM 波的叠加）

按损耗特性分类：

（1）分米波或米波传输线（双导线、同轴线）

（2）厘米波或分米波传输线（空心金属波导管、带状线、微带线）

（3）毫米波或亚毫米波传输线（空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线）

（4）光频波段传输线（介质光波导、光纤）

1-3.什么是传输线的特性阻抗，它和哪些因素有关？阻抗匹配的物理实质是什么？

传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时，同一点的电压电流比。其数值只和传输线的结构，材料和电磁波频率有关。

阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率，而不产生反射波。

1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些？他们各自的特点是什么？在什么情况的终端负载下得到这些工作状态？

（1）行波状态：

0Z Z L =，负载阻抗等于特性阻抗（即阻抗匹配）或者传输线无限长。

终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。在传输线上波的传播过程中，只存在相位的变化而没有幅度的变化。

（2）驻波状态：

终端开路，或短路，或终端接纯抗性负载。

电压，电流在时间，空间分布上相差π/2，传输线上无能量传输，只是发生能量交换。传输线传输的入射波在终端产生全反射，负载不吸收能量，传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加，形成驻波状态。

（3）行驻波状态：

终端负载为复数或实数阻抗（L L L X R Z ±=或L L R Z =）。

信号源传输的能量，一部分被负载吸收，一部分反射回去。反射波功率小于入射波功率。

1-5.何谓分布参数电路？何谓集总参数电路？

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。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。

1-6.微波传输系统的阻抗匹配分为两种：共轭匹配和无反射匹配，阻抗匹配的方法中最基本的是采用λ/4阻抗匹配器和支节匹配器作为匹配网络。

1-7.传输线某参考面的输入阻抗定义为该参考面的总电压和总电流的比值；传输线的特征阻抗等于入射电压和入射电流的比值；传输线的波阻抗定义为传输线内横向电场和横向磁场的比值。

1-8.传输线上存在驻波时，传输线上相邻的电压最大位置和电压最小位置的距离相差λ/4，在这些位置输入阻抗共同的特点是纯电阻。

第二章 微波传输线

2-1.什么叫模式或波形？有哪几种模式？

在均匀媒质的理想波导管以及由此构成的腔体中，电磁波模式根据沿波导轴向Z 向是否存在电磁场分量而分成：

（1）横电磁波（TEM ）：电矢量、磁矢量均与传播方向垂直；

（2）横电波（TE ）：电矢量与传播方向垂直；

（3）横磁波（TM ）：磁矢量与传播方向垂直。

2-2.试从多个方向定性说明为什么空心金属波导中不能传输TEM 模式。※

如果空心金属波导内存在TEM 波，则要求磁场应完全在波导横截面内，而且是闭合曲线。由麦克斯韦第一方程，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沿波导轴向（即传播方向）的传到电流，所以要求存在轴向位移电流，这就要求在轴向有电场存在，这与TEM 波的定义相矛盾，所以空心金属波导内不能传播TEM 波。

2-3.什么是色散？何谓色散波形和无色散波形？对色散传输线和非色散传输线各举一个例子。

电磁波的相速随着频率的变化而变化的现象称为“色散”，把具有这种特性的波形称为“色散波形”，不具有这种特性的波形称为“无色散波形”。 （TE 、TM 为色散波形，TEM 为无色散波形）

色散传输线：波导；

非色散传输线：同轴线、平行双导体、微带。

2-4.微波在波导中传输时，会有哪几种速度？它们的意义是什么？为什么波导中能量传播速度与群速度相等？

相速：导行波的相速是指某种波形的电磁波等相位面沿波导的轴向（Z 方向）的传播速度。2

)(1c

p c v λλβω-== 群速：对于已被调制的电磁波，是一群具有非常相近角频率ω和非常相近的相移常数β的波，这群有多种频率成分的波由此构成一个波群，波群的共同移动速度

即群速。0

)(ωωβωd d v g = 真正表示电磁波能量传播速度的只能是群速，因为要使电磁波传播信号，就必须对电磁波进行调制，而已被调制的波是一群ω、β均非常相近的波，其速度只能由群速表示。

2-5.何谓工作波长、截止波长？什么是截止频率和截止波数？为什么只有波长小于截止波长的波才能在波导中传播？

工作波长λ，即电磁波在无界媒介中传输时的波长，λ与波导的形状与尺寸无关。 截止波数为传播常数γ等于0时的波数，此时对应的频率称为截止频率，对应的波长则称为截止波长。它们由波导横截面形状、尺寸，及一定波形等因素决定。 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，当波长大于截止波长时，为迅衰场。

2-6.什么叫做简并波形？圆波导中有哪些简并现象，各有什么特点？矩形波导中哪些波形不存在简并波形？

导行系统中不同传输模或不同波形（场结构）的截止波数和截止波长相同的现象称为模式简并现象。

圆形波导中存在E-H 简并与极化简并。

E-H 简并：原因为两种模式的截止波长相同，两种模式可同时存在；

极化简并：圆形波导特有，原因为圆形波导具有轴对称性，场量沿φ的分布存在cos(m φ)和sin(m φ)两种可能，这两种分布的m 、n 及场结构完全相同，只是极化面相差π/2，所以称为极化简并。除m=0的模式在圆周方向无变化外，所有其它模式都具有极化简并。

在矩形波导中，n 0TM 和0m TM 这两种模式不存在，所以n TE 0和0m TE 不是简并模式。

2-7.当横截面尺寸相同时，填充不同介电常数的介质的矩形波导的截止波长是相同的，而截止频率是不同的。 矩形波导截止波长2222⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛==b n a m K c c πλ 与波导横截面形状，尺寸，传输波的模式有关；