微波技术与天线—重修学习作业

微波技术与天线（重修学习作业）

教材：《微波技术与天线》（第三版），王新稳，李延平，李萍，电子工业出版社，2011

第一章传输线理论

1.1 长线理论

1）了解分布参数电路与传输线方程

2）传输线输入阻抗与反射系数

3）传输线工作状态分析，Smith圆图

4）传输线的阻抗匹配

1.2 波导与同轴线

1）导波系统一般分析，波导传输线

2）矩形波导，TE10模分析

学习重点：

1）传输线分析与计算，输入阻抗与驻波分析（习题1-7，1-8，1-10，1-45，1-46）2）阻抗匹配分析与设计；（习题1-21）

3）波导截止模式，矩形波导，TE10模分析；（习题1-25，1-30）

4）矩形波导传输模式与工作参数，矩形波导设计与分析；（习题1-49，1-50）

书本：26页，例1-2；28页，例1-4；40页，例1-10；

第二章微波网络

1）了解网络概念，微波元件等效网络；

2）散射矩阵S；双端口网络传输散射矩阵，工作特性参数

学习重点：1）无耗互易网络S参数，

2）S参数测量；（习题2-11，2-17，书本：105-107页）

第三章微波元件

1）阻抗匹配与变换元件

2）定向耦合元件，匹配双T

3）微波谐振器

学习重点：1）阻抗匹配；（习题3-2）；矩形谐振器；（习题3-28）

2）定向器（习题3-17）；匹配双T（习题3-21）；

书本：152页，例3-6；

第四章天线基本理论

1）了解基本振子的辐射场；

2）对称振子的辐射场

3）发射天线的电参数；

4）接收天线理论；自由空间电波传播

学习重点：1）对称振子方向图（习题4-9）；

2）天线电参数（习题4-20）；电波传播与接收天线理论（习题4-28）

书本：198页，例4-2；199页，例4-3；

一、传输线理论

1-1）均匀无耗传输线特性阻抗50Ω，第一个电压波节点离负载λ/8，测得传输线上的电压驻波比为3，求终端的反射系数ΓL 与负载阻抗Z L ？

1-2） 已知长度l =1.25λ的均匀无耗传输线的特性阻抗Z0=500Ω，终端接负载Z L =（300+j400）Ω，已知传输信号波长λ=30cm ，求负载反射系数ΓL ？传输线驻波比ρ？离负载第一个电压波节点距离z min ？输入端阻抗Z in ？

1-3）均匀无耗传输线终端接负载阻抗100L Z =Ω，信号频率03f GHz =时测得终端电压反射系数相位角180o ϕ=和电压驻波比2ρ=。求终端电压反射系数L Γ？传输线特性阻抗0Z ？第一个电压波腹点离负载的距离z max ？

1-4）特性阻抗Z0的无耗传输线馈电系统如图，信号源由长度为l 的传输线连接到一段总长为λ终端分别接负载R1与R2的传输线上，信号源内阻Rg=Z0。当接入点在距离R2为λ/4的B 点，问负载R1与R2应满足什么关系，信号源能输出最大功率？最大输出功率为多少？

1-5）特性阻抗Z 0=50Ω无耗传输线如图，负载阻抗Z L =（50-j50）Ω，通过并联短路支节与λ/4变换段实现匹配。已知信号频率为3GHz ，求并联短路分支线的阻抗Zs ？变换段的特性阻抗Z1与长度l ？

1-6）如图所示传输线，B 支路为特性阻抗Z 0长度为λ/4的传输线端接阻抗2Z 0的终端；C 支路为特性阻抗Z 0长度为λ/2的传输线端接阻抗Z 0/2的终端；B 与C 并联在D 点连接源阻抗为Z 0的信号源。求B 支路，C 支路与D 处的输入阻抗,,in

B

in

C

in

D

Z Z Z ？源端D 处的反射系数D Γ？

1-7）矩形波导BJ-100尺寸为a ×b=22.86mm ×10.16mm ，则波长为2cm ，3cm ，5cm 的信号能否在该波导中传输，能传输的信号存在哪些传输波型？问该波导的单模工作波长范围？

（注：11()2/18.57c TE mm λ==

）

1-8）矩形波导BJ-100尺寸为a ×b=22.86mm ×10.16mm ，信号频率f

=10GHz ，求该信号的工作模式与截止波长？主模的波导波长g λ，相移常数β，相速p v ，群速g v ，？

（注：11()2/18.57c TE mm λ==；1/0.75≈≈）

二、微波网络与微波元件

2-1）对互易双端口网络，输入端的反射系数为：122111221L

in L

S S S S ΓΓ=+

-Γ。用阻抗法测得双端口网络的三

个反射系数为12/3M Γ=, 13/5S Γ=, 11O Γ=；求网络的散射矩阵S ？

2-2）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10.375g l λ=处为电压波节点，驻波比为2，求该双端口网络的散射矩阵？

2-3） 一个双端口网络，终端接负载0L Z Z ≠，假设网络参数矩阵S 已知；证明其输入端口的反射系数为：122111221L

in L

S S S S ΓΓ=+

-Γ。

11(/2)

1221=j S S e

θπ±注：无耗互易网络满足

2-4）如图所示的理想3dB 微带混合环耦合器，补齐S

散射参数矩阵

0000[]()()0()()()()0j j j j S --⎡⎤⎢⎥-⎥=

⎥⎥⎣⎦。假设信号从端口（1）输入，分析其他3个端口的输出信号性质？

2-5）两段阻抗为010275,50Z Z =Ω=Ω的同轴线（注：同轴线特性阻抗

1

D

d ），采用介质套管构成的g λ/4段进行阻抗匹配。已知工作频率为3GHz ，求介质的相对介电常数r ε及变换段的长度l ？

2-6） 已知匹配双T 的

S 矩阵为：001100

11[]11001100S ⎡⎤⎢

⎥-⎥=

⎥

⎥-⎣⎦

。当信号从端口（4）E 臂输入，其他端口接匹配负载时，分析其他3个端口的输出？如果匹配双T 接匹配源，且输入信号123a a a ==，求端口（4）输出信号b 4？

2-7） 一个填充空气的矩形谐振腔，其波导横截面尺寸为a ×b=2 cm ×1 cm ，长度为l =2 cm ；求该矩阵谐振腔的最低谐振模式，谐振波长λ？

三、天线基本理论

3-1）假设相距20 km 的两个微波中继站在空气中进行通信，工作频率为6 GHz ；发射功率为100 W ，发射天线的有效接收面积为1 m 2，接收天线有效接收面积0.01 m 2。写出有效接收面积与方向系数的关系式？求发射与接收天线的方向系数D t 与D r ？接收天线的最大接收功率r P ？

3-2）已知某天线的发射功率为540π (W)，频率为3 GHz ；天线的有效接收面积为24et A m =，求最大辐射方向上r =60 km 处P 点的电场强度max E 和功率密度r S ？在P 点用方向性系数D=144的接收天线