uestc微波技术与天线复习题

1、均匀无耗传输线上任意位置处的驻波系数都相等。
（√）
2、矩形波导中不能传输 TEM 波。
（√）
3、扼流式法兰盘可以用于宽带应用需求的情况下。
（×）
4、当发射天线为左旋圆极化时，用右旋圆极化天线接收也可以接收到信号。 （ × ）
5、将任意两种天线按照一定规律排列起来，并进行馈电，即可形成二元天线阵。（ × ）
是二次辐射源。
惠更斯元远区辐射场特点为： 1）远区辐射场为 TEM 波（球面波）； 2）为单向辐射，辐射方向图绕法线轴旋转对称； 3）最大辐射方向为其正法线方向；
5、 简述双反射面天线（卡赛格伦天线）结构，并简述其工作原理。 答： 双反射面天线由主反射器(旋转抛物面)、副反射器(双 曲面)和辐射器(馈源)三部分组成。（2 分，图形上标示也可） 主反射面焦点与副反射面一个焦点重合，馈源置于福反 射面另一焦点位置。（1 分） 馈源发射的电磁波经副反射面反射后，所有射线反向延 长线汇聚于 P2，即可等效为馈源位于 F2 点的抛物面天线； 反射波再经主反射面反射，到达口 径面时经过的波程相等，从而获得平面波。（3 分）
为 21.336 mm ，单模传输带宽为 14.06 GHz 。
6、 单脉冲天线利用和差网络，将两个波束信号同相迭加获 得和信号，反相迭加获得差信号，如图所示。已知某单 脉冲天线的和差网络采用双T分支（魔T），则波束 1、2 应分别连接在双T分支的 1 、 2 端口，和通道应接在双T分支的 4 端口，差通道分别 接在双T分支的 3 端口。（端口号如图所示）
3、 画出矩形波导窄边双孔定向耦合器的结构，并简述其工作原理。 答：原理结构图如图。
（3 分）
在公共壁上开两个小孔，其间距 d
=
n 2
λg
+
λg 4
。（1
分）
工作原理：从输入端输入信号经两个小孔耦合后，在 4 端口反相迭加形成隔离，在 3 端口同相迭 加获得耦合信号。（2 分）
4、 什么叫惠更斯元？简述惠更斯元的远区辐射场的特点。 答：口径面内尺寸远小于波长的一个面元可视作惠更斯元，其上的幅度和相位可视作均匀分布。它
三、简答题（共 30 分，每小题６分）
1、 利 用 圆 图 设 计 串 联 短 路 支 节 阻 抗 匹 配 器 （ 如 图 ）， 实 现 特 性 阻 抗 为 Z0 的 传 输 线 与 阻 抗 为 RL + jX L ( X L > 0) 的负载间的阻抗匹配，简述设计过程，并在圆图上进行相应标示。 (提示：确定串联短路支节匹配器的 l1,l2 。负载阻抗在圆图上的位置可任意确定。)
l1
A
B
l2
O
l2
A
l1
O
B
或
(如果只在图上标注出相应步骤，而未用文字简述，也给出相应步骤分)
2、 简述无耗传输线工作于纯驻波状态时传输线上电压、电流及阻抗分布特性。 答：传输线工作于纯驻波状态时，
1）电压、电流呈驻波分布；（1.5 分） 2）瞬时电压和电流的时间相位差和空间相位差均为π/2； （1.5 分） 3）传输线上阻抗呈纯电抗性，随着距离改变呈感性、容性交替变化；（1.5 分） 4）传输线输入阻抗具有λ/4 变换特性和λ/2 周期性。（1.5 分）
一、填空题（每空 1 分，共 35 分）
1、 已知均匀传输线长为 L，传输线上入射波电压、电流和反射波电压、电流分别为U + (z) 、 I + (z) 、
U
−
(
z)
、
I
−
(
z
)
，则传输线的特性阻抗
Z0
=
U +(z) I +(z)
(或
U－(z) I－(z)
），传输线输入阻抗
Zin
=
U I
+ (z)＋U －(z) + (z)＋I－(z)
三、计算题（30 分，每题 15 分）
1、 一根电长度为 0.75m 的无耗传输线的特性阻抗 Z0 为 75 Ω ，测得其电压驻波比 S＝1.5，终端电压反
射系数相角ϕL = 180D ，当其工作频率 300MHz 时， 求：（1）求终端负载阻抗 ZL ；
（2）输入端的输入阻抗 Zin ；
（3）传输线任意一点反射系数 Γ(d ) ；
z P
解：半波振子天线垂直近地架设，镜像天线与原天线电流同相，故形成同相馈电二
元阵。
半波振子天线方向函数为：
cos[π cosθ ] f (θ ,ϕ) = 2
sin θ
同相馈电二元阵阵因子为：
（2 分）
H =λ 2 θ
△
y
x
f (δ ) = cos(π cosδ )
(2 分)
因为阵轴与单元轴重合，则总的方向函数为
（4）靠近终端第一个电压波腹点和第一个电压波节点距终端的距离。
解：由题意可知：f=300MHz 时， λ = 1m 。
（1）
ΓL
= S −1 = 0.5 = 1 S +1 2.5 5
(1 分) (2 分)
又因为终端反射系数相角ϕL = 180D ，故可得终端反射系数为
ΓL
=
−
1 5
(1 分)
ZL
=
Z
（1 分）
，电压驻波比
S
为
U U
+ +
( (
z)＋U z)－U
－(z) －(z)
。(设负载所在点为坐标原点)
2、 均匀无耗传输线端接纯电抗负载时，传输线工作于 驻波/纯驻波 状态。此外传输线还可工作于 行
波 、 行驻波 状态。
4
3、 如图所示为阻抗圆图，若传输线特性阻抗为 Z0 ，则 1 点表示的阻抗
值为 0 ，2 点的阻抗值为 Z0 ，3 点的阻抗值为 ∞ ，在圆 4 上所有点
Z0
l2
Z0
Z0
l1
ZL = RL + jX L
答：1、将负载阻抗归一化后，在圆图上确定对应点 A(在圆图上方)；（１分） 2、以圆图中心 OA 为半径作等反射系数圆，与匹配圆交于 B 点；（１分） 3、l1 段实现负载阻抗变换，使得变换后的阻抗实部等于传输线特性阻抗（归一化阻抗实部等于
1）；（1 分） 4、 l2 段抵消变换后的阻抗电抗部分，使总的阻抗等于传输线特性阻抗，实现匹配；(1 分) 3、在图上标出 l1,l2 。（正确在图上标出 l1,l2 各 1 分）
5
的阻抗值的实部等于 Z0 。若传输线上某点阻抗值在圆图上对应位置 1
2
3
在线段 5 上时，则说明该点处为电压 波节 点。
4、 微带传输线传输主模为 准TEM 。信号进入微带线后，信号波长将 增
大。 5、 已知矩形波导尺寸为a×b=10.668 mm ×4.318 mm ，则其主模截止波长
填空第 3 小题图
8、 某天线增益为 100，若输入功率为 4π W，则在距离天线距离 10km处，天线最大辐射方向上功率
密度为 10-6W/m2 。
9、 引向天线（八木天线）由 有源振子 、 引向器 、 反射器 等部分组成。
10、 已知螺旋天线有三种辐射模式，请写出下图三种结构螺旋天线对应的辐射模式。
L = 0.3λ
L=λ
L = 1.5λ
( 法向辐射模 )
( 轴向辐射模 )
( 圆锥辐射模 )
11、 N元均匀直线阵，阵元间距为 d ，阵元等幅馈电，馈电相差ϕi ，当满足ϕi = 0 时，最大辐射方向在 阵轴两侧，称为 侧射阵 ；当满足ϕi = −β d 时，最大辐射方向在阵轴，称为 端射阵 。
二、判断题（共 5 分，每小题 1 分）
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0
1 1
+ −
ΓL ΓL
=
75× 2 3
= 50Ω
(2 分)
（2）传输线长度为 3 λ ，由传输线阻抗变换特性，可知输入阻抗为： 4
Zin
=
Z02 ZL
= 112.5Ω
（3）传输线上任意点的反射系数为
Γ(d ) = ΓLe− j2βd
= − 1 e− j4π d 5
（4）靠近终端的第一个电压波节点位置为：
cos[π cosθ ]
f (θ ,ϕ) = 2
cos(π cosθ )
sin θ
(3 分)
yoz 面的坐标为 ϕ = 90D ，xoz 面的坐标为 ϕ = 0D ，由于方向函数与 ϕ 无关，故上式即为两坐标面方向函数。
（1 分） （2）yoz 面方向图为：
×=
（2 分）
（2 分）
（2 分）
Xoz 面方向图与 yoz 面方向图相同。
波束
差通道
3
1
和差网络
波束
和通道
4
单脉冲天线原理框图
填空第 6 小题图
2
双 T 分支
7、 电流元的远区辐射方向函数为 sinθ ，半功率波束宽度 2θ0.5 为 90° ；半波振子天线的远区辐射方
cos(π cosθ )
向函数为
2 sin θ
，半功率波束宽度 2θ0.5 为 78° ，方向系数为 1.64 。
(3 分)
zmin
=
φL 4π
λ
+
(2n +1) λ 4
=
λ 4
+
(2n +1) λ 4
n＝－1
时， zmin
=
0 （或
n＝0 时， zmin
=
λ 2
= 0.5m ）
(1 分)
(3 分) (2 分)
2、 半波振子天线垂直近地架设，天线高度为 H＝λ/2。若地面可视作理想导体平面：
(1)写出 yoz 面和 xoz 面的方向图函数； (2)画出 yoz 面和 xoz 面的方向图。