范文一:微波工程部分答案
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范文二:微波工程答案(手写版)
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范文三:微波答案
第一章测试
一、填空题:(共22空,每空2分)
1、测得一微波传输线的反射系数的模Γ=2,则行波系数;若特性阻抗Z 0=75Ω,则波节点的输入阻抗R in (波节
2传输线方程来描述。
3、均匀无耗传输线的特性阻抗为Z 0,终端负载获得最大功率时,负载阻抗Z l =Z 0。
4、由测量线测得某微波传输系统的行驻波分布如图所示。若测量线检波特性为平方律检波,则该系统的驻波比ρ=2,相移常数β=1rad/cm。
5、长线和短线的区别在于:前者为分布参数电路,后者为集中参数电路。
6、均匀无耗传输线工作状态分三种:(1)(2)(3)
7中最基本的是采用λ4阻抗变换器和分支匹配器作为匹配网络。
8
9和反射波的叠加。
10、当负载为纯电阻R L ,且R L >Z 0阻抗时,第一个电压波腹点的距离在0
二、计算题(共1题,每题30分)
1、如图所示一微波传输系统,其已知Z 0。求输入阻抗Z in 、各点的反射系数Γ及
各段的电压驻波比ρ。
解:(1)输入阻抗Z in
2Z l 24Z 0Z c ===4Z 0 Z d Z 0
由阻抗1/2波长的变换性
Z inb =4Z 0
Z b =4Z 0//4Z 0=
2Z 03Z in ==Z 0 Z b 44Z 0 3
Z (z )-Z Γ=Γ(2)各点的反射系数Z in z +Z 0,in =Γl e -j 2βz
4Z 0-Z 0Z -Z 01Γb =b ==Z b +Z 04Z +Z 7
003
Γc =Z c -Z 04Z 0-Z 03Z -Z 1Z 0-2Z 01== Γd =d ==- Z c +Z 04Z 0+Z 05Z d +Z 1Z 0+2Z 03
-j 2βz Γa =Γb e 1-j 2λ=e 72πλ21=- 7
(3)各段的电压驻波比ρ=1+Γl
1-Γl
ρab =1+Γa
1-Γa
ρcd =1+Γd
1-Γd 131+1+Γc 4=4==ρb c ==13 3 1-Γc 1-1-7511+=2=1 1-31+
ab 、bc 、cd 段都工作在行驻波状态下。
三、圆图完成(要求写清必要步骤)(共1题,每题26分)
1、已知传输线的特性阻抗为Z 0,工作波长λ=10cm ,负载阻抗Z l =(0.3+j 0.6)Z 0。求第一个电压波腹点至终端的距离l ,驻波比ρ,行波系数K 。
解:(1)阻抗归一化l =Z l =(0.3+j 0.6); Z 0
(2)在阻抗圆图上找到l 的对应点A ,其对应波长数为0.09;
(3)由A 点沿等反射系数圆向信源方向(顺时针) 旋转,至正的实半周,交点B 为第一个电压波腹点,则第一个电压波腹点至终端的距离为
l =(0.25-0.09)λ=0.16λ=1.6cm ;
(4)B点的归一化电阻为4.7,所以驻波比为ρ=im 波腹=4.7 ()
1=0.21 (5)行波系数K =ρ
范文四:微波工程基础
0 绪论………………………………………………………………1101 1 电磁场概述……………………………………………………………………………………7
1.1 引言……………………………………………………………………………………7
1.2 时变电磁场方程组和媒质的本构关系………………………………………………7
1.3 谐变电磁场方程组和媒质的本构关系………………………………………………9
1.4 边界条件………………………………………………………………………………11
1.5 坡印亭定理……………………………………………………………………………14
1.6 惟一性定理……………………………………………………………………………16
1.7 等效源和广义电磁场方程组…………………………………………………………18
1.8 对偶性…………………………………………………………………………………19
1.9 波动方程………………………………………………………………………………20
1.10 矢量位和标量位……………………………………………………………………21
1.11 反作用和互易定理…………………………………………………………………23
1.12 等效原理和镜像定理………………………………………………………………25
习题…………………………………………………………………………………………27 2 传输线理论…………………………………………………………………………………28
2.1 引言……………………………………………………………………………………28
2.2 传输线波动方程和它的解……………………………………………………………28
2.3 阻抗与驻波……………………………………………………………………………32
2.4 史密斯圆图……………………………………………………………………………39
2.5 功率衰减与噪声………………………………………………………………………51
2.6 包含信号源和负载的传输线电路……………………………………………………57
2.7 传输线电路中信号的时域分析………………………………………………………61
习题…………………………………………………………………………………………75 3 导波与波导…………………………………………………………………………………80
3.1 引言……………………………………………………………………………………80
3.2 规则金属波导的一般理论……………………………………………………………81
3.3 矩形金属波导…………………………………………………………………………87
3.4 金属圆波导…………………………………………………………………………105
3.5 同轴线与平行双线…………………………………………………………………113
3.6 传输线理论的推广…………………………………………………………………122
3.7 带线和微带线………………………………………………………………………128
3.8 介质波导……………………………………………………………………………143
3.9 光纤简介……………………………………………………………………………150
3.10 激励耦合……………………………………………………………………………151
习题…………………………………………………………………………………………156 4 微波网络……………………………………………………………………………………159
4.1 引言…………………………………………………………………………………159
4.2 微波网络的几个定理………………………………………………………………160
4.3 阻抗矩阵和导纳矩阵………………………………………………………………164
4.4 散射矩阵……………………………………………………………………………169
4.5 二端口网络…………………………………………………………………………173
4.6 网络的连接…………………………………………………………………………188
4.7 微波信号通过微波电路的分析方法………………………………………………193
习题…………………………………………………………………………………………206 5 无源微波电路………………………………………………………………………………211
5.1 引言…………………………………………………………………………………211
5.2 匹配负载……………………………………………………………………………212
5.3 波导接头和同轴接头………………………………………………………………213
5.4 短路器………………………………………………………………………………213
5.5 衰减器………………………………………………………………………………215
5.6 模式抑制器…………………………………………………………………………218
5.7 波导T形分支………………………………………………………………………219
5.8 微带线功分器与合成器……………………………………………………………223
5.9 魔T…………………………………………………………………………………225
5.10 定向耦合器的机理、技术指标和分析方法………………………………………231
5.11 微带线定向耦合器…………………………………………………………………239
5.12 圆极化器……………………………………………………………………………251
5.13 旋转对称五端口结…………………………………………………………………253
5.14 六端口结及其应用…………………………………………………………………255
5.15 铁氧体器件…………………………………………………………………………257
5.16 谐振腔………………………………………………………………………………264
5.17 微波滤波器…………………………………………………………………………291
习题…………………………………………………………………………………………333 6 有源微波电路………………………………………………………………………………336
6.1 引言…………………………………………………………………………………336
6.2 微波晶体管放大器…………………………………………………………………336
6.3 微波混频器…………………………………………………………………………360
6.4 微波振荡器…………………………………………………………………………373
习题…………………………………………………………………………………………384 7 天线…………………………………………………………………………………………386
7.1 引言…………………………………………………………………………………386
7.2 辐射场………………………………………………………………………………387
7.3 天线的基本参数(一)………………………………………………………………392
7.4 天线的基本参数(二)………………………………………………………………401
7.5 振子天线……………………………………………………………………………410
7.6 阵列天线……………………………………………………………………………415
7.7 口面天线……………………………………………………………………………419
7.8 抛物面天线…………………………………………………………………………425
习题…………………………………………………………………………………………430 8 电波传播……………………………………………………………………………………432
8.1 引言…………………………………………………………………………………432
8.2 地球及其近地空间…………………………………………………………………432
8.3 电波传播的各种方式………………………………………………………………434
8.4 自由空间传播损失…………………………………………………………………436
8.5 对流层对微波传播的影响…………………………………………………………437
8.6 电波传播的菲涅耳区………………………………………………………………443
8.7 地面对微波传播的影响……………………………………………………………448
8.8 电离层中的电波传播………………………………………………………………450 9 微波工程系统………………………………………………………………………………453
9.1 引言…………………………………………………………………………………453
9.2 卫星通信的微波子系统……………………………………………………………453
习题…………………………………………………………………………………………461 附录………………………………………………………………………………………………462
附录? 物理常数…………………………………………………………………………462
附录? 矢量微分算子……………………………………………………………………462
附录? 矢量恒等式………………………………………………………………………463
附录? 常用同轴射频电缆………………………………………………………………465
附录? 矩形与扁矩形波导………………………………………………………………465
附录? 半导体材料………………………………………………………………………466 参考文献…………………………………………………………………………………………474
范文五:微波工程CAD实验
电子科技大学 物理电子学院 学院 标 准 实 验 报 告 (实验)课程名称
电子科技大学教务处制表
电 子 科 技 大 学
实 验 报 告
学生姓名:学 号:指导教师:朱兆君
实验地点:211大楼 206 实验时间:3-11周周五 5-8节
一、实验室名称:CST 中国培训中心 (华南区 )
二、实验项目名称:CST Design Environment 2009仿真
三、实验学时:20
四、实验原理:
1. CST 仿真软件计算机辅助设计(computer Aided Design)简称 CAD ,它是近 20年发展起 来的一门新兴技术。 CST 软件的特点是可以在微波、毫米波、乃至光波频段上,对各种无源 电路和器件进行全三维数字模拟,并具备器件参扫和优化功能,可直接以图表形式给予直观 结果。运用 CST 软件对设计微波器件有很大的帮助,利于节约成本和快速设计成品。
2. 偶极子相控阵天线
偶极子天线(dipole antenna)是一种简单而又应用广泛的天线,在无线电通讯、测量和测 绘方面都能见这种天线。偶极子天线的一个特性是有一定的方向性,当改变它的臂长时,它 的方向性图会有变化。但在实际的某些应用中,为了解决天线的方向性、增益问题,简单的 偶极子天线则明显不够,针对特定的需要,我们需要通过使用双偶极子、对称偶极子以至于 天线阵列来产生更为尖锐的波束以及更强的天线增益。同时借助于控制阵列天线的馈电幅度 与相位,我们还可能生成一些另外一些的方向性图,在民航空管系统,用于引导飞机着陆的 仪表着陆系统 (Instrument Landing System) 与用于飞机位置探测的空管二次雷达 (Secondary Surveillance Radar)均采用了这一原理。
3. 微带到波导转换器
波导 -微带转换电路是各种雷达、通讯、电子对抗等系统中最重要的一种无源转接过渡,又是 各系统的重要组成部分,它性能的好坏直接影响系统的性能。随着微波集成电路的发展,微 带线又是微波、低频段毫米波电路的主要传输线,
而实现波导 -微带的过渡就成了人们日益关注的问题。 波导与微带的过渡, 类似于波导到同轴 的转接,也就是微带插入波导形成探针。由电磁理论知:任意一个沿探针方向的具有非零电 场的波导模在探针的表面激励起电流,根据互易定理,当微带线上准 TEM 模向波导入射时产 生的电流也同样激励起波导模。为了与矩形波导的主模 TE10 耦合最紧,根据波导与微带模 式电场场分布的特点,微带线作为探针从波导的宽边中心插入,置入 TE10 模电场强度的最 大处。由于探针的末端电流为零,故对于细的微带探针来说,假设其电流是均匀按正弦驻波 分布。
五、实验目的:
通过对 CST 软件的学习,掌握一些基本的微波结构的仿真以及设计,了解如何对结果进行优 化。
六、实验内容:
第一题 偶极子相控阵天线的仿真与优化:①偶极子天线尺寸如下图,在 4~12GHz的频率 范围内,请优化单个偶极子天线的工作频率谐振在 f0=8GHz,待优化的变量 Lambda 初值 取为 29mm , 绘出在该工作频率点的方向图; ②将该单个天线在 x 和 y 方向分别以 Lambda/4作为空间间隙、以 90度作为相位间隙,扩展成一个 2*2的相控阵天线阵,请使用三种方 法计算该天线阵的方向图;③对结果进行比较、分析和讨论。【 CST 】
第二题 微带到波导转换的仿真与优化:在 26~30GHz频率范围内优化下图微带到波导的转 换, 使全频带反射尽可能小, 并绘出中心频点 28GHz 的电场、 磁场的分布; 微带是 Duroid5880基片,介电常数 2.2,基片厚 0.254mm ,金属层厚 0.035mm ,介质上的空气尺寸 3*1*8mm, 标准 50欧姆微带线宽 0.77mm ;波导是 Ka 波段的 BJ320波导,尺寸 7.112*3.556*10mm; L 是微带基片底面到波导短路面距离, W0*L0是伸入波导中的微带探针的宽与长, W1*L1是第 一段变阻线的宽与长, W2*L2是第二段变阻线的宽与长, 7个待优化变量可取下图给的初值。 【 HFSS 】
七、实验器材(设备、元器件):
台式计算机 70台; CST 、 HFSS 仿真软件; U 盘(学生自备)。
八、实验步骤:
第一题:偶极子相控阵天线的仿真与优化 a .模型的建立
b. S参数的优化
c. 2*2的相控阵天线阵的拓展和三种方法计算
方法 1:
方法 2:
方法 3:
对结果进行分析解释 :有上图可知:第一题:LAM 优化结果 31.9mm
方法 1:Theta=90, Phi=225
方法 2:Theta=90, Phi=45
方法 3:Theta=90, Phi=45
同时可以看出三种方法的比较 1. 由单个天线计算天线阵:未考虑天线结构之间的耦合 , 未考虑激励之间的影
响。 2. 整体模型,单独串行激励计算辐射场:仅考虑天线结构之间的相互影响。 3. 整体模型,同时并行激 励:同时考虑结构的相互影响和激励之间的相互影响。
第二题:微带到波导转换的仿真与优化
a . 模型的建立
b. 优化参数的设定
c. 添加扫频和优化
d .
对结果进行分析解释:
参数进行优化以后。反射可以基本达到 -10DB 以下
十、实验结论:
第一题:LAM 优化结果 31.9mm
方法 1:Theta=90, Phi=225
方法 2:Theta=90, Phi=45
方法 3:Theta=90, Phi=45
第二题:参数进行优化以后。反射可以基本达到 -10DB 以下
十一、总结及心得体会:
通过对三维仿真软件 CST 和 HFSS 的学习, 对各种无源电路和器件进行全三维数字模拟。 对一些典型的三维结构进行电磁仿真和优化设计,对以前学过的微波技术及微波工程等理论 课程的巩固和提高,同时也培养了自己独立承担微波器件开发的信心和能力。
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议
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