微波技術(shù)測(cè)試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種傳輸線不屬于TEM波傳輸線？（）A.平行雙導(dǎo)線B.同軸線C.矩形波導(dǎo)D.微帶線答案：C。矩形波導(dǎo)中不能傳輸TEM波，只能傳輸TE波或TM波，而平行雙導(dǎo)線、同軸線和微帶線都可以傳輸TEM波。2.特性阻抗為\(Z_0\)的傳輸線終端接負(fù)載\(Z_L\)，當(dāng)\(Z_L=Z_0\)時(shí)，傳輸線上（）。A.存在反射波B.反射系數(shù)為1C.行波系數(shù)為0D.無反射波答案：D。當(dāng)負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗時(shí)，傳輸線上無反射波，反射系數(shù)為0，行波系數(shù)為1。3.對(duì)于矩形波導(dǎo)中的\(TE_{10}\)模，以下說法錯(cuò)誤的是（）。A.是主模B.截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)C.場(chǎng)分布沿波導(dǎo)寬邊有半個(gè)正弦分布D.截止頻率最低答案：無錯(cuò)誤選項(xiàng)。矩形波導(dǎo)中的\(TE_{10}\)模是主模，截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)，截止頻率最低，其場(chǎng)分布沿波導(dǎo)寬邊有半個(gè)正弦分布。4.微帶線的特性阻抗與以下哪個(gè)因素?zé)o關(guān)？（）A.微帶線的寬度B.介質(zhì)基片的厚度C.介質(zhì)基片的介電常數(shù)D.微帶線的長(zhǎng)度答案：D。微帶線的特性阻抗與微帶線的寬度、介質(zhì)基片的厚度和介電常數(shù)有關(guān)，與微帶線的長(zhǎng)度無關(guān)。5.史密斯圓圖上，等反射系數(shù)圓與等電阻圓和等電抗圓（）。A.相互垂直B.相互平行C.沒有關(guān)系D.部分重合答案：A。史密斯圓圖上，等反射系數(shù)圓與等電阻圓和等電抗圓相互垂直。6.微波諧振腔的品質(zhì)因數(shù)\(Q\)值越高，表示（）。A.諧振腔的損耗越大B.諧振腔的儲(chǔ)能能力越弱C.諧振腔的選擇性越好D.諧振頻率越低答案：C。品質(zhì)因數(shù)\(Q\)值越高，諧振腔的損耗越小，儲(chǔ)能能力越強(qiáng)，選擇性越好，與諧振頻率無關(guān)。7.以下哪種微波元件可以實(shí)現(xiàn)功率分配？（）A.定向耦合器B.隔離器C.移相器D.衰減器答案：A。定向耦合器可以實(shí)現(xiàn)功率的分配和提取，隔離器主要用于隔離反射信號(hào)，移相器用于改變信號(hào)的相位，衰減器用于衰減信號(hào)的功率。8.當(dāng)信號(hào)在波導(dǎo)中傳輸時(shí)，若工作波長(zhǎng)\(\lambda\)大于截止波長(zhǎng)\(\lambda_c\)，則（）。A.信號(hào)可以無衰減地傳輸B.信號(hào)會(huì)發(fā)生截止，不能傳輸C.信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰減但仍能傳輸D.信號(hào)的相位會(huì)發(fā)生突變答案：B。當(dāng)工作波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)時(shí)，波導(dǎo)中的信號(hào)會(huì)發(fā)生截止，不能傳輸。9.對(duì)于一個(gè)兩端口微波網(wǎng)絡(luò)，其散射參數(shù)\(S_{12}\)表示（）。A.端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口1到端口2的傳輸系數(shù)B.端口1接匹配負(fù)載時(shí)，端口2到端口1的傳輸系數(shù)C.端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口1的反射系數(shù)D.端口1接匹配負(fù)載時(shí)，端口2的反射系數(shù)答案：A。散射參數(shù)\(S_{12}\)表示端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口1到端口2的傳輸系數(shù)。10.微波晶體管放大器中，為了提高放大器的穩(wěn)定性，通常采用（）。A.負(fù)反饋技術(shù)B.正反饋技術(shù)C.增加輸入功率D.減小負(fù)載阻抗答案：A。采用負(fù)反饋技術(shù)可以提高微波晶體管放大器的穩(wěn)定性，正反饋會(huì)使放大器不穩(wěn)定，增加輸入功率和減小負(fù)載阻抗并不能直接提高穩(wěn)定性。二、填空題（每題3分，共30分）1.微波是指頻率在300MHz300GHz范圍內(nèi)的電磁波。2.傳輸線的傳播常數(shù)\(\gamma=\alpha+j\beta\)，其中\(zhòng)(\alpha\)表示衰減常數(shù)，\(\beta\)表示相移常數(shù)。3.矩形波導(dǎo)中\(zhòng)(TE_{mn}\)模和\(TM_{mn}\)模的截止波長(zhǎng)\(\lambda_c=\frac{2}{\sqrt{(\frac{m}{a})^2+(\frac{n})^2}}\)，其中\(zhòng)(a\)和\(b\)分別為矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊尺寸。4.微帶線的特性阻抗\(Z_0\)與微帶線的寬度、介質(zhì)基片的厚度和介電常數(shù)有關(guān)。5.史密斯圓圖的圓心對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)為0，表示匹配狀態(tài)。6.微波諧振腔的主要參數(shù)有諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)和等效電導(dǎo)。7.定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度、方向性、隔離度和插入損耗。8.散射矩陣\(S\)是一個(gè)\(n\timesn\)的矩陣，對(duì)于兩端口網(wǎng)絡(luò)\(S=\begin{bmatrix}S_{11}&S_{12}\\S_{21}&S_{22}\end{bmatrix}\)，其中\(zhòng)(S_{11}\)表示端口1的反射系數(shù)，\(S_{21}\)表示端口1到端口2的傳輸系數(shù)。9.微波晶體管放大器的增益可以分為功率增益、轉(zhuǎn)換功率增益和資用功率增益。10.微波測(cè)量中，常用的測(cè)量?jī)x器有網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀和功率計(jì)等。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述傳輸線的行波、駐波和行駐波三種工作狀態(tài)，并說明各自的特點(diǎn)。答案：行波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端接匹配負(fù)載（即\(Z_L=Z_0\)）時(shí)，傳輸線上只有入射波，沒有反射波，這種狀態(tài)稱為行波狀態(tài)。其特點(diǎn)是：①沿線電壓和電流的振幅不變；②電壓和電流同相；③傳輸線上各點(diǎn)的阻抗都等于特性阻抗\(Z_0\)；④傳輸線能將信號(hào)源的功率全部傳輸?shù)截?fù)載，沒有功率反射和損耗。駐波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端短路（\(Z_L=0\)）、開路（\(Z_L=\infty\)）或接純電抗負(fù)載時(shí)，反射系數(shù)的模為1，反射波和入射波振幅相等，在傳輸線上形成駐波。其特點(diǎn)是：①沿線電壓和電流的振幅隨位置作余弦變化，存在波腹和波節(jié)；②電壓波腹點(diǎn)和電流波節(jié)點(diǎn)重合，電壓波節(jié)點(diǎn)和電流波腹點(diǎn)重合，電壓和電流在時(shí)間上相差\(\frac{\pi}{2}\)；③傳輸線上各點(diǎn)的阻抗為純電抗；④駐波狀態(tài)下沒有能量的傳輸，只有能量的存儲(chǔ)和交換。行駐波狀態(tài)：當(dāng)傳輸線終端接一般負(fù)載（\(Z_L\neqZ_0\)且\(Z_L\)不是純電抗）時(shí)，傳輸線上既有入射波又有反射波，形成行駐波。其特點(diǎn)是：①沿線電壓和電流的振幅隨位置作周期性變化，但不像駐波那樣有明顯的波腹和波節(jié)；②電壓和電流的相位關(guān)系比較復(fù)雜；③傳輸線上各點(diǎn)的阻抗是復(fù)數(shù)；④有一部分功率被負(fù)載吸收，一部分功率被反射回信號(hào)源。2.說明微波諧振腔與低頻諧振回路的異同點(diǎn)。答案：相同點(diǎn)：都具有諧振特性，即都有一個(gè)特定的諧振頻率，當(dāng)外加信號(hào)頻率等于諧振頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。都可以用品質(zhì)因數(shù)\(Q\)來衡量其選擇性和儲(chǔ)能能力，\(Q\)值越高，選擇性越好，儲(chǔ)能能力越強(qiáng)。都可以用于濾波、選頻等電路中。不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)方面：低頻諧振回路通常由電感線圈和電容器組成，是集中參數(shù)電路；而微波諧振腔是分布參數(shù)電路，其電磁場(chǎng)分布在整個(gè)腔體空間內(nèi)。尺寸方面：低頻諧振回路的尺寸與工作波長(zhǎng)相比很??；微波諧振腔的尺寸與工作波長(zhǎng)相近。諧振頻率范圍：低頻諧振回路的諧振頻率較低，一般在幾赫茲到幾十兆赫茲；微波諧振腔的諧振頻率較高，在幾百兆赫茲到幾十吉赫茲。損耗方面：低頻諧振回路的損耗主要來自電感線圈的電阻和電容器的介質(zhì)損耗；微波諧振腔的損耗主要來自腔體壁的歐姆損耗和腔內(nèi)介質(zhì)的損耗。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.已知特性阻抗\(Z_0=50\Omega\)的傳輸線終端接負(fù)載\(Z_L=(100+j50)\Omega\)，求：（1）終端反射系數(shù)\(\Gamma_L\)；（2）行波系數(shù)\(K\)。解：（1）終端反射系數(shù)\(\Gamma_L\)的計(jì)算公式為\(\Gamma_L=\frac{Z_LZ_0}{Z_L+Z_0}\)。將\(Z_0=50\Omega\)，\(Z_L=(100+j50)\Omega\)代入可得：\[\begin{align}\Gamma_L&=\frac{(100+j50)-50}{(100+j50)+50}\\&=\frac{50+j50}{150+j50}\\&=\frac{(50+j50)(150j50)}{(150+j50)(150j50)}\\&=\frac{7500j2500+j7500+2500}{150^2+50^2}\\&=\frac{10000+j5000}{22500+2500}\\&=\frac{10000+j5000}{25000}\\&=0.4+j0.2\\&=\sqrt{0.4^2+0.2^2}e^{j\arctan(\frac{0.2}{0.4})}\\&\approx0.447e^{j0.464}\end{align}\]（2）行波系數(shù)\(K\)與反射系數(shù)\(\Gamma_L\)的關(guān)系為\(K=\frac{1|\Gamma_L|}{1+|\Gamma_L|}\)。由（1）可知\(|\Gamma_L|=\sqrt{0.4^2+0.2^2}\approx0.447\)，則：\[\begin{align}K&=\frac{10.447}{1+0.447}\\&=\frac{0.553}{1.447}\\&\approx0.382\end{align}\]2.一個(gè)矩形波導(dǎo)，其尺寸為\(a=22.86mm\)，\(b=10.16mm\)，工作頻率\(f=10GHz\)，求：（1）\(TE_{10}\)模的截止波長(zhǎng)\(\lambda_{c10}\)和相波長(zhǎng)\(\lambda_g\)；（2）判斷\(TE_{10}\)模能否在該波導(dǎo)中傳輸。解：（1）對(duì)于矩形波導(dǎo)中的\(TE_{mn}\)模，截止波長(zhǎng)的計(jì)算公式為\(\lambda_c=\frac{2}{\sqrt{(\frac{m}{a})^2+(\frac{n})^2}}\)。對(duì)于\(TE_{10}\)模，\(m=1\)，\(n=0\)，則\(\lambda_{c10}=2a\)。將\(a=22.86mm\)代入可得\(\lambda_{c10}=2\times22.86mm=45.72mm\)。工作波長(zhǎng)\(\lambda=\frac{c}{f}\)，其中\(zhòng)(c=3\times10^8m/s\)，\(f=10GHz=10\times10^9Hz\)，則\(\lambda=\frac{3\times10^8}{10\times10^9}m=30mm\)。相波長(zhǎng)\(\lambda_g=\frac{\lambda}{\sqrt{1(\frac{\lambda}{\lambda_c})^2}}\)，將\(\lambda=30mm\)，\(\lambda_{c10}=45.72mm\)代入可得：\[\begin{align}\lambda_g&=\frac{30}{\sqrt{1(\frac{30}{45.72})^2}}\