微波技术基础第二章课后答案---杨雪霞.docx

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1、2-1波导为什么不能传输TEM波？答：一个波导系统假设能传输TEM波型，那么在该系统中必须能够存在静电荷静电核或恒定电流，而在单导体所构成的空心金属波导馆内，不可能存在静电荷或恒定电流，因此也不可能传输TEM波型。2-2什么叫波型？有哪几种波型？答：波型是指每一种能够单独地在规那么波导中存在的电磁场的一种分布状态。根据场的横向分量与纵向分量之间的关系式划分波型，主要有三种：TEM波（纥=0,“1=0）,TE波（旦=0,”ZWO）,TM波（纥。0,Hz=0）2-3何谓TEM波，TE波利TM波？其波阻抗和自由空间波阻抗有什么关系？答：Ez=O,乩=0的为TEM波；纥=0,乩Wo为TE波；Ez0,H

2、z=O为TM波。TE波阻抗:TM波阻抗:其中为TEM波在无限答煤质中的波阻抗。2-4试将关系式孚一”二纥，推导为EX=一（券+j0Hy）。oyazjwy解：由优的场分量关系式“）,=为/叱（儿与Z无关）得:Hzy- = TBH,OHdH利用关系式-/收纥可推出:yazEX-L（也+咀） jw y z1产二 jw y2-5波导的传输特性是指哪些参量？答：传输特性是指传输条件、传播常数、传播速度、波导波长、波形阻抗、传输功率以及损耗和衰减等。2-6何为波导的截止波长人？当工作波长几大于或小于4时，波导内的电磁波的特性有何不同？答：当波沿Z轴不能传播时呈截止状态，处于此状态时的波长叫截止波长，定义为

3、4.二丁;K当工作波长大于截止波长时，波数ZV%,此时电磁波不能在波导中传播;当工作波长小于截止波长时，波数此时电磁波能在波导内传播;2-7矩形波导中的截止波长儿和波导波长久,相速度乙和群速度外有什么区别和联系？它们与哪些因素有关?答：波导波长为I .,4为截止波长群速为q =c）2 1的介质，只传输TEK）波型的条件又是什么？解：由于TEn）的截止波长c=2a,而TE20的截止波长为a,TEOl的截止波长为2b。假设要保证单模传输TE0,那么由传输条件4v4,IE?。与TEol均被截止，故有a22a】一a2bb2假设波导中全填充ZzL1，的介质，那么波长变为“屈）因此单模传输条件变为Ca-2

4、arA2bb-=2后解:工作频率为f=IOGHz,空气填充，速度u=3xlmms,因此工作波长13lOuC八A=-=30mm，fIOxlO9根据矩形波导单模传输的条件，波导的尺寸由下式确定-a2,b-22即l5a30mmbc=19.51mmTE33TM33J,4=18.676mm4所以可能存在的模式有：TE10,TE20.TE70,TE80,TE01,TE02,TE03,TE11,TM11TE2pTM21,TE12,TM12,TE12,TM32TE22,TMr,TE2vTM21,TE33,TM2nA解：因为在波导中相邻两波节之间的距离为J,所以得到2g=222mm=44mm213矩形波导BJ-

5、IO0,其横截面尺寸为axb=2286mmxl0.16mm,在波导中传输TEH）波，工作波长4=3cm,试求截止波长儿、相速、群速乙、传输功率P和波型阻抗ZTE。vPticIO解：TEK)波的截止波长4=2a=2x22.86mm=45.72mmTElo波长的相速度UP=I%,=3.97610,lmms(o=3101,mms)用TTElo波的波导波长=I,=39.76mm代TabTElo波的传输功率p=rc(-EyHx)dxdy_oO.而TEK)的Ey与HX为Ey=T等HOSin(2x)l癖Hx=j-H0sin(-x)e-KCaKCa,Cabx.1a3bAITz_乃、故P=r贵Hi=H0(Kc=

6、-)4K;4a假设用ZTElo表示Ey、H,那么有Hx=-乒Sin佰xe-癖IEO=T等Ho为常数zTE10J(KC所以，传输功率?并若匕黑琮川崎空气填充)I/-、2abPERe(-EyHx)dxdy.002-14矩形波导的横截面尺寸为=23mm,b=10mm,传输频率为IOGHZ的TEIO波，求截止波长、波导波长、相速和波阻抗。如果频率稍微增大，上述参量如何变化？如果波导尺寸a和b发生变化，上述参量又如何变化？解：矩形波导的截止波长为4=2=2x23=46相机，工作波长为Zt=3=3。fIOxlO9波导波长为v=I4二39.57制臼相速为n=.c3.96108m/s尸波阻抗为Z,.=I497

7、.23当频率增大时，截止波长不变，波导波长降低，相速降低，波阻抗降低;当a增大时，截止波长增大，波导波长降低，相速降低，波阻抗降低;当b增大时，对各个参量无影响。2-15假设矩形波导横截面尺寸a=2b=25mm,有中心频率f=IOGHz的脉冲调制波通过IoOm长的波导，求中心频率上的时延J解：工作波长ZI=3Omm（空气填充） %波导波长o = = 37.5mm相移常数故经过IoOm后,产生的相移量。为2=1.675516/cmo2乃=L=L=1.675516/cm100IO2=16755.16（弧度）所以，中心频率上的时延t为16755.17c-1O_7t=-=2.667x107S2f2.1

8、6空气填充BJ-100波导，工作波长;l=32mm,当终端接负载Z,时，测得驻波比。=3,第一个电场波节点距负载d=9mm,试求：(1)波导中传输的波型；(2)终端负载阻抗的归一化值。解：(1)BJ-Ioo为矩形波导，其横截面尺寸ab=2286mm10.16mm。几个低次模的截止波长分别为TE10c=2a=45.72mmTE20c=a=22.86mmTE01c=2b=20.32mm根据波导中波的传输条件几4,故只能传输TEK)波。(2)矩形波导BJ-Io0,TEn)波的波导波长为1& = = 44.8mm第一个电场波节点距负载为d=9mm,波节点处的归一化阻抗为,，即S1_z1+jtandS1

9、+jz1tand1U1-jStand._,2l16CC故z.=Ltand.=tandl=3.l37S=3S-jtan7dlg）那么zl=1.726-j1.33217一矩形波导馈电系统，ab=22.86mmx10.16mm,空气填充，工作频率为=9.375GHz,端接负载Z/,测得馈线上的驻波比0=2,第一个电场最小点距负载d=5.6mm,试求：终端负载阻抗的归一化值；解：由于f=9.375GHz,空气填充，其工作波长4为1c310,”l=32mm”f09.375IO9波导波长=L-=44.8mm.(XVtETelZ-I-DlJ1-iStan/?d.C12乃,r.利用上就中导出的ZL=tanyd

10、.tandl=1,S=2S-jtand1PI4J所以归一化负载阻抗zl=4-J3218什么叫做鼓励和耦合？答：所谓鼓励就是在波导中建立所需波型的方法。相应地，从波导中取出所需波型的能量的方法称为耦合。鼓励和耦合是可逆的，鼓励装置也可以用作耦合装置。2-19波导中的鼓励可以由哪几种方式？鼓励装置是什么？电磁场能否鼓励的判据是什么？答：鼓励方式有三种，它们是电场鼓励、磁场鼓励和电流鼓励；鼓励装置为探针鼓励、环鼓励、小孔或缝鼓励，电子流鼓励。杆鼓励为电场鼓励，环为磁场鼓励，孔鼓励根据孔开在波导的不同位置，可能为单一的磁场鼓励或同时存在电场和磁场鼓励。波导的鼓励原那么是指使鼓励装置产生被鼓励波型的某一

11、场分量或壁电流，从而使该波型在波导中建立。2-20圆波导中的波型指数m和n的意义是什么，它们与矩形波导中的波型指数有何不同？答：圆波导中m代表场沿圆周方向分布的整驻波数，n代表沿半径方向场分量出现的最大值个数。而在矩形波导中，m和n分别代表场强沿X轴和y轴方向分布的半波数。2-21欲在圆波导中得到单模传输，应选择哪种波型，为什么？答：在圆波导中实现单模传输一般选择TE”波型，因为TEU模的截止波长最长，易于实现单模传输。2-22试述圆波导中TETEol及TM(H三种模式的特点及其应用。答：圆波导TEu易于实现单模传输，但由于模极化面是不稳定的存在着模的极化简并，故实用中不用圆波导作为传输线。但是利用TEu模的极化简并可以构成一些特殊的波导元器件，如极化衰减器、极化变化器和微波铁氧体环行器等。