南京理工大学课程考试试卷（教师组卷、存档用）课程教学大纲编号： 课程名称： 微波技术 学分： 3 试卷编号： 001 考试方式： 闭卷笔试 考试时间：120 分钟 满分分值： 100分 组卷年月： 2005.6. 组卷教师：车文荃，戴永胜 审定教师： 陈如山 一. 简答题 (15分)1. 衬底集成矩形波导（Substrate-Integrated rectangular Waveguide，SIRW）有何优点？在设计SIRW时应遵循的原则是什么？2. 试列出微带线中可能存在的所有损耗。3. 和微带线相比，共面波导（Coplanar Waveguide, CPW）有何优点？4. 在定义微波网络的参考面时，应该注意哪几点？. 在图1所给的Smith圆图中，(1)最外圈的大圆上任意一点的电压反射系数大小为多少？其中A，B，C，D四点分别对应何种终端负载？此时传输线上传输的是什么形式的波（行波，驻波or行驻波）？(2)中心点的驻波系数为多少？此时的负载情况如何？ABCD 图1. Smith 圆图二. 图2为一个四分之一波长的同轴谐振腔(coaxial resonance cavity)的纵剖面示意图。(15分) ab 图2 试确定同时满足以下两个条件时该谐振腔的几何尺寸a和b的取值范围。a为同轴内导体半径，b为同轴外导体半径。（设工作频率为f0=10GHz）(1) 同轴线内无高次模传输；(2) 同轴腔能承受的功率容量最大。* 提示：TE11模为同轴线内的第一高次模，其截止条件为：三. 假设有一电阻性负载, 欲使其与的传输线相匹配，采取的方法是在二者之间另加一段传输线。设工作频率为，试确定：（10分）(1) 该传输线的特性阻抗；(2) 该传输线的长度。四. 试设计一个功率分配比为2:1的威尔金森 (Wilkson)功率分配器。已知输入输出端的特性阻抗均为。假设工作频率为，微带衬底的有效介电常数为。（20分） (1) 确定两个分支的特性阻抗Z1和Z2； (2) 确定两个分支的长度； (3) 确定隔离电阻的阻值。五. 图3为-3dB积分混合环（Quadrature Hybrid）的结构示意图。(15分) 图3(1) 现假设1端口为输入端口，试分别指出直通端口，耦合端口和隔离端口。(2) 假设四个端口的功率分别为P1, P2, P3, P4, 用以上给出的功率定义以下几个参数：耦合系数（Coupling Coefficient）隔离度 (Isolation) 方向性 (Directivity)(3) 写出该积分混合环的参数矩阵，并给出大致的物理解释。六. 微波器件的散射参数可以用矢量网络分析仪测量得到, 其外部特性便可以用散射参数来表示。下面是测量所得的某带通滤波器通带内的S-参数: (15分)根据此S-参量, 请确定该滤波器的如下外部特性参量:(1) 插入相移q;(2) 输入驻波比;(3) 插入衰减(dB). 七. 图 4 所示为无耗传输线，试用Smith圆图求以下参量：（10 分）(1) 传输线上的驻波比和终端负载处的电压反射系数；(2) 该传输线的输入阻抗；(3) 若相邻两波节点的间距为60mm, 试求终端负载到第一个电压波腹点和第一个电压波节点的实际距离；Zin L= 0.4lZL=50+j50WZ0=50W 图4微波技术试题答案及评分标准一 简答题（15分，每题3分）1 制作简单，紧凑的平台，与平面电路的连接比较简单，低成本，高Q值，功率容量大，体积小，重量轻，集合了矩形波导和微带线的双重优点。应遵循的原则是：，。其中d是金属柱的直径，p是相邻两金属柱的间距。2 微带线中的损耗：导体损耗，介质损耗，辐射损耗以及表面波损耗。3 （1）提供铁氧体非互易器件所需的圆极化射频磁场； （2）较容易实现有源器件的放置； （3）特性阻抗与衬底厚度无关。4 （1）单模传输时参考面上只考虑主模场强，因此参考面应选在远离不连续的地方。 （2）参考面必须与波传输方向垂直，使场的横向分量与参考面共面以便与之对应的参考面上的电压，电流有明确定义。5 （1）最外圈的电压反射系数为1。A，B，C，D分别对应开路负载，短路负载，感性负载以及容性负载。此时传输线上传输的是驻波。 （2）中心点的驻波系数为1，此时接匹配负载。二 （分）（1）无高次模传输：； （2）功率容量最大:；(3) 因为同轴线左端开路，为防止能量辐射，因此圆波导应处于截止状态：。工作频率f0=10GHz，所以工作波长，根据上面三式，能够求出:b=1.65a, a3.6mm 。三 （分）（1）所加传输线构成阻抗变换器，因此传输线的阻抗是 （2）传输线的长度：。四 （分） （1）因为 所以特性阻抗, ；（2）真空中的波长， 介质中的波长， 所以，两个分支的长度： （3）隔离电阻的阻值是五 （分）（1）端口2为直通端口，端口3为耦合端口，端口4位隔离端口。 （2）耦合系数：； 隔离度：; 方向性： （3）该混合环的S参数矩阵为： 端口1进入的能量，从端口2和端口3输出，没有能量从端口4输出。各端口接匹配负载，端口的反射系数为0。耦合端口输出的信号较直通端口输出的信号在相位上滞后90度。六 （分）（1）插入相移： （2）输入驻波比： （3）插入衰减：七 （分）（1）负载的归一化阻抗为，在圆图上记为点A。从Smith圆图上可以看出，驻波比，端口处的反射为，对应的角度为(64o)。因此。 （2）从点A沿等反射系数圆顺时针旋转到点B。从圆图上可以读出此时的归一化阻抗为：，传输线的输入阻抗为：。 （3）由题知 设 C点对应电压波节点,D点对应电压波腹点.由A点沿等反射系数圆顺时针旋转，求得 因此，终端负载到第一个电压波腹点的实际距离为10.32mm,终端负载到第一个电压波节点的实际距离为40.32mm