射頻微波電路作業(yè)1-7(答案版)

1、第一章射頻/微波工程介紹1 .簡(jiǎn)述常用無線電的頻段劃分和射頻的定義。頻段頻率波長(zhǎng)ELE（極低頻）3。30。Hz100001000kmVFf音頻）300-3000Hz1000100kmVLF（甚低頻）330kHz100-10km1尸（低頻）30300kH，10'1kmMF（中頻）30g3000kHi10.1kmHF（高頻）370MHz10010mVHF（甚高頻）3030。MHz1。1mUHF（特高頻）3003000MHz100Ccm&HFC超高頻）330GHz101vmEHF（極高頻）30300GHz10.1cm亞毫米波3003000GHz10,mm射頻/微波處于普通無線電波與紅

2、外線之間，是頻率最高的無線電波，它的頻帶寬度比所有普通無線電波波段總和大1000倍以上2.簡(jiǎn)述巳L,S,C,X,Ku,K,Ka波段的頻段劃分方法。_產(chǎn)波段L波段0.237GH11-2GHw1303。cm3015cmS波段C波段24GHzjgGHz157.5cm7,5-3.75cmX波段872.5GHz3.752.4cmKu波段12.578GHz2.4.67cmK波段Ka波段18-26.5GHz26,540GHzL67*-L13aa1.13675cm3 .簡(jiǎn)述射頻/微波的四種基本特性和相比普通無線電的優(yōu)點(diǎn)。四個(gè)基本特性：1、似光性；2、穿透性3、非電離性4、信息性優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬：可隹輸”匚息量人。

3、（2）分辨率高。連續(xù)波多普勒雷達(dá)的頻偏大，成像更清晰，反應(yīng)更及破。（3）尺寸小:電路元件和天線司機(jī)小。(4)卜據(jù)不門設(shè)卻1片，優(yōu)小。沌反憒,數(shù)字強(qiáng)誹限據(jù)飛愉和口；處工I回咬丸(6)頻譜寬。頻譜不擁擠，不易擁堵，軍用設(shè)備更可靠。，故將其稱為射頻鐵三角。4.簡(jiǎn)述射頻鐵三角的具體內(nèi)涵。由于頻率、阻抗和功率是貫穿射頻/微波工程的三大核心指標(biāo)阻抗變換、阻抗匹配、天線等振蕩器、壓控振蕩器、頻率合成器、分頻器、變頻器、倍頻器、混頻器、濾波器等衰減器、功分器、耦合器、放大器、開關(guān)等5.給出幾種分貝的定義：dB,dBm,dBc,dBc/Hz,10dBm+10dB=?單位物理量定義說明鄧比值描述衰減或增益10噴=

4、助哈源波器.放大器.耦合器、開關(guān)等器件的指標(biāo)cIBm比值功率單位10幅品振蕩器的輸出功率dBc比值功率的相對(duì)大小10W看二振蕩耦的諧(雜)波抑制dBc/Hz比值功率的相對(duì)大小101壟一101gRBW振薔圈的相位噪聲，與測(cè)配儀器有美10dBm+10dB=20dBm第二章傳輸線理論1.解釋何為集膚效應(yīng)”？集總參數(shù)元件的射頻特性與低頻相比有何特點(diǎn)？在交流態(tài)下，由于交流電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，此磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，與此電場(chǎng)聯(lián)系的感生電流密度的方向?qū)?huì)與原始電流相反。這種效應(yīng)在導(dǎo)線的中心部位（即r=0位置）最強(qiáng)，造成了在r=0附近的電阻顯著增加，因而電流將趨向于在導(dǎo)線外表面附近流動(dòng),這種現(xiàn)

5、象將隨著頻率的升高而加劇，這就是通常所說的集膚效應(yīng)電阻：在低頻率下阻抗即等于電阻R,而隨著頻率的升高達(dá)到10MHz以上，電容Ca的影響開始占優(yōu)，導(dǎo)致總阻抗降低；當(dāng)頻率達(dá)到20GHz左右時(shí)，出現(xiàn)了并聯(lián)諧振點(diǎn)；越過諧振點(diǎn)后，引線電感的影響開始表現(xiàn)出來，阻抗又加大并逐漸表現(xiàn)為開路或有限阻抗值。電容：理想狀態(tài)下，極板間介質(zhì)中沒有電流。在射頻/微波頻率下，實(shí)際的介質(zhì)并非理想介質(zhì)，故在介質(zhì)內(nèi)部存在傳導(dǎo)電流，也就存在傳導(dǎo)電流引起的損耗，更重要的是介質(zhì)中的帶電粒子具有一定的質(zhì)量和慣性，在電磁場(chǎng)白作用下，很難隨之同步振蕩，在時(shí)間上有1t后現(xiàn)象，也會(huì)引起對(duì)能量的損。電感：電感線圈的高頻特性已經(jīng)完全不同于理想電感，

6、在諧振點(diǎn)之前其阻抗升高很快，而2.在諧振點(diǎn)之后，由于寄生電容Q的影響已經(jīng)逐步處于優(yōu)勢(shì)地位而逐漸減小。簡(jiǎn)述微波電路中Q值的概念。品質(zhì)因素Q表示一個(gè)元件的儲(chǔ)能和耗能之間的關(guān)系，即元件的儲(chǔ)能QQ元件耗能3 .簡(jiǎn)述傳輸線有哪幾種工作狀及其對(duì)應(yīng)的負(fù)載反射系數(shù)。當(dāng)Zl=Z0或?yàn)闊o限長(zhǎng)傳輸線時(shí)，Tl=0,無反射波，是行波狀態(tài)或匹配狀態(tài)。當(dāng)Zl為純電抗元件或處于開路或者短路狀態(tài)時(shí),|rl|=1，全反射，為駐波狀態(tài)。當(dāng)Zl為其他值時(shí)，|rUW1,為行駐波狀態(tài)。4 .給出電壓駐波比、回波損耗與負(fù)載反射系數(shù)的關(guān)系。線上任意點(diǎn)的反射系數(shù)為Rz）=|屋|ej，-j2pz定義駐波比VSWR和回波損耗RL為VSWR =1+

7、屋1-1,RL= -20燈又5 .計(jì)算特征阻抗位Z0,長(zhǎng)度為L(zhǎng),負(fù)載接ZL的傳輸線的輸入阻抗。ZinZ0ZljZ0tan(L)ZljZotan(L)6 .史密斯圓圖是由怎么構(gòu)成的？史密斯圓圖是將歸一化阻抗（Z=r+jx）的復(fù)數(shù)半平面（r>0）變換到反射系數(shù)為1的單位圓（|r|=1）內(nèi)。已知一點(diǎn)的阻抗或反射系數(shù)，用史密斯圓圖能方便地算出另一點(diǎn)的歸一化阻抗值和對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)。7 .微帶線增加導(dǎo)帶的寬度和介質(zhì)基板的厚度對(duì)特征阻抗各有什么影響?增加導(dǎo)帶寬度，阻抗減??；增加介質(zhì)板厚度，阻抗增加。8 .簡(jiǎn)述矩形波導(dǎo)的尺寸選擇原則，畫出主模的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。尺寸選擇原則：a=0.7/b=a/2主模電磁場(chǎng)

8、結(jié)構(gòu)：9 .簡(jiǎn)述同軸線的尺寸選擇原則，畫出主模的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。同軸線的尺寸選擇原則是，有主：模TEM模傳輸，有足夠的功率容量，損耗小，尺寸盡可能小。條件原則阻抗使用場(chǎng)合主模TEM模傳輸寓呼60(b承受功率最大3a高功率傳輸線衰減最小=3,591a76,71諧振器、濾波器、小信號(hào)傳輸線功率衰減均考慮：=文30350通用傳輸線2.Pl(1-第三章匹配理論1.簡(jiǎn)述直流和交流電路中的阻抗匹配條件。直流：當(dāng)Rl=Rs時(shí)可獲得最大輸出功率，此時(shí)為阻抗匹配狀態(tài)。交流：當(dāng)負(fù)載阻抗Zl與信號(hào)源阻抗Zs共軻時(shí)，即Zl=Z*s，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的最大傳輸，稱作共軻匹配或廣義阻抗匹配。射頻電路的入射波為，源和負(fù)載反射系數(shù)

9、分別為和，寫出負(fù)載功率。3.設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率為300MHz，輸入阻抗75,輸出阻抗50的L型匹配電路。(1.愉人芥演愉出印前將為純蛇L型匹配電路的設(shè)計(jì)步驟如下：步驟一：確定工作頻率fc、輸入阻抗R及輸出阻抗R。這三個(gè)基本參數(shù)由設(shè)計(jì)任務(wù)給出。步驟二：在如圖3-5(a)所示的L型匹配電路中，將構(gòu)成匹配電路的兩個(gè)元件分別與輸入阻抗Rs和輸出阻抗Rl結(jié)合。當(dāng)電路匹配時(shí)，由共軻匹配條件可以推得QL = Rl / XL+Us-：Qs=Xs / Rs(a)(b)+Us-'(a)L型匹配電路(RsvRl)；(b)L型匹配電路(甩)步驟三；判別&<凡或(1) 4<Rl，如圖3-5(a

10、)所示:*=Q思殳(2) 如圖3-5(b)所示:2Xl=QlRl步驟四：若&如圖3-6所示，選擇乂£低通式或Cj.高通式電路，根據(jù)下列公式計(jì)算出電路所需電感及由殺值：(1) L低通式：(3-13)2C-I,2或Xj(2) q-L口高通式：q尸P2<LsCP(a)(a) Cp-Ls低通式L型；(b) Lp-Cs高通式L型Cs 0II °卜(b)4.設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率為500MHz,帶寬為50MHz的50100的兀型匹配電路。木圖卜步於加卜:步驟一：確定工作頻率fc、負(fù)載Q值、輸入阻抗R及輸出阻抗Rl,并求出RH=max(R,R_)：步驟二：根據(jù)圖3-10(a)中所

11、示及下列公式計(jì)算出42、2、Xp1及人1：步驟三：依據(jù)電路選用元件的不同，可有四種形式，如圖3-10(b)、(c)、(d)、(e)所示。其中電感及電容值的求法如下：Xs2=QRXp2RQ1Xs2=QiRX2嘰12"Xc5.畫出波導(dǎo)感性和容性銷釘調(diào)配元件結(jié)構(gòu)及其等效電路。HaH(b)6.簡(jiǎn)述散射參數(shù)S的物理意義?？?=0,1端口匹配g=0,2端口匹配%=0,1端口匹配7.已知雙端口網(wǎng)絡(luò)的A參數(shù)矩陣A11,A12;A21,A22,試寫出S參數(shù)的表達(dá)式。1anzF-1a22ai2-1aiiS11alla12一a2l-a22s12a11a12-a21-a222(a11+a12-a21-a22

12、)alla12a21a22s21a11a12a21a22s22o+ao+aa11a12a21a22a11a12a21a22第四章功率衰減器1 .簡(jiǎn)述功率衰減器的基本原理和衰減量的定義。功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。1Pi功率衰減器A(dB) = 10lgP2(mW)F1(mW)A(dB)2 .設(shè)計(jì)一個(gè)5dB型同阻式固定衰減器(輸入輸出阻抗均為50歐)。步驟一：同阻式集總參數(shù)哀減器A=-5dB,由公式(4-6)計(jì)算元件參數(shù)：A4=10值=14.01。3 .設(shè)計(jì)一個(gè)10dB型異阻式固定衰減器(Z1=50歐，Z2=75歐)。雙片(a)固定式；(b)可變式步驟一：異

13、阻式集總參數(shù)衰減器A=-10dB,由公式(4-9)計(jì)算元件參數(shù)：A。=10石=0.14.同軸型吸收式衰減器有哪幾種，試畫出結(jié)構(gòu)圖。在同軸系統(tǒng)中，吸收式衰減器的結(jié)構(gòu)有三種形式:串聯(lián)電阻和帶狀線衰減器轉(zhuǎn)換為同軸形式。內(nèi)外導(dǎo)體間電阻性介質(zhì)填充、內(nèi)導(dǎo)體(a)(b)ct-llJz.Z.八-=87.14Q14a(c)5.波導(dǎo)型吸收式衰減器有哪幾種，試畫出結(jié)構(gòu)圖。固定式和可變式。前者吸收片的位置和面積固定不變減片的位置或面積，實(shí)現(xiàn)衰減量的改變。，后者可以通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來改變衰單片1B+1=77.11。吸收薄片(刀形)=207.4501£7+11吸收薄片*N*I1，|l|，JI111.1(a)嚼L,!

14、U(b)6.簡(jiǎn)述PIN二極管的特性。(1)直流反偏時(shí)，對(duì)微波信號(hào)呈現(xiàn)很高的阻抗，正偏時(shí)呈現(xiàn)很低的阻抗?？捎眯〉闹绷?低頻)功率控制微波信號(hào)的通斷，用作開關(guān)、數(shù)字移相等。(2)直流從零到正偏連續(xù)增加時(shí)，對(duì)微波信號(hào)呈現(xiàn)一個(gè)線性電阻，變化范圍從幾兆歐到幾歐姆，用昨口二時(shí)用減密.(3)只有微波信號(hào)時(shí),1區(qū)的信號(hào)積累與微波功率有關(guān)，微波功率越大，管子阻抗越大,用作微波限幅器。(4)大功率低頻整流器,1區(qū)的存在使得承受功率比普通整流管大的多。第五章功率分配器/合成器1 .功率分配器的技術(shù)指標(biāo)有哪些？給出分配損耗，插入損耗和隔離度的定義。功率分配器的技術(shù)指標(biāo)包括頻率范圍、承受功率、主路到支路的分配損耗、輸入

15、輸出間的插入損耗、支路端口間的隔離度、每個(gè)端口的電壓駐波比等。分配損耗。主路到支路的分配損耗實(shí)質(zhì)上與功率分配器的功率分配比有關(guān)。如兩等分功率分配器的分配損耗是3dB,四等分功率分配器的分配損耗是6dB。定義Ad =10lgRPOut式中Pn = kPout插入損耗。輸入輸出間的插入損耗是由于傳輸線(如微帶線)的介質(zhì)或?qū)w不理想等因素，考慮輸入端的駐波比所帶來的損耗。定義Ai=A-Ad隔離度。支路端口間的隔離度是功率分配器的另一個(gè)重要指標(biāo)。如果從每個(gè)支路端口輸入功率只能從主路端口輸出，而不應(yīng)該從其他支路輸出，這就要求支路之間有足夠的隔離度。在主路和其他支路都接匹配負(fù)載的情況下，i口和j口的隔離度

16、定義為A-101g3Poutj2 .簡(jiǎn)述功率分配器的原理和三端口的功率關(guān)系。1P1功分器2P23P3Pl=P2+P33 .設(shè)計(jì)工作頻率為500MHz,特性阻抗為50歐，功率比例為0.2的集總LC功率分配器。4.設(shè)計(jì)工作頻率為 750MHz,特性阻抗為50歐，功率比例為1的微帶功率分配器。Q R=2Z)=100 QZ02=Z03=Z0=70.7第六章定向耦合器1.定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)有哪些？給出耦合度，隔離度和方向性的定義和關(guān)系。定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)包括頻率范圍、插入損耗、耦合度、方向性、隔離度等。耦合度：描述耦合輸出端口與主路輸入端口的比例關(guān)系，通常用分貝表示，dB值越大，耦合端口輸出功率越小

17、。耦合度的大小由定向耦合器的用途決定。方向性：描述耦合輸出端口與耦合支路隔離端口的比例關(guān)系。理想情況下，方向性為無限大。隔離度：描述主路輸入端口與耦合支路隔離端口的比例關(guān)系。理想情況下，隔離度為無限大。描述定向耦合器特性的三個(gè)指標(biāo)間有嚴(yán)格的關(guān)系，即方向性=耦合度-隔離度。2.設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率為400MHz的10dB高通LC支路型耦合器（Z0=50歐），計(jì)算出元件步驟一：確定耦合器的指標(biāo)，C=-10dB,fc=400MHz,Zo=50&步驟二：利用下列公式計(jì)算K、Zos、Z0p：步驟三：利用下列公式計(jì)算元件值：ClL218.59pF2fZc乙0s包=56.68nH2fc3.設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻

18、率為750MHz的10dB平行線型耦合器（Z0=50歐，F(xiàn)R4基板材料介電常數(shù)4.5,厚度1.6mm,損耗角正切0.015）,計(jì)算出元件值。步驟一：確定耦合器指標(biāo)，包括C=-10dBfc=750MHz,FR4基板參數(shù)X4.5,h=1.6mm,tan8=0.01材料為銅（1mil）D步驟二：計(jì)算奇偶模阻抗：1+10C/20Zc=Zc；0e01-10C/20，1-10C/20Z0o-Z0110C/20步驟三：69.371136.0411電路拓?fù)淙鐖D6-7所示利用Mathcad11軟件方f算，得出耦合線寬度距S=0.31mm,長(zhǎng)度P=57.16mm,且50微帶線寬度W50=2.92mm。W=2.38

19、mm,間4.50歐，中心頻率5GHz,基板材料介電常數(shù) 9.6,厚度設(shè)計(jì)3dB分支線耦合器，負(fù)載為0.8mm步驟一：確定耦合器指標(biāo)（略）:：步驟二：計(jì)算歸一化導(dǎo)納：,a=1步驟三：計(jì)算特性阻抗:1-二501aYaZb1=35.3-1aY0步驟四：計(jì)算微帶實(shí)際尺寸：支線50QW=0.83mm,L=6.02mm主線35.3QW=1.36mm,L=5.84mm第七章射頻/微波濾波器1.濾波器的技術(shù)指標(biāo)有哪些？給出工作衰減的定義和四種濾波函數(shù)及其衰減圖形。濾波器的指標(biāo)：工作頻率、插入損耗、帶內(nèi)紋波、帶外抑制、承受功率通常采用工作衰減來描述濾波器的衰減特性，即一P._LAT01g吉dB續(xù)表類型傳輸函數(shù)j

20、圖形說明橢圓函數(shù)1JLA/dBjvJ鋁構(gòu)復(fù)雜.邊沿陡峭.適用干特殊場(chǎng)合高斯多項(xiàng)式t-aff=3-樣=5/D，1.0Q結(jié)構(gòu)筒單，群延時(shí)好,適用于特殊場(chǎng)合2 .寫出最平坦型和切比雪夫型低通原形的元件數(shù)計(jì)算公式。最平坦型：_01lg(100.1LAs-1)21g11s切比雪夫:cosh110LAs/101/cosh1二3 .畫出低通原形向帶通濾波器的頻率變換過程和元件關(guān)系。4.&(a)7.958 nH1.989 nH(b)-IF 1.592 pF-L 6.366 pF7.958 nHnnon|j1.592 pFLscpi 2>gFBW. ,0。91 2；：,0 LsL _L_p F50 'J設(shè)計(jì)一個(gè)集總LC切比雪夫帶通濾波器，中心頻率為75MHz, 3dB帶寬為10MHz,帶內(nèi)波紋為1dB,帶夕卜75± 15MHz的衰減大于 30dBz0=50歐。步驟一：確定指標(biāo)：特性阻抗上通帶邊頻 下通帶邊頻 上阻帶邊頻 下阻帶邊頻通帶內(nèi)最大衰減 阻帶最小衰減Z0=50Q f1=75+5=80 MHz f2=75-5=70 MHzf=75+15=90