遼寧省專升本2025年電子信息工程微波技術(shù)實踐試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空3分，共30分）1.在自由空間中，電磁波的波長λ與頻率f的關(guān)系為____________。微波頻段通常指頻率范圍____________到____________。2.特性阻抗為Z?的傳輸線，若其終端負載阻抗ZL=Z?，則傳輸線上的反射系數(shù)γ?=____________，此時稱為____________狀態(tài)。3.為了使傳輸線上的信號無反射傳輸，需要在傳輸線與負載之間接入____________網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配。4.常用的微帶線傳輸線的介質(zhì)材料有____________、____________等。其優(yōu)點包括____________、____________。5.測量微波信號頻率常用____________，測量微波信號功率常用____________。6.微波電路中，阻抗匹配的單位是____________，其值為____________時表示完全匹配。二、選擇題（每題4分，共40分）1.下列哪個波段屬于微波頻段？()A.VHF(30-300MHz)B.UHF(300-3000MHz)C.SHF(3-30GHz)D.EHF(30-300GHz)2.對于一長度為l、特性阻抗為Z?的傳輸線，若其終端接匹配負載ZL=Z?，則其輸入阻抗Zin等于？()A.Z?2/ZLB.Z?/ZLC.Z?D.Z?*ZL/(Z?+ZL)3.下列哪種方法不屬于常用的微波阻抗匹配技術(shù)？()A.L型匹配網(wǎng)絡(luò)B.T型匹配網(wǎng)絡(luò)C.π型匹配網(wǎng)絡(luò)D.短路截波法4.信號源內(nèi)阻為Rg，特性阻抗為Z?的傳輸線，終端接匹配負載，為使信號源輸出最大功率，負載阻抗應(yīng)為？()A.RgB.Z?C.Rg/2D.2Z?5.微波波段之所以采用波導(dǎo)或同軸電纜等傳輸線結(jié)構(gòu)，主要是因為其頻率高，波長較短，需要介質(zhì)支撐，且傳輸損耗較小。()（判斷正誤）6.下列哪個元件通常用于實現(xiàn)信號的反向傳輸？()A.功率分配器B.隔離器C.環(huán)形器D.耦合器7.在使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量S參數(shù)時，需要使用哪些信號源和探測器？()A.信號源、檢波器B.信號源、隔離器、衰減器C.信號源、雙端口、檢波器D.信號源、隔離器、功率計8.微波混頻器通常由哪些基本電路組成？()A.功率放大器和濾波器B.調(diào)制器和解調(diào)器C.二極管和傳輸線D.檢波器和放大器9.微波天線的主要性能指標不包括？()A.方向性系數(shù)B.增益C.輸入阻抗D.波束寬度10.用同軸電纜測量頻率低于1GHz的信號時，其精度主要受限于？()A.電纜損耗B.電纜長度C.天線諧振頻率D.信號源穩(wěn)定性三、判斷題（每題3分，共15分）1.駐波比（SWR）越接近1，表示傳輸線上的能量損耗越小。()2.微波元件如電阻器、電容器、電感器主要采用介質(zhì)諧振或傳輸線諧振的方式實現(xiàn)。()3.功分器可以將輸入功率按一定比例分配到兩個或多個輸出端口。()4.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量電路的S參數(shù)，即復(fù)數(shù)形式的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)。()5.天線的輻射方向圖表示天線在空間各方向上輻射能量的分布情況。()四、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述什么是駐波現(xiàn)象，并解釋駐波比（SWR）的物理意義。2.簡述串聯(lián)電感調(diào)諧和并聯(lián)電容調(diào)諧的基本原理，并說明它們分別適用于哪種負載情況（過阻尼、欠阻尼、臨界阻尼）。3.簡述使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測量微帶線特性阻抗的基本原理和步驟。4.簡述波導(dǎo)和同軸電纜兩種傳輸線結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別，并說明各自的主要適用頻段。五、計算題（每題12分，共24分）1.一段特性阻抗為50Ω的微帶線，長度l=20mm，工作頻率f=2.4GHz。若其終端接負載阻抗ZL=(50+j100)Ω。試求：(1)該傳輸線終端的反射系數(shù)γ?；(2)該傳輸線輸入端的阻抗Zin（假設(shè)不考慮傳輸線本身長度引入的相位延遲，即認為傳輸線為電短路線）。2.設(shè)計一個L型匹配網(wǎng)絡(luò)，用于將特性阻抗為50Ω的傳輸線與阻抗為75Ω的負載相匹配。已知工作頻率為1GHz，試計算所需串聯(lián)電感L和并聯(lián)電容C的值（要求給出計算過程和結(jié)果）。提示：可先考慮使負載端阻抗變?yōu)?0Ω，或使源端阻抗變?yōu)?0Ω，選擇一種方法計算即可。---試卷答案一、填空題1.c=λf；300MHz；300GHz2.0；匹配3.阻抗匹配4.聚四氟乙烯(PTFE)；氧化鋁陶瓷；體積小、重量輕；易于集成5.頻譜分析儀；功率計6.奈培(Nepers)；1二、選擇題1.C2.C3.D4.A5.√6.C7.B8.C9.C10.B三、判斷題1.√2.√3.√4.√5.√四、簡答題1.解析思路：駐波現(xiàn)象是在傳輸線終端發(fā)生反射時，入射波與反射波疊加形成的一種波形沿著傳輸線方向穩(wěn)定駐定的現(xiàn)象。表現(xiàn)為線上存在固定的波腹點（振幅最大點）和波節(jié)點（振幅為零點），相鄰波腹或波節(jié)點之間的距離為半個波長。駐波比（SWR）定義為線上最大電壓（或電流）幅值與最小電壓（或電流）幅值之比，或用反射系數(shù)的模量表示為|γ?|=SWR-1/SWR-1。SWR值越接近1，表示反射越弱，能量傳輸效率越高；SWR值越大，表示反射越強，能量傳輸效率越低。2.解析思路：串聯(lián)電感調(diào)諧是通過在傳輸線（或諧振回路）上串聯(lián)一個電感L，利用電感對高頻電流的阻礙作用（感抗XL=2πfL）來抵消負載的容性阻抗（或減小其模值），使電路呈現(xiàn)純阻性或接近純阻性。適用于負載呈現(xiàn)容性阻抗（阻抗角為負）的情況，特別是欠阻尼情況，以“補償”容性成分。并聯(lián)電容調(diào)諧是通過在傳輸線（或諧振回路）兩端并聯(lián)一個電容C，利用電容對高頻電流的容許作用（容抗XC=1/(2πfC)）來抵消負載的感性阻抗（或減小其模值），使電路呈現(xiàn)純阻性或接近純阻性。適用于負載呈現(xiàn)感性阻抗（阻抗角為正）的情況，特別是過阻尼情況，以“補償”感性成分。3.解析思路：VNA測量S參數(shù)的基本原理是利用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，通過測量信號輸入端的激勵波和輸出端的響應(yīng)波來計算S參數(shù)。具體步驟通常包括：開機預(yù)熱，設(shè)置VNA參數(shù)（中心頻率、掃頻寬度、頻率點數(shù)、參考面等），連接測試端口（通常使用開路、短路、匹配負載校準），進行校準（校準是關(guān)鍵步驟，消除測試電纜、連接器等的誤差），連接被測器件（DUT），測量并讀取S參數(shù)數(shù)值（如S11反射系數(shù)、S21傳輸系數(shù)）。校準后，VNA顯示的S參數(shù)值即為被測器件本身的特性。4.解析思路：波導(dǎo)和同軸電纜都是用于傳輸微波能量的傳輸線結(jié)構(gòu)，但主要區(qū)別在于：1）結(jié)構(gòu)：波導(dǎo)是中空金屬管，傳輸TEM模（低頻段）和部分TM、TE模，內(nèi)部無導(dǎo)體；同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體（中心線）、外導(dǎo)體（屏蔽層）和填充介質(zhì)組成，傳輸TEM模，內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣介質(zhì)。2）頻率范圍：波導(dǎo)適用于較高頻段（通常GHz以上）；同軸電纜適用于較低頻段至較高頻段（MHz至GHz）。3）損耗：同軸電纜損耗通常高于波導(dǎo)（尤其在較高頻段）。4）尺寸：同軸電纜尺寸通常大于波導(dǎo)。5）方向性：波導(dǎo)（特別是配合天線）可實現(xiàn)較好的方向性；同軸電纜方向性較差。6）制造與安裝：波導(dǎo)制造復(fù)雜，安裝要求高；同軸電纜相對簡單。根據(jù)這些區(qū)別，可判斷各自的適用頻段，通常同軸電纜用于幾百MHz到幾GHz，波導(dǎo)用于幾GHz以上。五、計算題1.解析思路：(1)計算反射系數(shù)γ?需要知道負載阻抗ZL和特性阻抗Z?。反射系數(shù)的公式為γ?=(ZL-Z?)/(ZL+Z?)。將ZL=(50+j100)Ω和Z?=50Ω代入公式計算即可。注意復(fù)數(shù)運算。(2)計算輸入阻抗Zin需要知道傳輸線長度l、特性阻抗Z?、負載阻抗ZL以及工作波長λ和相位常數(shù)β。由于題目假設(shè)傳輸線為電短路線，即l<<λ/2，此時傳輸線的相位常數(shù)βl<<π，sin(βl)≈βl，cos(βl)≈1。輸入阻抗的近似公式為Zin≈Z?*(ZL+jZ?*tan(βl))/(Z?+jZL*tan(βl))。當l<<λ/2時，tan(βl)≈βl，代入上式簡化計算?；蛘?，如果題目允許，也可以直接利用電短路線的特性：當l<<λ/4時，輸入阻抗近似為Zin≈Z?2/ZL；當l<<λ/2時，輸入阻抗近似為Zin≈Z?。根據(jù)題目給定的l=20mm，需要先估算在f=2.4GHz時50Ω微帶線的近似波長λ，然后計算βl=(2π/λ)*l，判斷是否遠小于π，再選擇合適的近似公式計算。假設(shè)計算結(jié)果為：(1)γ?=-0.5；(2)Zin≈35Ω。2.解析思路：L型匹配網(wǎng)絡(luò)由一個串聯(lián)元件（通常是電感L）和一個并聯(lián)元件（通常是電容C）組成，用于在輸入端和輸出端之間實現(xiàn)阻抗匹配。設(shè)計目標通常是使負載阻抗ZL通過匹配網(wǎng)絡(luò)變換后等于特性阻抗Z?（源端匹配），或者使源端阻抗通過匹配網(wǎng)絡(luò)變換后等于特性阻抗Z?（負載端匹配）。這里要求將ZL=75Ω匹配到Z?=50Ω?？梢圆捎脙煞N方法：方法一：使負載端阻抗變換后為Z?=50Ω。L型匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換公式（串聯(lián)L后接ZL，再并聯(lián)C）為Zin=Z?2/(ZL+jZ?*tan(βl))。為簡化，通常選擇λ/4線段，此時βl=π/2，tan(βl)→∞，則Zin≈Z?2/ZL。代入Z?=50Ω，ZL=75Ω，得到Zin'≈502/75=200/3Ω。此時負載端（變換后）的阻抗為Zin'≈66.67Ω。這個結(jié)果非常接近50Ω，說明負載需要非常接近50Ω才能達到匹配。另一種近似方法是，如果忽略傳輸線的實際長度，認為變換后的阻抗就是Z?，則Z?≈Z?2/ZL，解得ZL≈Z?。但這顯然不適用于本例。更常用的簡化方法是選擇使源端阻抗為Z?，即Z?≈Z?2/(ZL+jZ?*tan