2025年微波工程期末試題及答案

一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）

1.微波頻段通常是指頻率范圍在：

A.300MHz~300GHz

B.300kHz~300MHz

C.3MHz~30MHz

D.30MHz~300MHz

2.下列哪種傳輸線(xiàn)最適合用于微波頻段的高頻信號(hào)傳輸？

A.雙絞線(xiàn)

B.同軸線(xiàn)

C.平行雙線(xiàn)

D.電源線(xiàn)

3.微波工程中，常用的S參數(shù)中S21表示：

A.輸入端口到輸入端口的反射系數(shù)

B.輸出端口到輸出端口的反射系數(shù)

C.輸入端口到輸出端口的傳輸系數(shù)

D.輸出端口到輸入端口的傳輸系數(shù)

4.微波諧振腔的主要作用是：

A.放大微波信號(hào)

B.濾波微波信號(hào)

C.儲(chǔ)存電磁能量

D.轉(zhuǎn)換微波信號(hào)

5.微波工程中，常用的鐵氧體材料主要用于制作：

A.電阻器

B.電容器

C.電感器

D.隔離器

6.微波天線(xiàn)中，拋物面天線(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

A.體積小

B.頻帶寬

C.增益高

D.成本低

7.微波工程中，常用的微帶線(xiàn)的主要缺點(diǎn)是：

A.損耗大

B.功率容量小

C.制造復(fù)雜

D.以上都是

8.微波工程中，常用的定向耦合器的主要作用是：

A.放大信號(hào)

B.分配信號(hào)

C.合并信號(hào)

D.隔離信號(hào)

9.微波工程中，常用的混頻器的主要作用是：

A.放大信號(hào)

B.濾波信號(hào)

C.頻率變換

D.信號(hào)調(diào)制

10.微波工程中，常用的衰減器的主要作用是：

A.放大信號(hào)

B.減小信號(hào)幅度

C.改變信號(hào)相位

D.濾波信號(hào)

二、填空題（每題2分，共10分）

1.微波工程中，傳輸線(xiàn)的特性阻抗通常用符號(hào)______表示，其單位是______。

2.微波工程中，常用的Smith圓圖主要用于分析和設(shè)計(jì)______。

3.微波工程中，常用的鐵氧體隔離器是利用______效應(yīng)制作的。

4.微波天線(xiàn)中，天線(xiàn)的增益通常用______表示。

5.微波工程中，常用的混頻器需要______個(gè)不同頻率的信號(hào)輸入。

三、判斷題（每題2分，共10分）

1.微波頻段的波長(zhǎng)比射頻頻段的波長(zhǎng)要短。（）

2.微波工程中，同軸線(xiàn)比微帶線(xiàn)更適合用于高頻、大功率的應(yīng)用。（）

3.微波工程中，S參數(shù)矩陣是對(duì)稱(chēng)的，即Sij=Sji。（）

4.微波工程中，定向耦合器的耦合度越大，表示主線(xiàn)路與耦合線(xiàn)路之間的耦合越強(qiáng)。（）

5.微波工程中，混頻器的主要作用是將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)。（）

四、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共4分）

1.下列哪些是微波工程中常用的傳輸線(xiàn)？（）

A.同軸線(xiàn)

B.微帶線(xiàn)

C.波導(dǎo)

D.雙絞線(xiàn)

2.下列哪些是微波工程中常用的無(wú)源器件？（）

A.放大器

B.衰減器

C.濾波器

D.混頻器

五、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10分）

1.簡(jiǎn)述微波工程中Smith圓圖的基本原理及其應(yīng)用。

2.簡(jiǎn)述微波天線(xiàn)中拋物面天線(xiàn)的工作原理及其主要特點(diǎn)。

參考答案及解析

一、單項(xiàng)選擇題

1.答案：A

解析：微波頻段通常是指頻率范圍在300MHz~300GHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍在1m~1mm之間。低于300MHz的頻段通常屬于射頻頻段，高于300GHz的頻段通常屬于太赫茲頻段。

2.答案：B

解析：在微波頻段，由于頻率高，波長(zhǎng)短，普通的雙絞線(xiàn)和平行雙線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生顯著的輻射損耗和趨膚效應(yīng)損耗，不適合用于高頻信號(hào)傳輸。同軸線(xiàn)由于有外導(dǎo)體屏蔽，可以有效減少輻射損耗，是微波頻段常用的傳輸線(xiàn)。

3.答案：C

解析：在微波工程中，S參數(shù)（散射參數(shù)）用于描述微波網(wǎng)絡(luò)特性。S參數(shù)矩陣中的元素Sij表示第j端口的入射波到第i端口的出射波的比值。因此，S21表示輸入端口（端口1）到輸出端口（端口2）的傳輸系數(shù)。

4.答案：C

解析：微波諧振腔是一種由導(dǎo)體壁包圍的空腔，可以在特定頻率下產(chǎn)生電磁諧振。其主要作用是儲(chǔ)存電磁能量，常用于微波濾波器、振蕩器等微波電路中。

5.答案：D

解析：鐵氧體是一種非金屬磁性材料，具有高電阻率和低損耗特性，在微波工程中常用于制作隔離器、環(huán)行器等器件。這些器件利用鐵氧體的旋磁效應(yīng)，對(duì)正向和反向傳輸?shù)碾姶挪ㄌ峁┎煌乃p特性。

6.答案：C

解析：拋物面天線(xiàn)是一種高增益天線(xiàn)，通過(guò)將拋物面反射器與位于焦點(diǎn)處的饋源結(jié)合，可以將電磁波聚焦成窄波束，從而獲得高增益。雖然拋物面天線(xiàn)體積相對(duì)較大，頻帶相對(duì)較窄，成本也較高，但其高增益特性使其在遠(yuǎn)距離通信、雷達(dá)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

7.答案：D

解析：微帶線(xiàn)是一種平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)，由接地板、介質(zhì)基板和導(dǎo)體帶組成。其主要缺點(diǎn)包括：導(dǎo)體和介質(zhì)損耗較大，導(dǎo)致傳輸損耗；功率容量較小，不適合高功率應(yīng)用；制造精度要求高，工藝復(fù)雜。

8.答案：B

解析：定向耦合器是一種微波無(wú)源器件，用于將主傳輸線(xiàn)上的部分功率耦合到輔助傳輸線(xiàn)上。其主要作用是分配信號(hào)，即在主線(xiàn)路中傳輸信號(hào)的同時(shí)，將一小部分信號(hào)耦合到耦合線(xiàn)路中。

9.答案：C

解析：混頻器是一種非線(xiàn)性器件，通常由二極管或晶體管構(gòu)成。其主要作用是將兩個(gè)不同頻率的信號(hào)輸入，通過(guò)非線(xiàn)性特性產(chǎn)生它們的和頻、差頻等頻率分量，實(shí)現(xiàn)頻率變換。

10.答案：B

解析：衰減器是一種微波無(wú)源器件，用于減小信號(hào)的幅度而不改變其波形。其主要作用是降低信號(hào)電平，常用于信號(hào)電平調(diào)整、阻抗匹配等應(yīng)用。

二、填空題

1.答案：Z0；歐姆（Ω）

解析：傳輸線(xiàn)的特性阻抗是指?jìng)鬏斁€(xiàn)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，輸入阻抗的值，用符號(hào)Z0表示，單位是歐姆（Ω）。特性阻抗是傳輸線(xiàn)的重要參數(shù)，決定了傳輸線(xiàn)的匹配特性和信號(hào)傳輸質(zhì)量。

2.答案：傳輸線(xiàn)阻抗匹配問(wèn)題

解析：Smith圓圖是一種用于分析和設(shè)計(jì)傳輸線(xiàn)阻抗匹配的圖形工具。它將復(fù)數(shù)阻抗反射系數(shù)映射到復(fù)平面上，使阻抗計(jì)算和匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)變得直觀和簡(jiǎn)便。

3.答案：法拉第旋磁

解析：鐵氧體隔離器是利用鐵氧體的法拉第旋磁效應(yīng)制作的。當(dāng)電磁波通過(guò)置于恒定磁場(chǎng)中的鐵氧體時(shí)，其極化平面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向與傳播方向有關(guān)。

4.答案：dBi或dBd

解析：天線(xiàn)的增益是衡量天線(xiàn)定向輻射能力的參數(shù)，通常用dBi（相對(duì)于各向同性輻射器的分貝數(shù)）或dBd（相對(duì)于半波偶極子的分貝數(shù)）表示。

5.答案：兩

解析：混頻器是一種非線(xiàn)性器件，通常需要兩個(gè)不同頻率的信號(hào)輸入：一個(gè)是本地振蕩器（LO）信號(hào)，另一個(gè)是射頻（RF）信號(hào)。通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)的混頻，可以產(chǎn)生和頻、差頻等頻率分量。

三、判斷題

1.答案：√

解析：微波頻段的頻率范圍是300MHz~300GHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍是1m~1mm。而射頻頻段的頻率范圍通常低于300MHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)大于1m。因此，微波頻段的波長(zhǎng)確實(shí)比射頻頻段的波長(zhǎng)要短。

2.答案：√

解析：同軸線(xiàn)由于有外導(dǎo)體屏蔽，可以有效減少輻射損耗和外部干擾，適合用于高頻、大功率的應(yīng)用。而微帶線(xiàn)是一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，輻射損耗較大，功率容量較小，不適合用于高功率應(yīng)用。

3.答案：×

解析：S參數(shù)矩陣的對(duì)稱(chēng)性取決于網(wǎng)絡(luò)是否互易。對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)，S參數(shù)矩陣是對(duì)稱(chēng)的，即Sij=Sji。但對(duì)于非互易網(wǎng)絡(luò)（如含有鐵氧體器件的網(wǎng)絡(luò)），S參數(shù)矩陣是不對(duì)稱(chēng)的。

4.答案：√

解析：定向耦合器的耦合度是指主線(xiàn)路中耦合到輔助線(xiàn)路的功率與主線(xiàn)路輸入功率的比值，通常用分貝表示。耦合度越大，表示耦合到輔助線(xiàn)路的功率越多。

5.答案：×

解析：混頻器的主要作用是將兩個(gè)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行非線(xiàn)性混頻，產(chǎn)生它們的和頻、差頻等頻率分量，實(shí)現(xiàn)頻率變換，而不一定將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)。

四、多項(xiàng)選擇題

1.答案：ABC

解析：微波工程中常用的傳輸線(xiàn)包括同軸線(xiàn)、微帶線(xiàn)、波導(dǎo)等。同軸線(xiàn)由內(nèi)外導(dǎo)體組成，適用于中低頻段；微帶線(xiàn)是一種平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)，適用于微波集成電路；波導(dǎo)是一種中空金屬管，適用于高頻段。雙絞線(xiàn)是一種低頻傳輸線(xiàn)，不適合用于微波頻段。

2.答案：BC

解析：微波工程中常用的無(wú)源器件包括衰減器、濾波器、耦合器、隔離器等，這些器件不需要外部電源即可工作。放大器和混頻器是有源器件，需要外部電源才能工作，因此不屬于無(wú)源器件。

五、簡(jiǎn)答題

1.答案：

Smith圓圖是一種用于分析和設(shè)計(jì)傳輸線(xiàn)阻抗匹配的圖形工具，由PhillipSmith于1939年發(fā)明。其基本原理是將復(fù)數(shù)阻抗反射系數(shù)映射到復(fù)平面上，使阻抗計(jì)算和匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)變得直觀和簡(jiǎn)便。

Smith圓圖的主要特點(diǎn)包括：

-將無(wú)限阻抗范圍映射到有限的圓圖上

-等電阻圓和等電抗圓的交點(diǎn)表示特定的阻抗值

-圓圖上的點(diǎn)可以直觀地表示阻抗、導(dǎo)納、反射系數(shù)等參數(shù)

Smith圓圖的主要應(yīng)用包括：

-傳輸線(xiàn)阻抗計(jì)算和匹配

-網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析和設(shè)計(jì)

-阻抗變換和匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

-天線(xiàn)系統(tǒng)和放大器設(shè)計(jì)中的阻抗匹配

2.答案：

拋物面天線(xiàn)是一種高增益微波天線(xiàn)，其工作原理基于幾何光學(xué)原理。拋物面天線(xiàn)由兩部分組成：拋物面反射器和位于焦點(diǎn)處的饋源。當(dāng)電磁波從饋源發(fā)出后