CST MWS例题4【波导魔T即波导定向耦合器】
《微波技术与天线》傅文斌-习题标准答案-第4章
《微波技术与天线》傅文斌-习题答案-第4章————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：238第4章 无源微波器件4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。
线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。
互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。
4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。
解 定义A 参量的线性关系为()()⎩⎨⎧-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为⎩⎨⎧+=+=22212122121111I Z I Z U I Z I Z U⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=c d c c bc ad ca Z Z Z Z 122211211Z 4.3从I S S =*T出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。
解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。
三口网络的散射矩阵简化为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=112313231112131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*T，即⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010001*11*23*13*23*11*12*13*12*11112313231112131211S S S S S S S S S S S S S S S S S S39得1213212211=++S S S0*2313*1112*1211=++S S S S S S 0*1113*2312*1311=++S S S S S S 0*1123*2311*1312=++S S S S S S4.4二口网络的级联如图所示。
CSTMWS例题4波导魔T即波导定向耦合器
3.7GHz表面电流动态电影的生成与观察
练习1：魔T的匹配优化练习
调整金属杆的 高度和位置， 调整金属膜片 的位置和大小， 使得端口1和端 口4匹配。
练习2：微带分支线定向耦合器的仿真
使用左图的基片参数，设计 一个工作在3GHz处最佳工 作的分支线定向耦合器。Zc 取标准的50欧姆传输线。
谢谢大家！
3.7GHz表面电流观察
精度考虑
观察Delta S参数
观察不同Pass次数下的S参数
保存时域求解结果，进行频域求解
自动四面体网格加密设置
四面体网格Tetrahedral观察
S参数观察
时域和频域S参数比较
端口场观察
3.7GHz电场观察
3.7GHz电场法向分量观察
3.7GHz磁场观察
CST STUDIO SUITETM 波导魔T
电子科技大学 朱兆君
2010年10月
平面耦合器：分支线定向耦合器 波导耦合器：魔T
Magic Tee：Dimension
选择模板
改变坐标面属性
创建第一个brick
改变工作坐标系
创建第二个brick
下边中点 上边中点
形成一个50mm的矩形 宽度，并向前拉30mm
再改变工作坐标系
创建第三个brick
前边中点 后边中点
形成一个20mm的矩形 宽度，并向上拉30mm
端口赋予
Port2
设置频率和场监视器
瞬态求解
网格（六面体Hexahedral Mesh）观察
端口时域信号观察
S参数观察
端口场观察3.7GHz源自场观察3.7GHz电场法向分量观察
3.7GHz磁场观察
感 谢
题库-微波技术与天线
微波技术与天线题库一、填空题1. 驻波比的取值范围为 ；当传输线上全反射时，反射系数为 ，此时驻波比ρ等于 。
2. γ=α+j β称为 ，其中α称为 ，它表示传输线上的波 ， β称为 ，它表示传输线上的波 。
3. 特性阻抗50欧的均匀传输线终端接负载Z 1为20j 欧、50欧和20欧时，传输线上分别形10cm ，如图所示：Z in ＝ ；Z in ＝ ；在z=5cm 处的输入阻抗Z in ＝ ；处， Z in 呈 性。
= 。
5. 无耗传输线的终端短路和开路时，阻抗分布曲线的主要区别是终端开路时在终端处等效为 谐振电路，终端短路时在终端处等效为 谐振电路。
6. 一段长度为l （0<l<λ/4）短路线和开路线的输入阻抗分别呈纯 和纯 。
7. 阻抗匹配分为 阻抗匹配、 阻抗匹配和 阻抗匹配，它们反映Z 0，根据各点在下图所示的阻抗圆图；⑤R ＜Z0，X ＝0 ( ); ⑥R ＝Z 0，X ＝0 ( );⑦Г=0 ( ); ⑧SWR=1 ( );⑨=1Γ ( ); ⑩ SWR=∞ ( ).9. 在导行波中, 截止波长λc最长的电磁波模称为该导波系统的主模。
矩形波导的主模为模, 因为该模式具有场结构简单、稳定、频带宽和损耗小等特点, 所以实用时几乎毫无例外地工作在该模式。
10. 与矩形波导一样，圆波导中也只能传输TE波和TM波；模是圆波导的主模，模是圆波导第一个高次模，而模的损耗最低，这三种模式是常用的模式。
11. 在直角坐标系中，TEM波的分量 E z和 H z为零；TE波的分量为零；TM波的分量为零。
12. 低频电路是参数电路，采用分析方法，微波电路是参数电路，采用分析方法。
13. 简并模式的特点就是具有相同的和不同的。
14. 微带线的弯区段、宽度上的阶变或接头的不连续性可能会导致电路性能的恶化，主要是因为这种不连续性会引入。
15. 写出下列微波元件的名称。
(a) (b) (c) (d)16. 下图(a)为微带威尔金森功分器，特性阻抗‘等于，其电长度L等于。
微波技术与天线习题答案
《微波技术与天线》习题答案章节 微波传输线理路1.1设一特性阻抗为Ω50的均匀传输线终端接负载Ω=1001R ，求负载反射系数1Γ，在离负载λ2.0，λ25.0及λ5.0处的输入阻抗及反射系数分别为多少？ 解：31)()(01011=+-=ΓZ Z Z Zπβλ8.02131)2.0(j z j e e --=Γ=Γ31)5.0(=Γλ （二分之一波长重复性）31)25.0(-=ΓλΩ-∠=++= 79.2343.29tan tan )2.0(10010ljZ Z ljZ Z Z Z in ββλΩ==25100/50)25.0(2λin Z （四分之一波长阻抗变换性） Ω=100)5.0(λin Z （二分之一波长重复性）1.2求内外导体直径分别为0.25cm 和0.75cm 的空气同轴线的特性阻抗；若在两导体间填充介电常数25.2=r ε的介质，求其特性阻抗及MHz f 300=时的波长。
解：同轴线的特性阻抗abZ r ln 600ε= 则空气同轴线Ω==9.65ln 600abZ 当25.2=r ε时，Ω==9.43ln600abZ rε 当MHz f 300=时的波长：m f c rp 67.0==ελ1.3题设特性阻抗为0Z 的无耗传输线的驻波比ρ，第一个电压波节点离负载的距离为1min l ，试证明此时的终端负载应为1min 1min 01tan tan 1l j l j Z Z βρβρ--⨯=证明：1min 1min 010)(1min 101min 010in tan l tan j 1/tan tan 1min 1min l j Z Z Z Z l j Z Z l j Z Z Z Z l in l βρβρρββ--⨯=∴=++⨯=由两式相等推导出：对于无耗传输线而言：）（1.4传输线上的波长为：m fr2cg ==ελ因而，传输线的实际长度为：m l g5.04==λ终端反射系数为： 961.0514901011≈-=+-=ΓZ R Z R输入反射系数为： 961.0514921==Γ=Γ-lj in eβ 根据传输线的4λ的阻抗变换性，输入端的阻抗为：Ω==2500120R ZZ in1.5试证明无耗传输线上任意相距λ/4的两点处的阻抗的乘积等于传输线特性阻抗的平方。
微波技术习题答案3
3-1 一根以聚四氟乙烯 2.10r ε=为填充介质的带状线，已知其厚度b =5mm ，金属导带厚度和宽度分别为0t =、W =2mm ，求此带状线的特性阻抗及其不出现高次模式的最高频率。
解: 由于/2/50.40.35W b ==>，由公式20(0.35/)eW Wb b W b ⎧=-⎨-⎩ /0.35/0.35W b W b <> 得中心导带的有效宽度为：2e W W m m ≈=，077.3Z ==Ω带状线的主模为TEM 模，但若尺寸不对也会引起高次模，为抑止高次模，带状线的最短工作波长应满足：1010m ax (,)cT E cT M λλλ>102 5.8c T E W m m λ== mmbr cTM5.14210==ελ所以它的工作最高频率GHzc f 20105.1410338=⨯⨯==-λ3-2 对于特性阻抗为50Ω的铜导体带状线，介质厚度b =0.32cm ，有效相对介电常数2.20r ε=，求线的宽度W 。
若介质的损耗角正切为0.001，工作频率为10GHz ，计算单位为dB /λ的衰减，假定导体的厚度为t =0.01mm 。
解:00)74.2120==<和030)0.4410.830x π=-=，所以 由公式00,1200.85120x Wb ⎧<⎪=⎨->⎪⎩其中，300.441x =-计算宽度为(0.32)(0.830)0.266W b x cm ===。
在10GHz ，波数为1310.6k mc-==由公式)(/2tan 波TEM m Np k d δα=介电衰减为mNp k d /155.02)001.0)(6.310(2tan ===δα在10GHz 下铜的表面电阻为0.026s R =Ω。
于是，根据公式300002.710120,30()/0.16120,s r cs R Z A b t N p m R B Z b επα-⎧⨯<⎪-⎪=⎨>⎪⎪⎩其中2121ln ()W b tb t A b tb tt π+-=++--0.414141(0.5ln)(0.50.7)2bt W B W t Wtππ=++++得出的导体的衰减为mNp A t b Z R r s c /122.0)(30107.203=-⨯=-πεα因为 4.74A =。
2012《微波技术与天线》试题
《微波技术与天线》试题注：1、开课学院：信息工程学院学院。
命题人：张彦峰2、考试时间：120分钟，所有答案均写在答题纸上。
3、适用班级：信息工程学院通信工程专业。
4、在答题前，请在所发两张答题纸上认真填写所要求填写的个人信息。
确的。
共计20分）1、TE波，即横电波，是指（）。
A．无纵向电磁场分量的电磁波B．凡是磁场矢量既有横向分量又有纵向分量，而电场矢量只有横向分量的波C．凡其电场矢量除有横向分量外还有纵向分量，而磁场矢量只有横向分量的波D．凡其电场矢量有纵向分量，而磁场矢量只有横向分量的波2、由于圆波导中（）的存在, 所以很难实现单模传输, 因此圆波导不太适合于远距离传输场合。
A．极化简并模B．E-H简并模C．TMmn模D．TEmn模3、描述传输线上导行波沿导波系统传播过程中衰减和相位变化的参数为（）。
A．传播常数γB．传输线上的相速C．反射系数D．电压驻波比4、将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器。
按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器。
在结构上,（）。
A．大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线B．大功率往往采用微带线而中小功率常采用同轴线C．大功率中小功率往往采用同轴线D．大功率中小功率往往采用微带线5、下列介质波导中，都是半开放介质波导的是（）。
A．圆形介质波导和介质镜像线Ｂ．圆形介质波导和H形波导C．H形波导、G形波导Ｄ．介质镜像线和G形波导6、对于带状线和微带线，下列说法正确的是（）。
A．带状线和微带线都是由同轴线演化而来的B．带状线和微带线都由双导体系统演化而来C．带状线是由双导体系统演化而来的，微带线可由同轴线演化而来D．带状线是由同轴线演化而来的，微带线可由双导体系统演化而来7、对相同的m和n, TEmn和TMmn模具有相同的截止波长故又称为简并模, 且它们（）。
A．场分布不同,相同传输特性不相同。
B．场分布不同,相同传输特性相同。
实验三定向耦合器
南京邮电大学实验报告实验名称：_____传输线参数（特征阻抗）的分析与综合威尔金森功分器设计____________定向耦合器（90/180°均可） _无源滤波器设计 ____ 课程名称: 微波技术EDA姓名：____赵玉蓉_____学号：___B10020504___小组成员：韩倩（B10020404）丁耀慧（B10020501）开课时间 2012 /2013 学年，第 2 学期实验三 定向耦合器一：实验名称：定向耦合器（90/180°均可）二：实验目的1. 了解微波EDA 软件的类型和用途；2. 掌握ADS 软件并进行定向耦合器的建模，仿真，优化和调试等任务；3. 了解微波电路仿真软件IE3d 的应用范围和使用方法；4. 分析ADS 中有耗传输线和无耗传输线仿真的异同；5. 分析ADS Momentum 和IE3d 建模结果的异同。
三：实验原理在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起到了十分重要的作用，它能够在固定的参考相位的条件下，分开和组合射频微博端口。
（一）、定向耦合器的基本功能和参数指标定向耦合器是一个4端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，分别对应图中的1、2、3、4端口：1 243 定向耦合器定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度、定向性、输入驻波比及工作带宽等，下面介绍上述各指标。
1、 耦合度耦合度C 定义为输入端口的输入功率P1和耦合端口P3之比的分贝数，耦合度C 表示为： 1210lg ()P C dB P = 引入网络散射参量，耦合度又可以表示为：±±11233113/2110lg 10lg 20lg ()/2i ilU P C dB P S S U ===耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB~10dB 的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB~20dB 的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB 的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
微波技术与天线考试试卷
微波技术与天线考试试卷1.充有$\epsilon_r=2.25$介质的无耗同轴传输线，其内、外导体直径分别为$2a=2$mm，$2b=7$mm，传输线上的特性阻抗$Z=$Z=\frac{60}{\sqrt{\epsilon_r}}\ln\frac{b}{a}=\frac{60}{\sqr t{2.25}}\ln\frac{7}{1}=75\,\Omega$$2.匹配负载中的吸收片平行地放置在波导中电场最大处，在电场作用下吸收片强烈吸收微波能量，使其反射变小。
3.平行$z$轴放置的电基本振子远场区只有$E$和$H$两个分量，它们在空间上垂直，在时间上同相。
4.已知某天线在$E$平面上的方向函数为$F(\theta)=\sin\left(\frac{\pi}{4}\sin\theta-\frac{\pi}{4}\right)$，其半功率波瓣宽度为$2\theta_{0.5}=30^\circ$。
5.旋转抛物面天线由两部分组成，馈源把高频导波能量转变成电磁波能量并投向抛物反射面，而抛物反射面将其投过来的球面波沿抛物面的焦线向反射出去，从而获得很强的定向性。
判断题：1.传输线可分为长线和短线，传输线长度为3cm，当信号频率为20GHz时，该传输线为短线。
（错）2.无耗传输线只有终端开路和终端短路两种情况下才能形成纯驻波状态。
（错）3.由于沿Smith圆图转一圈对应$\lambda/2$，$\lambda$变换等效于在图上旋转180°，它也等效于通过圆图的中心求给定阻抗（或导纳）点的镜像，从而得出对应的导纳（或阻抗）。
（对）4.当终端负载阻抗与所接传输线特性阻抗匹配时，则负载能得到信源的最大功率。
（错）5.微带线在任何频率下都传输准TEM波。
（错）6.导行波截止波数的平方即$k_c^2$一定大于或等于零。
（错）7.互易的微波网络必具有网络对称性。
（错）8.谐振频率$f$、品质因数$Q$和等效电导$G$是微波谐振器的三个基本参量。