信息与通信工程学院
电磁场与电磁波实验报告
题目：校园信号场强特性的研究
姓名班级学号序号薛钦予2011210496 201121049621
一、实验目的
1.掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；
2.研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；
3.掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念；
4.通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；
5.研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二、实验原理
1、电磁波的传播方式
无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落，接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。
2、尺度路径损耗
在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。大尺度平均路径损耗：用于测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接受功率之间的（dB）差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接受信号功率随距离对数衰减，这种模型已被广泛的使用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示为：
()[]()()
PL d dB PL d n d d
=+（式1）
010log/0
即平均接收功率为：
()[][]()()()[]() =--=-
d dBm Pt dBm PL d n d d d dBm n d d
Pr010log/0Pr010log/0
（式2）其中，定义n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度，d0为近地参考距离，d为发射机与接收机之间的距离。公式中的横杠表示给定值d的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对
数－对数时，平均路径损耗或平均接收功率可以表示为斜率10ndB /10 倍程的直线。n 依赖于特定的传播环境，例如在自由空间，n 为2；当有阻挡物时，n 比2大。
决定路径损耗大小的首要因素是距离，此外，它与接受点的电波传播条件密切相关。为此，我们引进路径损耗中值的概念，中值是使实验数据中一半大于它而另一半小于它的一个数值（对于正态分布中值就是均值）。
人们根据不同放入地形地貌条件，归纳总结出各种电波传播模型。下边介绍几种常用的描述大尺度衰落的模型。常用的电波传播模型：
1) 自由空间模型 2) 布灵顿模型 3) EgLi 模型 4) Hata-Okumura 模型 3、 阴影衰落
在无线信道里，造成慢衰落的最主要原因是建筑物或其它物体对电波的遮挡。在测量过程中，不同位置遇到的建筑物遮挡情况不同，因此接收功率也不同，这样就会观察到衰落现象。由于这种原因造成的衰落也叫“阴影效应”或“阴影衰落”。在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物所遮挡，它收到的信号是各种绕射反射，散射波的合成。所以，在距基站距离相同的地方，由于阴影效应的不同，它们收到的信号功率有可能相差很大，理论和测试表明，对任意的d 值，特定位置的接受功率为随机对数正态分布即：
()[]()[][]Pr Pr s Pr(0)10log(/0)d dBm d dBm X d dBm n d d X σ
=+=-+
（式3）
其中，X σ 为0 均值的高斯分布随机变量，单位dB ；标准偏差σ ，单位dB 。
对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同T-R 距离时，不同的随机阴影效应。这样利用高斯分布可以方便地分析阴影的随机效应。正态分布，也叫高斯分布，概率密度函数为：
2
221
()
()exp()22x f x μσπσ
-=- （式4） 应用于阴影衰落时，上式中的x 表示某一次测量得到的接收功率，μ表示以dB 表示的接收功率的均值或中值，表示接收功率的标准差，单位是dB 。阴影衰落的标准差同地形，建筑物类型，建筑物密度等有关，在市区的150MHz 频段其典型值是5dB 。
除了阴影效应外，大气变化也会导致阴影衰落。比如一天中的白天，夜晚，一年中的春夏秋冬，天晴时，下雨时，即使在同一个地点上，也会观察到路径损耗的变化。但在测量的无线信道中，大气变化造成的影响要比阴影效应小的多。
下面是阴影衰落分布的标准差，其中s σ(dB)是阴影效应的标准差。
错误！未找到引用源。（dB ）
频率（MHz ）
准平坦地形 不规则地形 错误！未找到引用源。（米） 城市 郊区 50 150 300 150 3.5~5.5 4~7 9 11 13 450 6 7.5 11 15 18 900
6.5
8
14
18
21
表1. 阴影衰落分布的标准差s σ（dB ）
4、建筑物的穿透损耗的定义
建筑物穿透损耗的大小对于研究室内无线信道具有重要意义。穿透损耗又称大楼效应，一般指建筑物一楼内的中值电场强度和室外附近街道上中值电场强度dB 之差。
发射机位于室外，接收机位于室内，电波从室外进入到室内，产生建筑物的穿透损耗，由于建筑物存在屏蔽和吸收作用，室内场强一定小于室外的场强，造成传输损耗。室外至室内建筑物的穿透损耗定义为：室外测量的信号平均场强减去同一位置室内测量的信号平均场强。用公式表示为：
()()
11
11
N M
outside inside i j i j P P P N M
==?=-
∑∑ （式5）
P 是穿透损耗，单位是dB ；
j P 是在室内所测的每一点的功率，单位是dB v μ，共M 个点； i P 是在室外所测的每一点的功率，单位是dB v μ，共N 个点。
三、实验内容
利用DS1131 场强仪，实地测量信号场强。
1) 研究具体现实环境下阴影衰落分布规律，以及具体的分布参数如何。
2) 研究在校园内电波传播规律与现有模型的吻合程度，测试值与模型预测值的预测误差如何。 3) 研究建筑物穿透损耗的变化规律。 四、实验步骤 1、实验对象的选择
我们选择了北邮足球场，因为我们想看看，空旷的地方和人流、树木、建筑物、车辆等等密集的地方对信号强弱的影响，还能得到学校中心位置的信号强度分布是什么样的。
(测量路线会在报告的数据采集部分标注出)
对于选频，我们选了频道五，主要是因为这个频率接近100Mhz，经过查看，是90.0MHZ左右，经过计算，其波长入=C/F，接近3m，所以我测试了下，我的步子比较大，两步正好是1.5m，那么如果注意控制脚步的话，还是很好的。因此，在刚开始的时候，我读取数据，再用表格记录，这样比较准确；读取数据和记录数据同步，因此不会有很大的误差，尽量把误差控制在随机误差的范围。
2、数据采集
仪器：
场强仪DS1131
采用的单位：
老师讲的dBmw
采集：
半个波长读取一次数据，记录一次；把每步的长度尽量的控制，不让出现很大的偏差，读数据的时候，尽量等数据基本稳定以后读取，基本都是取中间的数据，因此公差不会太大。测
3、数据录入
将测量得到的数据录入Excel表格。我独自完成，得到一个数据将近500的表格。
63.6 64.6 71.2 68.5 66.3 66.9 79.7 60.1 55.5 61.2
59.1 60 57.6 60.2 55.8 64.2 59.1 61.2 59.2 64.9
63.9 60.1 63.6 62.7 61.3 60.9 62.3 57.1 58.1 63.7
57.6 57.5 58.1 63.7 64.6 62.7 66.6 61 57.9 60.3
63.4 65.2 65.4 62.4 61.3 62.9 66.8 59.3 67 61.1
62.6 63.4 63.2 66.7 62.7 67.2 64.3 58、1 59、1 57.2
65.3 72.3 63.7 60.5 63.7 60.3 65.1 62.5 65.8 68.9
64.3 61.5 61.2 60.4 61.3 69.9 67.96 63.67 59.9 66.5
65.9 71.2 6.6 65.4 72.1 65.1 64.3 62 56.2 59
65.2 59 59.2 58.8 58.1 61.1 60.1 65.7 59.4 57.5
61.5 56.2 64.9 60。0 58.2 59 53.1 49.1 52.1 50.1
55.1 58.8 57.1 62.7 57.3 53.3 53.9 54.1 50.1 57.4
64.5 58.9 58.。9 58.9 57.9 63.9 59.3 57.。3 60.2 69.2
65.9 59.9 55.2 58.8 61.4 69.2 63.1 58.7 60.2 65.4
65.4 59.1 60.2 71.6 右侧北
师
61.2 64.7 59.2 59.6 65
69.2 64.2 69.2 57.2 6.2 62.1 58.2 72.3 58.2 59.2
60.4 58.2 65.2 65.3 64.4 64.3 68.2 69.3 69.4 70.2
62 62.8 69.3 65.4 65.3 65.3 66.2 66.3 67.3 70.2
65.3 72.3 63.7 60.5 63.7 60.3 65.1 62.5 65.8 68.9
64.3 61.5 61.2 60.4 61.3 69.9 67.1 63.67 59.9 66.5
65.9 71.2 6.6 65.4 72.1 65.1 64.3 62 56.2 59
65.2 59 59.2 58.8 58.1 61.1 60.1 65.7 59.4 57.5
61.5 56.2 64.2 60.1 58.2 67.1 53.1 49.1 52.1 50.1
55.1 58.8 57.1 62.7 57.3 53.3 53.9 54.1 50.1 57.4
64.5 58.9 57.1 58.9 57.9 63.9 59.3 52.3 60.2 69.2
56.2 57.1 64.9 60 58.2 59 53.3 49.4 52.1 50.1
55.1 58.8 57.1 62.7 57.3 53.5 53.9 54.1 50.1 53.1
57.4 64.4 58.9 58.9 58.2 58 57.1 64.9 59.2 57.3\
60.2 69.2 65.2 59.9 55.2 58.8 61.5 69.2 53.3 59.7 60.265
.4
59 60.2 71.3 71.6 700 65.3 69.2 59.2 64.7
66.2 62.2 62.4 66.3 59.4 56.4 54.9 59.9 59.9 62.4
65.5 62.5 6.3 59.9 564 54.9 59.9 59.9 62.4 65.9
65.9 62.5 63.3 59.3 63.1 63.2 59.3 64.2 63.2 59.5
62.9 60.1 53.3 54.2 58.2 53.2 61.2 54.3 55.4 55.4
61.2 60 28.3 28.2 29.2 59.2 60.2 53.5 54.2 58.2
53.2 61.2 54 55.4 55.4 61.2 60.6 58.2 58.8 59.2
60.2 65.3 62.8 60.9 68.3 53.2 61.2 54.3 55.4 61.2
60 58.2 58.8 59.2 60.2 60.2 65.3 62.8 60.9 67.6
68.1 68.2 68 64.9 64.2 6.2 58.7 67.2 65.3 60.2
70.2 63.3 62.1 61 67.3 67 67.6 68.1 69 64
69.3 69.2 66.3 61.3 59.3 63.1 63.5 65.2 57.8 55.8、
55.8 55.3 57.3 53.8 51.8 51.1 52.9 59.2 61.8 65.8
55.2 55.8 58.2 61.3 62.3 60.3 56 56.3 58.2 58.4
57.2 61.2 56 56.3 58.3 58.4 57.3 61.2 54.2 59.2
4、数据处理流程
数据。
数据处理的流程图。
五、实验结果与分析
h1 = 229.0038 s1 =
min: 39.3000 max: 61.7000
数据采集： 读取数据并记录 数据格式化： 数据整理和录入
数值处理： 导入matlab ，运行
概率统计分析： 计算，做图
后期处理： 损耗计算和结论
结尾：
整理并写报告
mean: 47.1760 median: 45.4500 std: 5.4407
h1 =
671.0024
s1 =
min: 37.5000 max: 58 mean: 45.8845 median: 45.5000
std: 4.5477
h1 =
1.1130e+003
s1 =
min: 30.4000 max: 58 mean: 43.6837 median: 44
std: 6.2097
h1 =
1.5550e+003
s1 =
min: 35.6000 max: 62.1000
mean: 49.8205
median: 49.5000
std: 6.4593
h1 =
1.9970e+003
s1 =
min: 43.8000 max: 66.4000 mean: 53.2384 median: 52.8000
std: 3.9029 westV =
47.176 5.4407
southV =
45.8845 4.5477
eastV =
43.6837 6.2097
northV =
49.8205 6.4593
代码：
clear all;
close all;
%-------------读取文件---------------%
w2e=xlsread('data1.xlsx','sheet2');
s2n=xlsread('data1.xlsx','sheet1');
e2w=xlsread('data1.xlsx','sheet4');
n2s=xlsread('data1.xlsx','sheet5');
e2wout=xlsread('data1.xlsx','sheet3');
%-------------转换成矩阵------------%
w2e2=reshape(w2e,1,50);
s2n2=reshape(s2n,1,58);
e2w2=reshape(e2w,1,147);
n2s2=reshape(n2s,1,73);
e2wout2=reshape(e2wout,1,159);
%---------为画平面场强图作准备----------% w2e3=[w2e2,zeros(1,50),[1:50]];
w2e3=reshape(w2e3,50,3);
s2n3=[s2n2,zeros(1,58),[1:58]];
s2n3=reshape(s2n3,58,3);
e2w3=[e2w2,zeros(1,147),[1:147]];
e2w3=reshape(e2w3,147,3);
n2s3=[n2s2,zeros(1,73),[1:73]];
n2s3=reshape(n2s3,73,3);
e2wout3=[e2wout2,zeros(1,159),[1:159]];
e2wout3=reshape(e2wout3,159,3);
%-----------科学会堂正面由西向东-----------% figure(11)
subplot(1,2,1);
histfit(w2e2);%画柱状图
axis([30,70,0,30]);
str={'科学会堂正面由西向东'; '信号电平概率分布'}; title(str);
xlabel('电平值(-dBmw)');
ylabel('样本数量(个)');
legend('实际样本分布','理想概率分布线');
subplot(1,2,2);
[h1,s1] = cdfplot(w2e2)%画累积概率分布图
axis([30,70,0,1]);
hold on;
w2emean=num2str(s1.mean);
w2estd=num2str(s1.std);
text(56,0.23,['最小值= ',num2str(s1.min)]);
text(56,0.18,['最大值= ',num2str(s1.max)]);
text(56,0.13,['均值= ',num2str(s1.mean)]);
text(56,0.08,['中值= ',num2str(s1.median)]);
text(56,0.03,['标准差= ',num2str(s1.std)]);
title(' 对应累积概率分布');
figure(12)
surf(w2e3');%画衰落强度图
title('科学会堂正面由西向东信号电平分布图'); xlabel('科学会堂正面由西向东');
axis([1,50,1,2]);
caxis([30 70]);
colorbar('horiz');
%------------科学会堂正面由东向西-----------%
figure(21)
subplot(1,2,1);
histfit(s2n2);
axis([30,70,0,30]);
grid on;
title('科学会堂正面由东向西信号电平概率分布'); xlabel('电平值(-dBmw)');
ylabel('样本数量(个)');
legend('实际样本分布','理想概率分布线');
subplot(1,2,2);
[h1,s1] = cdfplot(s2n2)
axis([30,70,0,1]);
s2nmean=num2str(s1.mean);
s2nstd=num2str(s1.std);
text(56,0.23,['最小值= ',num2str(s1.min)]);
text(56,0.18,['最大值= ',num2str(s1.max)]);
text(56,0.13,['均值= ',num2str(s1.mean)]);
text(56,0.08,['中值= ',num2str(s1.median)]);
text(56,0.03,['标准差= ',num2str(s1.std)]);
title(' 对应累积概率分布');
figure(22)
surf(s2n3');
title('科学会堂正面由东向西信号电平分布图'); xlabel('科学会堂正面由东向西');
axis([1,58,1,2]);
caxis([30 70]);
colorbar('horiz');
%-------------科学会堂西侧面由北向南-----------% figure(31)
subplot(1,2,1);
histfit(e2w2);
axis([30,70,0,100]);
grid on;
str={'科学会堂西侧面由北向南'; '信号电平概率分布'}; title(str);
xlabel('电平值(-dBmw)');
ylabel('样本数量(个)');
legend('实际样本分布','理想概率分布线');
subplot(1,2,2);
[h1,s1] = cdfplot(e2w2)
axis([30,70,0,1]);
hold on;
e2wmean=num2str(s1.mean);
e2wstd=num2str(s1.std);
text(56,0.23,['最小值= ',num2str(s1.min)]);
text(56,0.18,['最大值= ',num2str(s1.max)]);
text(56,0.13,['均值= ',num2str(s1.mean)]);
text(56,0.08,['中值= ',num2str(s1.median)]);
text(56,0.03,['标准差= ',num2str(s1.std)]);
title(' 对应累积概率分布');
figure(32)
surf(e2w3');
title('科学会堂西侧面由北向南信号电平分布图');
xlabel('科学会堂西侧面由北向南');
axis([1,147,1,2]);
caxis([30 70]);
colorbar('horiz');
%-----------足球场后面由西向东-----------% figure(41)
subplot(1,2,1);
histfit(n2s2);
axis([30,70,0,40]);
grid on;
title('足球场后面由西向东信号电平概率分布');
xlabel('电平值(-dBmw)');
ylabel('样本数量(个)');
legend('实际样本分布','理想概率分布线');
subplot(1,2,2);
[h1,s1] = cdfplot(n2s2)
axis([30,70,0,1]);
hold on;
n2smean=num2str(s1.mean);
n2sstd=num2str(s1.std);
text(56,0.23,['最小值= ',num2str(s1.min)]);
text(56,0.18,['最大值= ',num2str(s1.max)]);
text(56,0.13,['均值= ',num2str(s1.mean)]);
text(56,0.08,['中值= ',num2str(s1.median)]);
text(56,0.03,['标准差= ',num2str(s1.std)]);
title(' 对应累积概率分布');
figure(42)
surf(n2s3');
title('足球场后面由西向东信号电平分布图');
xlabel('足球场后面由西向东');
axis([1,70,1,2]);
caxis([30 70]);
colorbar('horiz');
%-------足球场东侧面由南向北--------%
figure(61)
subplot(1,2,1);
histfit(e2wout2);
axis([30,70,0,100]);
grid on;
str={'足球场东侧面由南向北'; '信号电平概率分布'}; title(str);
xlabel('电平值(-dBmw)');
ylabel('样本数量(个)');
legend('实际样本分布','理想概率分布线');
subplot(1,2,2);
[h1,s1] = cdfplot(e2wout2)
axis([30,70,0,1]);
hold on;
e2woutmean=num2str(s1.mean);
e2woutstd=num2str(s1.std);
text(56,0.23,['最小值= ',num2str(s1.min)]);
text(56,0.18,['最大值= ',num2str(s1.max)]);
text(56,0.13,['均值= ',num2str(s1.mean)]);
text(56,0.08,['中值= ',num2str(s1.median)]);
text(56,0.03,['标准差= ',num2str(s1.std)]);
title(' 对应累积概率分布');
figure(62)
surf(e2wout3');
title('足球场东侧面由南向北信号电平分布图'); xlabel('足球场东侧面由南向北');
axis([1,159,1,2]);
caxis([30 70]);
colorbar('horiz');
%--------显示各个均值和标准差--------%
westV=[w2emean,' ',w2estd]
southV=[s2nmean,' ',s2nstd]
eastV=[e2wmean,' ',e2wstd]
northV=[n2smean,' ',n2sstd]
platformV=[w2eoutmean,' ',w2eoutstd] BplatformV=[e2woutmean,' ',e2woutstd]
1、磁场强度空间分布
2、磁场强度统计分布
磁场强度呈现波动特性，理论分析表明磁场强度值在一定区间内呈现高斯分布特性。 蓝色矩形条为直方统计，红色曲线为高斯分布拟合曲线。拟合表达式为
2
2
()21
()2x f x e
μσσπ
--=
。
六、问题分析与解决 1、测量误差分析
本次测量，采集的点很多，记录的数据量很大，每个点都是读取了好多个数取中间值，而且每1.5m 是一个测量点，这样场强的连续性很好，不至于有很大的起伏，从而是测量值偏离中心值的概率大大减小，误差减小，精度提高，基本达到要求。 2、场强分布的研究
场强的地理位置分布
从几何的角度反映场强的分布，可以被工程借鉴，为统计做铺垫。 场强的统计值分布
场强的统计分布主要从微积分、概率的角度反映了场强的自然规律，可以被实际的应用设计做参考和模拟，尤其对于通信系统的设计有很大的帮助。
我们把自己的测量结果和其他同学的比较看了看，分析了一下，认为拟合的比较好，虽然算不是严格的高斯分布，不过也算是比较精确的了。
七、分工安排
a：测量读取，Matlab编程，数据录入、数据处理。
b：测量记录，图片处理、结果分析，报告撰写。
八、心得体会
a：
本次实验我第一次实际体会了电磁波的波动性和掩蔽效应。对电磁波的阴影衰落和穿透损耗有了更切身的体会。研究频段的选择在低频，难度下降不少。
实验数据处理程比较繁琐，需要相当程度的细心，数据的录入很考验人的耐力。由于其他的一些研究工作中，Matlab的使用比较多，这里的问题倒不是很多。实验主要是用matlab画图，图形的精细化处理和整合在工作中必不可少。
数据的可视化给实验结论的得出带来了方便，分布的拟合为了解磁场统计特性提供了方法。以后的学习工作中，要继续加强数据处理和数据可视化的学习和实践，这将对将来的工作和科研夯实基础。
实际中电磁波的测量研究大多是基于统计和概率的研究，这点在本次实验中得到了很好的体现。例如，测量本身就是一种多点多次测量，磁场强度分布的得到是一种统计结论，穿透损耗的计算也是统计计量值。这些值和分布虽然具有波动，但依旧服从一定的统计规律，这为实际的应用提供了可能。例如，可以依据穿透损耗，对信号进行补偿，对接收机的灵敏度进行调整等等。
以后的工作和研究中，要更加注意偏向于方面的学习和研究，在工程应用中丰富自己、提高自己。
对于选题（也就是测量选址的问题）的想法：
选择不同的地址测量的数据大致是一样的，波动不会太大，但是研究的侧重点却大相径庭，这次我们的侧重点在于研究遮蔽对信号衰落的影响，在遮蔽方面，侧重于研究树木、高大建筑物、车辆等等的影响，自己认为不管实验成功与否，这是我们首先考虑的问题，更是我们听了老师的讲解和建议后所思考的结果，我们也看了看其他同学的测量重点，虽然选择的地点不一样，测量的重点还是在于衰落，十分切题。
对于实际操作的一点总结：
人说，“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”，这是很有道理的，最大的问题是对于测量步长的把握，这个在刚开始测量的时候真不好把握，所以就必须先试探好，模拟一段时间（我们用了大概20min来做这个事情），熟能生巧，这样就比较简单了。经过实验前的预习，我了解了电磁波在空间中反射，绕射和散射的三种传输模式；并对无线信道中的阴影衰落、路径损耗和建筑物穿透损耗的概念形成了初步认识，为数据的测量和分析打下了理论基础。
对于数据处理：
编程对于我来说，现在已经不是很大的问题了，尤其是现在值得借鉴的优秀的程序这么多，但是，这都不是要思考的；我们要思考的是，为什么要用公差等的知识来研究这个信号的问题，我认为这是因为信号是随机的，而且是在一定范围内的随机，那么就有一个概率的问题。其实，归根结底还是概率论和统计的知识，所以先修课的学习是很重要的，体会课程的思想也是极其重要的。
对于这门课程：
预习是很重要的，当预习了电磁波反射、绕射、散射传输模式后，对这个先有一个印象，然后才能通过实践，对信道衰落、路径损耗、穿透损耗等形成深刻的理解；对电磁场与电磁波的特性有了更为直观的认识，同时也让我更加体会深刻理解是多么重要和困难，严谨、谨慎和小心是多么重要。
电磁场与电磁波实验报告 题目：校园无线信号场强特性的研究 姓名班级学号序号
目录 一、实验目的 (2) 二、实验内容 (2) 三、实验原理 (5) 四、实验步骤 (5) 1、实验对象选取 (5) 2、数据采集 (5) 五、实验数据 (2) 1、原始数据录入 (7) 2、数据处理流程 (7) 六、实验结果与分析 (8) 1、主楼周边电磁场信号强度分析 8 2、主楼室内不同楼层楼道信号强度分析 11 七、问题分析与解决 (15) 1、Matlab 仿真问题研究与解决 (23) 2、场强分布的研究 (23)
3、模型拟合........................................................ . (24) 八、分工安排及心得体会 (25) 附录I：原始数据 (26) 附录II：源代码 (30) 一．实验目的 1.掌握在室内环境下场强的正确测试方法，理解建筑物穿透损耗 的概念； 2.通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系； 3.研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。 4.掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确测试方法。二．实验内容 利用DS1131场强仪和拉杆天线，实地测量信号场强。
1.研究具体现实环境下阴影衰落分布规律，以及具体的分布参数 如何； 2.研究在校园内电波传播规律与现有模型的吻合程度，测试值与 模型预测值的预测误差如何； 3.研究建筑物穿透损耗的变化规律 三．实验原理 无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接收者，只有处在发射信号覆盖的区域内，才能保证接收机正常接收信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。因此，基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。决定覆盖区大小的因素主要有：发射功率、馈线及接头损耗、天线增益、天线架设高度、路径损耗、衰落、接收机高度、人体效应、接收机灵敏度、建筑物的穿透损耗、同播、同频干扰。 【阴影衰落】 阴影衰落是电磁波在空间传播时受到地形起伏、高达建筑物群的阻挡，在这些障碍物后面会产生电磁场的阴影，造成场强中值的变化，从而引起信号衰减。阴影衰落的信号电平起伏是相对缓慢的，又称为慢衰落，其特点是衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关。在无线信道里，造成慢衰落的最主要原因是建筑物或其他物体对电波的遮挡。在测量过程中，不同测量位置遇到的建筑物遮挡情况不同，
. 1 麦克斯韦方程组的微分形式 是：.D H J t ???=+?u v u u v u v ,B E t ???=-?u v u v ,0B ?=u v g ,D ρ?=u v g 2静电场的基本方程积分形式为： 0C E dl =? u v u u v g ? S D ds ρ =?u v u u v g ? 3理想导体（设为媒质2）与空气（设为媒质1）分界面上，电磁场的边界条件为： 3.00n S n n n S e e e e J ρ??=??=???=???=?D B E H r r r r r r r r r 4线性且各向同性媒质的本构关系方程是： 4.D E ε=u v u v ,B H μ=u v u u v ,J E σ=u v u v 5电流连续性方程的微分形式为： 5. J t ρ??=- ?r g 6电位满足的泊松方程为 2ρ?ε?=- ； 在两种完纯介质分界面上电位满足的边界 。 12??= 1212n n εεεε??=?? 7应用镜像法和其它间接方法解静态场边值问题的理 论依据是: 唯一性定理。 8.电场强度E ?的单位是V/m ，电位移D ? 的单位是C/m2 。 9．静电场的两个基本方程的微分形式为 0E ??= ρ?=g D ； 10.一个直流电流回路除受到另一个直流电流回路的库仑力作用外还将受到安培力作用 1.在分析恒定磁场时，引入矢量磁位A u v ，并令 B A =??u v u v 的依据是（ 0B ?=u v g ） 2. “某处的电位0=?，则该处的电场强度0=E ? ” 的说法是（错误的 ）。 3. 自由空间中的平行双线传输线，导线半径为a , 线间距为D ，则传输线单位长度的电容为（ )ln( 1 a a D C -= πε ）。 4. 点电荷产生的电场强度随距离变化的规律为（1/r2 ）。 5. N 个导体组成的系统的能量∑==N i i i q W 1 21φ，其中i φ是（除i 个导体外的其他导体）产生的电位。 6.为了描述电荷分布在空间流动的状态，定义体积电流密度J ，其国际单位为（a/m2 ） 7. 应用高斯定理求解静电场要求电场具有（对称性）分布。 8. 如果某一点的电场强度为零，则该点电位的（不一定为零 ）。 8. 真空中一个电流元在某点产生的磁感应强度dB 随该点到电流元距离变化的规律为（1/r2 ）。 10. 半径为a 的球形电荷分布产生的电场的能量储存于 （整个空间 ）。 三、海水的电导率为4S/m ，相对介电常数为81，求频率为1MHz 时，位幅与导幅比值？ 三、解：设电场随时间作正弦变化，表示为： cos x m E e E t ω=r r 则位移电流密度为：0sin d x r m D J e E t t ωεεω?==-?r r r 其振幅值为：3 04510.dm r m m J E E ωεε-==? 传导电流的振幅值为：4cm m m J E E σ== 因此： 3112510.dm cm J J -=? 四、自由空间中，有一半径为a 、带电荷量q 的导体球。试求：（1）空间的电场强度分布；（2）导体球的电容。（15分） 四、解：由高斯定理 D S u u v u u v g ?S d q =?得2 4q D r π= 24D e e u u v v v r r q D r π== 空间的电场分布2 04D E e u u v u u v v r q r επε== 导体球的电位 2 0044E l E r e r u u v u u v v u u v g g g r a a a q q U d d d r a πεπε∞∞∞====??? 导体球的电容04q C a U πε==
数字电路综合实验报告 简易智能密码锁 一、实验课题及任务要求 设计并实现一个数字密码锁，密码锁有四位数字密码和一个确认开锁按键，密码输入正确，密码锁打开，密码输入错误进行警示。 基本要求： 1、密码设置：通过键盘进行4 位数字密码设定输入,在数码管上显示所输入数字。通过密码设置确定键（BTN 键）进行锁定。 2、开锁：在闭锁状态下，可以输入密码开锁，且每输入一位密码，在数码管上显示“-”，提示已输入密码的位数。输入四位核对密码后，按“开锁”键，若密码正确则系统开锁，若密码错误系统仍然处于闭锁状态，并用蜂鸣器或led 闪烁报警。 3、在开锁状态下，可以通过密码复位键（BTN 键）来清除密码，恢复初始密码“0000”。闭锁状态下不能清除密码。 4、用点阵显示开锁和闭锁状态。 提高要求： 1、输入密码数字由右向左依次显示，即：每输入一数字显示在最右边的数码管上,同时将先前输入的所有数字向左移动一位。 2、密码锁的密码位数（4~6 位）可调。
3、自拟其它功能。 二、系统设计 2.1系统总体框图 2.2逻辑流程图
2.3MDS图 2.4分块说明 程序主要分为6个模块：键盘模块，数码管模块，点阵模块，报警模块，防抖模块，控制模块。以下进行详细介绍。 1.键盘模块 本模块主要完成是4×4键盘扫描，然后获取其键值，并对其进行编码，从而进行按键的识别，并将相应的按键值进行显示。 键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，我们的思想是，首先固定输出高电平，在读入输出的行值时，通常高电平会被低电平拉低，当当前位置为高电平“1”时，没有按键按下，否则，如果读入的4行有一位为低电平，那么对应的该行肯定有一个按键按下，这样便可以获取到按键的行值。同理，获取列值也是如此，先输出4列为高电平，然后在输出4行为低电平，再读入列值，如果其中有哪一位为低电平，那么肯定对应的那一列有按键按下。由此可确定按键位置。
实验3 集成乘法器幅度调制电路 信息与通信工程学院 2016211112班 苏晓玥杨宇宁 2016210349 2016210350
一．实验目的 1．通过实验了解振幅调制的工作原理。 2．掌握用MC1496来实现AM和DSB的方法，并研究已调波与调制信号，载波之间的关系。3．掌握用示波器测量调幅系数的方法。 二．实验准备 1．本实验时应具备的知识点 （1）幅度调制 （2）用模拟乘法器实现幅度调制 （3）MC1496四象限模拟相乘器 2．本实验时所用到的仪器 （1）③号实验板《调幅与功率放大器电路》 （2）示波器 （3）万用表 （4）直流稳压电源 （5）高频信号源 三．实验内容 1．模拟相乘调幅器的输入失调电压调节。 2．用示波器观察正常调幅波（AM）波形，并测量其调幅系数。 3．用示波器观察平衡调幅波（抑制载波的双边带波形DSB）波形。 四．实验波形记录、说明 1.DSB信号波形观察
2.DSB信号反相点观察 3.DSB信号波形与载波波形的相位比较 结论：在调制信号正半周期间，两者同相；负半周期间，两者反相。
4.AM正常波形观测 5.过调制时的AM波形观察（1）调制度为100%
（2）调制度大于100% （3）调制度为30% A=260.0mv B=140.0mv
五．实验结论 我们通过实验了解振幅调制的工作原理是：调幅调制就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使其成为带有低频信息的调幅波。目前由于集成电路的发展，集成模拟相乘器得到广泛的应用，为此本实验采用价格较低廉的MC1496集成模拟相乘器来实现调幅之功能。 DSB信号波形与载波波形的相位关系是：在调制信号正半周期间，两者同相；负半周期间，两者反相。 通过实验了解到了调制度的计算方法 六．课程心得体会 通过本次实验，我们了解了振幅调制的工作原理并掌握了实现AM和DSB的方法，学会计算调制度，具体见实验结论。我们对集成乘法器幅度调制电路有了更好的了解，对他有了更深入的认识，提高了对通信电子电路的兴趣。 和模电实验的单独进行，通电实验增强了团队配合的能力，两个人的有效分工提高了实验的效率，减少了一个人的独自苦恼。
北京邮电大学2014—2015学年第 2 学期 《电磁场与电磁波》期末考试试题（A 卷） 一、 （10分，每空1分） 填空题 1. 设J 为电流密度矢量，则(',',')x y z ??=J 。 2. 描述了电磁场的变化规律，以及场与源的关系。 3. 根据麦克斯韦方程组，时变电场 旋 散，电场线可以闭合，也可以不闭合；时变磁场 旋 散，磁感线总是闭合的。（注：可选择填写“有”或者“无”） 4. 分离变量法可应用于直角坐标、圆柱坐标、球坐标等坐标系下。同一个问题，在不同的坐标系里求解会导致一般解的形式不同，但其解是 。 5. 在相对介电常数为4，相对磁导率为1的理想介质中，电磁波的波阻抗为 。 6. 平面波()() sin 2cos z m y m E t kx E t kx ωω=-+-E e e v v v 的传播方向为： ；其极化形式为： 。 答案： 1. 0； 2. 麦克斯韦方程组； 3. 有，有，有，无； 4. 唯一的； 5. 60π 377/2Ω或者 6. x 方向传播，右旋椭圆极化波； 二、（14分）如图1所示，一半径为R 的导体球上带有电量为Q 的电荷，在距离球心D （D > R ）处有一点电荷q ，求： （1）导体球外空间的电位分布； （2）导体球对点电荷q 的力。 q (,) p r θ A
图1 题二图 解：（1）导体电位不为零，球外任一点P （到球心O 距离为r ）的电位?可分解为一个电位为V 的导体产生的电位?1，以及电位为零的导体的感应电荷q ′与点电荷q 共同产生的电位?2。? = ?1＋?2。q ′与可用镜像电荷代替，电位?1由放在球心的-q ′与Q 产生。 利用球面镜像得 2 ',R R q q d D D =-=…………………………3分 1200102 00102 ,4π4π4π4π4π4πQ q q q r r r Q q q q r r r ??εεε?εεε''-==+ ''-=++ ……………………5分 因此，导体球外任一点的电位为 42 221/2 2 1/2 021(4π(2cos )(2cos )DQ Rq qR q R R Dr r D rD D r r D D ?εθθ+= -+ +-+- …………………………8分 导体球的电位为 004πDQ Rq RD ?ε+= ……… …………………10分 （2）点电荷q 所受到的力为'Q q -和'q 对点电荷q 的力，即 ''322222222 00(2) [][]4π()4π()Q q q q q R q R D f Q D D d D D D R εε--=+=+-- …………………………14分 三、（14分）相对磁导率为r 1μ=的理想介质中传播电场瞬时值为 :8(,)30)cos[3π10π()]x z r t t x =+?-E e V/m 。试求：
电磁场与电磁波例题详解
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第1章 矢量分析 例1.1 求标量场z y x -+=2)(φ通过点M (1, 0, 1)的等值面方程。 解：点M 的坐标是1,0,1000===z y x ，则该点的标量场值为 0)(0200=-+=z y x φ。其等值面方程为 ： 0)(2=-+=z y x φ 或 2)(y x z += 例1.2 求矢量场222zy a y x a xy a A z y x ++=的矢量线方程。 解： 矢量线应满足的微分方程为 ： z y dz y x dy xy dx 222== 从而有 ???????==z y dz xy dx y x dy xy dx 2222 解之即得矢量方程???=-=2 2 21c y x x c z ，c 1和c 2是积分常数。 例1.3 求函数xyz z xy -+=22?在点（1，1，2）处沿方向角 3 ,4 ,3 π γπ βπ α= = = 的方向导数。 解：由于 1) 2,1,1(2) 2,1,1(-=-=??==M M yz y x ?, 02) 2,1,1() 2,1,1(=-=??==M M xz xy y ?, 32) 2,1,1() 2,1,1(=-=??==M M xy z z ?, 2 1cos ,22cos ,21cos === γβα 所以
1cos cos cos =??+??+??= ??γ?β?α??z y x l M 例1.4 求函数xyz =?在点)2,1,5(处沿着点)2,1,5(到点)19,4,9(的方向导数。 解：点)2,1,5(到点)19,4,9(的方向矢量为 1734)219()14()59(z y x z y x a a a a a a l ++=-+-+-= 其单位矢量 3147 31433144cos cos cos z y x z y x a a a a a a l ++=++=γβα 5, 10, 2) 2,1,5()2,1,5()2,1,5() 2,1,5() 2,1,5() 2,1,5(==??==??==??xy z xz y yz x ? ?? 所求方向导数 314 123 cos cos cos = ??=??+??+??=?? l z y x l M ?γ?β?α?? 例1.5 已知z y x xy z y x 62332222--++++=?，求在点)0,0,0(和点)1,1,1( 处的梯度。 解：由于)66()24()32(-+-++++=?z a x y a y x a z y x ? 所以 623) 0,0,0(z y x a a a ---=?? ，36) 1,1,1(y x a a +=?? 例1.6 运用散度定理计算下列积分： ??++-+=S z y x S d z y xy a z y x a xz a I )]2()([2322 S 是0=z 和2 2 22y x a z --=所围成的半球区域的外表面。 解：设：)2()(2322z y xy a z y x a xz a A z y x ++-+= 则由散度定理???=??τ τs S d A d A 可得
北京邮电大学信息与通信工程学院 微波实验报告 班级：20112111xx 姓名：xxx 学号：20112103xx 指导老师：徐林娟 2014年6月
目录 实验二分支线匹配器 (1) 实验目的 (1) 实验原理 (1) 实验内容 (1) 实验步骤 (1) 单支节 (2) 双支节 (7) 实验三四分之一波长阻抗变换器 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容 (13) 实验步骤 (13) 纯电阻负载 (14) 复数负载 (19) 实验四功分器 (23) 实验目的 (23) 实验原理 (23) 实验内容 (24) 实验步骤 (24) 公分比为1.5 (25) 公分比为1（等功分器） (29) 心得体会 (32)
201121111x 班-xx 号-xx ——电磁场与微波技术实验报告 实验二 分支线匹配器 实验目的 1．熟悉支节匹配器的匹配原理 2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络 实验原理 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。 单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0+jB 形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB ，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 微带线是有介质εr (εr >1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr ，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 εe ，介于1和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W 。而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。 实验内容 已知：输入阻抗Z 75in ，负载阻抗Z (6435)l j ，特性阻抗0Z 75 ，介质基片 2.55r ，1H mm 。 假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离114d ，两分支线之间的距离为21 8 d 。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。 实验步骤 1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。 2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Smith 圆上。 3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。 4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带 分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz 。 6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。 7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。
北京邮电大学2019-2020年第二学期期末考试 电磁场与电磁波试题（开卷，A ） 已知：-12091= =8.8510(/)3610 F m επ??，70=410(/)H m μπ-? 一、（15分） 相距无穷远的不带电孤立导体球壳A 与孤立导体球B ，其中球壳A 的内径为b ，外径为a ，内外径之间为理想导体，r b <及r a >处为真空；导体球B 半径为与球壳A 的外径相同。在球壳A 中，距离中心c （c b <）处存在一电量为Q 的点电荷。将导体球B 从无穷远处移动到球壳A 处，并与球壳A 充分接触后再移动到无穷远处，试求：在整个移动导体球B 的过程中外力所作的功。（提示：可考虑功能原理） 二（10分）、太阳能电池板的能量转化效率为30%，一个2.5平方米的太阳能电池板供一个1000瓦的灯泡照明，假设太阳光是线偏振的单色平面波，试估计太阳光的电场与磁场的振幅。 三（15分）、设一平行大地的双导体传输线, 距地面高度为h, 导体半径为a, 二轴线间的距离为d (a< 四（15分）、一个长方形导体盒，各边尺寸分别是a ，b ，c ，各周界之间相互绝缘，每个面的电位函数如题四图所示，试求导体盒内部的电位函数。。 题四图 五（10分）、证明：对于良导体导体内单位宽度断面的表面电流：J s =H 0，期中H 0为导体表面的切向磁场强度。 六、（15分）一右旋圆极化波垂直入射到位于z=0的理想导体板上，其电场强度的复数表示式为0()j z x y i E E e j e e β→→ -=- 求：(1) 确定反射波的极化方式，说明原因； (2) 求导体板上的感应电流； (3) 求总电场的瞬时表达式。 七（10分）、设在波导中沿z 轴传播的电磁波的形式为: 022c c πππcos sin e j z z x E m m n E E x y k x k a a b βγγ-?-??????==- ? ? ???????? 试以此分析并说明相移常数β和波数k 之间的关系。 八、（10分）为什么说电偶极子的近区场为准静态场？是不是在近区场绝对没有能量的辐射？电偶极子的辐射效率如何？ 一、选择题 1、以下关于时变电磁场的叙述中，正确的是（ ） A 、电场是无旋场 B 、电场和磁场相互激发 C 、电场与磁场无关 2、区域V 全部用非导电媒质填充，当此区域中的电磁场能量减少时，一定是（ ） A 、能量流出了区域 B 、能量在区域中被消耗 C 、电磁场做了功 D 、同时选择A 、C 3、两个载流线圈之间存在互感，对互感没有影响的的是（ ） A 、线圈的尺寸 B 、两个线圈的相对位置 C 、线圈上的电流 D 、空间介质 4、导电介质中的恒定电场E 满足（ ） A 、0??=E B 、0??=E C 、??=E J 5、用镜像法求解电场边值问题时，判断镜像电荷的选取是否正确的根据是（ ） A 、镜像电荷是否对称 B 、电位方程和边界条件不改变 C 、同时选择A 和B 6、在静电场中，电场强度表达式为3(32)()y x z cy ε=+--+x y z E e e e ，试确定常数 ε的值是（ ） A 、ε=2 B 、ε=3 C 、ε=4 7、若矢量A 为磁感应强度B 的磁矢位，则下列表达式正确的是（ ） A 、=?B A B 、=??B A C 、=??B A D 、2=?B A 8、空气（介电常数10εε=）与电介质（介电常数204εε=）的分界面是0z =平面， 若已知空气中的电场强度124= +x z E e e 。则电介质中的电场强度应为（ ） A 、1216=+x z E e e B 、184=+x z E e e C 、12=+x z E e e 9、理想介质中的均匀平面波解是（ ） A 、TM 波 B 、TEM 波 C 、TE 波 10、以下关于导电媒质中传播的电磁波的叙述中，正确的是（ ） A 、不再是平面波 B 、电场和磁场不同相 C 、振幅不变 D 、以T E 波的形式传播 二、填空 1、一个半径为α的导体球作为电极深埋地下，土壤的电导率为 σ，略去地面的影响，则电极的接地电阻R = 2、 内外半径分别为a 、b 的无限长空心圆柱中均匀的分布着轴向电流I ，设空间离轴距离为()r r a <的某点处，B= 3、 自由空间中，某移动天线发射的电磁波的磁场强度 北京邮电大学 数字电路与逻辑设计实验 实验报告 实验名称：QuartusII原理图输入 法设计与实现 学院：北京邮电大学 班级： 姓名： 学号： 一．实验名称和实验任务要求 实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现 实验目的：⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。 ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用； ⑶熟悉实验板的使用。 实验任务要求：⑴掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑 门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模 块。 ⑵用实验内容（1）中生成的半加器模块以及逻辑门 实现一个全加器，仿真验证其功能，并能下载到实 验板上进行测试，要求用拨码开关设定输入信号， 发光二级管显示输出信号。 ⑶用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门实现要求 的函数：CBA F+ C + =,仿真验证其 + B C B A A A B C 功能，，并能下载到实验板上进行测试，要求用拨 码开关设定输入信号，发光二级管显示输出信号。二．设计思路和过程 半加器的设计实现过程：⑴半加器的应有两个输入值，两个输出值。 a表示加数，b表示被加数，s表示半加和， co表示向高位的进位。 ⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知 b a s ⊕=;b a co ?= 选择两个逻辑门：异或门和与门。a,b 为异 或门和与门的输入，S 为异或门的输出，C 为与门的输出。 (3)利用QuartusII 仿真实现其逻辑功能， 并生成新的半加器图形模块单元。 (4)下载到电路板，并检验是否正确。 全加器的设计实现过程：⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构 成。全加器有三个输入值a,b,ci ，两个输 出值s,co ：a 为被加数，b 为加数，ci 为低 位向高位的进位。 ⑵全加器的逻辑表达式为： c b a s ⊕⊕= b a ci b a co ?+?⊕=)( ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻 辑功能，实现全加器。 用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数 CBA A B C A B C A B C F +++= 设计实现过程：⑴利用QuartusII 选择译码器（74L138）的图形模块 北京邮电大学实验报告 题目：基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告 实验一：验证抽样定理 一、实验目的 1、掌握抽样定理 2. 通过时域频域波形分析系统性能 二、实验原理 低通滤波器频率与m（t）相同 三、实验步骤 1. 要求三个基带信号相加后抽样，然后通过低通滤波器恢复出原信号。 2. 连接各模块完成系统，同时在必要输出端设置观察窗。 3. 设置各模块参数。 三个基带信号的频率从上到下分别设置为10hz、12hz、14hz。 抽样信号频率设置为28hz，即2*14hz。（由抽样定理知，） 将低通滤波器频率设置为14hz，则将恢复第三个信号（其频率为14hz）进行系统定时设置，起始时间设为0，终止时间设为1s.抽样率设为1khz。 3.观察基带信号、抽样后的信号、最终恢复的信号波形 四、实验结果 最上面的图为原基带信号波形，中间图为最终恢复的信号波形，最下面的图为抽样后的信号波形。 五、实验讨论 从实验结果可以看出，正如前面实验原理所述，满足抽样定理的理想抽样应该使抽样后的波形图如同冲激信号，且其包络图形为原基带信号波形图。抽样后的信号通过低通滤波器后，恢复出的信号波形与原基带信号相同。 由此可知，如果每秒对基带模拟信号均匀抽样不少于2次，则所得样值序列含有原基带信号的全部信息，从该样值序列可以无失真地恢复成原来的基带信号。 讨论：若抽样速率少于每秒2次，会出现什么情况？ 答：会产生失真，这种失真被称为混叠失真。 六、实验建议、意见 增加改变抽样率的步骤，观察是否产生失真。 实验二:奈奎斯特第一准则 一、实验目的 （1）理解无码间干扰数字基带信号的传输； （2）掌握升余弦滚降滤波器的特性； （3）通过时域、频域波形分析系统性能。 二、实验原理 在现代通信系统中，码元是按照一定的间隔发送的，接收端只要能够正确地恢复出幅度序列，就能够无误地恢复传送的信号。因此，只需要研究如何使波形在特定的时刻无失真，而不必追求整个波形不变。 奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变，即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号，因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个传送过程传递函数满足：,其充分必要条件是x(t)的傅氏变换X ( f )必须满足 奈奎斯特准则还指出了信道带宽与码速率的基本关系。即R B =1/T B =2? N =2B N。 式中R b 为传码率，单位为比特/每秒（bps）。f N 和B N 分别为理想信道的低通截止 频率和奈奎斯特带宽。上式说明了理想信道的频带利用率为R B /B N =2。 在实际应用中，理想低通滤波器是不可能实现的，升余弦滤波器是在实际中满足无码间干扰传输的充要条件，已获得广泛应用的滤波器。 升余弦滤波器的带宽为：。其中，α为滚降系数，0 ≤α≤1， 三、实验步骤 1.根据奈奎斯特准则，设计实现验证奈奎斯特第一准则的仿真系统，同时在必 要输出端设置观察窗。设计图如下 北京邮电大学2012—2013学年第 2 学期 《电磁场与电磁波》期末考试试题（A 卷） 试题中需要用到的介质常数：0913610 επ=?F/m,70410μπ-=?H/m 一 填空题（每个空1分，共10分） （1） 截面为矩形（a ×b ）的无限长金属槽， 各面的电位如图所示，使用分离变量法求解电位 (,)()()x y X x Y y φ=所满足的拉普拉斯方程，X (x )的通 解为 函数，Y (y )的通解为 函数。（无需写 出具体的解函数，仅指出函数类型即可） （2） 时变电磁场磁场强度的切向边界条件为 ，电场强度的切向边界条件为 。 （3）平行极化波从空气中斜入射到理想导体的表面，合成波在分界面法线方向上属于 波，在平行于分界面方向上属于 波。 （4） 极化波以布儒斯特角入射时会发生全折射现象，当平面波从折射率较高的介质入射到折射率较低的介质，当入射角 临界角时发生全反射现象。 （5）在电偶极子激发的电磁场中，近区场为 场，远区场为 场。 二 在接地的导体平面上有一半径为a 的半球凸部，半球的球心在导体平面上，若在半球对称轴上离球心h （h>a ）处放一点电荷q ， （1）确定镜像电荷的个数、大小与位置（10分）； （2）求导体外任一点P 处的电位（5分）。 x 三 给出麦克斯韦方程组的微分形式、物质的本构方程（辅助方程）及用复数表示的麦克斯韦方程组的微分形式（10分） 四 真空中一均匀平面电磁波的磁场强度矢量为 63110()cos[()](/)22 x y z H a a a t x y z A m ωπ-=+++--r r r r ，求 （1） 波的传播方向的单位矢量，波长与频率（5分）； （2） 电场强度矢量的瞬时值表达式（5分）； （3） 波印廷矢量的平均值（5分）。 五 频率100MHz 的平面波在金属铜中传播，已知铜的电导率为75.810(/)S m σ=?，相对介电常数1r ε=，相对磁导率1r μ=，某处磁场强度的幅度为00.1(/)y H A m =，求 （1） 铜内平面波传播的衰减常数、相移常数及相速度（5分）； （2） 波阻抗ηe 及磁场对应处的电场幅度E x 0（5分）。 （注意：解题过程可能会用到需要以下公式，大家可根据需要选择使用： 2111,281,2e e j σασβαβωεσηηωε???≈≈+≈≈? ??????= +=?? ） 六 均匀平面波（电场在x 方向，磁场在y 方向，向z 方向传播）由空气垂直入射到位于z=0处理想介质平面，已知入射波电场强度的幅度30 1.510(/)E V m +-=?，初相位?=0，介质的相对电导率4r ε=，相对磁导率1r μ=，8310(/)rad s ω=?，求 （1） 电场反射系数与透射系数（5分）； （2） 反射波的电场强度与磁场强度的复数表达式（5分）； （3） 透射波的电场强度与磁场强度的复数表达式（5分）。 七 证明题 （1） 证明任一线极化波总可以分解为两个振幅相等旋向相反的圆极化波的叠 加（5分）； 《电磁场与电磁波》知识点及参考答案 第1章 矢量分析 1、如果矢量场F 的散度处处为0，即0F ??≡，则矢量场是无散场，由旋涡源所 产生，通过任何闭合曲面S 的通量等于0。 2、如果矢量场F 的旋度处处为0，即0F ??≡，则矢量场是无旋场，由散度源所 产生，沿任何闭合路径C 的环流等于0。 3、矢量分析中的两个重要定理分别是散度定理（高斯定理）和斯托克斯定理, 它们的表达式分别是： 散度（高斯）定理：S V FdV F dS ??=?? ?和 斯托克斯定理： s C F dS F dl ???=??? 。 4、在有限空间V 中，矢量场的性质由其散度、旋度和V 边界上所满足的条件唯一的确定。（ √ ） 5、描绘物理状态空间分布的标量函数和矢量函数，在时间为一定值的情况下，它们是唯一的。（ √ ） 6、标量场的梯度运算和矢量场的旋度运算都是矢量。（ √ ） 7、梯度的方向是等值面的切线方向。（ × ） 8、标量场梯度的旋度恒等于0。（ √ ） 9、习题, 。 第2章 电磁场的基本规律 （电场部分） 1、静止电荷所产生的电场，称之为静电场；电场强度的方向与正电荷在电场中受力的方向相同。 2、在国际单位制中，电场强度的单位是V/m(伏特/米)。 3、静电系统在真空中的基本方程的积分形式是： V V s D dS dV Q ρ?==? ?和 0l E dl ?=?。 4、静电系统在真空中的基本方程的微分形式是：V D ρ??=和0E ??=。 5、电荷之间的相互作用力是通过电场发生的，电流与电流之间的相互作用力是通过磁场发生的。 6、在两种媒质分界面的两侧，电场→ E 的切向分量E 1t －E 2t ＝0；而磁场→ B 的法向分量 B 1n －B 2n ＝0。 7、在介电常数为 的均匀各向同性介质中，电位函数为 22 11522 x y z ?= +-,则电场强度E =5x y z xe ye e --+。 8、静电平衡状态下，导体内部电场强度、磁场强度等于零，导体表面为等位面；在导体表面只有电场的法向分量。 9、电荷只能在分子或原子范围内作微小位移的物质称为( D )。 A.导体 B.固体 C.液体 D.电介质 10、相同的场源条件下，真空中的电场强度是电介质中的( C )倍。 A.ε0εr B. 1/ε0εr C. εr D. 1/εr 11、导体电容的大小( C )。 A.与导体的电势有关 B.与导体所带电荷有关 C.与导体的电势无关 D.与导体间电位差有关 12、z ＞0半空间中为ε=2ε0的电介质，z ＜0半空间中为空气，在介质表面无自由电荷分布。 电子电路综合实验设计 实验名称： 基于 Arduino 的电压有效值测量电路设计与实现 学院： 班级： 学号： 姓名： 班内序号： 实验 基于Arduino 的电压有效值测量电路设计与实现 一. 摘要 Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，可用来开发独立运作、并具互动性的电子产品，也可以开发与PC 相连的周边装置，同时能在运行时与PC 上的软件进行交互。为了测量正弦波电压有效值，首先我们设计了单电源供电的半波整流电路，并进行整流滤波输出，然后选择了通过Arduino设计了读取电压有效值的程序，并实现使用此最小系统来测量和显示电压有效值。在频率和直流电压幅度限定在小范围的情况下，最小系统的示数基本和毫伏表测量的值相同。根据交流电压有效值的定义，运用集成运放和设计的Arduino最小系统的结合，实现了运用少量元器件对交流电压有效值的测量。 关键字:半波整流整流滤波 Arduino最小系统读取电压有效值 二. 实验目的 1、熟悉Arduino 最小系统的构建和使用方法； 2、掌握峰值半波整流电路的工作原理； 3、根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数； 4、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）； 5、熟悉计算机仿真方法； 6、熟悉Arduino 系统编程方法。 三. 实验任务及设计要求 设计实现 Arduino 最小系统，并基于该系统实现对正弦波电压有效值的测量和显示。 1、基本要求 （1）实现Arduino 最小系统，并能下载完成Blink 测试程序，驱动Arduino 数字13 口LED 闪烁； （2）电源部分稳定输出5V 工作电压，用于系统供电； （3）设计峰值半波整流电路，技术指标要求如下： 频谱特性测量演示实验 1.ESPI 测试接收机所测频率范围为: 9KHz—3GHz 2.ESPI 测试接收机的RF输入端口 最大射频信号: +30dbm，最大直流:50v 3.是否直观的观测到电磁波的存在？（回答是/否） 否 4.演示实验可以测到的空间信号有哪些，频段分别为: 广播：531K~1602KHz GSM900：上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHz GSM1800：上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHz WCDMA：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHz CDMA2000：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHz TD-SCDMA：2010～2025MHz 5.课堂演示的模拟电视和数字电视频谱图：如何判断是模拟还是数字电视？ 模拟信号以残留边带调幅方式频分复用传输,有明确的载波频率,不同频道的图像有不同的载波频率。模拟信号频谱为:每8MHz带宽即一个频道内,能量集中分布在图像载频上,在该载频附近有一个跳动的峰,为彩色副载波所在,再远一点(在8MHz内)还有一个峰,为伴音副载波的峰。 数字信号：一个数字频道的已调信号像一个抬高了的噪声平台, 均匀地平铺于整个带宽之内, 它的能量是均匀分布在整个限定带宽内的。 6.课堂演示GSM900上下行频谱图，CDMA下行频谱图，3G下行频谱图： GSM900上行： GSM900下行： CDMA下行： 3G下行： 7.该频谱仪能检测的频谱范围，是否能观察到WIFI、电磁炉、蓝牙等频谱？（请 分别说明，并指出其频率） 可以 该频谱仪能检测的频谱范围为9KHz—3GHz 所以，能够观察到：WIFI：2.4G 电磁炉：20KHz—30KHz 蓝牙：2.4G 网络参量测量演示实验 1矢量网络分析仪所测频段：300KHz—3GHz 2端口最大射频信号: 10DBM 3矢量网络分析仪为何要校准： 首先，仪器的硬件电路需要校正，即消除仪器分析的系统误差；其次，分析仪的测量精度很大程度上受分析仪外部附件的影响，测试的组成部分如连接电缆和适配器幅度和相位的变化会掩盖被测件的真实响应，必须通过用户校准去除这些附件的影响。 4默认校准和用户校准的区别： 默认校准通过网络分析仪的套包的一系列校准标准来完成，对系统误差进行校准；用户校准时校准标准由用户制定，由用户定义的标准来完成，用于对参考面等进行精确校准。 5使用矢量网络分析仪的注意事项： 1、检查电源： 分析仪加电前，必须确认供电电源插座的保护地线已经可靠接地； 2、供电电源要求： 为防止或减少由于多台设备通过电源产生的相互干扰，特别是大功率设备产生的尖峰脉冲干扰可能造成分析仪硬件的毁坏，最好用220V交流稳压电源为分析仪供电； 3、电源线的选择： 使用随机携带的电源线，更换电源线时，最好使用同类型的电源线； 电磁场与电磁波复习题 一、填空题 1、矢量的通量物理含义是矢量穿过曲面的矢量线总数，散度的物理意义矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。散度与通量的关系是矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。 2、 散度 在直角坐标系的表达式 z A y A x A z y x A A ?? ????++=??= div ； 散度在圆柱坐 标系下的表达 ； 3、矢量函数的环量定义矢量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分， 旋度的定义 过点P 作一微小曲面S,它的边界曲线记为L,面的法线方与曲线绕向成右手螺旋法则。当S 点P 时,存在极限环量密度。 二者的关系 n dS dC e A ?=rot ； 旋度的物理意义点P 的旋度的大小是该点环量密度的最大值；点P 的旋度的方向是该点最 大环量密度的方向。 4.矢量的旋度在直角坐标系下的表达式 。 5、梯度的物理意义标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数。 梯度的大小为该点标量函数?的最大变化率，即该点最 大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向等值面、方向导数与梯度的关系是梯度的大小为该点标量函数?的最大变化率，即该点最 大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向.； 6、用方向余弦cos ,cos ,cos αβγ写出直角坐标系中单位矢量l e 的表达 式 ； 7、直角坐标系下方向导数 u l ??的数学表达式是cos cos cos l αβγ????????ｕｕｕｕ＝＋＋ｘｙｚ ，梯度的表达式x y z G e e e grad x y z φφφφφ???=++=?=???； 8、亥姆霍兹定理的表述在有限区域内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件唯一地确定，说明的问题是矢量场的散度应满足的关系及旋度应满足的关系决定了矢量场的基本性质。 北京邮电大学电路实验报告-(小彩灯) 电子电路综合实验报告课题名称：基于运算放大器的彩灯显示电路的设计与实现 姓名：班级：学号： 一、摘要： 运用运算放大器设计一个彩灯显示电路，通过迟滞电压比较器和反向积分器构成方波—三角波发生器，三角波送入比较器与一系列直流电平比较，比较器输出端会分别输出高电平和低电平，从而顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管。 关键字： 模拟电路，高低电平，运算放大器，振荡，比较 二、设计任务要求： 利用运算放大器LM324设计一个彩灯显示电路，让排成一排的5个红色发光二极管(R1～R5)重复地依次点亮再依次熄灭（全灭→R1→R1R2→R1R2R3→R1R2R3R4→R1R2R3R4R5→R1R2R3R4→R1R2R3→R1R2→R1→全灭），同时让排成一排的6个绿色发光二极管（G1～G6）单光 三角波振荡电路可以采用如图2-28所示电路，这是一种常见的由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器电路，图2-28中运放A1接成迟滞电压比较器，A2接成反相输入式积分器，积分器的输入电压取自迟滞电压比较器的输出，迟滞电压比较器的输入信号来自积分器的输出。假设迟滞电压比较器输出U o1初始值为高电平，该高电平经过积分器在U o2端得到线性下降的输出信号，此线性下降的信号又反馈至迟滞电压比较器的输入端，当其下降至比较器的下门限电压U th-时，比较器的输出发生跳变，由高电平跳变为低电平，该低电平经过积分器在U o2端得到线性上升的输出信号，此线性上升的信号又反馈至迟 滞电压比较器的输入端，当其上升至比较器的上门限电压U th+时，比较器的输出发生跳变，由低电平跳变为高电平，此后，不断重复上述过程，从而在迟滞电压比较器的输出端U o1得到方波信号，在反向积分器的输出端U o2得到三角波信号。假设稳压管反向击穿时的稳定电压为U Z，正向导通电压为U D，由理论分析可知，该电路方波和三角波的输出幅度分别为： 式（5）中R P2为电位器R P动头2端对地电阻，R P1为电位器1端对地的电阻。 由上述各式可知，该电路输出方波的幅度由稳压管的稳压值和正向导通电压决定，三角波的输 出幅度决定于稳压管的稳压值和正向导通电压以及反馈比R1/R f，而振荡频率与稳压管的稳压值和正向导通电压无关，因此，通过调换具有不同稳压值和正向 导通电压的稳压管可以成比例地改变方波和三角波的幅度而不改变振荡频率。 电位器的滑动比R P2/R P1和积分器的积分时间常数R2C的改变只影响振荡频率而 不影响振荡幅度，而反馈比R1/R f的改变会使振荡频率和振荡幅度同时发生变化。因此，一般用改变积分时间常数的方法进行频段的转换，用调节电位器滑动头 的位置来进行频段内的频率调节。《电磁场与电磁波》经典例题
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