北邮电磁场和电磁波实验报告

信息与通信工程学院电磁波与电磁场实验报告

北邮学5楼电磁波辐射场强的研究

班级：2009211114

姓名：谢玮浩廖宁

班内序号：19 ，18

日期：2012.3

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．研究北邮学5楼电磁波辐射强度的分布规律。

3．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。

4．通过实地测量和撰写实验报告，加深对电磁场和电磁波基础知识的理解，培养严谨治学的研究态度，提高对实验数据的分析和处理能力。

二、实验原理

无线通信系统有发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接收者，只有处在发射信号的覆盖区域内，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，是无限工程师所关心的。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、同波、同频干扰。

无线信道

发射天线接收天线

发射机接收机

2.1大尺度路径损耗

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收功率之间的（dB）差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内还是室外信道，平均接收信号功率随距离对数衰减，这种模型已被广泛使用。对于任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示为：

()[]()10l g (/)o o PL d dB PL d n d d =+ （n 依赖于具体的传输环境） 即平均接收功率为：

0000()[][]()10lg(/)()[]10lg(/)r t r P d dBm P dBm PL d n d d P d dBm n d d =--=-

其中，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（T-R ）之间的距离。公式中的横岗表示给定值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表示为斜率10ndB/10倍程的直线。n 值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，它还与接收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。中值是使实测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）。人们根据不同的地形地貌条件，归纳总结出各种电波传输模型。下边介绍几种常用的描述大尺度衰落的模型。

2.2 常用的电波传播模型 2.2.1自由空间模型

自由空间模型假定发射天线和接收台都处在自由空间。我们所说的自由空间一是指真空，二是指发射天线与接收台之间不存在任何可能影响电波传播的物体，电波是以直射线的方式到达移动台的。

自由空间模型计算路径损耗的公式是：

()10lg /32.420lg 20lg p t r L P P d f ==++

其中p L 是以B d 为单位的路径损耗，d 是以公里为单位的移动台和基站之间的距离，f 是以MHz 为单位的移动工作频点或工作频段的频率。

空气的特性近似为真空，因此当发射天线和接收天线距离地面都比较高时，可以近似使用自由空间模型来估计路径损耗。

2.2.2布灵顿模型

布灵顿模型假设发射天线和移动台之间是理想平面大地，并且两者之间的距离d 远大于发射天线的高度ht 或移动台的高度hr 。

布灵顿模型的出发角度是接收信号来自于电波的直射和一次反射，也被叫做“平面大地模型”。

该模型的路径损耗公式为：

12040lg 20lg 20lg p t r L d h h =+--

单位： d （km ） ht （m ）hr （m ）Lp （dB ）

G

f hr ht d Lp -+--+=)lg(20)lg(20)lg(20)lg(4088系统设计时一般把接收机高度按典型值hr=1.5m 处理，这时的路径损耗计算公式为：

116.5

40l g

20l

p t L d h =+- 按自由空间模型计算时，距离增加一倍时对应的路径损耗增加6dB ，按布灵顿模型计算时，距离增加一倍时对应的路径损耗要增加12dB 。

2.2.3 EgLi 模型

前述的2个模型都是基于理论计算分析得出的计算公式。EgLi 模型则是从大量实测结果中归纳出来的中值预测模型，属于经验模型。

其路径损耗公式为：

单位： d （km ） ht （m ） hr （m ） f （MHz ）G （dB ） Lp

（dB ）

其中G 是地下修复因子，G 反映了地形因素对路径损耗的影响。EgLi 模型认为路径损耗同接收点的地形起伏程度h ?有关，地形起伏越大，则路径损耗也越大。当h ?用米来测量时，可按下式近似的估计地形的影响：

0 152.43(1) 15 150152.43(1) 15 15015h m h G h m M H z h h m M H z ???

??

=-?>??

??

-?>?

?

频段频段

若将移动台的典型高度值hr=1.5m ，代入EgLi 模型则有：

84.540lg 20lg 20lg p t L d h f G =+-+-

2.2.4 Hata-Okumura 模型

该模型也是依据实测数据建立的模型，属于经验模型。当hr=1.5m 时，按此模型计算的路径损耗为：

市区： 169.5526.2l g

13.82l g (44.96.5

p t t

L f h h d =+

-+- 开阔地： 2

214.78(l g )

18.33l g 40.94

p p L L f f =-+- 单位： d （km ） ht （m ）f （MHz ）Lp （dB ）

一般情况下，开阔地的路径损耗要比市区小。

2.3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，因此接收功率不同，这样就会观察到衰落现象，由于这种原因造成的衰落也叫“阴影衰落”或“阴影效应”。在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物遮挡，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，特定位置的接收功率为随机对数正态分布即：

σσX d d n dBm d P X dBm d P dBm d P o o r r r +-=+=)/log(10][)(][)(])[(

其中，X σ为均值为0的高斯分布随机变量，单位为d B ，标准差为σ，单位也是d B 。

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。正态分布的概率密度函数是:

2

2()22

1()2x m f x e σ

πσ

--=

应用于阴影衰落时，上式的x 表示某一次测量得到的接收功率，m 表示以d B 表示的接收功率的均值或中值，σ表示接收功率的标准差，单位为d B 。阴影衰落的标准差同地形、建筑物类型、建筑物密度有关，在市区的150MHz 频段其典型值是5d B .

除了阴影衰落外，大气变化也会导致慢衰落。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。下表列出了阴影衰落分布的标准差，其中的()s dB σ是阴影效应的标准差。

表1 阴影衰落分布的标准差

s σ（dB ）

频率（MHZ ）

准平坦地形 不规则地形h ?（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

2.4建筑物的穿透损耗

建筑物的穿透损耗的大小对于研究室内无线信道具有重要意义。穿透损耗也称为大楼效应，一般是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d B 之差。

发射机位于室外，接收机位于室内，电波从室外进入室内，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

∑

∑

==-

=

?N i M j inside j

outside i

P M

P N

P 1

1

)

()

(11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在同一位置室内测量的信号平均场强。用公式表示为：

P ?是穿透损耗，单位d B ，j P 是在室内所测得每一点的功率，单位dB V μ，共M

个点，P 是在室外所测得每一点的功率，单位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． 研究在北邮学5楼内电磁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． 研究北邮学5楼这样的建筑物中电磁波传播与随着楼层的变化规律。

四．实验猜想

五、数据测量

4.1测量环境

我们选择在北京邮电大学学5楼进行室内信号的测量。选择测量的频段为无线电视频道174.75MHz 。测量时间为周末下午13:30到16:30，此时楼内人的走动较少，门的开关也很少，室内环境比较稳定，比较适合我们的测量。

根据测定要求，每半个波长测定一次数据，则对于174.75MHz 而言，每个波长约为1.7m ，半个波长为0.85m ，故实验时选定每正常的两步测定一个数据。同时，打开场强仪的声音，宏观地感受接收到音频信号的强度变化。

我们共选择了8层楼进行测量，分为3组：中间楼层8、9、10层，低层楼4、3、1层、高层楼15、14楼。每层测的数据为60个以上，取稳定的中间60个数据进行分析。 测量的数据如下：

北邮学5楼电磁波场强测量数据

2012.03.11

单位：-dBmw

f10 f9 f8 f4 f3 f1 f15 f14

43.6 47.6 43.6 67.4 67.4 73.7 56.1 49.1

45.5 48.3 44.0 70.2 71.6 76.2 52.5 49.2

51.6 52.5 49.9 68.1 71.9 70.6 49.0 47.4

49.2 57.3 54.6 70.4 70.0 70.4 60.5 52.9

51.8 49.7 47.7 70.8 69.2 71.9 52.8 48.0

58.1 49.4 53.0 70.6 70.2 71.4 56.6 51.6

56.6 54.3 64.2 71.2 72.1 72.1 67.3 62.5

56.6 59.8 62.6 72.8 69.8 72.8 59.8 57.9

55.6 53.8 61.4 71.4 70.4 71.4 58.4 58.7

60.5 55.0 51.6 73.6 69.8 75.0 58.2 67.6

60.8 63.6 56.3 73.0 69.1 73.2 69.6 56.7

61.0 51.0 59.7 74.4 73.0 74.2 70.6 57.8

61.2 53.2 57.3 72.7 72.6 73.9 65.2 59.6

72.3 60.0 57.2 72.3 72.3 75.6 61.0 58.8

68.1 55.4 64.8 74.8 74.3 75.4 70.8 61.0

68.2 58.1 65.7 74.0 72.7 76.0 71.0 60.2

68.6 59.3 62.7 74.6 74.5 75.0 71.8 63.3

69.1 59.6 63.1 72.8 74.0 74.8 72.0 64.9

70.8 65.0 61.3 75.0 74.3 74.7 70.4 68.5

71.1 64.6 68.4 75.1 74.1 75.0 70.7 69.4

71.5 66.0 62.1 73.2 74.4 74.9 69.9 69.6

68.2 65.8 67.6 72.7 73.2 75.0 71.4 73.0

66.7 68.1 62.2 74.5 73.8 74.6 69.7 66.2

69.7 65.4 65.9 74.2 73.3 76.0 68.2 67.6

67.9 67.0 68.0 74.4 72.2 74.8 70.5 71.4

72.0 68.4 69.6 73.4 74.4 74.9 67.4 70.5

71.3 71.0 62.6 74.5 74.3 73.0 72.3 68.9

69.2 63.1 65.2 74.3 73.8 74.7 68.2 72.0

70.3 67.1 66.1 74.4 73.5 72.4 67.9 68.2

63.5 67.1 64.0 73.0 72.7 71.9 69.4 70.9

67.0 66.0 62.9 74.4 72.4 72.6 66.0 66.5

71.2 64.1 64.9 74.6 72.4 74.0 68.1 68.4

68.3 72.0 60.5 74.6 72.8 71.1 66.4 68.9

60.8 65.6 57.6 75.2 67.8 71.0 71.9 65.2

59.8 65.4 61.3 75.2 66.1 71.4 64.4 68.4

67.2 69.1 61.8 71.1 70.7 72.7 60.8 66.4

62.2 71.8 56.3 69.6 71.4 72.4 57.3 70.7

62.6 63.5 56.0 70.8 70.3 72.4 58.9 65.1

57.7 57.1 60.4 70.5 73.2 74.7 60.8 63.6

59.3 69.4 63.0 71.2 73.5 72.5 62.6 58.8

65.0 63.5 53.2 71.5 74.7 73.2 64.5 62.5

64.8 64.6 62.8 72.8 72.5 72.7 61.6 66.2

64.0 58.4 70.0 72.3 73.2 69.8 58.7 63.0

68.0 60.1 64.0 73.7 72.6 70.6 67.8 68.8

68.6 72.8 63.6 74.6 73.1 74.4 65.1 63.6

63.4 67.1 63.2 74.5 75.0 72.4 68.9 63.0

64.3 67.5 66.4 72.8 75.0 72.6 68.2 68.7

70.2 71.2 68.0 76.2 75.1 75.0 66.0 61.9

69.5 67.2 68.4 72.6 74.9 74.1 64.6 67.5

70.2 66.8 70.6 72.6 74.8 75.0 68.2 63.9

74.3 66.9 69.2 72.8 74.4 75.1 70.4 65.8

69.5 70.0 70.3 74.5 73.2 75.2 68.4 66.3

69.2 70.6 71.3 74.7 74.4 74.9 68.6 65.9

74.5 70.2 72.8 74.6 73.2 75.1 68.1 66.1

71.2 72.0 68.7 74.5 74.8 75.3 71.2 70.1

69.8 68.5 68.0 73.8 75.6 75.6 68.0 71.4

68.0 70.4 71.2 74.6 72.4 76.8 67.7 70.5

71.2 71.8 68.6 72.7 73.8 76.4 67.3 71.3

69.8 70.2 68.4 72.4 72.6 76.1 71.6 71.4

68.0 73.4 63.2 73.5 73.0 74.8 72.0 71.6

71.2 68.2 64.0 72.5 72.7 75.1 71.2 71.1

4.2测量注意事项

（1）在使用场强仪时，由于天线的长度、方向等对于接收信号的强度值是有影响的，而

且影响还不小，所以在使用时要保证天线始终处于全伸直状态，并且尽量在测定一个区

域时保证其方向不变，。

（2）在测量时尽量保持身体的姿势是不变的，减少由于身体的姿势的不同而导致的对于

测量的干扰。

（3）在读数时应该注意，有时测量到的场强强度变化较快，有时甚至在一个比较夸张的

动态范围内跳变，这时应等待读数数值比较稳定时再进行读数，以免造成较大的误差。

（4）遇到有不稳定情况时，比如有人走动，有人开关门，或者有人在楼道内打移动电话时，应在原地停止读数，等周围环境稳定时再重新读数。

（5）场强仪电力不足时，应停止测量，等充好了电再进行测量。

五、数据处理

5.1matlab源程序：

clear all;

close all;

tmp=xlsread('I:\xwh.xls','H7:H67');

%%读入数据,14层的数据位于Exel表格H7至H67区域

length=size(tmp,1);

figure(1);

subplot(1,2,1);

histfit(tmp);

axis([30,80,0,40]);

grid on;

title('功率概率分布图');

xlabel('功率值(-dBmw)');

ylabel('样本数(个)');

legend('实际样本分布','标准正态分布曲线');

%%画接收信号强度概率分布柱状图以及标准正态分布曲线

subplot(1,2,2);

[h,s]=cdfplot(tmp);

axis([30,80,0,1]);

hold on;

text(30,0.95,['最小值= ',num2str(s.min)]);%%计算最小值

text(30,0.85,['最大值= ',num2str(s.max)]);%%计算最大值

text(30,0.75,['均值= ',num2str(s.mean)]);%%计算平均值

text(30,0.65,['标准差= ',num2str(s.std)]); %%计算标准差

title('累积概率分布');

%%画累计分布曲线

附录：

使用的相关matlab函数：

num = xlsread(filename, range)：读取文件中某个区域中的数据。

subplot（m,n,p）：subplot是将多个图画到一个平面上的工具。其中，m表示是图排成m 行，n表示图排成n列，也就是整个figure中有n个图是排成一行的，一共m行，如果第一个数字是2就是表示2行图。p是指你现在要把曲线画到figure中哪个图上，最后一个如果是1表示是从左到右第一个位置。

histfit(x): histfit可以添加正态曲线的直方图。

[h,stats] = cdfplot(x)：绘制经验累计分布函数图，显示了一维向量X的累计概率分布F(x)的图形。stats包含以下参数：

stats.min 最小值

stats.max 最大值

stats.mean 样本均数

stats.median 中位数

stats.std 样本标准差

5.2数据分析

5.2.1中层楼层

5.2.1A 学5 10层

从上面的接收功率概率分布柱状图的模型来看，实际的样本曲线接近于理想的概率分布—正态分布。而对应于累计概率分布而言，其表现出平滑特性，并且均值和中值吻合的相当好，标准差为3.7924，符合要求。

但图中-55dbm至-57dbm的区间内，出现了一个短暂的下降。原因如下：

1、由于采集的点数为100个，样本数量有限，而正态曲线是大量数据拟合得出的统计

结果，因此在统计意义上有一定的误差。

2、由于当时采样时有比较强烈的风存在，导致树木等不断摇摆，同时由于测量时有车

辆、人群经过，对于测量而言都为干扰，因此造成测量的精度不够。

3、场强仪由于环境因素导致显示的数值不断的发生跳变，因此人为估算时造成的误差。

从主干道接收强度分布图来看，在测量到第28—30个点时信号强度发生了突然的很大的衰减，这是由于此时测量地点正好经过学四楼与图书馆之间，在这段距离里，由于两边是相对封闭的区域，经过建筑物的遮挡，导致信号的衰落陡然加大，故测量的信号强度变小。

但从总体来看，信号强度在主干道上由北向南是比较均匀的。

5.2.1B学5 9层

接收信号强度基本符合正态分布曲线。对应累积概率分布曲线较平滑，并且均值与中值接近。标准差为4左右。

从信号功率分布图来看，虽然采集的个别点数会出现一定的跳变，但从总体来说，在从主席像到西门的过程中，信号的强度是逐渐下降的（这从图中颜色的总体变化趋势可以得出）。这是因为在这样一个相对开阔的地带，在由东向西的过程中，测量地点距离基站的距离越来越远，故接收信号的强度也就不断的衰减。

5.2.1C学5 8层

学六的信号特征是比较特殊的，虽然其满足信号概率分布为正态，但是其信号功率分布却与其他地点有明显的不同。

首先从图上可以发现整体信号的强度以红色表示为主，这意味这一地点的总体信号强度较其他地区是比较弱的。这与学六的楼身构造是有密切联系的。学六是一种三面楼身的构造，只有东侧有一个入口，但在其东侧还有住宅楼，这种接近于全封闭的结构导致信号很难直接进入，只能借助于绕射、透射、反射等，因此信号的强度弱。

图中测量的第57-60个点时信号强度极弱，这是测量地点正好为学六深处楼层入口处，我们可以发现此时信号的强度达到了极弱。同样的道理，这种封闭结构不仅对97.4MHz的信号有影响，对于手机信号也一样，这也正好比较恰当的解释了学六的同学经常出现手机等通讯设备无信号、无法接通的状况。

5.2.2 低层楼层

5.2.2A 学5 4层

对于主楼而言，并不是十分切合正态分布曲线，特别是中值附近，这是由于由于围绕主楼周围的环境是很复杂的，测量时由于距离主楼较近，导致测量的结果不仅仅由随机因素导致，而且还由建筑物结构有很大关系。

另外，从信号强度分布图来看，在从第50个测量点之后的数据都是大于-50dbm的，信号强度很好。这是由于此时的测量地点恰好为主楼的东侧的南北路上，这条路是相对开阔的，所以信号在传播的过程中没有大的衰减，信号强度较大。

对于风雨操场而言，其周围的环境是相对于其他环境最为简单的，周围没有大的建筑物的遮挡，属于最理想的开阔地带。因此信号强度概率分布很接近于正态曲线。累计概率分布也非常的平滑。

同时，从信号功率分布图上可以知道，信号的强度值均为-55dbm以上，这也是由于信号衰减较小造成的。

对于1层来说，实际样本分布于标准正态分布曲线比较符合，只是在-74dBmw的位置有一个突然的下降。累积概率曲线非常平滑，最大最小值分别为-69.8dBmw 和-76.8dBmw,均值为-73.7787mw，通过场强仪听到的噪声非常大，在说明本区域该波段电磁波强度较弱，标准差为1.7395，数据分布区间小而且比较均匀，这是因为在1层，一方面受附近建筑物的遮挡比较严重，另一方面受其他噪声的影响非常大。

5.2.3A 学5 15层

实际样本分布曲线与标准正态分布曲线有一定的差异，实际所测数据只有上升的趋势，有可能由于样本数过小，观察所测数据发现，有些相邻数据之间的变化值过大，估计是测量时半波长取的不均匀，导致所测数据存在较大的误差。累积概率分布曲线有一点抖动，这也是相邻数据之间变化值过大造成的，最大最小值为-49dBmw和-72.3dBmw，均值为-65.8115dBmw,通过场强仪能较清晰的听到音频信号，说明此层该波段电磁波信号场强较强。

5.2.3B 学5 14层

从功率概率分布图上看，实际样本分布并不能和标准正态分布曲线符合，在到达均值后，实际曲线没有明显的下降，造成的原因有可能有：所测数据的样本数太少；学15层。累积概率分布曲线比较平滑，均值为-64.5246dBmw，结合概率分布图，说明此层的电磁波强度还是很强的。标准差为6.4466，略大于理论标准差，原因估计是因为所测样本数太少。

5.3综合分析

六、理论分析

通过查找资料以及估计，获取以下参数：

移动台与基站之间的距离d=12km

测量频率f=97.4MHz

发射天线高度ht=50m

移动台高度hr=1.5m

发射功率Pt=10kw

通过测量发现，信号的平均接收强度约为-53.82dbm，而由查到的数据知发射功率为70dbm，故信号的衰减约为123.82db。

通过上面数据可以发现，此校园室外模型最接近与布灵顿模型。在测量范围内，仅有2.46db的误差。我们可以选定布灵顿模型，然后根据相应的实测数据得出修正后的模型。

七．实验总结和结论

综上分析可知，校园内的总体信号强度强度状况还是不错的。对于实际的室外模型而言，阴影衰落服从对数正态分布规律。接收信号强度概率分布满足正态分布规律。

在距离发射基站比较近的区域，信号强度较强，在较远的地方信号强度较弱。由近至远呈现出大尺度的衰落规律。

在个别区域，由于周围建筑物、树木的遮挡以及人群、车辆等的流动因素，使得这些区域信号出现急剧的衰减。

从大的范围来说，经验模型具有一定的概括性和统计意义，在实测信号场强时需要根据相关数据对模型进行校正。

七、任务分工

谢纬浩：数据测量，数据分析，理论总结和报告撰写。

廖宁：数据测量，数据录入，matlab编程和报告撰写。

八、实验心得

8.1谢纬浩实验心得（学号：09210382 序号：19）

8.2廖宁实验心得（学号：09210380序号:17）

九．参考文献和致谢

北邮2016电磁场与电磁波实验报告

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，

电磁场与电磁波实验报告-2

电磁场与电磁波实验报告

实验一电磁场参量的测量 实验目的 1、在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性互相垂直。 2、熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长，并确定电磁波 的相位常数和波速 实验原理 两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间内电磁波波长的值，再由2，f 得到电磁波的主要参量：和等。 本实验采取了如下的实验装置 设入射波为E i E）e j，当入射波以入射角!向介质板斜投射时，则在 分界面上产生反射波E r和折射波E t。设介质板的反射系数为R,由空气进入 介质板的折射系数为T o，由介质板进入空气的折射系数为T c，另外，可动板 P r2和固定板P r1都是金属板，其电场反射系数都为-1。在一次近似的条件下,

接收喇叭处的相干波分别为E M RT o T c E oi e j 1，RT o T c E^e j 2 这里 1 2L ri L r3 L ri ；2 2L「2 L“2L M 2 L L r3 L2；其中L L2 L i|。 又因为为定值，L2则随可动板位移而变化。当P r2移动L值，使P r3有零 指示输出时，必有E M与E r2反相。故可采用改变P r2的位置，使尺3输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长和相位常数。下面用数学式 来表达测定波长的关系式。 在P r3处的相干波合成为E r E M E「2 e j 1 e j2 j 1 2 / 或写成E r2RT0T c E0i cos 2 e 2（1-2） 式中 1 2 2 L 为了测量准确，一般采用P3零指示法，即cos 20 或（2n 1），n=0,1,2…… 这里n表示相干波合成驻波场的波节点（E r 0 ）数。同时，除n=0以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数。故把n=0时E r 0驻波节点为参考节点的位置L。 2 又因 2 — L （1-3） 2 故2n 1 2 — L 或 4 L （2 n 1）（1-4）由（1-4）式可知，只要确定驻波节点位置及波节数，就可以确定波长的值。当n=0的节点处L。作为第一个波节点，对其他N值则有： n=1, 4 L 4L1 L0 2 ,对应第二个波节点，或第一个半波长数。

电磁场与电磁波习题及答案

. 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==

北邮数字电路综合实验报告

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。

北邮2015电磁场与电磁波期末试题,感谢电子院17级fx学长

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：

浙江大学-电磁场与电磁波实验(第二次).doc

本科实验报告 课程名称：电磁场与微波实验 姓名：wzh 学院：信息与电子工程学院 专业：信息工程 学号：xxxxxxxx 指导教师：王子立 选课时间：星期二9-10节 2017年 6月 17日 Copyright As one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life. ——W z h 实验报告 课程名称：电磁场与微波实验指导老师：王子立成绩：__________________ 实验名称： CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型：仿真和测量 同组学生姓名： 矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真 一、实验目的和要求 1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。 2．熟悉 CST 软件的基本使用方法。 3．利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。 二、实验内容和原理 1. 喇叭天线概述 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线,其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸,可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣,较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛,是一种常见的测试用天线。喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的,由于是波导开口面的逐渐扩大,改善了波导与自由空间的匹配,使得波导中的反射系数小,即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去,反

电磁场与电磁波例题详解

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

北邮2020春电磁场与电磁波期末试题

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？

电磁场与电磁波点电荷模拟实验报告

重庆大学 电磁场与电磁波课程实践报告 题目：点电荷电场模拟实验 日期：2013 年12 月7 日 N=28

《电磁场与电磁波》课程实践 点电荷电场模拟实验 1.实验背景 电磁场与电磁波课程内容理论性强，概念抽象，较难理解。在电磁场教学中，各种点电荷的电场线成平面分布，等势面通常用等势线来表示。MATLAB 是一种广泛应用于工程、科研等计算和数值分析领域的高级计算机语言，以矩阵作为数据操作的基本单位，提供十分丰富的数值计算函数、符号计算功能和强大的绘图能力。为了更好地理解电场强度的概念，更直观更形象地理解电力线和等势线的物理意义，本实验将应用MATLAB 对点电荷的电场线和等势线进行模拟实验。 2.实验目的 应用MATLAB 模拟点电荷的电场线和等势线 3.实验原理 根据电磁场理论，若电荷在空间激发的电势分布为V ，则电场强度等于电势梯度的负值，即： E V =-? 真空中若以无穷远为电势零点，则在两个点电荷的电场中，空间的电势分布为： 1 212010244q q V V V R R πεπε=+=+ 本实验中，为便于数值计算，电势可取为

1212 q q V R R =+ 4.实验内容 应用MATLAB 计算并绘出以下电场线和等势线，其中q 1位于(-1,0,0)，q 2位于(1,0,0)，n 为个人在班级里的序号： (1) 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； (2) 两个不等量异号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2，q 2为负电荷）； (3) 两个等量同号电荷的电场线和等势线； (4) 两个不等量同号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2）； (5) 三个电荷，q 1、q 2为(1)中的电偶极子，q 3为位于(0,0,0)的单位正电荷。、 n=28 （1） 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； 程序1： clear all q=1; xm=2.5; ym=2; x=linspace(-xm,xm); y=linspace(-ym,ym); [X,Y]=meshgrid(x,y); R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2); R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2); U=1./R1-q./R2; u=-4:0.5:4; figure contour(X,Y,U,u,'--'); hold on plot(-1,0,'o','MarkerSize',12); plot(1,0,'o','MarkerSize',12); [Ex,Ey]=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1));

《电磁场与电磁波》经典例题

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实验报告

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

北邮2013年电磁场与电磁波期末试卷

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）；

电磁场及电磁波实验报告

电磁场与电磁波 实验报告 实验名称：有限差分法解电场边值问题 实验日期：2012年12月8日 姓名：赵文强 学号：100240333 XX工业大学（威海）

问题陈述 如下图无限长的矩形金属导体槽上有一盖板，盖板与金属槽绝缘，盖板电位为U0，金属槽接地，横截面如图所示，试计算此导体槽内的电位分布。 参数说明：a=b=10m, U=100v 实验要求 1)使用分离变量法求解解析解； 2)使用简单迭代发求解，设-10 =100.1,1 x y ε?=?= ，两种情况分别求解数值解； 3)使用超松弛迭代法求解，设-10 =100.1 x y ε?=?= ，确定?（松弛因子）。 求解过程 一、分离变量法求解 因为矩形导体槽在z方向为无限长，所以槽内电位函数满足直 角坐标系中的二维拉普拉斯方程。 22 22 (0,)0,(,)0(0) (,0)0,(,)(0) x y y a y y b x x b U x a ?? ?? ?? ?? += ?? ==≤≤ ==≤≤

根据边界条件可以确定解的形式： 1ππ(,)sin()sinh()n n n x n y x y A a a ?∞ ='=∑ 利用边界条件0(,)x b U ?=求解系数。 01 ππsin( )sinh()n n n x n b A U a a ∞ ='=∑ 01 πsin( )n n n x U f a ∞ ==∑ 0 0041,3,5,2πsin()d π 2,4,6,a n U n n x f U x n a a n ?=? ==??=? ? 011 πππsin()sinh()sin()n n n n n x n b n x A U f a a a ∞ ∞ =='==∑∑ 041,3,5,πsinh(π/) 'πsinh()02,4,6,n n U n f n n b a A n b n a ? =? ==??= ? 01,3,5, 4ππ(,)sin()sinh()πsinh(π/)n U n x n y x y n n b a a a ?∞ == ∑ 简单迭代法求解 二、 有限差分法 有限差分法（Finite Differential Method ）是基于差分原理的一种数值计算法。其基本思想：将场域离散为许多小网格，应用差分原理，将求解连续函数?的泊松方程的问题转换为求解网格节点上?的差分方程组的问题。 泊松方程的五点差分格式 )(4 1 4243210204321Fh Fh -+++=?=-+++?????????? 当场域中,0=ρ得到拉普拉斯方程的五点差分格式

《电磁场与电磁波》习题参考答案

《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。

北邮电磁场与电磁波演示实验

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；

北邮电磁场与电磁波实验报告

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： ()[]()() =+（式1） 010log/0 PL d dB PL d n d d 即平均接收功率为： ()[][]()()()[]() =--=- Pr010log/0Pr010log/0 d dBm Pt dBm PL d n d d d dBm n d d （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。

电磁场与电磁波复习题(含答案)

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。