哈工大电波传播自由空间传播实验
哈工大电信学院天线技术实验报告
实验报告课程名称：天线技术院系：电子于信息工程学院班级：姓名：学号：指导教师：授课教师：试验时间：2012年6月演示实验一超宽带天线的测试一、实验目的1、了解超宽带天线的概念及特点2、了解现代天线测试系统的组成3、了解现代天线测试仪器设备及其使用方法4、了解超宽带天线的测试方法二、实验原理超宽带天线是一种具有极宽阻抗带宽的天线，其比带宽一般可以达到2：1 以上，现代超宽带天线的阻抗带宽可以达到30：1 以上，可以覆盖多个波段，能够实现传统的多个天线的功能，所以受到了研究者的广泛关注。
超宽带天线不仅需要具有极宽的阻抗带宽，即它的阻抗要在极宽的频带内保持在一个范围内，还需要具有极宽的方向图带宽、增益带宽以及极化带宽。
现代的超宽带天线还需要具有稳定的相位中心，即可以不失真地辐射时域脉冲信号。
根据以上对超宽带天线的要求，可以结合所学习的天线原理进行如下天线测试的内容：（1）天线阻抗带宽的测试：测试天线的反射系数（S11），需要用到公式（1-1）：根据公式（1-1），只要测试出来的|Γ|值低于某个特定的值，就可以说明在此条件下天线的阻抗Z A 接近于所要求的阻抗Z0（匹配），在天线工程上，Z0 通常被规定为75Ω 或者50Ω，本实验中取Z0=50Ω。
天线工程中通常使用电压驻波比（VSWR）ρ 以及回波损耗（Return Loss，RL）来描述天线的阻抗特性，它们和|Γ|的关系可以用公式（1-2）和（1-3）描述：对于不同要求的天线，对阻抗匹配的要求也不一样，该要求列于表1-1 中。
（2）主极化方向图的测试方向图的测试需要测试天线在阻抗带宽内的各个频点的远场的方向图，一般最少要测试3 个频点，即下限频点f1、上限频点f2 和中心频点f0，对于更宽的频带，要根据具体情况多测试一些频点的方向图，以便全面了解天线的参数。
在工程上，一般不需要远场的三维方向图，而只需要测试两个主平面的方向图曲线，对于线极化天线来说，这两个主平面为E 面和H 面。
(精编)哈工大通信原理实验报告
(精编)哈工大通信原理实验报告H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y通信原理实验报告课程名称：通信原理院系：电子与信息工程学院班级：姓名：学号：指导教师：倪洁实验时间：2015年12月哈尔滨工业大学实验二帧同步信号提取实验一、实验目的1.了解帧同步的提取过程。
2.了解同步保护原理。
3.掌握假同步，漏同步，捕捉动态和维持态的概念。
二、实验原理时分复用通信系统，为了正确的传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，帧同步码应具有良好的识别特性。
本实验系统帧长为24比特，划分三个时隙，每个时隙长度8比特，在每帧的第一时隙的第2至第8码元插入七位巴克码作为同步吗。
第9至24比特传输两路数据脉冲。
帧结构为：X11100101010101011001100，首位为无定义位。
本实验模块由信号源，巴克码识别器和帧同步保护电路三部分构成，信号源提供时钟脉冲和数字基带脉冲，巴克码识别器包裹移位寄存器、相加器和判决器。
其余部分完成同步保护功能。
三、实验内容1.观察帧同步码无错误时帧同步器的维持状态。
2.观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态3.观察帧同步器假同步现象和同步保护器。
四、实验步骤1.开关K301接2.3脚。
K302接1.2脚。
2.接通电源，按下按键K1，K2，K300，使电路工作。
3.观察同步器的同步状态将信号源中的SW001，SW002，SW003设置为11110010,10101010,11001100（其中第2-8位为帧同步码），SW301设置为1110，示波器1通道接TP303,2通道接TP302，TP304,TP305,TP306,观察上述信号波形，使帧同步码（SW001的2-8位）措一位，重新做上述观察，此时除了TP303外，个点波形不变，说明同步状态仍在维持。
4.观察同步器的失步状态。
关闭电源，断开K302，在开电源（三个发光二极管全亮）。
哈工大《电子系统》实验报告模板
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y《电子系统》实验报告院系：电信学院班级：设计者：学号：指导教师：孙思博实验一连续波雷达测速实验一、实验目的：1、掌握雷达测速原理。
2、了解连续波雷达测速实验仪器原理及其使用。
3、使用Matlab对实验数据进行分析，得到回波多普勒频率和目标速度。
二、实验原理：1、多普勒测速原理：由于运动目标相对辐射源的运动而引起发射信号的中心频率发生多普勒频移的现象称为多普勒效应。
目标运动方向的不同决定了多普勒频移的正负。
（如图1所示）图1.多普勒效应假设发射的是重复频率为错误！未找到引用源。
的脉冲串，雷达发射信号的波长为错误！未找到引用源。
时，设目标的速度为错误！未找到引用源。
，多普勒频率为错误！未找到引用源。
,以目标接近雷达为例，错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
为接收脉冲串频率新频率错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
为雷达发射信号的载频则：错误！未找到引用源。
，当|错误！未找到引用源。
|<<c时（1）2、多普勒信息的提取：在连续波工作状态时，利用相干检波器可以得到和错误！未找到引用源。
相关的一系列频谱分量，回波分量中的错误！未找到引用源。
、错误！未找到引用源。
、2错误！未找到引用源。
等高频分量被多普勒滤波器滤除，则最后获得就是多普勒分量，利用公式(1) 可以求得目标的速度。
本实验中发射波长为3cm,采样率是2048HZ。
三、实验仪器：实验装置如下：5402DSP测速传感器混频器连续波发射机传感器输出信号放大滤波AD 串行接口PC 机FFT图3-2 连续波雷达测速实验仪器原理框图图3. 测速雷达传感器三、 实验内容与步骤：1、 利用给定装置，使用一挡光板作为目标物体，移动该物体，则通过测速雷达传感器（如图3）能够获得回波数据，并被DSP 芯片采样，采样频率为2048HZ 。
2、 通过示波器观察波形，选择一高频干扰少的波形，利用软件获得其2048个数据，并存储在计算机中。
第2章移动通信电波传播与传播模型预测
如果电磁波传输到理想介质表面， 则能量都将反射回来 反射系数（R）
1
2
1
2
入射波与反射波的比值
入射角 1 2
0 cos2 z 0
sin z R sin z
表面光滑的反射
(垂直极化）
0 j60
其中，ε为介电常数， σ为电导率，λ为波长。
只有夹角为θ（即TP ' R ） 的次级波前能到达接收点R T 每个点均有其对应的θ角， θ将在0º到180º之间变化 θ越大，到达接收点辐射能量越大
P
d
R
扩展波前
Hale Waihona Puke 图2-3 对惠更斯－菲涅尔原理说明 哈尔滨工业大学（威海）
菲涅尔区
菲涅尔区
基尔霍夫公式
从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长 d 3 / 2 度大 n / 2 的连续区域 次级波前
l (r , ) r 1010 传播路径损耗和阴影衰落 10log l (r , ) 10m log r 分贝式 式中, r 移动用户和基站之间的距离 ， ζ 由于阴影产生的对数损耗 （dB），服从零平均和标准偏差σdB的对数正态分布 m 路径损耗指数 实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB，是合理的
r (t )
哈尔滨工业大学（威海）
再考虑多普勒效应
传播预测模型的建立 为实现信道仿真提供基础
基本方法
理论分析方法（如射线跟踪法） 应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预测 模型 现场测试方法（如冲激响应法） 在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统计 分析，来建立预测模型
哈尔滨工业大学（威海）
自由空间的电波传播
哈工大电磁场与电磁波实验报告
哈⼯⼤电磁场与电磁波实验报告电磁场与电磁波实验报告班级：学号：姓名：同组⼈：实验⼀电磁波的反射实验1.实验⽬的：任何波动现象（⽆论是机械波、光波、⽆线电波），在波前进的过程中如遇到障碍物，波就要发⽣反射。
本实验就是要研究微波在⾦属平板上发⽣反射时所遵守的波的反射定律。
2.实验原理：电磁波从某⼀⼊射⾓i射到两种不同介质的分界⾯上时，其反射波总是按照反射⾓等于⼊射⾓的规律反射回来。
如图（1-2）所⽰，微波由发射喇叭发出，以⼊射⾓i设到⾦属板MM',在反射⽅向的位置上，置⼀接收喇叭B，只有当B处在反射⾓i'约等于⼊射⾓i时，接收到的微波功率最⼤，这就证明了反射定律的正确性。
3.实验仪器：本实验仪器包括三厘⽶固态信号发⽣器，微波分度计，反射⾦属铝制平板，微安表头。
4.实验步骤：1）将发射喇叭的衰减器沿顺时针⽅向旋转，使它处于最⼤衰减位置；2）打开信号源的开关，⼯作状态置于“等幅”旋转衰减器看微安表是否有显⽰，若有显⽰，则有微波发射；3）将⾦属反射板置于分度计的⽔平台上，开始它的平⾯是与两喇叭的平⾯平⾏。
4）旋转分度计上的⼩平台，使⾦属反射板的法线⽅向与发射喇叭成任意⾓度i，然后将接收喇叭转到反射⾓等于⼊射⾓的位置，缓慢的调节衰减器，使微µ）。
安表显⽰有⾜够⼤的⽰数（50A5）熟悉⼊射⾓与反射⾓的读取⽅法，然后分别以⼊射⾓等于30、40、50、60、70度，测得相应的反射⾓的⼤⼩。
6）在反射板的另⼀侧，测出相应的反射⾓。
5.数据的记录预处理记下相应的反射⾓，并取平均值，平均值为最后的结果。
5.实验结论：?的平均值与⼊射⾓0?⼤致相等，⼊射⾓等于反射⾓，验证了波的反射定律的成⽴。
6.问题讨论：1.为什么要在反射板的左右两侧进⾏测量然后⽤其相应的反射⾓来求平均值？答：主要是为了消除离轴误差，圆盘上有360°的刻度，且外部包围圆盘的基座上相隔180°的两处有两个游标。
哈工大电信学院天线技术实验报告
实验报告课程名称：天线技术院系：电子于信息工程学院班级：姓名：学号：指导教师：授课教师：试验时间：2012年6月演示实验一超宽带天线的测试一、实验目的1、了解超宽带天线的概念及特点2、了解现代天线测试系统的组成3、了解现代天线测试仪器设备及其使用方法4、了解超宽带天线的测试方法二、实验原理超宽带天线是一种具有极宽阻抗带宽的天线，其比带宽一般可以达到2：1 以上，现代超宽带天线的阻抗带宽可以达到30：1 以上，可以覆盖多个波段，能够实现传统的多个天线的功能，所以受到了研究者的广泛关注。
超宽带天线不仅需要具有极宽的阻抗带宽，即它的阻抗要在极宽的频带内保持在一个范围内，还需要具有极宽的方向图带宽、增益带宽以及极化带宽。
现代的超宽带天线还需要具有稳定的相位中心，即可以不失真地辐射时域脉冲信号。
根据以上对超宽带天线的要求，可以结合所学习的天线原理进行如下天线测试的内容：（1）天线阻抗带宽的测试：测试天线的反射系数（S11），需要用到公式（1-1）：根据公式（1-1），只要测试出来的|Γ|值低于某个特定的值，就可以说明在此条件下天线的阻抗Z A 接近于所要求的阻抗Z0（匹配），在天线工程上，Z0 通常被规定为75Ω 或者50Ω，本实验中取Z0=50Ω。
天线工程中通常使用电压驻波比（VSWR）ρ 以及回波损耗（Return Loss，RL）来描述天线的阻抗特性，它们和|Γ|的关系可以用公式（1-2）和（1-3）描述：对于不同要求的天线，对阻抗匹配的要求也不一样，该要求列于表1-1 中。
（2）主极化方向图的测试方向图的测试需要测试天线在阻抗带宽内的各个频点的远场的方向图，一般最少要测试3 个频点，即下限频点f1、上限频点f2 和中心频点f0，对于更宽的频带，要根据具体情况多测试一些频点的方向图，以便全面了解天线的参数。
在工程上，一般不需要远场的三维方向图，而只需要测试两个主平面的方向图曲线，对于线极化天线来说，这两个主平面为E 面和H 面。
哈工大高频电子线路课件
二、解调
➢ 解调是调制的逆过程。即从已调波中恢复出原基带信号的 过程。
➢ 与模拟调制相对应，也分为三种： 检波——振幅调制(AM) 鉴频——频率调制(FM) 鉴相——相位调制(PM)
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三、直接检波式接收机
特点：
①电路简单 ②接收灵敏度太差，选择性也差，很少直接采用。
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第2节 无线电发送设备的组成与原理
一、无线发送的基本任务
➢ 无线电发送是以自由空间为传输信道，把需要传送的信息 (声音、文字或图象)变换成无线电波传送到远方的接收点
二、信息传输的基本要求
➢ 传送距离要远 ➢ 要能实现多路传输，且各路信号传输时，应互不干扰
8
三、基带信号的特点：
➢ 不同的原始信息占有不同的频带宽度。 ➢ 基带信号占有的频带属于低频范围。
直接发送基带信号存在的问题
很难实现多路通信 要求有很长的天线，在工艺及使用上都是很困
难的。
9
四、载波调制传送方式：
➢ 调制：载波调制是用需传送的信息（基带信号）（调制信 号）去控制高频载波的参数，使载波信号的某一个或几个 参数（振幅、 频率或相位）按照需传送的信息（调制信 号）的规律变化。
➢ 调制方式
但传播距离远。主要用于广播、船舶通信、和飞行通信。
22
3、直线传播（空间波）
➢ 电波从发射天线发出，沿直线传播到接收天线 ➢ 适合频率f： 30MHz以上(波长λ为10m以下) 的超短波 ➢ 特点：这种传播的距离只限制在视距范围内（也叫视距传
播） 增高天线可以提高直线传播的距离。
23
4、卫星中继等
特点： ①有固定频率的中频放大器，它不仅可以实现较高的放大倍数， 而且选择性也很容易得到满足——可以同时兼顾高灵敏度与高选择性
哈工大无线电答案
Gn
S o 输出信号功率 S i 输入信号功率
T0 为标准室温，一般取 290K； k 为玻尔兹曼常数，取 1.38×10-23 J/K。 由于理想接收机的输入噪声功率 N i 为 N i kT0 Bn 故噪声系数 Fn 也可写成
Fn
( S / N ) i 输入信噪比 ( S / N ) o 输出信噪比
同样，也可求得虚警时间与门限电平、接收机带宽等参数之间的关系：
由于 T fa 根据
V 1 1 exp( T 2 ) Bif Pfa Bif 2
2
所以门限与噪声的标准差之比( VT / )
VT
2ln(T fa Bif ) 2ln(5*3600*8*106 ) 计算
习题 3： 气象微粒的尺寸远小于雷达波长，故气象微粒处于瑞利区，当降低雷达工作 频率时，气象微粒的截面积将显著减小。而雷达目标尺寸较云雨微粒大得多，通 常处于光学区，截面积趋于固定值。所以，降低雷达工作频率可减小云雨回波的 影响，而又不会明显减小雷达目标的截面积。 习题 4．证明 Swerling I 型的概率密度函数与自由度为 2 的 2 分布概率密度函数 相同。 （略）参考 2.35 小节 习题 5．工作频率为 1 GHz 的雷达，其天线宽度 D=30m，最大非模糊距离为 200 km，天线转一圈的扫描时间为 l0 s。则每次扫描雷达接收的来自点目标的回波脉 冲数是多少？ （利用以弧度表示的天线半功率波束宽度关系式 0.5 1.2 / D ） 参考：
思考题
第二章 1．假设雷达接收机的噪声系数为 3 dB，求解输出端的信噪比与输人端的信噪比相比下降了 多少 dB？ 2．如果某雷达规定的虚警时间为 2 小时，接收机带宽为 8 MHz。 (a) 虚警概率和虚警数是多少？ (b) 若要求虚警时间大于 5 小时，门限与噪声的标准差之比( VT / )是多少? 3．为什么降低雷达的工作频率可减小云雨回波的影响，而且不会明显地减小雷达目标的截 面积？ 4．证明 Swerling I 型的概率密度函数与自由度为 2 的 分布概率密度函数相同。 5．工作频率为 1 GHz 的雷达，其天线宽度 D=30m，最大非模糊距离为 200 km，天线转一 圈的扫描时间为 l0 s。则每次扫描雷达接收的来自点目标的回波脉冲数是多少？ （利用以弧度表示的天线半功率波束宽度关系式 0.5 1.2 / D ）
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Harbin Institute of Technology
《电波传播》课实验报告
实验一：电磁波在自由空间传播损耗实验
*名：**
学号： **********
班级： 1605501
同组同学：崔敬轩刘志成
指导教师：***
哈尔滨工业大学
2019年 3月 30日
实验题目：电磁波在自由空间传播损耗实验
1.实验目的：学习使用FEKO-WinProp软件进行电波传播仿真，熟
悉其Proman、Wallman和Aman等功能模块。
建立简单的自由空间传播模型，仿真场分布和路径损耗。
2.实验内容：
1，安装FEKO软件，学习使用Winprop的电波传播仿真；
2，设置自由空间的仿真环境，设置天线的工作频率；
3，分别使用定向天线和全向天线仿真电场分布及路径损耗，作曲线图；
4，可用Matlab软件计算路径损耗，并作出曲线；
5，将Winprop的仿真结果与Matlab计算结果对比及分析。
3.实验背景及理论
发射机发射信号后，经过dm的传播，功率因为辐射而受到损耗，这种损耗称为路径损耗。
路径损耗定义为有效发射功率与接收功率之间的差值。
路径损耗按有增益和无增益两种情况分别加以分析。
当在有增益的情况下，自由空间的路径接收功率为：
仿真时假定天线发射增益，接收增益均为1，即无增益条件下。
可
知路径损耗L bf=10Ig(p t
p r )，matlab计算时选择使用经验公式L b
f
=
32.44+20lgf MHz+20lgr km
4.实验步骤：
1.打开ProMan,选择Data功能中的tropography,建立地面模型，
设置地面尺寸为20km*20km
2.保存建立的模型
3.新建工程，选择已保存模型，设置天线高度为1000m，天线的
工作频率为2000MHZ,天线位置为（0，0，0）
4.打开computation功能中的propagation：compute all计算仿
真模型
5.定向天线用Aman进行设计，天线增益为为17db
5.实验数据及理论分析
定向天线方向图
全向天线Feko仿真图像
定向天线feko仿真
Matlab计算仿真
实验中选择用提高天线高度，减效地面反射影响的方式模拟自由空间的电磁波的传播，从仿真结果可以看出，衰减范围为0db—130db，实际计算的模型衰减范围则是为0db--125db，衰减速度先快后慢，近似
于指数衰减，满足公式中p r∝1。
Feko仿真模型与matlab计算存在
r2
一定差距，其原因主要有如下两点：
（1）f eko仿真的室外模型并非真正的自由空间，尽管提高了天线高度，尽可能的忽略了地面反射的影响，但软件本身仍将空气等
参数的影响算入计算当中
（2）m atlab计算时使用的是一个经验公式，忽略了许多参数的影响，计算结果本身与真实结果之间就存在一定误差
6.结论
本次实验采用高架天线的方式模拟自由空间的电磁波的衰减规律，
得出的仿真结果与matlab理论计算基本一致，验证了经验公式的正确性。
由图像可知，天线在5000m以内急剧衰减，5000m后衰减的速度逐渐平缓，路径损耗正比于距离的平方。
代码：
for i=1:10
y = -20*(log10(0.08))-20*(log10(0.05))+20*(log10(i));
fprintf('%.1f %.4f\n',i,y);
end
x=0:1:10;
y = -20*(log10(0.08))-20*(log10(0.05))+20*(log10(x));
plot(x,y);
xlabel('传播距离d/km');
ylabel('传输损耗L');
title('两径模型中传输损耗随传输距离变化的图像');。