北京邮电大学电磁场场强仪实验报告

1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班级：成员：时间：2019.52目录一、实验目的...................................................................................................3二、实验内容...................................................................................................3三、实验原理...................................................................................................3四、实验步骤...................................................................................................41.实验对象选取...........................................................................................42.实验数据采集...........................................................................................6五、实验数据........................................................................................................61.实验数据...................................................................................................63.数据处理流程图.......................................................................................7六、实验结果与分析............................................................................................81.教二外侧东侧...........................................................................................82.教二外侧西侧.........................................................................................103.教二外侧南侧.........................................................................................124.教二外侧北侧.........................................................................................145.教二楼外侧全部数据.............................................................................166.实验数据汇总.........................................................................................18七、实验问题及解决方法.............................................................................19八、实验总结......................................................................................................20成员分工：..................................................................................................20实验心得：..................................................................................................20九、附录..............................................................................................................20实验代码......................................................................................................20调查问卷......................................................................................................23频谱特性测量演示实验问卷......................................................................................233一、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试方法，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、实验内容1.利用DS1131场强仪，实地测量信号场强。2.在室外或者室内条件下，阴影衰落服从的分布规律，并且画出概率分布柱状图和累积分布曲线，求出具体分布参数如均值和标准差。三、实验原理【阴影衰落】背景知识：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。理论原理：此次实验，我们研究的是建筑物外围的阴影衰落服从的分布规律，故此处主要说明阴影衰落相关原理。阴影衰落，又称慢衰落，是指在移动通信中，由障碍物阻挡造成的阴影效应，接受信号强度下降，但该场强中值随地理改变缓慢变化。慢衰落有三大形成原因，分别为：路径损耗（也是其主要原因）、障碍物阻挡电磁波产生的阴影区以及大气变化（对慢衰落影响较小）。阴影衰落是由于在电波传输路径上受到建筑物或山丘等的阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗，反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从对数正态分布。传播路径上的建筑物或其他物体对电波的遮挡效果会因其位置的不同而变化，接收到的信号功率可能相差较大。并且处于遮挡产生的阴影区的信号是由各种绕射、反射及散射波合成而来。由于在传播路径上的各个物体的作用相互独立，如果有N个物体，每个物体引起的衰减的分贝值分别为L1，L2，……，LN，则整个衰减值可以以4分贝表示为而式中Li是随机变量，按照中心极限定理，当N很大时，Li是高斯随机变量。所以，当各物体引起的衰减值以真数表示时，服从对数正态分布；各物体引起的衰减值若以对数表示时，服从正态分布。即场强中值随移动台位置变化的慢衰落服从正态分布(信号用分贝表示)式中：信号U(t)是信号中值的分贝值；m为信号中值U(t)的均值的分贝值；为信号中值U(t)的标准方差的分贝值。四、实验步骤1.实验对象选取测量信号选择为：ch6信号。测量频率选择为：ch6信号的伴音频率174.75HZ。室外环境选择为：具有砖石结构的北邮的教二，其结构为拱形结构实验测量时间及天气情况：2019.4.18，多云，10℃~23℃，东北风3-4级教二俯瞰图5教二周围环境同时，ch6信号发射塔位于测量地点的西北方向约1.6公里处62.实验数据采集实验过程中数据选择为：场强仪平放于距离胸前一拳的位置，只拉出最长一格的天线；没有特殊标志物的位置距离半波长采集一个数据，且在看到屏幕三秒时采集一个数据；在拐角或者有特殊参照物（比如窗户、空调、水管等）处密集测量数据。共计测量500个数据。测量方向：从教二的西北角开始，按逆时针方向进行测量。测量方向示意图五、实验数据1.实验数据将测量得到的数据录入Excel表格，分别以东、南、西、北以及拐角方向为单独的列。记录了时间、地点、电平值的同时记录测量时周围的可能影响电平值因素（比如窗户，空调，门，交通工具等），便于后期数据分析。（在图表中数据省略了负号和单位dBmW）以下图为例：起点7教二ch6频道信号场强原始数据记录表原始记录表格见纸质版附录3.数据处理流程图采集到的数据有近500组，需要对数据进行细致的处理以便得到明确的结论。下图所示为数据处理的流程图：实验数据采集与录入导入MATLAB画散点图，计算均值，方画信号电平概率分布直方图与正太分布拟画信号概率累积分布曲线绘制场强空间分布实验结果分析与完成报告8六、实验结果与分析1.教二外侧东侧A到B、C到D信号的突然降低是因为收到了高楼的影响。其余信号的升高、减弱有墙壁上的空调、铁管以及门等材质的影响。红线为平均值ABCD9教二楼东侧紧挨通信网络研究所，两楼中间的道路狭窄。从上面两图可知，由于近处建筑影响，电平分布与正态分布有一些差别，低电平相对其他三侧较多。尤其是东侧的南北两头信号强度格外小，中间部分由于研究所和前面的小灰楼之间有一条宽路，所以信号比较强。信号最大值为-55.9dbmw，最小值为-69dbmw，信号主要处于-65~-60之间。最大值最小值平均值标准差-55.90dbmw-69dbmw-61.86dbmw3.15102.教二外侧西侧A、B两处信号是因为路边停放有汽车的影响，AB之间有较多的低于平均值的电平，是因为有大量的自行车停放。AB11教二楼西侧为主干道，主干道西侧为高楼——教三，侧边停有大量的自行车。由图可知，电平分布与正态分布有一定差距，可见高大建筑会对信号强度产生影响。最大值最小值平均值标准差-55.30dbmw-67.60dbmw-61.14dbmw2.88123.教二外侧南侧A、B两处信号的减小是因为有高大的松树的影响。东侧信号普遍低于平均值是因为教二南侧的东边楼旁堆放大量的杂物，比如有铁皮三轮车、铁棒、卫星天线，会干扰信号的测量。BA13教二楼南侧地形也较为空旷，但是有一些高大松树可能会产生影响。由图可知，电平分布相对比较集中，基本符合正态分布。信号增长较为平缓，信号最大值为-47dbmw，最小值为-69dbmw。最大值最小值平均值标准差-47.00dbmw-69.50dbmw-57.21dbmw4.72144.教二外侧北侧教二北侧的东边信号标记比较低，是因为此处前面有主楼的影响，西边是因为停放有车辆，中间因为地形开阔，所以信号较好15教二北侧电平分布和累积概率分布如上图所示，教二楼北侧地形较为空旷，仅有一些树木可能影响较大。由图可知，电平分布基本服从正态分布，最小