北邮电磁场实验报告1.docx

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1、妹京彳重大琴信息与通信工程学院电磁波与电磁场实验报告北邮主楼电磁波辐射场强的研究班级：201221姓名:卢日威张心琪学号：201221201221日 期： 2015.5目录一、实验目的3二、实验原理32.1大尺度路径损耗42.2常用的电波传播模型42.2.1自由空间模型42.2.2布灵顿模型52.2.3 EgLi 模型52.2.4 Hata-Okumura 模型62.3阴影衰落62.4建筑物的穿透损耗7三、实验内容7四、数据测量84.1测量环境84.2测量注意事项1444.3数据分析错误!未定义书签。4.3.1主楼1层154.3.2主楼3层164.3.3主楼5层174.3.4主楼7层18五、理

2、论分析21六、实验总结和结论21七、任务分工22八、实验心得22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6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。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

3、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天线接收天线发射机接收机雄翳 aEUNG! UHMEfiBIP OF KBtl AHD TELECOMNUNCtf IONS2.1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

4、，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：PL（d）dB = PL（d。） + 10nlg（d / d。）（n 依赖于具体的传输环境）即平均接收功率为：P （d）dBm = PdBm - PL（d ） - 10nlg（d / d ） = P （d ）dBm - 10nlg（d / d ）rf00 r 00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。坐标为对数一对数时，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

5、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

6、算路径损耗的公式是：L = 10lg（P / P ）= 32.4 + 20lg d + 20lg f其中Lp是以dB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。0Ah、 2.43(1 -) 15 2.43(1-竺)15Ah 15m 150MHz 频段Ah 15m 150MHz 频段若将移动台的典型高度值hr=1.5m代入EgLi模型则有: W&EI/N& UHMEfiEII* OF 心的 AND HE LK 睥 MUNK

7、 * KIN 32.2.2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：L = 120 + 40lg d - 20lg h - 20lg h单位： d （km） ht （m）hr（m）Lp （dB）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:L = 116.5 + 40lg d - 20lg 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

8、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：Lp = 88 + 40lg（d） - 20lg（h） - 20lg（hr） + 20lg（f） - G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Ah有关，地形起伏越大，则路径损耗也越大。当Ah用米来测 量时，可按下式近似的估计地形的影

9、响：Ah OF PftSH AHD HELECOvIMlNlEAFKJN!6-66.3-66.5-57.9-50.2-71.9-70.6-58.8-53.4-70.4东北角-65.3-64.9东北角-66.1-70.7-64.8-67.2-61.1-73.1-65.2-62.4-58-68.5-65.9-63.1-60.9-68.6东侧向南-65.3-59.6-61.7-66.2-67.2-65.6东侧向南-54.5-74.8-66.1-64.5-56.7-71.8-68.3东北角-66.2-62.1北侧走廊向东 走-72.5-67.9-68.5-61.6-73.2-70.1-64.9-58.

10、1-73.8-66.5东侧向南-63.4-65.1-68.1-65.9-64.8-64.3-69.6-66.2-61.3-59.6-70.3-68.3-64.1-61.2-72.1-70.3-63.6-68.8-71.8-68.5-65.7-63.2-73.1-71.1-62.7-62.3-73.8-69.6-63.8-65.4-72.6-69.3-66.5-69.7-74-65.3-65.7-65.1-68-63.5-63.7-71.6-61.6-57.6-66.6-62.3-54.3-64.8-65.1-58.1-68.3-62.6-63.2-69.2-65.8-67.5-73.4-69.

11、5-62.9-63.5-64.6-57.2-62-59.1-55.1-62.3-61.9-53.4-62.6-62.5-67.9-63-62.4-60.2-60.1-65.1东南角-60.8-60-64.1-50.8-57.1-58.3-58-57.7-60.1-49.5-59.5-58.9-52.3东南角-61.3-55.2-52.2-61.2-62.1南侧向西-46.1-57.5-63.3-50.9-56.1东南角-56.9-41.4-58-58.1-42.3南侧向西-61.7-61.9-45.2-59.5-65.2-54.1-65.2-56.6-51.2-64.8南侧向西-55.2-51

12、.5-66.5-53.4-51.9-68.5-52.8-52.1-63.3-45.9-56.2-62.8-47.8-56.9-65.1-57.1-52.4-68.1-68.1-54.3-64.9-55.4-51.8-61.7-53.7-52.9-61.9-55.3西南角-53.7-65.1-56.2-48.9-64.3-59.8-52.1-64.8-58.1-47.6西南角-60.8-49.2西侧向北-55.4-64.1-50.8-57.2-65.8西南角-57.1-56.4-63.1-69.3-60.2-66.4-58.4-54.5-64.7-56.2-55.1西侧向北-64.3-56.4-

13、67.1-68.7-59.1-53.7-62.3西侧向北-60.2-60.3-62.8-64.1-59.6-64.6-64.9-64.7-61.8-64.2-62.1-60.6-64.3门-67.1-64.4-60.7-60.9-70.8-67.6-62.9-67.1-61.9-71.1-65.7-58.3-71.6-65.8-62.9-61.4-69.3-61.9-66.7-67.5-55.8-60.2-70.1-57.3-58.7-61.3-64.4-59.1-64.3-61.7-63.7-65.6-60.6-58.9-63.4-65.3-59.3-62.3-66.2-57.5-62.7-

14、70.4-65.4-63.7-65.3-56.4-70.3-62.1-50.2-66.8-68.8-52.3-64.3-61.4-56.6-62.6-63.3-54.6-65.6-64.5-56.1-66.3-64.8-57.5-65.8-67.3-61.5-66.6-59.3-66.1-61.2-61.4-66.3-62.8-62.5-68.3-55.7-62.7-56.2-59.6-53.8-58.1-53.6-61.6-55.7-65.3互5密大季:殍.UHMKBII* OF KBtl AHD nELECOMNUNCATKJNI-57.2-55.84.2测量注意事项（1）在使用场强仪时，

15、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。4.3数

16、据分析4.3.1主楼1层方差为-69.50dBmw，标准差为3.74从上面的接收功率概率分布柱状图的模型来看，实际的样本数据不是很集中。主楼1 层处于建筑低层，建筑结构不是对称性，大堂和电梯之间的信号功率相差较大。地理环境环 境较复杂，东、南和北侧都有建筑遮挡，西侧是广场，较为开阔。总体来看，信号不是很集 中，变化规律挺明显的，信号功率多集中在-66dBmw-75dBmwo4.3.2主楼3层方差为-64.53dBmw，标准差为4.20接收信号强度分布呈波动性，在一定范围内呈现正态分布特性。从信号功率分布图来看， 采集的个别点数会出现一定的跳变。主楼内门和窗户的关闭情况以及实验室内学生数量的多

17、少对数据结果造成了影响。在门开启的情况下，信号有一定增强。信号功率主要集中在-65 dBmw附近。,飞 F技 aEllNG: UH 阳?El” 0?心 H AND 正 LEE MM UH KN KJ部4.3.3主楼5层方差为-61.44dBmw，标准差为4.64主楼五楼的分布和三楼差不多，不过由于楼层较高，周围没有高于五层的建筑遮挡，因 此信号衰减较小，主要集中在-63dBmw附近。必瑞大岁.十 日EIJINS UHMEfiEIFP M POSH AND TELECOvINlHCtf KH4!4.3.4主楼7层方差为-58.03dBmw，标准差为6.15主楼七楼的周围建筑遮挡已经可以忽略不计了

18、，信号分布有一定规律，较为平稳，说明 主楼四周环境因素影响逐渐减小，信号功率集中在-58dBmw附近。:蕙I必京字宣大学:辎吉/UhiWfiEir OF 心的 AHD 正LEEMMSK/KJiH4.3.5主楼各层电梯间1 尊此京W您大修臼EIJi曜! UhlWEKBIP 0=心的 AND HELE0MNUMl：ArKM5主楼的电梯间位于两个天井之间，且前后两侧都有电梯遮挡，电梯是由金属构成的，所以信号衰减很高，即信号的穿透损耗大，其信号功率比各层的走廊都小，主要集中在-72dBmw附近。五、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 测量频率ESSSBf=97.4MHz

19、发射天线高度ht=50m移动台高度hr=1.5m发射功率Pt=10kw各个模型的路径损耗通过测量发现，信号的平均接收强度约为-62.98dbm，而由查到的数据知发射功率为 70dbm，故信号的衰减约为132.98db。通过上面数据可以发现，此主楼模型最接近于EgLi模型。在测量范围内，仅有0.46db 的误差。我们可以选定EgLi模型，然后根据相应的实测数据得出修正后的模型。白由空间模型布灵顿模型口125.&9dB职L模型133.44dBHats-Okumura 模型-134.&2JB4J六. 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

20、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。电磁波在建筑群间的传输，主要依靠的是绕射现象。当楼层小于三层时，测量的高度平均比较小，电磁波在此空间区域内传输时会遇到各种各样的障碍物，如建筑物、车辆、行人 等等，因此在传播过程中会发生大量的绕射，相比起中频信号，低频信号的波长更长，绕射 能力也越强，所以信号的衰减程度会相对小一些，导致测量到的信号电平均值要相对大一些。 而当楼层大于

21、三层时，测量的高度平均比较大，在此空间区域内的障碍物相对低空的要少很 多，因此电磁波在传播过程中产生的绕射现象要比在低空传播时少，在失去绕射能力强这个 优势后，穿透力较弱的低频信号的衰减自然要比中频信号大了，接收到的信号电平均值自然 就小了。这就造成了在不同楼层不同频率的信号有不同的衰减的结果。总的来说，频率对电 磁波传播的影响主要有两个，其一是影响了其绕射能力，其二是影响了其穿透能力，除此之 外还应该考虑建筑材料、地形、建筑密集度等等因素，应具体情况具体分析，不应一概而论。观察数据，不难发现电平信号基本满足随着楼层的增高而增大的特点，结合 电磁波的相关知识，易得出楼层越高信号衰减越小的结论。

22、而在一层测得的信号 的电平强度的均值要比在外围测得的要小，亦可得出信号衰减在室内要强于室外 的结论。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、任务分工卢日威：数据测量，数据录入，理论总结和报告撰写。张心琪：数据测量，数据分析，matlab编辑和报告撰写。八、实验心得8.1卢日威实验心得（学号：2012210585 序号：15）本次实验中，我主要记录数据。我们是从学六顶层往底层测量的，在测量的过程中， 我记录数据都是按照先北区，然后西区，最后南区的顺序。同一规则记录数据，能有效地帮 助我们进行数据对比，发现实验过程中的规律以及干扰因

23、素。我们选取的实验时间是下午两 点到五点。这段时间同学们基本不在寝室，楼道人较少，同时寝室门基本上全部关闭。我们 通过采取合理的时间和各楼层相同位置的采样点来减小实验误差。这次实验让我受益匪浅， 令我学会了如何在实验过程中减小误差。感谢老师给我们提供的机会！8.2张心琪实验心得（学号：2012210591 序号:20）本次实验是一次非常有意思的实验。我们很少有这样的在校园内各地测量的机会。通过 本次实验，我对电磁场与微波学科的兴趣提高了。这次实验也加强了我的动手能力和团队协 作能力。本次实验对于数据分析和matlab应用是一个考验，有助于我们数学、物理理论分 析能力的提高。我也通过这次实验切实的了解到了我身边的电磁环境是怎样的。感谢老师与 同学的帮助与配合！