北邮电磁场与电磁波演示试验

北京邮电大学电子工程学院实验中心<电磁场与微波测量实验>实验报告实验名称：无线信号场强特征的研究班级： xxx 学院： xxx组内成员：姓名： xxx 班内序号： 7 学号： xxx 姓名： xxx 班内序号： 8 学号： xxx姓名： xxx 班内序号： 9 学号： xxx 报告撰写人： xxx目录一、实验目的 (2)二、实验原理 (2)1.电波传播方式 (2)2.无线信道中信号衰减 (2)（1）衰落 (2)（2）路径损耗 (2)（3）建筑物的穿透损耗 (4)三、实验内容 (4)四、初步分析与推测 (4)五、数据测量 (5)六、数据处理 (6)1.第一组数据 (6)2.第二组数据 (7)3.第三组数据 (8)4.第四组数据 (9)5.数据处理代码 (9)（1）前四组数据 (9)（2）第五组数据 (12)七、误差分析 (14)八、实验总结 (15)一、 实验目的1． 通过实地测量校园内室内外的无线电信号场强，掌握室内外电磁波传播的规律。

2． 熟悉并掌握无线电中的传输损耗，路径损耗，穿透损耗，衰落等概念。

3． 熟练使用无线电场强仪测试空间电场强的方法。

4． 学会对大量数据进行统计分析，并得到相关传播模型。

二、 实验原理1. 电波传播方式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. 无线信道中信号衰减无线信道中的信号衰减分为衰落，路径损耗，建筑物穿透损耗。

此外还有多径传播的影响。

（1） 衰落移动环境下电波的衰落包括快衰落和慢衰落（又叫阴影衰落），快衰落的典型分布为 Rayleigh 分布或Rician 分布；阴影衰落的典型分布为正态分布，即高斯分布。

北邮电磁场与电磁波实验三四五————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验三、双缝干涉实验1. 实验目的掌握来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的影响。

2. 实验设备S426型分光仪3. 实验原理图一 双缝衍射原理图如图1所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，则每一条狭缝就是次级波波源。

由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的后面空间里，将产生干涉现象。

当然，光通过每个缝也有衍射现象。

因此本实验将是衍射和干涉两者结合的结果。

为了主要研究来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，设b 为双缝的距离，a 为缝宽，a 接入波长λ。

因此，取较大的b ，则干涉强度受单缝衍射的影响小；反之，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。

干涉加强的角度为：干涉加强的角度为：（）干涉减弱的角度为：（）本演示实验中，只对1级极大干涉角和极小干涉角作讨论。

4.实验内容与步骤仪器连接时，预先接需要调整双缝衍射板的缝宽，当该板放在支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90刻度的一对线一致。

转动小平台使固定臂的指针在小平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。

这时调整信号电平使表头指示接近满度。

然后从衍射角0开始，在双缝的两侧使衍射角每改变1度去一次表头读数，并记录下来。

由于衍射板横向尺寸太小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应小些。

5.实验数据与分析5.1.双缝衍射实验a=40mm;b=80mm,λ=32mm1)实验测量数据φ右侧电流强度（μA) 左侧电流强度（μA)平均电流强度（μA)0°90 90 901°96 100 98 2°100 94 97 3°100 61 80.5 4°98 39 68.5 5°68 20 44 6°36 15 25.5 7°16 18 17 8° 6 25 15.5 9° 4 38 21 10° 6 52 29 11°10 50 30 12°25 42 33.5 13°40 40 40 14°48 48 4815°56 56 56 16°55 78 66.5 17°47 96 71.5 18°38 100 69 19°23 100 61.5 20°10 99 54.5 21° 4 91 47.5 22° 2 82 42 23°0 74 37 24°0 60 30 25° 1 46 23.5 26° 4 24 14 27° 6 9 7.5 28°8 4 629°8 4 6 30°7 15 11 31° 5 52 28.5 32° 4 98 51 33° 3 100 51.5 34° 2 100 51 35° 1 100 50.5 36° 1 100 50.52)理论分析将双缝的参数a=40mm;b=80mm,λ=32mm代入方程中，得到下表：K 0 1 2 3 1（极0°15.47°32.23°53.13°大值）2（极7.66°23.58°41.81°68.96°小值）3)作图分析120100806040200°2°4°6°8°10°12°14°16°18°20°22°24°26°28°30°32°34°36°其中，蓝色的曲线代表原始数据，绿色的离散值代表极大值，红色的离散值代表极小值。

北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：电磁波反射和折射实验单缝衍射实验学院：电子工程学院班级：2010211203 班组员：崔宇鹏张俊鹏章翀郑春辉孔繁强2013年4月9日实验一电磁波反射和折射实验一、实验目的1•熟悉S426型分光仪的使用方法2•掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法3•掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法二、实验设备与仪器S426型分光仪，金属板，玻璃板三、实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。

四、实验内容与步骤1•熟悉分光仪的结构和调整方法。

2•连接仪器，调整系统。

图1反射实验仪器的布置如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。

3.测量入射角和反射角反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。

而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。

这是小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。

转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。

如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。

做此项实验，入射角最好取30°至65 °之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。

做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。

五、实验数据与处理1•金属板全反射实验实验数据及处理如下表1所示表1金属板全反射实验数据表2•玻璃板上的反射和折射实验实验数据及处理如下表2所示表2玻璃板上的反射和折射实验数据表六、实验误差分析根据电磁波在金属板与玻璃板反射实验结果可以看到，反射与折射大体上遵循反射和折射定律，但与理论值存在一定偏差，主要表现在：各个角度的反射实验中反射角与入射角有一定差异；玻璃板的反射与折射实验中反射、透射系数相加并不为1,且均比1大，我们认为这些差异主要由于以下实验误差引起。

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：校医院4G信号场强特性的研究指导老师：日期：2015年6月目录一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (3)1、实验地点 (3)2、数据采集 (4)3、数据录入 (4)4、数据处理流程 (4)五、实验结果与分析 (4)1、磁场强度地理分布 (4)2、磁场强度统计分布 (4)3、建筑物的穿透损耗 (5)六、问题分析与解决 (5)1、测量误差分析 (5)2、场强分布的研究 (6)七、分工安排 (6)八、心得体会 (6)九、附录 (8)十、网络参量测量演示实验问卷 (19)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。

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。

.信息与通信工程学院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。

三、 实验原理1) 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。

在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物遮挡，它所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，他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：00()[]()[]()[]10log(/)r r r P d dBm P d dBm X P d dBm n d d X σσ=+=-+其中，X σ为0均值的高斯分布随机变量，单位为dB ，标准偏差为σ，单位也是dB 。

对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同的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的分析阴影的随机效应。

它的概率密度函数是：22()()2x m f x σ-- 应用于阴影衰落时，上式中的x 表示某一次测量得到的接受功率，m 表示以dB 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 。

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—3GHz2.ESPI 测试接收机的RF输入端口最大射频信号: +30dbm，最大直流:50v3.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~1602KHzGSM900：上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHzGSM1800：上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHzWCDMA：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzCDMA2000：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzTD-SCDMA：2010～2025MHz5.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—3GHz2端口最大射频信号: 10DBM3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。

北京邮电大学电磁场与电磁波测量实验实验报告实验内容：微波天线方向图测试实验学院：电子工程学院班级：2010211203班学号：10210863姓名：张俊鹏2013年5月23日一、实验目的微波天线是微波通信设备中一个重要的组成部分，微波信息的质量与天线性能密切相关。

通常，微波天线都为面式天线，验证这类天线的性能，首先是通过测量来实现的。

本次实验的主要目的就是研究天线发射微波信号后接受的状况，并通过矢量网络分析仪来分析接受电磁波的特点，给出矢量分析图形，直观的得到各方向的长枪分布特点，从而进一步研究微波天线的通信状况。

二、微波天线的主要技术参数1.方向性（1）方向性图天线的基本功能是将馈线传输的电磁波变为自由空间传播的电磁波，天线的方向图是表征天线辐射时电磁波能量（或场强）在空间各点分布的情况，它是描述天线的主要传输之一。

天线的方向性图是一个立体图形。

它的特性可以用两个互相垂直的平面（E平面和H平面）内方向性图来描述。

如下图1所示。

图1 天线方向性图天线方向性图能直观地反映出天线辐射能量集中程度、方向性图越尖锐，表示辐射能量越集中，相反则能量分散。

若天线将电磁能量均匀地向四周辐射，方向性图就变成一球面，称作无方向性，这就是一理想点源在空中辐射场。

天线方向性图可通过测试来绘制，如测得的是功率，即可绘出功率方向性图，如测得的是场强，则绘出场强方向性图，但两者图形形状是完全一样的。

通常图形方向性图有多个叶瓣，其中最大辐射方向的是叶瓣，称主瓣，其余称副瓣（或旁瓣）。

在方向性图中主瓣信息是我们最关心的。

●方向性图主瓣宽度方向性图主瓣宽度是指半功率点（功率下降为最大辐射方向功率一半之点）之间宽度，它是由主瓣最大值“1”下降到“0.5”处两点与零点连接形成的夹角，用2θ0.5来表示，如图2所示。

图2 方向性图主瓣副瓣示意●方向性图主瓣零点角如图2所示，方向性图零点角是指主瓣两侧零辐射方向之间夹角，用2θ0来表示。

北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告学院：电子工程学院班级：组员：报告撰写人：学号：微波实验单元项目3.3.1 衰减器的特性测量一、实验目的（1）熟练掌握频谱分析仪的使用（2）了解衰减器对微波信号的衰减机理以及相关特性。

二、实验仪器微波信号发生器、衰减器（10db），频谱分析仪三、实验内容及数据处理以下实验按照图1连接测试。

1.衰减器的测量（1）设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz、-10dBm和-20dBm）。

（2）将输入输出电缆短接。

用频谱分析仪测量衰减器的输入信号电平，测试数据记录到表格1中。

（3）接入被测衰减器。

用频谱分析仪测量衰减器的输出信号电平，计算衰减器的衰减量以及与标称值得误差，测试数据记录到表格1中。

（4）改变微波信号发生器的输出频率，重复以上测量，测试数据记录到表格1中标称值（10dBm）表1 衰减器的衰减量测量分析：因为我们本次实验并没有对应的衰减器，因此使用的衰减器是PIN衰减器，上面标明的衰减量为>=10dB,而实际上要求用的衰减器其衰减量为10dB，因此在计算标称误差的时候，是以标准衰减量10dB来计算的。

相应的数据计算过程如下：850MHz:衰减量=-10.29-（-20.87）=10.58；标称误差=10.58-10=0.58；误差率5.8%900MHz:衰减量=-11.21-(-21.24)=10.03 ；标称误差=10.03-10=0.03；误差率0.3%950MHz:衰减量=-10.98-(-21.79)=9.81 ；标称误差=10.98-10=0.98。

误差率9.8%可见：误差在允许的范围内可以被接受。

2.幅频特性测量（1）设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz、-20dBm）。

（2）将输入和输出电缆短接。

用频谱分析仪测量并记录衰减器的输入信号电平。

（3）接入被测衰减器。

设置频谱分析仪的中心频率为指定频率（如850MHZ），设置合适的扫描带宽（如100MHZ），适当调整参考电平使频谱图显示在合适的位置。

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—3GHz2.ESPI 测试接收机的RF输入端口最大射频信号: +30dbm，最大直流:50v3.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~1602KHzGSM900：上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHzGSM1800：上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHzWCDMA：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzCDMA2000：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHzTD-SCDMA：2010～2025MHz5.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—3GHz2端口最大射频信号: 10DBM3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。