5mm波段大气传播特性的研究+文献综述(5)

2 晴空大气衰减特性研究
    5mm波段电波穿过大气时，大气中水汽和氧气分子会吸收电波能量而产生能级跃迁，从而引起电波衰减。水汽分子具有固定的点偶极子，氧气分子具有固定的磁偶极子，它们都具有固定的频率，当电波频率与其固有的谐振频率相同时，就会产生强烈的吸收，从而使得毫米波电波产生衰减。对于5mm波段，氧分子吸收峰为60GHz，水汽分子的吸收峰为22GHz和183GHz，在5mm波段水汽吸收没有峰值。气体衰减主要受到频率，水蒸气浓度和天线仰角的影响。在无线电传播中，气体吸收可以看作为一个常量，和降雨等引起的衰减相比，大气吸收衰减是一个缓慢的过程。
    大气吸收是电波传播时连续发生的，所以首先应确定衰减率，然后再按衰减率的积分确定整个传播路径上的衰减。
2.1 接地面水平路径上的衰减
    近地面水平路径上的衰减是由于氧气吸收和水汽吸收产生的，记氧气的衰减系数为，水汽的衰减系数为。由于氧气衰减率和水汽衰减率在整个积分路径上为常数。所以求衰减率的积分，总路径上的衰减为：（2.1.1）
式中，d为卫星系统到地面的距离（km）。
    我们要计算大气衰减，就得利用合适的模型，分别得出水汽吸收衰减系数和氧气吸收系数。大气衰减就是由氧气吸收衰减和水汽吸收衰减组成的。
2.1.1 水汽的吸收
1. MPM模型（毫米波传播模型）[1]
    这种模型可适用于高至1000GHz的频率，所以在5mm波段（50GHz~70GHz）是完全适用的。对于这种模型，水汽的吸收系数为为：
                 ，           （2.1.2）
其中是水汽的折射率的虚部，可分解为：
                            （2.1.3）
上式右边的求和是对表2.1.1的水汽谱线进行的，是经验修正项，它表述了频谱的连续部分且部分的考虑了来自1到30GHz间非常强的谱线的贡献。F是VanVleck-Weisskopf函数[6]
                               （2.1.4）
强度S和半宽度γ由下面式子给出
式中p是干燥空气的压强（p=1013hPa=1.013*10E5）,e是水汽压强，0摄氏度情况下的水汽压强为0.6082KPa(=608.2Pa)。大气总的压强为P=p+e 。压强以帕表示，频率单位为赫。表2.1.1给出了各种频率下谱线的系数，，的值。项由下式给出
                表2.1.1 300GHz以下空气中水汽谱线参数[3]
（GHz）   (Hz/Pa)      (Hz/Pa)
22.23508   0.1090   2.143   27.84 E3
67.813960   0.0011   8.730   27.60 E3
119.995940   0.0007   8.347   27.00 E3
183.310117   2.3000   0.653   28.35 E3
321.225644   0.0464   6.156   21.40 E3

2 .CCIR和Gibbins模型[4]
这些模型主要用于接近海平面的地面传播，没有给出吸收系数随温度和压强而变化的情况，所以在实用中受到一些限制。
CCIR模型[5]：对于总压强为1013毫巴，温度为15摄氏度
，                                        （2.1.8） 5mm波段大气传播特性的研究+文献综述(5):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_6861.html