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4 降雨衰减特性研究 25
4.1 雨滴的大小和形状 25
4.2 雨滴尺寸分布模型 25
4.3 水的介电特性 27
4.4 雨衰减率计算 28
4.5不同模型衰减讨论 31
4.6 本章小结 34
5 降雪衰减特性研究 36
5.1 雪衰减计算模型 36
5.2 降雪衰减率的MATLAB仿真讨论 38
5.3 本章小结 42
6 沙尘衰减特性研究 43
6.1 沙尘衰减简介 43
6.2 沙尘粒子尺寸分布 43
6.3 沙尘的介电常数 45
6.4 沙尘衰减计算 46
6.5 沙尘衰减MATLAB仿真分析 47
6.6 本章小结 49
结 论 51
致 谢 52
参考文献 53
1 绪论
1.1 研究背景和意义
随着现代社会进入信息化时代，无线电通信已经广泛应用于军事、科研以及我们的日常生活中，而且随着社会的发展，无线通信已成为我们工作学习必不可少的工具。但是随着无线通信应用越来越广泛，通信信道变的越来越拥挤，通信信息量越来越大，对带宽的要求也越来越宽。因此，在现阶段，对毫米波的研究以及开发利用将会对无线通信带来新的发展。
然而，无线电传播频率的不断提高，毫米波在大气中传播时由于氧气、水汽吸收产生的衰减也不得不考虑。同时，毫米波在大气传播时，还要受到各种天气的影响，如降雨水滴对毫米波的吸收效应产生衰减，云雾滴的吸收以及浮沉吸收对毫米波产生衰减，这些问题在利用毫米波时都必须考虑。限制毫米波传播的最主要因素是空气中的水分含量，降雨产生的衰减会减弱雷达回波信号，降雨的散射造成杂波干扰，降雨的辐射还将增加接收天线的噪声温度，降低信噪比，这些对毫米波通信的性能产生重要影响。如果不考虑降雨对毫米波在降雨环境中的传播特性，就无法精确的确定其他的相关参数，使得系统无法全天候工作。因此，研究毫米波在降雨环境中的特性是充分利用毫米波的基本要求。
由于大气本身的复杂性以及其分布结构的不均匀性，尤其是对高频视距和低仰角地空路径传播，传播路径更长，大气因素对毫米波传播的影响更显著。因此，对地空路径毫米波传播的研究也具有重要意义。
对毫米波大气传播研究在实验平台是很难实现的，尤其是地空路径毫米波传播测试成本相当高，使得这方面的相关实验数据非常稀缺，所以我们通过理论分析和数值模型计算获得相应结果，通过MATLAB软件进行仿真得到更直观的分析结果。
我国开展微波传播研究的单位主要有中国电波传播研究所、中科院大气物理研究所、西安电子科技大学电波所以及南京理工大学等单位。由于我国技术水平和研究经费的限制，除在部分地区开展了一定的实验研究，取得了一定的研究成果，但是研究还不够深入。目前，在国内为，对大气离散随即粒子中某一种因素对毫米波传播的衰减特性都已经进行了不同程度的研究，但是这仅限某一种因素，而对大气多种复杂因素对毫米波传播的影响研究就很少，即对大气复合因素研究较少。随着频率的提高，大气因素对毫米波传播的影响将不容忽视，尤其是多种因素同时存在时，将对毫米波传播产生无法估量的影响。
目前，由于良好的线性条件，对3mm和8mm波段的研究相对较多，利用也更广泛。但是对5mm毫米波的研究就相对较少，5mm波段在晴空条件下传播时，由于在60GHz处的氧气吸收带，对电波传播产生很大的衰减，相对3mm和8mm波段，传播性能略显不足，使得5mm波段的研究和应用比较少。但是在多元化的今天，劣势可化为优势，在其他方面得到应用。因此，对5mm波段的研究也变的更加重要。本论文将对5mm波段在大气传播时的各项传播性能进行详细分析研究。