电波传播理论（徐立勤）13降雨与云雾衰减预测模型

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1、第13章降雨与云雾衰减预测模型雨、云和雾都是水汽的凝结体，均以液态水滴的形式存在于大气之屮。在微波频段，雨对电波的散射与衰减是一个必须考虑的重要传播效应，特别是对于10GHz以上的频率，雨衰减是严重的。降雨还会引起无线电波的去极化。降雨对10GHz以下的无线电波散射以及对可见光波的散射效应都比较小，但是对于10GHz以上的无线电波，雨散射是强烈的。雨散射是全方位的，也就是说，不仅仅当降雨出现在收、发点之I'可大园路径上的时候可能引起对其他无线电通信系统的干扰，即使降雨远在大园路径Z外也可以引起严重的干扰。雨散射信号的强度与电波的频率和极化、传播路径距离和仰角、降雨强度、

2、雨粒尺寸分布、雨的高度和收发天线的方向性等因素均有关系。在数十吉赫以上的频率，云、雾对无线电波的衰减变得显著，。本章也将给出雨衰减的预测模型。1X1地面电路雨衰减地面电路的雨衰减与地空电路的雨衰减计算有重大的差别，使用两套不同的计算公式。地面电路的俯仰角很小，电路儿乎平行于地面，雨衰减的计算相对简单一些，没有等效高度的问题，只有等效路径长度的问题。再者，地面电路通常使用水平极化和垂直极化，而地空电路很常使用圆和椭圆极化。13.1.1地面电路0.01%时间被超过的雨衰减降雨对无线电波的散射引起无线电波能量的哀减。在计算地面电路上任意时间百分数的雨衰减Z前，我们得先计算该电

3、路上0.01%时间被超过的雨衰减［1,2］：Ar(0.01)=yR(0.01)xrxcZ,dB(13」)式(13.1)屮，(0.01)为地而电路上的雨衰减率，以dB/km计：%(0.01)=aR爲,dB/km(13.2)其屮，尺讪为地面电路上0.01%时间被超过的降雨率(雨强)，mm/h；G和b为经验系数，与无线电电波的频率和极化有关［3］：2.5292X10-7/5.8688-1.2697log/,p=H5.8370-1.2509log/P=V(13.3)(13.4)(13.5)a=v2.3053><10一72.2698-1.2145log/+0.2293log2/,

4、P=Hb=<2.2142-1」765logf+0.2239log2/,P=V以上两式中，/为频率，GHz；P为极化方式，H代表水平极化，V代表垂直极化。式(13.1)中，厂为地而电路路径长度修正因子：11+〃/d()do=35exp(-O.O15/?ool),/?0017.81,/?001>100mm/h<100mm/hkm(13.6)其屮,&）（）1——地面电路上的0.01%时间被超过的降雨率（雨强），mm/h；do——地面等效降雨路径长度，kmd——地面电路的路径距离，km；13丄2地面电路“％时间被超过的雨衰减然后，根据0.01%时间被超过的雨衰减“（0.01）,

5、计算〃％时间被超过的雨衰减A/p）,可使用以下公式:^>30°0v3O°(13.7)0.12念(0.01)(0・546+0.0431ogp),0.07禺(0.01)p~(OS55+()A39bgP),01+022(13.8)其中,念（0.01）——地而电路上0.01%时间被超过的雨衰减，dB；p——时间百分数，％；01——发射站的地理纬度;%——接收站的地理纬度；0——地面电路的平均地理纬度O13.2地空电路雨衰减地空电路的雨衰减计算要比水平电路复杂一些，除了降雨率和无线电波频率之外，我们还要考虑到，大气中的降雨只发生在低层大气中，并且雨强在传播电路上是不均匀的，这就需

6、要计算降雨的实际高度和等效路径长度；另外，随着地空电路仰角的变化，电波经过低层大气的路径长度也有所不同，因此，雨衰减的大小也随之变化，所以，电路仰角的影响是必须考虑的。地空电路雨衰减的计算的儿何图形如图13.1所示。图中，B为零度层，零度层以上的空间为冰冻层，零度层以下的空间才可能存在液态水。所以零度层的海拔高度仏就是雨的高度，它大概等于5公里左右,与地理纬度有一定关系。设地空电路的总反度为d,电路通过降雨层的实际长度是图中所示的倾斜路径长度心，折算到地面水平路径上的长度为d厂图中，〃为地空电路的仰角，心为地球站的海拔高度。图13.1地空电路雨衰减计算A:冰冻层B:零度

7、层C:液态水层13.2.1地空电路0.01%时间被超过的雨衰减在计算地空电路上任意时间百分数的雨衰减之前，我们得先计算该电路上0.01%时间被超过的雨衰减［1,2］：(13.9)(0.01)二％dsyR(0.01)'dB上式屮，缶(0.01)为地空电路上().01%时间被超过的雨衰减，以分贝计；％(0.01)为雨衰减率，以dB/km计，按以下公式计算：%(O.O1)=g/^oi，dB/km(13.10)其中，他.0】为03%时间被超过的降雨率，以mm/h计；系数。和b与无线电波的频率、极化和地空电路的仰角有关，分别按以下两式进行计算［3］