电波传播理论（徐立勤）12大气吸收与散射损耗预测模型

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1、第12章大气吸收与散射损耗预测模型本章研究无线电波在对流层晴空人气中传播时的损耗。晴空大气的一个重要传播效应是，大气中的水汽和氧气会吸收无线电波的能量，引起无线电波场强和能量的衰减。在更高的频率，还冇二氧化碳等其它气体也会对电磁波的能虽产生吸收。大气吸收现象主要发生在10GHz以上的频段。大气吸收的理论性分析可参考木书的第七章或书［1］。对流层晴空大气的另一个重要传播效应是，大气中的湍流不均匀体对无线电波的散射。大气湍流散射效应，既是一种有效的无线电通信手段，也是引起无线电干扰的有害因索。无论在超短波还是微波频段，对流层湍流散射均可

2、发生。对流层湍流散射的详细论述可参考专著［4］。12.1地面电路大气吸收模型从量子力学的观点来看，电磁波是由光粒子组成的，光子具有固定的能量（普朗克常数与频率的乘积）。当电磁波在人气中传播时，气体的分了吸收电磁波光了的能量，实现了其分了内能能级的跃迁，而电波能量则遭受衰减。氧气的主婆吸收谱线位于60GHz、118.75GHz和368.5GHz。而水汽的吸收谱线则位丁22.235GHz、183.310GHz和325.153GHz。在气体分了吸收谱线的频率上，无线电波的能量会被强烈地衰减，这对地面和地空通信是非常不利的；但是，对于卫星间

3、的通信却可以使川这些频率，因为在高空气体分子密度非常稀薄，气体吸收引起的损耗H然就很小，而且由于低层人气对这些频率的电波有很强烈的衰减，利用这些频率的卫星间通信就不会干扰地面的通信业务。首先，我们需要计算无线电波在大气中每通过单位距离吋被衰减的分贝数，即大气对无线电波的衰减率。然后沿传播路径对衰减率进行积分便可得到该电路上大气衰减的总效果。为此，在工程实践上，可以采用ITU-RecP676-4人气气体衰减模型［2］,该模型也被国家标准GBfT14617.3—93“陆地移动业务和固定业务传播特性”［5］所采用。在地面电路上，氧气和水汽

4、对电波的吸收损耗可以表示为［2］：心=［%+人S）］〃（12.1）6094.817.19x10-3++；严+0.227(于一57)2+1.50/2xl0-3,f<57GHzYo=0.2650.0283.79x10“f++(/一633)2+1.59(于一118尸+1.47(12.2)(/+198)2x10-3,63GHz

5、（氧气和水汽）吸收损耗，dB；yo氧气吸收率，dB/km；人水汽吸收率，dB/km；d——干扰信号传播路径距离，km；f—率，GHz；P——水汽密度，g/m这是由严格复杂的理论推演与人量的实验测试数据相结合而得到的结果，是半理论半经验的公式，它有较高的预测精度。12.2地空电路大气吸收模型地空电路的大气吸收损耗计算要比水平电路复杂一些，这主要表现在以下儿个方面：大气中的水汽和氧气主要分布在低层大气中，并且其密度是不均匀的，随高度的增加而递降，这就需耍引入等效高度的概念；不同的地空电路具有不同的仰角，所以电波经过低层大气的路径长度就

6、有所不同，因此，总体的吸收损耗就不一样；此外，沿射线路径，人气的温度是随高度的增高而降低的，所以要求进行温度修正。地空电路的大气吸收损耗计算可以基于以下公式。首先，分别计算出氧气和水汽的衰减率％和[2]:6.094.817,19X103+/2+0.227+(/-57)2+1.5/2xl0~f<57GHz0.0283.79皿/+(「驚二5异—⑻5.47(/+198)2x10~3,(12.4)63GHz

7、2.5)(/-183.3尸*90(于_325.4尸+26.3接着，第二步则计算氧气和水汽的衰减率的温度修正项：Ay0=/0(15-f)/100,dB/km(12.6)Ayu.=yn(15-z)xO.OO6,dB/km(12.7)随后，第三步计算氧气和水汽分布的有效高度几和饥:6,/<57GHz40v［门6+—,63

8、求得低仰角时氧气和水汽的等效路径长度修止因子g（/i0）和巩九‘）：=6370x£,kmy=Jsin，&+2/g/©^(/z0)=0.661y+0.339-Jy2+5.5AO/r.g(/iJ=0.66l.y+0.3397/+5.5/?