大气降水引起的电磁波的衰减

‘互Ⅱ岱里±趣盔》；!Q!至噩!嬲基墓；；!期 ＆逼堡皇笪星蓬查g 大气降水引起的电磁波的衰减 吴超，何建国 (国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073) 摘要：电磁波在对流居中传播时，不可避免地要受到各种大气微粒的影响而产生衰减，而大气降水是引起电磁波衰减 的最常见也是最主要的原因。大气降水有多种形式，主要为降雨、降雪、雾等。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了各种降水形式的影响，从理论上进行 了推理计算．并且给出了衰减率计算的方法，最后以图的形式直观地展示了大气降水对电磁波传播的衰减。 关键词：大气降水；电磁波；衰减率{米散射理论 ； 中图分类号：TN926+．4 文献标识码：B 文章编号：1004—373X(2006)07—025—03 AttenuationofElectromagneticWaveReducedbyAtmospherePrecipitation WuChao．HEJianguo (SchoolofElectronieScimandEngin∞rlng．NationalUaiversiwofDefenseTechnology．Changsha，410073，China) Abstract：Whenspreadingabroadinthetroposphere，itishardtOavoidthatelectromagneticwaveisreducedbecauseoftheinfluence ofatmospheremote，inwhichprecipitationisthemostfamiliarandthemajorelement，includingrain，snow，fogandSOofLInthispaper， influenceofseveralwaysofprecipitationisanalyzed，andisinferredbythewayoftheory．ExpressionsaresolvedtOcalculatetheatten— uation，andtheattenuationofelectromagneticwavereducedbyprecipitationisshowedinthewayofgraph． Keywords：atmosphereprecipitation；electromagneticwave!attenuation；Mie 在地面或者地一空的电磁渡传播路径上，电磁波在对 流层介质中传播，而对流层不是真空，除了大气之外，还包 含介电粒子，比如大气降水(即水凝体，比如雨、雪、云、雾 等)、灰尘、沙等等。因此，在考虑用于卫星通信、气象学、 遥感以及各种雷达用途时，必须有关于电磁波在大气微粒 中传播的衰减数据。对于大多数不采用吸收频率 (60GHz，118GHz，183GHz)的实际应用而言，晴天大气 的衰减不超过10dB／km，在靠近地平面的晴朗大气中，电 磁渡的衰减是可以忽略不计的。在各种大气微粒中，大气 降水是最常见也是最主要的引起电磁波衰减的因素。 1基本理论 采用米散射理论进行分析。实际的大气降水，粒子之 间的距离相对于波长而言离得足够远，可以当作稀疏介质 来处理，假定散射主要来自粒子的一次前向散射的贡献。 在稀疏介质中，散射场假定为一次前向散射场，那么 位于(z，Y，O)的粒子在坐标(0，0，=)处的电场为： 丽赫x2--i结等卅⋯1∽ 式中，z一如，n为介质球的半径，^为渡数。r为散射点离 粒子的距离。 按照米散射理论分析，可得到等效均匀介质的散射传 播常数^，为： 护一i擎rs(0)Ⅳ(D)dD(3) 其中，D。是粒子的最大直径，N(D)为粒子的尺寸分布。 由粒子散射产生的衰减率a(dB／kin)和相移率 (。／km)为： a一8．686×1。3笋』D_ReES(0)]N(D)dD㈤ 自一57．296×103 D Im[S(O)]N(D)dD(5) 式中，^为自由空间传播常数(m-1)；N(D)为粒子尺寸分 布密度；D为粒子直径(ram)。 E：晶exp(一i妇)+E薹粤exp(一ikr)(1) 2降雨引起的衰减率 1／口'- 式(1)中第1项是入射场，第2项是散射场，S(0)是前向散 射幅度函数，得到参数z的级数展开式： s㈤一1帛+雨e--I(端+等+ 收稿日期：2005—09～27 在雨衰减的预报中通常都是用降雨率R来表示降雨 的大小，雨滴的尺寸分布与降雨率月之问有如下的物理 关系： R一9×105I N(D)D2v(D)dD(6) J0 常用的雨滴尺寸分布是马歇尔一帕梅(Marshall一 25 万方数据 墨鱼委：丕j睡坐I』垄墅里堡退笪塞握 Palmer)分布： 常数： N(D)一Noexp(--AD)(7) 其中： No=8000，(m“mm-1)；A一4．1R““，(mm_1)(8) 式中D是以mm为单位的雨滴的直径，R是以mm／h为单 位的降雨率。 水的介电特性是由水分子的极性造成的。最早由 Debye给出了水的复介电常数： e 2 E—q--』1+。—i2坠,1。A (9) 式中，￡，是静电场的水的相对介电常数，近似于80。^，是松 弛波长，^是工作波长。该模型适用于一20～50℃的温度 范围以及2um到几百米的波长范围。 利用式(9)和式(4)，(5)就可以计算出降雨引起的电 磁波传播的衰减率。 另外，计算降雨引起的电磁波传播的衰减率还有一个 经验公式： Ⅱ=aR 6 (10) 其中，a是以dB／km为单位的衰减率，R是以mm／h为单 位的降雨率。a和b是依赖于频率、雨滴尺寸和雨滴温度 的参数，如表1所示。对于较低的频率或者频率接近光学 频率但是降雨率很低的情况，以上公式是严格成立的，对 于其他情况也是一个很好的近似。 衰1温度为20℃时，寰减率a=aR’中n．6与龋率的关系 颤单／GHz a b 频卓／GHz Ⅱ b 1 0 0．0000514 0．852 12 0．01811 223 1．5 0．000114 0．867 15 0．0357 1160 2 0 0．000202 0．887 Z．5 0．000319 0．913 25 0．127 1064 3 0 0 000464 0．943 30 O．191 1．032 3 5 0．000640 0981 35 0．269 0．999 4 0 0．000848 1 025 40 0．360 0．966 5．0 O00138 1．122 50 O．572 乱900 6．0 000213 1．209 60 0．796 0．847 7．0 0 00326 1 255 70 l_01 O．807 8．0 0．00484 1Z80 80 1．21 0．772 9 0 0 00710 1 274 90 1．39 0．744 10 0．0101 1 260 100 l 53 0．721 11 0．0137 1 244 3降雪引起的衰减率 冰晶体的尺寸分布为： N(D)一Noexp(一AD) (11) 式中： No一3．8×10⋯R”，(m一3mm-1)； A=25．4R_。“，(mm“)(12) 随着地区和天气的不同，雪也有多种形式，有干雪、潮 雪、湿雪、水雪之分。可以取下式导出的e；作为雪的介电 26 针e,--。1锄暑¨景垤暑(13) 其中旧。巳和E。分别是冰、空气和水的介电常数；A，声。，“ 分别代表冰，空气和永占总体积的比率；参数“依赖于雪 花的形状。对于不同的雪，“有以下的值： rZ，干雪 ”一也基 ⋯， co，水雪 只有正确地把握好了降雪的类型，才能准确地计算出降雪 所引起的衰减率。 干雪的衰减率由式(15)可以计算： 。：0．00349攀+o．00224导(dB／km)(15) 这个公式仅适用于干雪，其中R是雪的降水率(mm／h)，^ 是波长(cm)。 4云的影响 计算云引起的电磁波传播的衰减，有如下的适用于整 个微波频段，在一10～20℃温度范围内，精度较高的云衰 减计算公式： 靠一4．34翅幽堕她罂寻旦二趔M(16) 式中，T为云中的温度(k)，M为含水量(g／ma)，A为波长 (cm)。 5雾的影响 雾滴的直径通常为2～120“m之间。大多数雾滴直 径在温度为正时，约为14～30pm，温度为负时约4～ 10“m。通常用能见度即能见距离D(m)来表示雾的含水 量M(g／m3)。表2给出了能见度与含水量之间的关系。 褒2雾的含水量M(g／m3)与能见鹰D(m)之间的关系 雾的构成与云大致相似，所以雾对电磁渡的衰减率公 式与云衰减的计算完全相同。 6结果分析 在上文的分析中，当电磁波的频率，<1GHz时，各 种降水形式的影响与频率高于1GHz时相比，衰减率是很 小的。在应用于工程计算的时候，可以将，<1GHz的情 形按照，一1GHz进行计算。按照上面的分析用Matlab 等工具软件进行计算分析，得出降雨、千雪、雾对电磁波传 播的衰减率如图1～图4所示。 万方数据 02 01 10口 {10· 号 、I一 砖 §10"， 10 4 I一 160 10。 0二 l∥№Hz 图1 20℃时，降雨率分别为150，100，50．25，5． 1．25，0．25(ram／h)下衰减率与频率的关系 从计算结果和图中可以看出，降雨是诸多降水形式 中，对电磁渡传播影响最大的也是最常见的因素。在微波 频段，对于相同的降水率，干雪所引起的衰减比雨小一个 数量级。但是，在微波和毫米波频段，湿雪或者含水的雪 所引起的衰减可以与雨比拟，甚至可以比降雨引起的衰减 大6～7倍。而云和雾引起的衰减和雨相比是不大的。 本文的结果与很多资料上的实验数据基本吻合，因此 本文的计算方法可以用于一般工程上的分析计算。 10l lp 言时， { 茎⋯ 蜊 I一 10“㈨50 1∞㈣∞ 图2 干雪引起的衰减率与额率的关系 目3 20℃时，云的含水量分别为0．5，l 3(g／m3)时，衰减率与频率的关系 lP l口l 墨⋯2 量 婷10 3 譬 饵 参考文献 [1]熊皓．无线电波传播[M]．北京：电子工业出版社，2000． [2]王一平，肖景明．微波传播[M]．北京：人民邮电出版 社，1987． [3]刁育才，左风琴．毫米波技术及其军事应用[M]．北京：兵器 工业出版社，1991 作者简介吴超男，1982年出生，国防科技大学硕士研究生。主要从事电磁兼容性研究与天线的设计。 何建国，男，1954年出生．国防科技大学教授．博士生导师。主要从事超宽带雷达技术与电磁兼容性方面的研究。 飞利浦积极开发嵌入式非易失性存储器 飞利浦电子公司今天宣布其0．18微米CMOS嵌入式 闪存／EEPROM技术现已完全符合Gfade—l汽车电子应用 的需求，而其0．14微米嵌入式闪存／EEPROM已开始在位 于荷兰奈梅亨市的晶圆厂进行量产，这也是飞利浦第二家 符合这一工艺生产 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的工厂。飞利浦表示，这两项最新 的发展是飞利浦产品发展规划中的重要里程碑，表明其低 功耗闲存／EEPROM技术已扩展到90纳米CMOS及更先 进的水平。 嵌^式闪存和EEl，ROM存储器已成为当今许多片上 系统解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的一个重要组成部分。它不但提供了在生产 线上用不同的软件对这些芯片进行编程或进行现场软件升 级的能力．还实现了对重要的本地数据例如PIN密码或地 址簿信息的存储．并且可阱在设备断电的时候保留这些数 据。典型的应用包括手机、电视机、MP3播放器和智能卡、 以及电线驱动的汽车电子系统。 飞利浦半导体嵌入式存储器技术战略规划经理(Strate— gicProgramManager)FransList表示：“新的以及已经问世 的片上系统解决方案所具有的向更先进的处理工艺发展的 能力不应该因为缺乏合适的嵌入式存储器选择而受到阻 碍。通过开发为嵌入到高性能CMOS工艺而优化的低功耗 非易失性技术，我们有信心我们的闪存和EEPROM解决方 案能够在未来至少两代CMOS处理技术中具有竞争力。” GartnerDataquest半导体研究副总裁MikeWilliams表 示：“对于下一代汽车电子应用而言，大量的市场将要求整 体价格的降低和体积的减小，从而通过OEM模式来实现产 品提升。飞利浦为嵌入式闪存和EEPROM开发的工艺技 术结合了低功耗和可扩展性，使得客户能够简化下一代设 计平台并取得显著的成本效益。” ■，f|J●●J■■■●f，●●■●■●●tt■●●，‘■111●‘t●●■●■●l●J，●，l r}‘‘‘‘cL r●‘●f L； ， ●r ●f rI}f ●zl -- ， _z‘f_f _● ‘‘ _l，-J r n_， ■■-，1_，，i J●J5■J■ l‘，} 2 r‘-．_f，_ !‘_ _u}}；}r 一ij．J ，l，，Z，1，．，，)．．1 J_{J i J1 一ob： 二x；，{#；¨*=J_“t*jf．$．x ■l cL～ F} ●，r}ft■-+L■!■L k L￡ f P ‘ T：)●J， J，1)j、{■■，1，●，T，z●●-J●ti ‘Jlr≈j#．．．☆i^十+{’f}．十i±一『女}}．=_：__I _L ； _-，‘_l‘ ●‘Lt．¨●●●r r●}!l!b‘ f-，l‘， ■，_cL l r}‘t r-r E■}_L●P■f EL、}L±L rc ■ T：：=§．^^☆xI_，+．=：_4-_*Ⅱ．一。一{i一÷，o==_I 一，iJ： 女_：IJ；￥1 v_1 xt Tl^{_i{^r十女xt f．i j～i十r+*，．}。r**_lI一：_；_t^p。=_1- ， ‘ ，1●}i ● rii{¨．’^_{{*T{1，j_：女==_^J，女=_．L ． r：=__!t=～口rx}}-：__r='-“i十一t＆，：}，f_=_=-}_u-J-_ J'i^：^+女{^j；，= {j—J L々，j{j t11__ ‘ ●_，_z■_ciii?kiii●k●ii●Ei●●L二i●●E 万方数据 大气降水引起的电磁波的衰减 作者： 吴超， 何建国， WU Chao， HE Jianguo 作者单位： 国防科技大学电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073 刊名： 现代电子技术 英文刊名： MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 年，卷(期)： 2006，29(7) 被引用次数： 0次 参考文献(3条) 1.熊皓 无线电波传播 2000 2.王一平.肖景明 微波传播 1987 3.刁育才.左凤琴 毫米波技术及其军事应用 1991 相似文献(1条) 1.期刊论文 李黄.LI Huang 利用Ku波段卫星通信雨衰探测大气降水的初步研究 -遥感学报2006,10(4) 在研究Ku波段卫星通信雨衰问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的基础上,大胆设想反过来从这种大气干扰中提取气象信息,利用Ku波段卫星通信的雨衰来定量测定大气降水.其技术 思路是,把解决Ku波段雨衰的正问题逆向处理,利用实测的Ku电波雨衰量和解决雨衰问题的计算模型,来计算雨强、降水量以及电波传播路径上的大气液态 水累计量.提出了一种从其他电磁波应用技术在大气中传播的干扰误差中提取大气海洋空间信息,发展对地遥感探测技术,广开地球空间信息获取资源的全 新思路和重要途径;与全球定位系统气象学(GPS/MET)有异曲同工之妙,甚至可以发展为卫星通信系统气象学(SaTS/MET). 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_xddzjs200607014.aspx 授权 个人房产授权委托书公司各类授权委托书模版医师授权办法餐饮分店授权书产品代理授权书范本 使用：黄小强(wfxadz)，授权号：a977de42-de10-43c2-a8c7-9e1e00bf7c67 下载时间：2010年10月29日