[發(fā)明專利]用于估算30~100GHz電磁波歸一化霧衰減的經(jīng)驗(yàn)公式

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210549717.2
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103177181A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛峽;劉運(yùn)龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種估算30~100GHz電磁波歸一化霧衰減的方法，屬于對流層電波傳輸領(lǐng)域。

（二）背景技術(shù)

毫米波與微波系統(tǒng)幾乎具有同樣悠久的歷史，但是由于毫米波波長較短的緣故，使其在大氣傳播過程中損耗較大，而功率源等關(guān)鍵器件此前一直發(fā)展緩慢，導(dǎo)致了毫米波技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不如微波技術(shù)廣泛。近年來，毫米波固態(tài)源、新型高功率毫米波電真空源等技術(shù)的發(fā)展和突破，使毫米波系統(tǒng)重新受到眾多學(xué)者的關(guān)注。

目前，毫米波頻段暫無確切的定義，一般將30~300GHz（對應(yīng)1~10mm波長）的頻域成為毫米波。

毫米波在大氣中傳輸時(shí)會受到嚴(yán)重的衰減，霧就是其中一個(gè)重要的影響因素。現(xiàn)階段，計(jì)算電磁波歸一化霧衰減K_l(單位dB/km/g/m³)的方法主要有兩種：Mie散射理論和Rayleigh吸收近似模型。

Mie散射理論假設(shè)懸浮顆粒近似為球體，可用于計(jì)算雨、霧、沙塵等引起的電磁波衰減值，計(jì)算結(jié)果精確，但是計(jì)算復(fù)雜度很高，運(yùn)算過程涉及到貝塞爾函數(shù)、漢克函數(shù)等復(fù)雜函數(shù)，并且計(jì)算結(jié)果容易發(fā)散。

相比于Mie散射理論，Rayleigh吸收近似模型計(jì)算過程簡單，具體計(jì)算公式如下：

K_l＝(0.819f)/[ε_i(1+η²)]???????????????????????????????????????????????????(1)

η＝(2+ε_r)/ε_i?????????????????????????????????????????????????????????????(2)

ε_r＝(ε₀-ε₁)/[1+(f/f_p)²]+(ε₁-ε₂)/[1+(f/f_s)²]+ε₂????????????????????????(3)

ε_i＝[f*(ε₀-ε₁)]/{f_p*[1+(f/f_p)²]}+[f*(ε₁-ε₂)]/{f_s*[1+(f/f_s)²]}??????????(4)

f_p＝20.09-142.4(θ-1)+294(θ-1)²????????????????????????????????????????????(5)

ε₀＝77.66+103.3(θ-1)??????????????????????????????????????????????????????(6)

ε₁＝5.48???????????????????????????????????????????????????????????????????(7)

θ＝300/T???????????????????????????????????????????????????????????????????(8)

其中，絕對溫度T的單位為開爾文。

若電磁波波長遠(yuǎn)大于霧滴尺寸，可使用Rayleigh吸收近似模型代替復(fù)雜度很高的Mie散射理論用于計(jì)算歸一化霧衰減。從公式(1)~(8)可知：雖然相對于Mie散射理論來說，Rayleigh吸收近似模型較簡單，但是計(jì)算過程仍顯復(fù)雜。為進(jìn)一步簡化計(jì)算過程并方便工程上應(yīng)用，多名學(xué)者建議可在損失部分精度的前提下，使用復(fù)雜度更小的Rayleigh吸收近似模型的近似表達(dá)式（經(jīng)驗(yàn)公式）估算歸一化霧衰減。目前，已有的經(jīng)驗(yàn)公式包括：Staellin經(jīng)驗(yàn)公式(1966年)、Benoit經(jīng)驗(yàn)公式(1968年)、Altshuler經(jīng)驗(yàn)公式(1984年)、Liebe經(jīng)驗(yàn)公式(1989年)以及趙振維經(jīng)驗(yàn)公式(2000年)。各公式的具體形式如下：