大气吸收损耗
07大气气体吸收损耗
第7章大气气体吸收损耗无线电波在地球大气中传播时，除通常的所谓自由空间扩散损耗之外，大气气体的分子还会吸收无线电波的能量，致使到达接收点的无线电信号产生额外的衰减。
我们把这种现象称之为大气吸收。
这种吸收在频率上是有选择性的，不同的大气气体成份具有不同的吸收和辐射谱线。
本章主要讨论氧气和水汽对无线电波能量的吸收与衰减。
7.1 大气成份组成地球大气的气体通常分为两种类型，一种是在大气中所占百分比例相对稳定的永久性气体，另一种是所占百分比例会随时间和地点发生变化的可变性气体。
永久性气体的主要成份有氮、氧、氩，永久性气体占大气总量的99.97%。
另外，由于大气不停的运动，永久性气体成份在大气总量中各自所占的比例直到90公里的高度上都保持一致。
可变性气体主要有二氧化碳、水汽、臭氧，它们所占比例虽然很低，但并不是不重要。
各种气体成份在大气总量中所占的百分比例如表7.1所示[]。
表7.1大气气体成份类别气体成份分子量体积百分比,%永久性气体氮,N2 28.134 78.084 氧,O231.9988 20.948 氩,Ar39.948 0.934 氖,Ne20.183 18.18×10－4 氦,He 4.003 5.2×10－4氪,Kr83.80 1.1×10－4氙,Xe131.30 0.09×10－4氢,H2 2.016 0.5×10－4甲烷,CH417.034 2.0×10－4可变性气体二氧化碳，CO2 44.01 320×10－4臭氧，O3 47.998地面：0～0.07×10－420～30km：1×10－4～3×10－4水汽，H2O 18.15 0～2水汽主要存在于贴近地面的低层大气。
水汽所占比例随季节和地区有很大的差别，但其含量一般不会超过大气总量的4％。
在海洋和低纬度地区，在夏天，空气中的水汽含量很高；在远离水源的高纬度地区，在干旱沙漠地区，在冬天，大气中的水汽含量就很少。
5G传播损耗及链路预算
5G传播损耗及链路预算随着5G技术的不断发展，基站之间的链路传输成为5G网络中的一个重要环节。
在基站之间传输信号时，信号的传输损耗是不可避免的。
了解5G传播损耗及链路预算，有助于优化网络性能，确保信号稳定传输。
一、5G传播损耗信号在传输过程中会受到多种因素的影响，导致信号损耗。
主要包括自由空间损耗、大气损耗、多径效应和其他阴影损耗。
1. 自由空间损耗自由空间损耗是信号在传输过程中由于距离增加而导致的信号衰减。
按照自由空间传输原理，信号在传输时，会随着距离的增加而呈现出一定的衰减规律。
这种损耗与距离的平方成正比，即L ∝ d^2，L为自由空间损耗，d为传输距离。
这意味着信号的传输距离越远，损耗越大。
2. 大气损耗大气损耗是指信号在传输过程中由于大气对信号的吸收和散射而导致的损耗。
大气中的水汽、雾、雨等都会对信号的传输产生一定的影响，使信号受到吸收和散射，导致信号损耗增加。
大气损耗与频率、大气湿度、降水情况等因素有关。
3. 多径效应多径效应是5G传输中一个重要的信号损耗因素。
在移动通信中，由于信号在传输过程中可能存在多个传播路径，而这些路径的长度差异导致了传输的相位差，因而导致了信号的混叠和损耗。
多径效应会导致信号受到干扰，降低信号的质量和稳定性。
4. 其他阴影损耗二、链路预算为了确保5G网络的性能稳定，需要对基站之间的链路进行预算，以确定信号传输的质量和稳定性。
链路预算主要包括路径损耗预算、功率预算和频率选择。
1. 路径损耗预算路径损耗预算是指对基站之间传输信号的损耗进行预估和计算，以确定信号传输的稳定性和可靠性。
在路径损耗预算中，需要考虑自由空间损耗、大气损耗、多径效应和其他阴影损耗等因素，综合计算出信号的预期损耗。
根据预算结果，可以对信号传输进行合理规划和优化，以确保网络性能。
2. 功率预算3. 频率选择频率选择是指在基站之间传输信号时，选择适当的频率进行传输，以最大限度地降低信号的损耗。
在频率选择中，需要综合考虑信道的特性、干扰情况、地区环境等因素，选择合适的频率进行传输。
大气吸收作用
大气吸收作用
大气吸收作用是指太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收，从而导致辐射能量的衰减。
在紫外、红外及微波波段，大气吸收是引起电磁辐射能量衰减的主要原因。
臭氧、二氧化碳和水汽是三种最主要的吸收太阳辐射能量的大气成分。
瑞利散射的强度与波长的四次方成反比，波长越短散射越强。
当大气粒子的直径约等于入射波长时，出现米氏散射。
米氏散射是由大气中的尘埃、花粉、烟雾、水汽等气溶胶引起的，与瑞利散射相比，这种散射通常会影响比可见光更长的红外线波段。
当大气粒子的直径远大于入射波长时，出现无选择性散射。
大气中的水滴、大的尘埃粒子所引起的散射多属无选择性散射。
辐射指的是由场源发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度（-273.15摄氏度）以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。
辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。
物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。
辐射按伦琴 /小时(R)计算。
辐射有一个重要特点，就是它是“对等的”。
不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同
时乙也可向甲辐射。
一般普遍将这个名词用在电离辐射。
辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。
大气损耗
ITU-R P.676-6建议书修订草案无线电波在大气气体中的衰减(ITU-R 201/3号研究课题)（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005）国际电联无线电通信全会，考虑到a）评估无线电波在地球表面和倾斜路径由于大气气体造成衰减的必要性，建议1对于一般应用，最高至1000 GHz频率上，应采用附件1中的方法来计算大气气体造成的衰减（MA TLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350 GHz频率范围，应采用附件2中计算强度比较小的方法计算大气气体造成衰减的近似值。
附件 1逐线计算无线电波在大气气体中的衰减1 特征衰减最高至1 000 GHz频率上的无线电波在大气中的特征衰减主要由于干燥空气和水汽所造成。
在任何压力、任何温度和任何湿度下，采用累加氧气和水汽各自谐振线的方法，可以相当准确地计算无线电波在大气气体中的特征衰减。
这一方法同时也考虑了一些其他相对影响较小的因素，如10 GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100 GHz以上的主要由大气压力造成的氮气衰减和计算实验上发现的过多水汽吸收的潮湿连续带。
下图1给出了在气压1013 hPa、温度15 ℃、水汽密度为7.5 g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线 B）两种情况下，0-1000 GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1 GHz）。
图2详细给出了在60 GHz附近频率，在海平面的大气压力作用下，许多氧气吸收线合并形成一个宽的吸收带。
该图也表明：在更高的高度上的氧气衰减，其各线在更低的压力上变得清晰。
附件2中列出了在有限的气象条件下的简化算法，在不需要特别高的准确性时，该方法可以快速和近似地计算最高到350 GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性。
图1由于大气气体造成的无线电波的衰减率，以1 G H z 为步长，包括线中心（标准：7.5 g /m 3；干燥：0 g /m 3）图2在50-70 G H z 频带内所示高度区的衰减率（0 k m ，5 k m ，10 k m ，15 k m 和 20 k m ）特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km )(1820.0f "N f w o =γ+γ=γ （1）其中：γo （单位dB/km ）是干燥空气条件下的特征衰减（仅指氧气条件下，由于大气压力造成的氮和非谐振Debye 衰减）。
对流层散射通信新应用韩飞1曹合修1冯强2
对流层散射通信新应用韩飞1 曹合修1 冯强2发布时间：2023-06-15T03:47:43.067Z 来源：《中国电业与能源》2023年7期作者：韩飞1 曹合修1 冯强2 [导读] 对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
1.66736部队；2.92146部队摘要：对流层散射通信的优势十分显著，因此广泛应用在我国的军事、民用等领域，但对流层散射通信信道属于随参信道，具有较大的信号传输损耗，而且还会产生多径效应，存在明显的快衰落与慢衰落现象，最终对信号传输产生了严重影响。
因此，在对流层散射通信应用过程中，需要充分了解其信道特性，并对其应用加以创新，以此来发挥出对流层散射通信具有的重要作用。
本文针对对流层散射通信新应用展开分析，介绍了散射通信特点，探讨了对流层散射传播损耗，并提出具体的应用对策，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。
关键词：对流层散射；信道特性；损耗分析；应用对策对比其他的通信方式，对流层散射通信要具有更为明显的优势，具体表现在抗毁能力强、保密性能好以及通信距离远等方面，但在实际通信传播过程中也会产生相应的损耗，因此需要明确损耗影响因素，并采取有效的应用对策，以此来发挥出对流层散射通信优势。
一、散射通信特点在对流散射信道当中，有着电波多径传播现象存在。
对于多径传播，其所产生的衰落均为快衰落。
在对流层散射信道上，不仅有着快衰落，信号电平中值的慢起伏较长，因此也将其称之为慢衰落。
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究
毫米波RCS测量大气吸收衰减修正方法研究文章分析了大气吸收对毫米波测量雷达散射截面（RCS）测量精度的影响。
根据试验场气象参数，建立了毫米波雷达大气吸收衰减工程模型，并对标准金属球实测数据进行了大气吸收衰减修正。
数据处理结果表明，该工程模型简单、可靠，能有效提高外场RCS测量精度。
标签：毫米波；大气吸收；RCS动态测量1 概述在电磁波作用下，大气中氧气和水蒸气分子会吸收电磁波能量而产生能级跃迁，将电磁波能量转变为分子内能，在其固有频率上对电磁波产生吸收衰减[1]。
在毫米波雷达外场RCS动态测量任务中，大气衰减严重，不同气象条件下的毫米波大气衰减存在明显的差异，这种差异严重影响了毫米波RCS测量精度[2]。
为提高RCS测量数据的可靠性，必须对毫米波大气衰减进行修正，以得到目标实际的RCS反射特性。
对流层吸收衰减计算公式复杂，为便于工程应用，提高数据处理效率，建立毫米波吸收衰减工程模型也是亟待解决的问题。
2 大气吸收衰减计算模型2.1 水蒸气吸收系数在0.1～1000GHz频段存在水蒸气分子的选择性吸收谱线，分别由22.235GHz和100GHz以上的谐振引起，对应的吸收系数分别记为？酌22和？酌res。
计算模型[2]-[4]如下：式中，f为频率（GHz），T为大气绝对温度（K）；pw为水蒸气的分压力（torr）；p为大气压力（Hpa）；？籽为水蒸气密度（g/m3），F为谐振线的形状系数。
2.2 氧气吸收系数氧气无固定的电偶极矩，无选择性吸收谱线。
在气压作用下，压致增宽形成中心在60GHz和118.75GHz附近的吸收带。
文章的氧气分子吸收模型考虑了40GHz～140GHz频段内44条氧气吸收谱线的贡献。
氧气吸收系数计算模型[4]如下：式中，C=2.0058。
系数AN由旋转量子数N、谐振线外形系数和非谐振分量共同确定。
2.3 折射分层大气吸收衰减计算模型电磁波在对流层传播过程中产生的总吸收系数为：由于大气是非均匀的，电磁波在大气中传播时折射指数随高度增加而变化。
2023一建《通信》真题及答案
1.维护监控系统在通信网中属于（）。
A.信令网B.同步网C.管理网D.业务网【参考答案】C【解析】P8 管理网主要包括：网络管理系统、维护监控系统等，由操作系统、工作站、数据通信网、网元组成。
网元指网络中的设备，可以是交换设备、传输设备、交叉连接设备、信令设备。
2.在移动通信（）阶段，核心网引入了SDN 和NFV 网络技术。
A.2.5GB.3GC.4GD.5G【参考答案】D【解析】P57 5G 网络架构将引入全新的网络技术，SDN、NFV 将成为5G 网络的重要特征。
3.下列接入网传输速率图示，正确的是（）。
【参考答案】A【解析】P121.高速率数字用户线(HDSL）技术采用了回波抵消和自适应均衡技术，延长基群信号传输距离。
系统具有较强的抗干扰能力，对用户线路的质量差异有较强的适应性。
2.不对称数字用户线(ADSL）技术可以在一对普通电话线上传送电话业务的同时，向用户单向提供 1.5～6 Mbit/s 速率的业务，并带有反向低速数字控制信道，而且ADSL 的不对称结构避免了HDSL 方式的近端串音，从而延长了用户线的通信距离。
14.关于互联网协议的说法，正确的是（）。
A.IPv4 使用的路由表长度较小B.IPv6 支持自动配置使得网络管理更方便C.IPv4 地址长度比IPv6 更长D.IPv6 使用子网划分地址块切碎技术提高地址数量【参考答案】B【解析】P18（1）IPv6 具有充足的地址空间。
IPv6 中IP 地址的长度为 128 位。
理论上可以提供的地址数比 IPv4 多296 倍。
（2）IPv6 使用更小的路由表：遵循聚类原则，可以路由表中用一条记录表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
（3）IPv6 增加了增强的组播支持以及对流的控制。
（4）IPv6 加入了对自动配置的支持。
（5）IPv6 具有更高的安全性。
5.关于光传输网特点的说法，正确的是（）。
海上通信信道模型
海上通信信道模型摘 要 海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。
本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab 进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。
关键词 海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。
首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。
同时，传播余隙增大，增加了电波反射。
并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很小，在微波波段内反射系数就比较大。
这样反射波的影响也比在陆地上大。
本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。
2 信道传播特性 2.1 自由空间传播损耗在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参考文献可知自由空间传播损耗p L 为：d f L p lg 20lg 2045.32++= (1) 式中，f 为工作频率（MHz ），d 为收发天线之间的距离（km ）。
图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。
2.2 海面反射传播损耗目前，在移动通信的海面传播损耗预测中，一般都把海面的电波视作自由空间传播，这与实际情况有较大的误差。
因为，在海面上接收的信号除了直接的视距信号外，还有海面反射信号。
地球是个球体，所以在地面和海面都不是平面，而是球面，因此电波通过海面的反射，实际上是光滑球面对电波的反射。
总的接收信号应是直射与海面反射的合成信号。
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大气吸收损耗是指大气对电磁波的吸收作用导致的信号衰减。
这种衰减主要发生在无线电通信、卫星通信和光学通信等领域。
大气吸收损耗的主要原因是大气中的气体分子、水汽和氧气等对电磁波的吸收。
对于不同频率的电磁波，大气吸收损耗的表现也有所不同。
例如，在无线电通信和卫星通信中，大气吸收损耗主要集中在60GHz附近的氧气吸收谱线；而在红外区域和亚毫米波频段，大气压力造成的氮气衰减以及潮湿天气中过多水汽吸收等因素也会导致较大的损耗。
此外，光纤通信中的光吸收损耗也是一个重要问题。
光纤中的光吸收损耗主要由材料本身的性质和光波的频率决定。
在光纤中，石英光纤的损耗较小，但红外光在光纤中的损耗较大，这是因为红外光的频率较低，不易被光纤材料吸收。