电磁波大气衰减曲线
太赫兹电磁波大气吸收衰减逐线积分计算
太赫 兹 （ ＴＨｚ ） 波通 常是 指频 率 在 ０ ． ３ ～１ ０ ＴＨｚ 范 围内 的电磁 波 ， 处 于科 学技 术发 展 相对 较 好 的微 波毫 米
波 与红外 线光 波 之 间 ， 是光 子学 技 术与 电子 学技 术 、 宏 观 与微 观 的过渡 区域 。长期 以来 ， 由于 缺 乏有 效 的 ＴＨｚ
波产 生 和检测 技术 ， 对 该波 段 的电磁 辐射 性质 了解 非 常有 限 ， 因此被 称 为 ＴＨｚ 空 隙 。ＴＨｚ波所 处 的特 殊频 段
大气 对 ＴＨｚ有非 常 明显 的连续 和线 吸收 作用 ， 表现 为 衰减 系 数 随频 率缓 慢 上 升 的 同时 呈振 荡 分 布 ， 存 在 多 个 吸收 峰 和透射 窗 口。由于 目前 ＴＨｚ 辐射 源功 率还 无法 做 到足 够 大 ， 因此 要 实 现 对 流层 中 Ｔ Ｈｚ 通 信及 雷 达 等 应用 ， 掌握 不 同湿度 、 温度、 压强、 组分 条件 下 的 Ｔ Ｈｚ 频 段大 气窗 口的位置 和宽 度 ， 是 发展 利用该 频 谱资 源 的基 础 条 件 。因此 ， 各 国学 者对 ＴＨｚ电磁 波 的大气 传播 特性 开 展 了较 多 研究 。但是 ， 这 些 工 作 以基 于 时域 光 谱 系 统 的 实验 为主 ， 其结 果具 有诸 多 局 限性 。本文 利用 基 于分 子谱 线 数据 的逐 线 积分 方 法 ， 从 理论 角 度对 ＴＨｚ大 气 吸 收衰减 进行 了计 算 和分 析 。
大气云降水对电磁波的衰减-南京大学
云滴、雨滴则对雷达波的衰减作用既有散射也有吸收；
如果用 表示大气的衰减系数, 表示云的衰减系数, 示降水的衰减系数,则实际的总衰减系数 表
1km距离
2.气体衰减
(1)水汽吸收与绝对湿度成正比(即水汽密度) (2)除1.35cm附近外,水汽吸收同气压成正比 (3)水汽含量不变,衰减随温度降低缓慢增加
表示的是由于云和降水粒子散射造成的单位距离上的电 磁波能流密度损失的分贝数，量纲为 。
因此，云和降水粒子群的总衰减系数
因此，根据
上式反映了雷达电磁波经过云、降水粒子群的吸收和 散射而造成衰减后的回波功率。
4.云衰减
云滴：半径小于100 的水滴或冰晶粒子，对于常用的测 雨雷达而言，满足 2r 1 ，即满足Rayleigh散射条
如果将具有不同吸收截面的粒子都考虑进去，则
当雷达波经过单位距离( R = 1 )时，则
上式表示的是由于云和降水粒子吸收造成的单位距离上 的电磁波能流密度损失的分贝数，量纲为 。
实际计算时，取N 为 1 m3 中的总数，将量纲改成 以 表示，称为云和降水群的吸收系数，则
，并
类似的，有云和降水粒子群的散射系数
衰减导致功率 的减少，故用 负号“-”表示！
即
接收功率以分贝形式表示时的衰减系数
令
（分贝/距离)
K
实际大气中，雷达波的衰减是由于吸收和散射引起的； 一般地，气体对雷达波的衰减作用主要是吸收，散射可以忽 略(尤其是2 cm以上的雷达, 一般可以忽略大气吸收所造成的衰 减)；大气对雷达波的衰减除了与波长有关以外，还与湿度、温 度、气压有关。
5.6
0.001 0.002 0.014 0.033 0.0732 0.214 0.481 1.083
大气的衰减方式
大气的衰减方式嘿，咱今儿就来说说这大气的衰减方式。
你说这大气啊，就像是个神奇的大舞台，各种光线啊、电磁波啊在上面表演着不同的戏码。
咱先打个比方，这大气就好比是个爱捣蛋的小精灵。
阳光想要直直地照到地面，可这小精灵就不乐意啦，非得出来捣捣乱。
它把一部分光给散射啦，让天空变得蓝蓝的，多好看呀！这就是大气的衰减方式之一呢。
还有啊，那些无线电波啥的，在大气里穿来穿去，也会被衰减呢。
就好像它们在走一条弯弯曲曲的小路，走着走着就没劲儿啦。
你想想看，要是没有大气的衰减，那这世界得变成啥样儿啊？阳光直直地射下来，那不得热死个人呀！而且各种信号都畅通无阻，那岂不是乱套啦？大气的衰减方式其实也挺复杂的，不同的波长、频率的电磁波受到的影响还不一样呢。
就好像不同的人走在同一条路上，有的人跑得快，有的人跑得慢。
咱平时用的手机信号不也会受到大气衰减的影响嘛。
有时候在一些角落里信号就不好，说不定就是大气这个小精灵在捣蛋呢。
再比如说，晚上看星星的时候，那些星星看起来好像一闪一闪的，其实这也和大气的衰减有关系呢。
星光在穿过大气的时候被各种散射、折射，就变得一闪一闪的啦，多有意思呀！大气的衰减方式可不仅仅是这些呢，还有很多很多我们不知道的秘密等待着我们去探索。
这就好像一个巨大的宝藏，我们只找到了一点点，还有好多好多宝贝藏在里面呢。
你说这大气是不是特别神奇？它就像一个默默守护我们的卫士，用它独特的方式影响着我们的生活。
我们可不能小瞧了它呀！所以啊，我们要好好爱护我们的大气，别让它受到太多的污染和破坏。
不然它要是生气了，不好好工作了，那我们可就麻烦啦！我们要和大气这个小精灵好好相处，让它一直为我们的生活增添光彩，不是吗？。
不同频率无线信号的衰落曲线
不同频率无线信号的衰落曲线
不同频率的无线信号在传输过程中会受到衰落的影响，衰落曲线描述了信号强度随距离增加而减弱的情况。
衰落曲线的形状取决于多种因素，包括传播环境、天线高度、障碍物和信号频率等。
在无线通信中，常见的衰落曲线有以下几种：
1. 自由空间衰落曲线，自由空间衰落是指在理想的无遮挡的开放环境中，信号强度随距离增加而按照1/d²的规律衰减，其中d 为距离。
这种衰落曲线适用于高频率的信号，如毫米波通信。
2. 多径衰落曲线，多径衰落是指信号在传播过程中经历多个路径的反射、散射和衍射，导致信号在接收端出现强度的快速变化。
多径衰落曲线可以分为快衰落和慢衰落两种。
快衰落，快衰落通常发生在高频率信号传播距离较短的室内环境中，如城市中的建筑物内。
快衰落的特点是信号强度会在很短的时间内发生剧烈的变化，这是由于多个反射路径的信号相位叠加引起的。
慢衰落，慢衰落通常发生在低频率信号传播距离较长的室外环境中，如乡村或海洋。
慢衰落的特点是信号强度会在较长的时间尺度内缓慢变化，这是由于多个散射路径的信号幅度叠加引起的。
3. 阴影衰落曲线，阴影衰落是指信号在传播过程中遇到的障碍物引起的信号强度变化。
阴影衰落曲线描述了信号在不同位置的强度变化情况。
这种衰落曲线通常呈现出缓慢的变化，因为障碍物的位置和形状会对信号的传播产生持续的影响。
总之，不同频率的无线信号在传输过程中会受到不同类型的衰落影响，衰落曲线描述了信号强度随距离变化的情况。
了解和分析衰落曲线对于无线通信系统的设计和优化至关重要。
斜入射电磁波在大气等离子体层中的衰减
１ 理论模 型
为了简单起见 ， 我们假定入射 的电磁波为平面波 ， 且仅仅考虑垂直入射面线性极化 的平面波 ， 即电场
收稿 日期 ： ０ ８０ ． ２０ －９１ ７ 基金项 目：国家 自然科学基 金项 目（ ０４ １３ ． １７ ７ ５ ） 作者简介 ： 郭斌 （ ９８ ） 男 ， １７ 一 ， 湖北武汉人 ， 武汉 理工大学物理科 学与技 术 系教 师 ， 博士 ， 主要 从事等 离子体 光学 以及等离 子体理论与数值模拟方 面的研 究． ．
波在第 ｍ层等离子体 中传播时， 等离子体 的复介 电常 Ｆ ・ ｈ ｈ ａｃ ｏｐ ｐ ａｏ ｆ ｅ ｒ ａ ｅ ｉ １ ｅ ｃ ｍ ｔｓｆｒ ａ ｔｎｏｅ ｃ ｏ ｇ ｉ ｇ Ｔ ｓ ｅ ｉ ｏ ｇ ｉ ｒｌ ｅ ｍ ｎ ｃ 数 关系如下
ｍ ）：ｎ ： １一 ２ 一！ 一！
离子体中传播时 ， 电子 因质量轻就很快被电磁波的电场加速而获得能量 ， 然后电子通过与背景中性气体的 碰撞把能量转移给后者 ， 自己又回到原来的状态 ， 迎接下一个电磁脉冲的到来． 然而大气 中总是存在很大 的一部分负电性的离子， 比如氧负离子 Ｏ ． 由于相应原子的高负电性 ， 它们很容易捕获 电子变成负离子 ， 从而减少 了等离子体中的电子数． 欧阳建 明等人¨ 的研究结果表明 ： 在大气条件下 ， 负电荷 中的电子和负 离子会发生空间分离 ， 电子的衰减的贡献可以达到 ９ ％以上． 以电磁波在大气环境下的等离子体 中 对 ０ 所
文 章编 号 －０９４９ （０ ８ ０ －０３ ５ １０ －４０ ２０ ）４０ － ４ ０
第三章 大气、云、降水粒子对雷达波的衰减 (2)
Pr0
衰减的基本概念
假设
pr0 ：没有大气衰减时的回波功率；
pr ：存在大气衰减时的回波功率。
pr pr0 K
P r K P r0
K是衰减因子，K<1，且与距离有关，使用不方便
衰减的基本概念
为了表征气体或粒子的衰减特性，引入衰减系 数kL。实验表明，接收功率随距离的衰减与接 收功率本身的大小以及距离成正比，
a
粒子群的衰减描述
散射系数
Si ks 10lg 0.4343 Ni Qsi S0 i
衰减系数
kt ka ks 0.4343 Ni (Qai Qsi ) 0.4343 NiQti
i i
雷达电磁波经过云、降水粒子的吸收和散射而造成衰减后的 回波功率
Pr Pr0 10
Pt 2 Qt Re (2n 1)(an bn ) Si 2 n 1
Ps 2 Qs Si 2
(2n 1)( a
n 1
2
n
bn )
2
Pa Qa Qt Qs Si
粒子群的衰减描述
吸收系数
假设单位体积的大气中含有N个粒子，在A×dR体积中有 A×dR×N个粒子，每个粒子吸收功率为Pa，总吸收功率dPa=Pa×A×dR×N。则由于粒子群吸收损失的能流密度：
用分贝/距离表示的衰减系数
R R 2 k L dR Pr 0 10lg 10lg e 2 4.343k L dR 2 kdR 0 0 Pr 0
Pr Pr 0 10
0.2
0 kdR
R
k=4.343kL，量纲为分贝/距离 k=kg+kc+kp，大气，云，降水造成的衰减系数
ku波段 大气损耗
ku波段大气损耗
大气损耗是指电波在传播过程中，由于大气分子的散射和吸收而产生的能量损失。
对于Ku波段（12-18 GHz）的电磁波，大气损耗主要来自于雨滴散射和气体吸收。
在Ku波段，大气中的水汽会对电磁波产生明显的散射和吸收作用。
其中，主要的损耗机制有：
1. 雨滴散射：当电磁波与雨滴相互作用时，会发生散射现象，导致部分能量改变方向并离开传播路径。
这种散射会导致信号衰减和传播路径的损失。
2. 水汽吸收：大气中的水汽分子对电磁波具有吸收特性，尤其在Ku波段，水汽对电磁波有较强的吸收能力。
水汽分子吸收电磁波的能量会导致信号衰减和传播路径的损失。
此外，大气中的其他气体分子，如氧气和氮气，也会对电磁波产生一定的吸收作用，但相对于水汽，它们对Ku波段的损耗较小。
总之，Ku波段的大气损耗主要来自雨滴散射和水汽吸收，这些损耗会导致电波在传播过程中的衰减和路径的能量损失。
在Ku波段通信系统设计和传播计算中，需要考虑和补偿这些大气损耗，以确保有效的信号传输和通信质量。
大气衰减效应
大气衰减效应是指电磁波在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水汽、悬浮微粒等对电磁波的吸收和散射作用，导致电磁波能量衰减的现象。
这种衰减效应会影响无线电信号的传输质量和距离，尤其是在高频段和恶劣天气条件下，衰减效应更为明显。
为了减少大气衰减效应对无线电通信的影响，可以采取以下措施：
1. 选择合适的频率：在无线电通信中，选择合适的频率可以减少大气衰减效应的影响。
一般来说，频率越高，衰减效应越明显。
因此，在选择频率时，应该尽量选择较低的频率。
2. 增加发射功率：通过增加发射机的功率，可以弥补信号在传播过程中因大气衰减而造成的能量损失，从而提高通信质量。
3. 改进天线设计：通过改进天线设计，可以提高天线的增益和方向性，减少信号在传播过程中的损耗，从而提高通信质量。
4. 选择合适的传播方式：在无线电通信中，可以选择不同的传播方式来减少大气衰减效应的影响。
例如，通过选择地波传播方式或者采用多重反射传播方式来避开大气层对信号的衰减。
总之，在无线电通信中，了解大气衰减效应的影响及采取相应的措施是提高通信质量的关键。
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电磁波大气衰减曲线
1. 介绍
电磁波在自然界中传播时会受到空气等大气成分的影响，导致信号的减弱。
电磁波大气衰减曲线描述了电磁波在传播中的衰减情况。
本文将讨论电磁波大气衰减的原因、影响因素以及衰减曲线的类型和应用。
2. 电磁波的大气衰减原因
大气成分和结构对电磁波的传播产生吸收、散射和其他影响，导致信号强度下降。
以下是电磁波大气衰减的主要原因：
2.1 透射损失
电磁波在大气中传播时会发生透射损失，即部分能量被大气吸收。
这主要是由于水分子和氧分子在特定频段会吸收电磁波。
不同频段的电磁波受到的透射损失不同，因此导致衰减情况也不同。
2.2 散射损失
电磁波在大气中传播时会发生散射，即电磁波在大气中碰撞后改变传播方向。
这种散射现象导致电磁波在传播过程中损失能量。
散射现象的强度与电磁波频率和大气中颗粒（如尘埃、烟雾）的浓度有关。
2.3 天线高度
天线高度也会影响电磁波的大气衰减情况。
天线高度越高，大气衰减越小，信号强度损失越小。
因此，在无线通信系统中，提高天线高度可以减小大气衰减带来的影响。
3. 影响电磁波大气衰减的因素
除了上述原因外，还有一些因素会影响电磁波大气衰减的程度。
3.1 频率
不同频率的电磁波在大气中传播时受到的衰减程度不同。
一般来说，高频电磁波受到的大气衰减较小，而低频电磁波受到的大气衰减较大。
这是由于不同频率的电磁波与大气成分相互作用的方式不同。
3.2 大气湿度
大气湿度也是影响电磁波大气衰减的重要因素。
湿度越高，电磁波在大气中的衰减越严重。
这是因为水蒸汽对电磁波有强烈的吸收作用。
3.3 大气温度
大气温度对电磁波的传播也有影响。
一般来说，大气温度越高，电磁波的传播衰减越小。
这是由于高温会减小大气中水蒸汽的浓度，从而降低湿度对电磁波的影响。
3.4 天线高度与地形
天线高度和信号源与接收器之间的地形也会影响电磁波的大气衰减。
天线高度越高、地形越平坦，大气衰减越小，信号传播损失越小。
4. 电磁波衰减曲线类型
根据电磁波频率和距离的关系，可以分为几种不同类型的大气衰减曲线。
4.1 自由空间损耗曲线
自由空间损耗曲线是一种特殊的大气衰减曲线，描述了电磁波在无障碍环境中传播时的衰减情况。
这种曲线是根据电磁波在真空中传播的基本原理得出的，不考虑大气成分和结构对电磁波的影响。
4.2 平地衰减曲线
平地衰减曲线描述了电磁波在平坦地表上传播时的衰减情况。
这种曲线考虑了大气对电磁波的散射和透射损失。
4.3 山地衰减曲线
山地衰减曲线描述了电磁波在山区环境中传播时的衰减情况。
由于山地地形的复杂性，电磁波经过山区传播时会遭受更严重的衰减。
4.4 建筑物衰减曲线
建筑物衰减曲线描述了电磁波在城市环境中传播时的衰减情况。
由于城市中建筑物的存在，电磁波会受到建筑物阻挡、反射和散射等影响而导致衰减。
5. 电磁波大气衰减曲线的应用
电磁波大气衰减曲线对于无线通信、雷达系统等领域的设计和规划非常重要。
通过研究和分析不同衰减曲线，可以选择适当的频段、天线高度和地形等参数，以最大程度地提高信号传输质量。
下面是一些电磁波大气衰减曲线的应用：
1.无线通信系统设计：通过分析衰减曲线，可以确定无线通信网络中的天线安
装位置和传输功率，以及制定合适的信号覆盖范围。
2.雷达系统设计：雷达系统在目标检测和跟踪中起着重要作用。
通过研究衰减
曲线，可以选择适当的雷达频段和功率，以提高雷达系统的性能和灵敏度。
3.电磁波环境评估：在城市规划和环境建设中，电磁波的辐射对人体健康和生
态环境可能产生影响。
通过分析衰减曲线，可以评估电磁波的辐射范围和强度，从而制定合理的环境保护政策。
4.天线调整和优化：通过实时监测和分析衰减曲线，可以精确调整天线的方向
和角度，以提高信号传输的稳定性和可靠性。
结论
电磁波大气衰减曲线描述了电磁波在传播中的衰减情况。
不同原因和因素会影响电磁波的大气衰减程度，而不同类型的衰减曲线可以应用于不同的环境和系统中。
通过研究电磁波大气衰减曲线，可以优化无线通信系统、雷达系统和电磁环境等方面的设计和规划。
电磁波大气衰减曲线的研究对于提高无线通信和雷达系统的性能，以及保护生态环境和人体健康方面具有重要意义。