[发明专利]用于估算30~100GHz电磁波归一化雾衰减的经验公式

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种估算30~100GHz电磁波归一化雾衰减的方法，属于对流层电波传输领域。

（二）背景技术

毫米波与微波系统几乎具有同样悠久的历史，但是由于毫米波波长较短的缘故，使其在大气传播过程中损耗较大，而功率源等关键器件此前一直发展缓慢，导致了毫米波技术的应用远不如微波技术广泛。近年来，毫米波固态源、新型高功率毫米波电真空源等技术的发展和突破，使毫米波系统重新受到众多学者的关注。

目前，毫米波频段暂无确切的定义，一般将30~300GHz（对应1~10mm波长）的频域成为毫米波。

毫米波在大气中传输时会受到严重的衰减，雾就是其中一个重要的影响因素。现阶段，计算电磁波归一化雾衰减K_l(单位dB/km/g/m³)的方法主要有两种：Mie散射理论和Rayleigh吸收近似模型。

Mie散射理论假设悬浮颗粒近似为球体，可用于计算雨、雾、沙尘等引起的电磁波衰减值，计算结果精确，但是计算复杂度很高，运算过程涉及到贝塞尔函数、汉克函数等复杂函数，并且计算结果容易发散。

相比于Mie散射理论，Rayleigh吸收近似模型计算过程简单，具体计算公式如下：

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，绝对温度T的单位为开尔文。

若电磁波波长远大于雾滴尺寸，可使用Rayleigh吸收近似模型代替复杂度很高的Mie散射理论用于计算归一化雾衰减。从公式(1)~(8)可知：虽然相对于Mie散射理论来说，Rayleigh吸收近似模型较简单，但是计算过程仍显复杂。为进一步简化计算过程并方便工程上应用，多名学者建议可在损失部分精度的前提下，使用复杂度更小的Rayleigh吸收近似模型的近似表达式（经验公式）估算归一化雾衰减。目前，已有的经验公式包括：Staellin经验公式(1966年)、Benoit经验公式(1968年)、Altshuler经验公式(1984年)、Liebe经验公式(1989年)以及赵振维经验公式(2000年)。各公式的具体形式如下：