5mm波段大气传播特性的研究+文献综述(9)
对于毫米波频段，干燥空气和水蒸气的等效高度为：
上式中，f为频率（GHz）。
5mm波段典型峰值等效高度值为：
表2.2.1 5mm波段典型峰值等效高度值
频率（GHz） 干燥空气等效高度 （km） 氧气衰减系数 （dB/km） 水蒸气等效高度 （km） 水汽衰减系数 （dB/km）
60 10.000 8.5 1.6523 0.9
根据倾斜路径的大气衰减式，可以计算出不同倾斜角时的衰减系数。现在设大气压强为1013hPa，温度为15摄氏度，水蒸气密度为7.5g.m³，则60GHz频率时不同仰角情况下的衰减值如下图2.2.1曲线所示：
图2.2.1 60GHz频率 5mm波倾斜路径衰减曲线
根据上图2.2.1 所示，频率为60GHz的毫米波在情况气象条件下传播，其衰减是由于氧气的吸收和水汽的吸收造成的，但是从上面曲线图我们可以发现，当毫米波的传播路径发生倾斜时，衰减值也将随着天线仰角的变化而变化。在仰角较小时，衰减非常严重，达到好几百dB，随着仰角的逐渐增大，衰减值逐渐减小；在靠近垂直方向，衰减值也基本接近水平路径衰减值。因此，我们在实际应用中应该尽量避免由于仰角而产生的衰减，使得毫米波的衰减减小到最小值，从而更好的利用毫米波。
2.3 本章小结
本章主要讨论了在晴空气象条件下，5mm波段在大气中传播的特性。晴空大气对5mm波段电波传播产生衰减的主要因素是空气中的水蒸气和氧气。水蒸气产生的衰减并不大，在5mm频段不到1dB/km，在实际通信中我们可以根据要求确定是否可以忽略这部分衰减。但是对于氧气吸收产生的衰减，在毫米波传播中必须要考虑，尤其是当我们用到60GHz频率的毫米波时，由于氧气的强烈吸收作用产生60GHz吸收带，即非大气“窗口”，所以在应用中要注意氧气吸收衰减，为了保证毫米波传播质量，我们也可以选择尽可能的跳过60GHz氧气吸收带。当然，我们也可以针对60GHz吸收带的强烈吸收特性做一些研究开发，将缺点转化为长处，比如做一些电波吸收装置。
3 云雾衰减特性研究
对流层的特殊大气现象对电波的衰减和散射是影响毫米波系统工作性能的重要因素。在传播过程中，大气层中的水凝物，晴空大气以及大气湍流对电波的影响较为严重。本章主要讨论云和雾由于其所含水分吸收毫米波，从而产生的衰减量。
云是由水滴形成的，直径为1~400微米，（水滴尺寸为0.1~5毫米）。虽然云和水蒸气的相对湿度通常都接近100%，但是云不是水蒸气。在各种温度下（约从-10~20摄氏度），它们都存在。典型的云粒子在0摄氏度及其以上都是以水的形式存在，而大约低于-20摄氏度到-40摄氏度是以冰的形式存在，在水与冰粒子的中间温度范围内粒子是冰和水的混合形式。冰云粒子衰减在毫米波波段可以忽略，本章讨论中就忽略冰粒子衰减。每种云可能包含尺寸很不相同的水滴，在晴朗天气观察的积云是由直径为4~15微米的水滴形成的，而积雨云是由直径2~100微米的水滴形成的，在这种情况下，很难把组成云的水滴与空气中悬浮的雨滴区分开来。
雾和云都是由浮游在空中的大小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，只是雾生成在大气的近地面层中，而云生成在大气的较高层而已。大气中水汽达到饱和的原因有两个：一是由于蒸发，增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要。当空气中有凝结核时，饱和空气如继续有水汽增加，便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。因此，雾可以看作是与地面接触而受地面阻止其垂直运动的云。