THz波大气传输衰减特性研究

摘要

近年来，随着微波毫米波技术的发展和应用，低频段的频率利用率越来越高，频率复用程度也越来越严重，低频段频率资源越发紧张。因而，科研人员开始关注更高频率电磁波的应用和研究，其代表是太赫兹波段电磁波(THz波)[1-5]。然而，在太赫兹以及更高频率电磁波应用中，电磁波在大气中传输特性是电磁波频段选择和设备参数分配的重要理论和应用依据。因此，开展太赫兹波大气传输衰减特性研究具有较高的理论和应用价值。本文主要研究了氧气、水蒸气、雾、沙尘对太赫兹波的传输特性的影响，主要内容和结果如下:
　　基于MPM93模型，研究大气氧气、水蒸气分子的连续吸收和谱吸收特性，分析了水平、倾斜、垂直路径的两点之间的太赫兹波的衰减。结果表明:大气中水蒸气对于太赫兹波的衰减作用远大于氧气;由于底层大气的气密度较大，在不同传输路径上底层大气对太赫兹波传输衰减作用大于中高层大气的衰减作用。
　　研究分析复杂气象条件下的雾、沙尘对太赫兹波的吸收情况。得到了雾的能见度与太赫兹波的传输衰减关系。分析了不同种类沙尘在400GHz以下的太赫兹波传输衰减。
　　基于MATLAB软件平台，研发了面向用户的可视化太赫兹波传输衰减计算软件。设计了可模拟不同湿度和云雾气象条件的实验系统，进行了90-106GHz传输衰减实验。结果表明在94GHz窗口内的衰减较小，符合理论计算结果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究依据和必要性

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究工作

第二章 论文理论研究

2．1 引言

2．2 大气物理模型

2．2．1 标准大气温度和压强的分布

2．2．2 部分大气参数

2．3 电磁波传输衰减模式

2．3．1 谱线强度

2．3．2 线型公式

2．4 本章小结

第三章 大气气体对太赫兹波的衰减

3．1 引言

3．2 几种经典模型

3．3 MPM模型

3．3．1 氧气分子和水蒸气的谱线吸收

3．3．2 非谐振千空气和水蒸气的连续吸收

3．3．3 太赫兹波大气衰减综合分析

3．4 倾斜路径太赫兹波吸收

3．4．1 大气分层基本理论和方法

3．5 本章小结

第四章 雾和沙尘对太赫兹波的衰减

4．1 引言

4．2 雾对太赫兹波的衰减

4．3 沙尘对太赫兹波的衰减

4．3．1 沙尘粒子浓度和粒径分布

4．3．2 沙尘的等效介电常数

4．3．3 沙尘的衰减模型

4．4 本章小结

第五章 软件设计和试验

5．1 引言

5．2 软件的设计

5．2．1 研发平台

5．2．2 太赫兹波传输衰减特性计算软件

5．3 试验设备与仪器

5．3．1 试验环境产生规划图

5．3．2 实验测量与结果分析

实验过程与结果分析

第六章 总结与展望

6．1 研究成果

6．2 存在的问题和不足

6．3 展望

致谢

参考文献

作者简介