ITU-RP678建议书-无线电波在大气气体中的衰减

ITU-RP.676-8建议书(10/2009)无线电波在大气气体中的衰减P系列无线电波传播iiITU-RP.676-8建议书前言无线电通信部门的职责是确保卫星业务等所有无线电通信业务合理、平等、有效、经济地使用无线电频谱，不受频率范围限制地开展研究并在此基础上通过建议书。无线电通信部门的规则和政策职能由世界或区域无线电通信大会以及无线电通信全会在研究组的支持下履行。知识产权政策（IPR）ITU-R的IPR政策述于ITU-R第1号决议的附件1中所参引的《ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策》。专利持有人用于提交专利声明和许可声明的表格可从获得，在此处也可获取《ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策实施指南》和ITU-R专利信息数据库。ITU-R系列建议书（也可在线查询）系列标题BO卫星传送BR用于制作、存档和播出的录制；电视电影BS广播业务（声音）BT广播业务（电视）F固定业务M移动、无线电定位、业余和相关卫星业务P无线电波传播RA射电天文RS遥感系统S卫星固定业务SA空间应用和气象SF卫星固定业务和固定业务系统间的频率共用和协调SM频谱管理SNG卫星新闻采集TF时间信号和频率标准发射V词汇和相关问题说明：该ITU-R建议书的英文版本根据ITU-R第1号决议详述的程序予以批准。电子出版2010年，日内瓦ITU2010版权所有。未经国际电联书面许可，不得以任何手段复制本出版物的任何部分。ITU-RP.676-8建议书1ITU-RP.676-8建议书无线电波在大气气体中的衰减（ITU-R201/3课题）（1990-1992-1995-1997-1999-2001-2005-2007-2009年）范围ITU-RP.676建议书提供对地面和斜径大气气体衰减进行评估的方法：a)通过在1-1000GHz频率范围内有效的、对独立吸收线进行仿真计算得出的大气衰减进行评估；b)使用简化的近似值法，对1-350GHz频率范围内适用的大气衰减进行评估。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，昀高至1000GHz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（MATLAB中的软件编号见无线电通信局）；21-350GHz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特征衰减昀高至1000GHz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10GHz以下氧气的非谐振的Debye频谱，100GHz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1013hPa、温度15℃、水汽密度为7.5g/m3（曲线A）和水汽密度为0的干燥空气（曲线B）两种情况下，0-1000GHz频带的无线电波在大气中的特征衰减（步长为1GHz）。2ITU-RP.676-8建议书图2详细给出了在60GHz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。一些额外的分子物种（如氧同位素物种、氧振动激发物种、臭氧、臭氧同位素物种和臭氧振动激发物种以及其它小动物）未包括在逐线预测方法之中。这些额外的线对于典型气体是微不足道的，但对于干燥气体则可能非常重要。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昀高到350GHz频率的无线电波在大气中的衰减特性特征大气衰减值γ的计算方法如下：dB/km)(1820.0fNfwo=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）。γw（单位dB/km）是在一定水汽密度条件下的特征衰减。f（单位GHz）是频率。N″(f)是该频率相关的复合折射率的假设部分。+=iDiifNFSfN)()((2)Si是第i线的强度，Fi是曲线形状因子以及总和扩展至所有线（对于高于118.75GHz的f频率而言，只应将高于60GHz的氧气线包括在总结中）；)(fND是大气压力造成的氮气吸收和Debye频谱的干燥连续带。[][]vapourwaterfor)θ–1(exp10oxygenfor)θ–1(exp1025.31–1237–1bebapaSiθ×=θ×=(3)其中：P：干燥空气压力，单位为hPaE：水汽压力，单位为hPa（总大气压力P=p+e）θ=300/TT：温度，单位为K。对于氧气对于水汽ITU-RP.676-8建议书34ITU-RP.676-8建议书ITU-RP.676-8建议书5应使用p，e和T测得剖面（如应用无线电探空仪等）的当地测得的准确值，如缺少当地的准确资料，可采用ITU-RP.835建议书中的参考标准大气数据。（注意计算总大气衰减时，同样的水汽压力应被用于干燥空气的水汽衰减）水汽压力e可通过水汽密度ρ计算得到，采用公式：7.216Teρ=(4)从表1中可得到在氧气中衰减的系数值a1，a2，从表2中可得到在水汽中衰减的系数值b1，b2。曲线形状因子计算如下：()()()()Δ+++δΔ+Δ+δΔ=2222––––ffffffffffffffFiiiiii(5)其中fi是线的频率，Δf是线的宽度：vapourwaterfor)θθ(10oxygenforθ)1.1θ(1064454–3)–8.0(4–3bbaebpbepaf+×=+×=Δ(6a)由于多普勒效应，线宽度Δf修正为：vapourforwater101316.2217.0535.0oxygenfor1025.2212262θ×+Δ+Δ=×+Δ=Δ−−ifffff(6b)由于在氧气线中的干扰影响，δ是修正因子：vapourforwater0oxygenfor)(10)(8.0465=θ+×θ+=δ−epaa(7)系数值见表1和表2。对于氧气对于水汽对于氧气对于水汽对于氧气对于水汽6ITU-RP.676-8建议书表1在氧气中衰减的谱线数据f0a1a2a3a4a5a650.474238.949.6948.90.02.4007.90050.9877492.468.6949.10.02.2007.80051.5033506.087.7449.40.01.9707.74052.02141014.146.8449.70.01.6607.64052.54239431.026.0049.90.01.3607.51053.06690764.105.22410.20.01.3107.14053.595749124.704.48410.50.02.3005.84054.130000228.003.81410.70.03.3504.31054.671159391.803.19411.00.03.7403.05055.221367631.602.62411.30.02.5803.39055.783802953.502.11911.70.0–1.6607.05056.264775548.90.01517.30.03.900–1.13056.3633891344.001.66012.00.0–2.9707.53056.9682061763.001.26012.40.0–4.1607.42057.6124842141.00.91512.80.0–6.1306.97058.3238772386.00.62613.30.0–2.050.51058.4465901457.00.08415.20.07.480–1.46059.1642072404.00.39113.90.0–7.2202.66059.5909832112.00.21214.30.07.650–.90060.3060612124.00.21214.50.0–7.050.81060.4347762461.00.39113.60.06.970–3.24061.1505602504.00.62613.10.01.040–.67061.8001542298.00.91512.70.05.700–7.61062.4112151933.001.26012.30.03.600–7.77062.4862601517.00.08315.40.0–4.980.97062.9979771503.001.66512.00.02.390–7.68063.5685181087.002.11511.70.01.080–7.06064.127767733.502.62011.30.0–3.110–3.32064.678903463.503.19511.00.0–4.210–2.98065.224071274.803.81510.70.0–3.750–4.23065.764772153.004.48510.50.0–2.670–5.75066.30209180.095.22510.20.0–1.680–7.00066.83683039.466.0059.90.0–1.690–7.35067.36959818.326.8459.70.0–2.000–7.44067.9008678.017.7459.40.0–2.280–7.53068.4310053.308.6959.20.0–2.400–7.60068.9603111.289.6959.00.0–2.500–7.650118.750343945.00.00916.30.0–.360.090368.49835067.90.04919.20.6.000.000424.763124638.00.04419.30.6.000.000487.249370235.00.04919.20.6.000.000715.39315099.60.14518.10.6.000.000773.839675671.00.13018.20.6.000.000834.145330180.00.14718.10.6.000.000ITU-RP.676-8建议书7表2在水汽中衰减的谱线数据f0b1b2b3b4b5b622.2350800.11302.14328.11.694.8001.0067.8039600.00128.73528.58.694.930.82119.9959400.00088.35629.48.704.780.79183.3100912.4200.66830.50.645.300.85321.2256440.04836.18123.03.674.690.54325.1529191.49901.54027.83.684.850.74336.2226010.00119.82926.93.694.740.61380.19737211.52001.04828.73.545.380.89390.1345080.00467.35021.52.634.810.55437.3466670.06505.05018.45.604.230.48439.1508120.92183.59621.00.634.290.52443.0182950.19765.05018.60.604.230.50448.00107510.32001.40526.32.664.840.67470.8889470.32973.59921.52.664.570.65474.6891271.26202.38123.55.654.650.64488.4911330.25202.85326.02.695.040.72503