太赫茲輻射大氣傳輸特性分析及城市衰減預(yù)估

楊曉帆，王國玉，汪連棟，曾勇虎，許 雄

（1.電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽471003；2.中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心博士后科研工作站，河南 洛陽471003）

0 引言

太赫茲（THz，頻段100GHz～10THz）科學(xué)技術(shù)是近二十年來迅速發(fā)展的一個(gè)新興交叉學(xué)科和研究熱點(diǎn)。太赫茲波的傳輸主要包括以“電路”形式存在的信號(hào)導(dǎo)行以及以“空間場”形式存在的電波傳播。影響太赫茲“信號(hào)導(dǎo)行”的主要因素是材料結(jié)構(gòu)、吸收和色散，研究重點(diǎn)為保持太赫茲波特性的同時(shí)，減小傳輸中的損耗。由此，出現(xiàn)了多種導(dǎo)行器件。

而影響太赫茲“電波傳播”的主要因素則是大氣吸收損耗，其值受電波頻率、氣候狀況及大氣組成影響。由于大氣中的氧氣和水汽分子的諧振頻率位于10GHz～1THz范圍，從而使大氣的復(fù)折射率特性復(fù)雜化。自20世紀(jì)40年代以來，不少科學(xué)家為此進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。范弗萊克首先用量子理論推演60GHz附近的吸收譜線，并揭示了大氣吸收中的壓力展寬效應(yīng)；在范弗萊克理論的基礎(chǔ)上，賴伯給出了氧氣和水汽吸收譜線的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式。此后，基賓提出了在海平面條件下大氣吸收的簡化公式，該公式被國際無線電咨詢委員會(huì)（CCTR）推薦為計(jì)算大氣吸收的方法。

1 太赫茲大氣傳輸損耗構(gòu)成

太赫茲波大氣傳輸損耗主要包括三個(gè)部分：自由空間傳輸損耗；大氣吸收損耗；大氣顆粒的散射效應(yīng)。大氣顆粒的散射效應(yīng)與前兩者相比，對(duì)太赫茲波大氣傳輸影響作用較小，本文不做重點(diǎn)論述。……