微波在带电沙粒中的衰减效应

 根据沙粒的等效介电常数模型和Rayleigh近似下带电球形粒子的前向散射振幅函数,给出了对数分布模型下的带电沙尘粒子引起微波的衰减计算模型,并进行了分析和仿真计算。结果表明:带电沙粒比不带电沙粒对微波信号衰减的影响明显增大,带电沙粒所带表面电荷越集中,对微波的衰减影响越大;微波衰减随能见度的增大而减小;对于相同含水量,频率小于35 GHz时,沙尘对电磁波衰减的影响较小,频率大于35 GHz时,沙尘对电磁波的衰减影响增大。     

高功率微波在低电离层中传输特性分析

 高功率微波在大气中传输有一个衰减较大的高度,在这一高度,微波的强电场容易使大气电离形成等离子体,从而引起较大的非线性衰减,极端情况下会产生大气击穿。在低电离层(50~100 km),自然电离产生的电子浓度较高。主要研究高功率微波在低电离层的传输衰减特性。计算表明,在50 km高空,非线性吸收衰减最大,该高度也是最容易产生击穿的地方。在同样的电场强度下,脉宽越窄,衰减系数越小,衰减越小。在低电离层区间内,大气压强越小,吸收越小。     

雷声在大气中传播的吸收衰减特性研究

选取青海大通地区一次地闪过程的雷声信号,利用信号处理理论,得到了观测点雷声的频谱;依据声波在大气中传播的理论,计算了大气对雷声传播的吸声系数,分析了吸声系数随环境因素的变化,结果表明:闪电发生距离、大气湿度和温度是影响雷声传播的主要因素.在一定闪电距离和大气环境下,吸声系数随频率的增加而增大;频率小于100 Hz的雷声衰减很慢,空气相对湿度和温度对其吸声系数的影响也比较小,在一定距离内的衰减可以忽略;频率大于500 Hz的高频信号吸声系数较大,并且随相对湿度的增加而快速递增;吸声系数随温度呈非单调变化,频 关键词： 雷声传播 大气吸收 衰减     

高功率微波土壤击穿的数值验证研究

高功率微波在土壤中传播时, 会引起土壤击穿电离而导致土壤电阻率的非线性变化, 土壤电阻率的变化又将反作用于传播过程, 加剧高功率微波衰减, 影响其能量传输效率. 通过对土壤动态电离过程的分析, 结合Maxwell方程组构建了高功率微波土壤传播模型, 采用时域有限差分法对该模型进行数值验证. 数值结果显示了高功率微波在土壤中传播、衰减等物理图像, 以及土壤电阻率的非线性变化过程. 理论分析验证了这些数值结果.     

大气中固体燃烧等离子体与微波相互作用的实验研究

 设计制造了含特定组分的化学药剂，利用热力学方法对其在大气中燃烧所产生的等离子体的电子密度进行了理论计算，对该等离子体对2~15 GHz波段微波的透射衰减和反射进行了测试。测试结果表明，该等离子体对该波段微波具有宽波段强吸收和弱反射性能，波段内的平均吸收大于25 dB，反射信号几乎淹没在背景噪声中。并从理论上分析了带电子与中性粒子的造成这一现象的主要原因是碰撞吸收。     

大气击穿对高功率微波天线的影响

 高功率微波大气传播过程中，天线附近的功率密度最大，容易发生强电离或大气击穿，由此产生“尾蚀效应”等非线性衰减，因此，传输过程中产生的大气击穿限制了高功率微波天线的最大发射功率。通过分析天线近场模型，研究了矩形口径天线和圆口径天线的近场轴向功率密度分布，得到了不同口面场分布下天线的最大归一化功率密度及其最大值所处的位置，并结合大气击穿功率密度阈值计算出锥照圆口径天线的最大发射功率约为148.47 GW。     

太赫兹波大气传输衰减模型

基于修正的Van-Vleck Weisskopf线型、辐射传输色散理论和水汽连续体吸收模型,结合HITRAN数据库,建立了太赫兹波大气传输衰减模型——VVWH,形成了对宽频太赫兹波在真实大气中水平传输衰减的数值模拟能力。同时对太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)获取的透射光谱实测数据进行了对比分析。计算结果与实验结果总体变化趋势一致,在吸收谱线处两者吻合良好,但在低频的大气窗口区,实验结果相比计算呈现出更强的传输衰减。考察了相对湿度对太赫兹波大气传输衰减特性的影响变化。     

典型光谱吸收模型对静止轨道毫米波辐射分析

为分析我国未来拟发展的高轨静止卫星毫米波大气辐射特征,选择最佳模拟其毫米波辐射的光谱吸收线库方案,选取了三种基于典型光谱吸收线库逐线吸收模型（毫米波传播模型(MPM)、罗氏模型(ROS)和高分辨率分子吸收传输模型(HITRAN)）,针对拟新增的静止轨道毫米波探测频率424 GHz,分析了三种大气吸收模型模拟该频率大气吸收系数随大气温度、大气压强和大气湿度的变化差异。构建了一种多层毫米波辐射传输模型,利用上海探空站加密观测数据,模拟风云三号B星微波湿度探测仪(FY3B/MWHS) 183.31 GHz三个毫米波通道辐射值,并与真实观测值对比,分析三种光谱吸收线库在模拟海陆边界地区毫米波辐射时的性能差异。分析结果表明,对于424 GHz通道三种大气吸收模型对大气温度、大气压强和大气湿度的敏感变化趋势一致,数值上MPM模型与ROS模型更接近,HITRAN模型要显著低于其他模型。对于183.31 GHz,在海陆交界地区MPM模型模拟误差相比ROS和HITRAN模型最小,所有模型的第五通道模拟误差比第三通道和第四通道要小。     

高功率微波在电离层中传播的折射率研究

 高功率微波在电离层中的传播特性主要由其折射率的变化决定，而高功率微波的大气折射率与相应传输层面的电子浓度有关。结合电离层电子浓度分布模型对电子浓度和大气折射率进行了数值模拟，对电离层折射率以及折射率垂直梯度相对于高度的变化特性进行了分析。结合射线描迹法对高功率微波波束传播高度、仰角和距离进行了修正，并在低功率微波下进行实验验证，证实修正值更接近实际值。     

太赫兹电磁波大气吸收衰减逐线积分计算

大气对太赫兹辐射传输存在一定的非协作性,即存在吸收衰减。为了实现太赫兹辐射的有效应用必须细致地了解太赫兹辐射大气传输的窗口位置、宽度及大气透过率。选取了处理大气非均匀路径、吸收带重叠等大气辐射传输问题的最精确方法逐线积分法,发展计算程序,并基于HITRAN分子谱线数据,对水汽、氧气、臭氧、氮气、二氧化碳等单组分气体分子对太赫兹辐射传输的吸收衰减情况进行了计算与分析,并给出了在太赫兹电磁波大气传输衰减中占主要因素的水汽和氧气的衰减峰位置。     

A Model for Millimeter Wave Attenuation by Atmospheric Gases in China Area

The earth's atmosphere plays an important role in microwave remote sensing and millimeter wave propagation. In this paper, we study the measurements of the attenuation due to atmospheric gases have been made in China, put forward a empirical model for the atmospheric attenuation of millimeter wave in China area.     

基于极化强度叠加模型的高功率微波混合气体传播特性

 基于气体极化强度叠加模型,推导了混合气体的介电常数,得到了高功率微波在混合气体中传播时的折射指数和衰减系数。研究发现,高功率微波大气电离产生的混合气体是快速时变的色散有耗介质。根据其色散性分析了微波在混合气体中的传播速度以及微波脉冲在其中的展宽效应,同时,根据其有耗性对微波脉冲在混合气体中传播时的缩短效应进行了研究。研究结果均能自洽地过渡到对流层或电离层电波传播理论。     

重复频率高功率微波脉冲的大气击穿

 理论研究了重复频率高功率微波脉冲在大气中的传输特性，推导了n个高功率微波脉冲之后空间某点的电子密度，数值模拟并给出了在不同微波频率、大气压强、脉冲宽度以及脉冲间隔的条件下，大气击穿时，透射过去的脉冲个数与微波功率的关系。模拟结果表明：当微波脉冲参数一定时，压强越小，透射过去的脉冲个数越少，大气越容易发生击穿；当压强一定时，脉宽越宽,微波频率越小，透射过去的脉冲个数越少，大气越容易发生击穿。     

微波等离子推力器真空中工作的电微波系统及其实验

为了解决微波等离子推力器全系统在真空中进行实验的关键问题，减少实验中不必要的能量损失，研制出可在大气与真空环境中工作的微波等离子推力器电微波系统.该系统利用了开关电源、衰减器和检波器一体化设计技术、液体冷却技术，解决了微波电子器件在真空中的放电问题.实验表明：系统输出的微波功率稳定，能可靠地工作在地面和真空环境中. 关键词： 等离子体源 等离子体设备及应用 微波技术     

电热板消解法与微波消解法测定大气颗粒物Cu、Pb元素的对比

采用电热板消解法与微波消解法两种前处理消解方法,测定了青岛小麦岛环境监测站大气颗粒物滤膜样品的Cu、Pb含量,并对测定结果进行了分析对比.发现两种消解方法测定的Cu、Pb含量的分析精密度均较好,只是微波消解法测定值略小于电热板消解法,测定Cu元素时,两种方法不存在显著性差异,可等效使用,而测定Pb元素时,两种方法略存在差异.     

激光雷达信号大气衰减效应

激光雷达信号在大气中传输时,大气中的气体分子和大气气溶胶粒子、尘埃、雨等对激光信号的吸收和散射导致光信号能量的衰减是影响激光雷达信号传输的重要因素。另外,由于大气密度分面目 不均匀导致激光沿光路上的折射,大气湍流效应导致光束横截面上能量分布起伏、光束扩展和漂移等,这些对激光雷光信号的传输产生一定的影响。本文对激光在大气中传输的各种能量衰减机制进行分析和讨论,为激光雷达系统的设计提供理论依据。     

基于微波链路的路径雨强反演方法及实验研究

从大气气体吸收衰减模型出发, 基于微波雨衰特性和雨滴谱统计资料建立了微波链路降雨有效衰减的修正模型和视距微波链路的降雨反演模型. 设计并搭建一条视距微波链路测雨实验系统, 利用降雨反演模型反演了路径平均降雨强度, 并与雨滴谱仪进行了同步对比. 观测结果表明, 视距微波链路降雨反演模型的反演雨强与雨滴谱仪测量结果的相关系数大多高于0.6, 最高可达0.9647; 累积降雨量的绝对误差大多在0.5 mm以内, 最小偏差仅有0.0827 mm; 相对偏差大部分在15%以内, 最小相对误差为3.3415%. 实验结果验证了微波链路反演降雨的有效性和准确性.     

基于支持向量机的微波链路雨强反演方法

为提高微波链路雨致衰减反演雨强精度, 在Mie散射理论、气体吸收衰减模型以及Gamma雨滴谱分布的基础上, 将支持向量机引入到微波链路测量降水中, 提出了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法, 并开展了15–20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验. 实验结果表明, 基于支持向量机的微波链路雨强反演模型的反演雨强与实测雨强的相关系数全部高于0.6, 最高达到0.9674; 雨强的均方根误差最小值为0.5780 mm/h, 累积降雨量的绝对最小误差仅为0.0080 mm; 相对偏差大部分在10%以内, 最小偏差为0.7425%. 实验结果验证了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性, 对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.     

沙尘大气电磁波多重散射及衰减

为了使干旱沙漠地区的电子系统能够全天候的工作, 必须开展沙尘大气的电磁波多重散射及衰减特性研究. 根据Mie理论、沙尘大气粒子尺寸分布和能见度的关系得到了电磁波沙尘大气传播衰减的计算方法, 计算了不同沙尘大气能见度的37 GHz电磁波的衰减, 与其他经验公式及文献中的实验结果进行比较, 文中方法得到的结果更接近于测量结果. 为了研究较低能见度沙尘暴中电磁波的传播特性, 需研究沙尘大气的多重散射效应. 应用Monte Carlo模拟方法, 在沙尘粒子为干燥和5%水含量时, 模拟了37 GHz和93 GHz电磁波在沙尘大气中传播时考虑多重散射效应的衰减, 并与基于Mie理论的计算结果进行比较, 结果显示, 在37 GHz时, 沙尘大气的多重散射对衰减的影响小, 在93 GHz时多重散射显著, 沙尘大气能见度越低, 多重散射的影响越显著. 粒子水含量增加使电磁波的衰减显著增大, 对多重散射的影响不明显. 因此, 在相同大气能见度下, 沙尘天气越干燥, 多重散射影响越大, 电磁波衰减减小越显著.