gaspl
Затухание РЧ сигнала вследствие поглощения газов атмосферой.
| Библиотека |
|
Синтаксис
Вызов функции
-
L = gaspl(R,F,T,p,den)— возвращает затухание сигналаL, обусловленное газовым поглощением в атмосфере. Входной аргументRзадает длину пути сигнала,F— несущую частоту сигнала,T— температуру окружающей среды,p— атмосферное давление, аden— абсолютную влажность в атмосфере.Функция
gasplиспользует модель затухания атмосферных газов Международного союза электросвязи (МСЭ) [1] для расчета потерь на трассе распространения сигналов, обусловленных главным образом кислородом и водяным паром. Модель вычисляет затухание как функцию температуры окружающей среды, давления, абсолютной влажности и частоты сигнала.Функция требует, чтобы трасса распространения сигнала полностью находилась в однородной среде — температура
T, атмосферное давлениеpи абсолютная влажностьdenне меняются вдоль трассы распространения сигнал. Можно учесть изменение атмосферных параметров с высотой с помощью функцийtropoplиatmositu.Модель затухания применяется только для частот в диапазоне
1–1000ГГц.
Аргументы
Входные аргументы
#
R —
длина пути сигнала, м
скаляр | вектор
Details
Длина пути сигнала в метрах, используемая для вычисления затухания, заданная как неотрицательный вещественный скаляр или вектор длины . Можно указать несколько длин путей одновременно.
| Типы данных |
|
#
F —
частота сигнала, Гц
скаляр | вектор
Details
Частота сигнала в Гц, заданная как положительный вещественный скаляр или неотрицательный вещественный вектор длины . Можно указать несколько частот одновременно. Частоты должны находиться в диапазоне 1–1000 ГГц.
| Типы данных |
|
#
T —
температура окружающей среды, °C
скаляр
Details
Температура окружающей среды в градусах Цельсия, заданная как вещественный скаляр.
| Типы данных |
|
#
p —
давление сухого воздуха, Па
скаляр
Details
Давление сухого воздуха в Па, заданное как положительный вещественный скаляр. Одна стандартная атмосфера на уровне моря составляет 101325 Па.
| Типы данных |
|
#
den —
абсолютная влажность, г/м3
скаляр
Details
Абсолютная влажность, или плотность водяного пара, в г/м3, заданная как неотрицательный вещественный скаляр. Максимальная абсолютная влажность в воздухе при 30 °C составляет приблизительно 30.0 г/м3. Максимальная абсолютная влажность в воздухе при 0 °C составляет приблизительно 5.0 г/м3.
| Типы данных |
|
Выходные аргументы
#
L —
затухание сигнала, дБ
матрица
Details
Затухание сигнала в дБ, возвращаемое в виде вещественной матрицы размером на . Каждая строка матрицы представляет собой отдельный путь, где — количество путей. Каждый столбец представляет собой отдельную частоту, где — количество частот.
Примеры
Спектр затухания атмосферного газа
Details
Вычислим спектр затухания в диапазоне от 1 до 1000 ГГц при атмосферном давлении 101.300 кПа и температуры 15 °C. Построим спектр для плотности водяного пара 7.5 г/м3, а затем спектр для сухого воздуха (нулевая плотность водяного пара).
Установим частоты затухания.
F = (1:1000) * 1e9Предположим, что длина пути составляет 1 км.
R = 1000.0Вычислим затухание для воздуха, содержащего водяной пар.
import EngeePhased.Functions: gaspl
T = 15
p = 101300.0
den = 7.5
L = gaspl(R, F, T, p, den)Вычислим затухание для сухого воздуха.
L0 = gaspl(R, F, T, p, 0.0)Построим график затухания.
plot(F / 1e9, [vec(L) vec(L0)],
yscale = :log10,
label = ["L" "L0"],
xlabel = "Frequency (GHz)",
ylabel = "Specific Attenuation (dB)")
Построение графика затухания из-за атмосферных газов и свободного пространства
Details
Сначала построим график удельного затухания атмосферных газов для частот от 1 ГГц до 1000 ГГц. Предположим, что давление сухого воздуха на уровне моря составляет 101.325 кПа, а плотность водяного пара — 7.5 г/м3. Температура воздуха — 20 °C. Удельное затухание определяется как потери в дБ/км. Затем построим график фактического затухания на частоте 10 ГГц для диапазона частот.
Построение графика удельного затухания атмосферных газов
Зададим температуру атмосферы, давление и плотность водяного пара.
T = 20.0
p_atm = 101.325e3
rho_wv = 7.5Зададим расстояние распространения, скорость света и частоты.
km = 1000.0
c = 299792458.0
freq = (1:1000) * 1e9Вычислим и построим график потерь атмосферного газа.
import EngeePhased.Functions: gaspl
loss = gaspl(km, freq, T, p_atm, rho_wv)
plot(freq / 1e9, vec(loss),
yscale = :log10,
xlabel = "Frequency (GHz)",
ylabel = "Specific Attenuation (dB/km)")
Построение графика фактического затухания в атмосфере и свободном пространстве
Вычислим потери в свободном пространстве и потери в атмосферном газе на частоте 10 ГГц для дальностей от 1 до 100 км. Частота соответствует радиолокационной станции X-диапазона. Затем построим график потерь в свободном пространстве и общих потерь (атмосфера и свободное пространство).
import EngeePhased.Functions: fspl
ranges = (1:100) * 1000
freq_xband = 10e9
loss_gas = gaspl(ranges, freq_xband, T, p_atm, rho_wv)
lambda = c / freq_xband
loss_fsp = fspl(collect(ranges), lambda)
plot(ranges / 1e3, [vec(loss_gas + loss_fsp) vec(loss_fsp)],
xscale = :log10,
label = ["Atmospheric + Free Space Loss" "Free Space Loss"],
xlabel = "Range (km)",
ylabel = "Loss (dB)",
legend = :bottomright)
Дополнительно
Модель затухания в атмосферных газах
Details
Эта модель рассчитывает затухание сигналов, распространяющихся через атмосферные газы.
Электромагнитные сигналы затухают при распространении через атмосферу. Этот эффект обусловлен главным образом резонансными линиями поглощения кислорода и водяного пара, меньший вклад вносит азот. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Используется модель затухания атмосферных газов МСЭ [1]. Модель вычисляет удельное затухание (затухание на километр) как функцию температуры, давления, абсолютной влажности и частоты сигнала. Модель атмосферных газов действительна для частот от 1 до 1000 ГГц и применима к поляризованным и неполяризованным полям.
Формула для удельного затухания на каждой частоте:
Величина представляет собой мнимую часть комплексной атмосферной преломляемости и состоит из составляющей спектральной линии и непрерывной составляющей:
Спектральная составляющая представляет собой сумму дискретных спектральных членов, состоящих из локализованной функции полосы частот , умноженной на интенсивность спектральной линии . Для атмосферного кислорода интенсивность каждой спектральной линии равна
где — температура окружающей среды в кельвинах, — давление сухого воздуха в гПа.
Для атмосферного водяного пара интенсивность каждой спектральной линии составляет
где — парциальное давление водяного пара в гПа. Оно связано с плотностью водяного пара соотношением
Полное атмосферное давление составляет .
Для каждой линии кислорода зависит от двух параметров: и . Аналогично каждая линия водяного пара зависит от двух параметров: и . В документации МСЭ, приведенной в разделе Литература, содержатся таблицы этих параметров как функций частоты.
Локализованные функции полосы частот представляют собой сложные функции частоты, описанные в [1]. Эти функции зависят от параметров эмпирической модели, которые также приведены в таблице [1].
Эта модель применима как к узкополосному, так и к широкополосному атмосферному затуханию. Для вычисления общего затухания для узкополосных сигналов вдоль пути функция умножает удельное затухание на длину пути . Тогда общее затухание равно . Для применения модели затухания к широкополосным сигналам сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените затухание к каждому поддиапазону. Затем просуммируйте все ослабленные сигналы поддиапазонов в общий ослабленный сигнал.