Exponenta Banner

gaspl

Ослабление ВЧ-сигнала из-за атмосферных газов

свернуть все на странице

Синтаксис

L = gaspl (диапазон, freq, T, P, den)

Описание

пример

L = gaspl(range,freq,T,P,den) возвращает затухание, L, когда сигналы распространяются через атмосферу. range представляет длину пути сигнала, и freq представляет несущую частоту сигнала. T представляет температуру окружающей среды, P представляет атмосферное давление, и den представляет плотность атмосферного водяного пара.

gaspl функция применяет модель аттенюации атмосферного газа Международного союза электросвязи (МСЭ) [1] для расчета потерь в тракте для сигналов, главным образом из-за кислорода и водяного пара. Модель вычисляет затухание как функцию температуры окружающей среды, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Функция требует, чтобы тракт сигнала содержался полностью в однородной среде. Атмосферные параметры не изменяются по сигнальному тракту. Модель затухания применяется только для частот на частоте 1-1000 ГГц.

Примеры

свернуть все

Открыть сценарий в реальном времени

Вычислите спектр затухания от 1 до 1000 ГГц для атмосферного давления 101,300 кПа и температуры 15∘C. Постройте график спектра для плотности водяного пара 7,5 г/м3, а затем постройте график спектра для сухого воздуха (нулевой плотности водяного пара).

Установите частоты затухания.

freq = [1:1000]*1e9;

Предположим, что путь составляет 1 км.

R = 1000.0;

Вычислите затухание для воздуха, содержащего водяной пар.

T = 15;
P = 101300.0;
W = 7.5;
L = gaspl(R,freq,T,P,W);

Вычислите затухание для сухого воздуха.

L0 = gaspl(R,freq,T,P,0.0);

Постройте график затуханий.

semilogy(freq/1e9,L)
hold on
semilogy(freq/1e9,L0)
grid
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Specific Attenuation (dB)')
hold off

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line.

Открыть сценарий в реальном времени

Сначала постройте график удельного ослабления атмосферных газов для частот от 1 ГГц до 1000 ГГц. Принять давление сухого воздуха на уровне моря 101,325e5 кПа и плотность водяного пара 7,5 г/м3. Температура воздуха 20∘C. Удельное затухание определяется как потери дБ на километр. Затем постройте график фактического ослабления на частоте 10 ГГц для диапазона диапазонов.

График удельного ослабления атмосферного газа

Установите температуру атмосферы, давление, плотность водяного пара.

T = 20.0;
Patm = 101.325e3;
rho_wv = 7.5;

Задайте расстояние распространения, скорость света и частоты.

km = 1000.0;
c = physconst('LightSpeed');
freqs = [1:1000]*1e9;

Вычислите и постройте график потерь атмосферного газа.

loss = gaspl(km,freqs,T,Patm,rho_wv);
semilogy(freqs/1e9,loss)
grid on
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Specific Attenuation (dB/km)')

Figure contains an axes. The axes contains an object of type line.

График фактического ослабления атмосферы и свободного пространства

Вычислите потери свободного пространства и потери атмосферного газа при частоте 10 ГГц для диапазонов от 1 до 100 км. Частота соответствует радару X-диапазона. Затем постройте график потерь свободного пространства и общей (атмосферной + свободной) потери.

ranges = [1:100]*1000;
freq_xband = 10e9;
loss_gas = gaspl(ranges,freq_xband,T,Patm,rho_wv);
lambda = c/freq_xband;
loss_fsp = fspl(ranges,lambda);
semilogx(ranges/1000,loss_gas + loss_fsp.',ranges/1000,loss_fsp)
legend('Atmospheric + Free Space Loss','Free Space Loss','Location','SouthEast')
xlabel('Range (km)')
ylabel('Loss (dB)')

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent Atmospheric + Free Space Loss, Free Space Loss.

Входные аргументы

свернуть все

Длина пути сигнала, используемая для вычисления ослабления, заданная как неотрицательный действительный скаляр или вектор. Можно одновременно задать несколько длин путей. Единицы в метрах.

Пример: [13000.0,14000.0]

Частота сигнала, заданная как положительный действительный скаляр или как N-by-1 неотрицательный действительный вектор или 1-by-N неотрицательный действительный вектор. Можно одновременно указать несколько частот. Частоты должны находиться в диапазоне 1-1000 ГГц. Единицы измерения в герцах.

Пример: [1.4e9,2.0e9]

Температура окружающей среды, заданная как скаляр с действительным значением. Единицы измерения в градусах Цельсия.

Пример: -10.0

Давление сухого воздуха, определяемое как положительный действительный скаляр. Единицы находятся в Па. Одна стандартная атмосфера на уровне моря составляет 101325 Па.

Пример: 101300.0

Плотность водяного пара или абсолютная влажность, заданная как неотрицательный действительный скаляр. Единицы измерения - г/м3. Максимальная плотность водяного пара воздуха при 30 ° С составляет приблизительно 30,0 г/м3. Максимальная плотность водяного пара воздуха при 0 ° С составляет приблизительно 5,0 г/м3.

Пример: 4.0

Выходные аргументы

свернуть все

Ослабление сигнала, возвращаемое в виде матрицы M-by-N с действительным значением. Каждая строка матрицы представляет различный путь, где M - количество путей. Каждый столбец представляет различную частоту, где N - количество частот. Единицы измерения находятся в дБ.

Подробнее

свернуть все

Модель ослабления атмосферного газа

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы ослабляются при их распространении через атмосферу. Этот эффект обусловлен главным образом линиями абсорбционного резонанса кислорода и водяного пара, при этом меньший вклад поступает от газообразного азота. Модель также включает спектр непрерывного поглощения ниже 10 ГГц. Используется модель ITU Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами. Модель вычисляет удельное затухание (затухание на километр) как функцию температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Модель атмосферного газа действительна для частот от 1 до 1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для удельного ослабления на каждой частоте

γ = γ o (f) + γ w (f) = 0,1820fN ″ (f).

Величина N "() является мнимой частью комплексной атмосферной рефракции и состоит из компонента спектральной линии и непрерывного компонента:

N ″ (f) =∑iSiFi+N″D (f)

Спектральная составляющая состоит из суммы дискретных членов спектра, составленной из локализованной функции полосы частот F (f) i, умноженной на силу спектральной линии Si. Для атмосферного кислорода сила каждой спектральной линии равна

Si = a1 × 10 − 7 (300T) 3exp [a2 (1 − (300T)] P.

Для атмосферного водяного пара прочность каждой спектральной линии равна

Si = b1 × 10 − 1 (300T) 3 .5exp [b2 (1 − (300T)] W.

P - давление сухого воздуха, W - парциальное давление водяного пара, а T - температура окружающей среды. Единицы давления находятся в hectoPascals (hPa), а температура в градусах Кельвина. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара,

W = δT216.7.

Общее атмосферное давление P + W.

Для каждой кислородной линии Si зависит от двух параметров, a1 и a2. Аналогично, каждая линия водяного пара зависит от двух параметров, b1 и b2. Документация ITU, приведенная в конце этого раздела, содержит таблицы этих параметров в качестве функций частоты.

Локализованные функции Fi (f) полосы частот представляют собой сложные функции частоты, описанные в ссылках ITU, приведенных ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также представлены в таблице в привязке.

Для вычисления полного затухания для узкополосных сигналов вдоль тракта функция умножает конкретное затухание на длину тракта R. Тогда полное затухание составляет Lg = R (γ o + γ w).

Модель ослабления можно применить к широкополосным сигналам. Во-первых, разделить широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и применить ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммировать все ослабленные поддиапазонные сигналы в общий ослабленный сигнал.

Ссылки

[1] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами в 2013 году.

Расширенные возможности

.

Документация по панели инструментов антенны

Поддержка