Exponenta Banner

gaspl

Ослабление сигнала RF из-за атмосферных газов

Свернуть все на странице

Синтаксис

L = gaspl(range,freq,T,P,den)

Описание

пример

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

gaspl функция применяет модель ослабления атмосферного газа Международного объединения электросвязи (ITU) [1] для вычисления потерь пути для сигналов, в основном, из-за кислорода и водяного пара. Модель вычисляет ослабление как функцию от температуры окружающей среды, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Функция требует, чтобы путь сигнала содержался полностью в однородном окружении. Атмосферные параметры не изменяются вдоль пути сигнала. Модель ослабления применяется только для частот на 1-1000 ГГц.

Примеры

свернуть все

Открыть Live Script

Вычислите спектр ослабления от 1 до 1000 ГГц при атмосферном давлении 101,300 кПа и температуре 15∘С. Постройте спектр водяного пара 7,5 g/m3 и затем постройте спектр для сухого воздуха (нулевая плотность водяного пара).

Установите частоты ослабления.

freq = [1:1000]*1e9;

Примите расстояние пути 1 км.

R = 1000.0;

Вычислите ослабление для воздуха, содержащего водяной пар.

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

Вычислите ослабление для сухого воздуха.

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

Постройте график ослаблений.

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 Live Script

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 g/m3. Температура воздуха составляет 20∘C. Специфическое ослабление определяется как потеря дБ на километр. Затем постройте график фактического ослабления на 10 ГГц для диапазона областей значений.

Построение графика ослабления атмосферного газа

Установите температуру атмосферы, давление, плотность водяного пара.

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

Установите расстояние распространения, скорость света и частоты.

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

Расчет и построение графика 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.

Постройте график фактического ослабления атмосферы и свободного пространства

Вычислите потери свободного пространства и потери атмосферного газа на 10 ГГц для областей значений от 1 до 100 км. Частота соответствует радару X-диапазона. Затем постройте график потерь свободного пространства и суммарных (атмосферное + свободное пространство) потерь.

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 параметры

свернуть все

Длина пути сигнала, используемая для вычисления ослабления, задается как неотрицательный действительный скаляр или вектор. Можно задавать несколько длин путей одновременно. Модули измерения указаны в метрах.

Пример: [13000.0,14000.0]

Частота сигнала, заданная как положительный действительный скаляр или как N -на-1 неотрицательный действительный вектор или 1-бай- N неотрицательный действительный вектор. Можно задать несколько частот одновременно. Частоты должны находиться в области значений 1-1000 ГГц. Модули указаны в герцах.

Пример: [1.4e9,2.0e9]

Температура окружающей среды, заданная как действительный скаляр. Модули указаны в степенях Цельсия.

Пример: -10.0

Давление сухого воздуха, заданное как положительный реальный скаляр. Модули измерения находятся в Pa. Одна стандартная атмосфера на уровне моря составляет 101325 Па.

Пример: 101300.0

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

Пример: 4.0

Выходные аргументы

свернуть все

Ослабление сигнала, возвращаемое как матрица M -by N. Каждая строка матрицы представляет другой путь, где M количество путей. Каждый столбец представляет разную частоту, где N - количество частот. Модули указаны в дБ.

Подробнее о

свернуть все

Модель ослабления атмосферного газа

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

Электромагнитные сигналы ослабевают, когда они распространяются через атмосферу. Этот эффект вызван в основном линиями поглощения резонанса кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими от газообразного азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Используется модель МСЭ Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) как функцию от 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 определенного ослабления на каждой частоте является

γ=γo(f)+γw(f)=0.1820fN″(f).

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

N″(f)=∑iSiFi+N″D(f)

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных членов спектра, состоящих из локализованной функции полосы частот, F(f) i, умноженной на интенсивность спектральной линии, S i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная прочность линии

Si=a1×10−7(300T)3exp[a2(1−(300T)]P.

Для атмосферного водяного пара каждая спектральная прочность линии

Si=b1×10−1(300T)3.5exp[b2(1−(300T)]W.

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

W=ρT216.7.

Общее атмосферное давление составляет P + W.

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

Локализованные функции полосы частот Fi(f) являются сложными функциями частоты, описанными в ссылках ITU, цитируемых ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также сведены в таблицу в ссылке.

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на длину пути, R. Затем общее ослабление Lg= R(γo + γw).

Можно применить модель ослабления к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные поддиапазонные сигналы в полный ослабленный сигнал.

Ссылки

[1] Сектор радиосвязи Международного объединения электросвязи. Рекомендация МСЭ-Р P.676-10: Ослабление атмосферными газами 2013.

Расширенные возможности

.

См. также

| |

Введенный в R2017b

Документация Communications Toolbox

Поддержка