大氣水凝物中THz波和紅外波的輻射傳輸特性.pdf

1、隨著太赫茲輻射源、太赫茲探測和成像技術的發(fā)展，太赫茲波的輻射傳輸特性在寬帶通信、雷達探測、電子對抗、電磁武器等領域倍受關注。太赫茲波段在空間大氣水凝物中的輻射傳輸特性，對研究空間環(huán)境太赫茲雷達探測、通信等領域具有重要的應用價值，是建立戰(zhàn)場環(huán)境中太赫茲波/脈沖的散射和傳輸仿真計算模型的基礎。
　　本論文基于地球大氣傳輸概況及波在離散隨機介質(zhì)中的傳輸理論，研究了太赫茲波、紅外波在大氣水凝物中的輻射傳輸特性。得到了不同模型下的太赫茲波段

2、水的復折射率隨頻率的變化關系；基于時變離散隨機介質(zhì)的脈沖傳播理論分析了紅外、太赫茲信號在不同濃度霧中的雙頻互相關函數(shù)；對比了太赫茲脈沖波在水凝物中的展寬、畸變和時延，得到了紅外高斯脈沖在霧天氣、沙塵性氣溶膠中的時延，以及太赫茲高斯脈沖在雨中的時延；考慮單次散射近似理論及多次散射理論，運用蒙特卡羅法得到了紅外、太赫茲信號在雨中的衰減特性及在霧中的多次散射特性；考慮霧滴粒子譜分布，得到了紅外、太赫茲信號的透過率、反射率、前向后向散射強度隨角

3、度的變化關系等。論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.分析了氣體分子能級躍遷與光譜特性，比較了大氣典型氣體分子的吸收譜線，對比發(fā)現(xiàn)大氣中水汽和氧氣對太赫茲波的吸收不可忽略。水凝物是由水（降雨、霧、云）和冰組成的。由此知道水凝物對于太赫茲波的傳輸影響較大。用幾種不同的模型得到了太赫茲波段水的復折射率隨頻率的變化，并與HITRAN數(shù)據(jù)庫提取值做了對比。
　　2.計算了太赫茲波段大氣背景輻射特性，給出了0.1~1THz頻段內(nèi)的大氣背景輻射

4、亮溫。該工作對于研究隨機介質(zhì)中太赫茲波的輻射傳輸特性，掌握不同溫度、能見度等條件下，太赫茲頻段大氣透過率窗口的位置和寬度，及促進該頻段在傳輸、通信、雷達探測等方面的應用具有重要意義。
　　3.基于時變離散隨機介質(zhì)的脈沖傳播理論，詳細分析了紅外波、太赫茲波在霧中的雙頻互相關函數(shù)，對比了不同能見度、頻率下信號的雙頻互相關函數(shù)的幅度及相位變化；得到了高斯脈沖輸入時信號的展寬和畸變及時延，對比了紅外高斯脈沖在霧天氣、沙塵性氣溶膠中的時延，

5、以及太赫茲高斯脈沖在雨中的時延。結果表明，脈沖時延和輸入脈沖波長、傳輸距離以及粒子濃度有關。該結果對于研究修正脈沖信號在大氣水凝物中傳輸產(chǎn)生的形變具有重要的理論意義。
　　4.基于降雨的物理特性，重點分析了單個球形雨滴粒子的消光特性、散射特性及相函數(shù)，對比了考慮不同雨滴粒子譜時，紅外、太赫茲信號的衰減。所得不同雨滴譜分布下信號的衰減與 ITU-R數(shù)據(jù)做了對比。該結果為研究太赫茲頻段在雨介質(zhì)中的信號衰減實驗提供了理論參考。