1 10 100
频率/GHz 不同仰角标准大气天空噪声温度
计算结果表明：天空噪声温度与大气衰
减成正比的，大气衰减越大，天空噪声 温度越大。当大气衰减很大时，天空噪 声温度趋于常数；在相同频率条件下， 仰角越低，天空噪声温度越大，仰角越 高，天空噪声温度越小。
6
结束语
微波毫米波信号通过大气传播过程中，受到大气衰减的影响。 在毫米波频段，大气衰减更为严重，且大气衰减引起系统噪声
3
标准大气衰减计算与分析
标准大气条件：
100
大 气 衰 减 /dB
10 1 0.1 0.01 1 10 100
频率/GHz
标准大气天顶角方向的大气衰减
计算结果表明：当毫米波在大气中传播时，由 于水蒸气和氧分子的吸收作用，在不同频率点 衰减各不相同，其中在29.6GHz、84.2GHz、 131.1GHz和213.9GHz附近衰减较小，称为大 气窗口。此外在22.4GHz、59.8GHz、
温度的增加。本文国际电信联盟Rec. ITU-R P.676-7的建议，给
出了1-350GHz频段范围内，大气衰减的计算模型，并计算了大 气衰减曲线，分析了大气衰减的传播规律。研究了大气参数对 大气衰减的影响。该文对于卫星通信链路设计、深空探测链路 计算以及射电天线测量等领域，具有重要的参考应用价值。
100 10 1 0.1 0.01 1E-3
p=506.5hPa p=1013hPa
大 气 衰 减 /dB
p=1519.5hPa
1
10
100
频率/GHz
下图给出了不同水蒸气密度天顶方向的大气衰 减曲线。大气压力1013hPa，地球表面温度 15°C，分别给出了水蒸气密度为2.5g/m3、 7.5g/m3和15g/m3计算结果表明：在大气压力和 地面温度不变的情况下，当频率小于6GHz时， 水蒸气密度对大气衰减影响不大，随着频率的 升高，水蒸气密度越小，大气衰减越小。
hw—水蒸气的有效大气路径(km)
干燥空气和水蒸气的衰减系数与水蒸气密度、大气压
力和传输频率有直接关系，而空气和水蒸气在大气层
的等效高度与压力和频率有关。因此，精确计算干燥
空气的大气衰减因子γ0、干燥空气的有效路径h0、水
蒸气的衰减因子γw和有效大气路径是非常复杂的。
Rec. ITU-R P.676-7建议利用曲线拟合方法，给出了频 率在1-350GHz范围内，各种干燥空气和水蒸气衰减因 子和有效路径的近似计算公式，由此可计算大气衰减 的大小，其计算精确约为±10%。
毫米波大气衰减和天空噪声温度 的计算与分析
秦顺友
2015年10月
内 容
1 引 言 2 大气衰减计算模型 3 标准大气衰减计算与分析
4 大气参数对大气衰减的影响 天空噪声温度的计算与分析 结 束 语
5
6
1
引 言
射频信号
射频信号通过大气传
播，大气引起射频信 号衰减，毫米波尤为 严重；同时大气衰减 引起衰减噪声。
t =-30°C t =0°C t =30°C
1
0.1
0.01
1
10Biblioteka 频率/GHz100
下图给出了不同大气压力天顶方向的 大气衰减曲线。水蒸气密度7.5g/m3， 地球表面温度15°C，分别计算半个
标准大气压、1个标准大气压和1.5个
标准计算结果表明：在水蒸气密度不
变和地面温度不变的情况下，随着大
气压力的降低，大气衰减减小。
4
大气参数对大气衰减的影响
下图给出了地面不同温度天顶方向的大气
衰减曲线。大气压力为1013hPa，水蒸气 密度7.5g/m3，地球表面温度分别-30°C 、 0°C 和30°C。计算结果表明：在大气压 力和水蒸气密度不变的情况下，随着地面 温度的降低，大气衰减增大。
100
大 气 衰 减 /dB
10
1000 100 10
EL=90° EL=30° EL=10°
大气衰减 /dB
1 0.1 0.01 1 10 100
频率/GHz 不同仰角的标准大气衰减曲线
计算结果表明：随着大气传播路径仰角的增加，大气 衰减减小；随着仰角的降低，大气传播衰减增加，当 仰角很低时，大气衰减急剧增加。在Ka波段和EHF频 段的卫星通信系统中，为了克服降雨和大气衰减的影 响，地球站天线工作仰角应选择高一些。另外，在实 际工程应用中，只要知道天顶方向的大气衰减，就可 以计算任意仰角的大气衰减。
大气衰减与频率、天顶角和大气
层函数有关。在卫星通信链路计
算、射电天文观测、深空链路分
析和天线参数计算与测量等领域， 均需要考虑大气衰减或天空噪声
温度的影响。
卫星通信应用系统
深空探测应用系统
跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS） 应用系统
天线噪声温度
T
Tfeed
大气衰减噪声
Tground
天线参数射电天文测量
气层被模型化为标准大气层，当仰角在5°～
90°时，用分贝表示的大气衰减Latm为：
Latm
式中：
0 h0 w hw
sin EL
EL—大气路径的仰角(°)；
γ0—干燥空气与频率相关的衰减因子(dB/km)；
h0—干燥空气的有效大气路径(km)；
γw—水蒸气与频率相关的衰减因子(dB/km)；
100
大 气 衰 减 /dB
10 1 0.1
ρ=15g/m3 7.5g/m3 2.5g/m3
0.01
1
10
100
频率/GHz
A：ρ=7.5g/m3
B：ρ=0g/m3
青海德令哈毫米波望远镜（口径为 13.7米，海拔高度3200米，工作频率 85-115GHz）
5
天空噪声温度计算与分析
计算出大气衰减Latm后，则天空噪声温度为：
Tsky
Tcmb 1 1 Tatm Latm Latm
Tatm 1.12273 t 0 50
式中：
Tsky―天空噪声温度（K）；
Tcmb―微波背景噪声温度（K）；
Tatm―大气噪声温度（K）。
天空 噪声 温度 /K
100
EL=10°
10
EL=30° EL=90°
118.8GHz和183.3GHz附近出现极大值，称为
衰减峰。例如：当频率为60GHz时，标准大气
天顶角方向的大气衰减为160.8dB。
毫米波通信频段正是依据大气衰减的
传播规律进行选择的，例如Ka波段卫
星通信（上行频段27.5-31GHz，下行 频段17.7-21.2GHz)，星际链路采用
60GHz频段。
射电源
2kTas K1K 2 AS
地面站天线
大气衰减因子
因此可见：研究微波毫米波大
气衰减和天空噪声温度，不仅 具有重要的学术价值，而且具 有重要的工程应用价值。
2
大气衰减计算模型
大气衰减是频率、天线仰角和大气层的函数。 它随频率的增加而增加，随大气路径仰角的增
大而减小。假定测量条件为晴朗天空，并且大