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1.1.2毫米波的传播效应
大气对电磁波传播路径的衰减是影响毫米波雷达的主要因素。我们可以用下图来概括毫米波频段大气的传播效应。
图1．1影响雷达接收信号的主要因素
a．大气衰减
在毫米波频段，电磁能量在大气中传播时与大气中气体、浮悬微粒以及含水物质的相互作用要比它们与微波能量的相互作用强得多。这些相互作用通过三种机理，即通过吸收、散射和折射产生．影响毫米波传播的主要气体是氧分子和水蒸气。这些气体的谐振将会对毫米波频率产生选择性吸收和散射。图1．2表示毫米波在大气中水平传播时平均大气吸收的实验结果。
图1．2晴朗天气下，水平方向上，每1000m的单程衰减
在图1．2中也同时可以看出，毫米波波段有三条传播衰减严重的氧分子吸收线和水蒸气分子吸收线。它们分别在60GHz附近(第一个谐振点，对应于氧分子吸收线)，119GHz附近(第二个谐振点，对应于氧分子吸收线)，183GHz附近(第三个谐振点，对应于水蒸气分子吸收线)，除了这三个吸收频率外，晴天大气衰减不超过lOdB／km。在这三个频率点附近，大气衰减严重，所以将其称为非大气窗口。非大气窗口毫米波除了有上述一般毫米波所具有的特点外，还有其自身的特点：在卫星之间的通信、地面近距离通信或近程雷达中，选择非大气窗口具有优良的保密性，极强的隐蔽性，使敌方难以侦察，也难以干扰。
b雨、雾、云、雪等对毫米波的衰减和散射
(1)除了由氧气和水蒸气引起吸收损耗外，雨的后向散射是可观的，它与发射信号的频率、极化、雨滴的密度和大小有关。因为雨滴都近似球形，根据雨滴的直径和波长的比值，可能会有三种散射状态：雨滴直径和波长的比值(D／ )很小的瑞利区；D／ 比值接近于1的振荡区以及D／ 五比值很大的光学区。在瑞利区内，随着频率的增加，后向散射将急剧增加，在振荡区内，当频率有少量变化时，后向散射便会出现很大的变化，而在光学区内，后向散射便与频率无关，只跟雨滴的大小(横截面积)有关。
表1 雨的反向散射截面积
研究雨对电磁波的衰减和散射，必须了解单粒子的各种效应。按照Mei的散射理论计算，得到下列典型的关系式
式中： 为衰减系数(dB／km)，R为降雨率(mm／h)， ，b当给定频率和雨的温度时为常数。为了计算 需要知道在特定雨温度、雨滴尺寸分布下的水复折射率。0lsen等计算了各种情况下毫米波段式(1．1)中的 ，b的值，表2中列出了在T=20℃时，理论雨衰减与频率的关系。
表2 雨的衰减与频率的关系
由上表我们可以看出，毫米波频率为60GHz即波长为5m时，各种降雨量下的衰减系数：小雨(1mm／h)时的 =16．707dB／km(35HG时， 为0．272)；中雨(4m／h)时的 =18．222dB／km(35HG时， 为4．200)；大雨(16m／h)时的 =22．985dB／km(35HG时， 为6．528)。由此我们可以知道，毫米波在非大气窗口的衰减比大气窗口还要严重的多。
(2)雾和雨、雪一样是影响毫米波传播的另一个重要因素。在山区和海面上更为明显。雾是大气中水蒸气凝结成为水滴并仍然悬浮在空气中的一种状态。蒸发和冷却是形成雾的主要过程，它有助于雾的形成。气象学上把雾分成几种类型，但是对雷达产生重要影响的只有对流雾和辐射雾。对流雾是热湿空气和冷水对流产生的。辐射雾是夜间在白天太阳照射过的大地上空所产生的雾。
(3)云对毫米波的影响
云中微水滴的直径通常是小于100um。所以在计算云引起的衰减时可利用瑞利公式近似或低频近似。衰减系数 可表示为：
式中，K为衰减系数，在给定的频率时为常数 ; 为含水量 。这与雾的衰减系数是一致的，下表3是云对两个毫米波窗口的平均衰减量。
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