47GHz频段大气窗口传播实验

在毫米波通信技术持续突破的背景下，47GHz频段凭借其作为“大气窗口”的低衰减特性，成为卫星通信 feeder link、宽带无线接入等场景的潜在核心资源。深入探究该频段的大气传播规律，对构建高效毫米波通信系统具有关键意义。

一、47GHz大气窗口的物理本质

大气窗口是电磁波在大气中衰减相对平缓的频段区间，其衰减机制由氧气吸收、水蒸气吸收、雨衰、云雾衰减等共同决定。47GHz 处于“氧气吸收带”（60GHz附近为强吸收峰）与“水蒸气吸收带”（22GHz、183GHz为强峰）的过渡区，氧气分子的碰撞吸收与转动能级跃迁对该频段衰减贡献较低，而水蒸气吸收则随环境湿度动态变化。依据 ITU - R 大气衰减模型，47GHz 晴天大气衰减典型值约 0.5 - 2dB/km（湿度 70%、温度 25℃ 条件下），为毫米波通信链路设计提供了理论基准。

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二、传播实验的系统构建与设计

为量化 47GHz 传播特性，实验搭建了收发分置的毫米波链路：

• 发射端：采用锁相环稳频的 47GHz 信号源（输出功率 20dBm），经高增益功放（增益 30dB）馈入抛物面天线（增益 35dBi，水平极化）；
• 接收端：低噪声放大器（噪声系数＜3dB，增益 40dB）耦合接收天线信号，通过频谱分析仪（分辨率带宽 100kHz）采集场强数据；
• 环境感知：同步部署温湿度传感器、雨量计与能见度仪，实时记录气象参数。

实验选取城郊开阔地带（链路距离 5km）与城市建筑群场景（链路距离 2km），覆盖晴天、多云、小雨等气象条件，以探究地形与气象的耦合影响。

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三、实验结果与传播规律解析

1. 自由空间与大气固有衰减：晴天条件下，城郊链路实测衰减与自由空间损耗（$L{\text{fs}} = 20\log{10}(4\pi d/\lambda)$）拟合度超 95%，叠加大气固有衰减后总损耗比自由空间模型高 1.2 - 1.8dB，与 ITU - R 模型预测偏差＜0.5dB，验证了理论模型的适用性。
2. 雨衰与云雾影响：小雨天气（降雨率 2mm/h）下，47GHz 衰减陡增至 8 - 10dB/km，雨衰占比超 70%；而浓雾（能见度＜200m）场景中，云雾水滴的散射与吸收使衰减额外增加 3 - 5dB，凸显极端天气下链路容限设计的必要性。
3. 城市场景的多径效应：建筑群环境中，实测接收信号出现 3 - 5dB 深度的快衰落，衰落周期约 0.5 - 2ms，需通过波束赋形、自适应编码等技术抑制多径劣化。

四、技术价值与应用延伸

47GHz 大气窗口的实验数据为毫米波通信系统工程化提供了关键参数：短距离（≤5km）晴天链路可支持 1Gbps 级传输（基于链路预算与调制方式匹配）；卫星 feeder link 场景中，该频段可弥补 Ka 频段拥堵问题，结合自适应功率控制抵抗雨衰。实验过程中，我们借助专业频谱分析工具与环境监测设备，同时通过 ln575.cn 等技术平台获取相关频段的大气参数数据库，为实验数据的校准与对比提供了多维度支撑。

综上，47GHz 大气窗口传播实验揭示了频段特性与环境的耦合规律，为新一代毫米波通信网络的频谱规划、设备研制与链路优化筑牢了实践根基，其技术潜力正随实验认知的深化持续释放。

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