使用扩展 Mie 散射理论对带电粉尘中太赫兹波传播的建模与分析

太赫兹 (THz) 频段 (0.1-10 THz) 拥有数吉赫兹的连续带宽资源，使其成为高速无线通信和环境感知的极具前景的频段。目前已针对各种场景研究了太赫兹波与外部环境之间的相互作用。然而，最近的研究表明，沙尘暴中的摩擦力以及阳光和太阳风的照射会导致地球和月球上的尘埃粒子带电。太赫兹波在这些带电粉尘中的传播尚未得到充分研究，而这对于沙尘暴中的太赫兹空中通信和月球通信至关重要。在本文中，我们为无线通信开发了一种带电粉尘中太赫兹波传播的信道模型。具体而言，首先引入了带电粉尘的扩展 Mie 散射模型，该模型捕捉了太赫兹波与带电粒子相互作用的电动力学特征。然后，对粉尘粒子的直径和密度分布进行了建模，在此基础上对太赫兹波在带电粉尘中的传播损耗进行了建模和详细阐述。最后，评估并比较了在太赫兹频段下不同尺寸的带电粉尘引起的额外损耗的数值结果。大量结果表明，随着粉尘电荷数量的增加，较小尺寸粒子的消光截面显著增加，并且在 0.3 THz 处由带电粉尘导致的整体衰减最多增加 50%。