An analytical model for the attenuation and phase delay due to rain in the 6-100 GHz range

This study presents an analytical model for the attenuation and delay due to rain as a function of different drop size distribution (DSDs) in the 6-100 GHz range. The values of specific attenuation and phase delay for horizontal and vertical polarizations are obtained using the T-Matrix method to calculate the rain drop scattering amplitude and considering different Gamma DSDs. For each frequency and DSD type, the results obtained for various rain rates are fitted using the customary power law expression and, finally, such coefficients are studied as a function of frequency to provide a fully analytical model receiving as input the frequency and the DSD type. The usefulness of the proposed model is shown by calculating the statistics of the attenuation and delay due rain for the site of Milan by means of the SC EXCELL model.

Questa tesi presenta lo sviluppo di un modello analitico per l’attenuazione e il ritardo indotto da pioggia, in funzione della frequenza (intervallo 6-100 GHz) e per differenti tipi di drop size distribution (DSD). I valori di attenuazione specifica e di ritardo di fase per le polarizzazioni orizzontali e verticali sono ottenuti usando il metodo T-Matrix per calcolare le ampiezze di diffusione delle singole gocce di pioggia per differenti tipi di DSD Gamma. Per ogni frequenza e tipo di DSD, i risultati ottenuti per vari valori di intensità di pioggia sono modellizzati usando la tipica espressione power law e, in ultimo, tali coefficienti sono analizzati per derivare un modello completamente analitico che richiede in ingresso solo informazioni sulla frequenza e sul tipo di DSD. L’utilità del modello proposto è mostrata dal calcolo delle statistiche di attenuazione e di ritardo da pioggia per il sito di Milano utilizzando il modello SC EXCELL.