Qual o nome popular também conhecido como radar eletrônico

O espectro de ondas eletromagnéticas contem freqüências de até 1024 Hz. Esse intervalo é subdividido em diferentes sub-escalas devido a diferentes propriedades físicas. A subdivisão das frequências nos diferentes intervalos foi previamente medida de acordo com critérios que foram historicamente desenvolvidos e estão agora obsoletos, pelo que foi criada uma nova classificação das bandas de frequências. Esta nova classificação ainda não foi totalmente estabelecida internacionalmente. A designação tradicional de bandas de frequência é frequentemente utilizada na literatura. Na OTAN, a nova subdivisão é usada.

O gráfico a seguir mostra uma visão geral:

Figura 1: Ondas e intervalos de frequência usadas pelo radar.

Figura 1: Ondas e intervalos de frequência usadas pelo radar.

Figura 1: Ondas e intervalos de frequência usadas pelo radar.

Portanto, atualmente existem dois sistemas de designação válidos para bandas de frequência que são comparadas na Figura 1. O IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) favorece o sistema de designação, que se originou historicamente e cuja distribuição intencionalmente não sistemática das letras à designação da banda em parte se origina da época da 2ª Guerra Mundial. Sua seleção foi inicialmente destinada a manter as freqüências usadas em segredo.

Uma nova classificação de bandas de frequência é usada dentro da OTANNorth Atlantic Treaty Organization (NATO). Seus limites de banda são adaptados às tecnologias e possibilidades de medição nas diferentes faixas de freqüência. Eles são quase logaritmicamente distribuídos e o sistema está aberto às altas freqüências. Neste sistema, outras bandas de frequência até o intervalo terahertz podem ser facilmente definidas no futuro. Este sistema de designação também é de origem militar e é uma divisão de bandas para a guerra eletrônica, na qual o equipamento de radar finalmente ocupa um lugar essencial.

Como uma atribuição às novas bandas de freqüência nem sempre é possível sem que a freqüência exata seja conhecida, fiz uso dos nomes das bandas tradicionais sem comentários, onde eles foram mencionados nas publicações do fabricante. Mas tenha cuidado! Na Alemanha, por exemplo, as empresas ainda usam nomes de bandas antigas. Os conjuntos de radar da chamada „família da banda C“ operam com certeza na nova banda G, mas os conjuntos de radar com a letra „L“ no designador (por exemplo, SMART-L) não operam mais na banda L, mas na banda D.

As freqüências de aparelhos de radar hoje variam de cerca de 5 megahertz em cerca de 130 gigahertz (130.000.000.000 de oscilações por segundo!). No entanto, certas frequências também são preferidas para certas aplicações de radar. Sistemas de radar de alcance muito longo geralmente operam em freqüências mais baixas abaixo e incluindo a banda-D. Os radares de controle de tráfego aéreo em um aeroporto operam abaixo de 3 GHz (ASR) ou abaixo de 10 GHz (PAR).

Figura 2: Alguns radares e sua banda de frequência

Figura 2: Alguns radares e sua banda de frequência

Body Scanner

Automotive Radars

Airborne
Radar

Battlefield Radar

Early Warning Radars

Over-The-Horizon (OTH)-Radar

SMR

PAR

ASR

En-Route
Radar

GPR

Figura 2: Alguns radares e sua banda de frequência

A- e B- Banda (HF- e VHF- Radar)

Essas bandas de radar abaixo de 300 MHz têm uma longa tradição, já que os primeiros radares foram desenvolvidos aqui antes e durante a 2ª Guerra Mundial. A faixa de freqüência correspondia às tecnologias de alta frequência dominadas naquele momento. Mais tarde, eles foram usados para os radares de alerta de alcance extremamente longo, chamados de radares Over The Horizont (OTH). Como a precisão da determinação do ângulo e a resolução angular dependem da relação do comprimento de onda com o tamanho da antena, esses radares não podem atender aos requisitos de alta precisão. As antenas desses aparelhos de radar são, no entanto, extremamente grandes e podem ter até vários quilômetros de extensão. Aqui, condições especiais de propagação anormal atuam, o que aumenta o alcance do radar novamente à custa da precisão. Uma vez que essas bandas de freqüência são densamente ocupadas pelos serviços de rádio de comunicação, a largura de banda desses aparelhos de radar é relativamente pequena.

Essas bandas de frequência estão passando por um retorno, enquanto as tecnologias Stealth realmente usadas não têm o efeito desejado em freqüências extremamente baixas.

C- Banda (UHF- Radar)

Para esta faixa de frequências (300 MHz a 1 GHz), desenvolveram-se conjuntos de radares especializados que são utilizados como radar de aviso prévio militar, por exemplo para o Sistema Médio de Defesa Aérea Alargada (MEADS), ou como perfiladores de vento na observação meteorológica. Estas frequências são atenuadas apenas ligeiramente pelos fenómenos meteorológicos e permitem, assim, um longo alcance. Métodos mais recentes, os chamados radares de banda ultra larga, transmitem com potência de pulso muito baixa da banda A para a banda C e são usados principalmente para investigação de material técnico ou parcialmente em arqueologia como Radar de Penetração no Solo (GPR).

D- Banda (L-Banda Radar)

Esta gama é ideal para radares modernos de vigilância aérea de longo alcance até um alcance de 250 milhas náuticas (˜400 km). A interferência relativamente baixa dos serviços de comunicação de rádio civil permite a radiação de banda larga com potência muito alta. Eles transmitem pulsos com alta potência, ampla largura de banda e uma modulação intrapulso para alcançar intervalos ainda mais longos. Devido à curvatura da Terra, no entanto, a faixa que pode ser alcançada praticamente com esses conjuntos de radar é muito menor em baixas altitudes, uma vez que esses alvos são então obscurecidos pelo horizonte do radar.

Nesta faixa de frequências, os Radares de Enfrentamento ou os Radares de Vigilância de Rota Aérea (ARSR) funcionam para o controle de tráfego aéreo. Em conjunto com um Radar de Vigilância Secundária Monopulse (MSSR), estes radares operam com uma antena relativamente grande, girando lentamente.

E/F-Banda (S-Banda Radar)

Na faixa de freqüência de 2 a 4 GHz a atenuação atmosférica é maior que na banda-D. Os conjuntos de radar exigem uma potência de pulso muito maior para alcançar intervalos longos. Um exemplo é o mais antigo MPR (Medium Power Radar) militar com potência de pulso de até 20 MW. Nesta banda de frequências, já estão a começar consideráveis deficiências devido a fenómenos meteorológicos. Portanto, alguns radares meteorológicos funcionam na banda E/F, mas em condições climáticas subtropicais e tropicais, porque aqui o radar pode ver além de uma tempestade severa.

Os radares especiais de vigilância de aeroporto (ASR) são usados nos aeroportos para detectar e exibir a posição das aeronaves na área do terminal com alcance médio de até 50 a 60 km (˜100 km). Um ASR detecta a posição da aeronave e as condições meteorológicas nas proximidades de campos de pouso civis e militares. O designador S-Band é bom como rima mnemônica como antena menor ou menor alcance (ao contrário da banda L).

G- Banda (C-Banda Radar)

Para esta faixa de frequências, utilizam-se radares militares de campo de batalha com alcance curto e médio. As antenas são pequenas o suficiente para serem rapidamente instaladas com alta precisão para o controle de armas. A influência dos fenômenos meteorológicos são grandes, e é por isso que os radares militares são geralmente equipados com antenas com polarização circular. Nesta faixa de freqüência, a maioria dos radares meteorológicos também é usada para climas moderados.

I/J- Banda (X- e Ku- Banda Radar)

Entre 8 e 12 GHz, a relação do comprimento de onda com o tamanho da antena tem um valor mais favorável. Com antenas relativamente pequenas, pode-se obter precisão angular suficiente, o que favorece o uso militar como radar aéreo. Por outro lado, as antenas de sistemas de radar de controle de mísseis, que são muito grandes em relação ao comprimento de onda, ainda são bastante úteis para serem consideradas implantáveis.

Esta banda de frequência é usada principalmente em aplicações civis e militares para sistemas de radar de navegação marítima. Pequenas antenas rotativas baratas, oferece precisão muito boa. As antenas podem ser construídas como simples radiadores de slot ou antenas de patch.

Essa faixa de freqüência também é popular para radares de imagens transportados pelo espaço ou no ar baseados em Radar de Abertura Sintética (SAR), tanto para inteligência eletrônica militar quanto para mapeamento geográfico civil. Uma aplicação especial do Radar Invertido de Abertura Sintética (ISAR) e o monitoramento dos oceanos para evitar a poluição ambiental.

K- Banda (K- e Ka- Banda Radar)

À medida que a freqüência emitida aumenta, a atenuação na atmosfera aumenta, mas a precisão possível e a resolução da faixa também aumentam. Grandes faixas não podem mais ser alcançadas. As aplicações de radar nesta faixa de freqüência são, por exemplo, radar de vigilância de aeródromo, também conhecido como Radar de Movimento de Superfície (SMR) ou (como parte de) Equipamento de Detecção de Superfície de Aeroporto (ASDE). Com pulsos extremamente curtos de alguns nanossegundos, uma excelente resolução de alcance é alcançada para que os contornos de aeronaves e veículos possam ser vistos no monitor.

V-Banda

Devido à dispersão molecular da atmosfera, as ondas eletromagnéticas sofrem uma atenuação muito forte. As aplicações de radar estão limitadas a um intervalo de alguns dez metros.

W-Banda

Dois fenômenos de atenuação atmosférica podem ser observados aqui. Um máximo de atenuação em cerca de 75 GHz e um mínimo relativo em torno de 96 GHz. Ambas as freqüências são usadas praticamente. Emtorno de 75  a 76 GHz, os radares de curto alcance são usados na engenharia automotiva como auxiliares de estacionamento, sistemas de assistência de frenagem e prevenção automática de acidentes. Esta alta atenuação através da dispersão molecular (aqui através da molécula de oxigênio O2) impede a interferência mútua através do uso em massa desses conjuntos de radar.

Existem conjuntos de radar operando de 96 a 98 GHz como equipamentos de laboratório. Estas aplicações fornecem uma previsão para o uso do radar em freqüências extremamente altas como 100 GHz.

N-Banda

Na faixa de 122 GHz, há outra banda ISM para aplicações de medição. Como na tecnologia de alta frequência a faixa de Terahertz é definida de 100 GHz = 0,1 THz a 300 GHz, a indústria oferece módulos de radar para essa faixa de frequência como „radar Terahertz“. Esses módulos de radar Terahertz são usados, por exemplo, nos chamados scanners de corpo inteiro. Os scanners de corpo inteiro aproveitam o fato de que, embora essas frequências de Terahertz possam penetrar facilmente em substâncias secas e não condutoras, elas não conseguem penetrar na pele mais profundamente do que apenas alguns milímetros, devido à umidade da pele humana.

Em Merill Skolniks “Radar Handbook” (3ª edição), o autor defende a designação mais antiga de letras padrão IEEE para bandas de frequência de radar (IEEE-Std. 521-2002). Essas designações de letras (como mostrado na escala vermelha da Figura 1) foram originalmente selecionadas para descrever as bandas de radar usadas na Segunda Guerra Mundial. Mas as freqüências utilizáveis são maiores que 110 GHz agora - Existem geradores controlados por fase de até 270 GHz, poderosos transmissores de até 350 GHz atualmente. Mais cedo ou mais tarde, essas frequências também serão usadas para radares. Em paralelo, o uso do radar UWB está além dos limites das bandas tradicionais de freqüência de radar.

As diferentes designações para bandas de frequência de radar são muito confusas. Isso não é problema para engenheiros ou técnicos de radar. Essas pessoas habilidosas podem lidar com essas diferentes bandas, freqüências e comprimentos de onda. Mas eles não são responsáveis pela logística de compras, e. para a compra de ferramentas de manutenção e medição ou até mesmo para comprar um novo radar. Infelizmente, a gestão da logística formou-se principalmente em ciências empresariais. Portanto, eles terão um problema com os designadores de banda confusos. O problema agora é afirmar que um gerador de frequência para I e J-Band serve um Radar de Banda X e Ku e o Jammer de Banda D interfere em um Radar de Banda-L.

Os radares UWB usam uma ampla faixa de freqüência, além das fronteiras rígidas das bandas de freqüência clássicas. O que é melhor dizer: este, por exemplo, O UWB-radar usa uma faixa de freqüência de E a H-Band, ou usa as mesmas freqüências da banda S mais alta para a banda X?

Mas os conjuntos de radares oferecidos serão nomeados com os antigos designadores de banda de frequência pelos fabricantes de radares, desde que o IEEE declare que as novas faixas de freqüência: „…não são consistentes com a prática de radar e não devem ser usadas para descrever bandas de freqüência de radar“. Acho que é apenas uma questão de tempo, e até mesmo o IEEE mudará sua opinião. Lembre-se: Não faz muito tempo, mesmo quando todo o sistema métrico de unidades de medida foi considerado inapropriado dentro do IEEE.

Pode, caso prefira ler o documento noutra das línguas já disponíveis,
clicar no ícone da língua correspondente.

Resim 1: İnternet temsil önizleme

Elektromanyetic
dalga cephesi

Engel

Gölge bölge

Alma alanı

Resim 1: Elektromanyetik dalgaların bükülmesi (diffraction)

Elektromanyetik dalgaların yayılmasını etkileyen faktörlerin bilinmesi, hava trafiğinde ortaya çıkan oluşumlar ve önlemlerin anlaşılması için çok önemlidir. Radyo tekniğinde bu serbest hacimler iletim kanalları olarak kullanılırlar. Bu alan genellikle atmosferdir. Bunlar, uzayda, dünyanın atmosferinde ve diğer ortamlarda günün saatine, mevsim ve hava koşullarına bağlı olarak farklı frekanslarda ortaya çıkan dalga yayılma özellikleridir.

Bunlar burada, antenin uzak bölgesindeki düz dalga cephelerinin nispeten basit koşulları ile sınırlıdır.

„Elektromanyetik Dalga Yayılımı“ bölümünün içeriği „Radar Temelleri“ kursu için önceden bilinmesi gereken temel bir konudur. Bu bölüm fizik derslerinde konuyla ilgili öğretilenlerin bir tekrarıdır.

Elektromanyetic
dalga cephesi

Engel

Gölge bölge

Alma alanı

Resim 2: Elektromanyetik dalgaların bükülmesi (diffraction)

Figure 1 : Aperçu de la présentation sur Internet

Ondes transmises

Obstacle

Zone d’ombre

Réception possible

Figure 1 : Exemple de phénomène de diffraction

Dans le domaine radio, l'espace libre est considéré en tant que milieu de propagation. Il s'agit principalement de l'atmosphère terrestre. Les considérations sur la propagation des ondes sont simplifiées du fait de la très grande difference entre la distance émetteur - récepteur et la longueur de l'onde émise. Nous pouvons donc les réduire à l'étude du comportement des fronts d'ondes à grande distance de l'émetteur.

Il est important de connaître les facteurs qui influent sur la propagation des signaux électromagnétiques pour comprendre les phénomènes qui affectent le traffic radio.

Certaines qualités de propagation des ondes n'apparaissent qu'à certaines fréquences dans l'espace, dans l'atmosphère terrestre ou dans un autre milieu en fonction de l'heure, de la saison, ou de conditions météorologiques.

Ondes transmises

Obstacle

Zone d’ombre

Réception possible

Figure 2 : Exemple de phénomène de diffraction

Рисунок 1. Предварительный просмотр интернет-представительства

фронт волны

препятствие

зона тени

зона видимости

Рисунок 2. Диффракция электромагнитных волн

фронт волны

препятствие

зона тени

зона видимости

Рисунок 1. Диффракция электромагнитных волн

В радиотехнике свободное пространство рассматривается как канал передачи. В большинстве практических случаев это атмосфера Земли. Рассмотрение закономерностей распространения радиоволн упрощается тем, что расстояние между передатчиком и точкой наблюдения всегда очень велико по сравнению с длиной излучаемой волны. Поэтому можно использовать сравнительно простые соотношения для дальней зоны, где распространяющаяся волна имеет плоский фронт.

Знание факторов, влияющих на распространение электромагнитных волн, является важным для понимания явлений, возникающих при функционировании радиолокаторов и систем радиосвязи, а также для понимания сущности применяемых при этом мер. Речь идет, в частности, об особенностях распространения радиоволн на разных частотах, в космосе, земной атмосфере или других средах, в разное время суток или года, в разных погодных условиях.

Спектр электромагнитных полн простирается до частот выше 1024 Гц. Этот очень широкий сложный диапазон делится на поддиапазоны с различными физическими свойствами.

Разделение частот по поддиапазонам ранее выполнялось в соответствии с исторически сложившимися критериями и в настоящее время устарело. Это привело к возникновению современной классификации диапазонов частот, которая в настоящее время используется на международном уровне. Однако в литературе все еще можно встретить традиционно сложившиеся названия диапазонов частот.

На Рисунке 1 изображен диапазон частот, занятый электромагнитными волнами, и показано его деление на поддиапазоны.

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

Рисунок 1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в радиолокации

В верхней части рисунка показано деление спектра электромагнитных волн, сложившееся исторически и официально принятое Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineer, IEEE). В нижней части рисунка показана современная классификация диапазонов частот, принятая для использования в структурах НАТО. Видно, что границы частотных диапазонов в этих двух классификациях не всегда совпадают.

Диапазоны и поддиапазоны частот называют заглавными буквами. Такой подход возник еще на заре радиолокации, когда точное значение рабочей частоты радиолокационного средства старались держать в тайне.

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Сканерыперсонального

досмотра

Автомобильные
радиолокаторы

РЛС разведки
поля боя

Радиолокатор обзора
воздушного пространства

Загоризонтный радиолокатор

SMR

PAR

ASR

GPR

Рисунок 2. Некоторые радиолокаторы и их диапазоны частот

Радиолокационные системы работают в широком диапазоне излучаемых частот. Чем выше рабочая частота радиолокатора, тем сильнее влияют на распространение электромагнитных волн атмосферные явления, такие как дождь или облака. Но одновременно с этим на более высоких частотах достигается лучшая точность работы радиолокационного средства. На Рисунке 2 показаны диапазоны частот электромагнитных волн, используемые радиолокационными средствами.

А- и В-диапазоны (ВЧ и ОВЧ)

В русскоязычной литературе эти диапазоны называют диапазоном высоких частот (ВЧ) и диапазоном очень высоких частот (ОВЧ, иногда — метровым диапазоном), в англоязычной — диапазоном HF (High Frequency) и диапазоном VHF (Very High Frequency).

Эти радиолокационные диапазоны ниже 300 МГц имеют давнюю историю применения, поскольку именно в этих диапазонах активно развивались радиотехнологии в годы Второй мировой войны. В настоящее время эти частоты используются в радиолокаторах раннего обнаружения и так называемых загоризонтных радиолокаторах (Over The Horizon, OTH). Для таких низких частот легче строить высокомощные передатчики. Затухание электромагнитных волн на таких частотах меньше, чем при использовании более высоких частот. С другой стороны, точность таких радиолокаторов ограничена, поскольку низкие частоты требуют антенн с очень большими физическими размерами, что определяет точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам. Кроме того, эти диапазоны частот используются и другими службами, связью и радиовещанием, поэтому полоса частот для радиолокаторов ограничена (что, опять же влияет на точность и разрешающую способность).

Однако, в последнее время, интерес к использованию этих диапазонов частот в радиолокации возвращается, поскольку на этих частотах технологии снижения радиолокационной заметности Stealth не обеспечивают требуемого эффекта.

С-диапазон (УВЧ)

Этот диапазон называется диапазоном ультравысоких частот (УВЧ) или дециметровым диапазоном. В англоязычной литературе — Ultra High Frequency (UHF).

Существует не так много радиолокационных систем, разработанных для этого частотного диапазона (от 300 МГц до 1 ГГц). Эти частоты хорошо подходят для радиолокационного обнаружения и сопровождения спутников и баллистических ракет на больших расстояниях. Радиолокаторы, работающие в этом диапазоне частот, используются для раннего обнаружения и предупреждения о целях как, например, обзорный радиолокатор в системе противовоздушной обороны средней дальности MEADS (Medium Extended Air Defense System). Некоторые метеорологические радиолокационные системы, например, предназначенные для построения профиля ветра, работают в этом диапазоне, поскольку распространение электромагнитных волн на таких частотах слабо зависит от облаков и дождя.

Новые технологии сверхширокополосной радиолокации (Ultrawideband, UWB) используют все частоты от А- до С-диапазона. Сверхширокополосные радиолокаторы излучают очень короткие импульсы на всех частотах одновременно. Они используются для неразрушающего контроля материалов и объектов, а также как радиолокаторы подповерхностного зондирования (Ground Penetrating Radar, GPR), например, для археологических исследований.

D-диапазон (L-диапазон)

Этот частотный диапазон (от 1 до 2 ГГц) является предпочтительным для работы радиолокаторов дальнего обнаружения с дальностью действия до 250  морских миль (около 400 километров). Они излучают импульсы высокой мощности с широким спектром и, зачастую, с внутриимпульсной модуляцией. Вследствие кривизны земной поверхности максимальная дальность обнаружения ограничена для целей, находящихся на малых высотах. Такие цели, по мере увеличения дальности, очень быстро исчезают за радиогоризонтом.

В этом диапазоне частот работают радиолокаторы дальнего обнаружения в системе управления воздушным движением, такие как трассовый обзорный радиолокатор (Air Route Surveillance Radar, ARSR). При объединении с моноимпульсным вторичным обзорным радиолокатором (Monopulse Secondary Surveillance Radar, MSSR) они используют относительно большую медленно вращающуюся антенну.

Если букву L подразумевать как первую в слове Large (большой), то обозначение L-диапазон является хорошей мнемонической рифмой для большого размера антенны или большой дальности действия.

E/F-диапазон (S-диапазон)

В этом диапазоне атмосферное ослабление выше, чем в D-диапазоне. Радиолокаторам, работающим в этом диапазоне, требуется значительно большая излучаемая мощность для того, чтобы достичь хороших значений максимальной дальности действия. В качестве примера можно привести радиолокатор средней мощности MPR (Medium Power Radar) с импульсной мощностью 20 МВт. В этом частотном диапазоне влияние погодных условий сильнее, чем в D-диапазоне. Поэтому несколько метеорологических радиолокаторов работают в E/F-диапазоне но, в основном, в тропических и субтропических климатических зонах, поскольку тут они могут «видеть» за пределами сильного шторма.

Специальные аэродромные обзорные радиолокаторы (Airport Surveillance Radar, ASR) используются в аэропортах для обнаружения и отображения положения самолетов в воздушном пространстве аэропортов, в среднем, на дальностях 50 … 60 морских миль (около 100 км). Аэродромные радиолокаторы определяют положение самолетов и погодные условия в районах как гражданских, так и военных аэродромов.

Обозначение S-диапазона (Small, Short – малый, короткий), в противоположность обозначению L-диапазона, может трактоваться как обозначение меньших размеров антенн или меньшей дальности действия.

G-диапазон (С-диапазон)

В G-диапазоне (от 4 до 8 ГГц) работают много военных мобильных радиолокаторов (обзора поля боя, управления оружием и наземной разведки) с малой и средней дальностью действия. Размеры антенн обеспечивают отличную точность измерения и разрешающую способность и, при этом, будучи сравнительно небольшими, не препятствуют быстрому перемещению. Влияние плохих погодных условий очень существенно. Поэтому в радиолокаторах этого диапазона, предназначенных для работы по воздушным объектам, часто применяются антенны с круговой поляризацией. Этот диапазон частот отведен для большинства типов метеорологических радиолокаторов, используемых для обнаружения осадков в умеренных климатических зонах, таких как Европа.

I/J-диапазон (X- и Ku-диапазоны)

В этом диапазоне частот (от 8 до 12 ГГц) соотношение между используемой длиной волны и размером антенны существенно лучше, чем в диапазонах более низких частот. I/J-диапазон является сравнительно распространенным в военных применениях, таких как бортовые радиолокаторы, обеспечивающие функции перехвата воздушной цели и ведение огня по ней, а также атаки наземных целей. Очень малый размер антенны определяет хорошую применяемость. Системы наведения ракет в I/J-диапазоне имеют приемлемые размеры для комплексов, для которых важны мобильность и малый вес, а большая дальность действия не является основным требованием.

Этот диапазон частот широко используется в морских навигационных радиолокаторах как гражданского, так и военного применения. Небольшие и недорогие антенны с высокой скоростью вращения обеспечивают значительные максимальные дальности действия и хорошую точность. В таких радиолокаторах используются волноводно-щелевые и небольшие полосковые антенны, размещенные, как правило, под антенными обтекателями.

Кроме перечисленного, этот частотный диапазон распространен в космических и бортовых радиолокаторах построения изображений, основанных на антеннах с синтезированными апертурами (Synthetic Aperture Radar), предназначенных как для целей военной электронной разведки, так и для гражданского географического кaртографирования.

Специализированные радиолокаторы с обратной синтезированной апретурой (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) используются в морских воздушных средствах контроля загрязнения.

K-диапазон (K- и Ka-диапазоны)

Чем выше частота, тем сильнее атмосферное поглощение и затухание электромагнитных волн. С другой стороны потенциальная точность и разрешающая способность тоже возрастают. Радиолокационные системы, работающие в этом диапазоне, обеспечивают небольшую дальность действия, но очень высокое разрешение и высокую скорость обновления данных. В системах управления воздушным движением такие системы используются как радиолокаторы управления наземным движением (Surface Movement Radar, SMR) или (как часть) оборудование для обнаружения на поверхности аэропорта (Airport Surface Detection Equipment, ASDE). Использование коротких зондирующих импульсов длительностью в несколько наносекунд обеспечивает разрешение по дальности, при котором на экране радиолокатора можно распознать контур самолета или наземного транспортного средства.

V-диапазон

Вследствие явления рассеяния на молекулах (влияние влажности воздуха) затухание электромагнитных волн в этом диапазоне очень высокое. Радиолокационные применения здесь ограничены дальностью действия в несколько метров.

W-диапазон

В этом диапазоне наблюдаются два явления: максимальное затухание вблизи 75 ГГц и относительный минимум на частоте около 96 ГГц. Оба эти эффекта используются на практике. В автомобилестроении небольшие встроенные радиолокационные средства работают на частотах 75 … 76 ГГц в парковочных ассистентах, для просмотра слепых зон и ассистентах торможения. Высокое затухание (влияние молекул кислорода О2) снижает уровень помех от таких радиолокационных средств.

Радиолокационные установки, работающие на частотах от 96 до 98 ГГц, используются в качестве лабораторного оборудования. Они позволяют получить представление о применении радиолокации на чрезвычайно высоких частотах, таких как 100 ГГц.

В книге Merill Skolniks «Radar Handbook» (3-е издание) автор ссылается на более раннее стандартное буквенное обозначение IEEE для радиочастотных диапазонов (IEEE-Std. 521-2002). Эти буквенные обозначения (как показано на красной шкале на Рисунке 1) первоначально были выбраны для описания используемых диапазонов радиолокации еще во время Второй мировой войны. Но в настоящее время используемые частоты превышают 110 ГГц — сегодня существуют генераторы с фазовым управлением до 270 ГГц, мощные передатчики до 350 ГГц. Рано или поздно эти частоты будут использоваться и в интересах радиолокации. Одновременно с этим использование сверхширокополосных радиолокаторов выходит за границы традиционных радиолокационных диапазонов частот.

Различные обозначения радиолокационных диапазонов очень запутаны. Это не составляет трудностей для инженера или техника радиолокатора. Эти специалисты могут работать с различными диапазонами, частотами и длинами волн. Но они, как правило, не занимаются логистикой закупок, например, инструментов для обслуживания и измерения или даже нового радиолокатора целиком. К сожалению, менеджмент логистики, в основном, обучался бизнес-наукам. Поэтому у них будут возникать проблемы с запутанными обозначениями диапазонов. Теперь проблема состоит в том, чтобы утверждать, что генератор частоты для I и J-диапазона обслуживает радиолокатор X-диапазона и Ku-диапазона, а глушитель D-диапазона создает помехи для радиолокатора L-диапазона.

Сверхширокополосные радиолокаторы используют очень широкий частотный диапазон, выходящий за строгие границы классических диапазонов. Как лучше сказать: например, сверхширокополосный радиолокатор работает на частотах от E до H-диапазона, или он использует те же частоты от более высокого S-диапазона до более низкого X-диапазона?

Но пока производители будут называть предлагаемые радиолокационные средства с использованием старых обозначений диапазонов частот, до тех пор IEEE будет объявлять, что новые полосы частот: «… не согласуются с практикой радиолокации и не должны использоваться для описания радиолокационных частотных диапазонов». Я думаю, это всего лишь вопрос времени, и даже IEEE изменит свое мнение. Помните: не так давно метрическая система единиц измерения считалась неуместной в IEEE. И действительно, чтобы описать, какова длина мили, лучше сказать «одна миля», а не «1,853 километра». (Как жаль, что большинство людей в этом мире не знают, какова длина мили.)

направление
распространения

Рисунок 1. Вектора электромагнитного поля

направление
распространения

Рисунок 1. Вектора электромагнитного поля

Если в проводнике протекает переменный ток, то вокруг такого проводника возникает электромагнитное поле. Если проводник разомкнут и запитывается от генератора, то, при наличии определенных условий (так называемых, условий излучения), электромагнитное поле может отрываться от конца проводника и распространяться в свободном пространстве в виде электромагнитной волны (см. раздел «Радиолокационные антенны»).

Учитывая дуальную природу электромагнитного поля, для описания его интенсивности необходимо знать его електрическую напряженность и магнитную напряженность. Иногда в подобном контексте используют еще термины «напряженность электрического поля» и «напряженность магнитного поля». Обе эти составляющие полного электромагнитного поля представляют собой колеблющиеся векторы, взаимная ориентация которых жестко определена в пространстве (Рисунок 1). Здесь символом E обозначен вектор магнитной напряженности поля, а символом H — вектор магнитной напряженности. Плотность потока мощности, или энергия в единицу времени через единицу площади, переносимая электромагнитной волной, описывается вектором Пойнтинга (в некоторых источниках — вектор Умова-Пойнтинга), обозначенным символом S. Для распространяющейся гармонической электромагнитной волны вектор Пойнтинга будет осциллирующим и всегда ориентированным в направлении распространения волны.

Вектор Пойнтинга определяется как векторное произведение векторов электрической E и магнитной H напряженности:

где

вектор напряженности электрического поля, [В/м];

вектор напряженности магнитного поля, [А/м];

вектор Пойнтинга, [В·А/м2];

где

вектор напряженности электрического поля, [В/м];

вектор напряженности магнитного поля, [А/м];

вектор Пойнтинга, [В·А/м²];

Как видно из приведенной формулы, еденицей измерения вектора Пойнтинга является В·А/м², то есть мощность (или энергия в единицу времени) на единицу площади!

Рисунок 2. Плотность мощности поля ненаправленного излучателя уменьшается по мере расширения геометрии распространения

Рисунок 2. Плотность мощности поля ненаправленного излучателя уменьшается по мере расширения геометрии распространения

Если излучение высокочастотной энергии выполняется при помощи изотропного излучателя, то распространнение энергии происходит равномерно во всех направлениях. Таким образом, поверхности с одинаковой плотностью мощности представляют собой концентрические сферы площадью ( A= 4π·R² ) вокруг излучателя. Одно и то же количество энергии «растекается» по все увеличивающейся площади сферы с увеличивающимся радиусом. Из этого следует, что плотность мощности на поверхности сферы убывает с увеличением радиуса этой сферы (Рисунок 2).

Очевидно, что уменьшение плотности мощности пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и точкой наблюдения поля. При этом уменьшение напряженности составляющих (электрического E и магнитного H) поля пропорционально первой степени расстояния, то есть имеет линейную зависимость. Наличие любых поглощающих веществ на пути распространения поля (дождь, туман, облака) приводит к дополнительному уменьшению плотности мощности.

Direction de propagation

Figure 1 : Vecteur du champ électrique

Direction de propagation

Figure 1 : Vecteur du champ électrique

Du courant alternatif passant dans un conducteur produit un champ électromagnétique. Si un générateur entretien ce courant dans un circuit ouvert, le champ se propage dans l’espace libre au bout du fil (voir la technologie des antennes). Pour calculer l'énergie contenue dans le champ électromagnétique il faut mesurer l'intensité des champs électriques (E) et magnétiques (H). Chacune de ces deux variables est un vecteur qui varie dans l’espace et le temps.

Le vecteur de propagation de l’énergie électromagnétique se dirige perpendiculairement à E et H, et se nomme le vecteur de Poynting (S). Si l’onde électromagnétique prend la forme d’un sinus à une fréquence précise, le vecteur S oscille et prend toujours la direction de propagation. Il donne la puissance de rayonnement par unité de surface, c'est à dire la quantité d'énergie électromagnétique qui coule par seconde perpendiculairement à la direction de propagation de S par m².

Mathématiquement, cela est décrit par le produit vectoriel de E et H:

champ électrique [V/m]

champs magnétique [A/m]

vecteur de Poynting [VA/m]

champ électrique [V/m]

champs magnétique [A/m]

vecteur de Poynting [VA/m]

Le produit vectoriel donne des volt-ampères par mètre carré, soit une unité d’énergie par mètre carré.

Figure 2 : La densité de puissance isentropique diminue comme le carré de la distance.

Figure 2 : La densité de puissance isentropique diminue comme le carré de la distance.

Si l’énergie d’ondes haute fréquence est émise de façon isentropique, elle se répand uniformément dans toutes les directions sur une sphère, centrée sur l’émetteur, qui s’élargit constamment (Surface  A= 4π·R² ). La densité d’énergie S est donc inversement proportionnelle au rayon de la sphère au carré (1/R²) pour le récepteur, selon l’affaiblissement de propagation dans le vide. L’atténuation par l’atmosphère (air, précipitations, nuages, etc.) diminue le signal encore plus. Par contre, la diminution pour H est linéaire, donc en 1/R:

Bir iletkenden alternatif akım akarsa, bu iletken etrafında değişken bir manyetik alan meydana gelir. İletken sonlu ise ve bir üreteç tarafından sürekli olarak elektrik enerjisi besleniyorsa, alan iletkenin ucundan ayrılabilir ve boşluğa (free space) elektromanyetik dalgalar biçiminde yayılabilir. (bkz: Radar Anten Tekniği)

Bir elektromanyetik alanda bulunan enerjiyi ölçmek için, elektrik ve manyetik alan kuvvetinin her zaman belirtilmesi gerekli olacaktır. Her iki büyüklükte uzaysal, ilaveten zamana bağımlı vektörlerdir.

Enerji iletimi eşliğinde z-yönündeki dalga yayılması, E ve H vektörlerine dik, Poynting vektörü olarak adlandırılan S vektörü ile tanımlanır. z yayılma yönüne dik, 1 m² lik bir yüzeye bir saniye içinde akan elektromanyetik alan enerji miktarına güç yoğunluğu denir.

E ve H vektörlerinin çarpımı matematiksel olarak şöyle ifade edilir:

Elektrik alan vektörü [V/m]

Manyetik alan vektörü [A/m]

Poynting vektörü [VA/m]

Elektrik alan vektörü [V/m]

Manyetik alan vektörü [A/m]

Poynting vektörü [VA/m]

E alan birimi V/m, H alan birimi A/m olduğundan S Poynting vektörü birimi VA/m² dir. Bu birim aslında birim alana isabet eden gücü vermektedir.

Resim 2: Bir küresel yüzeydeki güç yoğunluğu

Resim 2: Bir küresel yüzeydeki güç yoğunluğu

Eğer yüksek frekanslı enerji bir yönbağımsız küresel ışıyıcı tarafından yayılırsa, enerji her yöne düzgün bir şekilde dağılır. Sonuç olarak, ışıyıcının etrafında eş güç yoğunluğuna sahip küreler oluşturur. Kürenin yarıçapı arttıkça, enerji, ışıyıcının etrafındaki daha geniş bir alana ( A= 4π·R² ) yayılır. Başka bir deyişle, varsayılan bir yüzeydeki güç yoğunluğu, uzaklık arttıkça ışımanın ıraksaylaşması (radiation divergence) nedeniyle azalır.

Işıma şiddeti ve/veya güç yoğunluğu boşlukta uzaklığın karesine ters oranla azalır, bununla beraber E ve H vektörlerinin azalması doğrusaldır. Güç yoğunluğu azalma katsayısı 1/d², E- ve H-alan kuvvetlerinin azalma katsayıları ise 1/d dir.

Eğer ışıma bölgesinde her hangi bir biçimde soğurucu ortam varsa ilave zayıflamalar ortaya çıkar.

gelen
ışın

optik olarak
yoğun ortam

optik olarak
seyrek ortam

kırılmış
ışın

Resim 1: Farklı yoğunluklara sahip iki ortamın sınırındaki kırılma

gelen
ışın

optik olarak
yoğun ortam

optik olarak
seyrek ortam

kırılmış
ışın

Resim 1: Farklı yoğunluklara sahip iki ortamın sınırındaki kırılma

Kırılma, bir dalganın farklı ortamlardan geçerken yayılma hızının değişmesinden kaynaklanan, n kırılma katsayısı ile ifade edilen bir fiziksel olaydır. Bir dalga, farklı hızlarla yayıldığı farklı iki ortamın birleştiği sınır düzlemine eğik olarak isabet ettiğinde bu sınır düzleminde dalganın hızı değişir.

Öte yandan bu olay dalganın yönünü de değiştirir, diğer bir ifade ile dalga sınır çizgisinde kırılır. Elektromanyetik dalga daima optik olarak seyrek bir ortamdan daha yoğun bir ortama girdiği noktadaki dik hatta doğru kırılır.

Optik olarak zayıf ortamdaki açı α ve yoğun olan ortamdaki açı ise β olsun; gelen ışının, kırılan ışının ve dikey hattın daima aynı düzlemde olmaları kaydıyla aşağıdaki Snell Kırılma Kanunu uygulanır:

Resim 2: Kolayca denenebilir: Akrilik bir parçadan geçen lazer kalemi ışığının sapması.

Resim 2: Kolayca denenebilir: Akrilik bir parçadan geçen lazer kalemi ışığının sapması.

Bu oran her bir malzeme ikilisi için gelen ışının α açısından bağımsızdır ve Kırılma Katsayısı olarak adlandırılır. Bu katsayı aynı zamanda iki ortamdaki yayılma hızlarının da oranıdır.

Yoğun ve seyrek ortamlardaki kırılma, ışının belirli geliş açısına bağlı olarak yansımaya da yol açabilir. Radarlarda anormal dalga yayılması olarak adlandırılan bu olay menzil aşımlarına ve hatta melek olarak adlandırılan istenilmeyen yankı işaretlerinin oluşmasına da sebep olabilir.

onde
incidente

médium de plusbasse vitess

(plus dense)

médium de plushaute vitesse

(moins dense)

onde
réfractée

Figure 1 : Réfraction

onde
incidente

médium de plusbasse vitess

(plus dense)

médium de plushaute vitesse

(moins dense)

onde
réfractée

Figure 1 : Réfraction

La réfraction est un changement de la direction d’une onde due au changement de sa vitesse de propagation dans un milieu de densité différente. Les ondes radio passant à travers l’atmosphère subissent un tel changement car la densité de l’air est reliée à sa température, sa pression, la vapeur d’eau qu’elle contient et ceux-ci varient dans l’horizontale et la verticale.

Un faisceau radar, même émis horizontalement, s’élève dans l’atmosphère à cause de la courbure de la Terre et traversera une réfraction constante gouvernée par la loi de Snell-Descartes. Cela aura pour effet de courber la trajectoire du faisceau au-dessus ou en dessous de la trajectoire rectiligne qu’il aurait dans le vide. Cette courbure est toujours vers la direction d’augmentation de densité.

La loi de Snell-Descartes est décrite par la relation entre l’angle entre l’onde incidente et l’onde réfractée lorsque la première traverse la frontière entre deux milieux de densité différente selon la formule:

Figure 2 : Un pointeur laser dirigé vers un bloc d’acrylique.

Figure 2 : Un pointeur laser dirigé vers un bloc d’acrylique.

L’indice de réfraction « n » est indépendant de l’angle d’incidence α. Il dépend seulement du médium traversé. Si la réfraction à la frontière du médium donne n négatif, cela veut dire que l’onde ne peut traverser la frontière et elle sera réfléchit totalement dans le médium. C’est cet effet qui est exploité dans les guides d’onde.

Figure 1 : Dispersion de la lumière

Figure 1 : Dispersion de la lumière

La dispersion est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas à la même vitesse. On rencontre ce phénomène pour tous types d'ondes, comme la lumière, le son ou les vagues. L’arc-en-ciel est une manifestation de la dispersion induite par réfraction des rayons du soleil par les gouttes de pluie. Un prisme de verre, comme dans la figure 1, va également séparer les diverses longueur d’onde de la lumière blanche.

Resim 1: Bir prizmada ışığın saçılması

Resim 1: Bir prizmada ışığın saçılması

Saçılma, kırılma katsayısının dalga boyuna bağımlılığıdır. Dalga boyunun kendisinin yayılma hızına bağlı oluşu nedeniyle, farklı hızlarda farklı kırılma katsayıları ortaya çıkar.

Farklı frekanslardaki dalgaların hızlarındaki farklılık, örneğin beyaz güneş ışığının bir kristal camdan yapılmış prizmada izgesel renklerine ayrılmasında olduğu gibi, bazı malzemelerde çok belirgindir.

Bu olay atmosferdeki su damlacıklarının gök kuşağı meydana getirmesine sebep olur.

Elektromanyetik
dalga cephesi

Engel

Gölge bölge

Alma alanı

Resim 1: Elektromanyetik dalgaların bükülmesi

Elektromanyetik
dalga cephesi

Engel

Gölge bölge

Alma alanı

Resim 1: Elektromanyetik dalgaların bükülmesi

Düz bir hatta yayılan dalgalar yollarında yayılmalarını engelleyen ya da sınırlayan nesneler ile karşılaştıklarında bükülme (diffraction) adını verdiğimiz bir sapmaya maruz kalırlar. Dalganın yayıldığı düz hattan sapması, yayılan dalganın dalga boyu, engelleyen nesnenin boyutlarından ne kadar büyükse o kadar daha fazla olur.

Elektromanyetik dalgaların bir engelin etrafını saran bu etkisi sayesinde gölge bölgelerde alım yine de mümkündür. Buradan, elektromanyetik dalgaların yer küresi etrafında, yayılma yönlerinde bükülmelere tabi olduğu sonucuna varabiliriz. Bu bakımdan ufuk çizgisi altında kalan hedeflerin yerlerinin tayini kuramsal olarak mümkün olabilmektedir.

Hedeflerin yerinin belirlenmesinin hala mümkün olabildiği ufuk çizgisi altında kalan bu bölgeye bükülme bölgesi veya yarı-gölge denir. Matematiksel olarak bu bölge hesaplanamaz ya da sadece aşkın işlevlerle (transcendental function) yaklaşık olarak tanımlanabilir.

Ondes transmises

Obstacle

Zone d’ombre

Réception possible

Figure 1 : Diffraction d’ondes électromagnétiques

Ondes transmises

Obstacle

Zone d’ombre

Réception possible

Figure 1 : Diffraction d’ondes électromagnétiques

Les ondes radio se propagent en ligne droite dans le vide mais lorsqu’elles rencontrent un obstacle non transparent, elles subiront une déviation. Ceci est le phénomène de « diffraction ». La déviation est plus importante près de l’obstacle et s’amenuise avec la distance de celui-ci comme montré dans la figure 1.

Ce phénomène permet à une partie de l’énergie des ondes d’être reçue dans une zone derrière l’obstacle qui normalement devrait être dans l’ombre. Par exemple, cela permet à un récepteur radio de recevoir un faible signal même s’il est derrière une montagne.

La diffraction permet ainsi d’étendre la portée d’un signal radio sous l’horizon visible. Dans certaines conditions, l’émission d’un signal radio puissant de très basse fréquence peut faire le tour de la Terre grâce à la diffraction.

Figure 1 : Réflexion et réfraction à la frontière verre-air.

Figure 1 : Réflexion et réfraction à la frontière verre-air.

Une onde lumineuse peut être reflétée ou réfracté à la frontière entre deux milieux différents. Selon la loi de Snell-Descartes, le faisceau lumineux changera de direction en passant d’un milieu à l’autre. Cette réfraction comporte cependant un angle limite (αlim) quand le faisceau passe d’un milieu à un autre moins dense. Si le faisceau arrive à la frontière entre ces deux milieux avec un angle supérieur à αlim, il est totalement reflété dans le milieu initial.

La figure montre ce qui arrive quand l’on passe de la réfraction à la réflexion totale interne à la frontière entre un bloc de verre et l’air. C’est cette propriété qui est utilisée dans les guides d’onde. L’onde s’y déplace à un angle tel qu’il y a réflexion totale sur tous les côtés du guide, on parle alors de réflexion totale interne. Cela permet de transmettre un signal électromagnétique à grande distance avec faible perte, et en utilisant un parcours qui ne tient pas compte de la propagation en ligne droite.

Resim 1: Toplam yansıma ve kırılma arasındaki sınır açısı

Resim 1: Toplam yansıma ve kırılma arasındaki sınır açısı

Bir enerji ışıması bir ortamın sınırına Θsınır açısından daha büyük bir α açısıyla gelmesi halinde bu ışıma tümüyle yansıtılır. İşte bu toplam yansımanın oluştuğu açıya ΘS sınır açısı denilir.

Yandaki grafikte, bir elektromanyetik dalga cephesinin optik olarak daha yoğun bir ortamdan, daha az yoğun bir ortama geçişi sırasında bir sınır açısının meydana gelişi ve bunun sonucunda bir toplam yansımanın oluşumu gösterilmektedir. Optik olarak daha yoğun ortam koyu mavi renkle gösterilmiştir ve daha büyük olan n1 kırılma katsayısına (refractive index) sahiptir. Daha az yoğun olan ortam arka plan rengiyle gösterilmiştir ve n2 kırılma katsayısı daha küçüktür.

Sınır açısı aşağıdaki formül ile hesaplanır:

Toplam yansıma su serabı ya da yaz sıcağında caddelerin ıslak görülmesi gibi bazı doğa olaylarına sebep olur. Üstün kırılma (super refraction) ve oluklaşma (ducting) gibi olaylar elektromanyetik dalgaların yayılması sonucunda meydana gelen anormalliklerdir. Toplam yansıma pratikte fiber optik kablolarda kullanılmaktadır.

Resim 1: Aynasal yansıma

Aynasal yansıma, içinden ışınların geçmesi mümkün olmayan ortama ait düz bir yüzeyde meydana gelir. (Bu yüzey üzerindeki λ dalga boyunun 1/32 inden küçük pürüzler ihmal edilebilir ve bu yüzey düz gibi kabul edilebilir.)

Aynasal yansıma sadece, yansıma yasasına uygun olarak, gelen ışının açısı yansıyan ışının açısına eşit ise meydana gelir. Yansıma noktasında işaretin faz açısı 180° kayar.

Figure 1 : Réflexion sur un miroir

Supposons un front d’ondes qui approche une surface lisse, telle celle d’un miroir. Si on trace une perpendiculaire à la surface (la ligne tiretée) au point de contact, l’angle entre celle-ci et l’onde incidente est appelé l’angle d’incidence. L’angle avec le rayon reflété est appelé l’angle de réflexion. Dans ce cas, les deux angles sont égaux, cependant l’onde réfléchie a un déphasage de 180 degrés par rapport à l’onde incidente

Figure 1 : Réflexion diffuse

Nous avons vu antérieurement que dans la réflexion sur une surface lisse, les angles d’incidence et de réflexion sont égaux. Par contre, si la lumière est reflétée sur une surface ayant des aspérités, comme une feuille de papier ou une pièce de métal brut, la réflexion se fait dans une multitude de directions. Le faisceau lumineux est diffusé.

En fait, la réflexion se fait en chaque point du réflecteur avec un angle égal, comme dans le cas précédent, mais l’onde incidente ayant une certaine largeur, rencontre une surface qui varie de direction constamment sur sa largeur et la réflexion en chaque point varie donc de direction.

Yayınık yansıma (diffuse reflection), dalgaların geçişine izin vermeyen (radiopaque) ortamın pürüzlü yüzeylerinde (dalga boyuyla karşılaştırılabilir pürüz söz konusu ise) meydana gelir. Yansıyan ışınlar farklı yönlere saparlar ve sonuçta saçılırlar.

Yapay Açıklıklı Radar vasıtasıyla yer yüzeyinin uzaktan algılanmasındaki yansımanın bu biçimi özellikle önemlidir.

(Saçılmanın İngilizce üç karşılığı vardır: scattering, dispersion ve diffusion) Saçılma, havada toz bulutları veya yağmur cephesi gibi, serbestçe dolaşan küçük yansıtıcı parçacıklara ışımanın çarpması sonucu meydana gelir. Bu parçacıkların tamamının yarattığı, ancak daha büyük cisimlerde rastlamadığımız saçılma denen bir olay meydana gelir.

Bulutlar, sis ve yağmur bölgeleri 10 cm den daha küçük dalga boylarında geniş alana yayılı yankı işaretleri (meteorolojik parazit yankıları) üretirler. Yağmur bölgeleri içinden geçebilen dalgalar nispeten daha kuvvetli bir zayıflamaya maruz kalırlar.

Mutlak su miktarı (g/m3)

İki yönlü zayıflama (dB/NM)

Resim 2: Dağınık saçılma nesnelerinde iki yönlü zayıflama

Mutlak su miktarı (g/m3)

İki yönlü zayıflama (dB/NM)

Resim 2: Dağınık saçılma nesnelerinde iki yönlü zayıflama

Mutlak su miktarı (g/m3)

İki yönlü zayıflama (dB/NM)

Resim 2: Dağınık saçılma nesnelerinde iki yönlü zayıflama

Quand une onde électromagnétique passe dans l’air, une partie est reflétée par les petites particules qui s’y trouvent, comme des poussières et des précipitations. Cette réflexion est diffuse. La figure 1 montre qu’une partie de l’énergie de l’onde incidente poursuit son chemin et qu’une autre est reflétée par ces particules dans différentes directions.

Un faisceau radar qui traverse l’atmosphère perdra ainsi une partie de son énergie par diffusion avant d’atteindre la cible, puis une seconde fois au retour vers le radar. Il en perdra également par absorption et réflexion. Plus la fréquence du radar est élevée, longueur d’onde plus courte, plus l’effet sera important.

Visibilité
(pieds)

Contenue en eau de l’air (g/m3)

Atténuation (dB/MN)

Figure 2 : Atténuation par les gouttes d’eau

Visibilité
(pieds)

Contenue en eau de l’air (g/m3)

Atténuation (dB/MN)

Figure 2 : Atténuation par les gouttes d’eau

Visibilité
(pieds)

Contenue en eau de l’air (g/m3)

Atténuation (dB/MN)

Figure 2 : Atténuation par les gouttes d’eau

Une onde électromagnétique passant dans l’atmosphère est en partie absorbée par les composantes de celle-ci, cette absorption peut même être totale dans certains cas. L’énergie ainsi transférée au milieu absorbant va y causer différents effets, dont son réchauffement et la réémission d’une partie de l’énergie dans une longueur d’onde différente.

L’absorption dépend de la fréquence (inverse de la longueur d’onde) utilisée. En effet, l’oxygène, la vapeur d’eau et les précipitations ont toutes une fréquence de résonnance qui dépend de leurs dimensions. Lorsque la longueur d’onde utilisée est la même que celle de résonance de ces deux molécules, une bonne partie de l’énergie du faisceau sert à les faire vibrer.

On peut voir sur le graphique que l’absorption varie avec le milieu absorbant. L’oxygène a un faible taux d’absorption jusqu’à ce qu’on rencontre sa zone de résonnance au-dessus de 60 GHz. Celle de la vapeur d’eau se situe autour de 20 à 30 GHz. Celle de l’eau liquide est importante sous 10 GHz. Cette absorption reliée aux précipitations dépend aussi de leur intensité.

L’atténuation du signal dépend donc de la fréquence utilisée et de la longueur du trajet dans le milieu absorbant. Le tout peut varier également avec la température du milieu.

Elektromanyetik enerjinin kısmen ya da tamamen, bir ortam tarafından, bu ortamın özelliklerine bağlı olarak yutulmasına soğrulma adı verilir. (Fiziksel olarak, elektromanyetik enerji bu olay sonucunda genellikle ısı enerjisi gibi, bir başka enerji biçimine dönüşür.)

Elektromanyetik dalgaların soğrulması, yağışsız bölgelerde mm-dalga boyu bandına kadar ihmal edilebilir. Nötr oksijen molekülleri ve yoğuşmamış su buharı moleküllerinin tınlaşım etkisinin sonucunda, bir ilave soğrulmayla algılanan, fark edilebilir ilk soğrulma mm-dalga boyu bölgesinde gerçekleşir (resimde: „Moleküler saçılma“ olarak adlandırılan).

Bu soğrulma, frekansa ve dalganın kat etmiş olduğu yola bağlıdır.

Sıcaklığın bir işlevi olarak, yoğuşmamış su buharı „bağıl nem“ (relative humidity) olarak adlandırılır: Ilık hava, soğuk havadan daha fazla su buharı emebilir. Bunun sonucu olarak elektromanyetik dalgaların soğrulması hem havanın sıcaklığına ve hem de bağıl nemine bağlıdır.

Atmosferik soğrulma kayıpları atmosferin temel soğurmasından ve sis ile yağmur gibi hava koşullarına sıkı sıkıya bağlı bir ilave soğurmadan oluşur. Elektromanyetik dalgalar hava- ve su buharı katmanlarından geçerken soğrulurlar. Bu olay esas olarak su buharı- ve oksijen molekülleri nedeniyle meydana gelir. Elektromanyetik enerjinin bir bölümü ısı enerjisine dönüşürken, bir bölümü de moleküllerin dipol işlevi dediğimiz bir „ışıma işlevi“ sonucu saçılır.

Yandaki çizge, nem miktarı arttıkça soğrulmanın da arttığını göstermektedir. Ayrıca, soğrulmanın artan gönderim frekansıyla da arttığı görülebilir.

Bu olaydan, belirli radar uygulamalarının gerçekleşmesinde tüm frekans bölgelerinin eşit derecede uygun olmadığı gibi bir ilave sonuç daha çıkarabiliriz (örneğin, havadaki moleküler saçılma nedeniyle çok yüksek bir frekans uzun menzilli radarlar için uygun değildir). Oksijen moleküllerinden kaynaklanan 75 GHz civarındaki bu çok kuvvetli soğrulmanın menzili istenen oranda sınırlayabilmesi ve karşılıklı girişim etkilerini önleyebilmesi nedeniyle Mercedes firması tarafından radarlı frenleme yardımcısı BAS ve PRE-SAFE sistemlerinde kullanılmaktadır.

Özet olarak, atmosferik soğurma kayıpları her zaman var olacaktır, elbette bu soğurmalar sürekli değişimlere uğrayacak ve bu nedenle rakamsal olarak algılanmaları zor olacaktır.

Dünya atmosferi, 2 000 … 3 000 km yi bulan yükseklikte, bir kılıf gibi yerküreyi saran bir gaz tabakasıdır. Yerden 500 km ye kadar, dalgaların yayılmasının gerçekleştiği en önemli bu bölge şu katmanlardan meydana gelir:

• Troposfer,
• Stratosfer ve
• İyonosfer.

Troposfer

Troposfer, yer yüzeyinden itibaren 11. km ye kadarki dünya atmosferinin yere yakın en alt katmanıdır. Bu bölgenin karakteristik özelliği, sıcaklığın yukarı çıkıldıkça ortalama -50°C ye kadar doğrusal olarak azalmasıdır. Meteorolojik oluşumların tamamı bu katmanda meydana gelir.

Tropopoz, troposfer ile stratosfer arasındaki sınır katmanıdır ve orta enlemlerde, ortalama on ila on iki kilometre yüksekliğindedir. Meteorolojik olaylardan etkilenmiş troposferi, üstündeki daha sessiz stratosferden ayırır. Tropopozda, çoğunlukla 400 km/saate kadar rüzgâr hızlarına ulaşabilen, jet akımları olarak adlandırılan büyük ölçüde kuvvetli rüzgârlar hüküm sürerdir. Bu katman içerisinde uzun menzilli uçuş trafiği çok ekonomik bir şekilde gerçekleştirilebilir.

Stratosfer

11. ve 80. km ler arasında kalan, stratosfer olarak adlandırılan bu katmanın daha alt kısımlarında hava sıcaklığı sürekli -40 ila -50°C arasındadır. Bu katmanda ayrıca kalınlığı yaklaşık maksimum 25 km yi bulan bir ozon tabakası da bulunur ve 60 km yükseklikte sıcaklık en büyük değer +50°C ye ulaşır.

Ozon tabakası güneşten yayılan ve sağlığa zararlı morötesi ışınların büyük bir bölümünü soğurur.

İyonosfer

60. km de en büyük değere ulaşan sıcaklık, stratosferin daha yüksek bölümlere çıkıldığında hızla azalır ve 80. km de en küçük değere iner. Buradan itibaren başlayan ve yaklaşık 600 km ye ulaşan bu bölüme iyonosfer denilir.

Dünya atmosferinin bu en üst bölümünde güneş ışınlarının (morötesi- ve gama ışınları) nötr hava moleküllerinin önemli bir kısmını sürekli iyonize etmesi nedeniyle, bu katman iyonosfer olarak adlandırılır. Yani, güneş ışınlarının çarpmasıyla hava moleküllerinin atomik bağları çözülür, elektronlar serbest kalır, negatif yüklü bu elektronlar ile pozitif yüklü atom çekirdeklerinden meydana gelen iyonlar bu katmana yayılırlar. Elektronların yoğunluğuna bağlı olarak oluşan katmanlar D, E, F1 ve F2 harfleriyle sınıflanır.

En büyük iyonizasyon yoğunluğu yaklaşık 300 km yükseklikteki F2-katmanında meydana gelir. İyonosferdeki bu iyonize katmanların elektron yoğunluğu, günün saatine ve mevsime bağlı olarak değişir ve ayrıca güneş lekelerinin hareketlerine de bağlıdır. Güneşin morötesi ışınları; D, E, F1 ve F2 katmanlarının dördünde de, az ya da çok kuvvetle, ama önemli ölçüde soğurulur. Morötesi ışınların kalan kısmı stratosferdeki ozon tabakası tarafından tutulur. Geceleyin D, E ve F1 katmanları hemen hemen kaybolur. Gündüzün kuvvetle iyonize olan F2 katmanı ise geceleri varlığını sürdürür.

D-katmanı yaklaşık 50 kHz dalga boyu bölgesindeki elektromanyetik dalgaları yansıtır. Daha küçük dalga boyları D-katmanında zayıflar.

E-katmanı güneşin doğuşunda oluşur ve elektron yoğunluğu öğlene doğru en büyük değerine çıkar, ama geceleri tamamen kaybolmaz. Sıkça üzerinde bir E2-katmanı tespit edilebilir.

Es-katmanı, kutup ışıkları ile bağlantılı olarak ara sıra ortaya çıkan (sporadic), geceleri, iyon bulutları biçiminde kuralsız biçimde oradan buraya dolaşan E-katmanıdır. Bunlar beklenmeyen ve hatta istenmeyen radyo bağlantılarını mümkün kılabilir.

F2-katmanı elektronların ve pozitif yüklü iyonların, yeniden çok yavaş birleşmeleri sırasında, hatta geceleri de koruması nedeniyle özel pratik bir öneme sahiptir. Bu katman güneşin hareketlerinden çok etkilenir.