www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Поглъщане

Изображение 1: Поглъщане на електромагнитни вълни в земната атмосфера, ① силен дъжд, ② Мъгла, облаци, ③ умерен дъжд, ④ молекулярен разсейване

Затихване, dB/km
Честота, GHz
① силен дъжд
② Мъгла, облаци
③ умерен дъжд
④ молекулярен
разсейване

Изображение 1: Поглъщане на електромагнитни вълни в земната атмосфера

Поглъщане

Една електромагнитна вълна може да бъде частично или напълно погълната, когато се разпространява в поглъщаща среда, поради взаимодействие с молекулите и атомите на тази среда. При този процес енергията на вълната се предава на материята, което може да доведе до значителни промени в средата. По същество енергията на вълната се превръща в топлинна енергия.

Поглъщането на електромагнитното излъчване е незначително при ниски честоти, по-малки от 3 гигахерца (т.е. при дължини на вълните, по-големи от десет сантиметра или четири инча), при ясни метеорологични условия. С увеличаване на честотата на електромагнитното излъчване се достигат резонансните честоти на молекулите, съдържащи се в земната атмосфера. В такива случаи затихването на енергията на електромагнитните вълни, причинено от поглъщане, се увеличава. Това явление е илюстрирано с двата зелени върха на кривата на Изображение 1.

Големината на поглъщането зависи от честотата на вълната и от дължината на пътя на вълната в поглъщащата среда.

Количеството на некондензираните водни пари в атмосферата се характеризира с параметъра «относителна влажност» и зависи от температурата: топлият въздух може да задържи повече водни пари, отколкото студеният. По този начин поглъщането на електромагнитните вълни също зависи от относителната влажност и температурата на средата.

Загубите, дължащи се на атмосферното поглъщане, се определят от два компонента: основното атмосферно поглъщане (вж. по-горе) и допълнителното поглъщане, обусловено от метеорологичните условия (мъгла, дъжд и др.). Електромагнитните вълни изпитват затихване при преминаването си през слоеве въздух и водни пари. Този процес се определя главно от наличието на водни пари и двуатомни кислородни молекули. Част от енергията на електромагнитната вълна се превръща в топлина, а друга част се разсейва върху молекулите, които в този случай действат като диполи.

Изображение 1 показва, че поглъщането се увеличава с увеличаване на относителната влажност. Освен това поглъщането се увеличава с честотата на излъчената вълна.

От това можем да заключим, че не всички честоти са еднакво подходящи за различните радарни приложения. Например високите честоти не са подходящи за радари с голям обсег на действие. Обратно, силното поглъщане на електромагнитните вибрации на честота около 75 гигахерца, причинени от кислородните молекули, се използва например в разработения от Mercedes радарен сензор, базиран на системата Pre-Safe Brake Assist Plus. Тук атмосферното поглъщане помага да се избегне (намали влиянието на) взаимната интерференция.

Трябва да се отбележи, че атмосферното поглъщане на електромагнитните вълни винаги съществува и не може да бъде избегнато. Освен това е трудно то да бъде изчислено точно поради постоянната промяна на определящите фактори.

Затихване, причинено от дъжд
мощност на ехото
обхват (км)

Изображение 2: Затихване, дължащо се на дъжд

Затихването на електромагнитните вълни, дължащо се на дъжд, зависи от дължината на вълната на излъчвания сигнал (Изображение 2). Най-горната (синя) крива показва геометричния обхват на гръмотевична буря с диаметър 20 km като причина за затихването, като валежите се увеличават към центъра до 100 mm/h. Следващата крива (розова) показва коригираната по ниво амплитуда на радарните сигнали в S-обхвата. Следващите две криви съответстват на радарните сигнали от C-обхвата (жълто) и X-обхвата (синьо). Всички данни са нормализирани.

Очевидно е, че радарът в X-обхвата е най-податлив на затихване и не вижда добре гръмотевичните бури, докато радарът в S-обхвата има слабо затихване. С-лентата осигурява добър компромис. Поради тези причини метеорологичните радари в X-обхвата се използват само на къси разстояния. Радарите в S-обхвата се използват при тропически климат, тъй като «виждат» доста добре райони с проливни дъждове. Радарите с обхват С са предпочитани при умерен климат и осигуряват добра чувствителност и обхват.

Источник: Recommendation ITU-R P.676-10 “Attenuation by atmospheric gases and related effects”