www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Absorpce

Obrázek 1: Absorpce elektromagnetických vln v zemské atmosféře, ① silný déšť, ② Mlha, mraky, ③ mírný déšť, ④ molekulární rozptyl

Útlum, dB/km
Frekvence, GHz
① silný déšť
② Mlha, mraky
③ mírný déšť
④ molekulární
rozptyl

Obrázek 1: Absorpce elektromagnetických vln v zemské atmosféře

Absorpce

Elektromagnetická vlna může být při šíření v absorpčním prostředí částečně nebo zcela absorbována v důsledku interakce s molekulami a atomy tohoto prostředí. Při tomto procesu se energie vlny přenáší na hmotu, což může způsobit významné změny v prostředí. V podstatě se energie vlnění mění na tepelnou energii.

Absorpce elektromagnetického záření je při nízkých frekvencích nižších než 3 gigahertzy (tj. při vlnových délkách větších než deset centimetrů nebo čtyři palce) za jasného počasí zanedbatelná. S rostoucí frekvencí elektromagnetického záření se dosahuje rezonančních frekvencí molekul obsažených v zemské atmosféře. V takových případech se zvyšuje útlum energie elektromagnetických vln způsobený absorpcí. Tento jev ilustrují dva zelené vrcholy křivky na obrázku 1.

Velikost absorpce závisí na frekvenci vlny a na délce dráhy vlny v absorbujícím prostředí.

Množství nekondenzované vodní páry v atmosféře je charakterizováno parametrem „relativní vlhkost“ a závisí na teplotě: teplý vzduch pojme více vodní páry než studený vzduch. Absorpce elektromagnetických vln tedy závisí také na relativní vlhkosti a teplotě prostředí.

Ztráty způsobené absorpcí v atmosféře jsou určeny dvěma složkami: hlavní absorpcí v atmosféře (viz výše) a dodatečnou absorpcí určenou povětrnostními podmínkami (mlha, déšť atd.). Elektromagnetické vlny při průchodu vrstvami vzduchu a vodní páry zaznamenávají útlum. Tento proces je dán především přítomností vodní páry a dvouatomových molekul kyslíku. Část energie elektromagnetického vlnění se přemění na teplo a druhá část se rozptýlí na molekulách, které v tomto případě působí jako dipóly.

Obrázek 1 ukazuje, že absorpce se zvyšuje s rostoucí relativní vlhkostí. Kromě toho se absorpce zvyšuje s frekvencí vyzařované vlny.

Z toho lze vyvodit závěr, že ne všechny frekvence jsou stejně vhodné pro různé radarové aplikace. Například vysoké frekvence nejsou vhodné pro radary velkého dosahu. Naopak silná absorpce elektromagnetických vibrací na frekvenci přibližně 75 gigahertzů způsobená molekulami kyslíku se využívá například v radarovém senzoru Pre-Safe Brake Assist Plus vyvinutém společností Mercedes. Zde atmosférická absorpce pomáhá zabránit (snížit vliv) vzájemnému rušení.

Je třeba poznamenat, že atmosférická absorpce elektromagnetických vln je přítomna vždy a nelze se jí vyhnout. Navíc je obtížné ji přesně vypočítat vzhledem k neustálým změnám určujících faktorů.

Útlum způsobený deštěm
výkon ozvěny
dosah (km)

Obrázek 2: Útlum způsobený deštěm

Útlum elektromagnetických vln způsobený deštěm závisí na vlnové délce vysílaného signálu (obrázek 2). Nejvyšší (modrá) křivka znázorňuje geometrický rozsah bouřky o průměru 20 km jako příčinu útlumu, přičemž srážky se směrem ke středu zvyšují na 100 mm/h. Další křivka (růžová) ukazuje amplitudu radarových signálů v pásmu S s korekcí na úroveň. Následující dvě křivky odpovídají radaru v pásmu C (žlutá) a radaru v pásmu X (modrá). Všechny údaje jsou normalizované.

Je zřejmé, že radar v pásmu X je nejvíce náchylný k útlumu a špatně vidí bouřky, zatímco radar v pásmu S má útlum slabý. Pásmo C představuje dobrý kompromis. Z těchto důvodů se meteorologický radar v pásmu X používá pouze na krátké vzdálenosti. Radary v pásmu S se používají v tropickém podnebí, protože poměrně dobře „vidí“ oblasti se silným deštěm. Radary v pásmu C se upřednostňují v mírném podnebí a poskytují dobrou citlivost a dosah.

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