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Absorption

Bild 1: Atmosphärische Dämpfungsverluste, ① starker Regen, ② Nebel, Wolken, ③ mäßiger Regen, ④ molekulare Streuung

Dämpfung
Frequenz
① starker Regen
② Nebel, Wolken
③ mäßiger Regen
④ molekulare Streuung

Bild 1: Atmosphärische Dämpfungsverluste

Wird in einem Medium, bedingt durch seine Beschaffenheit, elektromagnetische Energie teilweise oder vollständig verbraucht (verschluckt), so spricht man von Absorption. (Physikalisch wird die elektromagnetische Energie in eine andere Energieform, meist Wärme, umgeformt.)

Die Absorption der elektromagnetischen Wellen ist in der niederschlagsfreien Atmosphäre bis zum mm-Wellenbereich zu vernachlässigen. Erst im mm-Wellenbereich tritt durch Resonanzeffekte (im Bild: molekulare Streuung genannt) der neutralen Sauerstoffmoleküle und der Moleküle des nichtkondensierten Wasserdampfes eine merkliche Absorption ein, die sich durch eine zusätzliche Dämpfung bemerkbar macht.

Diese Absorption ist abhängig von Frequenz und von der Weglänge, die von der Welle zurückgelegt wird.

Nichtkondensierter Wasserdampf wird angegeben in „relative Luftfeuchte” in Abhängigkeit von der Temperatur: warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft. Demzufolge ist die Absorption der elektromagnetischen Welle in der Atmosphäre auch noch von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte abhängig.

Atmosphärische Dämpfungsverluste bestehen aus einer atmosphärischen Grunddämpfung sowie einer stark wetterabhängigen Zusatzdämpfung durch Nebel und Regen. Die elektromagnetischen Wellen werden beim Durchdringen von Luft- und Wasserdampfschichten abgeschwächt. An diesem Vorgang sind hauptsächlich Wasserdampf- und Sauerstoffmoleküle beteiligt. Ein Teil der elektromagnetischen Energie wandelt sich dabei in Wärme um, ein anderer Teil wird aufgrund der „Strahlerfunktion” der Moleküle (Dipolfunktion) zerstreut.

Das Diagramm zeigt, dass die Dämpfung mit Zunahme der Feuchtigkeitsanteile steigt. Desweiteren ist zu erkennen, dass mit steigender Sendefrequenz die Dämpfung ebenfalls anwächst.

Als Zusatzerkenntnis resultiert aus dieser Tatsache, dass sich nicht alle Frequenzbereiche gleich gut für die Realisierung von bestimmten Radaranwendungen eignen (z.B. eignet sich durch die molekulare Streuung in der Luft eine sehr hohe Frequenz nicht zur Realisierung einer Radaranlage mit grosser Reichweite). Diese sehr starke Dämpfung bei etwa 75 GigaHertz durch die Sauerstoffmoleküle wird z.B. beim Bremsassistent BAS mit Radar und PRE-SAFE der Automarke Mercedes ausgenutzt, um die Reichweite des Radar auf das gewünschte Maß zu begrenzen und somit gegenseitige Störeinflüsse zu vermeiden.

Zusammenfassend sind atmosphärische Dämpfungsverluste zwar permanent vorhanden, allerdings ständig irgendwelchen Veränderungen unterworfen und damit zahlenmäßig schwer zu erfassen.

Literaturempfehlung: Recommendation ITU-R P.676-10 “Attenuation by atmospheric gases” (in Englischer Sprache)