Mecanismos de reflexión y dispersión
Figura 1: Mecanismos de reflexión y dispersión en el ejemplo de un Airbus A320
Mecanismos de reflexión y dispersión
La señal de eco de un avión está formada por componentes generados por diversos mecanismos de reflexión y dispersión. Existen tres mecanismos físicos básicos que contribuyen a la superficie reflectante efectiva (RCS) de un blanco. Se trata de reflexiones especulares u ondas dispersas generadas en discontinuidades abruptas (por ejemplo, difracción en picos, bordes y esquinas) u ondas superficiales: la superficie actúa como una línea de transmisión, guiando las ondas a lo largo de su superficie. Las principales fuentes de energía reflejada o difractada en un avión típico son:[1][2]
- Difracción (difracción) en una punta
- Reflexión especular
- Señal de eco de ondas rastreras circulantes
- Difracción en un borde
- Difracción en una esquina
- Señal de eco debida a ondas viajeras
- Reflexiones múltiples
- Reflexiones en conexiones de materiales
- Señales de eco debidas a reflexiones múltiples en cavidades
- Reflexiones en discontinuidades superficiales
Figura 2: Estas fuentes de señales de eco se superponen con diferentes posiciones de fase
Figura 2: Estas fuentes de señales de eco se superponen con diferentes posiciones de fase
Reflexión especular
Una superficie reflectante es cualquier superficie del blanco que esté alineada perpendicularmente a la línea de visión del radar. Las superficies planas proporcionan ecos particularmente grandes en la dirección de reflexión, pero la intensidad de la señal de eco disminuye significativamente lejos de esta dirección. Los ecos de espejo procedentes de superficies curvas simples y dobles (superficies cilíndricas y esféricas) son ligeramente más débiles que los procedentes de superficies planas, pero son más consistentes con los cambios en el ángulo de iluminación del radar.
Reflexiones múltiples
Pueden producirse señales de eco relativamente fuertes cuando dos superficies están alineadas de forma similar a un reflector angular, como se muestra en la Figura 1 utilizando el ejemplo ⑦. Interacciones similares ocurren con blancos de barcos cuando mamparos, barandillas, mástiles y otras superestructuras se reflejan en la superficie del agua.
Señal de eco de ondas rastreras circulantes
Una onda rastrera es una onda que está ligada a una superficie lisa y sombreada, viaja alrededor de la parte posterior de un cuerpo liso y luego regresa al radar cuando reaparece en el límite de la sombra en el lado opuesto. A través de la dispersión de Mie, la onda rastrera hace que las señales de eco de pequeñas superficies esféricas varíen con su radio. El mecanismo de ondas rastreras sólo es importante para objetivos militares y civiles a frecuencias muy bajas.
Señal de eco debida a ondas viajeras
Si el ángulo de incidencia es próximo o incluso paralelo a la superficie, puede inducirse una onda superficial viajera. La onda superficial tiende a acumularse hacia la parte posterior del cuerpo y suele reflejarse hacia delante a partir de cualquier discontinuidad (desajuste). Los ecos de ondas viajeras pueden alcanzar un tamaño casi similar al de una reflexión especular.
Figura 3: Diagrama de reflexión compleja de un Airbus A320 en función del ángulo de aspecto.
Difracción en puntas, bordes y esquinas
Las señales de eco causadas por la difracción en puntas, bordes y esquinas son considerablemente más pequeñas que en el caso de la reflexión especular y sólo tienen importancia para el diseñador del avión si ya se han suprimido la mayoría de las demás fuentes de eco. Los ecos procedentes de puntas y esquinas están relacionados con el diseño y tienden a aumentar con el cuadrado de la longitud de onda, no con el tamaño de una característica superficial. Por lo tanto, son cada vez menos significativos a medida que aumenta la frecuencia portadora del transmisor.
Reflexiones en cavidades y discontinuidades de la superficie
La mayoría de los aviones tienen ranuras o huecos estrechos entre las superficies de control y la parte fija del avión. Estas ranuras y huecos, e incluso las cabezas de los remaches a frecuencias más altas, pueden reflejar energía al radar. Dentro de las aberturas, por ejemplo las tomas del motor o las ventanas de la cabina, pueden generarse de nuevo fuertes señales de eco por reflexiones múltiples. Por esta razón, las superficies de cristal de la cabina de los aviones militares están recubiertas de una fina capa de metal.
No todos estos mecanismos tienen que ocurrir para cada blanco, pero todas las fuentes de eco que se producen se solapan debido a las mínimas diferencias de distancia y fase. En algunas direcciones, todas las fuentes pueden sumarse en fase, dando lugar a una gran área de reflexión. En otras direcciones, algunas fuentes pueden anular a otras, dando lugar a una superficie de reflexión muy baja. Juntas forman un patrón de reflexión complejo cuyos valores dependen del ángulo de aspecto. Por tanto, la superficie reflectante efectiva puede fluctuar en más de 30 dB, lo que se aprecia como una pérdida por fluctuación.
Fuentes:
- Eugene F. Knott, “Radar observables,” in Tactical Missile Aerodynamics: General Topics, Vol. 141, M. J. Hemsch, ed., Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1992, Chap. 4.
- Eugene F. Knott, “Radar Cross Section,” in M. Skolnik: “Radar Handbook”, Third Edition, McGraw-Hill Education, 2008, ISBN 9780071485470, page 14.2f