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Meccanismi di riflessione e diffusione

Figura 1: Meccanismi di riflessione e diffusione sull’esempio di un Airbus A320

Figura 1: Meccanismi di riflessione e diffusione sull’esempio di un Airbus A320

Meccanismi di riflessione e diffusione

Il segnale eco di un aereo è costituito da componenti generati da vari meccanismi di riflessione e diffusione. Esistono tre meccanismi fisici fondamentali che contribuiscono alla superficie riflettente effettiva (RCS) di un bersaglio. Si tratta di riflessioni speculari o di onde diffuse generate in corrispondenza di brusche discontinuità (ad esempio, diffrazione in corrispondenza di picchi, spigoli e angoli) o di onde superficiali - la superficie agisce come una linea di trasmissione, guidando le onde lungo la sua superficie. Le principali fonti di energia riflessa o diffratta su un tipico aereo sono:[1][2]

  1. Diffrazione in corrispondenza di una punta
  2. riflessione speculare
  3. segnale di eco da onde striscianti circolanti
  4. Diffrazione in corrispondenza di un bordo
  5. Diffrazione in corrispondenza di un angolo
  6. Segnale d’eco dovuto a onde viaggianti
  7. Riflessioni multiple
  8. Riflessioni in corrispondenza di connessioni di materiali
  9. Segnali d’eco dovuti a riflessioni multiple in cavità
  10. Riflessioni in corrispondenza di discontinuità superficiali
Fronte d’onda

Figura 2: Queste sorgenti di segnali d’eco sono sovrapposte con posizioni di fase diverse

Fronte d’onda

Figura 2: Queste sorgenti di segnali d’eco sono sovrapposte con posizioni di fase diverse

Riflessione speculare

Una superficie riflettente è qualsiasi superficie del bersaglio allineata perpendicolarmente alla linea di vista del radar. Le superfici piane forniscono echi particolarmente grandi nella direzione di riflessione, ma l’intensità del segnale di eco diminuisce significativamente lontano da questa direzione. Gli echi speculari provenienti da superfici a singola e doppia curvatura (superfici cilindriche e sferiche) sono leggermente più deboli di quelli provenienti da superfici piane, ma sono più coerenti con le variazioni dell’angolo di illuminazione del radar.

Riflessioni multiple

Segnali di eco relativamente forti possono verificarsi quando due superfici sono allineate in modo simile a un riflettore radar, come mostrato nella Figura 1 con l’esempio ⑦. Interazioni simili si verificano con i bersagli navali quando paratie, ringhiere, alberi e altre sovrastrutture si riflettono sulla superficie dell’acqua.

Segnale eco da onde striscianti in circolazione

Un’onda strisciante è un’onda legata a una superficie liscia e in ombra, che viaggia intorno al retro di un corpo liscio e poi ritorna al radar quando riappare al confine dell’ombra sul lato opposto. Attraverso lo scattering Mie, l’onda strisciante fa sì che i segnali di eco provenienti da piccole superfici sferiche varino con il loro raggio. Il meccanismo delle onde striscianti è importante solo per gli obiettivi militari e civili a frequenze molto basse.

Segnale di eco dovuto alle onde viaggianti

Se l’angolo di incidenza è vicino o addirittura parallelo alla superficie, è possibile indurre un’onda superficiale itinerante. L’onda superficiale tende ad accumularsi verso la parte posteriore del corpo e di solito viene riflessa in avanti da qualsiasi discontinuità (mismatch). Gli echi delle onde viaggianti possono raggiungere una dimensione quasi simile a quella di una riflessione speculare.

Figura 3: Diagramma di riflessione complessa di un Airbus A320 in funzione dell’angolo di aspetto.

Figura 3: Diagramma di riflessione complessa di un Airbus A320 in funzione dell’angolo di aspetto.

Diffrazione su punte, bordi e angoli

I segnali di eco causati dalla diffrazione in corrispondenza di punte, bordi e angoli sono notevolmente più piccoli rispetto al caso della riflessione speculare e sono importanti per il progettista dell’aeromobile solo se la maggior parte delle altre sorgenti di eco è già stata soppressa. Gli echi provenienti da punte e angoli sono legati alla progettazione e tendono ad aumentare con il quadrato della lunghezza d’onda, non con le dimensioni di un elemento superficiale. Pertanto, diventano sempre meno significativi all’aumentare della frequenza del trasmettitore.

Riflessioni in cavità e in corrispondenza di discontinuità superficiali

La maggior parte degli aeromobili presenta strette fessure o spazi vuoti tra le superfici di controllo e la parte fissa dell’aeromobile. Queste fessure e spazi vuoti, e persino le teste dei rivetti a frequenze più elevate, possono riflettere l’energia al radar. All’interno delle aperture, ad esempio le prese d’aria dei motori o i finestrini della cabina di pilotaggio, possono essere generati forti segnali di eco da riflessioni multiple. Per questo motivo, le superfici di vetro della cabina di pilotaggio degli aerei militari sono rivestite di un sottile strato di metallo.

 

Non tutti questi meccanismi devono verificarsi per ogni bersaglio, ma tutte le sorgenti di eco che si verificano si sovrappongono a causa delle minime differenze di distanza e di fase. In alcune direzioni, tutte le sorgenti possono sommarsi in fase, dando luogo a un’ampia area di riflessione. In altre direzioni, alcune sorgenti possono annullare altre sorgenti, dando luogo a una superficie di riflessione molto bassa. L’insieme di queste sorgenti forma un modello di riflessione complesso, i cui valori dipendono dall’angolo di aspetto. La superficie di riflessione effettiva può quindi fluttuare di oltre 30 dB, il che si traduce in una perdita di fluttuazione.

Fonti:

  1. 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.
  2. Eugene F. Knott, “Radar Cross Section,” in M. Skolnik: “Radar Handbook”, Third Edition, McGraw-Hill Education, 2008, ISBN 9780071485470, page 14.2f