Radar Basics

Polarizzazione delle onde elettromagnetiche

La polarizzazione è una proprietà delle onde trasversali che si riferisce all’orientamento geometrico delle oscillazioni dell’onda corrispondente. Nel campo elettromagnetico irradiato da un’antenna, le linee di forza del campo elettrico sono perpendicolari al campo magnetico. Entrambe le componenti del campo dipendono dalla posizione dell’antenna rispetto alla superficie terrestre. La direzione della componente del campo elettrico di un’onda elettromagnetica è usata per determinare la direzione di polarizzazione della radiazione. Si distingue tra polarizzazione lineare e circolare.

Figura 2: Campo polarizzato lineare verticale (blu) e campo polarizzato lineare orizzontale (rosso)

Figura 2: Campo polarizzato verticalmente in modo lineare

Figura 3: Campo polarizzato orizzontalmente in modo lineare

Polarizzazione lineare

Con la polarizzazione lineare, le linee di campo giacciono costantemente in un piano. Altre due forme principali di polarizzazione possono essere derivate dalla polarizzazione lineare:

• Polarizzazione verticale con il campo elettrico che corre perpendicolare alla superficie terrestre.
• Polarizzazione orizzontale con un campo elettrico parallelo alla superficie terrestre.
  
  (Esempio: antenne di ricerca del radar di guida missilistica S-75 „Volchow“ codice Nato: „SA-2“)

L’antenna ricevente deve essere polarizzata allo stesso modo, cioè allineata meccanicamente allo stesso modo, dell’antenna trasmittente.

Figura 3: Antenne di ricerca del radar di guida missilistica S-125 „Newa”

Figura 4: Antenne di ricerca del radar di guida missilistica S-125 „Newa”

Naturalmente, la polarizzazione lineare può assumere anche tutte le altre direzioni nello spazio. Oltre alla verticale e all’orizzontale, solo le posizioni 45° sono appositamente designate:

• obliquo +45° e
• obliquo -45°
  
  (Esempio: Antenne del radar di guida missilistica S-125 „Newa“, codice Nato: „SA-3M“)

Polarizzazione circolare

Con la polarizzazione circolare, il vettore dell’intensità di campo ruota in senso orario o antiorario perpendicolarmente alla direzione di propagazione Z (polarizzazione circolare oraria/antioraria). La polarizzazione circolare è creata da due antenne polarizzate linearmente alimentate a 90° fuori fase e simultaneamente ruotate meccanicamente di 90°. Se le ampiezze di due componenti lineari non sono uguali, ne risulta una polarizzazione ellittica.

Figura 5: Formazione della polarizzazione circolare

Figura 5: Formazione della polarizzazione circolare
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Per una ricezione ottimale, si devono usare antenne con la stessa polarizzazione. Se si utilizza un’antenna polarizzata in modo errato, si verificano notevoli perdite, in pratica tra 20 e 30 dB. A causa di questo fatto, è possibile sopprimere sia l’interferenza atmosferica che certe interferenze elettroniche cambiando deliberatamente la polarizzazione. In pratica, per esempio, il radar di controllo del traffico aereo ama passare alla polarizzazione circolare quando si verifica un forte disturbo meteorologico.

Depolarizzazione

Lo stato di polarizzazione dell’onda elettromagnetica può cambiare a causa del comportamento di riflessione degli oggetti e delle irregolarità nell’atmosfera, specialmente la ionosfera. Nel radar, la depolarizzazione è intesa come una torsione della direzione di polarizzazione. In ottica, la depolarizzazione è intesa come una riduzione del grado di polarizzazione di un’onda parzialmente polarizzata durante la diffusione. Poiché può anche succedere, per esempio, che l’onda parzialmente polarizzata sia completamente polarizzata dopo la riflessione o la diffusione, la depolarizzazione assumerebbe qui valori negativi.

In condizioni di coerenza ideale, le singole parti diversamente polarizzate di un’onda si sovrappongono nuovamente per formare un’onda coerente con una nuova direzione di polarizzazione. In questo caso, la depolarizzazione è misurata come una rotazione dell’angolo di polarizzazione. Questi effetti producono fenomeni di attenuazione chiamati dissolvenza della polarizzazione. Se le onde elettromagnetiche devono passare attraverso forti campi di pioggia, l’orientamento del piano di polarizzazione può cambiare completamente.

Proprio come le onde diversamente polarizzate si sovrappongono, esse possono anche essere divise in due parti polarizzate incrociate (cioè ad angolo retto l’una rispetto all’altra) di nuovo quando vengono ricevute. La direzione originale della polarizzazione può quindi essere determinata usando il calcolo vettoriale. In pratica, i radar meteorologici con doppia polarizzazione possono non solo utilizzare due piani di polarizzazione incrociati simultaneamente, ma anche ricevere segnali eco incrociati quando si trasmette con polarizzazione singola. Le seguenti abbreviazioni sono spesso usate per distinguere i diversi canali di ricezione:

• HH - per trasmissione polarizzata orizzontalmente e ricezione polarizzata orizzontalmente,
• VV - per trasmissione polarizzata verticalmente e ricezione polarizzata verticalmente,
• HV - per la trasmissione polarizzata orizzontalmente e la ricezione polarizzata verticalmente, e
• VH - per trasmissione polarizzata verticalmente e ricezione polarizzata orizzontalmente.