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Depolarisation bei Radar

Bild 1: Erklärung des Mechanismus der Polarisationsdrehung

Bild 1: Erklärung des Mechanismus der Polarisationsdrehung

Depolarisation bei Radar

Unter Depolarisation versteht man bei Radar die Veränderung der Ausrichtung des elektrischen Feldes bei einer Reflexion oder (seltener) einer Beugung. Diese Definition betrifft die bei Radar ausschließlich vorkommenden vollständig polarisierten Wellen. Denn die Polarisation einer elektromagnetischen Welle ist maßgeblich von der Geometrie der Sendeantenne abhängig. Diese Geometrie kann nicht chaotische Zustände einnehmen. Deswegen ist der Zustand der Polarisation für die hier betrachteten Zeiträume in der elektromagnetischen Welle konstant. (Für nur teilweise polarisierbare Wellen, zum Beispiel dem Licht, hat der Begriff Depolarisation aus historischen Gründen eine gänzlich andere Bedeutung.)

Der Vorgang der Depolarisation ist von den geometrischen und dielektrischen Eigenschaften des reflektierenden Objekts abhängig. Zum Verständnis, wie solche Depolarisation auftreten kann, nehmen wir mal an, dass als Reflektor ein resonanter Dipol leicht schräg zur Polarisationsrichtung der einfallenden Welle liegt. Er wird trotzdem etwas Energie aufnehmen, wenn auch verlustbehaftet, also nicht mit einer maximal möglichen Größe. Diese Energie wird er nun in genau der Polarisationsrichtung wieder abstrahlen, die seiner geometrischen Ausrichtung entspricht. Das elektrische Feld der reflektierten Energie ist nun leicht verdreht gegenüber der Sendeantenne des Radars. Ist die sendende Radarantenne horizontal polarisiert, dann wird in der horizontal polarisierten Empfangsantenne ein etwas schwächeres Signal empfangen. Dafür empfängt jetzt bei einem dual polarisierten Radar auch die vertikal polarisierte Empfangsantenne ein schwaches Signal. Aus dem Größenverhältnis beider Signale kann nun errechnet werden, in welcher Lage dieser reflektierende resonante Dipol sich befindet. In der Praxis kann zum Beispiel dieser hier beschriebene Mechanismus der Drehung der Polarisation durch die räumliche Orientierung von Eiskristallen auftreten.

Da die Depolarisation ein relativer Prozess ist, bleiben alle quantitativen polarimetrischen Informationen in den Amplituden und Phasen zwischen den verschiedenen Polarisationen erhalten. Deshalb sind auch bei einer Ansammlung von recht chaotischen Reflexionen innerhalb eines Volumenziels (Regengebiet) die Echosignale einzelner Regentropfen aus unterschiedlichsten geometrischen Positionen und Entfernungen untereinander kohärent und überlagern sich im Fernfeld zu einem gemeinsamen Echosignal mit einer einheitlichen Polarisation welche dann aber ebenfalls gegenüber dem ausgesendeten Signal verdreht sein kann.

Die Depolarisation hat in einem Niederschlagsradar eine besondere Bedeutung bei der Charakterisierung der Art des Niederschlags. In der Luftraumaufklärung und der Luftverteidigung ist dieser Effekt derzeit vernachlässigbar.