www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Absorptie

Figuur 1: Elektromagnetische absorptie van de aardatmosfeer, ① zware regen, ② Mist, wolken, ③ matige regen, ④ moleculaire verstrooiing

Verzwakking
Frequentie
① zware regen
② Mist, wolken
③ matige regen
④ moleculaire verstrooiing

Figuur 1: Elektromagnetische absorptie van de aardatmosfeer

Absorptie

De elektromagnetische golf kan geheel of gedeeltelijk worden geabsorbeerd door een absorberend medium als gevolg van atomaire en moleculaire interacties (In dit proces wordt energie overgedragen naar de stof en dit kan leiden tot aanzienlijke veranderingen in het absorberende medium; de stralingsenergie wordt voornamelijk omgezet in warmte).

De absorptie van elektromagnetische straling is verwaarloosbaar bij lage frequenties lager dan 3 Gigahertzen (of een golflengte langer dan tien centimeter, of 4 inch) bij helder weer. Pas wanneer de frequentie de resonantiefrequentie van sommige moleculen in de aardatmosfeer bereikt, wordt de intensiteit van een bundel elektromagnetische straling aanzienlijk verzwakt wanneer deze door dit medium gaat.

Deze absorptie hangt dus af van de frequentie en de weglengte.

Niet gecondenseerde waterdamp, of de zogenaamde relatieve vochtigheid is ook afhankelijk van de temperatuur. De luchttemperatuur en de luchtvochtigheid hebben ook een negatieve invloed op de absorptie.

Atmosferische absorptieverliezen bestaan uit een atmosferische basisabsorptie en een sterk weersafhankelijke hulpabsorptie door mist en regen. De elektromagnetische golven worden verzwakt wanneer ze door lucht- en waterdamplagen dringen. Hierbij zijn vooral waterdamp en diatomische zuurstof betrokken. Een deel van de elektromagnetische energie wordt omgezet in warmte, een ander deel wordt verstrooid door de moleculaire dipoolfunctie.

Het diagram laat zien dat de absorptie toeneemt naarmate de vochtigheidsgraad stijgt. Bovendien neemt de absorptie toe met een hogere zenderfrequentie.

Ook is te zien dat niet alle frequenties even geschikt zijn voor alle radartoepassingen (een hoge frequentie is bijvoorbeeld niet geschikt voor langeafstandsradars). De zeer sterke absorptie op ongeveer 75 gigahertz veroorzaakt door de zuurstofmoleculen oefent de op radar gebaseerde Pre-Safe Brake Assist Plus ontwikkeld door Mercedes. Het maximale bereik van de radar wordt hierdoor beperkt en wederzijdse storende invloeden moeten daarom worden vermeden.

Samengevat: atmosferische absorptieverliezen zijn altijd aanwezig en kunnen niet worden vermeden.

Regendemping

Figuur 2: Regenverzwakking

De grafiek in Figuur 2 toont het effect dat de regendemping een verschillende waarde heeft bij verschillende golflengtes. De bovenste (blauwe) curve toont het niet-verzwakte weer; een storm met een diameter van 20 km en een neerslag van 100 mm/uur in het midden. De volgende (mauve) curve toont het rendement zoals gezien door een S-band radar. De volgende twee curven (geel en lichtblauw) tonen de uitvoer van een C-band en een X-band radar. Alle resultaten zijn genormaliseerd.

Het is duidelijk dat de X-band last heeft van verzwakking en niet ver in een zware storm kan kijken, terwijl de S-band weinig verzwakking heeft. De C-band biedt een goed compromis. Om deze redenen worden X-band weerradars alleen gebruikt voor korte afstanden, S-band radars worden gebruikt in de tropen omdat ze verder kunnen kijken dan een zware storm, en C-band is favoriet in gematigde breedten, met een goede gevoeligheid en bereik.

Referentie: Recommendation ITU-R P.676-10 “Attenuation by atmospheric gases”