Propagacja fali elektromagnetycznej

Absorpcja

Fala elektromagnetyczna może zostać częściowo lub całkowicie pochłonięta podczas propagacji w ośrodku pochłaniającym w wyniku interakcji z cząsteczkami i atomami tego ośrodka. W tym procesie energia fali jest przekazywana do materii, co może powodować znaczące zmiany w ośrodku. Zasadniczo energia fali jest przekształcana w energię cieplną.

Absorpcja promieniowania elektromagnetycznego jest znikoma przy niskich częstotliwościach poniżej 3 gigaherców (tj. przy długości fali większej niż dziesięć centymetrów lub cztery cale) w czystych warunkach pogodowych. Wraz ze wzrostem częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego osiągane są częstotliwości rezonansowe cząsteczek zawartych w atmosferze ziemskiej. W takich przypadkach wzrasta tłumienie energii fal elektromagnetycznych spowodowane absorpcją. Zjawisko to ilustrują dwa zielone szczyty krzywej na rysunku 1.

Wielkość absorpcji zależy od częstotliwości fali i długości drogi fali w ośrodku pochłaniającym.

Ilość nieskroplonej pary wodnej w atmosferze jest charakteryzowana przez parametr „wilgotność względna“ i zależy od temperatury: ciepłe powietrze może pomieścić więcej pary wodnej niż zimne. Zatem absorpcja fal elektromagnetycznych zależy również od wilgotności względnej i temperatury otoczenia.

Straty spowodowane absorpcją atmosferyczną są określane przez dwa składniki: główną absorpcję atmosferyczną (patrz wyżej) i dodatkową absorpcję określaną przez warunki pogodowe (mgła, deszcz itp.). Fale elektromagnetyczne ulegają tłumieniu, gdy przechodzą przez warstwy powietrza i pary wodnej. Proces ten zależy głównie od obecności pary wodnej i dwuatomowych cząsteczek tlenu. Część energii fali elektromagnetycznej jest przekształcana w ciepło, a druga część jest rozpraszana na cząsteczkach, które w tym przypadku działają jak dipole.

Rysunek 1 pokazuje, że absorpcja wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności względnej. Ponadto absorpcja wzrasta wraz z częstotliwością emitowanej fali.

Z tego możemy wywnioskować, że nie wszystkie częstotliwości są jednakowo odpowiednie dla różnych zastosowań radarowych. Na przykład, wysokie częstotliwości nie są odpowiednie dla radarów dalekiego zasięgu. Z drugiej strony, silna absorpcja drgań elektromagnetycznych o częstotliwości około 75 gigaherców spowodowana przez cząsteczki tlenu jest wykorzystywana na przykład w czujniku radarowym Pre-Safe Brake Assist Plus opracowanym przez firmę Mercedes. W tym przypadku absorpcja atmosferyczna pomaga uniknąć (zmniejszyć wpływ) wzajemnych zakłóceń.

Należy zauważyć, że absorpcja fal elektromagnetycznych przez atmosferę jest zawsze obecna i nie można jej uniknąć. Co więcej, trudno jest ją dokładnie obliczyć ze względu na ciągłe zmiany czynników determinujących.