www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Typy šíření elektromagnetických vln

Obrázek 1: Prostorová vlna, zemská vlna a přímá vlna

Obrázek 1: Prostorová vlna, zemská vlna a přímá vlna

Typy šíření elektromagnetických vln

Při přenosu elektromagnetických vln v zemské atmosféře se rozlišují tři typy šíření.

Povrchová vlna

Pokud vyzařované vlny probíhají rovnoběžně se zemským povrchem, nazývají se povrchové vlny. Se zvětšujícím se poloměrem polokoule se zemní vlny šíří všemi směry. Protože však zemský povrch nemá nekonečnou vodivost, odebírá země z vyzařovaného pole energii (zemské ztráty). Čím nižší je tedy vodivost zemského povrchu, tím menší je dosah povrchových vln.

Nad mořskou vodou je dosah zemské vlny podstatně větší než nad zemským povrchem, což vyplývá z větší specifické vodivosti mořské vody.

Dalším podstatným faktorem pro dosah povrchoví vlny je její frekvenční rozsah. S rostoucí frekvencí se snižuje hloubka průniku elektrického pole do země, což snižuje účinný průřez, který je k dispozici pro elektrické vedení. S rostoucí frekvencí se proto rozsah snižuje. Ve frekvenčním rozsahu uvažovaném pro radar nehrají povrchové vlny žádnou roli.

Ionosférická vlna

Ionosférická vlna je část energie vyzářená anténou, která se šíří do volného prostoru a není ovlivněna útlumem a zakřivením zemského povrchu. V prostředí, které je zcela homogenní a bez interferencí (homogenní prostředí), se ionosférické vlny šíří přímočaře. V následujícím textu se budeme zabývat ionosférickými vlnami, které se k přijímací anténě dostanou lomem nebo odrazem v zemské atmosféře. Zde je třeba rozlišovat:

Refrakce v troposféře

Meteorologické procesy mohou způsobit náhlé změny vlhkosti a teploty. To také znamená náhlou změnu hustoty vzduchu. Teplý vzduch je opticky řidší než studený, a proto se vytváří inverzní vrstva.

Tento efekt je příčinou možného odrazu vln. Protože vrstva teplého vzduchu ve velké výšce je opticky řidším prostředím, vlna se při dostatečně plochém dopadu odráží zpět k zemi.

Inverzní vrstvy se mohou vyskytovat v různých výškách, což vede k různým převýšením.

Odraz v ionosféře

Pro frekvence od 3 MHz do 30 MHz („krátké vlny“) funguje ionosféra jako reflektor. Vyšší frekvence pronikají ionosférou, nižší frekvence jsou natolik zeslabeny vrstvami D a E, že se odrážejí jen dočasně (hlavně v noci).

Vzhledem k tomu, že přechody mezi jednotlivými vrstvami jsou plynulé, platí zákon „úhel dopadu rovná se úhlu odrazu“ pouze v omezené míře. Kromě toho jsou vrstvy v pohybu a jejich intenzita kolísá, takže podmínky odrazu se neustále mění. Vzhledem k tomu, že ionosférické vlny se také odrážejí od Země, je výsledkem vícenásobného odrazu velmi velký dosah krátkovlnných frekvencí. Tyto frekvence však nelze používat pro radarové aplikace, s výjimkou několika takzvaných radarů OTH-B (Over The Horizon-Backscatter).

Zákony refrakce a odrazu mají za následek přesah, kdy se elektromagnetické záření šíří dále, než by se dalo očekávat při běžném šíření vln v prostoru.

Přímá vlna

U elektromagnetických vln nad 100 MHz již obvykle nedochází k odrazu od ionosféry. Proto je pro radar zajímavá pouze přímá vlna. Protože se vlny nad touto vlnovou délkou šíří relativně přímočaře, a mají tedy podobné chování jako světelné paprsky, nazývají se kvazioptické vlny. Teoreticky lze tedy přemostit pouze přímé spojení mezi vysílačem a přijímačem. Vzhledem k zakřivení Země závisí možný dosah také na výšce antén vysílače a přijímače. Teoreticky je tedy dosah omezen na tzv. radiový vizuální dosah (radiový horizont).