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

Typen van voortplanting van elektromagnetische golven

Figuur 1: Ruimtegolf, grondgolf en directe golf

Figuur 1: Ruimtegolf, grondgolf en directe golf

Typen van voortplanting van elektromagnetische golven

Bij de transmissie van elektromagnetische golven in de aardatmosfeer worden drie soorten propagatie onderscheiden:

Grondgolfpropagatie

Indien de uitgestraalde golven evenwijdig lopen met het aardoppervlak, worden zij grondgolven genoemd. Grondgolven planten zich in alle richtingen voort naarmate de straal van de hemisfeer groter wordt. Aangezien het aardoppervlak echter geen oneindig geleidingsvermogen heeft, onttrekt de grond energie aan het uitgestraalde veld (aardverliezen). Dus hoe lager het geleidingsvermogen van het aardoppervlak, hoe kleiner het bereik van de grondgolven.

Boven zeewater is het bereik van de grondgolf aanzienlijk groter dan boven het aardoppervlak, hetgeen het gevolg is van de grotere specifieke geleidbaarheid van zeewater.

Een andere essentiële factor voor het bereik van de grondgolf is het frequentiebereik. Naarmate de frequentie toeneemt, neemt de penetratiediepte van het elektrische veld in de grond af, waardoor de voor de elektriciteitsleiding beschikbare effectieve doorsnede kleiner wordt. Daarom wordt het bereik kleiner naarmate de frequentie toeneemt. De grondgolf speelt dus geen rol in het frequentiebereik dat voor radarapparatuur in aanmerking wordt genomen.

Ruimtegolf

Een ruimtelijke golf is dat deel van de door de antenne uitgestraalde energie dat zich in de vrije ruimte verplaatst en niet wordt beïnvloed door de demping en de kromming van de grond. In een medium dat volkomen uniform en vrij van interferentie is (homogeen medium), planten ruimtelijke golven zich in een rechte lijn voort. In het volgende zullen wij die ruimtegolven behandelen die de ontvangende antenne bereiken door breking of weerkaatsing in de aardatmosfeer. Hier moet een onderscheid worden gemaakt:

Breking in de troposfeer

Meteorologische processen kunnen abrupte veranderingen in vochtigheid en temperatuur veroorzaken. Dit betekent ook een abrupte verandering in de luchtdichtheid. Aangezien warme lucht optisch dunner is dan koude lucht, vormt zich een inversielaag.

Dit effect is de oorzaak van een mogelijke weerkaatsing van de golven. Aangezien een laag warme lucht op grote hoogte een optisch dunner medium is, wordt de golf naar de aarde teruggekaatst als de invalshoek voldoende vlak is.

Inversielagen kunnen zich op verschillende hoogten voordoen, wat resulteert in verschillende overspanningen.

Reflectie op de ionosfeer

Voor frequenties van 3 MHz tot 30 MHz ("korte golf") werkt de ionosfeer als een reflector. Hogere frequenties dringen door in de ionosfeer, lagere frequenties worden zo verzwakt door de D- en E-lagen dat zij slechts tijdelijk worden weerkaatst (vooral 's nachts).

Aangezien de overgangen tussen de afzonderlijke lagen vloeiend zijn, is de wet „hoek van inval is gelijk aan hoek van reflectie“ slechts in beperkte mate van toepassing. Bovendien zijn de lagen in beweging en fluctueren zij in intensiteit, zodat de reflectieomstandigheden voortdurend veranderen. Aangezien de ruimtegolf ook door de aarde wordt weerkaatst, leidt meervoudige weerkaatsing tot zeer grote reikwijdten voor kortegolffrequenties. Deze frequenties kunnen echter niet worden gebruikt voor radartoepassingen, met uitzondering van enkele zogenaamde Over The Horizon-Backscatter (OTH-B) radars.

De wetten van refractie en reflectie resulteren in overreach, waarbij de elektromagnetische straling zich verder voortplant dan op grond van normale voortplanting van ruimtegolven verwacht zou mogen worden.

Directe golf

Voor elektromagnetische golven boven 100 MHz is er gewoonlijk geen weerkaatsing meer vanuit de ionosfeer. Daarom is voor radar alleen de directe golf van belang. Aangezien golven boven deze golflengte zich in een betrekkelijk rechte lijn voortplanten en zich dus op lichtstralen lijken, worden zij quasi-optische golven genoemd. Theoretisch kan dus alleen een rechtlijnige verbinding tussen zender en ontvanger worden overbrugd. Als gevolg van de kromming van de aarde hangt het mogelijke bereik ook af van de hoogte van de antennes van de zender en de ontvanger. Theoretisch is het bereik dus beperkt tot de zogenaamde radio-visuele reikwijdte (radiohorizon).