Grundlagen der Radartechnik

Ausbreitung elektromagnetischer Wellen

Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in einem gleichmäßigen Medium (räumlich und zeitlich konstant) erfolgt nach quasi-optischen Gesetzmäßigkeiten. Diese Bedingungen sind relativ selten in der Erdatmosphäre, werden aber als „normale“ Bedingungen bezeichnet.

Anomale Wellenausbreitung

Das Ausbreitungsmedium Luft ist jedoch nicht gleichförmig. Die Veränderung der dielektrischen Durchlassfähigkeit der Erdatmosphäre beeinflusst den Brechungskoeffizienten der einzelnen Luftschichten. Das führt zu einer Veränderung der Ausbreitungsrichtung - zur Refraktion. Der Brechungskoeffizient ist hier eine Funktion der Lufttemperatur, des Luftdruckes und der Luftfeuchtigkeit.

Superrefraktion

Inversionsschicht

Bild 2: Bodeninversion

Inversionsschicht

Bild 2: Bodeninversion

Unter besonderen Bedingungen, vor allem über dem Meer, wenn wärmere Landluft über das kältere Wasser gedrückt wird, kommt es zur Suprarefraktion. So sind Beispiele bekannt, dass Überreichweiten bis zu 600% der theoretischen Reichweite erzielt wurde.

Überreichweiten

Durch die Suprarefraktion wird die Reichweite stark vergrößert. Das Echo eines abgestrahlten Impulses erscheint eine oder zwei Impulsperioden später und somit das Target an einer Stelle auf dem Sichtgerät, wo sich in Wirklichkeit gar kein Flugkörper befindet.

Inversionsschichten

tote Zone

Bild 3: troposphärische Schlauchübertragung (Ducting)

Inversionsschichten

tote Zone

Bild 3: troposphärische Schlauchübertragung (Ducting)

Ducting

In der Praxis ergeben sich bei der Wellenausbreitung oberhalb des Meterwellenbereiches Reichweiten, die erheblich über dem theoretischen Wert liegen. Man spricht auch in diesem Fall von Überreichweiten. Diese treten dann auf, wenn sich eine tiefliegende und sehr weit reichende Inversionsschicht ausgebildet hat (Bodeninversion). Es kommt dann zu einer Ausbreitung zwischen der Bodeninversionsschicht in der Erdoberfläche. Dieser Vorgang wird auch „troposphärische Schlauchübertragung“ genannt. Darüber hinaus kann eine Schlauchübertragung auch zwischen übereinanderliegenden Inversionsschichten auftreten.

Bei dieser Ausbreitungsart entstehen tote Zonen, in denen keine Ortung möglich ist. Gelangt dagegen die zwischen zwei solcher Inversionsschichten geführte Welle zu einem Empfänger (Transponder), können dadurch Entfernungen von mehr als 1000 km überbrückt werden, auch wenn die Reichweite unter normalen Bedingungen nur ca. 100 km beträgt.

Subrefraktion

Eine Umkehrung der Wirkung ist ebenfalls möglich. Unterreichweiten durch Ablenkung des Antennendiagramms nach oben wirkt sich jedoch nicht so störend aus, wie eine Überreichweite. Ein Reichweitenverlust wird seltener bemerkt.

Refraktion	Gradient des Brechungs­indexes	schematische Darstellung	Entstehungsbedingungen
Negativ (Subrefraktion)	>0		Schneefall, wenn sich die Temperatur mit der Höhe wesentlich schneller, die Feuchtigkeit wesentlich langsamer verringert als in der normalen Atmosphäre
Keine	0		wenn sich der Brechungsfaktor N in einigen Höhenintervallen nicht ändert
Positiv, niedrig	von 0 bis −4·10−8		regnerisches, trübes Wetter, wenn sich die Temperatur mit der Höhe schneller, die Feuchtigkeit langsamer verringert als in der normalen Atmosphäre
Positiv, normal	−4·10−8		Trübes Wetter, wenn die Luftschichten gut gemischt sind. Entspricht der normalen Atmosphäre, wenn sich die Lufttemperatur um 6,5°C je Kilometer Höhe und der Druck des Wasserdampfes um 3,5 mBar je Kilometer Höhe verringert
Positiv, erhöht	von −4·10−8 bis−17,5·10−8		Klares Wetter nach Sonnenuntergang, wenn sich die Lufttemperatur mit der Höhe wenig verringert, d.h. bei einsetzender Temperaturinversion
Positiv, kritisch	−17,5·10−8		Klares Wetter nach Sonnenuntergang bei ausgebildeter Temperaturinversion
Superrefraktion	über −17,5·10−8		Hochdruck und bedeutende Temperaturinversion sowie verringerte Luftfeuchtigkeit. Über dem Festland in Nacht- und Morgenstunden von Bedeutung, über dem Meer bei klarem Wetter oft ganze Tage, wenn die Luft an der Meeresoberfläche weniger erwärmt und feuchter als in höher gelegenen Schichten ist

Tabelle 1: Klassifizierung der atmosphärischen Refraktion