Noções básicas de radar

Anomalias na propagação de ondas eletromagnéticas

A propagação de ondas eletromagnéticas em um meio homogêneo de características constantes segue leis quasi-ópticas. Na prática, porém, tais condições são relativamente raras na atmosfera da Terra.

Propagação anormal

A propagação anômala ou anômala ocorre quando o coeficiente de refração muda devido ao gradiente de temperatura, pressão do ar e umidade. A influência dos fatores mencionados pode levar a diferentes condições não-padronizadas de propagação de ondas eletromagnéticas.

Camada de inversão

Figura 2: Inversão atmosférica

Camada de inversão

Figura 2: Inversão atmosférica

Uma das anomalias mais comuns das condições atmosféricas em toda a Europa é a inversão de temperatura, que ocorre quando o solo irradia calor do calor do dia em uma noite clara. A temperatura do solo desce, mas a atmosfera superior permanece relativamente quente. Neste caso, o gradiente de temperatura é o oposto (inverso) do gradiente de temperatura negativa normal, onde a temperatura da atmosfera diminui com o aumento da altitude. Esta inversão de temperatura resulta em uma curvatura da trajetória de propagação da onda eletromagnética em direção à superfície da Terra. Isto aumenta muito o alcance dos veículos de rádio ativos, incluindo radares.

Superrefração

Em alguns casos especiais, como na superfície do mar, quando o ar mais quente da terra é deslocado pelo ar mais frio da água, o fenômeno da superrefração pode ocorrer. São conhecidos exemplos onde o alcance teórico de um veículo de rádio foi excedido em 600%.

Sob condições de superrefração, o sinal refletido do alvo pode aparecer no próximo (ou mesmo após um) período de sonorização. Obviamente, a posição da marca do alvo no visor do radar não corresponderia então à posição real do alvo no espaço e suas coordenadas seriam medidas incorretamente.

Canal Atmosférico

Em condições atmosféricas normais, o ar mais quente está próximo à superfície da Terra. À medida que se aumenta a altitude, o ar vai se tornando mais frio. No entanto, às vezes surge uma situação incomum onde camadas de ar quente se formam sobre camadas de ar frio. Esta situação é conhecida como uma inversão de temperatura. A ocorrência de uma inversão de temperatura resulta em camadas de ar frio presas entre a superfície da Terra e uma camada de ar quente, ou entre duas camadas de ar quente. Isto cria o que se chama um canal atmosférico (referida como ducting em fontes em inglês).

camadas inversas

zona morta

Figura 3: O canal atmosférico

inversion layers

zona morta

Figura 3: O canal atmosférico

Se uma onda eletromagnética (particularmente das bandas HF e VHF) emitida por uma antena transmissora entrar em tal canal com ar frio em um ângulo de incidência muito pequeno, ela pode se propagar muito além da faixa normal da linha de visão. Quando os canais atmosféricos surgem de inversões de temperatura, uma boa recepção de televisão de uma estação a centenas de quilômetros de distância não é incomum. A razão é a diferença em densidade e índice de refração para ar quente e frio. Uma mudança repentina na densidade do ar quando uma onda eletromagnética entra numa camada de ar quente acima de um canal faz com que ela se refraia de volta em direção à Terra. Quando a onda atinge a Terra ou a camada de ar quente abaixo do canal, ela é refletida ou refratada novamente para cima e viaja mais para baixo do canal com reflexos múltiplos. Um exemplo de propagação de ondas de rádio através de um canal atmosférico é mostrado na Figura&nbso;3.

Subrefração

A situação oposta também é possível quando as condições atmosféricas são tais que a trajetória da onda eletromagnética se afasta da superfície terrestre e não em direção a ela. Este fenômeno é chamado de refração ou subfração negativa. Sob a subfração, há uma diminuição no alcance de detecção dos alvos. Isto é visto no aparecimento de quedas na cobertura do radar em pequenos ângulos de elevação.

A Tabela 1 dá uma visão geral das diferentes condições anômalas de propagação eletromagnética.

Refração	Gradiente de índice de refração	Representação esquemática	Condições de ocorrência
negativo (subrefração)	>0		Queda de neve, Uma situação em que, com o aumento da altitude, a temperatura cai muito mais rapidamente e a umidade diminui muito mais lentamente do que em uma atmosfera normal.
sem	0		Se o índice de refração não mudar em algum intervalo de altitude.
positivo, baixa	de 0 a −4·10−8		Tempo chuvoso e nublado se, com o aumento da altitude, a temperatura diminui muito mais rapidamente e a umidade diminui mais lentamente do que em uma atmosfera normal.
positivo, normal	−4·10−8		Nublado quando as camadas atmosféricas estão bem misturadas. Corresponde a uma atmosfera normal se a temperatura do ar cair 6,5° por 1 km de altitude e a pressão cair 3,5 mbar por 1 km de altitude.
positivo, maior	de −4·10−8 a −17,5·10−8		Clima claro após o pôr-do-sol quando a temperatura do ar diminui ligeiramente com a altitude, ou seja, começa a inversão de temperatura
positivo, crítico	−17,5·10−8		Clima claro após o pôr-do-sol com inversão de temperatura
Superrefração	menos de −17,5·10−8		Alta pressão, inversão significativa de temperatura e umidade reduzida. Significativo sobre o continente à noite e pela manhã, sobre o mar em tempo claro, muitas vezes durante dias inteiros, quando o ar na superfície do mar é menos quente e mais úmido do que nas camadas mais altas.

Tabela 1 - Classificação da Refração da Onda de Rádio na Atmosfera da Terra