Radarquerschnitt

Der Radarquerschnitt ( RCS ), abgekürzt σ , auch Radarsignatur genannt , ist ein Maß dafür, wie gut ein Objekt von Radar erfasst werden kann . Ein größerer RCS-Wert bedeutet, dass ein Objekt leichter erfasst werden kann. ^{[ 1 ]}

Ein Objekt reflektiert eine begrenzte Menge an Radarenergie zurück zur Quelle. Zu den Faktoren, die dies beeinflussen, gehören: ^{[ 1 ]}

• das Material, aus dem das Ziel hergestellt ist;
• die Größe des Ziels im Verhältnis zur Wellenlänge des einfallenden Radarsignals;
• die absolute Größe des Ziels;
• der Einfallswinkel (der Winkel, unter dem der Radarstrahl auf einen bestimmten Teil des Ziels trifft und der von der Form des Ziels und seiner Ausrichtung zur Radarquelle abhängt);
• der Reflexionswinkel (Winkel, unter dem der reflektierte Strahl den vom Ziel getroffenen Teil verlässt; er hängt vom Einfallswinkel ab);
• die Polarisation der gesendeten und empfangenen Strahlung in Bezug auf die Ausrichtung des Ziels.

Obwohl die Stärke des Senders und die Entfernung für die Zielerkennung wichtig sind, beeinflussen sie die Berechnung des Radarquerschnitts (RCS) nicht, da der RCS eine Eigenschaft der Reflektivität des Ziels ist.

Der Radarquerschnitt (RCS) dient der Flugzeugortung über einen weiten Entfernungsbereich. Beispielsweise weist ein Tarnkappenflugzeug (dessen Detektionsfähigkeit durch Konstruktionsmerkmale eingeschränkt ist) einen niedrigen RCS auf (z. B. absorbierende Lackierung, ebene Oberflächen, Oberflächen, die so ausgerichtet sind, dass das Signal nicht zur Quelle zurückreflektiert wird). Im Gegensatz dazu besitzt ein Passagierflugzeug einen hohen RCS (unlackiertes Metall, abgerundete Oberflächen, die einen Teil des Signals zur Quelle zurückreflektieren, und zahlreiche hervorstehende Teile wie Triebwerke, Antennen usw.). Der RCS ist integraler Bestandteil der Entwicklung von Tarnkappentechnologie , insbesondere bei Anwendungen mit Flugzeugen und ballistischen Raketen . ^{[ 2 ]} RCS-Daten aktueller Militärflugzeuge sind größtenteils streng geheim.

In manchen Fällen ist es von Interesse, ein Gebiet am Boden zu betrachten, das viele Objekte enthält. In solchen Situationen ist es hilfreich, eine verwandte Größe zu verwenden, die als normalisierter Radarquerschnitt ( NRCS ) bezeichnet wird, auch bekannt als differentieller Streukoeffizient oder Radarrückstreukoeffizient , abgekürzt σ ⁰ oder σ ₀ ("Sigma Null"), der den durchschnittlichen Radarquerschnitt einer Menge von Objekten pro Flächeneinheit angibt:

${\displaystyle \sigma ^{0}=\left\langle {\sigma \over {A}}\right\rangle }$

Wo:

• σ ist der Radarquerschnitt eines bestimmten Objekts, und
• A ist die Fläche auf dem Boden, die mit diesem Objekt verbunden ist. ^{[ 3 ]}

Das NRCS verwendet Flächeneinheiten pro Fläche, oder ⁠m ²/m ²in MKS- Einheiten .

Informell bezeichnet der Radarquerschnitt (RCS) eines Objekts die Querschnittsfläche einer perfekt reflektierenden Kugel, die dieselbe Reflexionsstärke erzeugen würde wie das betreffende Objekt. (Größere Abmessungen dieser gedachten Kugel würden stärkere Reflexionen erzeugen.) Daher ist der RCS eine Abstraktion: Die Radarquerschnittsfläche eines Objekts steht nicht unbedingt in direktem Zusammenhang mit der physikalischen Querschnittsfläche dieses Objekts, sondern hängt von weiteren Faktoren ab. ^{[ 4 ]}

Etwas weniger informell ausgedrückt: Der Radarquerschnitt (RCS) eines Radarziels ist die effektive Fläche, die die ausgesendete Radarleistung auffängt und diese Leistung dann isotrop zum Radarempfänger zurückstreut.

Genauer gesagt ist der Radarquerschnitt (RCS) eines Radarziels die hypothetische Fläche, die erforderlich ist, um die gesendete Leistungsdichte am Ziel so aufzufangen, dass bei isotroper Rückstrahlung der gesamten aufgefangenen Leistung die am Empfänger tatsächlich beobachtete Leistungsdichte erreicht wird. ^{[ 5 ]} Diese Aussage lässt sich verstehen, indem man die monostatische (Sender und Empfänger befinden sich am selben Ort) Radargleichung Term für Term betrachtet:

${\displaystyle P_{r}={{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma {{1} \over {4\pi r^{2}}}A_{\mathrm {eff} }}$

Wo

• ${\displaystyle P_{t}}$= Eingangsleistung des Senders (Watt)
• ${\displaystyle G_{t}}$= Gewinn der Radar-Sendeantenne (dimensionslos)
• ${\displaystyle r}$= Entfernung vom Radar zum Ziel (Meter)
• ${\displaystyle \sigma }$= Radarquerschnitt des Ziels (Meter im Quadrat)
• ${\displaystyle A_{\mathrm {eff} }}$= effektive Fläche der Radarempfangsantenne (Quadratmeter)
• ${\displaystyle P_{r}}$= vom Zielobjekt zurückgesendete Leistung (Watt)

Der erste Term in der Radargleichung repräsentiert die Leistungsdichte (Watt pro Quadratmeter), die der Radarsender am Ziel erzeugt. Diese Leistungsdichte wird vom Ziel mit dem Radarquerschnitt A ( Einheit: Fläche in Quadratmetern) aufgefangen. Das Produkt hat somit die Dimension Leistung (Watt) und stellt die hypothetische Gesamtleistung dar, die vom Radarziel aufgefangen wird. Der zweite Term beschreibt die isotrope Ausbreitung dieser aufgefangenen Leistung vom Ziel zurück zum Radarempfänger. Das Produkt repräsentiert daher die reflektierte Leistungsdichte am Radarempfänger (ebenfalls Watt pro Quadratmeter). Die Empfangsantenne sammelt diese Leistungsdichte mit der effektiven Fläche A und liefert so die vom Radar empfangene Leistung (Watt) gemäß der obigen Radargleichung. ${\textstyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}}$${\textstyle \sigma }$${\textstyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma }$${\textstyle {{1} \over {4\pi r^{2}}}}$${\textstyle {{P_{t}G_{t}} \over {4\pi r^{2}}}\sigma {{1} \over {4\pi r^{2}}}}$${\textstyle A_{\mathrm {eff} }}$

Die Streuung einfallender Radarleistung an einem Radarziel ist niemals isotrop (selbst bei einem kugelförmigen Ziel), und der Radarquerschnitt (RCS) ist eine hypothetische Fläche. In diesem Sinne kann der RCS als Korrekturfaktor betrachtet werden, der die Radargleichung für das experimentell beobachtete Verhältnis von Radar- zu Radarstrahlung korrekt macht . Der RCS ist jedoch eine Eigenschaft des Ziels selbst und kann gemessen oder berechnet werden. Somit ermöglicht der RCS die Analyse der Leistung eines Radarsystems mit einem bestimmten Ziel unabhängig von den Radar- und Einsatzparametern. Im Allgemeinen ist der RCS eine Funktion der Ausrichtung von Radar und Ziel. Der RCS eines Ziels hängt von seiner Größe, dem Reflexionsvermögen seiner Oberfläche und der durch die geometrische Form des Ziels bedingten Richtwirkung des Radarechos ab. ${\textstyle P_{r}/P_{t}}$

Grundsätzlich gilt: Je größer ein Objekt, desto stärker ist seine Radarreflexion und damit auch sein Radarquerschnitt (RCS). Zudem kann ein Radar eines bestimmten Frequenzbandes Objekte bestimmter Größe möglicherweise gar nicht erfassen. Beispielsweise kann ein 10-cm-Radar (S-Band) Regentropfen, aber keine Wolken mit zu kleinen Tröpfchen erkennen.

Materialien wie Metall reflektieren Radarwellen stark und erzeugen daher starke Signale. Holz und Textilien (wie sie früher häufig für Flugzeuge und Ballons verwendet wurden) oder Kunststoff und Fiberglas reflektieren Radarwellen weniger stark oder sind sogar transparent, wodurch sie sich für Radome eignen . Schon eine sehr dünne Metallschicht kann ein Objekt stark radarreflektierend machen. Störstreifen bestehen oft aus metallisiertem Kunststoff oder Glas (ähnlich wie metallisierte Folien auf Lebensmitteln) mit mikroskopisch dünnen Metallschichten.

Darüber hinaus sind manche Geräte radaraktiv, z. B. mit Radarantennen ausgestattet, was den Radarquerschnitt (RCS) erhöht.

Die SR-71 Blackbird und andere Flugzeuge wurden mit einer speziellen „ Eisenkugelfarbe “ lackiert , die aus kleinen, metallbeschichteten Kugeln bestand. Die empfangene Radarenergie wurde in Wärme umgewandelt, anstatt reflektiert zu werden.

Die Oberflächen der F-117A sind flach und stark gewinkelt. Dadurch trifft das Radarsignal in einem großen Winkel (zum Lot ) auf und wird in einem ähnlich steilen Winkel reflektiert; es handelt sich um Vorwärtsstreuung. Die scharfen Kanten verhindern abgerundete Oberflächen, die an einem Punkt senkrecht zur Radarquelle stehen. Da jeder entlang des Lots einfallende Strahl entlang des Lots zurückreflektiert wird, erzeugen abgerundete Oberflächen ein starkes reflektiertes Signal. ^{[ 2 ]}

Von der Seite betrachtet bietet ein Kampfflugzeug ein deutlich größeres Erfassungsgebiet als von vorn. Unter sonst gleichen Bedingungen ist das Signal von der Seite stärker als von vorn; daher ist die Ausrichtung des Ziels relativ zur Radarstation von Bedeutung.

Die Oberflächenstruktur kann Vertiefungen aufweisen, die als Eckreflektoren wirken und den Radarquerschnitt (RCS) aus verschiedenen Richtungen erhöhen. Solche Vertiefungen können beispielsweise durch offene Bombenschächte , Lufteinlässe, Munitionspylone oder Verbindungsstellen zwischen Bauteilen entstehen. Zudem ist es unter Umständen unpraktisch, diese Oberflächen mit radarabsorbierenden Materialien zu beschichten .

Die Größe des Radarbildes eines Ziels wird durch den Radarquerschnitt (RCS) gemessen, der oft mit dem Symbol σ bezeichnet und in Quadratmetern angegeben wird. Dieser entspricht nicht der geometrischen Fläche. Eine perfekt leitende Kugel mit einer projizierten Querschnittsfläche von 1 m² ⁽ d. h. einem Durchmesser von 1,13 m) hat einen RCS von 1 m² ^{. Bei Radarwellenlängen, die deutlich kleiner als der Kugeldurchmesser sind} , ist der RCS frequenzunabhängig. Umgekehrt hat eine quadratische, ebene Platte mit einer Fläche von 1 m² einen RCS von ^{σ =} 4π A² / λ² (wobei A = Fläche, λ = Wellenlänge) oder 139,62 m² ^bei 1 GHz, wenn das Radar senkrecht auf die ebene Fläche gerichtet ist. ^{[ 2 ]} Bei schrägen Einfallswinkeln wird Energie vom Empfänger weg reflektiert, wodurch sich der RCS verringert. Moderne Tarnkappenflugzeuge sollen einen RCS haben, der mit dem kleiner Vögel oder großer Insekten vergleichbar ist, ^{[ 6 ]} wobei dieser Wert je nach Flugzeugtyp und Radar stark variiert.

Wenn der Radarquerschnitt (RCS) direkt mit der Querschnittsfläche des Ziels zusammenhinge, bestünde die einzige Möglichkeit zur Reduzierung darin, das physikalische Profil zu verkleinern. Stattdessen erreicht das Ziel einen kleineren Radarquerschnitt, indem es einen Großteil der Strahlung reflektiert oder absorbiert. ^{[ 7 ]}

Die Messung des Radarquerschnitts (RCS) eines Ziels erfolgt im Radarrückstrahl- oder Streubereich . Im ersten Fall handelt es sich um einen Freiluftbereich, in dem das Ziel auf einem speziell geformten Pylon mit niedrigem RCS in einiger Entfernung von den Sendern positioniert wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Radarabsorber hinter dem Ziel anzubringen; allerdings müssen Mehrwegeausbreitungseffekte mit dem Boden minimiert werden.

Häufig wird auch ein reflexionsarmer Raum verwendet. In einem solchen Raum befindet sich das Messobjekt auf einer drehbaren Säule in der Mitte, und Wände, Boden und Decke sind mit radarabsorbierendem Material bedeckt. Diese Absorber verhindern Messfehler durch Reflexionen. Ein Kompaktbereich ist ein reflexionsarmer Raum mit einem Reflektor zur Simulation von Fernfeldbedingungen.

Typische Werte für ein Zentimeterwellenradar sind: ^{[ 8 ] [ 9 ]}

• Insekt: 0,00001 ^m²
• Vogel: 0,01 ^m²
• Tarnkappenflugzeuge : <0,1 m² ⁽ z. B. F-117A : 0,001 ^m² )
• Boden-Luft-Rakete : ≈0,1 ^m²
• Mensch: 1 ^m²
• kleine Kampfflugzeuge: 2–3 m ²
• große Kampfflugzeuge: 5–6 ^m²
• Frachtflugzeuge: bis zu 100 ^m²
• Küstenhandelsschiff (55 m Länge): 300–4000 ^m²
• Eckreflektor mit 1,5 m Kantenlänge: ≈20.000 ^{m² [ 10 ] [ 11 ]}
• Fregatte (103 m Länge): 5000–100.000 ^m²
• Containerschiff (212 m Länge): 10.000–80.000 ^m²

Quantitativ wird RCS dreidimensional wie folgt berechnet ^{[ 4 ]}

${\displaystyle \sigma =\lim _{r\to \infty }4\pi r^{2}{\frac {S_{s}}{S_{i}}}}$

Wo befindet sich der Radarquerschnitt (RCS), wo ist die am Ziel gemessene einfallende Leistungsdichte und wo ist die in einem bestimmten Abstand vom Ziel gemessene Streuleistungsdichte ?${\displaystyle \sigma }$${\displaystyle S_{i}}$${\displaystyle S_{s}}$${\displaystyle r}$

In der elektromagnetischen Analyse wird dies üblicherweise auch so geschrieben ^{[ 2 ].}

${\displaystyle \sigma =\lim _{r\to \infty }4\pi r^{2}{\frac {|E_{s}|^{2}}{|E_{i}|^{2}}}}$

wobei und die Intensitäten des gestreuten bzw. des einfallenden elektrischen Feldes im Fernfeld sind. ${\displaystyle E_{s}}$${\displaystyle E_{i}}$

In der Entwurfsphase ist es oft wünschenswert, mithilfe eines Computers den Radarquerschnitt (RCS) vor der Fertigung eines realen Objekts zu berechnen. Viele Iterationen dieses Vorhersageprozesses lassen sich in kurzer Zeit und kostengünstig durchführen, während die Verwendung eines Messbereichs häufig zeitaufwändig, teuer und fehleranfällig ist. Die Linearität der Maxwell-Gleichungen ermöglicht eine relativ einfache Berechnung des RCS mit verschiedenen analytischen und numerischen Methoden. Dennoch stellen das wechselnde militärische Interesse und die Notwendigkeit der Geheimhaltung eine Herausforderung für dieses Gebiet dar.

Das Gebiet der Lösung der Maxwell-Gleichungen mithilfe numerischer Algorithmen wird als numerische Elektromagnetik bezeichnet , und viele effektive Analysemethoden wurden auf das Problem der Radarquerschnittsvorhersage angewendet. RCS-Vorhersagesoftware wird häufig auf großen Supercomputern ausgeführt und verwendet hochauflösende CAD- Modelle realer Radarziele.

Bei Wellenlängen , die viel kleiner als die Größe des Zielobjekts sind, werden Hochfrequenznäherungen wie geometrische Optik , physikalische Optik , die geometrische Beugungstheorie , die uniforme Beugungstheorie und die physikalische Beugungstheorie verwendet .

Zu den statistischen Modellen gehören das Chi-Quadrat-Modell , das Rice -Modell und das logarithmische Normalverteilungsmodell . Diese Modelle dienen der Vorhersage wahrscheinlicher Radarquerschnittswerte (RCS) anhand eines Mittelwerts und sind hilfreich bei der Durchführung von Monte-Carlo- Simulationen für Radare.

Rein numerische Methoden wie die Randelementmethode ( Momentenmethode ), die Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode ( FDTD ) und die Finite-Elemente -Methode sind aufgrund der Rechenleistung auf längere Wellenlängen oder kleinere Strukturen beschränkt.

Bei einfachen Fällen überschneiden sich die Wellenlängenbereiche dieser beiden Methodenarten zwar erheblich, bei schwierigen Formen und Materialien oder sehr hohen Genauigkeitsanforderungen werden sie jedoch in verschiedenen Hybridmethoden kombiniert .

Die Reduzierung des Radarquerschnitts (RCS) ist vor allem für die Tarnkappentechnologie von Flugzeugen, Raketen, Schiffen und anderen Militärfahrzeugen von Bedeutung. Mit einem kleineren RCS können Fahrzeuge der Radarerfassung besser entgehen, sei es durch landgestützte Anlagen, Lenkwaffen oder andere Fahrzeuge. Ein Design mit reduzierter Signatur verbessert zudem die allgemeine Überlebensfähigkeit der Plattformen durch die erhöhte Wirksamkeit ihrer Radarabwehrmaßnahmen. ^{[ 2 ]}

Es gibt verschiedene Methoden. Die Entfernung, in der ein Ziel bei einer gegebenen Radarkonfiguration erfasst werden kann, variiert mit der vierten Wurzel seines Radarquerschnitts (RCS). ^{[ 12 ]} Um die Erfassungsentfernung auf ein Zehntel zu reduzieren, müsste der RCS daher um den Faktor 10.000 verringert werden. Obwohl diese Verbesserung anspruchsvoll ist, lässt sie sich oft realisieren, wenn Plattformen bereits in der Konzept-/Entwurfsphase beeinflusst werden und Experten sowie fortschrittliche Computersimulationen zur Umsetzung der nachfolgend beschriebenen Steuerungsoptionen eingesetzt werden.

Bei der gezielten Formgebung wird die Gestalt der reflektierenden Oberflächen eines Ziels so gewählt, dass sie die Energie von der Quelle wegreflektieren. Ziel ist es in der Regel, einen „stillen Bereich“ um die Bewegungsrichtung des Ziels zu erzeugen. Aufgrund der Energiereflexion ist diese Methode bei der Verwendung passiver (multistatischer) Radargeräte nicht anwendbar .

Zweckmäßige Formgebung lässt sich am Design der Oberflächenfacetten des Tarnkappen-Kampfflugzeugs F-117A Nighthawk erkennen . Dieses Flugzeug, dessen Entwicklung Ende der 1970er-Jahre begann, aber erst 1988 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, nutzt eine Vielzahl flacher Oberflächen, um einfallende Radarstrahlung vom Ursprung wegzulenken. Yue ^{[ 13 ]} vermutet , dass die begrenzte Rechenleistung in der Entwurfsphase die Anzahl der Oberflächen auf ein Minimum beschränkte. Der Tarnkappenbomber B-2 Spirit profitierte von der höheren Rechenleistung, die seine konturierten Formen und eine weitere Reduzierung des Radarquerschnitts (RCS) ermöglichte. Die F-22 Raptor und die F-35 Lightning II setzen den Trend der zweckmäßigen Formgebung fort und versprechen einen noch kleineren monostatischen Radarquerschnitt.

Diese Technik ist im Vergleich zu anderen Verfahren relativ neu, insbesondere seit der Erfindung von Metasurfaces . ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} Wie bereits erwähnt, besteht das Hauptziel bei Geometrieänderungen darin, gestreute Wellen von der Rückstreurichtung (bzw. der Quelle) wegzulenken. Dies kann jedoch die aerodynamische Leistung beeinträchtigen. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 17 ]} Eine praktikable Lösung, die in letzter Zeit intensiv erforscht wurde, ist die Verwendung von Metasurfaces, die gestreute Wellen umlenken können, ohne die Geometrie des Objekts zu verändern. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Solche Metasurfaces lassen sich im Wesentlichen in zwei Kategorien einteilen: (i) Schachbrett-Metasurfaces, (ii) Gradientenindex-Metasurfaces.

Bei der aktiven Auslöschung erzeugt das Ziel ein Radarsignal, dessen Intensität der des vorhergesagten reflektierten einfallenden Radarsignals entspricht, das jedoch phasenverschoben ist (ähnlich wie bei geräuschunterdrückenden Kopfhörern). Dies führt zu destruktiver Interferenz zwischen dem reflektierten und dem erzeugten Signal und somit zu einer Reduzierung des Radarquerschnitts (RCS). Um aktive Auslöschungstechniken anzuwenden, müssen die genauen Eigenschaften der Wellenform und des Einfallswinkels des einfallenden Radarsignals bekannt sein, da diese die Art der zur Auslöschung benötigten Energie bestimmen. Außer bei einfachen oder niederfrequenten Radarsystemen ist die Implementierung aktiver Auslöschungstechniken aufgrund der komplexen Verarbeitungsanforderungen und der Schwierigkeit, die genaue Natur des reflektierten Radarsignals über einen großen Bereich eines Flugzeugs, einer Rakete oder eines anderen Ziels vorherzusagen, äußerst schwierig.

Radarabsorbierendes Material (RAM) ^{[ 2 ]} kann entweder direkt in die Konstruktion integriert oder auf stark reflektierenden Oberflächen nachträglich aufgebracht werden. Es gibt mindestens drei Arten von RAM: resonantes, nicht-resonantes magnetisches und nicht-resonantes großvolumiges RAM.

• Auf den reflektierenden Oberflächen des Ziels werden resonante, aber verlustbehaftete Materialien aufgebracht. Die Dicke des Materials entspricht einem Viertel der Wellenlänge der erwarteten Radareinstrahlung ( Salisbury-Schirm ). Die einfallende Radarenergie wird an den Außen- und Innenflächen des Resonator-Abschirmmaterials (RAM) reflektiert, wodurch ein destruktives Interferenzmuster entsteht. Dies führt zur Auslöschung der reflektierten Energie. Abweichungen von der erwarteten Frequenz verursachen Verluste in der Radarabsorption. Daher ist diese Art von RAM nur gegen Radar mit einer einzigen, einheitlichen und unveränderlichen Frequenz wirksam.
• Nicht-resonante magnetische Radarabsorptionsmembranen (RAM) nutzen in Epoxidharz oder Farbe suspendierte Ferritpartikel , um die Reflexion der Oberfläche gegenüber einfallenden Radarwellen zu reduzieren. Da die nicht-resonante RAM die einfallende Radarenergie über eine größere Fläche verteilt, führt sie üblicherweise nur zu einem geringfügigen Anstieg der Oberflächentemperatur und reduziert so den Radarquerschnitt (RCS) ohne Erhöhung der Infrarotsignatur. Ein wesentlicher Vorteil der nicht-resonanten RAM ist ihre Wirksamkeit über einen breiten Frequenzbereich, während die resonante RAM auf einen engen Frequenzbereich beschränkt ist.
• Großvolumige RAM-Bauteile bestehen üblicherweise aus einer Widerstandsschicht aus Kohlenstoff , die in hexagonale Glasfaser -Flugzeugstrukturen oder andere nichtleitende Bauteile eingebracht wird. Auch Lamellen aus Widerstandsmaterial können verwendet werden. Dünne Widerstandsschichten, die durch Schaumstoff oder Aerogel voneinander getrennt sind , eignen sich möglicherweise für Raumfahrzeuge.

Dünne Beschichtungen, die nur aus Dielektrika und Leitern bestehen, haben eine sehr begrenzte Absorptionsbandbreite. Daher werden magnetische Materialien verwendet, wenn Gewicht und Kosten dies zulassen, entweder in resonanten RAMs oder als nicht-resonante RAMs.

Dünne, nicht-resonante oder breitresonante Beschichtungen lassen sich mit einer Leontovich -Impedanz- Randbedingung modellieren (siehe auch Elektrische Impedanz ). Diese Impedanz beschreibt das Verhältnis des tangentialen elektrischen Feldes zum tangentialen magnetischen Feld an der Oberfläche und vernachlässigt Felder, die sich innerhalb der Beschichtung entlang der Oberfläche ausbreiten. Dies ist besonders vorteilhaft bei Berechnungen mit der Randelementmethode . Die Oberflächenimpedanz kann separat berechnet und überprüft werden. Für eine isotrope Oberfläche entspricht die ideale Oberflächenimpedanz der Impedanz des Vakuums von 377 Ω . Bei nicht-isotropen ( anisotropen ) Beschichtungen hängt die optimale Beschichtung von der Form des Objekts und der Radarrichtung ab. Die Dualität, die Symmetrie der Maxwell-Gleichungen zwischen elektrischen und magnetischen Feldern, besagt jedoch, dass optimale Beschichtungen die Impedanz η₀ × η₁ = 377² Ω² _aufweisen , _wobei η₀ ^und η₁ _senkrechte Komponenten _der anisotropen Oberflächenimpedanz sind, die entlang der Kanten und/oder der Radarrichtung verlaufen ^.

Ein perfekter elektrischer Leiter weist bei linearer Polarisation mit parallel zur Kante verlaufendem elektrischem Feld eine stärkere Rückstreuung von der Vorderkante und eine stärkere Rückstreuung von der Hinterkante mit senkrecht zur Kante verlaufendem elektrischem Feld auf. Daher sollte die hohe Oberflächenimpedanz für die Richtung der größten Radarbedrohung parallel zu den Vorderkanten und senkrecht zu den Hinterkanten liegen, wobei ein sanfter Übergang dazwischen bestehen sollte.

Zur Berechnung des Radarquerschnitts eines solchen Tarnkörpers führt man typischerweise eindimensionale Reflexionsberechnungen durch, um die Oberflächenimpedanz zu ermitteln. Anschließend folgen zweidimensionale numerische Berechnungen zur Bestimmung der Beugungskoeffizienten an Kanten und kleinere dreidimensionale Berechnungen zur Ermittlung der Beugungskoeffizienten an Ecken und Punkten. Der Querschnitt lässt sich dann mithilfe der Beugungskoeffizienten und der physikalischen Beugungstheorie oder anderer Hochfrequenzmethoden berechnen. Dabei werden die physikalischen Prinzipien der Optik berücksichtigt, um die Beiträge beleuchteter glatter Oberflächen einzubeziehen, und Fock -Rechnungen zur Berechnung von Kriechwellen um glatte, beschattete Bereiche.

Die Optimierung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Zuerst werden Hochfrequenzberechnungen durchgeführt, um die Form zu optimieren und die wichtigsten Merkmale zu ermitteln. Anschließend folgen Berechnungen mit niedrigeren Frequenzen, um die optimalen Oberflächenimpedanzen in den Problembereichen zu bestimmen. Schließlich werden Reflexionsberechnungen durchgeführt, um Beschichtungen zu entwickeln. Umfangreiche numerische Berechnungen können für die numerische Optimierung zu langsam sein oder die Mitarbeiter von den physikalischen Aspekten ablenken, selbst wenn enorme Rechenleistung zur Verfügung steht.

Im Falle einer Antenne lässt sich der gesamte Radarquerschnitt (RCS) in zwei separate Komponenten unterteilen: den Strukturmoden-RCS und den Antennenmoden-RCS. Diese beiden Komponenten hängen mit den beiden Streuphänomenen zusammen, die an der Antenne auftreten. Trifft ein elektromagnetisches Signal auf die Oberfläche einer Antenne, wird ein Teil der elektromagnetischen Energie in den Raum zurückgestreut. Dies wird als Strukturmodenstreuung bezeichnet. Der verbleibende Teil der Energie wird aufgrund des Antenneneffekts absorbiert. Ein Teil der absorbierten Energie wird aufgrund von Fehlanpassungen der Impedanz erneut in den Raum zurückgestreut. Dies wird als Antennenmodenstreuung bezeichnet. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Bei der bistatischen Radarkonfiguration – Sender und Empfänger sind getrennt (nicht am selben Ort) – ist der bistatische Radarquerschnitt ( BRCS ) eine Funktion sowohl der Ausrichtung des Senders zum Ziel als auch der Ausrichtung des Empfängers zum Ziel. Analog zum monostatischen NRCS kann auch ein normalisierter bistatischer Radarquerschnitt ( NBRCS ) oder ein normalisierter bistatischer Radarquerschnitt ( BNRCS ) definiert werden .

• Rückstreuquerschnitt
• Elektromagnetische Modellierung
• Infrarotsignatur
• Überlebensfähigkeit
• System Planning Corporation
• Zielstärke

• Shaeffer, Tuley und Knott. Radarquerschnitt . SciTech Publishing, 2004. ISBN 1-891121-25-1Die
• Harrington, Roger F. Zeitharmonische elektromagnetische Felder . McGraw-Hill, Inc., 1961. ISBN 0-471-20806-X
• Balanis, Constantine A. Fortgeschrittene Elektromagnetik für Ingenieure . Wiley, 1989. ISBN 0-471-62194-3Die
• „Eine auf Reziprozität basierende Hybridmethode zur Berechnung der Beugung an nachlaufenden Kanten“ David R. Ingham, IEEE Trans. Antennas Propagat. , 43 Nr. 11, November 1995, S. 1173–82.
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• „Extrapolation im Zeitbereich ins Fernfeld basierend auf FDTD-Berechnungen“ Kane Yee , David Ingham und Kurt Shlager, IEEE Trans. Antennas Propagat. , 39 Nr. 3, März 1991, S. 410–413.
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• „Extrapolation im Zeitbereich ins Fernfeld basierend auf FDTD-Berechnungen“ Kane Yee, David Ingham und Kurt Shlager, eingeladener Beitrag, Proc. URSI Conf. , 1989, San José .

• Radarquerschnitt, Optischer Lehrsatz, Physikalische Optik Näherung, Strahlung von Linienquellen – eine detaillierte Vorlesung zur Einführung in den Radarquerschnitt (RCS).
• Formeln für die Rückstreuung hochfrequenter Radarquerschnitte (RCS) im Hüftbereich ; nützliches Referenzblatt (PDF)
• Verfahren zur Messung der Radarquerschnittsparameter von Antennen
• Puma-EM – Ein leistungsstarker, parallelisierter Open-Source-Code für die Momentenmethode / Multilevel Fast Multipole Method (MFMM) zur Berechnung elektromagnetischer Simulationen.
• Kurs zur Reduzierung des Radarquerschnitts – Ein Kurs der Georgia Tech, der sich auf Techniken zur Reduzierung der Radarsignatur konzentriert.
• Das Radar-Tutorial bietet hervorragende Visualisierungen der Radarquerschnittsfläche (RCS).