Radarquerschnitt

Von der isotropen Referenz (kugelförmiger Reflektor) kann nur ein sehr kleiner Anteil der Oberfläche bei der Retroreflexion wirksam sein. Der größte Anteil wird in Richtungen gelenkt, die vom Radargerät nicht genutzt werden können.

Als Referenz wird ein kugelförmiger Reflektor mit einer ideal leitenden Oberfläche angegeben, dessen Parallelprojektion auf eine Ebene senkrecht zur Projektionsrichtung (bildlich also dessen Schatten auf dieser Ebene) eine Fläche von einem Quadratmeter aufweist. Diese kreisförmige Fläche hat einen Durchmesser von etwa 1,13 m. Von diesem Referenzreflektor ist jedoch nur eine sehr kleine Fläche als Rückstrahler wirksam: es sind nur wenige Quadratzentimeter genau in der Mitte, welche die ankommende Sendeenergie in die Richtung des Radargerätes zurück reflektieren können. Alle anderen Flächen dieser Kugel verteilen die ankommende Energie im Raum in andere Richtungen, sie sind also an der Retroreflexion nicht beteiligt. Allerdings hat diese Referenz den Vorteil, dass sie richtungsunabhängig ist: sie reflektiert in alle Richtungen gleich gut.

Der Radarquerschnitt ist das Verhältnis der zurückgestrahlten Leistung dieses kugelförmigen Reflektors zu der Leistung, die von einem zu untersuchenden, oft unregelmäßig geformten Reflektor zum Radargerät zurück gestrahlt wird. Diese Leistung ist proportional zu der Fläche des isotropen Reflektors, jedoch nicht proportional zur geometrischen Fläche des unregelmäßig geformten Reflektors.

Da von der Referenz nur ein sehr kleiner Teil der Fläche wirksam ist, erscheint als Ergebnis oft eine Fläche, die wesentlich größer ist als die geometrischen Abmessungen des zu untersuchenden Reflektors. Die oftmals sehr großen Zahlenwerte der Rückstrahlfläche von Winkelreflektoren, je nach Größe und Aufbau sind Werte des Radarquerschnittes von über 10.000 m² üblich, können auch logarithmisch als Dezibelwert dBm² angegeben werden und beziehen sich auf den Bezugswert von 1 m².

Diagramm der experimentell ermittelten, winkelabhängigen relativen Rückstrahlfläche des Bombers Douglas B-26 bei 3 GHz

Die Messung des Radarquerschnitts eines Objekts geschieht typischerweise mit Radargeräten. Sie kann im Freiland oder in einer Absorberkammer durchgeführt werden, die elektromagnetische Wellen der betreffenden Frequenz vollständig absorbiert.

Die Rückstrahlfläche ist von vielen Faktoren abhängig. Eine analytische Bestimmung der Rückstrahlfläche ist nur bei einfachen Körpern möglich. Sie ist abhängig von der Körperform und der Wellenlänge oder, besser gesagt, vom Verhältnis der Strukturabmessungen des Körpers zur Wellenlänge. Quantitativ gibt der Radarquerschnitt eine effektive Fläche an, die die einlaufende Welle einfängt und isotrop in den Raum abstrahlt. Diese Formeln gelten nur für den optischen (frequenzunabhängigen) Bereich, also für Objekte, deren Abmessungen mindestens zehnmal größer als die Wellenlänge sind. Haben die Objekte annähernd die Abmessung der Wellenlänge des anstrahlenden Radarstrahls, kommt es zu Resonanzerscheinungen, die den Radarquerschnitt deutlich erhöhen. In drei Dimensionen ist der Radarquerschnitt ${\displaystyle \sigma }$ definiert als:

${\displaystyle \sigma =4\pi R^{2}{\frac {P_{\text{s}}}{P_{\text{i}}}}}$

Dabei ist ${\displaystyle P_{\text{i}}}$ die Leistungsdichte auf dem Radarziel und ${\displaystyle P_{\text{s}}}$ die gestreute Leistungsdichte in einem Abstand ${\displaystyle R}$ vom Radarziel.

Alternativ lässt sich schreiben:

${\displaystyle \sigma =4\pi R^{2}{\frac {|E_{\text{s}}|^{2}}{|E_{\text{i}}|^{2}}}}$

mit

${\displaystyle E_{\text{i}}}$ – eingestrahlte Feldstärke

${\displaystyle E_{\text{s}}}$ – gestreute Feldstärke

Einfache Formen haben, wenn sie groß gegenüber der Wellenlänge ${\displaystyle \lambda }$ sind, folgende theoretische Radarquerschnitte ${\displaystyle \sigma }$:

Kugel mit dem Radius ${\displaystyle r}$:

${\displaystyle \sigma =\pi \cdot r^{2}}$

Quer zur Strahlrichtung stehende Platte (ausgerichteter Planspiegel) mit der Fläche ${\displaystyle A}$:

${\displaystyle \sigma ={\frac {4\pi \cdot A^{2}}{\lambda ^{2}}}}$

Winkelreflektor (Retroreflektor) aus drei Quadratflächen mit den Seitenlängen ${\displaystyle a}$:

${\displaystyle \sigma ={\frac {12\pi \cdot a^{4}}{\lambda ^{2}}}}$

Anstelle von Messungen ist es heute üblich, den Radarquerschnitt durch Computersimulationen zu berechnen. So ist es bereits in der Entwurfsphase der Entwicklung von Militärflugzeugen oder anderen Radarzielen möglich, den Radarquerschnitt zu relativ geringen Kosten zu berechnen und entsprechend zu optimieren.

• Merill Ivan Skolnik, Radar Handbook ISBN 0-07-057908-3
• Merill Ivan Skolnik, Introduction to Radar Systems 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc 1980, ISBN 0-07-288138-0

1. Radar Cross Section Measurements (8-12 GHz)… (englisch, PDF; 90 kB)
2. Ship RCS Table (PDF; 9 kB)
3. Measuring Stealth Technology's Performance. Aviation Week, 29. Juni 2016, abgerufen am 1. Juli 2016 (englisch).
4. www.radartutorial.eu (Effektive Rückstrahlfläche (RCS); deu.)
5. M. Skolnik: Introduction to radar systems. 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc., 1980, Seite 44
6. C. Wolff: van Atta Array. In: Radartutorial. Abgerufen am 24. Oktober 2021.