Физически всякий отражающий (рассеивающий) электромагнитные волны объект, называемый в радиолокации целью, является источником вторичного излучения. Если электропроводность, диэлектрическая или магнитная проницаемость среды резко изменяются, то при электромагнитном облучении поверхности раздела сред часть падающей энергии рассеивается, т. е. поверхность раздела становится источником вторичного излучения. Переизлученные и достигающие приемной антенны РЛС радиоволны называются отраженным или радиолокационным сигналом.
Вторичное излучение принято разделять на:
- зеркальное отражение,
- диффузное рассеяние
- резонансное излучение в зависимости от характеристик облучаемого объекта.
Зеркальное отражение наблюдается при облучении гладких поверхностей, размеры которых много больше длины волны 
облучающих радиоволн, а размеры шероховатостей не превосходят 
. В этом случае соблюдается закон зеркального отражения — угол падения равен углу отражения.
Свойством диффузного рассеяния обладают большие поверхности с размерами шероховатостей порядка длины волны облучающих радиоволн.
Резонансное излучение имеет место при размерах облучаемых объектов, кратных нечетному числу полуволн.
В этом случае при определенной ориентации оси объекта относительно вектора поляризации радиоволн облучающего поля наблюдается интенсивное и направленное вторичное излучение, создающее сильный радиолокационный сигнал. Вторичное излучение зависит также от размеров и конфигурации отражающих объектов. Различают малоразмерные (точечные) и распределенные (по объему или поверхности) цели.
Малоразмерными считают те цели, размеры которых много меньше элементов разрешения (разрешаемых расстояний) по дальности и угловым координатам.
Если РЛС имеет разрешающую способность по дальности 
, а угловая разрешающая способность по азимуту и углу места характеризуется разрешаемыми углами 
и 
, то элементом разрешения по дальности будет разрешаемое расстояние 
, а по азимуту и углу места — разрешаемые расстояния по азимуту 
и углу места 
, которые определяются угловым разрешением и дальностью D до места расположения объекта. Часто используют понятие элементарного (разрешаемого) объема РЛС, размеры которого ограничены разрешаемыми расстояниями или разрешаемой площадью, если облучается поверхность. Эти понятия необходимы при рассмотрении отражающих свойств распределенной цели.
Под распределенными целями понимают совокупность множества объектов, заполняющих объем или участок поверхности, размеры которых превышают элементы разрешения РЛС (разрешаемый объем или разрешаемую площадь). Такими отражающими объектами являются, например, дождевое облако или участок земной поверхности под самолетом. Отраженный сигнал в этих случаях является результатом сложения сигналов элементарных отражателей, оказавшихся в пределах элемента разрешения РЛС.
Формирование отраженного сигнала даже для объектов простой конфигурации представляет собой сложный процесс, зависящий от ряда взаимодействующих факторов, в частности от поляризации волны, облучающей объект.
Если падающая волна 
содержит горизонтально и вертикально поляризованные компоненты 
и 
, то при отражении объектом происходит изменение ее поляризационной структуры волны, т. е.
(1)
Рисунок 1 – Схема отражения ЭМВ от цели
где 
, 
— горизонтально и вертикально поляризованные компоненты отраженной волны; 
— комплексные коэффициенты, характеризующие прямые; 
—перекрестные преобразования компонентов падающей волны в соответствующие компоненты отраженной.
Модули коэффициентов преобразования характеризуют изменение амплитуды, а аргументы — изменение фазы соответствующих компонентов.
Матрицу комплексных коэффициентов отражения
(2)
называют поляризационный матрицей рассеяния цели. Она позволяет определить параметры волны, отраженной в направлении РЛС. Однако для измерения параметров отраженного сигнала у приемной антенны РЛС необходимо учесть изменения, которые претерпевает сигнал при его распространении в среде.
Отражающие свойства цели необходимо знать при проектировании РЛС, в частности при расчете ее дальности действия. Удобной характеристикой цели в этом случае является ее эффективная площадь рассеяния.
Эффективной площадью рассеяния цели (ЭПР) 
называют площадь поперечного сечения такого воображаемого объекта, который рассеивает всю падающую на него мощность изотропно, т. е. равномерно во все стороны, и при этом создает в месте расположения приемной антенны такой же сигнал, как и реальная цель.
Если плотность потока мощности облучающей цель волны РЛС 
(рис. 1), то при ЭПР цели ею будет извлечена и изотропно рассеяна мощность 
. При расстоянии от цели до РЛС равном D плотность потока мощности отраженного сигнала у антенны РЛС
Отсюда ЭПР цели
(3)
Из этой формулы следует, что ЭПР имеет размерность площади; она не зависит ни от интенсивности облучающей волны, ни от расстояния D, поскольку при увеличении пропорционально меняется 
и отношение 
сохраняется неизменным, а при увеличении D это отношение меняется обратно пропорционально 
.
ЭПР можно определить и путем измерения напряженности электрического поля облучающей цель волны и отраженной волны 
в месте расположения РЛС:
(4)
При этом считают, что поляризации прямой и отраженной волн совпадают. В общем случае необходимо учитывать поляризационные характеристики антенны РЛС и объекта, а также среды распространения. В этом случае ЭПР записывают в виде матрицы
(5)
компоненты которой
Интенсивности прямой и отраженной волн, входящие в формулы для ЭПР, могут быть рассчитаны или найдены экспериментально. Расчет возможен лишь для некоторых простейших объектов. Для большинства реальных объектов ЭПР определяется экспериментально. Значения ЭПР реальных объектов имеют очень широкий диапазон — от 
м2 для электрона до 
м2 для планеты Венера.
ЭФФЕКТИВНАЯ ПЛОЩАДЬ РАССЕЯНИЯ ПРОСТЕЙШИХ ОБЪЕКТОВ
Простейшими считают объекты, ЭПР которых может быть достаточно просто вычислена аналитически. К ним относятся плоский лист, цилиндр, шар, уголковый и биконический отражатели, полуволновый вибратор, участок диффузно-рассеивающей поверхности, а также некоторые групповые и распределенные цели. Определение ЭПР таких объектов может представлять самостоятельный интерес, а также быть необходимо для вычисления ЭПР объектов сложной конфигурации, которые могут быть представлены совокупностью простейших объектов.
Для нахождения ЭПР участка S хорошо проводящей выпуклой поверхности (рис. 2) воспользуемся формулой (4), в которой отношение 
можно получить суммированием элементарных полей, создаваемых в месте расположения РЛС отраженными сигналами от элементов поверхности 
:
(4)
Если расстояние от антенны РЛС до рассматриваемого элемента равно D и облучение происходит под углом 
к нормали с напряженностью поля , то напряженность поля 
, в месте расположения РЛС
Для малоразмерных целей можно считать, что в пределах цели (поверхности 
) значения D и 
меняются мало, поэтому
где 
— расстояние от РЛС до ближайшей точки поверхности. Тогда
поскольку 
.
Подставив значение 
в формулу (4), найдем выражение для ЭПР поверхности:
(6)
Воспользуемся полученным выражением для вычисления эффективной площади рассеяния некоторых простейших объектов.
Рисунок 2
Рисунок 3
ЭПР плоской хорошо проводящей пластины. Если металлический лист, размеры которого а и b много больше 
, но много меньше D, расположен перпендикулярно направлению облучения (рис. 3), то выражение (6) принимает вид
поскольку 
и 
вследствие малости размеров листа по сравнению с дальностью D и его расположению перпендикулярно направлению прихода радиоволн.
Таким образом, при нормальном облучении идеально проводящий лист зеркально отражает всю падающую энергию в направлении РЛС, что и обеспечивает большую ЭПР по сравнению с площадью листа. При =10 см лист площадью 
м2 имеет при облучении по нормали =1256 м2, что в несколько раз превышает ЭПР большого самолета.
Однако даже при небольшом отклонении направления облучения от нормали ЭПР плоского листа резко падает. Предположим, что направление облучения отклонено от нормали в горизонтальной плоскости на угол 
. Рассматривая лист, как плоскую синфазную антенну с диаграммой направленности, описываемой функцией 
,выражение для ЭПР можно записать в виде
где 
; 
.
Зависимость ЭПР от угла облучения называют диаграммой рассеяния цели.
Плоский лист имеет диаграмму рассеяния, описываемую функцией вида 
.
При больших отношениях размера листа к длине волны (в рассмотренном случае 
) диаграмма рассеяния будет очень острой, т. е. при увеличении 
значение ЭПР листа резко меняется в соответствии с функцией 
, снижаясь в некоторых направлениях до нуля.
Для ряда применений желательно сохранение большого значения ЭПР в широком диапазоне изменения углов облучения. Это необходимо, например, при использовании отражателей в качестве пассивных радиомаяков. Таким свойством обладает уголковый отражатель.
ЭПР уголкового отражателя. Уголковый отражатель состоит из трех взаимно перпендикулярных металлических листов, он обладает свойством отражения радиоволн в сторону облучающей РЛС, что объясняется трехкратным отражением от стенок отражателя (рис. 4), которое испытывает волна, если направление облучения находится вблизи оси симметрии (в пределах телесного угла 
) уголкового отражателя. Из рис. 4 можно видеть, что трехкратное отражение происходит, если падающий луч проходит в пределах шестиугольника, вписанного во внешний контур отражателя. Следовательно, ЭПР уголкового отражателя примерно равна ЭПР плоского листа в виде такого шестиугольника, облучаемого по нормали. Подставив выражение для площади шестиугольника 
в (7), получим формулу для расчета ЭПР уголкового отражателя:
(9)
При 
ми =10 см ЭПР уголкового отражателя 
м2. Таким образом, ЭПР уголкового отражателя несколько меньше ЭПР плоской пластины с размерами 
м. Однако уголковый отражатель сохраняет большое значение ЭПР в достаточно широком секторе, тогда как ЭПР пластины резко уменьшается при незначительных отклонениях направления облучения от нормали. Необходимо подчеркнуть, что достижение теоретического значения 
возможно лишь при высокой точности его изготовления, особенно при работе на волнах короче 3 см. Для расширения действующего сектора применяют уголковые отражатели, состоящие из четырех уголков.
В качестве пассивных радиолокационных маяков на море используют также биконические отражатели (рис. 5), составленные из двух одинаковых металлических конусов.
Рис. 4 - 5
Если угол между образующими конусов равен 
, то луч после двукратного отражения от поверхности конусов направляется в сторону PЛC, что и обеспечивает большое значение ЭПР. Достоинством биконического отражателя является равномерная диаграмма рассеяния в плоскости, перпендикулярной его оси.
ЭПР шара. Для определения ЭПР большого (по сравнению с ) шара с идеально проводящей гладкой поверхностью можно воспользоваться формулой (6). Однако в данном случае в этом нет необходимости, поскольку такой шар соответствует требованиям к гипотетической цели, площадь поперечного сечения которой и является ее ЭПР. Таким образом, ЭПР шара, имеющего 
и гладкую идеально проводящую поверхность, равна его площади поперечного сечения независимо от длины волны и направления облучения:
(10)
Благодаря этому свойству большой шар с хорошо проводящей поверхностью применяют в качестве эталона при экспериментальном измерении ЭПР реальных объектов путем сравнения интенсивности отраженных сигналов.
При уменьшении отношения радиуса шара к длине волны до значений 
у функции 
(рис. 6) появляется ряд резонансных максимумов и минимумов, т. е. шар начинает вести себя как вибратор. При диаметре шара, близком к 
, ЭПР шара в четыре раза превышает площадь его поперечного сечения. Для малого шара с 
ЭПР определяется дифракционной формулой Рэлея 
и характеризуется сильной зависимостью от длины волны облучающих радиоволн.
Этот случай имеет место, например, при отражении радиоволн от капелек дождя и тумана.
Рис. 6.
Рис. 7.
С учетом значения диэлектрической проницаемости воды (
) ЭПР дождевых капель
(11)
где 
—диаметр капель.
Полезно знать, что для любой выпуклой хорошо проводящей поверхности ЭПР
если радиусы кривизны в «блестящей точке» 
и 
много больше .
Под блестящей точкой понимают точку на отражающей поверхности, в которой нормаль совпадает с направлением на РЛС, т. е. происходит зеркальное отражение в ее сторону.
ЭПР полуволнового линейного вибратора. Если линейный вибратор длиной 
облучается вертикально поляризованной волной с напряженностью электрического поля 
по направлению, составляющему угол 
с нормалью к вибратору (рис. 7), то в нем возникает ток
где 
— действующая высота вибратора; 
— входное сопротивление вибратора. При протекании тока возникает вторичное излучение, напряженность вертикально поляризованной компоненты которого в месте расположения РЛС
(12)
Отсюда ЭПР вибратора
(13)
Для полуволнового вибратора, имеющего действующую высоту 
и выходное сопротивление 
ОмЭПР 
. Значение 
меняется от максимального 
при расположении вибратора параллельно вектору 
до 
при его расположении перпендикулярно .
Так как поляризация излучаемого вибратором сигнала параллельна его оси, то при произвольной ориентации множество вибраторов создает неполяризованный сигнал, который принимается РЛС независимо от ее собственной поляризации. Это позволяет использовать множество таких вибраторов в виде станиолевых лент для радиолокационной маскировки ЛА.