Sự khác biệt giữa tán xạ đa hướng và hấp thụ trong bọt dày là hai cơ chế vật lý hoàn toàn khác nhau về bản chất, cách thức tác động và kết quả cuối cùng đối với tín hiệu radar.
Tán xạ đa hướng (Scattering)
Bản chất vật lý:
-
Sóng radar không mất năng lượng mà chỉ bị lệch hướng khi gặp các trung tâm tán xạ (bong bóng khí, giao diện khí-nước)
-
Năng lượng được phân tán theo nhiều hướng khác nhau thay vì quay trở lại thẳng về cảm biến
-
Tuân theo định luật bảo toàn năng lượng: E_tới = E_tán_xạ + E_truyền_qua
Cơ chế xảy ra:
-
Tán xạ Rayleigh: Khi bong bóng nhỏ hơn nhiều so với bước sóng (d << λ)
-
Cường độ ∝ 1/λ⁴ (tần số cao bị tán xạ mạnh hơn)
-
80 GHz (λ = 3.75mm) bị tán xạ mạnh hơn 6 GHz (λ = 50mm)
-
-
Tán xạ Mie: Khi bong bóng có kích thước tương đương bước sóng (d ≈ λ)
-
Tạo ra pattern tán xạ phức tạp, có thể có “điểm nóng” theo hướng cụ thể
-
Đặc điểm:
-
Tín hiệu không biến mất hoàn toàn, chỉ yếu đi do phân tán
-
Có thể thu hồi một phần năng lượng nếu tối ưu góc thu/phát
-
Tạo ra nhiễu nền làm giảm SNR (Signal-to-Noise Ratio)
Hấp thụ (Absorption)
Bản chất vật lý:
-
Năng lượng sóng radar bị chuyển hóa thành nhiệt trong môi trường
-
Năng lượng biến mất hoàn toàn, không thể thu hồi
-
Tuân theo định luật Beer-Lambert: I = I₀e^(-αx), với α là hệ số hấp thụ
Cơ chế xảy ra:
-
Hấp thụ điện môi: Do nước trong bọt có hằng số điện môi cao (εᵣ ≈ 81)
-
Tổn hao dẫn điện: Do ion hòa tan tạo dòng điện → tỏa nhiệt
-
Dao động phân tử: Năng lượng RF làm dao động phân tử nước → nhiệt
Công thức hấp thụ:
α = 2π/λ × Im(√εᵣ) × σ
Trong đó:
-
α: hệ số hấp thụ
-
εᵣ: hằng số điện môi phức
-
σ: độ dẫn điện
Đặc điểm:
-
Tín hiệu suy giảm theo cấp số nhân với độ dày
-
Không thể khôi phục bằng cách tối ưu góc hoặc thuật toán
-
Hiệu ứng mạnh với bọt ẩm (wet foam) có chứa nhiều nước
So sánh trực tiếp
| Tiêu chí | Tán xạ đa hướng | Hấp thụ |
|---|---|---|
| Bảo toàn năng lượng | Có (chỉ thay đổi hướng) | Không (chuyển thành nhiệt) |
| Khả năng phục hồi | Có thể tối ưu bằng thuật toán | Không thể khôi phục |
| Phụ thuộc tần số | ∝ 1/λ⁴ (Rayleigh) | ∝ f × Im(εᵣ) |
| Ảnh hưởng độ ẩm | Ít (chủ yếu do cấu trúc) | Rất mạnh (nước hấp thụ RF) |
| Kết quả trên radar | SNR thấp, nhiễu nền | Tín hiệu yếu/mất hoàn toàn |
Ví dụ thực tế trong bọt dày
Bọt khô (dry foam – bong bóng khí với ít nước):
-
Tán xạ chiếm ưu thế: 80 GHz bị tán xạ mạnh, 6 GHz ít bị ảnh hưởng
-
Hấp thụ tối thiểu do ít nước
-
Có thể cải thiện bằng false-echo suppression
Bọt ẩm (wet foam – nhiều nước bám trên bong bóng):
-
Hấp thụ chiếm ưu thế: cả 80 GHz và 6 GHz đều bị suy hao
-
Tán xạ vẫn có nhưng ít quan trọng hơn
-
Khó cải thiện bằng thuật toán xử lý
Phân biệt trong thực tế
Dấu hiệu tán xạ:
-
Tín hiệu dao động theo thời gian khi bọt thay đổi cấu trúc
-
Echo mapping cho thấy nhiều điểm phản xạ yếu
-
Có thể cải thiện bằng cách tăng averaging time
Dấu hiệu hấp thụ:
-
Tín hiệu suy giảm đều và không dao động
-
Mất tín hiệu hoàn toàn ở độ dày nhất định
-
Không cải thiện dù tối ưu thuật toán
Chiến lược ứng phó
Đối với tán xạ:
-
Sử dụng chùm hẹp (80 GHz) để giảm nhiễu
-
Tăng thời gian tích phân để làm mịn tín hiệu
-
Áp dụng false-echo suppression
Đối với hấp thụ:
-
Chuyển sang tần số thấp hơn (6 GHz thay vì 80 GHz)
-
Sử dụng radar sóng dẫn hướng (GWR) để tránh hấp thụ
-
Thay đổi vị trí lắp để tránh vùng bọt dày
Kết luận: Tán xạ và hấp thụ là hai cơ chế khác biệt cơ bản – tán xạ phân tán năng lượng có thể khôi phục, trong khi hấp thụ tiêu hao năng lượng không thể đảo ngược. Hiểu rõ sự khác biệt này giúp chọn đúng công nghệ và chiến lược xử lý tín hiệu cho từng loại bọt cụ thể.
