miniatura|300px|Gráfico log-log normalizado da seção reta radar de uma esfera metálica em função da frequência de radiação. Quando a circunferência da esfera é inferior a três quartos do comprimento de onda, a seção reta radar é aproximadamente proporcional a ƒ4 (onde ƒ é a frequência da radiação). Para esferas com circunferência superior a 20 comprimentos de onda, a seção reta radar equivale aproximadamente à seção reta geométrica da esfera. Esse comportamento é descrito pelo espalhamento de Mie. miniatura|300px|Diagrama polar típico de RCS (utilizando a aeronave A-26 Invader como alvo dispersor). O gráfico mapeia a RCS em função do azimute, com a silhueta da aeronave ao centro auxiliando na correlação dos ângulos com a geometria do alvo
A seção reta radar (em inglês: radar cross section — RCS), comumente representada pela letra grega σ e também designada como seção transversal de radar ou assinatura de radar, é uma medida da capacidade de detecção de um objeto por sistemas de radar. Uma RCS maior indica que o alvo reflete mais energia eletromagnética e, portanto, é detectado a distâncias mais longas.
Qualquer objeto atingido por ondas de radar reflete apenas uma fração da energia incidente de volta à estação transmissora. Os fatores determinantes dessa reflexão incluem: A composição dos materiais que constituem o alvo; As dimensões físicas do objeto em relação ao comprimento de onda do sinal de radar emitido; O tamanho geométrico absoluto do alvo; O ângulo de incidência (ângulo no qual o feixe de radar atinge determinada porção da superfície, condicionado pelo formato e atitude do objeto em relação à antena); O ângulo de reflexão (direção na qual a onda refletida deixa o ponto de impacto, subordinada ao ângulo incidente); A polarização da radiação transmitida e recebida em confronto com a orientação espacial do alvo.
Embora fundamentais para o alcance de detecção de uma estação de radar, a potência do transmissor e a distância até o alvo não alteram o valor da RCS em si, pois ela expressa uma propriedade eletromagnética intrínseca da refletividade do próprio alvo.
A seção reta radar é empregada para quantificar a detectabilidade de aeronaves em variados cenários operacionais. Uma aeronave furtiva (concebida para apresentar reduzida detectabilidade eletromagnética) incorpora linhas estruturais e revestimentos que lhe conferem uma RCS extremamente baixa (tintas absorvedoras de radiação, superfícies planas facetadas e arestas anguladas para desviar feixes incidentes para longe da antena emissora). Por outro lado, um avião comercial de passageiros apresenta uma RCS muito alta (fuselagem metálica exposta, superfícies curvas que refletem feixes em quase qualquer ângulo de visada, além de protuberâncias salientes como motores a jato e antenas). A manipulação da RCS é o pilar estrutural da tecnologia de baixa detectabilidade (stealth), principalmente na aviação militar e em mísseis balísticos. Os dados numéricos de RCS de aeronaves militares operacionais em serviço ativo são rigorosamente classificados como segredo de Estado.
Quando se analisa a resposta de radar de uma superfície terrestre extensa contendo múltiplos elementos difusores (como vegetação, solo ou construções), utiliza-se uma grandeza normalizada denominada seção reta radar normalizada (NRCS, de normalized radar cross section), também conhecida como coeficiente diferencial de espalhamento ou coeficiente de retroespalhamento de radar, simbolizada por σ0 ou σ0 ("sigma zero"), correspondente à seção reta radar média de um conjunto de alvos por unidade de área superficial:
onde: σ representa a seção reta radar de um elemento individual, e A representa a área correspondente na superfície do terreno.
A NRCS possui dimensão de área por área, expressa em metros quadrados por metro quadrado () no sistema internacional de unidades (MKS), sendo frequentemente apresentada em escala logarítmica de decibéis (dB).
Formulação Em termos conceituais simples, a RCS de um objeto equivale à área transversal projetada de uma esfera condutora ideal que produziria a mesma intensidade de reflexão observada no receptor se estivesse no lugar do alvo em questão. Esferas maiores gerariam ecos mais fortes. Portanto, a RCS é uma abstração matemática: a área de seção transversal radar de um corpo não corresponde necessariamente à sua área de projeção física ou geométrica, dependendo criticamente de outros parâmetros eletromagnéticos.C. A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, 2.ª ed. Nova Iorque: Wiley, 2012.
De forma mais rigorosa, a RCS de um alvo é a área de abertura efetiva hipotética capaz de interceptar a densidade de potência do sinal transmitido e redispersar essa energia de maneira isotrópica (em todas as direções espaciais uniformemente) de volta à antena receptora.
Formalmente, a RCS representa a área hipotética que, interceptando a densidade de potência incidente no alvo e reirradiando-a de modo perfeitamente esférico e isotrópico, produziria no receptor a exata densidade de potência observada na prática.M. I. Skolnik, Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill, 1980. Essa formulação torna-se evidente ao analisar termo a termo a equação do radar monostático (onde o transmissor e o receptor compartilham o mesmo local):
onde: = potência emitida pelo transmissor (watts); = ganho diretivo da antena transmissora (adimensional); = distância entre a antena do radar e o alvo (metros); = seção reta radar do alvo (metros quadrados); = área efetiva da antena receptora (metros quadrados); = potência do eco refletido captada pelo receptor (watts).
O primeiro termo, , representa a densidade de fluxo de potência (watts por metro quadrado) gerada pela antena transmissora na posição ocupada pelo alvo. Essa densidade é interceptada pela abertura equivalente , que possui unidade de área (m²). Assim, o produto
possui dimensão de potência pura (watts), correspondendo à energia total hipotética absorvida pelo alvo. O termo subsequente, , representa a dispersão geométrica isotrópica dessa energia à medida que ela se propaga esfericamente do alvo em direção ao receptor. O produto
expressa a densidade de potência refletida que alcança a antena receptora. Por fim, a antena receptora coleta essa densidade por meio de sua área efetiva , resultando na potência recebida .
A dispersão de energia por alvos reais nunca é perfeitamente isotrópica (mesmo no caso de uma esfera condutora pura), sendo a RCS uma superfície de captura hipotética. Sob essa ótica, a RCS atua como um fator de escala eletromagnético que compatibiliza a equação matemática do radar com a relação empírica medida de . A RCS é uma característica intrínseca do alvo, passível de cálculo e mensuração independente dos parâmetros do radar. A grandeza varia dinamicamente em função da orientação relativa entre o feixe de iluminação e o alvo, sendo determinada pelas dimensões físicas deste, pela refletividade de sua superfície e pela diretividade geométrica dos feixes dispersos.
Fatores determinantes
Dimensões físicas Em regra geral, quanto maior o volume e a área de projeção de um corpo, mais intensa é a reflexão do sinal de radar e, por conseguinte, maior é o valor de sua RCS. Ademais, o comprimento de onda da faixa operacional do radar pode impedir a detecção de estruturas com dimensões submilimétricas. Por exemplo, radares em banda S (comprimento de onda em torno de 10 cm) detectam facilmente gotas de chuva intensa, mas não identificam nuvens de névoa fina cujas gotículas em suspensão são excessivamente reduzidas.
Composição dos materiais Substâncias com alta condutividade elétrica, tais como ligas metálicas, são refletoras eficientes de micro-ondas e geram fortes ecos de retorno. Materiais dielétricos, como madeira, tecidos sintéticos, plásticos e fibra de vidro, exibem baixa refletividade e comportam-se como meios transparentes à radiação eletromagnética, prestando-se idealmente à fabricação de cúpulas de radomes protetores de antenas. Contudo, finíssimas camadas de revestimento metálico são suficientes para conferir elevada refletividade a estruturas compósitas. O artifício tático das partículas de chaff baseia-se em filamentos micrométricos de fibra de vidro ou plástico revestidos com película ultrafina de alumínio.
Determinados subsistemas operam como elementos radioativos ativos — como refletores parabólicos de antenas instaladas no nariz de aeronaves —, elevando drasticamente a RCS da plataforma quando iluminados frontalmente por radares hostis.
Tintas absorvedoras de radiação Aeronaves militares como o SR-71 Blackbird e modelos furtivos posteriores utilizam revestimentos especiais à base de partículas esferoidais condutoras (iron ball paint), compostos por microesferas de ferro suspensas em matriz polimérica. O campo eletromagnético incidente induz correntes parasitas que dissipam a energia do sinal na forma de calor térmico atenuado, reduzindo a parcela refletida de volta ao transmissor.
Geometria, diretividade e orientação A fuselagem do caça de ataque furtivo F-117A foi concebida com superfícies rigidamente facetadas e anguladas. Essa conformação faz com que os feixes de radar atinjam os painéis com grandes ângulos em relação ao vetor normal da superfície, provocando a reflexão especular dos sinais para direções angulares laterais ou superiores distantes da antena do transmissor (dispersão para a frente ou forward-scattering). As junções estruturais empregam arestas vivas e agudas para eliminar seções curvas ou cilíndricas, as quais sempre apresentam um ponto infinitesimal cuja linha normal aponta de volta para o radar inimigo.
Uma aeronave de combate observada em aspecto lateral oferece uma área física exposta consideravelmente superior à sua silhueta frontal direta. Mantidos constantes os demais fatores, a resposta de radar será sempre substancialmente mais forte no través da aeronave do que em seu aspecto frontal, evidenciando a dependência da RCS em relação à atitude angular do alvo.
Descontinuidades e reflexões de canto Ranhuras, cavidades e fendas superficiais podem funcionar como refletores de canto diedros ou triedros, que retroespalham os feixes incidentes diretamente de volta para a antena transmissora através de múltiplas reflexões internas, multiplicando a RCS em múltiplos azimutes. Tais descontinuidades ocorrem habitualmente em baias abertas de armamento, bocas de admissão de ar de turbinas a jato, pilones de fixação de mísseis sob as asas e frestas de união de painéis móveis.
Medição A resposta refletida por um alvo no radar é expressa em metros quadrados (m²) ou em decibéis relativos ao metro quadrado (dBsm, onde ). Essa grandeza não se confunde com a área geométrica plana do objeto: uma esfera metálica perfeitamente condutora dotada de área projetada de 1 m² (diâmetro de 1,13 m) exibe uma RCS exata de 1 m². Para comprimentos de onda de radar muito menores que o diâmetro da esfera, o valor da RCS independe da frequência incidente. Em contrapartida, uma placa metálica quadrada e plana com 1 m² de área geométrica apresenta uma RCS na incidência normal dada pela relação σ = 4π A2 / λ2 (onde A é a área e λ o comprimento de onda), atingindo 139,62 m² na frequência de 1 GHz. Quando o feixe incide fora da perpendicular, a energia é dispersa para longe do receptor e a RCS decresce abruptamente. Aeronaves furtivas modernas possuem assinaturas frontais equivalentes às de pequenos pássaros ou insetos voadores, oscilando conforme a frequência e o ângulo de aspecto.
A atenuação da RCS em alvos de baixa detectabilidade não decorre da simples redução de suas dimensões físicas, mas da modelagem geométrica que dispersa os feixes incidentes em direções não ameaçadoras aliada à absorção dissipativa de energia.