Mekanisme interaksi gelombang elektromagnetik dan batasan dimensi fisik
Alasan utama jarangnya awan titik radar gelombang milimeter berasal dari hukum fisika dasar optik gelombang dan elektromagnetisme. Pita frekuensi kerja utama radar gelombang milimeter yang dipasang di kendaraan-adalah 77GHz hingga 79GHz, dan panjang gelombang terkait adalah sekitar 3,8 mm hingga 3,9 mm.
Menurut teori refleksi gelombang elektromagnetik, kekasaran relatif permukaan benda menentukan karakteristik gema. Bila panjang gelombang deteksi jauh lebih besar daripada ukuran gelombang permukaan benda, permukaan tersebut tampak sebagai permukaan kuasi-cermin dari perspektif gelombang elektromagnetik, dan pantulan yang dihasilkan mengikuti hukum Snell, yaitu sudut datang sama dengan sudut pantulan.
Dalam pemandangan jalan perkotaan, permukaan logam mobil, dinding tirai kaca bangunan, dan trotoar aspal datar hampir semuanya merupakan "permukaan cermin" untuk gelombang milimeter dengan panjang gelombang mendekati 4 mm.
Pemantulan spekuler ini menyebabkan sebagian besar energi elektromagnetik menghilang ke arah yang menjauhi radar gelombang-milimeter, dan hanya sejumlah kecil energi yang dikirim kembali ke antena penerima melalui difraksi pada tepi objek, refleksi sekunder dari struktur reflektor sudut, atau hamburan balik dari kejadian normal.
Sebaliknya, panjang gelombang yang digunakan lidar berada pada tingkat 905nm atau 1550nm, yang tiga kali lipat lebih kecil dari gelombang milimeter. Banyak permukaan objek yang kasar untuk laser dan dapat menghasilkan pantulan difus yang seragam, sehingga memastikan bahwa seluruh bagian permukaan objek dapat memantulkan titik gema.
Selain perbedaan pola refleksi, konstanta dielektrik dan konduktivitas material itu sendiri juga mempengaruhi kekayaan titik awan. Sebagai konduktor yang baik, logam memiliki reflektifitas yang sangat tinggi terhadap gelombang milimeter, sehingga kendaraan, pagar pembatas, dan benda lain dapat membentuk titik deteksi yang relatif stabil. Untuk target non-logam seperti pejalan kaki yang komponen utamanya adalah kelembapan, mekanisme penyerapan dan hamburan gelombang milimeter lebih kompleks.
Meskipun kandungan karbon dalam tubuh manusia membuatnya agak reflektif pada pita gelombang milimeter, karena bentuk permukaan tubuh manusia sangat tidak beraturan dan tidak memiliki struktur refleksi bidang atau sudut yang luas, energinya mudah tersebar ke berbagai arah, menyebabkan intensitas gema berfluktuasi dengan hebat.
Beberapa penelitian telah melakukan percobaan mengenai hal ini. Penggunaan model tubuh manusia-yang dilapisi karbon dapat mensimulasikan karakteristik refleksi pejalan kaki. Namun demikian, ketika anggota tubuh pejalan kaki berada pada sudut yang relatif terhadap sinar radar, sejumlah besar sinyal frekuensi radio akan dibelokkan dan bukannya dikembalikan. Hal ini juga menjelaskan mengapa dalam tampilan radar gelombang-milimeter, titik awan pejalan kaki tidak hanya jarang namun juga sering kali ada bagian yang hilang.
Keterbatasan aperture perangkat keras dan resolusi sudut semakin memperburuk diskritisasi persepsi spasial. Kemampuan radar gelombang milimeter untuk membedakan target yang berdekatan dibatasi oleh resolusi sudut antena, yang secara fisik ditentukan oleh rasio panjang gelombang terhadap bukaan setara antena.
Dibatasi oleh ruang pemasangan kendaraan, ukuran fisik antena radar gelombang milimeter tidak dapat diperluas tanpa batas. Hal ini membuat resolusi sudut horizontal radar gelombang milimeter tradisional hanya bertahan antara 5 derajat dan 10 derajat, dan kebanyakan dari radar tersebut tidak memiliki kemampuan untuk melihat sudut nada.
Ini berarti bahwa dalam rentang pancaran yang lebar, meskipun terdapat beberapa pusat refleksi, radar gelombang milimeter dapat menggabungkannya menjadi satu titik keluaran karena resolusi yang tidak memadai. Inefisiensi pada tingkat "pengambilan sampel spasial" ini secara mendasar membatasi jumlah awan titik yang dapat dihasilkan dalam satuan ruang, sehingga mustahil bagi radar gelombang-milimeter untuk membangun model tiga-dimensi yang terperinci melalui pemindaian sinar laser padat seperti lidar.
