Antenler ışık kaynakları olarak görülebilir mi?

Antenler, elektrik enerjisini elektromanyetik dalgalar yoluyla yayan bir cihazdan başka bir şey değildir.

Görünür ışık aynı zamanda belirli bir frekans aralığı olduğundan, antenleri farklı "ışık" kaynak şekilleri olarak düşünmek daha kolay değil mi?

Yönlü anten gibi bir el feneri, yüksek güç sel ışıkları anlamına gelir?

Matematiksel olarak dalga teorisinden çok daha basit olacağı için bunu neden parçacık doğasında ifade edemeyiz?

Bazı durumlarda, şunları yapabilirsiniz: Büyük bir yönlü anteniniz varsa, çok uzaklardan, radyo dalgaları için ışın üreten bir "el feneri" gibi görünebilir. Dalga boyları onlarla etkileşime giren tüm fiziksel nesnelerden çok, çok daha küçük değilse bu çok hızlı bir şekilde parçalanır.

Hatta belirli terimler bile kullanıyoruz: Dalga boyları karşılaştıkları tüm nesnelere kıyasla çok küçükse ve birkaç basit "makroskopik" formül davranışlarını tanımlayabilirse, optik (ışın) yayılımından bahsederiz . RF ile uğraşırken; RF ışık gibi davranmaz ve dolayısıyla benzetmenin faydası yoktur. Yani, hayır, "matematiksel olarak çok daha basit" olamayız, çünkü ışık yayılımı olarak bildiğiniz şeyin daha kolay modeli işe yaramıyor¹.

Çoğu durumda, antenleri ışık kaynaklarıyla karşılaştıramazsınız.

Her şeyden önce, ışık kaynaklarıyla analoji tam olarak çalışmıyor: El feneriniz, bir pilden gelen DC ile çalışır. Çıkan dalgaların frekansları 10¹⁵ Hz'den fazla. Bir antende, dalga üretme yöntemi, halihazırda yayılacak frekansa sahip olan antene giren akıma ve anten sadece dalga iletkeni ile boş alan arasında bir empedans eşleştirme bileşeni olarak işlev görür.

Daha sonra, bir antenden yayılan dalganın bir tür dalga cephesi vardır, bu da tutarlı faz anlamına gelir! LED veya ampulünüzde hiç yok.

Böylece, bir fenerden gelen ışık demeti, bir antenden gelen ışından fiziksel olarak çok farklıdır.

Haklısınız, antenler ve ışık kaynakları eşdeğer yapılardır. Ancak ışık kaynaklarının matematiği düşündüğünüz kadar basit değildir.

Cevapların çoğunun bunları farklı olarak görmesinin nedeni sadece bir ölçek meselesidir. Genellikle 1 mm veya daha yüksek "RF" dalga boylarını (300GHz) ve 1 µm ve altı (300THz) "hafif" dalga boylarını çağırırken, arada kalanlar için bazı imtiyazlar var ("düşük kızılötesi ışık" veya "mikrodalgalar" ?), davranışlarını yöneten denklemler tamamen aynıdır: Maxwell's .

Sorun şu ki, bu kadar büyük ölçek farkı, bunların dünyayla nasıl etkileşime girdiğine dair sonuçları var. 1m RF sinyali üretmek için birbirinden ayrı bileşenlere sahip olabilirken, 100nm ışık sinyali üretmek için elektronlar ve enerji seviyeleri arasındaki etkileşimi dikkate almanız gerekir.

• 10 metrelik sıkıca odaklanmış bir RF sinyali, görünüşte hiçbir etkileşim olmadan 1 metrelik bir metal diskin etrafında yayılırken, dar odaklı 1µm ışık demeti raylarında tamamen durur. Birincisi 10 cm açıklıklara sahip bir ağ Faraday kafesi tarafından durdurulurken, ikincisi engelsiz geçecektir. Birine neredeyse tamamen şeffaf olan malzemeler diğerini tamamen durduracak veya tam tersi olacaktır.

• 1km'de 1m'lik bir noktada% 90 güç elde etmek için 10 cm'lik bir RF ışını odaklamak için oldukça büyük bir antene ihtiyacınız olsa da, 1 µm ışıkla aynı şeyi yapan eşdeğer lensler bir elinize sığabilir.

• 1 GHz veya daha düşük atmosferik etkileri (RF enerjisinin hava molekülleri ile etkileşimi) çoğunlukla görmezden gelebilirsiniz, ancak atmosfer koşulları yakında bunun üzerinde baskın olacak ve ışık frekanslarında ana etki haline gelecektir.

• Optik lens tasarlayan insanlar, geniş bant sinyalleri ile ilgili sorunların farkındadır (görünür ışık 380 ila 740 nanometre veya 430-770 THz arasında bir oktav kaplar). Bunlar, geniş bant RF tasarımcılarının karşılaştıkları sorunlara eşdeğerdir, ancak geniş bant RF nadiren taşıyıcı frekansın% 5'ini bile kapsar.

Mühendisliğin çoğu, problemi önemli ölçüde basitleştiren ve bir dizi geçerliliğe sahip modeller, modeller ile ilgilidir (tüm modeller yanlış, bazı modeller faydalıdır). Bu nedenle RF'nin daha düşük aralıklarında, Maxwell denklemlerini doğrudan uygulayarak bunları çözmeye çalışmak yerine KCL, KVL ve Ohm yasalarını devrelerimizde ele alıyoruz. Ancak frekansta daha yüksek olun ve şimdi kablolar sadece kablo gibi davranmayı bıraktıkça s parametrelerine ve iletim hatlarına geçmelisiniz. "Işık" alanına daha da yükselin ve şimdi fotonları ve elektron enerji geçiş seviyelerini kullanmak tavsiye edilir.

Ancak tüm bu modeller, Maxwell'in denklemlerinin dar uygulanabilirlik alanlarıyla basitleştirilmesidir . Ancak bunu bilmek ve modellerin nerede başarısız olduğunu bilmek, tasarım sezgimizi hazırlamaya yardımcı olabilir.

İlk olarak, kendi başına "ışık" genellikle "görünür ışık" anlamına gelir. Antenler görünür ışık yaymıyor.

Işığın EM radyasyonu olduğunu ve antenlerin EM radyasyonu yaydığını daha doğru söyleyebiliriz.

Matematiksel olarak çok daha basit olacağı için bunu neden parçacık doğasında ifade edemeyiz?

Bu mu? Gönderinizdeki hiçbir matematikten alıntı yapmadınız. Çoğu amaç için dalga paterni istediğimiz şeydir; bize radyo dalgalarının en güçlü şekilde nereden alınabileceğini anlatıyor. En iletişim frekanslarda radyo dalgaları olmayan bir ışık gibi "kiriş", onlar çok yaymak.

Bazı durumlarda, biri olabilir. Ve elbette metre dünyamızda ışık bir ışın olarak çok güvenilir bir şekilde yaklaştırılabilir. Ancak 1000000000 ölçeğinde bir EM dalgası, sadece binlerce kilometrelik nesnelerle olabilir.

Ancak, hayat sadece dünyamızdaki optikler için basit görünüyor. Mikrometre boyutunda yapılar, diziler veya iletkenler vasıtasıyla yayılan ışıkla uğraşmamız gerektiğinde, ışın yaklaştırmanın bir faydası yoktur. (Google plazmonikleri, fotonikler veya fotonik kristaller vb. Modlar, rezonanslar, daha fazla Maxwellian denklemi kullanırlar.) Tıpkı dünyamızda RF fenomenlerini doğru bir şekilde açıklama gücüne sahip değil gibi.

Matematiksel olarak dalga teorisinden çok daha basit olacağı için bunu neden parçacık doğasında ifade edemeyiz?

Bir fotonun ışık enerjisinin bir "parçacığı" olduğunu söylediğimizde, elektromanyetik alandan yalnızca ayrık miktarlarda enerjinin emilebileceği veya yayılabileceğini kastediyoruz.

Ancak bu parçacıklar, mermi veya bilardo topları için geçerli olan balistik kurallarına göre hareket etmez. Klasik elektromanyetik yayılımı tanımlayan dalga denklemi ile aynı olan bir dalga denklemine göre hareket ederler.

Yani burada ücretsiz öğle yemeği yok. Elektromanyetik "parçacıklar", değiştirdikleri dalgalar kadar matematiksel olarak karmaşıktır.

Antenler bir ışık kaynağı olarak değerlendirilebilir, ancak farklı bir şekilde yayılır. Normal RF antenini düşünüyorsanız, bunlar bilgi taşıyan görünür ışığı yaymaz, çünkü ışığın anten rezonans frekansından çok daha yüksek bir frekansı vardır. Tipik bir RF anteni (3 KHz ve 300 GHz), bu boyut uyuşmazlığı nedeniyle görünür ışık (430-770 THz) verimli bir şekilde yaymak için çok büyüktür. Ancak plazmonik nanoanten gibi bazı antenlerle mümkündür. Kontrollü bir şekilde görünür ışık yayan birkaç cihazdan, plazmonik nanoantenler geleneksel radyo antenlerine en yakın olanlardır.