¿Se pueden ver las antenas como fuentes de luz?

Question

Claramente, las antenas no son más que un dispositivo para irradiar energía eléctrica a través de ondas electromagnéticas.

Dado que la luz visible también es simplemente un cierto rango de frecuencias, ¿no es más fácil pensar en las antenas como diferentes formas de fuentes de "luz"?

Al igual que la antena direccional, ¿una luz de antorcha de mano es alta, significa luces de inundación?

¿Por qué no podemos simplemente afirmar esto en la naturaleza de la partícula ya que será mucho más simple matemáticamente que la teoría de la onda?

Answer 1

Para algunos casos, usted puede: Si usted tiene una gran antena direccional, es posible que, desde muy lejos, basta con mirar como un rayo de generación de "linterna" para las ondas de radio. Que se descompone muy rápidamente si las longitudes de onda no son mucho, mucho más que todos los objetos físicos que interactúan con ellos.

Incluso podemos utilizar términos específicos: Si longitudes de onda son muy pequeñas en comparación con todos los objetos que cumplir y unas sencillas "macroscópico" fórmulas pueden describir su comportamiento, hablamos de óptica (ray) de propagación. Cuando se trata con RF, nosotros no; RF no se comportan como la luz, y por lo tanto, la utilidad de la analogía no existe. Así que no, no podemos ser "mucho más simple matemáticamente", debido a que el modelo más fácil de lo que ustedes conocen como la propagación de la luz simplemente no trabajo1.

Para la mayoría de los casos, usted no puede comparar las antenas de las fuentes de luz.

Primero de todo, la analogía con la luz de las fuentes no funciona plenamente: Su linterna funciona con DC proveniente de una batería. Las ondas que salen tienen frecuencias más allá de 101⁵ Hz. En una antena, el método de generación de la onda depende de la corriente que pasa a la antena ya con frecuencia a ser emitida, y la antena actúa como una igualación de impedancia componente de onda entre el conductor y el espacio libre.

Entonces, la onda emitida desde una antena tiene algún tipo de frente de onda, lo que implica coherente fase! El LED o bombilla de luz no tiene que, en todo.

Así, el rayo de luz de una antorcha, que simplemente es físicamente muy diferente de la de haz de una antena.

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1 las Cosas son mucho más complicadas de luz que cree que una vez se mira muy de cerca; un rayo no es de la viga.

Answer 2

Tienes razón, las antenas y las fuentes de luz son equivalentes construcciones. Pero las matemáticas de las fuentes de luz no es tan simple como parece pensar.

La razón por la que la mayoría de las respuestas, así que ahora a ver como diferentes es sólo una cuestión de escala. Mientras que comúnmente llamamos "RF" longitudes de onda de 1 mm o superior (300 ghz) y "la luz" longitudes de onda de 1 µm y abajo (300THz), con algunos de concesión, por lo que se encuentra en el medio (es "bajo luz infrarroja" o "microondas"?), las ecuaciones que rigen su comportamiento es exactamente el mismo: de Maxwell.

El problema es que la gran diferencia de escalas tienen consecuencias a cómo éstos interactúan con el mundo. Mientras que usted puede tener componentes discretos que interactúan para generar un 1m de señal de RF, para generar un 100nm la luz de la señal deberá tener en cuenta la interacción entre los electrones y sus niveles de energía.

• Mientras que una 10m fuertemente centrado en la señal de RF se propaga alrededor de un 1m disco de metal con al parecer, no hay interacción, un estrecho centrado 1µm haz de luz va a ser detenido por completo en sus pistas. Mientras que el primero iba a ser detenido por una malla de la jaula de Faraday con 10cm de aberturas, la segunda va a pasar sin obstáculos. Los materiales de que están casi totalmente transparente a uno le deja completamente de la otra y viceversa .

• Mientras que usted necesita un lugar enorme antena enfoque 10cm de RF de la viga para conseguir el 90% de la potencia en un 1m lugar a 1km, el equivalente lentes de hacer lo mismo con 1 µm de luz podría caber en una mano.

• Mientras que la mayoría de ignorar los efectos atmosféricos (la interacción de la energía de RF con las moléculas de aire) por debajo de 1 ghz o así, de las condiciones atmosféricas pronto dominan por encima y se convertirá en el principal efecto en frecuencias de luz.

• A la gente de que el diseño óptico de las lentes son conscientes de los problemas de tratar con señales de banda ancha (la luz visible ocupa una octava completa de 380 a 740 nanómetros, o 430-770 THz). Esos son equivalentes a los problemas que la banda ancha de RF, los diseñadores se enfrentan, sin embargo, la banda ancha de RF rara vez se extiende incluso el 5% de la frecuencia de la portadora.

La mayoría de la ingeniería es el de trabajar con modelos, los modelos que simplificar considerablemente el problema a mano y tienen un rango de validez (todos los modelos están equivocados, algunos modelos son útiles). Es por eso que en los rangos más bajos de RF tenemos que hacer con KCL, KVL, y de Ohm leyes en nuestros circuitos en lugar de tratar de resolverlos mediante la aplicación directa de las ecuaciones de Maxwell. Pero ir más alto en la frecuencia y ahora usted tiene que cambiar a los parámetros-s y líneas de transmisión cables de dejar de comportarnos como simples cables. Ir más aún, en la "luz" de dominio, y ahora el uso de fotones y electrones de la energía de la transición de los niveles es aconsejable.

Pero todos los modelos son sólo una simplificación de las ecuaciones de Maxwell con la estrechez de su dominio de aplicabilidad. Pero sabiendo esto y donde los modelos no, puede ayudar a nuestro primer diseño de la intuición.

Answer 3

En primer lugar, "la luz" en su propia generalmente significa "luz visible". Las antenas no emiten luz visible.

Podemos más correcto decir que la luz es la radiación electromagnética y antenas emiten radiación electromagnética.

¿Por qué no podemos simplemente estado presente en las partículas de la naturaleza, ya que será mucho más simple matemáticamente

Es? Usted no ha citado ninguna de las matemáticas en tu post. Y la mayoría de los casos el patrón de onda es lo que queremos; nos dice de donde las ondas de radio pueden ser recibido con más fuerza. Para la mayoría de la comunicación de las frecuencias de las ondas de radio no son una luz-como "rayo", que difractan mucho.

Answer 4

En algunos casos, se puede. Y, sin duda, en nuestro mundo de metros de luz puede ser muy fiable aproxima como un rayo. Pero una onda EM en las escalas de 1000000000, con objetos que sólo son en muchos miles de kilómetros.

Pero, la vida sólo se ve simple para óptica en nuestro mundo. Cuando tenemos que tratar con la luz se propaga a través de micrómetros de tamaño, estructuras, matrices o conductores, el rayo aproximación no es de ninguna utilidad. (Google plasmónica, la fotónica o cristales fotónicos etc. Que las modalidades de uso, resonancias, más Maxwellian ecuaciones.) Como se carece de la facultad para explicar RF fenómenos con precisión en nuestro mundo.

Answer 5

¿Por qué no podemos simplemente estado presente en las partículas de la naturaleza, ya que será mucho más simple matemáticamente de la teoría de la onda?

Cuando decimos que un fotón es una "partícula" de la energía de la luz, nos referimos a que sólo en cantidades discretas de energía que puede absorber o emitir en el campo electromagnético.

Pero estas partículas no se mueven de acuerdo a las reglas de balística que se aplican a las balas o las bolas de billar. Ellos se mueven de acuerdo a una ecuación de onda que es esencialmente la misma que la ecuación de onda que describe clásico de la propagación electromagnética.

Así que no hay almuerzo gratis aquí. Electromagnética "partículas" son tan matemáticamente complejo como el de las ondas a las que sustituyen.