Strahlung und Antennen
Beschleunigte Ladungen und oszillierende Ströme strahlen elektromagnetische Energie ab, die Grundlage von Antennen und der Streuung von Wellen.
Definition
Die Untersuchung, wie zeitabhängige Ladungs- und Stromverteilungen sich ausbreitende elektromagnetische Felder erzeugen, die Energie bis ins Unendliche tragen, sowie der technischen Strukturen (Antennen) und Streuprozesse, die diese Strahlung emittieren, empfangen und umleiten.
Scope
Dieser Bereich umfasst die Erzeugung elektromagnetischer Strahlung durch zeitlich veränderliche Quellen: retardierte Potenziale, die Felder beschleunigter Ladungen, Dipol- und Multipolstrahlung, den Entwurf und die Analyse von Antennen und Antennenfeldern, Strahlungswiderstand und -diagramme sowie die Streuung elektromagnetischer Wellen durch Objekte. Er verbindet die Maxwell-Gleichungen mit praktischen Sende- und Empfangssystemen, während die geführte Ausbreitung unter elektromagnetischen Wellen behandelt wird.
Sub-topics
Core questions
- Wie erzeugen beschleunigte Ladungen und oszillierende Ströme Strahlung?
- Was bestimmt das Strahlungsdiagramm und die Leistung einer Quelle?
- Wie werden Antennen charakterisiert und zu Antennenfeldern kombiniert?
- Wie streuen Objekte einfallende elektromagnetische Wellen?
Key concepts
- retardiertes Potenzial
- Strahlungsfeld
- Larmor-Formel
- elektrische Dipolstrahlung
- Strahlungsdiagramm
- Gewinn und Richtwirkung
- Antennenfeld
- Streuquerschnitt
Key theories
- Retardierte Potenziale und Strahlungsfelder
- Die Potenziale zeitlich veränderlicher Quellen hängen von der Quelle zum früheren, retardierten Zeitpunkt ab; weit entfernt von der Quelle fallen die Felder umgekehrt proportional zum Abstand ab und tragen Energie als Strahlung weg.
- Dipolstrahlung
- Ein oszillierender elektrischer Dipol strahlt Leistung proportional zur vierten Potenz der Frequenz mit einem charakteristischen Winkelmuster ab, dem Prototyp der meisten Strahlungssysteme.
- Antennentheorie
- Antennen werden durch Strahlungsdiagramm, Gewinn, Richtwirkung, Strahlungswiderstand und Impedanz charakterisiert, und Antennenfelder kombinieren Elemente, um den abgestrahlten Strahl zu formen und zu lenken.
Clinical relevance
Die Prinzipien der Strahlung und Antennen ermöglichen Radio, Fernsehen, Mobil- und Satellitenkommunikation, Radar und Fernerkundung, Radioastronomie sowie die Hochfrequenzspulen und die Expositionsbewertung, die in der Magnetresonanztomographie verwendet werden.
History
Hertz baute 1887–1888 das erste absichtliche Sende- und Empfangssystem und bestätigte damit die Maxwellschen Wellen. Larmor leitete 1897 die von einer beschleunigten Ladung abgestrahlte Leistung ab, und Marconi verwandelte um 1900 die Strahlung in praktische drahtlose Fernkommunikation.
Key figures
- Heinrich Hertz
- Joseph Larmor
- Guglielmo Marconi
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- balanis2016
Frequently asked questions
- Was ist erforderlich, damit eine Ladung strahlt?
- Eine Ladung, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, strahlt nicht; Strahlung erfordert Beschleunigung, daher sind oszillierende oder beschleunigende Ladungen und zeitlich veränderliche Ströme die Quellen elektromagnetischer Wellen.
- Was macht eine gute Antenne aus?
- Die Nützlichkeit einer Antenne hängt von der Anpassung ihrer Größe an die Wellenlänge und von ihrem Strahlungsdiagramm, ihrem Gewinn und ihrer Impedanzanpassung an die Speiseleitung ab; Antennenfelder aus Elementen ermöglichen es Ingenieuren, den Strahl zu formen und zu lenken.