Излучение и антенны
Ускоряющиеся заряды и колеблющиеся токи излучают электромагнитную энергию, что является основой работы антенн и рассеяния волн.
Definition
Изучение того, как зависящие от времени распределения зарядов и токов генерируют распространяющиеся электромагнитные поля, которые переносят энергию в бесконечность, а также инженерных структур (антенн) и процессов рассеяния, которые излучают, принимают и перенаправляют это излучение.
Scope
Эта область охватывает генерацию электромагнитного излучения изменяющимися во времени источниками: запаздывающие потенциалы, поля ускоряющихся зарядов, дипольное и мультипольное излучение, проектирование и анализ антенн и антенных решеток, сопротивление излучения и диаграммы направленности, а также рассеяние электромагнитных волн объектами. Она связывает уравнения Максвелла с практическими излучающими и принимающими системами, в то время как направленное распространение рассматривается в разделе электромагнитных волн.
Sub-topics
Core questions
- Как ускоряющиеся заряды и колеблющиеся токи производят излучение?
- Что определяет диаграмму направленности и мощность излучения источника?
- Как характеризуются антенны и как они объединяются в антенные решетки?
- Как объекты рассеивают падающие электромагнитные волны?
Key concepts
- запаздывающий потенциал
- поле излучения
- формула Лармора
- излучение электрического диполя
- диаграмма направленности
- коэффициент усиления и направленность
- антенная решетка
- эффективное сечение рассеяния
Key theories
- Запаздывающие потенциалы и поля излучения
- Потенциалы изменяющихся во времени источников зависят от источника в более ранний, запаздывающий момент времени; вдали от источника поля убывают обратно пропорционально расстоянию и уносят энергию в виде излучения.
- Дипольное излучение
- Колеблющийся электрический диполь излучает мощность, пропорциональную четвертой степени частоты, с характерной угловой диаграммой, что является прототипом для большинства излучающих систем.
- Теория антенн
- Антенны характеризуются диаграммой направленности, коэффициентом усиления, направленностью, сопротивлением излучения и импедансом, а антенные решетки объединяют элементы для формирования и управления излучаемым лучом.
Clinical relevance
Принципы излучения и антенн обеспечивают работу радио, телевидения, мобильной и спутниковой связи, радаров и дистанционного зондирования, радиоастрономии, а также радиочастотных катушек и оценки воздействия, используемых в магнитно-резонансной томографии.
History
Герц построил первую преднамеренно излучающую и принимающую систему в 1887–1888 годах, подтвердив волны Максвелла. Лармор вывел мощность, излучаемую ускоряющимся зарядом, в 1897 году, а Маркони превратил излучение в практическую беспроводную связь на большие расстояния около 1900 года.
Key figures
- Heinrich Hertz
- Joseph Larmor
- Guglielmo Marconi
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- balanis2016
Frequently asked questions
- Что требуется для излучения заряда?
- Заряд, движущийся с постоянной скоростью, не излучает; для излучения требуется ускорение, поэтому колеблющиеся или ускоряющиеся заряды и изменяющиеся во времени токи являются источниками электромагнитных волн.
- Что делает антенну хорошей?
- Полезность антенны зависит от соответствия ее размера длине волны, а также от ее диаграммы направленности, коэффициента усиления и согласования импеданса с фидером; антенные решетки позволяют инженерам формировать и управлять лучом.