การแผ่รังสีและสายอากาศ
ประจุเร่งความเร็วและกระแสไฟฟ้าสลับจะแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นพื้นฐานของสายอากาศและการกระเจิงของคลื่น
Definition
การศึกษาว่าการกระจายตัวของประจุและกระแสไฟฟ้าที่ขึ้นกับเวลาสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายซึ่งนำพาพลังงานไปยังระยะอนันต์ได้อย่างไร และโครงสร้างทางวิศวกรรม (สายอากาศ) และกระบวนการกระเจิงที่ปล่อย รับ และเปลี่ยนทิศทางรังสีนั้น
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมการผลิตรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยแหล่งกำเนิดที่แปรผันตามเวลา: ศักย์หน่วง (retarded potentials), สนามของประจุเร่งความเร็ว, การแผ่รังสีแบบไดโพลและมัลติโพล, การออกแบบและการวิเคราะห์สายอากาศและแถวลำดับสายอากาศ (arrays), ความต้านทานการแผ่รังสีและรูปแบบการแผ่รังสี, และการกระเจิงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวัตถุ โดยเชื่อมโยงสมการของแมกซ์เวลล์เข้ากับระบบการแผ่รังสีและการรับสัญญาณในทางปฏิบัติ ในขณะที่การแพร่กระจายแบบมีทิศทางจะได้รับการพิจารณาภายใต้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
Sub-topics
Core questions
- ประจุเร่งความเร็วและกระแสไฟฟ้าสลับผลิตรังสีได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดรูปแบบการแผ่รังสีและกำลังของแหล่งกำเนิด?
- สายอากาศถูกกำหนดลักษณะและรวมเข้าเป็นแถวลำดับสายอากาศได้อย่างไร?
- วัตถุกระเจิงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบได้อย่างไร?
Key concepts
- ศักย์หน่วง
- สนามการแผ่รังสี
- สูตรของลาร์มอร์
- การแผ่รังสีไดโพลไฟฟ้า
- รูปแบบการแผ่รังสี
- อัตราขยายและทิศทาง
- แถวลำดับสายอากาศ
- ภาคตัดขวางการกระเจิง
Key theories
- ศักย์หน่วงและสนามการแผ่รังสี
- ศักย์ของแหล่งกำเนิดที่แปรผันตามเวลาขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด ณ เวลาที่หน่วงไปก่อนหน้า; ไกลจากแหล่งกำเนิด สนามจะลดลงผกผันกับระยะทางและนำพาพลังงานออกไปในรูปของรังสี
- การแผ่รังสีไดโพล
- ไดโพลไฟฟ้าสลับจะแผ่กำลังเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของความถี่ด้วยรูปแบบเชิงมุมเฉพาะ ซึ่งเป็นต้นแบบสำหรับระบบการแผ่รังสีส่วนใหญ่
- ทฤษฎีสายอากาศ
- สายอากาศมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปแบบการแผ่รังสี อัตราขยาย ทิศทาง ความต้านทานการแผ่รังสี และอิมพีแดนซ์ และแถวลำดับสายอากาศจะรวมองค์ประกอบต่างๆ เพื่อปรับรูปร่างและควบคุมทิศทางของลำแสงที่แผ่ออกมา
Clinical relevance
หลักการของการแผ่รังสีและสายอากาศช่วยให้เกิดวิทยุ โทรทัศน์ การสื่อสารเคลื่อนที่และดาวเทียม เรดาร์และการสำรวจระยะไกล ดาราศาสตร์วิทยุ และขดลวดความถี่วิทยุและการประเมินการสัมผัสที่ใช้ในการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก
History
เฮิรตซ์สร้างระบบการแผ่รังสีและการรับสัญญาณโดยเจตนาครั้งแรกในปี 1887-1888 ซึ่งเป็นการยืนยันคลื่นของแมกซ์เวลล์ ลาร์มอร์ได้มาจากกำลังที่แผ่ออกมาโดยประจุเร่งความเร็วในปี 1897 และมาร์โคนีได้เปลี่ยนการแผ่รังสีเป็นการสื่อสารไร้สายระยะไกลในทางปฏิบัติประมาณปี 1900
Key figures
- Heinrich Hertz
- Joseph Larmor
- Guglielmo Marconi
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- balanis2016
Frequently asked questions
- อะไรคือสิ่งที่จำเป็นสำหรับการที่ประจุจะแผ่รังสี?
- ประจุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ไม่ได้แผ่รังสี; การแผ่รังสีต้องอาศัยการเร่งความเร็ว ดังนั้นประจุที่สั่นหรือเร่งความเร็วและกระแสไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาจึงเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
- อะไรทำให้สายอากาศดี?
- ประโยชน์ของสายอากาศขึ้นอยู่กับการจับคู่ขนาดของมันกับความยาวคลื่นและรูปแบบการแผ่รังสี อัตราขยาย และการจับคู่อิมพีแดนซ์กับแหล่งจ่าย; แถวลำดับขององค์ประกอบช่วยให้วิศวกรสามารถปรับรูปร่างและควบคุมทิศทางของลำแสงได้