Ăng-ten có thể được xem là nguồn sáng?

Rõ ràng ăng-ten không là gì ngoài một thiết bị để phát năng lượng điện thông qua sóng điện từ.

Vì ánh sáng khả kiến ​​cũng chỉ đơn giản là một dải tần số nhất định, nên việc nghĩ ăng-ten là hình dạng khác nhau của các nguồn "ánh sáng" có dễ dàng hơn không?

Giống như ăng ten định hướng là một đèn pin cầm tay, công suất cao có nghĩa là đèn lũ?

Tại sao chúng ta không thể đơn giản nêu điều này trong bản chất hạt vì nó sẽ đơn giản hơn nhiều về mặt toán học so với lý thuyết sóng?

Đối với một số trường hợp, bạn có thể: Nếu bạn có ăng-ten định hướng lớn, nó có thể, từ rất xa, trông đơn giản giống như một "đèn pin" tạo ra chùm tia cho sóng radio. Điều đó bị phá vỡ rất nhanh nếu các bước sóng không nhiều, nhỏ hơn nhiều so với tất cả các vật thể tương tác với chúng.

Chúng tôi thậm chí sử dụng các thuật ngữ cụ thể: Nếu bước sóng rất nhỏ so với tất cả các vật thể chúng gặp và một vài công thức "vĩ mô" đơn giản có thể mô tả hành vi của chúng, chúng tôi nói về sự lan truyền quang học (tia) . Khi giao dịch với RF, chúng tôi không; RF không hoạt động như ánh sáng, và do đó, tính hữu dụng của sự tương tự không tồn tại. Vì vậy, không, chúng ta không thể "đơn giản hơn về mặt toán học", bởi vì mô hình dễ dàng hơn của những gì bạn biết là sự truyền ánh sáng đơn giản là không hoạt động¹.

Trong hầu hết các trường hợp, bạn không thể so sánh ăng-ten với các nguồn sáng.

Trước hết, sự tương tự với các nguồn sáng không hoạt động hoàn toàn: Đèn pin của bạn hoạt động với DC đến từ pin. Sóng của bạn phát ra có tần số vượt quá 10¹⁵ Hz. Trong ăng-ten, phương pháp tạo sóng phụ thuộc vào dòng điện đi vào ăng-ten đã có tần số phát ra và ăng-ten chỉ đóng vai trò là thành phần phù hợp trở kháng giữa dây dẫn sóng và không gian trống.

Sau đó, sóng phát ra từ ăng-ten có một số loại sóng phía trước, ngụ ý pha kết hợp! Đèn LED hoặc bóng đèn của bạn hoàn toàn không có điều đó.

Vì vậy, chùm sáng từ một ngọn đuốc chỉ đơn giản là rất khác biệt so với chùm sáng từ ăng ten.

Bạn đã đúng, ăng-ten và nguồn sáng là các cấu trúc tương đương. Nhưng toán học của các nguồn sáng không đơn giản như bạn nghĩ.

Lý do tại sao hầu hết các câu trả lời cho đến nay xem chúng là khác nhau chỉ là vấn đề quy mô. Mặc dù chúng ta thường gọi các bước sóng "RF" là 1mm hoặc cao hơn (300GHz) và bước sóng "ánh sáng" là 1 tiam và thấp hơn (300THz), với một số nhượng bộ cho những gì nằm ở giữa (đó là "ánh sáng hồng ngoại thấp" hoặc "vi sóng" ?), các phương trình chi phối hành vi của chúng hoàn toàn giống nhau: Maxwell's .

Vấn đề là sự khác biệt lớn như vậy của quy mô có hậu quả đối với cách những thứ này tương tác với thế giới. Mặc dù bạn có thể có các thành phần riêng biệt tương tác để tạo tín hiệu RF 1m, để tạo tín hiệu ánh sáng 100nm, bạn phải xem xét sự tương tác giữa các điện tử và mức năng lượng của chúng.

• Trong khi tín hiệu RF được tập trung chặt chẽ 10m sẽ truyền xung quanh một đĩa kim loại 1m mà dường như không có tương tác, một chùm ánh sáng 1 Tập trung hẹp sẽ bị dừng hoàn toàn trong các rãnh của nó. Trong khi cái đầu tiên sẽ bị chặn bởi một cái lồng Faraday có lưới 10cm, cái thứ hai sẽ vượt qua. Các vật liệu gần như hoàn toàn trong suốt đối với cái này sẽ hoàn toàn ngăn chặn cái kia và ngược lại.

• Mặc dù bạn sẽ cần một ăng-ten khá lớn để tập trung chùm tia RF 10cm để đạt được 90% năng lượng trong một điểm 1m ở 1km, các ống kính tương đương để làm điều tương tự với ánh sáng 1 rung có thể vừa với một tay.

• Mặc dù bạn hầu như có thể bỏ qua các hiệu ứng khí quyển (sự tương tác của năng lượng RF với các phân tử không khí) dưới 1GHz hoặc lâu hơn, nhưng điều kiện khí quyển sẽ sớm chiếm ưu thế trên đó và sẽ trở thành hiệu ứng chính ở tần số ánh sáng.

• Những người thiết kế ống kính quang học nhận thức rõ các vấn đề liên quan đến tín hiệu băng rộng (ánh sáng khả kiến ​​chiếm toàn bộ quãng tám từ 380 đến 740 nanomet, hoặc 430 Nott770 THz). Những vấn đề này tương đương với các vấn đề mà các nhà thiết kế RF băng thông rộng gặp phải, nhưng RF hiếm khi mở rộng thậm chí 5% tần số sóng mang.

Hầu hết các kỹ thuật đang xử lý các mô hình, các mô hình đơn giản hóa đáng kể vấn đề trong tay và có phạm vi hợp lệ (tất cả các mô hình đều sai, một số mô hình là hữu ích). Đó là lý do tại sao trong phạm vi RF thấp hơn, chúng tôi xử lý các định luật KCL, KVL và Ohm trong các mạch của chúng tôi thay vì cố gắng giải quyết chúng bằng cách áp dụng trực tiếp các phương trình Maxwell. Nhưng đi cao hơn về tần số và bây giờ bạn phải chuyển sang tham số s và đường truyền khi dây dừng hoạt động như dây đơn thuần. Đi lên cao hơn, vào miền "ánh sáng", và bây giờ sử dụng các mức chuyển đổi năng lượng electron và electron trở nên được khuyến khích.

Nhưng tất cả các mô hình đó chỉ là sự đơn giản hóa các phương trình Maxwell với phạm vi ứng dụng hẹp của chúng . Nhưng biết điều này và nơi các mô hình thất bại, có thể giúp phát huy trực giác thiết kế của chúng ta.

Thứ nhất, "ánh sáng" tự nó thường có nghĩa là "ánh sáng nhìn thấy". Ăng-ten không phát ra ánh sáng nhìn thấy.

Chúng ta có thể nói chính xác hơn rằng ánh sáng là bức xạ EM và ăng ten phát ra bức xạ EM.

Tại sao chúng ta không thể đơn giản nêu điều này trong bản chất hạt vì nó sẽ đơn giản hơn nhiều về mặt toán học

Là nó? Bạn đã không trích dẫn bất kỳ toán học trong bài viết của bạn. Và đối với hầu hết các mục đích, mô hình sóng là những gì chúng ta muốn; nó cho chúng ta biết nơi sóng radio có thể được nhận mạnh nhất. Đối với hầu hết các tần số liên lạc, sóng vô tuyến không phải là "chùm" giống như ánh sáng, chúng nhiễu xạ rất nhiều.

Trong một số trường hợp, người ta có thể. Và chắc chắn trong thế giới mét của chúng ta ánh sáng có thể được xác định gần đúng như một tia. Nhưng sóng EM cũng có thể ở quy mô 1000000000, với các vật thể chỉ trong nhiều ngàn km.

Nhưng, cuộc sống chỉ có vẻ đơn giản cho quang học trong thế giới của chúng ta. Khi chúng ta phải đối phó với sự truyền ánh sáng qua các cấu trúc, mảng hoặc dây dẫn có kích thước micromet, thì phép tính gần đúng tia không được sử dụng. (Google plasmonics, photonics hoặc tinh thể quang tử, v.v. Họ sử dụng các chế độ, cộng hưởng, phương trình Maxwellian hơn.) Giống như nó thiếu sức mạnh để giải thích chính xác các hiện tượng RF trong thế giới của chúng ta.

Tại sao chúng ta không thể đơn giản nêu điều này trong bản chất hạt vì nó sẽ đơn giản hơn nhiều về mặt toán học so với lý thuyết sóng?

Khi chúng ta nói một photon là một "hạt" của năng lượng ánh sáng, chúng ta có nghĩa là chỉ những lượng năng lượng riêng biệt mới có thể được hấp thụ hoặc phát ra trong trường điện từ.

Nhưng những hạt này không di chuyển theo quy tắc đạn đạo áp dụng cho đạn hoặc bóng bi-a. Chúng di chuyển theo một phương trình sóng về cơ bản giống như phương trình sóng mô tả sự lan truyền điện từ cổ điển.

Vì vậy, không có bữa ăn trưa miễn phí ở đây. Các "hạt" điện từ cũng phức tạp về mặt toán học như các sóng mà chúng thay thế.

Ăng-ten có thể được coi là một nguồn sáng, nhưng nó phát ra theo một cách khác. Nếu bạn đang xem xét ăng-ten RF bình thường, thì chúng không phát ra ánh sáng khả kiến ​​mang thông tin vì ánh sáng có tần số cao hơn nhiều so với tần số cộng hưởng của ăng-ten. Một ăng ten RF thông thường (3 KHz và 300 GHz) đơn giản là quá lớn để phát ra ánh sáng khả kiến ​​một cách hiệu quả (430 điều770 THz) vì kích thước này không khớp. Nhưng điều đó là có thể với một số ăng-ten như nano plasmonic. Trong số một số thiết bị phát ra ánh sáng khả kiến ​​theo cách có kiểm soát, nano nano plasmonic là loại gần nhất với ăng-ten radio truyền thống.