Механизм электромагнитного излучения ускоренными зарядами

[realeugene]

wrest в сообщении #1150110 писал(а):

Ну а в общем, по проволочным антеннам-то (типа полуволнового вибратора), для расчетов поля (диаграмм направленности) в дальней зоне исходя из уравнений Максвелла, удобнее считать, что по поверхности проводников течет переменный ток в виде стоячей волны, строить эпюры и т.п.

Зная токи мы знаем всё. Дальше интегрируем и получаем поле, хоть в дальней зоне, хоть в ближней. Для этого мы просто интегрируем решение уравнения Максвелла для элементарного тока по всем найденным элементарным токам. Токи при этом комплексные, а не "стоячая волна". Численно современный компьютер считает токи эфективнее, чем строить эпюры.

wrest в сообщении #1150110 писал(а):

Если антенна рупорная запитанная волноводом то там удобнее сразу мощностями мыслить, а не токами.

В рупорах непосредственно можно использовать аналитическое решение уравнения Гельмгольца для сферически симметричного случая. Но термин "коэффициент усиления антенны" широко используется в применении ко всем антеннам, и он формулируется в терминах мощностей. Даже проводные антенны хоть и удобно считать численно с использованием элементарных токов, но их основные параметры всё равно сводят к импедансу порта и диаграмме направленности, конечно. Считая, что антенну правильно согласуют, и вся поданная мощность минус небольшие потери уйдёт в волны.

-- 08.09.2016, 17:35 --

wrest в сообщении #1150110 писал(а):

Означает что сопротивление фидера и изотропного излучателя согласовано (термин надо пояснить?), обратно в фидер ничего не отражается.

То есть, оказывается, в фидере бежит волна!

wrest в сообщении #1150110 писал(а):

Мое затруднение было в ближней зоне, где полное безобразие и "еще нет волн".

Ближняя зона определяется отношением радиуса к длине волны. Решение уравнений Маквселла для излучения волн элементарным током можно использовать от нуля, так как элементарный ток точечный. Или на расстояниях, гораздо больших уже длины вашей руки, если представлять дёрганье заряда как элементарный ток. В ближней зоне, разумеется, будет "безобразие", но хорошо известное безобразие.

Это должно быть понятно антенщику. Но можно и непосредственно записать запаздывающие потенциалы от двигаемого вашей рукой заряда.

[wrest]

realeugene в сообщении #1150115 писал(а):

бежит волна!

ну как, вот косинус фи в сетях 50Гц примерный аналог, если он не равен единице то часть мощности отражается обратно, ну наверное можно сказать по проводам 50Гц "бежит волна", "отражается волна"...

-- 08.09.2016, 18:02 --

realeugene в сообщении #1150115 писал(а):

Решение уравнений Маквселла для излучения волн элементарным током можно использовать от нуля, так как элементарный ток точечный. Или на расстояниях, гораздо больших уже длины вашей руки, если представлять дёрганье заряда как элементарный ток. В ближней зоне, разумеется, будет "безобразие", но хорошо известное безобразие.

Вот у меня был весьма неудачный опыт, описанный тут: post1149753.html#p1149753
Вполне вероятно, что это случилось потому, что я что-то не так считал...
Преподаватель помочь то ли не смог то ли не захотел, ну я и забил, не стал добиваться.

[realeugene]

wrest в сообщении #1150121 писал(а):

ну как, вот косинус фи в сетях 50Гц примерный аналог, если он не равен единице то часть мощности отражается обратно, ну наверное можно сказать по проводам 50Гц "бежит волна", "отражается волна"...

Это разные вещи. Так что, нужно вернуться назад. Вы ранее использовали термины "сопротивление согласовано" и "обратно в фидер ничего не отражается". Вот теперь вы не могли бы пояснить, что именно подразумевали под этими фразами, особенно, под второй?

-- 08.09.2016, 18:16 --

wrest в сообщении #1150121 писал(а):

Вполне вероятно, что это случилось потому, что я что-то не так считал...

Мне тоже так кажется, но не видя, что именно вы считали, сложно делать однозначные выводы.

[amon]

(Оффтоп)

wrest в сообщении #1150096 писал(а):

делим на мощность которую в этом направлении дал бы изотропный излучатель

Давно интересовал такой риторический вопрос. Где хранится этот самый эталонный изотропный излучатель? Там, где-то рядом, должна стоять эталонная лошадь в одну лошадиную силу, и пастись в вакууме сферический конь.

[realeugene]

amon в сообщении #1150124 писал(а):

Давно интересовал такой риторический вопрос. Где хранится этот самый эталонный изотропный излучатель? Там, где-то рядом, должна стоять эталонная лошадь в одну лошадиную силу, и пастись в вакууме сферический конь.

Рядом с циклом Карно. Это абстрактная идеальная антенна без потерь, излучающая изотропно. На практике измеряют подаваемую мощность на входе и делят её на $4 \pi R^2$. Всё что подали на вход - излучилось равномерно по сфере.

[UR4III]

Munin в сообщении #1150060 писал(а):

Источник ЭДС просто вбрасывает в металл электроны на верхних уровнях, забирая с нижних.

При переменном токе свободные электроны колеблются возле средних положений.

-- 08.09.2016, 20:05 --

Уважаемые wrest и realeugene!
Поскольку я вижу, что вы профи в радио, то прошу подсказать следующее. Радиолюбители при расчёте антенн зачастую используют программу MMANA. Если вы знакомы с ней, используются в ней уравнения Максвелла?

[realeugene]

Не знаком, но хочется верить, что все программы расчёта антенн основаны на уравнениях Максвелла. :) Есть только разные методы дискретизации задачи и ускорения расчётов. Обладающие различными требованиями к ресурсам, возможностями и ограничениями, хорошо работающие в пределах своих областей применимости. Потому что полноценный 3D расчёт с использованием уравнений Максвелла и моделей материалов требует много вычислительных ресурсов и, в большинстве случаев, не нужен.

[Cos(x-pi/2)]

UR4III в сообщении #1150135 писал(а):

Радиолюбители при расчёте антенн зачастую используют программу MMANA. Если вы знакомы с ней, используются в ней уравнения Максвелла?

Влад, Вас приветствует Синус :-) Ваш вопрос уже обсуждался на радио-форумах: вычислительной основой версий MMANA являются разновидности NEC - Numerical Electromagnetics Code, см. в wiki ссылку Burke, Poggio (Jan 1981) NEC Part I: Program Description - Theory.

Расчёты основаны на численном методе решения интегральных уравнений, получающихся из уравнений Максвелла; например, здесь об этом явно говорится:

Цитата:

Для расчета и анализа антенн используются программы основанные на методе моментов. Наибольшее распространены NEC2 и MININEC3. Несмотря на почтенный возраст эти программы считают антенны с достаточной для практики (собственно в формулах, описывающих уравнения электромагнитного поля ничего не изменилось со времен Максвелла) ... Поскольку расчеты являются универсальными, для любого расположения проводов, то базироваться они могут только на наиболее общих формулах. Собственно, на них они и базируются: в основе вычислений лежит система уравнений Максвелла. Однако для численных методов удобнее преобразовать эту систему в так называемое интегральное уравнение электрического поля (Electric-field integral equation (EIFE)). По сути, это та же самая система уравнений Максвелла, но выраженная в более подходящем для вычислений виде...

[amon]

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1150129 писал(а):

Это абстрактная идеальная антенна ... излучающая изотропно.

И что, такие бывают? (Хотя бы в теории.)

[realeugene]

amon в сообщении #1150165 писал(а):

И что, такие бывают? (Хотя бы в теории.)

Не знаю. Для линейной поляризации - нет, конечно. В любом случае, это только используемая идеализация для введения удобных единиц измерения.

[amon]

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1150204 писал(а):

Не знаю. Для линейной поляризации - нет, конечно.

Осторожно отвечаете. Зачет! Поперечных изотропных (сферически симметричных) векторных полей не бывает в природе, посему антенны их излучающие, находятся там же, где и сферические кони, в отличии от цикла Карно, который, хоть и теоретически, но возможен.

[realeugene]

amon в сообщении #1150207 писал(а):

Осторожно отвечаете. Зачет! Поперечных изотропных (сферически симметричных) векторных полей не бывает в природе, посему антенны их излучающие, находятся там же, где и сферические кони, в отличии от цикла Карно, который, хоть и теоретически, но возможен.

Для изотропной антенны достаточно асимметричного комплексного векторного поля на сфере с всюду единичными по модулю векторами. У комплексных векторов, вообще говоря, нет направления, так что, ёжика к ним не притянешь, как мне кажется.

[wrest]

realeugene в сообщении #1150122 писал(а):

Вот теперь вы не могли бы пояснить, что именно подразумевали под этими фразами, особенно, под второй?

Натурально, меряем мощность в сторону от антенны к фидеру, если она не ноль, значит отражается.

UR4III в сообщении #1150135 писал(а):

Уважаемые wrest и realeugene!
Поскольку я вижу, что вы профи в радио,

Я не профи, мои познания ограничиваются полученными в институте по этой теме, это было давно, с тех пор я в практической области никогда не работал, так что какие сейчас есть программы, я не знаю.

Ну так или иначе, очевидно, уравнения Максвелла должны использоваться. Больше-то ничего нет, только следствия из этих уравнений, упрощения, допущения и т.п.

[rustot]

UR4III в сообщении #1150135 писал(а):

Радиолюбители при расчёте антенн зачастую используют программу MMANA. Если вы знакомы с ней, используются в ней уравнения Максвелла?

В расчете антенн проблема не в том, как рассчитать излучение из протекающих в антенне токов, это тривиальная задача, которую можно решить на бумажке просто суммированием излучений от каждого из участков $\frac{d}{dt}I$

Вся сложность тут в том, чтобы рассчитать а какие же именно в каждой ее точке будут протекать токи, с учетом того как ток в одной точке создаваемым им полем влияет на эдс во всех остальных точках. Эта система с кошмарно сложными обратными связями и вот именно их то и просчитывает mmana

[Xey]

rustot в сообщении #1150237 писал(а):

В расчете антенн проблема не в том, как рассчитать излучение из протекающих в антенне токов, это тривиальная задача,

После этой цитаты, я бы все-таки отметил, что антенна, это то, что генерирует/принимает волны (длинный провод или маленький штырек). А жестяные конструкции, обычно расположенные на возвышении (концентраторы , фокусаторы , рупоры) и необходимые для формирования диаграммы направленности, не совсем правильно называть антеннами.


В следующей цитате излучающего штырька , пусть даже в виде эмиттерного вывода транзистора, явно не хватает, поэтому не понятно, как появляется "мощность". И еще требуются ненужные пояснения , что жестяные конструкции не излучают , а только переотражают.

realeugene в сообщении #1150065 писал(а):

Изначально ЭМВ генерируются внутри нелинейных усилительных элементов с отдельным питанием от источника постоянного тока, например. Например, в канале полевого транзистора течёт постоянный ток, переменное напряжение на затворе модулирует этот ток, получаемая мощность высокочастотных колебаний поступает по волноводу в антенну. Электроны в антенне сами радиоволны не "излучают", то есть, излучают, конечно, но только переотражая эту волну в окружающее пространство. От источника питания при этом потребляется энергия постоянного тока. Энергетически проводники антенны только поглощают часть энергии этой волны, пришедшей к антенне от усилителя.