Механизм электромагнитного излучения ускоренными зарядами

[rustot]

Xey в сообщении #1150242 писал(а):

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.

Я бы называл антенной только ту часть жестяной конструкции, излучения отдельных участков которой НЕ уничтожают взаимно друг друга. А "принцип действия" хоть небольшого участка излучающего штырька хоть небольшого участка жилы коаксиального кабеля, идущего к нему, один и тот же - формирование $1/r$ слагаемого поля, пропорционального $q\vec{a}$ заряда в этом участке, разница лишь в том что поля от соседних участков штырька складываются в каких то направлениях в фазе, а не взаимно уничтожаются как от соседних участков кабеля

Если вы имеете возможность задать токи в каждом участке персонально такие как вам нужно, понатыкав повсюду источников тока, а не такие токи какие получатся "саморегуляцией" при управлении только эдс в паре точек, то излучать вы могли бы заставить проводник каких угодно форм и размеров на какой угодно частоте, вы бы не были привязаны к длинам волн. Скажем то, что диполь нужен именно полуволновым, проистекает не из процесса излучения а из процесса саморегуляции токов в нем обратными связями

[wrest]

Xey в сообщении #1150242 писал(а):

А жестяные конструкции, обычно расположенные на возвышении (концентраторы , фокусаторы , рупоры) и необходимые для формирования диаграммы направленности, не совсем правильно называть антеннами.

Электромагнитные колебания могут генерироваться вдалеке от собственно антенны или конвертироваться в электрический ток тоже вдалеке. Например, антенна стоит на крыше дома, а телевизор -- у вас в комнате. По вашей терминологии антенной надо назвать приемник в телевизоре :)

В википедии об этом доходчиво: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0 ... 0%BD%D0%B0

[Xey]

wrest в сообщении #1150250 писал(а):

доходчиво

А мне кажется, там написано тоже самое о чем и я.

Цитата:

антенна является преобразователем подводимого к ней по фидеру электромагнитного колебания (переменного электрического тока, канализированной в волноводе электромагнитной волны) в электромагнитное излучение и наоборот.

Интересный термин - канализированная в волноводе электромагнитная волна. Это поле или ток?
В принципе, в кабеле ток внутри поле снаружи, а в волноводе ток снаружи (по стенкам) поле внутри. Разница не большая.
Может надо ввести понятие свободной электромагнитной волны. Тогда антенна это место, где свободная волна входит/выходит в кабель или в волновод?

[wrest]

Xey в сообщении #1150265 писал(а):

Интересный термин - канализированная в волноводе электромагнитная волна. Это поле или ток?

В волноводе, и нам об этом говорит сам термин, волна :)

Xey в сообщении #1150265 писал(а):

Тогда антенна это место, где свободная волна входит/выходит в кабель или в волновод?

Можно и так, но фидеров\волноводов может быть много и может быть трудно отделить где закончился фидер\волновод и началась антенна. Например если имеем антенную решетку, то от каждого элемента через фидеры\сумматоры\вращатели фаз и т.п., всё собирается в конце концов в какой-то последний фидер, который по сути и является границей антенны.
В другом варианте, собственно "антенны" как мы привыкли, может и не быть, можно просто открыть торец волновода и он будет излучать, как например сделано в микроволновой печи.
В третьих случаях, одна антенна может собирать сигнал для кучи приемников (например -- коллективная телевизионная антенна).

Поэтому в общем случае говорят про "антенно-фидерные устройства", имея в виду, что это в общем пассивные линейные устройства, одной "стороной" погруженные в пространство где бегают волны, а второй "стороной" -- соединяются с приемником\передатчиком.

[Munin]

wrest в сообщении #1150269 писал(а):

В волноводе, и нам об этом говорит сам термин, волна :)

Это не свободная электромагнитная волна.

[wrest]

Xey в сообщении #1150265 писал(а):

В принципе, в кабеле ток внутри поле снаружи, а в волноводе ток снаружи (по стенкам) поле внутри. Разница не большая.

Часто под "фидерами", если это не волноводы, имеются в виду коаксиальные кабели, а там тоже всё внутри -- ток по проводникам, а поле между ними, центральной жилой и оболочкой.

[amon]

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1150214 писал(а):

Для изотропной антенны достаточно асимметричного комплексного векторного поля на сфере с всюду единичными по модулю векторами.

Не получится. Поле должно подчиняться уравнениям Максвелла в вакууме, а у таких уравнений нет сферически симметричного решения (в смысле - на сфере вектор Пойнтинга направлен по радиусу и постоянен по величине).

[realeugene]

amon в сообщении #1150278 писал(а):

Не получится. Поле должно подчиняться уравнениям Максвелла в вакууме, а у таких уравнений нет сферически симметричного решения (в смысле - на сфере вектор Пойнтинга направлен по радиусу и постоянен по величине).

Симметрия требуется только на беконечности (для хвоста $1/r$) и для среднего по периоду. Асимптотический хвост не является точным решением уравнений Максвелла.
Вы привели популярное утверждение, но я не видел полное его доказательство, а в доказательствах "на пальцах" есть очевидные дыры. Так что, если "не получится" - то только ввиду каких-то топологических соображений для комплексного векторного поля на сфере, но не исходя из решений уравнений Максвелла.

Так что, если мы придумаем такое комплексное векторное поле на сфере - мы сможем сформировать такое дальнее поле, по крайней мере, в пределе бесконечного размера антенны. Но у нас нет требования конечного размера антенны, если нас интересует только предел на бесконечности.

Думаю, я такое поле только что придумал. Это должен быть полосатый арбуз с двумя заплатками на полюсах. По бокам линейная вертикальная поляризация с нулевой комплексной фазой. В каждой заплатке - тоже (произвольно направленная) линейная поляризация с фазой $\pi/2$. В полосе склейки плавный переход от единичной амплитуды боковины к единичной амплитуде заплатки, в каждой точке сумма квадратов амплитуд равна единице.

Добавлю, что бесконечная антенна в идеальном случае не нужна, так как то, что маленькой антенне сложно возбуждать старшие сферические моды - это практическое, а не теоретическое ограничение. Идеальная сколь угодно малая антенна может возбуждать произвольные сферические моды, в том числе, и их бесконечный ряд. Так что, для хранения изотропной антенны не нужно строить музей бесконечного размера, достаточно спичечного коробка на полный набор тестовых антенн для бесконечного дискретного набора частот.

Хе-хе.

[UR4III]

wrest в сообщении #1150234 писал(а):

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,

Спасибо за ответ. Вечером в личку я перешлю Вам две ссылки на "лекции" одного из участников текущей дискуссии. На мой взгляд доходчиво, но требует обдумывания.

-- 09.09.2016, 14:33 --

Cos(x-pi/2) в сообщении #1150161 писал(а):

Влад, Вас приветствует Синус

Здравствуйте! Спасибо за ответ. Вечером я изложу свои соображения по данному вопросу в последней "лекции".

[wrest]

(О ежиках)

Не понимаю за что вы бьётесь, но если равномерно нагреть шарик из чего нибудь, он будет излучать изотропно.

А круглые гладко причесанные без вихрей ежики не существуют, да.

[realeugene]

wrest в сообщении #1150273 писал(а):

Часто под "фидерами", если это не волноводы, имеются в виду коаксиальные кабели, а там тоже всё внутри -- ток по проводникам, а поле между ними, центральной жилой и оболочкой.

Дело в том, что термин "волновод" двусмысленный. В узком смысле волноводами, действительно, называют только полые металлические трубы. Но этот термин, также, часто используют и в широком смысле для обозначения любых конструкций, направляющих электромагнитные волны в одном направлении, в том числе, и коаксиальных кабелей.

-- 09.09.2016, 14:45 --

wrest в сообщении #1150297 писал(а):

Не понимаю за что вы бьётесь, но если равномерно нагреть шарик из чего нибудь, он будет излучать изотропно.

Мы бьёмся за изотропную антенну, которая должна изотропно излучать мощность на одной частоте, поданную на вход в виде гармонической волны.

-- 09.09.2016, 15:04 --

Xey в сообщении #1150265 писал(а):

Интересный термин - канализированная в волноводе электромагнитная волна. Это поле или ток?

Даже на постоянном токе энергию всегда переносит поле между проводниками, так как вектор Пойнтинга внутри идеальных проводников равен нулю. Но для существования полей между проводниками нужны токи в проводниках как источники и граничные условия.

Волну в волноводе можно представить как бегающие внутри под разными углами электромагнитные волны, многократно отражающиеся от металлических стенок. Коаксиал - не исключение.

[rustot]

realeugene в сообщении #1150301 писал(а):

Даже на постоянном токе энергию всегда переносит поле между проводниками, так как вектор Пойнтинга внутри идеальных проводников равен нулю. Но для существования полей между проводниками нужны токи в проводниках как источники и граничные условия.

Это самодоказывающееся утверждение. Если в данном случае удобно описывать энергию системы через плотность энергии поля, то при таком способе описания изменения энергии можно выразить через плотность потоков мощности в этом самом поле.

В "оказалось то энергия то передается по проводам а рядом с ними" это самое "оказалось" выглядит немного комичным открытием, что мы выбрали в качестве описания то и "оказалось". Если я выражу силу тяжести не через массу а через плотность и объем, то получится "оказалось то сила тяжести от объема зависит, а не от массы"

[realeugene]

rustot в сообщении #1150313 писал(а):

Если в данном случае удобно описывать энергию системы через плотность энергии поля, то при таком способе описания изменения энергии можно выразить через плотность потоков мощности в этом самом поле

А так как все законы цепей постоянного тока выводятся из уравнений Маквселла, то и переносимая в таких цепях токами мощность равна мощности, переносимой через соответствующее поперечное сечение полем "в 3D".

Каждая упрощающая модель имеет свои границы применимости. Цепи с сосредоточенными параметрами, состоящими из дискретных компонентов, соединённых в граф идеальными проводниками нулевой длины - это идеализация, полезная при анализе таких цепей-графов, но, очевидно, мало пригодная, когда что-то "распространяется".

-- 09.09.2016, 15:36 --

rustot в сообщении #1150313 писал(а):

Если я выражу силу тяжести не через массу а через плотность и объем, то получится "оказалось то сила тяжести от объема зависит, а не от массы"

Плохая аналогия. Более правильно будет, если вы выразите вес гири через её номер. Именно это происходит при сведении электрической цепи к схеме с сосредоточенными параметрами.

[amon]

(Оффтоп)

wrest в сообщении #1150297 писал(а):

Не понимаю за что вы бьётесь, но если равномерно нагреть шарик из чего нибудь, он будет излучать изотропно.

Если честно, то на какой-то подобный ответ я и провоцировал уважаемого realeugene, но в этом месте он ловко увернулся (чем заработал у меня некоторое количество очков). Шарик - это независимый набор антенн (излучателей), а наблюдаемая изотропия - результат усреднения по времени. В каждый конкретный момент излучение анизотропно.

realeugene в сообщении #1150301 писал(а):

Мы бьёмся за изотропную антенну, которая должна изотропно излучать мощность на одной частоте, поданную на вход в виде гармонической волны.

Это утверждение можно ослабить. Антенна излучает волну, которая вдали от нее являющуюся решением уравнений Максвелла в вакууме без источников (не обязательно монохроматическую). Утверждается, что такое решение не может быть сферически симметричным в смысле, описанном мной выше. А вообще, конечно, это просто спор о неудачной фразе про идеальную изотропную антенну, которая кочует из учебника в учебник, и если ее просто выкинуть, то не случится ровным счетом ничего.

[rustot]

realeugene в сообщении #1150316 писал(а):

А так как все законы цепей постоянного тока выводятся из уравнений Маквселла, то и переносимая в таких цепях токами мощность равна мощности, переносимой через соответствующее поперечное сечение полем "в 3D".

Энергия это характеристика всей системы, а не что то, что можно было бы куда-нибудь в определенное место насыпать, а потом в другое место пересыпать. Ни из уравнений максвелла ни из чего другого не следует где "на самом деле" энергия пространственно локализована. В рамках электродинамики просто существует удобный прием как именно ее можно условно размазать по пространству. И он не единственно возможный.

Ну вот решили вы с точки зрения такого приема описания энергии проанализировать запитку лампочку по двум проводам от батарейки. Сделали "открытие", ах вот мол как оно "на самом деле", энергия то не внутри проводов передается, а рядом с каждым из них, а провода ее только "направляют". Потом придали всей этой системе небольшой отрицательный заряд и сделали другое открытие - оказывается теперь "на самом деле" энергия только рядом с одним из проводов передается, а второй просто так висит и уже ничего никуда не направляет, рядом с ним вообще нет электрического поля. Придали еще отрицательный заряд и сделали новое открытие - энергия "на самом деле" по одному проводу передается лампочке, а по другому часть ее возвращается обратно батарейке. Вы действительно считаете что небольшие вариации потенциала системы так кардинально перенаправляют "настоящие потоки энергии"?

realeugene в сообщении #1150316 писал(а):

Каждая упрощающая модель имеет свои границы применимости.

Я не говорю ни о каких упрощениях. Я говорю об условных договоренностях которые вы воспринимаете слишком буквально