Что излучает обычная антенна?

[REX]

Премудрости антенно-фидерных устройств (АФУ) входят в курс подготовки обычных радиоинженеров. Своё ремесло они знают не хуже чем физики. Только вот учат их теоретическим основам АФУ не совсем так, как физиков.

Например, изучая электродинамику и распространение радиоволн по учебникам для технических вузов, невольно забываешь о том, что свободные радиоволны имеют такую же квантовую природу, как и свет.

Вроде бы, эта информация и не слишком нужна радиоинженеру. Ведь расчёты излучения антенн в дальней зоне базируются на представлениях о запаздывающих потенциалах. И никакие кванты (фотоны) в них не просматриваются... Так стоит ли вообще о них говорить?

Так что, хотя квантовую механику радиоинженеры тоже изучают, но фонды её опыта живут в их умах отдельно от фондов опыта АФУ... Но их соединить между собой, то сразу же начинают возникать каверзные вопросы. Приведу лишь один их них.

Как известно из квантовой механики, излучение кванта предполагает наличие соответствующего подуровневого перехода в материале излучателя (антенны). Обычно радиоинженеры об этом не задумываются.

Ведь по их представлениям правильно спроектированная антенна обязана излучать электромагнитную энергию с такой частотой, какая на неё подаётся с выходного усилителя мощности сигнала. А о материале антенны радиоинженеры при этом не задумываются.

Ясно, что он должен быть проводником с минимальным электрическим сопротивлением в заданной полосе рабочих частот спектра излучения. А о том, что он представляет собой с точки зрения зонной теории квантовой механики, никто не размышляет. В том числе и по части того, есть ли в спектре этого материала соответствующие подуровневые переходы, способные излучать такие кванты.

Не возникал и вопрос о возможной природе излучения. Ведь радиоинженеры свято верят в то, что если усилитель закачивает в антенну электромагнитную энергию, то и её свободное излучение в дальней зоне тоже будет электромагнитным!

До сих пор так оно и было. Но ведь до сих пор приёмных и передающих антенн сверхдлинных волн пока ещё никто не строил! Уж больно они громоздки. Да и кому и зачем они нужны... (Разве что физикам для неких мудрёных опытов.)
А что же принципиально меняет излучение сверхдлинных волн? Ведь с точки зрения зонной теории для излучения их хилых квантов подходящих переходов в материале проводника должно быть более чем достаточно!

Так то оно так, но при этом возникает иная проблема.
***

Дело в том, что непомерно длинных цугов в квантах электромагнитных волн не бывает. Я с трудом представляю себе даже квант миллисекундной длительности. Переходные процессы в проводниках завершаются гораздо быстрее...

Не бывает и цугов, не вмещающих даже один период синусоиды. Какой же это цуг?

Из этих соображений вытекает, что излучение сверхдлинных электромагнитных волн как некой совокупности квантов электромагнитного поля невозможно даже теоретически.

Но из этих соображений не вытекает, что электромагнитные антенны сверхдлинных волн вообще не будут ни излучать, ни принимать ничего квантового, но не электромагнитного!

Уж не гравитационные ли волны они будут при этом хотя бы принимать? Что Вы об этом думаете, учёные дамы и учёные господа?

[Коровьев]

REX писал(а):

Что Вы об этом думаете, учёные дамы и учёные господа?

Опять Глеб Капустин всех срезал.
"Это полезно. Пусть подумают на досуге. А то слишком много берут на себя... "

[Munin]

REX писал(а):

Дело в том, что непомерно длинных цугов в квантах электромагнитных волн не бывает. Я с трудом представляю себе даже квант миллисекундной длительности. Переходные процессы в проводниках завершаются гораздо быстрее...

Даже в проводниках тысячекилометровой длины?

[REX]

Я знаю, что такое длинные линии. Речь идёт не о них.

Вникните в суть дела. Непомерно длительных цугов излучения в микромире всё же не существует. (Но это не мешает электротехникам в макромире создавать макроскопические генераторы сколь угодно низких частот и наблюдать очень длительные переходные процессы в длинных линиях.)

[Cervix]

REX писал(а):

Ясно, что он должен быть проводником с минимальным электрическим сопротивлением в заданной полосе рабочих частот спектра излучения. А о том, что он представляет собой с точки зрения зонной теории квантовой механики, никто не размышляет. В том числе и по части того, есть ли в спектре этого материала соответствующие подуровневые переходы, способные излучать такие кванты.

А зачем размышлять о зонной структре? Достаточно предположить, что она не будет играть роли в данном радиоустройстве. Ведь механизм излучения ЭМ-волн в антенне не имеет ничего общего с излучением вещества (например, тепловым?).

[REX]

Cervix писал(а):

REX писал(а):

А зачем размышлять о зонной структре? Достаточно предположить, что она не будет играть роли в данном радиоустройстве. Ведь механизм излучения ЭМ-волн в антенне не имеет ничего общего с излучением вещества (например, тепловым?).

Технари так и поступают. Они знают в каком диапазоне частот работает та или иная конструкция антенны. И они не пытаются для излучения света или сверхдлинных радиоволн использовать штыревую антенну...

Но ведь здесь собрались не только технари, но и физики! А им положено размышлять, а не предполагать всевозможную физическую чушь, позволительную лишь технарям...

Как может при излучении квантов не быть задействован материал антенны? Шутить изволите...

[Cervix]

REX писал(а):

Как может при излучении квантов не быть задействован материал антенны? Шутить изволите..

Отнюдь. Людей еще в школе учат, что антена излучает путем создания переменного электрического поля (например, в модели вибратора - между обкладками конденсатора). Если допустить, что это поле не взаимодействует (не вызывает в нем переходов, не выравает электроны и т.д. и т.п.) с материалом конденсатора (а это предположение себя вполне оправдывает), то о зонной структуре можно забыть.

[REX]

Мало ли чему нас учат в школе и техническом вузе...
Попытайтесь с такими представлениями о квантовой механике (или СТО и ОТО) поработать на этом форуме и.. быстро поймёте что к чему.

Технарям - практикам действительно можно забыть о зонной теории в части материала антенны при радиолюбительской возне с антенной.

А вот физикам здесь есть о чём поразмыслить...

[Cervix]

REX писал(а):

Мало ли чему нас учат в школе и техническом вузе...

Попытайтесь с такими представлениями о квантовой механике (или СТО и ОТО) поработать на этом форуме и.. быстро поймёте что к чему.

На что вы намекаете? Уж поверьте, у меня достаточно знаний о квантмехе и ОТО, чтобы пытаться участвовать в подобных дискуссиях. А вот, от ответа на мой предыдущий пост вы явно уклоняетесь.

[REX]

Тогда начните с признания факта квантовой природы любого электромагнитного излучения. А потом перейдём к конкретике.

Дело тут, конечно, не в антеннне... Мы ведь не знаем историю конкретного кванта.

[Munin]

REX писал(а):

Я знаю, что такое длинные линии. Речь идёт не о них.

Неаргументированно.

REX писал(а):

Вникните в суть дела. Непомерно длительных цугов излучения в микромире всё же не существует.

Существуют. В лазерах. По сути, антенна - такой же когерентный источник, излучающий все фотоны в одной фазе.

REX писал(а):

А вот физикам здесь есть о чём поразмыслить...

Это вам здесь есть о чём поразмыслить. Потому что физикам-то давно всё известно и понятно, а вот вам, похоже, нет. Наводящий вопрос: как зависит число (и соответственно, плотность) уровней в зоне проводимости от линейных размеров рассматриваемого металлического проводника?

[Freude]

Munin писал(а):

Даже в проводниках тысячекилометровой длины?

Да это важный вопрос. Другими словами:

Цитата:

Дело в том, что непомерно длинных цугов в квантах электромагнитных волн не бывает.

Почему?
И еще интересные вопросы:
Почему квант - это цуг волн?
Как определить длительность этого цуга?
Чему равна максимально возможная длительность?

[REX]

Итак, вы не согласны безоговорочно признать факт квантовой природы электромагнитного излучения вне оптической области. Фотоны и для вас несомненные кванты. А всё остальное излучение из них разве не состоит?

Разве весьма популярная в радиоастрономии длина волны 21,1 см не имеет квантовую природу и не соответствует переходу между двумя наинизшими состояниями сверхтонкой структуры атомарного водорода и не имеет кантовую природу? Шутить изволите...

Лазер можно рассматривать как излучающее устройство, содержащее антенну. И что с того? Разве длительность процесса межуровневого перехода, при котором излучается каждый отдельный фотон, исчисляется секундами?

Лазер может работать и в режиме постоянного излучения. (И любой радиопередатчик тоже.) Но ведь длительность акта межуровневого перехода и соответствующая ему длительность излучения цуга от этого не меняется. И она всегда меньше миллисекунды.

Напоминаю о том, что математическая теория спектров едина. Никаких исключений для квантов того или иного диапазона частот в ней нет. Для неё это всегда всего лишь цуги синусоиды. А для радиоинженера это всегда всего лишь амплитудно манипулированные синусоидальные сигналы с большей или меньшей базой. И всё...

[Munin]

REX писал(а):

Итак, вы не согласны безоговорочно признать факт квантовой природы электромагнитного излучения вне оптической области.

Это каким же это образом вы делаете такой неожиданный и мягко говоря странный вывод?

REX писал(а):

Лазер можно рассматривать как излучающее устройство, содержащее антенну.

Кто вам такое сказал?

REX писал(а):

Но ведь длительность акта межуровневого перехода и соответствующая ему длительность излучения цуга от этого не меняется.

Длительность цуга не обязательно соответствует длительности перехода.

REX писал(а):

И она всегда меньше миллисекунды.

Вы же сказали, что знаете про длинные линии...

REX писал(а):

Напоминаю о том, что математическая теория спектров едина.

Мягко говоря, есть теория классическая и теория квантовая. Они разные. Классическая проще, но фотоны есть только в квантовой. И пока ваши рассуждения квантовую теорию не задействуют, опираются только на классическую, а при речи о фотонах это неадекватно.

[REX]

Отвечаю по порядку.

Стало быть, квантовую природу электромагнитного излучения в любой области спектра Вы всё же признаёте... Тогда ловлю вас на слове.

А что Вам мешает усмотреть передающую антенну например в рубиновом лазере? Не понимаю...

Длительность цуга может и не соответствовать времени жизни атома в возбуждённом состоянии. Тем более, если оно метастабильно... И что с того?

Сверхдлинные линии могут быть и неспособны к излучению электромагнитных сигналов частотой менее нескольких сотен герц. Кто и когда наблюдал столь низкочастотное свободное электромагнитное излучение? Никто и никогда!
Но переходные процессы в них в принципе могут быть сколь угодно длительными. И что с того?

Мои рассуждения в полной мере задействуют квантовую теорию. Суть их сводится к тому, что реальную антенну сверхдлинных волн можно поставить в пикантное положение, при котором загрузить её можно хоть частотой 50 гц, а вот принудить её излучать электромагнитные кванты с такой частотой нельзя. (Поскольку квантовые ограничения её материала просто запрещают ей излучать электромагнитные кванты столь низкой частоты.)

Но те же ограничения не мешают ей излучать столь же низкочастотные кванты вообще. Только вот электромагнитными такие кванты уже быть не могут...