เสาอากาศสามารถถูกมองว่าเป็นแหล่งกำเนิดแสงหรือไม่?

เสาอากาศเป็นสิ่งที่ชัดเจน แต่เป็นอุปกรณ์ที่แผ่พลังงานไฟฟ้าผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

เนื่องจากแสงที่มองเห็นนั้นเป็นเพียงช่วงความถี่หนึ่งมันจึงไม่ง่ายที่จะคิดว่าเสาอากาศเป็นรูปร่างที่แตกต่างกันของแหล่งกำเนิดแสง

เช่นเดียวกับเสาอากาศทิศทางเป็นไฟฉายมือถือพลังงานสูงหมายถึงไฟน้ำท่วม?

ทำไมเราไม่บอกสิ่งนี้ในธรรมชาติของอนุภาคเพราะมันจะง่ายกว่าในทางคณิตศาสตร์มากกว่าทฤษฎีคลื่น

สำหรับบางกรณีคุณสามารถ: หากคุณมีเสาอากาศทิศทางขนาดใหญ่มันอาจไกลจากเพียงแค่ดูเหมือน "ไฟฉาย" ที่สร้างลำแสงสำหรับคลื่นวิทยุ สิ่งนั้นจะพังทลายลงอย่างรวดเร็วหากความยาวคลื่นไม่มากมีขนาดเล็กกว่าวัตถุทางกายภาพทั้งหมดที่โต้ตอบกับมัน

เรายังใช้คำที่เฉพาะเจาะจง: ถ้าความยาวคลื่นที่มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับวัตถุทั้งหมดที่พวกเขาได้พบและง่ายๆ "เปล่า" สูตรสามารถอธิบายพฤติกรรมของพวกเขา, เราพูดถึงออปติคอล (เรย์) การขยายพันธุ์ เมื่อต้องรับมือกับ RF เราไม่ทำเช่นนั้น RF ไม่ทำงานเหมือนแสงดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ในการเปรียบเทียบ ดังนั้นไม่เราไม่สามารถ "ง่ายกว่าทางคณิตศาสตร์มาก" เพราะแบบจำลองที่ง่ายกว่าของสิ่งที่คุณรู้ว่าการแพร่กระจายของแสงนั้นไม่ได้ผล¹

สำหรับกรณีส่วนใหญ่คุณไม่สามารถเปรียบเทียบเสาอากาศกับแหล่งกำเนิดแสง

ก่อนอื่นการเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงไม่ได้ผลเต็มที่: ไฟฉายของคุณทำงานกับ DC ที่มาจากแบตเตอรี่ คลื่นของคุณออกมามีความถี่เกิน10¹⁵เฮิร์ตซ์ ในเสาอากาศวิธีการสร้างคลื่นนั้นขึ้นอยู่กับกระแสที่เข้าสู่เสาอากาศที่มีความถี่ถูกปล่อยออกมาแล้วและเสาอากาศก็ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบจับคู่ความต้านทานระหว่างตัวนำคลื่นและพื้นที่ว่าง

จากนั้นคลื่นที่ปล่อยออกมาจากเสาอากาศจะมีคลื่นด้านหน้าบางชนิดซึ่งหมายถึงเฟสที่ต่อเนื่องกัน! หลอดไฟ LED หรือหลอดไฟของคุณไม่มีเลย

ดังนั้นลำแสงจากไฟฉายจึงแตกต่างอย่างมากกับลำแสงจากเสาอากาศ

คุณพูดถูกเสาอากาศและแหล่งกำเนิดแสงนั้นมีโครงสร้างที่เทียบเท่ากัน แต่คณิตศาสตร์ของแหล่งกำเนิดแสงนั้นไม่ง่ายอย่างที่คิด

เหตุผลที่คำตอบส่วนใหญ่จนถึงเห็นพวกเขาแตกต่างกันเป็นเพียงเรื่องของขนาด ในขณะที่เรามักจะเรียกว่า "RF" ความยาวคลื่น 1 มม. หรือสูงกว่า (300GHz) และ "แสง" ความยาวคลื่น 1µm และต่ำกว่า (300THz) ด้วยสัมปทานบางอย่างสำหรับสิ่งที่อยู่ในระหว่าง (คือ "แสงอินฟราเรดต่ำ" หรือ "ไมโครเวฟ" ?) สมการที่ควบคุมพฤติกรรมของพวกเขาจะตรงเดียวกัน: แมกซ์เวล

ปัญหาคือความแตกต่างของเกล็ดขนาดใหญ่มีผลต่อวิธีการที่สิ่งเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับโลก ในขณะที่คุณสามารถโต้ตอบกับองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่องเพื่อสร้างสัญญาณ RF 1m เพื่อสร้างสัญญาณแสง 100nm คุณต้องพิจารณาปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและระดับพลังงานของพวกมัน

• ในขณะที่สัญญาณ RF เพ่งความสนใจไปที่ 10 ม. แน่นหนาจะแพร่กระจายรอบดิสก์โลหะ 1 ม. ซึ่งไม่มีการโต้ตอบ แต่อย่างใดลำแสงแสงแคบ 1µm จะถูกหยุดอย่างสมบูรณ์ในเส้นทางของมัน ในขณะที่ตัวแรกจะถูกหยุดโดยกรงตาข่ายฟาราเดย์ด้วยการเปิด 10 ซม. ที่สองจะผ่านไม่มีข้อ จำกัด วัสดุที่มีความโปร่งใสเกือบสมบูรณ์ชนิดหนึ่งจะหยุดกันอย่างสิ้นเชิงและในทางกลับกัน

• ในขณะที่คุณต้องการเสาอากาศที่ค่อนข้างใหญ่เพื่อโฟกัสลำแสง RF ขนาด 10 ซม. เพื่อให้ได้พลังงาน 90% ในจุด 1 ม. ที่ 1 กม. เลนส์ที่เทียบเท่าเพื่อทำแบบเดียวกันกับแสง 1µm สามารถใช้มือเดียวได้

• ในขณะที่คุณส่วนใหญ่สามารถละเว้นผลกระทบบรรยากาศ (ปฏิสัมพันธ์ของพลังงาน RF กับโมเลกุลอากาศ) ต่ำกว่า 1GHz หรือดังนั้นสภาพบรรยากาศจะครอบงำเหนือกว่านั้นและจะกลายเป็นผลกระทบหลักที่ความถี่แสง

• ผู้ที่ออกแบบเลนส์สายตาตระหนักถึงปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณบรอดแบนด์ (แสงที่มองเห็นได้นั้นมีทั้งคู่จาก 380 ถึง 740 นาโนเมตรหรือ 430–770 THz) สิ่งเหล่านี้เทียบเท่ากับปัญหาที่นักออกแบบ RF บรอดแบนด์ประสบ แต่บรอดแบนด์ RF ไม่ค่อยมีช่วงแม้แต่ 5% ของความถี่ผู้ให้บริการ

วิศวกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับแบบจำลองโมเดลที่ทำให้ปัญหาง่ายขึ้นและมีช่วงความถูกต้อง (ทุกรุ่นผิดรุ่นบางรุ่นมีประโยชน์) นั่นคือเหตุผลที่ในช่วงล่างของ RF เราจัดการกับกฎของ KCL, KVL และ Ohm ในวงจรของเราแทนที่จะพยายามแก้ไขพวกมันโดยการใช้สมการของ Maxwell โดยตรง แต่ความถี่สูงขึ้นและตอนนี้คุณต้องเปลี่ยนไปใช้พารามิเตอร์ s และสายส่งเนื่องจากสายหยุดทำงานเหมือนสายไฟ ไปยังที่สูงขึ้นไปในโดเมน "แสง" และตอนนี้ใช้โฟตอนและระดับการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิเล็กตรอนจะแนะนำให้เลือก

แต่ทั้งหมดของโมเดลเหล่านั้นเป็นเพียงsimplifications ของสมการแมกซ์เวลด้วยโดเมนแคบ ๆ ของพวกเขาในการบังคับใช้ แต่การรู้สิ่งนี้และที่ตัวแบบล้มเหลวสามารถช่วยให้เราออกแบบได้อย่างยอดเยี่ยม

ประการแรก "แสง" ด้วยตัวเองมักจะหมายถึง "แสงที่มองเห็น" เสาอากาศไม่เปล่งแสงที่มองเห็นได้

เราสามารถพูดได้อย่างถูกต้องมากขึ้นว่าแสงคือรังสี EM และเสาอากาศปล่อยรังสี EM

ทำไมเราไม่สามารถบอกสิ่งนี้ในธรรมชาติของอนุภาคได้เพราะมันจะง่ายกว่าในทางคณิตศาสตร์

ใช่ไหม? คุณยังไม่ได้อ้างถึงคณิตศาสตร์ใด ๆ ในโพสต์ของคุณ และเพื่อวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่รูปแบบคลื่นคือสิ่งที่เราต้องการ มันบอกเราว่าสามารถรับคลื่นวิทยุที่ใดได้มากที่สุด สำหรับความถี่การสื่อสารส่วนใหญ่คลื่นวิทยุไม่ใช่แสง "ลำแสง" พวกมันกระจายแสงมาก

ในบางกรณีสามารถทำได้ และแน่นอนว่าในโลกของแสงเมตรนั้นสามารถประมาณได้อย่างน่าเชื่อถือเหมือนรังสี แต่คลื่นอีเอ็มสามารถทำได้ในระดับ 1000000000 กับวัตถุที่อยู่ในระยะทางหลายพันกิโลเมตรเท่านั้น

แต่ชีวิตดูเหมือนจะง่ายสำหรับเลนส์ในโลกของเรา เมื่อเราต้องจัดการกับการแพร่กระจายของแสงผ่านโครงสร้างขนาดไมโครมิเตอร์, อาร์เรย์หรือตัวนำ, การประมาณค่ารังสีไม่มีประโยชน์ (Google พลาสโมนิกส์โฟโตนิกส์หรือคริสตัลโทนิคเป็นต้นพวกเขาใช้โหมดเรโซแนนซ์สมการแมกซ์เวลมากขึ้น) เหมือนไม่มีอำนาจในการอธิบายปรากฏการณ์คลื่นความถี่วิทยุในโลกของเราอย่างถูกต้อง

ทำไมเราไม่บอกสิ่งนี้ในธรรมชาติของอนุภาคเพราะมันจะง่ายกว่าในทางคณิตศาสตร์มากกว่าทฤษฎีคลื่น

เมื่อเราบอกว่าโฟตอนเป็น "อนุภาค" ของพลังงานแสงเราหมายถึงเฉพาะพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเท่านั้นที่สามารถดูดซับหรือปล่อยออกมาในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

แต่อนุภาคเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ตามกฎของ ballistics ที่ใช้กับกระสุนหรือลูกบิลเลียด พวกมันเคลื่อนที่ตามสมการคลื่นที่เป็นหลักเช่นเดียวกับสมการคลื่นที่อธิบายการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิม

ดังนั้นไม่มีอาหารกลางวันฟรีที่นี่ "อนุภาค" ของแม่เหล็กไฟฟ้ามีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์เท่ากับคลื่นที่เข้ามาแทนที่

เสาอากาศสามารถถือว่าเป็นแหล่งกำเนิดแสง แต่ปล่อยออกมาในวิธีที่ต่างกัน หากคุณกำลังพิจารณาเสาอากาศ RF ปกติแล้วแสงเหล่านี้จะไม่ส่องแสงที่มองเห็นซึ่งมีข้อมูลเนื่องจากแสงนั้นมีความถี่สูงกว่าความถี่ในการสะท้อนของเสาอากาศ เสาอากาศ RF ทั่วไป (3 KHz และ 300 GHz) มีขนาดใหญ่เกินไปที่จะปล่อยแสงที่มองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ (430–770 THz) เนื่องจากขนาดนี้ไม่ตรงกัน แต่มันเป็นไปได้ที่จะมีเสาอากาศบางอย่างเช่นพลาสโมนิคนาโน จากอุปกรณ์หลายชนิดที่เปล่งแสงที่มองเห็นได้ในวิธีที่ควบคุมได้นาโนพลาสโมนิคจะอยู่ใกล้กับเสาอากาศวิทยุแบบดั้งเดิม