Bisakah antena dilihat sebagai sumber cahaya?

Jelas antena hanyalah alat untuk memancarkan energi listrik melalui gelombang elektromagnetik.

Karena cahaya tampak juga hanya rentang frekuensi tertentu, bukankah lebih mudah untuk menganggap antena sebagai berbagai bentuk sumber "cahaya"?

Seperti antena directional adalah obor tangan, daya tinggi berarti lampu banjir?

Mengapa kita tidak bisa hanya menyatakan ini dalam sifat partikel karena akan jauh lebih sederhana secara matematis daripada teori gelombang?

Untuk beberapa kasus, Anda dapat: Jika Anda memiliki antena directional besar, mungkin, dari sangat jauh, cukup terlihat seperti "senter" penghasil sinar untuk gelombang radio. Itu rusak sangat cepat jika panjang gelombangnya tidak banyak, jauh lebih kecil dari semua benda fisik yang berinteraksi dengannya.

Kami bahkan menggunakan istilah khusus: Jika panjang gelombang sangat kecil dibandingkan dengan semua objek yang mereka temui dan beberapa rumus "makroskopis" sederhana dapat menggambarkan perilaku mereka, kita berbicara tentang propagasi optik (ray) . Saat berurusan dengan RF, kami tidak; RF tidak berperilaku seperti cahaya, dan dengan demikian, kegunaan analoginya tidak ada. Jadi, tidak, kita tidak bisa "lebih sederhana secara matematis", karena model yang lebih mudah dari apa yang Anda ketahui sebagai perambatan cahaya tidak berfungsi¹.

Untuk sebagian besar kasus, Anda tidak dapat membandingkan antena dengan sumber cahaya.

Pertama-tama, analogi dengan sumber cahaya tidak bekerja sepenuhnya: senter Anda bekerja dengan DC yang berasal dari baterai. Gelombang Anda yang keluar memiliki frekuensi di atas 10¹⁵ Hz. Dalam antena, metode menghasilkan gelombang bergantung pada arus yang masuk ke antena yang sudah memiliki frekuensi yang akan dipancarkan, dan antena hanya bertindak sebagai komponen pencocokan impedansi antara konduktor gelombang dan ruang bebas.

Kemudian, gelombang yang dipancarkan dari antena memiliki semacam gelombang depan, yang menyiratkan fase yang koheren! Lampu LED atau bola lampu Anda tidak memiliki itu sama sekali.

Jadi, sinar cahaya dari obor secara fisik sangat berbeda dari sinar dari antena.

Anda benar, antena dan sumber cahaya adalah konstruksi yang setara. Tetapi matematika sumber cahaya tidak sesederhana yang Anda bayangkan.

Alasan mengapa sebagian besar jawaban sejauh ini melihat mereka berbeda hanyalah masalah skala. Sementara kita biasanya memanggil "RF" panjang gelombang 1mm atau lebih tinggi (300GHz) dan "cahaya" panjang gelombang 1μm dan di bawah (300THz), dengan beberapa konsesi untuk apa yang ada di antara (apakah itu "cahaya inframerah rendah" atau "gelombang mikro" ?), persamaan yang mengatur perilaku mereka persis sama: persamaan Maxwell .

Masalahnya adalah bahwa perbedaan skala yang begitu besar memiliki konsekuensi terhadap bagaimana interaksi ini dengan dunia. Meskipun Anda dapat memiliki komponen diskrit yang berinteraksi untuk menghasilkan sinyal RF 1m, untuk menghasilkan sinyal cahaya 100nm, Anda harus mempertimbangkan interaksi antara elektron dan tingkat energinya.

• Sementara sinyal RF 10m yang sangat terfokus akan merambat di sekitar cakram logam 1m dengan tampaknya tidak ada interaksi, berkas cahaya 1μm yang berfokus sempit akan sepenuhnya berhenti di jalurnya. Sementara yang pertama akan dihentikan oleh sangkar Faraday jala dengan bukaan 10cm, yang kedua akan berlalu tanpa hambatan. Materi yang hampir sepenuhnya transparan untuk satu akan sepenuhnya menghentikan yang lain dan sebaliknya.

• Meskipun Anda membutuhkan antena yang agak besar untuk memfokuskan sinar RF 10cm untuk mencapai daya 90% di tempat 1m pada 1 km, lensa yang setara untuk melakukan hal yang sama dengan cahaya 1μm bisa muat di satu tangan.

• Meskipun Anda sebagian besar dapat mengabaikan efek atmosfer (interaksi energi RF dengan molekul udara) di bawah 1GHz atau lebih, kondisi atmosfer akan segera mendominasi di atasnya dan akan menjadi efek utama pada frekuensi cahaya.

• Orang yang mendesain lensa optik sangat menyadari masalah yang berhubungan dengan sinyal broadband (cahaya tampak menempati satu oktaf dari 380 hingga 740 nanometer, atau 430-770 THz). Itu setara dengan masalah yang dihadapi perancang RF broadband, namun RF broadband jarang menjangkau bahkan 5% dari frekuensi operator.

Sebagian besar teknik berurusan dengan model, model yang sangat menyederhanakan masalah yang ada dan memiliki berbagai validitas (semua model salah, beberapa model berguna). Itulah sebabnya dalam rentang RF yang lebih rendah kita berurusan dengan hukum KCL, KVL, dan Ohm di sirkuit kita alih-alih mencoba menyelesaikannya dengan aplikasi langsung persamaan Maxwell. Tetapi semakin tinggi frekuensinya dan sekarang Anda harus beralih ke s-parameter dan saluran transmisi karena kabel berhenti berperilaku sebagai kabel belaka. Tetap lebih tinggi lagi, ke dalam domain "ringan", dan sekarang gunakan foton dan tingkat transisi energi elektron menjadi disarankan.

Tetapi semua model itu hanyalah penyederhanaan persamaan Maxwell dengan domain penerapannya yang sempit . Tetapi mengetahui ini dan di mana model gagal, dapat membantu prima intuisi desain kami.

Pertama, "cahaya" sendiri biasanya berarti "cahaya tampak". Antena tidak memancarkan cahaya tampak.

Kita dapat lebih tepat mengatakan bahwa cahaya adalah radiasi EM dan antena memancarkan radiasi EM.

Mengapa kita tidak bisa menyatakan ini dalam sifat partikel karena akan jauh lebih sederhana secara matematis

Apakah itu? Anda belum mengutip matematika di pos Anda. Dan untuk sebagian besar tujuan, pola gelombang adalah apa yang kita inginkan; ia memberi tahu kita di mana gelombang radio dapat diterima paling kuat. Untuk sebagian besar frekuensi komunikasi, gelombang radio bukan "sinar" seperti cahaya, mereka banyak berubah.

Dalam beberapa kasus, seseorang bisa. Dan tentu saja di dunia meter kita, cahaya bisa sangat dipercaya sebagai sinar. Tapi begitu juga gelombang EM dalam skala 1000000000, dengan objek yang hanya ribuan kilometer.

Tapi, hidup hanya terlihat sederhana untuk optik di dunia kita. Ketika kita harus berurusan dengan perambatan cahaya melalui struktur, array, atau konduktor berukuran mikrometer, perkiraan sinar tidak ada gunanya. (Google plasmonics, photonics atau kristal fotonik dll. Mereka menggunakan mode, resonansi, lebih banyak persamaan Maxwellian.) Sama seperti itu tidak memiliki kekuatan untuk menjelaskan fenomena RF secara akurat di dunia kita.

Mengapa kita tidak bisa hanya menyatakan ini dalam sifat partikel karena akan jauh lebih sederhana secara matematis daripada teori gelombang?

Ketika kita mengatakan bahwa foton adalah "partikel" energi cahaya, yang kita maksudkan adalah hanya jumlah energi yang dapat diserap atau dipancarkan ke dalam medan elektromagnetik.

Tetapi partikel-partikel ini tidak bergerak sesuai dengan aturan balistik yang berlaku untuk peluru atau bola bilyar. Mereka bergerak sesuai dengan persamaan gelombang yang pada dasarnya sama dengan persamaan gelombang yang menggambarkan perambatan elektromagnetik klasik.

Jadi tidak ada makan siang gratis di sini. "Partikel" elektromagnetik sama rumitnya secara matematis dengan gelombang yang digantikannya.

Antena dapat diperlakukan sebagai sumber cahaya, tetapi memancarkan dengan cara yang berbeda. Jika Anda mempertimbangkan antena RF normal, maka ini tidak memancarkan cahaya tampak yang membawa informasi karena cahaya memiliki frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada frekuensi resonansi antena. Antena RF tipikal (3 KHz dan 300 GHz) terlalu besar untuk memancarkan cahaya tampak secara efisien (430-770 THz) karena ukuran ini tidak sesuai. Tapi itu mungkin dengan beberapa antena seperti nanoantennena plasmonic. Dari beberapa perangkat yang memancarkan cahaya tampak dengan cara yang terkendali, nanoantena plasmonic adalah yang paling dekat dengan antena radio tradisional.