Кіріспе

Изотроптық радиатор — толқындарды барлық бағытта бірдей қарқындылықпен сәулелендіретін теориялық нүктелік толқын көзі. Ол дыбыс толқындарына немесе электромагниттік толқындарға негізделуі мүмкін, сонда ол изотроптық антенна деп те аталады. Оның сәулеленудің ерекше бағыты жоқ, яғни ол көздің үстінен өтетін шар бетінің бойымен барлық бағытта біркелкі сәулелендіреді. Изотроптық радиаторлар басқа көздермен салыстыру үшін, мысалы, антенналардың күшіне жету үшін эталондық радиаторлар ретінде қолданылады. Электромагниттік толқындардың когерентті изотроптық радиаторы теориялық тұрғыдан мүмкін емес, бірақ когерентті емес радиаторларды жасауға болады. Дыбыс — бойлық толқын болғандықтан, изотроптық дыбыс радиаторы болуы мүмкін. Изотроптық сәулелену термині — әрбір нүктеде бірдей интенсивтілікке ие сәулелену өрісін білдіреді; сондықтан изотроптық радиатор изотроптық сәулеленуді тудырмайды. Толқындардың кез келген нүктедегі күші бұрыштық бағытқа емес, көзден алыстығына ғана байланысты. Егер ол толқындарды сіңіретін ештеңе жоқ бос кеңістікте орналасқан болса, радиаторды қоршаған шар бетіне түсетін қуат, радиусына қарамастан, көзден шығарылатын жалпы қуатқа тең болуы керек. Шардың әрбір нүктесіне түсетін қуат тығыздығы бірдей болғандықтан, ол шардың бетінің ауданына бөлінген сәулеленген қуатқа тең болуы керек. Осылайша, изотроптық радиатордың сәулеленген қуат тығыздығы көзден қашықтықтың квадратына кері пропорционалды түрде кемиді. Изотроптық сәулелену термині әдетте изотроптық радиатордан шығатын сәулелену үшін қолданылмайды, себебі физикада оның басқа мағынасы бар. Термодинамикада ол тұрақты температурадағы қара дене қуысы сияқты термодинамикалық тепе-теңдіктегі аймақта кездесетін электромагниттік сәулелену үлгісін білдіреді. Тепе-теңдіктегі қуыста сәулеленудің қуат тығыздығы қуыстың барлық бағыттары мен нүктелерінде бірдей, яғни бірлік бетінен өтетін қуат мөлшері кез келген жерде және бет кез келген бағытта тұрақты болады. Оның сәулелену өрісі Максвелл теңдеулерінен туындаған Гельмгольц толқын теңдеуімен бір мезгілде барлық бағыттар бойынша сәйкес келмейді. Радиациялық өрнектің алыс өрісіндегі гипотетикалық нүктелік көзді қоршаған үлкен шарды қарастырайық, осы радиустағы толқын ұтымды аумақта негізінен жазық болады. Алыстағы өрісте бос кеңістіктегі жазық толқынның электр (және магниттік) өрісі үнемі толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады. Сондықтан электр өрісі шардың бетіне әр жерде жанасуы керек және сол бетте үздіксіз болуы керек. Алайда, «түкті шар» теоремасы шардың бетіне жанасатын үздіксіз векторлық өріс шардың бір немесе бірнеше нүктесінде нөлге түсуі керектігін көрсетеді, бұл сызықтық поляризациясы бар изотроптық радиатордың болжамдарына қайшы келеді. Когерентті емес изотроптық антенналар мүмкін және Максвелл теңдеулерін бұзбайды. Іс жүзінде, барлық типтегі кішкентай антенналар ең ұзын өлшемдері бір толқын ұзындығынан әлдеқайда аз болған кезде шамамен изотроптық болып табылады (мысалы, толқынның төрттен бірі немесе одан да аз). Антенна неғұрлым кіші болса, соғұрлым изотроптық болады. Нақты изотроптық антенна болмаса да, ол нақты антенналардың бағыттылығын есептеу үшін салыстыру негізі ретінде қолданылады. Антеннаның тиімділігімен көбейтілген антеннаның бағыттылығына тең антеннаның күші, антеннадан белгілі бір қашықтықта (ең жоғары сәулелену бағытында) алынған радио қуатының интенсивтілігінің (аудан бірлігіне қуат) және сол қашықтықтағы жоғалтусыз изотроптық антеннадан алынған интенсивтіліктің арақатынасы ретінде анықталады. Бұл изотроптық күш деп аталады. Күш көбінесе децибел (дБ) деп аталатын логарифмдік бірліктерде көрсетіледі. Күш изотроптық антеннаға қатысты есептелгенде, олар изотроптық децибел (dBi) деп аталады. Кез келген тиімді антеннаның барлық бағыттар бойынша орташаланған күші бірлікке тең немесе 0 дБи.

Изотроптық қабылдағыш

ЭМҚ өлшеу қолданбаларында изотроптық қабылдағыш (немесе изотроптық антенна) – изотроптық қабылдау диаграммасына жақын антеннасы бар калибрленген радио қабылдағыш; яғни, ол кез келген бағыттан келетін радио толқындарға шамамен бірдей сезімталдыққа ие. Ол электромагниттік көздерді өлшеу және антенналарды калибрлеу үшін өріс өлшеу құралы ретінде қолданылады. Изотроптық қабылдау антеннасы көбінесе үш өзара перпендикуляр антеннамен немесе қысқа дипольдер немесе кішкентай контурлық антенналар сияқты барлық бағытта сәулеленетін сенсорлық құрылғылармен шамаластырылады. Өлшемдердегі дәлдікті анықтауға қолданылатын параметр изотроптық ауытқу деп аталады.

Оптика

Оптикада изотроптық радиатор – жарықтың нүктелік көзі. Күн жарықтың (когерентсіз) изотроптық радиаторына жақын. Жалын мен шашырату сияқты кейбір қару-жарақтар изотроптық радиатор қасиеттеріне ие. Радиатордың изотроптық болуы Ламберт заңына бағынуына тәуелсіз. Радиатор ретінде шар тәрізді қара дене екеуі де, ал жалпақ қара дене Ламберт қасиетті, бірақ изотроп емес, жалпақ хром жапырақшасы екеуі де емес. Симметрия бойынша Күн изотроп, бірақ шекараның қараңғылауы себепті Ламберт қасиетті емес.

Дыбыс

Изотроптық дыбыс радиаторы – барлық бағытта тең дыбыс көлемін сәулелендіретін теориялық динамик. Дыбыс толқындары бойлық толқындар болғандықтан, когерентті изотроптық дыбыс радиаторы жасау мүмкін; мысалы, импульстік шар тәрізді мембрана немесе диафрагма, оның беті уақыт өте радиалды түрде кеңейіп, тарылып, ауаны итеріп шығарады.