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.
Thus the power density radiated by an isotropic radiator decreases with the inverse square of the distance from the source. The term isotropic radiation is not usually used for the radiation from an isotropic radiator because it has a different meaning in physics. In thermodynamics it refers to the electromagnetic radiation pattern which would be found in a region at thermodynamic equilibrium, as in a black thermal cavity at a constant temperature. In a cavity at equilibrium the power density of radiation is the same in every direction and every point in the cavity, meaning that the amount of power passing through a unit surface is constant at any location, and with the surface oriented in any direction. Its radiation field could not be consistent with the Helmholtz wave equation (derived from Maxwell's equations) in all directions simultaneously. Consider a large sphere surrounding the hypothetical point source, in the far field of the radiation pattern so that at that radius the wave over a reasonable area is essentially planar. In the far field the electric (and magnetic) field of a plane wave in free space is always perpendicular to the direction of propagation of the wave. So the electric field would have to be tangent to the surface of the sphere everywhere, and continuous along that surface. However the hairy ball theorem shows that a continuous vector field tangent to the surface of a sphere must fall to zero at one or more points on the sphere, which is inconsistent with the assumption of an isotropic radiator with linear polarization. Incoherent isotropic antennas are possible and do not violate Maxwell's equations. In practice, small antennas of all types are approximately isotropic whenever their longest dimension is much less than one wavelength (say, ~ wave or less): The smaller the antenna, the more nearly isotropic it becomes. Even though an exactly isotropic antenna cannot exist in practice, it is used as a base of comparison to calculate the directivity of actual antennas. Antenna gain which is equal to the antenna's directivity multiplied by the antenna efficiency, is defined as the ratio of the intensity (power per unit area) of the radio power received at a given distance from the antenna (in the direction of maximum radiation) to the intensity received from a perfect lossless isotropic antenna at the same distance. This is called isotropic gain
Gain is often expressed in logarithmic units called decibels (dB). When gain is calculated with respect to an isotropic antenna, these are called decibels isotropic (dBi)
The gain of any perfectly efficient antenna averaged over all directions is unity, or 0 dBi.
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.