Введение

Изотропный излучатель — это теоретический точечный источник волн, излучающий одинаковую интенсивность излучения во всех направлениях. Он может быть основан на звуковых волнах или электромагнитных волнах, в этом случае он также известен как изотропная антенна. У него нет предпочтительного направления излучения, то есть он излучает равномерно во всех направлениях по сфере, центром которой является источник. Изотропные излучатели используются в качестве эталонных излучателей, с которыми сравниваются другие источники, например, при определении усиления антенн. Когерентный изотропный излучатель электромагнитных волн теоретически невозможен, но некогерентные излучатели могут быть построены. Изотропный звуковой излучатель возможен, потому что звук — это продольная волна. Термин изотропное излучение означает радиационное поле, которое имеет одинаковую интенсивность во всех направлениях в каждой точке; таким образом, изотропный излучатель не производит изотропного излучения. Интенсивность волны в любой точке не зависит от угла, а только от расстояния до источника. Предполагая, что он расположен в пустом пространстве, где нет ничего, чтобы поглощать волны, мощность, приходящаяся на сферическую поверхность, окружающую излучатель, с излучателем в центре, независимо от радиуса, должна быть равна общей мощности в ваттах, излучаемой источником. Поскольку плотность мощности в ваттах на квадратный метр, приходящаяся на каждую точку сферы, одинакова, она должна равняться излучаемой мощности, деленной на площадь поверхности сферы. Таким образом, плотность мощности, излучаемая изотропным излучателем, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Термин изотропное излучение обычно не используется для излучения от изотропного излучателя, поскольку он имеет другое значение в физике. В термодинамике он относится к модели электромагнитного излучения, которая была бы обнаружена в области термодинамического равновесия, как, например, в черной тепловой полости при постоянной температуре. В полости в состоянии равновесия плотность мощности излучения одинакова во всех направлениях и во всех точках полости, что означает, что количество мощности, проходящей через единичную поверхность, постоянно в любом месте и при любой ориентации поверхности. Его радиационное поле не может соответствовать волновому уравнению Гельмгольца (выведенному из уравнений Максвелла) одновременно во всех направлениях. Рассмотрим большую сферу, окружающую гипотетический точечный источник, в дальней зоне излучения, так что на этом радиусе волна на разумной площади по существу плоская. В дальней зоне электрическое (и магнитное) поле плоской волны в свободном пространстве всегда перпендикулярно направлению распространения волны. Следовательно, электрическое поле должно быть касательным к поверхности сферы повсюду и непрерывным вдоль этой поверхности. Однако теорема о волосатом шаре показывает, что непрерывное векторное поле, касательное к поверхности сферы, должно обращаться в нуль в одной или нескольких точках сферы, что несовместимо с предположением об изотропном излучателе с линейной поляризацией. Некогерентные изотропные антенны возможны и не нарушают уравнения Максвелла. На практике небольшие антенны всех типов приблизительно изотропны, когда их наибольший размер намного меньше одной длины волны (например, ~ длина волны или меньше): чем меньше антенна, тем более изотропной она становится. Даже если точно изотропная антенна не может существовать на практике, она используется в качестве базы сравнения для расчета диаграммы направленности реальных антенн. Усиление антенны, которое равно диаграмме направленности антенны, умноженной на эффективность антенны, определяется как отношение интенсивности (мощности на единицу площади) радиомощности, принимаемой на заданном расстоянии от антенны (в направлении максимального излучения), к интенсивности, принимаемой от идеально без потерь изотропной антенны на том же расстоянии. Это называется изотропным усилением. Усиление часто выражается в логарифмических единицах, называемых децибелами (дБ). Когда усиление рассчитывается относительно изотропной антенны, они называются децибелами изотропного излучения (dBi). Усиление любой идеально эффективной антенны, усредненное по всем направлениям, равно единице или 0 dBi.

Изотропный приемник

В приложениях измерения ЭМП изотропный приемник (также называемый изотропной антенной) – это откалиброванный радиоприемник с антенной, которая аппроксимирует изотропную диаграмму направленности; то есть, он обладает почти одинаковой чувствительностью к радиоволнам, приходящим с любого направления. Он используется в качестве прибора для измерения поля с целью измерения электромагнитных источников и калибровки антенн. Изотропная приемная антенна обычно реализуется с помощью трех ортогональных антенн или измерительных устройств с всенаправленной диаграммой излучения, таких как короткие диполи или малоразмерные петлевые антенны. Параметр, используемый для определения точности измерений, называется изотропным отклонением.

Оптическая

В оптике изотропный радиатор — это точечный источник света. Солнце является приближением к (некогерентному) изотропному излучателю света. Определенные боеприпасы, такие как сигнальные ракеты и дипольные отражатели, обладают свойствами изотропного радиатора. Является ли радиатор изотропным, не зависит от того, подчиняется ли он закону Ламберта. В качестве радиаторов, сферическое черное тело является и тем, и другим, плоское черное тело — ламбертово, но не изотропное, плоской хромированной пластине свойственно ни то, ни другое, а Солнце, благодаря симметрии, изотропно, но не ламбертово из-за затемнения к краю.

Звук

Изотропный звуковой излучатель — это теоретический громкоговоритель, излучающий одинаковую звуковую мощность во всех направлениях. Поскольку звуковые волны являются продольными, когерентный изотропный звуковой излучатель осуществим; примером может служить пульсирующая сферическая мембрана или диафрагма, поверхность которой расширяется и сжимается радиально во времени, воздействуя на воздух.