Введение

Эквивалентность между дополнительными типами антенн
В физике принцип Бабине гласит, что дифракционная картина, создаваемая непрозрачным телом, идентична дифракционной картине, создаваемой отверстием того же размера и формы, за исключением общей интенсивности прямого пучка. Он был сформулирован в 1800-х годах французским физиком Жаком Бабине. Квантовая версия принципа Бабине была выведена в контексте квантовых сетей.

Пояснение

Предположим, что B — исходное дифракционное тело, а B' — его дополнение, то есть тело, которое прозрачно. Сумма дифракционных картин, создаваемых B и B', должна быть идентична дифракционной картине неослабленного луча. В областях, недоступных для неослабленного луча, это означает, что дифракционные картины, создаваемые B и B', должны быть сдвинуты по фазе на 180 градусов, но иметь одинаковую амплитуду. Дифракционные картины от апертур или тел известных размеров и формы сравниваются с картиной от измеряемого объекта. Например, размер красных кровяных телец можно определить, сравнив их дифракционную картину с массивом небольших отверстий. Одним из следствий принципа Бабине является парадокс затухания, который утверждает, что в дифракционном пределе излучение, удаленное из луча частицей, равно удвоенному эффективному сечению частицы, умноженному на поток. Это происходит потому, что количество поглощенного или отраженного излучения равно потоку через эффективное сечение частицы, но согласно принципу Бабине свет, дифрактированный вперед, эквивалентен свету, который прошел бы через отверстие в форме частицы; следовательно, количество света, дифрактированного вперед, также равно потоку через эффективное сечение частицы. Принцип наиболее часто используется в оптике, но он также справедлив для других форм электромагнитного излучения и, по сути, является общей теоремой дифракции в волновой механике. Наиболее полезным свойством принципа Бабине является его способность выявлять эквивалентность размеров и форм.

Демонстрационный эксперимент

Эффект можно легко наблюдать, используя лазер. Сначала поместите тонкую проволоку (приблизительно 0,1 мм) в лазерный луч и наблюдайте за дифракционной картиной. Затем наблюдайте дифракционную картину, когда лазер направлен через узкую щель. Щель можно создать либо с помощью лазерного принтера или копировального аппарата, печатая на прозрачной пластиковой пленке, либо с помощью булавки, проводя линию на куске стекла, закопченного над пламенем свечи.

Принцип Бабине в радиочастотных структурах

Принцип Бабине может быть использован в антенной технике для определения дополнительных импедансов. Следствием этого принципа является следующее:

где Zmetal и Zslot – входные импедансы металлических и щелевых излучающих элементов, а – волновое сопротивление среды, в которую погружена структура. Кроме того, Zslot является не только импедансом щели, но может рассматриваться и как импеданс дополнительной структуры (например, диполя или петли во многих случаях). Также Zmetal часто называют Zscreen, где термин "экран" происходит из оптического определения. Тонкий лист или экран не обязательно должен быть металлическим, а может быть любым материалом, поддерживающим (вектор плотности тока), приводящий к магнитному потенциалу. Одной из проблем этого уравнения является то, что экран должен быть относительно тонким по сравнению с длиной волны (или диапазоном длин волн). В противном случае могут начать формироваться собственные моды или краевые поля перестанут быть пренебрежимо малыми. Для более общего определения эта или волнового сопротивления следует отметить, что принцип Бабине не учитывает поляризацию. В 1946 году Г. Букер опубликовал работу "Слотовые антенны и их связь с дополнительными антеннами из проволоки", чтобы расширить принцип Бабине с учетом поляризации (также известное как расширение Букера). Данная информация взята из третьего издания учебника "Теория антенн" Balanis, как указано выше.