Gli elettroni di un’antenna (a conduttore) seguono la corrente impressa, che è necessariamente una corrente alternata (sinusoidale, a parte le modulazioni impresse per trasmettere l’informazione), e sono quindi accelerati.
Una carica accelerata emette onde elettromagnetiche.
Questo può essere dimostrato partendo dalle equazioni di Maxwell, ricavando anche il modo con cui vengono emesse queste onde. Per una carica in moto oscillatorio si ottiene il diagramma di radiazione del dipolo Hertziano. I calcoli si trovano su ogni libro di elettromagnetismo, e necessitano di una buona conoscenza dell’analisi vettoriale.
Nel 1897, Larmor ha ricavato la potenza irradiata da una carica accelerata (formula di Larmor); e questo risultato è stato esteso da Lienard ai fenomeni relativistici.
C’è un modo un po’ più intuitivo per spiegare il fenomeno, dovuto a J.J.Thomson, e riportato da Malcom Longair nell’ottimo libro "High Energy Astrophysics. Vol. 1" (Cambridge University Press 1992). Si consideri una carica q posta nell’origine di un sistema inerziale, al tempo t = 0. La carica subisce poi una piccola accelerazione impulsiva che la porta ad avere una velocità Δv nel tempo Δt. Le linee di forza del campo elettrico generato dalla carica accelerata dopo un tempo t, sono diverse dentro o fuori la sfera di raggio r = ct centrata nell’origine. Fuori dalla sfera il campo elettrico ancora non "sa" che la carica si è mossa dall’origine (perché l’informazione viaggia alla velocità della luce c), e quindi le linee di forza sono centrate nell’origine, mentre all’interno della sfera le linee di forza sono centrate sulla nuova posizione della carica (fig.1).
Figura 1 – Linee di forza di una carica accelerata (da M.Longair High Energy Astrophysics)
Sulla buccia (spessa cΔt) della sfera si ha una variazione rapida del campo elettrico, con una componente tangenziale, che svolgendo i conti, è proporzionale all’accelerazione Δv/Δt e al seno dell’angolo rispetto alla direzione dell’accelerazione. Questo si intuisce anche dalla figura: lungo la direzione dell’accelerazione le linee di forza non hanno discontinuità. La buccia con la discontinuità si muove radialmente alla velocità della luce, quindi si ha un impulso di onde elettromagnetiche emesse preferenzialmente nel piano perpendicolare alla direzione in cui si muove la carica. Non sono emesse invece lungo la direzione del moto della carica, quindi il diagramma di radiazione di un dipolo Hertziano è simile ad una ciambella.
Si vedano le risposte sulle antenne in generale e sui dipoli in particolare
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=11998
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=4782
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1606
Antenne completamente isotrope non esistono, ma sono un comodo modello matematico. Un dipolo può essere considerato isotropo nel piano azimuthale. Per avere un’antenna direttiva occorre avere più emettitori (array) o un riflettore. In effetti è quasi la stessa cosa, un riflettore può essere visto come un array di piccoli dipoli infinitesimi. L’interferenza tra i vari elementi dell’array genera in alcune direzioni un guadagno, e in altre un’attenuazione, creando così un’antenna direttiva.
Si vedano le risposte sugli array
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8300
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=11645
Si è detto che una carica accelerata emette onde elettromagnetiche, e imponendo una corrente alternata in un conduttore di forma e dimensioni opportune si ha un’antenna. Ma esistono altri esempi di questo fenomeno:
– una carica che compie un’orbita circolare a causa di un campo magnetico è accelerata (accelerazione centripeta); l’emissione si chiama in questo caso radiazione di sincrotrone (http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=6537)
– una particella carica che interagisce con la materia viene rallentata dalle interazioni con i nuclei, in questo caso l’emissione di onde è chiamata "bremsstrahlung" che vuol dire radiazione di frenamento(http://en.wikipedia.org/wiki/Bremsstrahlung)
Per quanto riguarda la differenza tra ERP (Effective Radiated Power cioè Potenza Equivalente Irradiata) ed EIRP (Effective Isotropic Radiated Power cioè Potenza Equivalente Isotropa Irradiata) è questione di convenzione. Di solito i termini indicano la stessa cosa, cioè la potenza che irradierebbe un’antenna isotropa per avere la stessa densità di potenza di un’antenna data in direzione del suo massimo guadagno: è uguale cioè al prodotto della potenza trasmessa per il guadagno d’antenna. In entrambi i casi possono o meno essere considerate le perdite di antenna. Nel caso dell’ERP qualcuno si riferisce invece che ad un’antenna isotropa ad un dipolo a mezz’onda(http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_radiated_power).