¿Referencias para imágenes de radio?

Hay formas en que las ondas EM se pueden usar para reconstruir una representación de la materia y estas técnicas varían ampliamente según el método. Cada método es único y tiene su propio conjunto de problemas. Las mediciones de referencia de UV-D usando ondas ópticas y de RF brindan una buena descripción general. Explica algunas de las aplicaciones, las fuentes de sus ondas EM y problemas/soluciones para diferentes técnicas.

En un panorama más amplio, existen varios problemas con la obtención de imágenes en general que se aplican al uso de ondas EM. Por lo general, esto se simplifica discutiendo las características del campo de dónde se encuentra el objeto en el campo desde la fuente de la emisión EM.

Medición en el campo lejano: su resolución está limitada por el límite de difracción o el límite de difracción de Abbe. Esto es aproximadamente la mitad de la longitud de onda operativa. Para mediciones de campo lejano, se utilizan frecuencias más altas para una resolución más alta. Los radiotelescopios son buenos ejemplos de esta aplicación. Pero en este caso, solo está "obteniendo imágenes" de la energía transmitida en esa banda, que a menudo se ve muy diferente a la misma estructura en el espectro visible. Por ejemplo, los planetas no serían visibles para un radiotelescopio a menos que reflejen energía de radio o la emitan. El radar usa el tiempo y la fuerza del reflejo para determinar la distancia de los objetos y la resolución angular de la antena giratoria para determinar el tamaño (respuesta de impulso y ángulo de llegada). Las cosas que reflejan ondas ópticas también pueden no reflejar ondas EM de radar (microondas, típicamente). Por lo tanto, un barco furtivo puede ser muy visible, pero en el radar está completamente en blanco.

Medición en el campo cercano: No se aplica el límite de difracción. Los campos cercanos están dominados por campos eléctricos o magnéticos de tipo dipolo. Componentes magnéticos de campo cercano debido a corrientes cambiantes de naturaleza dipolar. En contraste con el campo lejano, el patrón de difracción en el campo cercano generalmente difiere significativamente del observado en el infinito y varía con la distancia desde la fuente. En el campo cercano, la relación entre E y B se vuelve muy compleja Técnicas como la microscopía de reflectancia interna total y las súper lentes basadas en metamateriales pueden generar imágenes con una resolución mejor que el límite de difracción al ubicar la lente del objetivo extremadamente cerca (generalmente cientos de nanómetros) al objeto Sin embargo, debido a que estas técnicas no pueden generar imágenes más allá de 1 longitud de onda,

Entonces, dependiendo del tipo de imaginación que le interese, eso lo ayudará a concentrarse en las técnicas involucradas. Como ha mencionado los metamateriales y sus comentarios de generosidad, debo suponer que está interesado en las técnicas de <1 longitud de onda.

La EM de campo cercano es una bestia compleja. El "campo cercano" es una región en la que hay fuertes efectos inductivos y capacitivos de las corrientes y cargas en la antena que provocan componentes electromagnéticos que no se comportan como radiación de campo lejano. La potencia de estos efectos disminuye mucho más rápidamente con la distancia que los efectos de la radiación de campo lejano.

Parte del campo cercano más cercano a la antena (llamado "campo cercano reactivo"), la absorción de energía electromagnética en la región por parte de un segundo dispositivo tiene efectos que retroalimentan al transmisor, aumentando la carga en el transmisor que alimenta el antena al disminuir la impedancia de la antena que el transmisor "ve". Por lo tanto, el transmisor puede sentir que la potencia ha sido absorbida desde la zona de campo cercano más cercana, pero si esta potencia no es absorbida por otra antena, el transmisor no suministra tanta potencia a la antena ni extrae tanta potencia de su antena. fuente de alimentación propia.

En el campo cercano reactivo (muy cerca de la antena), la relación entre las intensidades de los campos E y B suele ser demasiado compleja de predecir. Cualquiera de los componentes del campo puede dominar en un punto, y la relación opuesta puede dominar en un punto a poca distancia. Esto hace que encontrar la densidad de potencia real en esta región sea problemático. Para calcular la potencia, no solo se deben medir E y B, sino que también se debe conocer la relación de fase entre E y B, así como el ángulo entre los dos vectores en cada punto del espacio. La medición de esta energía puede ser difícil. Las máquinas de resonancia magnética son un ejemplo clásico de sistemas de imágenes de campo cercano que realizan esta tarea notablemente bien.

El otro tema complejo se relaciona con la frecuencia en uso. Diferentes materiales responden de manera diferente a diferentes frecuencias. Esto significa que cada técnica tiene un rango de frecuencia limitado. Aunque los principios operativos pueden ser los mismos para todos estos métodos, la tecnología tiende a ser completamente diferente. Un científico que trabaja con imágenes de MRI no sabría cómo hacer que las imágenes de THz funcionen porque el cuerpo de conocimiento es muy diferente a pesar de que los principios de EM son los mismos.

Los metamateriales (y la referencia aquí también y su diario ) se utilizan para cambiar las ondas (incluso las ondas de sonido y las ondas sísmicas) de una manera que antes no se creía posible. Se dividen en 6 categorías principales:

1. Materiales de índice negativo: en 1968, Victor Veselago publicó un artículo que teorizaba la propagación de ondas planas en un material cuya permitividad y permeabilidad se suponía que eran simultáneamente negativas. En dicho material, demostró que la velocidad de fase sería antiparalela a la dirección del vector de Poynting.
2. Metamateriales negativos únicos: en los metamateriales negativos únicos (SNG), la permitividad relativa (εr) o la permeabilidad relativa (µr) son negativas, pero no ambas.
3. Metamateriales de banda prohibida electromagnética: Los metamateriales de banda prohibida electromagnética controlan la propagación de la luz. Esto se logra con una clase de metamaterial: cristales fotónicos (PC) u otra clase conocida como materiales zurdos (LHM). Ambos son una nueva clase de estructura diseñada artificialmente y controlan y manipulan la propagación de ondas electromagnéticas.
4. Medio positivo doble: los medios positivos dobles (DPS) ocurren en la naturaleza, como los dieléctricos naturales. La permitividad y la permeabilidad magnética son positivas y la propagación de la onda es hacia adelante.
5. Metamateriales biisotrópicos y bianisotrópicos: en muchos ejemplos de metamateriales electromagnéticos, el campo eléctrico provoca la polarización magnética y el campo magnético induce una polarización eléctrica, es decir, un acoplamiento magnetoeléctrico. Dichos medios se denominan biisotrópicos. Los medios que exhiben acoplamiento magnetoeléctrico y que también son anisotrópicos (que es el caso de muchas estructuras de metamateriales de uso común) se denominan bianisotrópicos.
6. Metamateriales quirales: las propiedades de propagación de ondas en metamateriales quirales demuestran que la refracción negativa se puede realizar en metamateriales quirales con una fuerte quiralidad, sin ε ni μ negativos como requisito.

¿Empezar a aprenderlo desde cero? Concéntrese en las ecuaciones y técnicas de EM y Maxwell para resolverlas, medirlas y verificarlas. Aprenda algunas técnicas ópticas en el camino, además de las técnicas de procesamiento de señales (estadísticas, señales y sistemas), elija un tipo de imagen que le interese y luego concéntrese en sus técnicas y materiales. Estás haciendo una pregunta muy amplia, así que espero haber cubierto de alguna manera lo que te interesa saber.

Editar (no había notado que editó su pregunta): específicamente con cualquier tipo de conjunto de antenas (óptica o RF), se mide la amplitud y la fase de la señal entrante. Luego, utilizando una señal de tiempo de alta precisión, esta información se puede combinar de modo que sea como mirar a través de dos posiciones separadas en el espacio al mismo tiempo. Además, estas señales también se pueden manipular en tiempo real para recombinar señales utilizando mecanismos de retardo o cambio de fase. Debido a la naturaleza de las ondas de radio y los componentes relacionados con la fase de detección y la amplitud, hemos tenido esta tecnología desde la década de 1950, pero la hemos ampliado mucho en los últimos 20 años. Y solo recientemente hemos podido hacer esto también ópticamente desde la década de 1990.

Los principios son los mismos en cada caso, pero debido a cómo la materia responde a diferentes longitudes de onda, la tecnología para lograr la interferometría es muy diferente en frecuencias ópticas que en radiofrecuencias. Ha habido una gran cantidad de trabajo involucrado en la expansión de estos conceptos para incluir la deconvolución no lineal que permite el uso de imágenes de diferentes ubicaciones con malas correlaciones de línea de base, así como aperturas sintéticas heterodinas.

Eche un vistazo a la variedad de técnicas de interferómetro , interferómetros astronómicos e interferómetros de radio .

Esta es una respuesta parcial, con respecto a algunas referencias:

RF Óptica y detectores

Mediciones usando ondas ópticas y de RF (Editado por Frederique de Fornel, Pierre-Noël Favennec)

Manual enciclopédico de óptica integrada (editado por Kenichi Iga, Yasuo Kokubun)

Metamateriales RF para puntos de bonificación

Metamateriales electromagnéticos: teoría de la línea de transmisión y microondas... (Christophe Caloz, Tatsuo Itoh)

Teoría y Fenómenos de los Metamateriales (Filippo Capolino)

Este es un clip reciente de Youtube titulado "Metamateriales en RF y circuitos integrados de ondas milimétricas".

Un capítulo completo RF Metamateriales de la fuente: "Teoría y fenómenos de los metamateriales"

Espero que estos sean de alguna utilidad.