Рекомендации по радиовизуализации?

Существуют способы использования электромагнитных волн для реконструкции представления о материи, и эти методы сильно различаются в зависимости от метода. Каждый метод очень уникален и имеет свой собственный набор проблем. Справочник UV-D « Измерения с использованием оптических и радиочастотных волн» дает хороший обзор. Он объясняет некоторые приложения, источники их электромагнитных волн и проблемы/решения для различных методов.

В более широкой картине есть несколько проблем с визуализацией в целом, которые относятся к использованию электромагнитных волн. Обычно это упрощается путем обсуждения характеристик поля того, где в поле находится объект от источника электромагнитного излучения.

Измерение в дальней зоне: ваше разрешение ограничено дифракционным пределом или пределом дифракции Аббе. Это примерно 1/2 рабочей длины волны. Для измерений в дальней зоне используются более высокие частоты для более высокого разрешения. Радиотелескопы являются хорошими примерами этого приложения. Но в этом случае вы только «отображаете» энергию, передаваемую в этом диапазоне, которая часто выглядит совсем иначе, чем та же самая структура в видимом спектре. Например, планеты не будут видны радиотелескопу, если только они не отражают радиоэнергию или не излучают ее. Радар использует синхронизацию и силу отражения для определения расстояния до объектов, а также угловое разрешение вращающейся антенны для определения размера (импульсная характеристика и угол прихода). Вещи, отражающие оптические волны, могут также не отражать радарные электромагнитные волны (обычно микроволны). Так что катер-невидимка может быть хорошо заметен, но на радаре ничего не видно.

Измерение в ближнем поле: Дифракционный предел не применяется. В ближних полях преобладают электрические или магнитные поля дипольного типа. Магнитные компоненты ближнего поля, обусловленные изменяющимися токами дипольной природы. В отличие от дальнего поля, дифракционная картина в ближнем поле обычно существенно отличается от наблюдаемой на бесконечности и меняется с расстоянием от источника. В ближнем поле взаимосвязь между E и B становится очень сложной. Такие методы, как микроскопия полного внутреннего отражения и суперлинза на основе метаматериалов, позволяют получать изображения с разрешением выше дифракционного предела, располагая линзу объектива очень близко (обычно сотни нанометров) к объекту. Однако, поскольку эти методы не могут отображать изображение за пределами 1 длины волны,

Таким образом, в зависимости от типа воображения, которое вас интересует, это поможет вам сосредоточиться на задействованных техниках. Поскольку вы упомянули метаматериалы и свои комментарии о наградах, я должен предположить, что вы заинтересованы в методах с длиной волны <1.

ЭМ ближнего поля — сложный зверь. «Ближнее поле» — это область, в которой существуют сильные индуктивные и емкостные эффекты от токов и зарядов в антенне, которые вызывают электромагнитные компоненты, которые не ведут себя как излучение дальнего поля. Эти эффекты уменьшаются по мощности гораздо быстрее с расстоянием, чем эффекты излучения в дальней зоне.

Ближайшая к антенне часть ближнего поля (называемая «реактивным ближним полем»), поглощающая электромагнитную энергию в этой области вторым устройством, имеет эффект обратной связи с передатчиком, увеличивая нагрузку на передатчик, который питает антенну за счет уменьшения импеданса антенны, который «видит» передатчик. Таким образом, передатчик может определить, что мощность была поглощена из ближайшей зоны ближнего поля, но если эта мощность не поглощается другой антенной, передатчик не подает столько энергии на антенну и не потребляет столько же энергии от своей антенны. собственное электроснабжение.

В реактивном ближнем поле (очень близко к антенне) соотношение между напряженностями полей E и B часто слишком сложно предсказать. Любая составляющая поля может доминировать в одной точке, а противоположное соотношение может доминировать в точке, расположенной на небольшом расстоянии. Это делает проблематичным определение истинной плотности мощности в этой области. Для расчета мощности необходимо измерить не только E и B, но и фазовое соотношение между E и B, а также угол между двумя векторами в каждой точке пространства. Измерение этой энергии может быть затруднено. Аппараты МРТ являются классическим примером систем визуализации ближнего поля, которые замечательно справляются с этой задачей.

Другой сложный вопрос касается используемой частоты. Различные материалы реагируют по-разному на разных частотах. Это означает, что каждый метод имеет ограниченный частотный диапазон. Несмотря на то, что принципы работы могут быть одинаковыми для всех этих методов, технология, как правило, совершенно различна. Ученый, работающий с МРТ-изображением, не будет знать, как заставить работать ТГц-изображение, потому что объем знаний сильно отличается, хотя принципы ЭМ одинаковы.

Метаматериалы (а также ссылка на них и их журнал ) используются для изменения волн (даже звуковых волн и сейсмических волн) способом, который ранее считался невозможным. Они делятся на 6 основных категорий:

1. Материалы с отрицательным индексом: В 1968 году Виктор Веселаго опубликовал статью, в которой теоретизировал распространение плоских волн в материале, диэлектрическая и проницаемость которого считались одновременно отрицательными. Он показал, что в таком материале фазовая скорость будет антипараллельной направлению вектора Пойнтинга.
2. Одиночные отрицательные метаматериалы: в одиночных отрицательных (SNG) метаматериалах либо относительная диэлектрическая проницаемость (εr), либо относительная проницаемость (µr) отрицательны, но не оба.
3. Метаматериалы с электромагнитной запрещенной зоной: метаматериалы с электромагнитной запрещенной зоной контролируют распространение света. Это достигается либо с классом метаматериалов: фотонными кристаллами (ПК), либо с другим классом, известным как левые материалы (LHM). Оба представляют собой новый класс искусственно созданных структур, и оба контролируют и управляют распространением электромагнитных волн.
4. Двойная положительная среда: Двойные положительные среды (DPS) действительно встречаются в природе, например, встречающиеся в природе диэлектрики. И диэлектрическая, и магнитная проницаемости положительны, и волна распространяется в прямом направлении.
5. Биизотропные и бианизотропные метаматериалы: во многих примерах электромагнитных метаматериалов электрическое поле вызывает магнитную поляризацию, а магнитное поле индуцирует электрическую поляризацию, т. е. магнитоэлектрическую связь. Такие среды называются биизотропными. Среды, которые проявляют магнитоэлектрическую связь, а также являются анизотропными (что характерно для многих широко используемых структур метаматериалов), называются бианизотропными.
6. Хиральные метаматериалы: свойства распространения волн в хиральных метаматериалах демонстрируют, что отрицательное преломление может быть реализовано в хиральных метаматериалах с сильной хиральностью, при этом не требуется ни отрицательных ε, ни μ.

Начать учиться с нуля? Сосредоточьтесь на ЭМ и уравнениях Максвелла и методах их решения, измерения и проверки. Изучите некоторые методы оптики в дополнение к методам обработки сигналов (статистика, сигналы и системы), выберите тип изображения, который вас интересует, а затем сосредоточьтесь на их методах и материалах. Вы задаете очень широкий вопрос, поэтому я надеюсь, что каким-то образом осветил то, что вам интересно узнать.

Редактировать (я не заметил, что вы отредактировали свой вопрос): в частности, с любой антенной решеткой (оптической или радиочастотной) измеряются амплитуда и фаза входящего сигнала. Затем, используя высокоточный синхронизирующий сигнал, эта информация может быть объединена так, что это похоже на просмотр двух положений, разделенных в пространстве в одно и то же время. Кроме того, этими сигналами можно также манипулировать в реальном времени для рекомбинации сигналов с использованием механизмов задержки или фазового сдвига. Из-за природы радиоволн и компонентов, связанных с определением фазы и амплитуды, у нас есть эта технология с 1950-х годов, но мы значительно расширили ее за последние 20 лет. И только недавно, с 1990-х годов, мы смогли сделать это оптически.

Принципы одни и те же в каждом случае, но из-за того, как материя реагирует на разные длины волн, технология интерферометрии сильно отличается на оптических и радиочастотах. Был проделан большой объем работ по расширению этих концепций, включая нелинейную деконволюцию, которая позволяет использовать изображения из разных мест с плохой корреляцией базовой линии, а также гетеродинные синтетические апертуры.

Внимательно изучите различные методы интерферометров , астрономические интерферометры и радиоинтерферометры .

Это частичный ответ в отношении некоторых ссылок:

Радиочастотная оптика и детекторы

Измерения с использованием оптических и радиочастотных волн (под редакцией Фредерика де Форнеля, Пьера-Ноэля Фавеннека)

Энциклопедический справочник по интегрированной оптике (под редакцией Кеничи Ига, Ясуо Кокубун)

RF Metamaterials для бонусных баллов

Электромагнитные метаматериалы: теория линий передачи и микроволновая печь... (Кристоф Калоз, Тацуо Ито)

Теория и явления метаматериалов (Филиппо Каполино)

Это недавний клип на Youtube под названием «Метаматериалы в радиочастотных и миллиметровых интегральных схемах».

Целая глава РФ Метаматериалы из источника: "Теория и явления метаматериалов"

Я надеюсь, что они будут полезны.