Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

Lucifer
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Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#1

Beitrag von Lucifer »

Hallo zusammen, ich befasse mich gerade mit den elektromagnetischen Welle im CB Funk und ich habe dazu einige Fragen.

Die Wellenlänge beträgt 11m und wir haben eine Leistung von 4Watt Sendeleistung. Wie wirkt sich eine Erhöhung der Sendeleistung auf die Welle aus? Wir feuern mit Lichtgeschwindigkeit die Welle ab und trotzdem ist die Reichweite dieser elektromagnetischen Wellen begrenzt. Liegt das daran, dass durch die 4Watt Leistung die Welle auf dem Weg an Leistung verliert, also einfach die Welle ausläuft? Wenn man die Leistung erhöhen würde, was ändert sich dann? Die Höhe der Welle, also die Feldstärke und die damit verbundenen Möglichkeit störende Hindernisse, wie Gebäude, Bäume usw. zu durchdringen?

Ich erkläre mir das so, dass die Feldstärke einfach abnimmt bis zu einer Nullinie. Stimmt das?
fragnix
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#2

Beitrag von fragnix »

Ich kehre mal den Mathematiker heraus: Die 4W findest Du in der Amplitude der Welle wieder. Diese Welle verteilt sich in einem immer grösseren Raum, und weist daher an einem beliebigen aber bestimmten Punkt weniger Amplitude auf. Die Gesamtenergie ist schon noch da, nur weiter verteilt. Der Physiker ruft nun herein "Entropie!" ;-)

Wenn Dein Gegenüber Dich mit 4W nicht mehr hören kann, dann ist seine Empfangsanlage nur zu unempfindlich. Die NSA kann Dich auch zehnmal weiter entfernt noch gut hören. Die Welle endet schliesslich nicht. "Quantisierung" ruft der Physiker wieder herein, aber den ignorieren wir für den Moment einmal.

Leistungserhöhung führt zu höherer Amplitude, und damit zu besserer Aufnahme beim tauben Gegenüber.

Die meisten elektromagnetischen Wellen dürften um die meisten Hindernisse herumgehen, daher nehme ich Dich mit 16W besser auf, egal ob da nun mehr Welle durch den Baum durchging oder nicht. Aber ja, wenn der Baum zu 99% dämpft / absorbiert, dann bleiben bei 16W mehr über als bei 4W.
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DocEmmettBrown
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#3

Beitrag von DocEmmettBrown »

Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 17:04Ich erkläre mir das so, dass die Feldstärke einfach abnimmt bis zu einer Nullinie. Stimmt das?
Niemals bis Null! Nie! Kann wirklich sowas von dermaßen winzig klein werden, aber nie Null! Wenn Du mit Deinem Raumschiff im Andromedanebel mit 4 W sendest, dann kommt hier nach was weiß ich wievielen Lichtjahren Entfernung immer noch ein ganz gar furchtbar winziger Teil an, wenn er nicht im Rauschen und PLC-Geknatter untergeht.

Alles andere hat Dir fragnix bereits beantwortet. :)

73 de Daniel
Lucifer
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#4

Beitrag von Lucifer »

Also ist die elektromagnetische Welle im Bezug auf der Höhe der Amplitude irreversibel? Also nach einer bestimmten Strecke werden die Amplitude niedriger aber die Energie bleibt? Wo bleibt die Energie und die Wellen?

Wenn die Leistung erhöht wird und die Amplitude somit höher sind, entsteht mehr Reichweite, weil wir mit unseren "normalen" Empfangsanlagen dann die abgeschwächte Wellen , die dann immer noch eine brauchbare Amplitude aufweisen empfangen können. Wenn die Welle nach einer Strecke schmaler werden, wieso können wir dann diese nicht mehr empfangen? Sind diese dann anfälliger gegenüber Abschirmungen durch Wiesen, Wälder, und Gebäuden? Oder verlieren die sich im Raum?

Entschuldige bitte die vielen Fragen, aber ich muss das verstehen :D
Lucifer
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#5

Beitrag von Lucifer »

Achso, noch etwas. Ändert sich in irgendeiner Form der Lambdawert oder bleibt der auch bei den niedrigen Amplituden immer 11m?
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DocEmmettBrown
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#6

Beitrag von DocEmmettBrown »

Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 19:35Also ist die elektromagnetische Welle im Bezug auf der Höhe der Amplitude irreversibel? Also nach einer bestimmten Strecke werden die Amplitude niedriger aber die Energie bleibt? Wo bleibt die Energie und die Wellen?
Die Energie verteilt sich auf eine größere Fläche oder Raum. Stell Dir einen Radiosender vor. Die Energie ist in 1 km Umkreis noch am stärksten. In 20 km Umkreis ist sie niedriger, dafür aber aber wird eine größere Fläche abgedeckt. Du kannst das auch selber zuhause in sehr kleinen Rahmen ausprobieren: Füll eine Schüssel mit Wasser und tupf mit dem Finger hinein. Dann breiten auch auch konzentrische Kreise um den Sender (Deinem Finger) aus, deren Energie in Richtung Rand der Schüssel immer weiter abnimmt.
Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 19:35Wenn die Leistung erhöht wird und die Amplitude somit höher sind, entsteht mehr Reichweite, weil wir mit unseren "normalen" Empfangsanlagen dann die abgeschwächte Wellen , die dann immer noch eine brauchbare Amplitude aufweisen empfangen können.
Das mit der Reichweite ist nur für die Vorstellungskraft. Im Idealfall ist die Reichweite der Welle tatsächlich immer unendlich, aber die Energie (das ist das, was Du auf der S-Eieruhr ablesen kannst) nimmt halt mit der Entfernung ab.
Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 19:35Wenn die Welle nach einer Strecke schmaler werden, wieso können wir dann diese nicht mehr empfangen?
Schmaler? :shock:
Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 19:35Sind diese dann anfälliger gegenüber Abschirmungen durch Wiesen, Wälder, und Gebäuden? Oder verlieren die sich im Raum?
Die Wellen werden durch Wiesen, Wälder, Gebäude und Wassermoleküle in Deiner Schüssel gedämpft, erreichen aber niemals eine Amplitude von 0,0. Denk dran, eine Welle hat immer eine elektrische (V/m) und eine magnetische (A/m) Komponente!
Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 19:43Ändert sich in irgendeiner Form der Lambdawert oder bleibt der auch bei den niedrigen Amplituden immer 11m?
Beantworte Dir die Frage doch einfach selbst: Wenn morgen Dein Wecker rappelt, klingt er dann in 3 m Entfernung anders als direkt am Bett? ;)

Interessanter ist es aber, wenn sich die Entfernung zwischen Sender und Empfänger verändert. Dann nämlich muß der RX tatsächlich eine andere Frequenz einstellen, um den TX zu empfangen. Das spielt aber keine Rolle, wenn Du mit Deiner Handquetsche über die Landschaft latschst, sehr wohl aber bei EME-Verbindungen. Wahrscheinlich kommt jetzt gleich der Physiker von fragnix um die Ecke und brüllt "Doppereffekt", tatsächlich hat er aber Recht: Es ist wirklich der Dopplereffekt.

73 de Daniel
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#7

Beitrag von Lucifer »

Hallo Daniel und fragnix, erstmal vielen lieben Dank für eure ausführliche Erklärung und eure Mühe. Ich weiß das sehr zu schätzen!

Also wenn die Wellen sich ausbreiten, nehmen die Amplitude und somit auch die Ausgangsleistung von 4Watt ab. Dazu habe ich gemeint, die Welle wird schmaler 2 Dimensonal gesehen.
20191022_215419.jpg
Soll die elektronische Komponente darstellen. Nach rechts nehmen nach der Ausbreitung der Welle in den Raum die Amplitude ab.

Wenn sich der TX vom Tx entfernt sinkt die Frequenz und dadurch steigt der Lambdawert. Den Dopplereffekt hat man aber nur, wenn sich die Entfernung von Tx und Rx verändert während gesendet wird.

Wieso kann z. B. die NSA die abgeschwächten Wellen noch empfangen und wir mit unseren normalen Antennen nicht? Kann doch nur an der Größe der Antenne liegen oder sind die nicht empfindlich genug?
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DocEmmettBrown
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#8

Beitrag von DocEmmettBrown »

Lucifer hat geschrieben: Di 22. Okt 2019, 22:06Wieso kann z. B. die NSA die abgeschwächten Wellen noch empfangen und wir mit unseren normalen Antennen nicht? Kann doch nur an der Größe der Antenne liegen oder sind die nicht empfindlich genug?
Empfangen kannst Du sie sogar mit einer feuchten Tannennadel, aber das Signal, was Du mit der Krokoklemme von der Tannennadel abgreifen kannst, ist im Vergleich zum Rauschen der Bauelemente Deines Vorverstärkers einfach zu schwach. Aber wie Du richtig erkannst hast: Je größer die Antenne, desto mehr elektrische oder magnetische Leistung wird aus der Luft entnommen. Deswegen ja auch die riesengroßen Parabolspiegel der Sternwarten. ;)

Und, damit Dir nicht der Spaß an der Freude vergeht, breitet sich Strom im Antennendraht (und -kabel) nicht einmal per Lichtgeschwindigkeit aus, sondern trödelt gemächlich durch den Draht bzw. Litze. ;) Und je dicker der Draht, umso mehr trödelt er, der faule Strom (*). :mrgreen:

73 de Daniel

(*) Na ja, also er ist immer noch schnell, aber eben nicht ganz Lichtgeschwindigkeit. ;)
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#9

Beitrag von Lucifer »

Vielen Dank, langsam setzen sich die elektromagnetischen Pusselteile zusammen. :wink:

So, jetzt haben wir ja noch das interessante reaktive Nahfeld. Bei dem 11m Band haben wir im Radius von 17,27m dieses realtive Nahfeld. Mir ist heute aufgefallen, dass Hindernisse in diesen Nahfeld dazu führen, dass auch die Stehwelle enorm von Reflexionen beeinflusst wird. Dies konnte ich feststellen, weil ich mich während der Messungen auf Hindernisse hin zu bewegt habe. Dieses Nahfeld hat doch ein völlig anderes elektromagnetische Feld als das Fernfeld mit den elektromagnetischen Wellen. Lieg ich richtig, wenn ich sage, dass bei Hindernissen im Nahfeld ein großer Teil der Abstrahlung der Wellen negativ beeinflusst werden und zudem durch die Reflexion die Stehwelle sich sehr verschlechtert? Bei der SWR Messung mit unterschiedlichen Hindernissen innerhalb des reaktiven Nahfeldes waren trotz das die Stehwelle kaum messbar eingestellt gewesen war plötzlich Werte von 1,8 bis 2,5. Ich würde jetzt einfach behaupten, dass bei einer Stehwellenmessung im Nahfeld keine Hindernisse sein sollten, sprich das sollte auf einem freien Gelände durchgeführt werden.
Lucifer
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#10

Beitrag von Lucifer »

Guten Morgen,

neben der Leistung bestimmt auch noch die Frequenz eine große Rolle bei der Reichweite. Wir haben ja in unserem CB Funk einen Lambda von 11m . Ich vergleiche, dass nun mal mit dem WLan. Beim WLan haben wir durch die 2,4GHz eine sehr kurze Wellenlänge von ca. 0,13m . Diese extrem kurzen Wellen werden bei Hindernissen zu schnell zu dünn, werden schneller durch diese absorbiert, reflektiert und können dann nicht mehr empfangen werden. Es bleibt also nach kurzer Entfernung schon zu wenig über. Man kann also festhalten, dass ein höherer Lambdawert, eine niedrige Frequenz grundsätzlich über längere Entfernungen besser empfangen werden kann. Letztendlich bekommen wir das auch nicht mit mehr Sendeleistung im Griff. Die Amplitude würden wohl höher werden, jedoch wird trotzdem durch den kurzen Wellenabstand die Welle auf kürzere Entfernung zu dünn. Stimmt mein Denkensweise? Das würde ja auch bedeuten, dass wir im CB Funk grundsätzlich im Kanalbereich von 41-80 über höhere Reichweiten besser empfangen werden können. Richtig?
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Radnor
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#11

Beitrag von Radnor »

Lucifer hat geschrieben: Mi 23. Okt 2019, 10:25 Das würde ja auch bedeuten, dass wir im CB Funk grundsätzlich im Kanalbereich von 41-80 über höhere Reichweiten besser empfangen werden können. Richtig?
...wahrscheinlich nicht messbar. Was willst Du mit den theoretischen Betrachtungen eigentlich erreichen? Verstehe den Sinn nicht wirklich. Für bestmögliche Reichweite die Antenne für den Standort optimieren, dann 1KW auf die Lampe und Du wirst die dann erzielte Reichweite nur noch schwer steigern können ...Ende meiner Berechnung :dlol:
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#12

Beitrag von fragnix »

Radnor hat geschrieben: Mi 23. Okt 2019, 10:36 Was willst Du mit den theoretischen Betrachtungen eigentlich erreichen? Verstehe den Sinn nicht wirklich.
Er will es verstehen :wink:

@Lucifer:
Viele Sorten Material absorbieren 13 cm Wellen besser als 11 m Wellen. Die Wellen an sich reichen aber schon gleich weit, solange keine Hindernisse im Weg sind.

Ob WLAN weniger weit reicht als CB hängt vom Material dazwischen ab. Es gibt ja vielleicht auch 11 m Wellenschluckermaterial, wer weiss (ich nicht). Aber als Richtwert kann man sagen: Je kürzer die Welle, desto schneller wird sie absorbiert / verliert Stärke, und je weniger wird sie um Hindernisser herum gebeugt.

Denke dabei auch an das Verhältnis von Wellenlänge zur Hindernisgrösse: Für WLAN ist ein Baum mehrere Wellenlängen lang und damit ein grosses Hinderniss, für CB ist der Baum nur ein Bruchteil einer Wellenlänge, und hat damit weniger Auswirkungen auf die Ausbreitung (diese Betrachtungsweise hat nichts mit Absorbtion zu tun, die käme noch hinzu).

P.S.: Die Absorbtion hat unter anderem mit den möglichen Energieniveaus der Elektronen auf ihren Bahnen zu tun, und mit dem Aufbau der Moleküle. Beide können durch Photonen angeregt werden und nehmen dann die Energie auf. Eine elektromagnetische Welle mit "völlig falscher" Frequenz für einen Stoff regt nichts Wesentliches an, und übernimmt daher wenig Energie aus der Welle.

P.P.S.: Materialen reflektieren elektromagnetische Wellen auch, insofern ist nicht jedes Hindernis schlecht, es kann auch eine Richtwirkung entstehen. Letztlich ist Sporadic E, Raumwelle usw. nichts anderes als vorteilhafte Reflektion.
Zuletzt geändert von fragnix am Mi 23. Okt 2019, 11:06, insgesamt 3-mal geändert.
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#13

Beitrag von Lucifer »

Den mathematischen und physikalischen Hintergrund verstehen. Das möchte ich erreichen und nicht meine Antenne oder irgendwas optimieren. Darum geht es hier nicht.

73
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Radnor
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#14

Beitrag von Radnor »

Lucifer hat geschrieben: Mi 23. Okt 2019, 11:00 Den mathematischen und physikalischen Hintergrund verstehen. Das möchte ich erreichen
denke am Beispiel Wasser kann man das ganz gut visualisieren:

man lässt einen Stein in ein stilles Gewässer fallen, dann breiten sich vom Einschlagpunkt Wellen aus ...diese treffen dann auf ein Ruderboot und hinter dem Boot sind sie nicht mehr zu sehen. Würde jetzt eine 1m hohe Welle auf selbiges Boot treffen, dann würde die Welle zwar beeinflusst werden aber hinter dem Boot würde sie abgeschwächt weiter gehen...
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#15

Beitrag von fragnix »

Eine schöne bildliche Erklärung vom Seeadler ;-)

Kurzer Zusatz: Wasserwellen mögen 50 - 100 cm Wellenlänge haben, ein Ruderboot vielleicht 300 bis 400 cm Länge. Boot im Wasser stellt also eher WLAN als CB dar. Ein Ast im Wasser wäre der CB Fall: Welle länger als Baum-im-Weg. Die Störungen sind dann deutlich geringer ausgeprägt.
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