Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

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Radnor
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#16

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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fragnix
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#17

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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Radnor
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#18

Beitrag von Radnor »

..."meine" Wellen treffen das Boot natürlich seitlich :dlol:
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Krampfader
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#19

Beitrag von Krampfader »

13STW hat geschrieben:
Mi 23. Okt 2019, 18:34
Es gibt Abschattung durch hohe Berge, große Gebäude, es gibt Streueffekte, Reflexionen, Brechungen.
Weiters gibt es noch Beugung, konstruktive bzw. destruktive Interferenz ...

Bild
Quelle: http://www.informationszentrum-mobilfun ... ssfaktoren

Grüße

Andreas
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Lucifer
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#20

Beitrag von Lucifer »

Danke nochmals Andreas für deine Mühe. Das auch wieder sehr informativ und interessant! :thup:

Gruß
Stefan

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#21

Beitrag von Newcomer »

Hallo

Zum Bild der Wellenausbreitung im Mobilfunknetz lege ich dir aber dieses Video bei.
Diese Mobilantennen können tatsächlich ferngesteuert ihre flache Abstrahlung in grenzen
anpassen z.B. wenn ein benachbarter Mobilfunkmast und die Antenne ausfällt kann die Antenne im
anliegenden Bereich etwas ausgleichen. :wink:

https://www.youtube.com/watch?v=uiABs3rjsFw

Phaseshift ist ja die Abstrahlcharakteristik ändern in dem die einzelnen Wellenberge zeitversetzt über mehrere
Antennen gesendet werden und so eine elektronisch steuerbare Richtungsänderung der Funkwellen erreicht wird.
Diese Technik hat man seit 50 Jahen in Betrieb bei der Atlantiküberwachung mit Radar. :tup:

Kurzum aber zu deiner Kernfrage. Man kann sie nicht bis ganz ganz runter beantworten ohne weitere Fragen aufzuwerfen.
Woher weis die Stoßfront eines Wellenpakets wohin es weiter geht. Wird die Funkwelle geschoben oder gezogen
oder steht sie im geeigneten Koordinatensystem einfach still und alles drum rum bewegt sich. Wie kann diese Welle um ein Gravitationszentrum gebogen werden ohne das die Elektromagnetische Welle sehen riechen oder E-Mails empfangen kann. Also begnügen wir uns mit Modellen die eine Realität wiedergeben und uns helfen es besser zu machen. :idea:

Und zum an schmökern und nicht hängen bleiben empfehle ich Metamaterialien, Valleytronik und Photonik,
Da kommt noch so viel auf uns zu... :banane:

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guglielmo
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#22

Beitrag von guglielmo »

Schön das Du Dich mit diesem Thema grundlegender beschäftigst.

Elektromagnetische Wellen im freien Raum haben eine unendliche Reichweite. Sie breiten sich im Raum mit der Vakuum-Lichgeschwindigkeit aus.

Unter irdischen Bedingungen wird es allerdings ziemlich kompliziert. Elektromagnetische Wellen werden, wenn sie auf Hindernisse treffen gebeugt. Wenn sie auf Materie treffen können sie reflektiert und gebrochen werden. Solange sie sich durch Materie, dazu zählen auch Gase, laufen verringert sich ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und sie schwächen sich durch Absorption ab. Dazu kommen noch Effekte die sich auf die Polarisation von Wellen auswirken können.

Klammert man diese ganzen Effekte aus, bleibt die Gesamtenerie eines gesendeten Wellenzugs erhalten. Die Energie verteilt sich in einem immer größer werdenden Raum. Eine solche Welle, im freien Raum, besteht aus zwei Komponenten. Einem elektrischen und einen magnetischen Feldanteil. Beide Feldanteile stehen senkrecht aufeinander und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Man spricht von einem orthogonalen Dreibein. Die Ausbreitungsrichtung ist auch die Richtung des Energieflusses. Die Stärke des Energieflusses wird durch den Poyntingvektor beschrieben. Er ist mathematisch das Kreuzprodukt aus dem Vektor der magnetische und elektrischen Feldstärke.

j=ExH [W/m^2] genannt Energiestromdichte

E[N/As] bzw. [kg*m/As^3]
H[A/m]

somit

j[kg/s^3] das ist eine Leistung pro Fläche also [W/m^2]

Nimmt man eine Antenne nun idealisiert als Kugelstrahler an, verteilt sich der abgestrahlte Energiestrom bzw. Leistung auf ein bestimmte Kugeloberfläche. Diese Oberfläche wird um so größer, je weiter man sich von der Antenne entfernt.

j(r)=P0/(4*pi*r^2); P0 ist die Antennenleistung

verdoppelt sich die Entfernung dann wird j um ein viertel kleiner aber erst in unendlicher Entfernung Null. Die Empfangsreichweite hängt von der Empfindlichkeit des Empfängers und dem Pegel des sog. Hintergrundrauschens ab. Um die Signalstärke beim Empfänger anzugeben wurden die S-Werte definiert. Sie beziehen sich auf den Vergleich des Eingangspegels bezogen auf einen festgelegten Referenzpegel. Es wird der Quotient gebildet aus dem Quotient der dekadische Logarithmus berechnet. Dieses Ergebis wird noch mal mit einem Faktor multipliziert. Entweder man rechnet mit Werten in der Einheit Watt, also Leistung oder man verwendet die Spannung in der Einheit Volt. Der Bezugspegel ist dann entweder ein Milliwatt oder ein Mikrovolt. Die Faktoren vor der Logarithmusfunktion sorgen dafür das beide S-Werte identisch sind.

log(a^2)=2*log(a) und (Ueff/U0)^2 = P/P0 wegen P=U^2/R

dBuV = 20*log (Ueff/U0) oder dBmW = 10*log (P/P0)

---------------------------
ERGEBNISSE:

Den Formeln kann man nun folgendes entnehmen was für die Reichweite und Leistung wichtig ist.

1. Um einen S-Wert zu verdoppeln muss bei derselben Reichweite die Sendeleistung vervierfacht werden.

2. Kann ein Empfänger einen bei der Entfernung x gerade noch aufnehmen muss die Sendeleistung vervierfacht werden, damit dieser einen bei der Entfernung 2*x ebenfalls noch gerade aufnehmen kann. Bei doppelter Entfernung reduziert sich die empfangene Leistung auf ein viertel bzw. Quadrat-Abstandsgesetz.

Das ganze Thema ließe sich noch beliebig aufblasen. Es ist nur sehr, sher vereinfacht dargestellt.

Lucifer
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#23

Beitrag von Lucifer »

Hallo Guglielmo,

vielen Dank für deinen Beitrag. Du hast eigentlich alles nochmals verständlich zusammengefasst. Leider sind mir die mathematischen Formeln nicht bekannt, kann noch nicht viel damit anfangen, aber ich befasse mich ja gerade mit diesem Thema und werde auch diese irgendwann nachvollziehen können.

Gruss
Stefan

Krampfader
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#24

Beitrag von Krampfader »

Guten Abend!

Hier auch noch eine schöne Erklärung was Funkwellen sind:

Bild
Quelle: https://www.scinexx.de/dossierartikel/w ... diowellen/

Schönen Abend! :wave:

Andreas
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#25

Beitrag von guglielmo »

Ja es lassen sich mit diesem Thema Bücher füllen. Ich hatte mal früher in einer Examensklausur eine einzige Aufgabe. Die Aufgabe bestand darin Alles über zeitlich veränderliche elektromagnetische Größen zu schreiben was ich selber weiß. Wir hatten zwei Stunden Zeit und ich habe mir dabei die Finger wund geschrieben.

Durch die Experimente von Michelson wurde ausgeschlossen das es einen Äther gibt, der als Träger für elektromagnetische fungiert. Hierzu hat man Lichtwellen in verschiedene Richtungen geschickt, an Spiegeln reflektieren lassen und anschließend überlagert. Das Interferenzmuster welches das Michelson Interferometer lieferte war immer gleich. Egal wie man das System anordnete. In Bezug auf die Erdbewegung um die Sonne und einen im freien Raum ruhenden Äther hätten sich die Muster unterscheiden müssen. Auch später durchgeführte Versuche mit höherer Zuverlässigkeit und Präzision haben keine anderen Ergebnisse geliefert. Die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum ist eine Naturkonstante. Einen ruhenden Äther gibt es nicht und damit auch keinen Ruhepunkt. Die Konsequenzen dieser Erkenntnis haben sich zuerst in der speziellen Relativitätstheorie und dann in der allgemeinen Relativitätstheorie nieder geschlagen.

Dennoch bleiben Fragen zum freien Raum bzw. dem Vakuum offen. Einmal besitzt das Vakuum elektrische und magnetische Eigenschaften die ebenfalls durch Naturkonstanten beschrieben werden. Gemeint ist die elektrische und die magnetische Feldkonstante des absoluten Vakuums. Aus ihnen lässt sich auf einfache Art und Weise die Lichtgeschwindigkeit berechnen.

e0: elektrische Feldkonstante
u0: magnetische Feldkonstante
C0: Vakuum Lichtgeschwindigkeit

C0=1/sqrt(e0*uo)

Darüber hinaus entstehen aus dem Vakuum fortwährend neue Teilchen und Energie die sofort wieder zerfallen und aborbiert werden. In einem konstanten Raumgebiet bleibt die Masse und Energie erhalten. Genauso können aus energiereichen Quanten paare von Materie und Antimaterieteilchen entstehen. Ohne die Erhaltungssätze dabei zu verletzen. Nur stellt sich dabei die Frage was ist der angeblich leere Raum wirklich? Die Quantenfeldtheorie liefert darüber keine Aussage.

Für unsere Funkanwendungen reicht jedoch die klassischen Theorien aus der Elektrodynamik völlig aus. Da die Feldanteile, ich erwähnte sie bereits im vorausgegangenen Beitrag, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen spricht man von Transversalwellen. Bei den Schallwellen handelt es sich um Longitudinalwellen. Die Gasteilchen der Luft schwingen in Ausbreitungsrichtung.

Interessant ist noch die richtungsabhängige Stärke der elektrischen Feldkomponente. Sie beschreibt die sog. Polarisation. Schwingt sie linear in einer Ebene, so spricht man von linearerer Polarisation. Ist sie unabhängig von einem Drehwinkel konstant handelt es sich um eine zirkulare Polarisation. Danaben gibt es auch noch elliptisch polarisierte Wellen. Man kann sie durch verschiedene Antennenbauarten erzeugen. Sie spielen eine Rolle auch für den Empfang und nicht nur für das senden.

Krampfader
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#26

Beitrag von Krampfader »

guglielmo hat geschrieben:
Fr 25. Okt 2019, 08:43
Darüber hinaus entstehen aus dem Vakuum fortwährend neue Teilchen und Energie die sofort wieder zerfallen und aborbiert werden ... Nur stellt sich dabei die Frage was ist der angeblich leere Raum wirklich?
Tja, das ist die Frage. Aber genauso rätselhaft ist die Tatsache dass feste, anfassbare Materie ebenfalls nur eine Welle ist. Bei uns in Wien werden dicke, fette Moleküle aus 810 Atomen durch einen Doppelspalt gejagt ohne dass sich dieses Molekül dabei teilt, siehe Bild vom besagten Molekül (Tetraphenylporphyrin):

Bild
Quelle: https://science.orf.at/stories/2841774

Wer das versteht hat nichts verstanden ...

Schönen Tag noch!

Andreas
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#27

Beitrag von Lucifer »

Also es kommt nicht zu einer Interferenz oder ist das nicht messbar? Also die Welle muss ja ohne sich überlagert und verstärkt zu haben ankommen. Also es findet konstruktive Interferenz statt ohne Verstärkung? Also würde man einen Apfel durch eine Klinge werfen und nach dem Schnitt führ sich das Ampfel wieder zusammen und ist im Ausgangszustand?Alle Atome haben eine klar definierte Abhängigkeit zueinander und finden durch die Anziehungskraft wieder zusammen. Wir sprechen dabei von der Unsterblichkeit oder Unzerstörbarkeit? Ich habe nichts verstanden, aber wäre dafür, dass man zwei von diesen Atomen mal mit Lichtgeschwindigkeit aufeinander zu kommen lässt. Ich werd irre davon :banane:

Tolle Beiträge :thup: und das ist keine Ironie

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#28

Beitrag von Krampfader »

Lucifer hat geschrieben:
Fr 25. Okt 2019, 11:25
Tolle Beiträge :thup: und das ist keine Ironie
Hier ein Photon, live im Flug gefilmt, siehe Video: https://youtu.be/O-qQuuazrNA

Zitat:
Anschaulich gesprochen sind Photonen das, woraus elektromagnetische Strahlung besteht (Anm.: also auch unsere Kurzwellen), Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Photon

Viel Spaß beim Video gucken!

Andreas
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#29

Beitrag von Krampfader »

Lucifer hat geschrieben:
Fr 25. Okt 2019, 11:25
Also würde man einen Apfel durch eine Klinge werfen und nach dem Schnitt führ sich das Ampfel wieder zusammen und ist im Ausgangszustand?
Nein. Eben nicht. Das ist ja das Unvorstellbare. Das dicke, fette Molekül geht durch beide Spalte hindurch, gleichzeitig, aber eben ohne sich dabei in zwei Hälften zu zerteilen. Das zeigen die Experimente. Nach derzeitigem Wissensstand ist das nur möglich wenn Materie eben auch eine Welle ist ... siehe dazu auch https://de.m.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment

Apropos Materie: Materie besteht eben nicht aus Materie, siehe Video: https://youtu.be/BZYoNTyhBFs

Schöne Grüße

Andreas
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#30

Beitrag von guglielmo »

Man kann die Teilchen, die durch den besagten Doppelspalt fliegen, so takten, das garantiert nur jeweils ein Teilchen sich auf der Strecke befindet. Es entsteht, wenn man genug Teilchen hintereinander durch diesen Spalt schickt genau wieder das Interferenzmuster. Dabei ist es ausgeschlossen das zwei unterschiedliche Teilchen miteinander sich überlagern, da jeweils nur ein Teilchen unterwegs ist. Das Teilchen, egal ob Elektron oder Molekül ist als Welle unterwegs. Es hat sogar eine eigene Wellenlänge die sich aus dem Impuls und dem Planckschen Wirkungsquantum (eine weitere Naturkonstante) berechnen lässt. Das entstehende Interferenzmuster korreliert mit den Spaltabmessungen und dieser Materie-Wellenlänge die auch als De Broglie Wellenlänge bezeichnet wird. Hier muss man sich von den Teilchenvorstellungen komplett lösen. Es ist nicht so, das sich das Teilchen teilt. Vielmehr teilt sich die Welle. Aber hier ist man mit seiner Vorstellungsfähigkeit sowieso am Ende. Die Welle bricht in sich zusammen um dann als Teilchen in Erscheinung zu treten wenn sie auf ein materielles Hindernis trifft. Gleiches gilt auch für Wellen, wie z.B. Lichtwellen. Treffen sie auf eine Photoplatte wirken sie als Teilchen. Laufen sie durch einen Spalt, dann erzeugen sie Interferenzmuster auf dieser Photoplatte. Das Muster wiederum entsteht durch einzelne Photoneneinschläge also Lichtteilchen.

Albert Einstein erhielt nicht seinen Physik Nobelpreis für die Relativitätstheorie sondern wegen der Analyse des sog. photoelektrischen oder auch des äußeren lichtelektrischen Effektes. Die Lichquanten verhalten sich wie Teilchen die Eleketronen aus der Oberfläche von Metallen herausschlagen können. Die Gesetze der klassischen Mechanik lassen sich bei diesem Effekt anwenden, wenn man den Lichtteilchen die Eigenschaften wie Energie und Impuls zuordnet. Heutzutage wird dieser Effekt bereits im Physikunterricht in Oberstufen behandelt und auch experimentell gezeigt. Ich selber habe ihn im Physikpraktikum damals noch mit Speziallampen und Farbfiltern durchführen müssen. Aufgabe war es die Plancksche Konstante zu bestimmen.

Lambda="Plancksche Konstahe"/Impuls
Impuls=Energie/Lichtgeschwindigkeit
Energie="Plancksche Konstante"*Frequenz

Jetzt wird es noch ein bischen kurioser. Misst man durch welchen Spalt das Teilchen fliegt findet keine Interferenz mehr statt. Das Teilchen tritt bei der Messung als Teilchen in Erscheinung und verliert offenbar seine Welleneigenschaften. Daher der Begriff Welle-Teilchen Dualismus. In der Physik spricht man vom Kollaps der das Teilchen beschreibenden Wellenfunktion.

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