Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

fragnix
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#16

Beitrag von fragnix » Mi 23. Okt 2019, 10:55

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

#17

Beitrag von Lucifer » Mi 23. Okt 2019, 11:00

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

73
Stefan

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#18

Beitrag von Radnor » Mi 23. Okt 2019, 11:17

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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...irgendwo in der alten Welt, im schönen Nordpfälzer Bergland :wave:

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#19

Beitrag von fragnix » Mi 23. Okt 2019, 11:34

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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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#20

Beitrag von Radnor » Mi 23. Okt 2019, 12:26

..."meine" Wellen treffen das Boot natürlich seitlich :dlol:
73 Klaus, Seeadler, 13HN425, 13GD60
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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#21

Beitrag von 13STW » Mi 23. Okt 2019, 18:34

Lucifer hat geschrieben:
Mi 23. Okt 2019, 10:25
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?
Ganz so einfach ist es nicht.
Die Dämpfung eines Mediums ist frequenzabhängig. Je höher die Frequenz, umso größer ist die Dämpfung, egal ob es sich um Luft, Holz, Stein oder Sonstwas handelt. Das Material darf nur nicht elektrisch leitfähig sein, sonst wird es nicht durchdrungen. Es gibt dann keine Dämpfung sondern eine Reflexion.
Die Dämpfung kann im Prinzip schon durch Sendeleistung ausgeglichen werden, es gibt aber praktische Grenzen.
Die Dämpfung alleine ist bei der Ausbreitung eigentlich weniger das Problem. Es sind mehr die anderen Effekte, die in der Praxis die Reichweite begrenzen. Wäre die Erde eine glatt polierte Kugel, würden die Wellen frequenzabhängig irgendwo knapp hinter den Horizont in den Weltraum entschwinden. Nur sehr langwellige Wellen dringen tief In den Erdboden ein und folgen ihm.
Für die Ausbreitung ohne Reflexionen an der Erdatmosphäre bestimmt die Oberfläche der Erde und alles, was sich darauf befindet, die Reichweite.
Es gibt Abschattung durch hohe Berge, große Gebäude, es gibt Streueffekte, Reflexionen, Brechungen. Das geschieht nach den Gesetzen der Optik und ist natürlich wieder frequenzabhängig.
Die Reichweite ist bei niedrigeren Frequenzen prinzipiell höher als bei höheren.
Den Unterschied zwischen dem oberen und unteren CB Bereich wird man nicht merken.

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#22

Beitrag von Krampfader » Mi 23. Okt 2019, 21:39

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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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#23

Beitrag von Lucifer » Do 24. Okt 2019, 00:23

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

#24

Beitrag von Newcomer » Do 24. Okt 2019, 08:13

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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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#25

Beitrag von guglielmo » Do 24. Okt 2019, 11:03

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.

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#26

Beitrag von Lucifer » Do 24. Okt 2019, 11:52

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

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#27

Beitrag von Krampfader » Do 24. Okt 2019, 20:04

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

#28

Beitrag von guglielmo » Fr 25. Okt 2019, 08:43

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.

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Re: Einfluss der Sendeleistung auf die elektromagnetische Welle

#29

Beitrag von Krampfader » Fr 25. Okt 2019, 09:10

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

#30

Beitrag von Lucifer » Fr 25. Okt 2019, 11:25

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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