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CB-Amateurfunk

Photonius
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CB-Amateurfunk

06.07.2016 um 04:16
Um so höher die Dämpfung der Elektromagnetischen Wellen ist, um so höher ist die Empfangsleistung!

(Dl2FA)

Ist das mit einem Kommunikationssystem machbar?

Nehmen wir ein Richtfunksystem zwischen zwei Satelliten an. Wir befinden uns quasi im Vakuum.

Die Parabolspiegel - Sendeantenne des Satellien A hat einen Gewinn von 40 dB bezogen auf den Kugelstrahler.
Die Parabolspiegel - Empfangsantenne des Sateliten B hat ebenfalls einen Gewinn von 40 dB bezogen auf den Kugelstrahler.
Beide Spiegelantennen haben eine gleichförmige Strombelegung.

Fall 1:
Sendefrequenz: 15 GHz
Die Strecken - Dämpfung der elektromagnetischen Welle zwischen den beiden Satelliten beträgt 210 dB.
Betrachtet man die Linkrechnung, so kommt von der Speiseleistung in die Antenne A am Ausgang der Antenne B ein Signal an, was um 130 dB geschwächt ist.

Fall 2:
Sendefrequenz: 30 GHz
Es werden auf beiden Satelliten wieder die gleichen Spiegelantennen benutzt.
Die Speise - Hörner müssen natürlich für den 30 GHz - Betrieb gewechselt werden.
Die Spiegelantennen werden wieder gleichförmig ausgeleuchtet, d. h, daß sie wieder eine gleichförmige Strombelegung auf der Antennenapertur haben.

Der Gewinn jeder Parabolspiegel - Satelliten - Antenne steigt wegen der doppelten Frequenz um 6 dB an.
Die Streckendämpfung zwischen den Satelliten nimmt um 6db zu, weil die Arbeitsfrequenz verdoppelt wurde.
Die entsprechende Link - Bilanz zeigt, daß im Vergleich zum 15 GHZ - Betrieb, das Kommunikationssystem bei gleicher Antennenspeiseleistung des Satelliten A, ein um 6 dB höherer Gewinn beim 30 GHz - Betrieb gegeben ist
Das heißt: "Die Dämpfung der Speiseleistung in die Parabolspiegelantenne des
Satelliten A bis zum Ausgang Ausgang der Parabolspiegelantenne des Satelliten B beträgt nur noch 124 dB.


Fazit:
Das geht natürlich nicht bis Ultimo. Die Technik zeigt hier Grenzen auf.
Die Oberflächenrauhigkeit und die Größe der Antennen erlaubt einen maximalen Antennengewinn von ca. 83 dB und das auch nur am Boden.

Im Quasi - Vakuum macht es also durchaus Sinn den Satellitenverkehr auch auf hohen Frequenzen abzuwickeln.


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Photonius
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CB-Amateurfunk

06.07.2016 um 04:26
ZUR DÄMPFUNG DER ELEKTROMAGNETISCHEN WELLEN IM FREIEN RAUM

(DL2FA)


Bei der Wellenausbreitung im Freien Raum und deren Dämpfung müssen wir 3 Wellenausbreitungsbereiche auseinanderhalten:

1. Reaktiver Bereich

2. Fresnel - Bereich

3. Frauenhofer - Bereich



ZUM REAKTIVEN BEREICH:

Das ist der Extreme Nahbereich bis einschließlich Nahbereich.

Der Abstand r = 0 zur Strahlungsquelle bei der Betrachtung ist nicht erlaubt, weil dann alle magnetischen und elektrischen Feldstärke - Anteile, mit ihrer Amplitude , egal ob mit 1/r ;1/r(hoch 2) und !/r(hoch3) fallend, gegen unendlich hohe Feldstärkewerte ergeben. Da ist auch Maxwell überfordert.

Da in diesem Bereich - wie im Threat "WARUM IST DER FELDWELLENWIDERSTAND DES RAUMES KEINE KONSTANTE GRÖßE?".bereits gesagt - der Strahlungswiderstand nicht nur von der Geometrie, der Magnetischen Permeabilität und der Elektrischen Permittivität des Raumes abhängt sondern auch noch von den Parametern der Strahlungsquelle (Antenne) selbst, hat das Auswirkungen auf die Gesamtbetrachtung der ortsabhängigen Leistungsanteile und deren Phasenbeziehungen zwischen E und H, dem Poytingschen Vektor und auf die Abschwächung der Amplitudenwerte.

Zur Zeit der Lang - Mittel - und Kurzwellen wurde meist bereits das Fernfeld nach wenigen Lamda zum Antennenabstand angesetzt.
Das war durchaus machbar, weil die Antennen bei diesen langen Wellenlängen nur kleine Gewinne hatten.

Im heutigen Kommunikationszeitalter haben sich die Arbeitsfrequenzen der Kommunikationsgeräte aus den verschiedensten Gründen in den Bereich hoher Frequenzen verlagert. Die Gewinne ihrer Antennen sind massiv nach oben gegangen.
Diese Tatsache führte zu einer erweiterten Ausbreitungsbetrachtung elektromagnetischer Wellen.

Die hauptsächlich im Richtfunk - und Satellitenbereich eingesetzten Spiegelantennen haben Gewinne bezogen auf den Kugelstrahler zwischen 35dB und 65dB.

So hatte die 11m Durchmesser fassende Parabolantenne auf dem Gebäude der In Orbit - Teststation für den Satellitenfunk der früheren DEUTSCHEN BUNDESPOST auf dem Gelände des FERNMELDETECHNISCHEN ZENTRALAMTES in Darmstadt auf 14 GHZ (Wellenlänge: 2,14 cm) einen Gewinn von über 60 dB und den Übergang ins Fernfeld erst nach 7,5 Kilometer.

Das scheint sehr hoch zu sein; doch das ist es nicht.
Die Radarantennen der heutigen Erderkundungssatelliten haben eine Antennenaperturlänge von mehreren 100m bei einer Wellenlänge von nur wenigen cm. Diese enormen Abmessungen benötigen sie, wegen der erforderlichen Winkelauflösung.
Da sie nur in einigen 100 Kilometer Höhe fliegen, so liegt der Wechsel vom Übergangs - ins Fernfeld zwischen 2500 Km bis 5000 Km.
Das heißt, daß das Nahfeld der Radarantennen dieser Satelliten stark gestört ist.
Damit die Echosignale für den jeweiligen Ort korrekt zugeordnet werden können, müssen deshalb aufwendige Korrektuberechnungen durchgeführt werden.

Es gilt:"Um so höher der Antennengewinn ist, um so weiter reicht der Nahfeldbereich.
Im Extremen Nahfeld stehen E und H geometrisch 90 Grad aufeinander und der Phasenversatz zwischen E und H beträgt auch 90 Grad.
Daraus folgt, daß, das Nahfeld ein stark beladenes Blindleistungsfeld ist.
Es kommt kaum zur Leistungsabstrahlung, weil die Blindleistung zwischen dem Nahfeld und der Antenne hin - und herpendelt.

Die Energie - Übertragung im REAKTIVEN FELDBEREICH erfolgt duch INDUKTIVE oder auch KAPAZITIVE KOPPLUNG.
Im FERNFELD erfolgt die Energie - Übertragung dagegen durch STRAHLUNG

Anhand einer Parabolantenne soll hier die komplizierte Feldverteilung der ELEKTRISCHEN FELDSTÄRKE erklärt sein.
Im Extremen Nahfeld baut sich in Richtung Boresight (Hauptstrahl - Richtung) die Strahlung im Bereich der Antennenapertur auf.
Die Strahlung verläßt SCHLAUCHARTIG die Antenne OHNE NEBENKEULEN.
Mit zunehmendem Abstand von der Antenne erscheinen Nebenkeulen mehr und mehr. Auch die Hauptkeule wird stärker.
Die Nebekeulen wachsen und in Richtung Boresight geht die Amplitude der elektrischen Feldstärke zurück.
Mit zunehmendem Abstand geht die elektrische Feldstärke ganz auf "0" in Richtung Boresight zurück.
In diesem Übergangsfeld entsteht langsam aber sicher das endgültige Diagramm für die elektrische Feldstärke im Fernfeld.

Alle diese Entwicklungsphasen des endgültigen Strahlungsdiagramms haben vollen Einfluß auf den veränderlichen Feldwellenwiderstand, die Feld - und Leistungsverteilungen, die orts und richtungsabhängigen Leistungsflußdichten und die Dämpfung im Freien Raum.



DER FRESNEL - BEREICH:

Der Fresnel - Bereich ist der Übergangsbereich zwischen dem Nahfeld - Bereich und dem Frauenhofer - Bereich (Fernfeld).
Die Einflüsse der Strahlungsquelle (Antenne) treten in diesem Bereich mehr und mehr zurück, so daß, die beiden E - und H - Komponenten des Frauenhofer- Feldes (Fernfeld) die mit der Amplitude 1/r abnehmen zur Geltung kommen.
Von entscheidender Bedeutung ist, daß die 1. Fresnel - Zone im Freien Raum frei von Hindernissen ist.
In dem Bereich der 1. Fresnelzone wird der Hauptanteil der Strahlungsleistung übertragen.
Die 1. Fresnelzone ist ein gedachtes Rotationsellipsoid zwischen den Antennen, die sich in den Brennpunkten des Ellipsoids befinden.


DER FRAUENHOFER - BEREICH
(FERNFELD - BEREICH):

Im Frauenhofer - Bereich wird der Feldwellenwiderstand nur noch von den beiden Feldstärken E und H bestimmt, die mit 1/r abfallen.
E und H stehen auch hier, wie in den beiden anderen Bereichen, 90 Grad geometrisch aufeinander.
Beide Feldkomponenten sind aber in Phase.
Die Entnahme von Wirkleistung im Fernfeld merkt der Sender nicht.
Die Antennenparameter haben in diesem Bereich keinen Einfluß auf den Feldwellenwiderstand und der Freiraumdämpfung mehr.
In diesem Bereich beträgt der Feldwellenwiderstand für Elektromagnetische Wellen 377 Ohm und es gilt für die Freiraumdämpfung die Beziehung:

a = ((4 X 3,14 X r) X ( 4 X 3,14 X r))/(Lamda zum Quadrat)

a = Freiraumdämpfung (dimensionsloser Zahlenwert)

r = Abstand zwischen der Sendeantenne und Empfangsantenne

Lamda = Betriebswellenlänge des Kommunikationssystems


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