1 (C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz Wellenausbreitung im Raum...

1(C) 2002, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz

Wellenausbreitung im Raum

• Beeinflussungsmöglichkeiten• Frequenzabhängigkeit• Raumwelle - Bodenwelle

• Freiraum-Dämpfungsmass

• Nahfeld - Fernfeld

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Beeinflussungsmöglichkeiten

• Dämpfung

• Reflexion

• Interferenz

• Beugung

• Streuung

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Frequenzabhängigkeit

Ursache:

- Einstrahlung der Sonne

- Strahlung aus dem Weltraum

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Aufbau der Atmosphäre

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Ionosphäre

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Elektronendichte in der Ionosphäre

Tromsø, 22.1.1993

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Globale Elektronenverteilungin der Ionosphäre

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Bodenwelle

Bodenwelle: • Reichweite begrenzt• abhängig von der

Geländestruktur, Bebauung, Bewuchs

• Dämpfung• Beugung• Reflexion

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Raumwelle

Reflexion an Schichten derIonosphäre abhängig vom:

• Abstrahlwinkel

• der Frequenz

• den Eigenschaften der Reflexionsschicht.

eventuell Mehrfachreflexion

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NahempfangszoneFernempfangszone

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Interferenzzone

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Schwund

Zeitabhängige frequenzselektive Änderung des Empfangssignals hinsichtlich Amplitude und Funktionsverlauf.

Schwund wird durch Interferenz von Raumwelle und Bodenwelle verursacht, da bei unterschied-lichen Laufwegen eine Phasendifferenz besteht.

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Nahfeld - Fernfeld

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Frequenzabhängigkeit

• Langwellen (LW)

• Mittelwellen (MW)

• Kurzwellen (KW)

• Meterwellen (UKW)

• Dezimeterwellen

• Zentimeterwellen

• Millimeterwellen

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Langwellen (LW)

• Ausbreitung nur mit der Bodenwelle

• Reichweite von der Strahlungsleistung abhängig

• Starke Dämpfung

• Gleiche Empfangsbedingungen bei Tag und bei Nacht und zu allen Jahreszeiten

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Mittelwellen (MW)

• Bodenwelle und reflektierte Raumwelle

• Abhängig von der Tageszeit

• Abhängig von der Jahreszeit

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Aufgaben:

Welche Wegdifferenz müsste zwischen Raumwelle und Bodenwelle bestehen, damit vollständige Auslöschung erreicht wird?

Zu welcher Jahreszeit ist der Empfang von Mittelwellen schlechter?

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Kurzwellen (KW)

• Reflexion der Raumwelle an der Ionosphäre

• Mehrfachreflexionen -> ausgeprägter Fernempfang

• Oft grosse tote Zonen• Übertragungsqualität von

Tageszeit, Jahreszeit, Sonnenfleckenzahl abhängig

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Sonnenflecken

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MUF und LUF

MUF = maximum usable frequency

LUF = lowest usable frequency

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Meterwellen (UKW)

• Nur Bodenwelle interessant

• In der Regel keine Reflexion der Raumwelle an der Ionosphäre

• Geradlinige Ausbreitung (quasioptisch)

• Daher beschränkte Reichweite

• Zu beachten: Reflexion und Beugung

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Überreichweiten bei Meterwellen

• Reflexionsfähige Schichten in der Troposphäre

• Bei bestimmten Wetterlagen

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Dezimeterwellen

• quasioptisch

• Richtfunkverbindungen

• Fresnel-Zone muss frei von Hindernissen sein.

• Streustrahlung an Inhomogenitäten der Troposphäre möglich (Troposcatter).

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Fresnel-Zone

Das Rotationsellipsoid mit Breite b und Länge d muss frei von Hindernissen sein, damit sich keine Interferenzen bilden.

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Freiraum-Dämpfungsmass

• Für eine hindernisfreie Verbindung• Für Funkverbindungen mit quasioptischen

Wellen• Freiraum-Dämpfungsmass:

d = Abstand Sender - Empfänger

a0 =20⋅lg4⋅π ⋅dλ

dB

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Zentimeter- und Millimeterwellen

• Weisen das stärkste quasioptische Verhalten auf.

• Vorteil: einfach zu bündeln

• Nachteil: häufige Reflexionen

• Starke Dämpfung durch Gase und Wasser

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Aufgaben

• Bei einer Richtfunkanlage sei die Breite der Fresnel-Zone wegen vorhandener Hindernisse zwischen Sender und Empfänger vorgegeben. Was geschieht, wenn der Abstand zwischen Sender und Empfänger verringert wird?

• Welche Beeinflussungen können für elektro-magnetische Wellen in der Atmosphäre auftreten?