Empfänger erkennt Signal vom Sender: Wie ist das möglich?
Wenn man telefoniert, wie kann die Antenne des Senders auf die Elektronen der Empfängerantenne wirken, sodass überhaupt eine Wirkung bemerkbar ist?
Die Distanz ist doch so groß und die Elektromagnetische Welle nimmt dadurch an Stärke ab.
Und trotzdem hat so ein angekommenes abgeschwächtes Signal Wirkung auf Elektronen des Drahtes im anderem Telefon.
Wie kann das möglich sein?
6 Antworten
Radiosender haben eine Leistung von (oder bis zu) einigen Kilowatt. Wenn auch nur ein Milliardstel davon deine Antenne trifft, sind das immer noch Mikrowatt. Die lassen sich durch elektronische Mittel verstärken.
Zudem ist die Informations"fülle" recht bescheiden. UKW arbeitet mit Frequenzen um die 100 MHz und überträgt Schall bis gut 10 kHz. Man braucht als fast 10.000 Elektromagnetische Schwingungen, um eine Schallschwingung zu übermitteln.
Bei üblichen Funkanwendungen sinds im Extremfall weniger als Pikowatt die da ankommen.
Mit Informationsfülle oder dergleichen hat das wenig zu tun. Es ist irgendwie klar, dass ein 10kHz Signal auch 10kHz Bandbreite braucht ganz egal ob dessen Träger bei 0Hz (normale Sprache) 100MHz oder 2.4GHz (Funk) liegt. Am Ende verschiebt die Modulation ja nur das Basisbandsignal in einen höheren Frequenzbereich, die Leistung oder dergleichen steigt dadurch aber nicht an.
Falls hier von Mobiltelefonen die Rede ist: jedes Mobiltelefon registriert sich beim nächsten Funkmast (sog. Netzelement), die Technik des Netzbetreibers weiß daher immer, über welchen Funkmast der Teilnehmer erreichbar ist. Der größte Teil des Weges geht über Draht, nicht über Funk.
@
Kelec:
Das liegt daran, dass die Signaldämpfung bei Kabeln exponentiell mit der Länge zunimmt, bei Line of Sight Funkverbindungen aber nur quadratisch.
Und worin siehst Du den Unterschied zwischen "exponentiell" und "quadratisch"?
Soweit ich weiß, ist eine quadratische Gleichung stets eine exponentiellle Gleichung mit dem Exponent "2"...
Nein exponentiell ist a^x quadratisch ist x².
Der Unterschied zwischen einer quadratischen Funktion und Exponentialfunktion ist dass bei ersterer das x die Basis ist und bei zweiterm im Exponenten steht.
@ Kelec:
Nein exponentiell ist a^x quadratisch ist x². Der Unterschied zwischen einer quadratischen Funktion und Exponentialfunktion ist dass bei ersterer das x die Basis ist und bei zweiterm im Exponenten steht.
Hmmm.
Nehmen wir an:
a = 2
x = 2
Dann ist also die exponentielle Funktion 2˄2 und die quadratische Funktion ist dann 2˄2 - richtig?
Nein denn das sind beides keine Funktionen mehr sondern ein Punkt an welchem beide Funktionen einfach den selben Wert haben.
Wenn du mir nicht glaubst gibt es genug Online Ressourcen wo du das auch nachschlagen kannst.
Dass beide Funktionen wohl nicht gleich sind lernt man eigentlich bereits in der Mittelstufe...
Oder um es an einem Beispiel zu zeigen
Für x=3 hast du x²=9 und 3^x = 27 und du willst doch wohl nicht behaupten, dass 27 das gleiche wie 9 ist.
@ Kelec:
Dass beide Funktionen wohl nicht gleich sind lernt man eigentlich bereits in der Mittelstufe...
Ich bitte um Nachsicht - das mit der Mittelstufe ist bei mir schon gut ein halbes Jahrhundert her...
Nein denn das sind beides keine Funktionen mehr sondern ein Punkt an welchem beide Funktionen einfach den selben Wert haben.
Gut - denn genau das meinte ich. Habe mich vermutlich blöd ausgedrückt.
Es kann also einen "Sonderfall" geben, bei dem ein Punkt (Wertetabelle) aus der einen Funktion einem Punkt aus der anderen Funktion gleicht.
Und kann man dann für diesen speziellen Fall sagen, dass für a = 2 und x = 2 die Exponentialfunktion und die quadratische Funktion dasselbe sind, weil sie beide das gleiche Ergebnis liefern?
Und kann man dann für diesen speziellen Fall sagen, dass für a = 2 und x = 2 die Exponentialfunktion und die quadratische Funktion dasselbe sind, weil sie beide das gleiche Ergebnis liefern?
Nein weil die Funktion nicht gleich sind sie haben hier eben nur einen gemeinsamen Punkt.
Damit Funktionen gleich sind muss ihre Werte und Bildmenge identisch sein und sie müssen f(x)=g(x) für alle x aus der Wertemenge erfüllen was wohl nicht der Fall ist.
Klar kann es bei verschiedenen Funktionen auch einen oder mehrere Punkte geben an denen sie einfach den selben Wert liefern was aber nicht bedeutet dass sie gleich sind.
Ein wirklicher "Spezialfall" wäre die uneigentliche Exponentialfunktion f(x)=0^x und die Funktion g(x)=0 diese beiden Funktion sind tatsächlich gleich, daher spricht ma erst von einer Exponentialfunktion wenn bei a^x a > 0 ist. Es gibt zwar auch eine allgemeinere Variante mit a ungleich 0, für negative a wird aber die Auswertung komplizierter.
@ Kelec:
Damit Funktionen gleich sind muss ihre Werte und Bildmenge identisch sein und sie müssen f(x)=g(x) für alle x aus der Wertemenge erfüllen was wohl nicht der Fall ist.
Verstehe.
Klar kann es bei verschiedenen Funktionen auch einen oder mehrere Punkte geben an denen sie einfach den selben Wert liefern was aber nicht bedeutet dass sie gleich sind.
Hier habe ich mich wahrscheinlich selbst ins Bockshorn gejagt, indem ich dachte, wenn der Ergebnis-Wert gleich ist, dann gleicht an dieser Stelle die quadratische Gleichung der exponentiellen...
Danke für Deine Geduld mit einem alten Opa...
indem ich dachte, wenn der Ergebnis-Wert gleich ist, dann gleicht an dieser Stelle die quadratische Gleichung der exponentiellen
Ich glaube hier ist es etwas die Begrifflichkeit. Umgangssprachlich würde ich das auch so sagen.
Aber im wesentlichen muss man hier sagen, dass sich die Funktionen in diesem Punkt schneiden. Das würde ausdrücken, dass nicht die Funktionen als solches gleich sind sondern sie eben für diesen Punkt nur das selbe Ergebnis liefern.
Schreiben kann man es eben indem man schreibt f(x)=g(x). Man setzt hier eben das Ergebnis der Auswertung der Funktionen gleich.
Es stimmt dass man im Funkbetrieb mit unglaublich kleinen Leistungen zu tun hat. Üblich sind zB -70dBm und darunter was eben Leistungen kleiner als 10^-10 Watt also es geht hier um Leistungen im Milliarstel Watt Bereich und auch die Ströme und Spannungen liegen daher in diesem Bereich.
Dennich gibt es Verstärker welche so kleine Leistungen verarbeiten und aufbereiten können und das ist eigentlich auch der Trick dahinter.
Auch wenn das Empfangssignal extrem klein ist kann es immer noch verstärkt werden solange es größer als das thermische Rauschen ist, darunter gehts nur noch mit kleinen Tricks.
Es kommt nicht auf die absolute Signalstärke an, sondern auf das Signal-Rausch-Verhältnis.
Wenn bekannt ist, dass die Signale in einem gegebenen, schmalen Frequenzbereich ankommen, kann man ziemlich effektiv nach diesem schmalen "Frequenzband" filtern. Dann muss noch sichergestellt sein, dass die Signale anderer Sender in diesem Frequenzband sehr viel schwächer sind als das gewünschte Signal und dass die Verstärkerschaltung das Signal nicht durch ihr Eigenrauschen überdeckt. (Um dieses Eigenrauschen möglichst stark zu unterdrücken, werden die Emfpangselemente und Primärverstärker von Radioteleskopen z. T. mit flüssigem Helium gekühlt.)
Im Bereich von Radiowellen (bis in den Mikrowellenbereich und auch darunter) liegt das Problem in der Praxis nie darin, dass zu wenige Photonen ankommen. Bei sichtbarem Licht kann das schon mal vorkommen (ich hab mal ein Spektroskopie-Experiment gesehen, wo von einem blauen 2-W-Laser nur ein paar Dutzend bis Hundert Photonen pro Sekunde am Detektor ankamen), bei Röntgenstrahlung ist das eher die Regel, besonders bei lebendem Gewebe.
Es ist sogar möglich, Funksignale einmal rund um die Welt zu senden und sich dann mit etwas Verzögerung selber im Empfänger zu hören. Funkamateure machen und können das auf Kurzwelle. Und auf ganz ganz langen Wellenlängen (niedrigen Frequenzen) kann man sogar zu getauchten U-Booten durchdringen und diesen Nachrichten schicken.
Die Sendeantenne gibt die vom Sender erzeugte Energie an die Luft ab. Sie erzeugt elektromagnetische Wellen, welche sich dann üblicherweise ringförmig (wie Wellen um eine Boje im Wasser) um die Antenne ausbreiten. Es schwingt/erzittert quasi die Luft.
Befindet sich gerade eine Empfangsantenne im Bereich der sich ausbreitenden elektromagnetischen Schwingungen, werden diese "empfangen". Sprich: Die Empfangsantenne schwingt im genau gleichen Rythmus wie die Sendeantenne - und zwar genauer gesagt im gleichen Rythmus wie ganz viele Sendeantennen rund um sie herum.
Denn die Empfangsantenne empfängt wirklich ALLES, was um sie herum an elektromagnetischen Schwingungen existiert. Es ist eine Frage der sogenannten "Selektion" im Empfänger, welche dieser Schwingungen tatsächlich zur Elektronik durchgeleitet werden und welche nicht.
Näheres kannst DU auch hier nachlesen: HOBBYFUNK.DE - Alles rund um's Hobby 'Funk
Und wie schon gesagt: Das funktioniert auch, wenn das Signal einmal um den ganzen Erdball gereist ist. Dann ist das gesendete Signal natürlich nur noch minimal vorhanden.
Aber mit guten Empfangsantennen, einer präzisen Selektion und anderen Filtern kann man dieses Signal dann doch aus dem empfangenen "Wust" herausholen und hörbar machen.
Kleiner Fakt hier am Rande. Funkverbindungen sind über lange Strecken (sofern Line of Sight) sogar besser und Verlustärmer als Kabelverbindungen. Das liegt daran, dass die Signaldämpfung bei Kabeln exponentiell mit der Länge zunimmt, bei Line of Sight Funkverbindungen aber nur quadratisch.
Luft ist ein wirklich gutes Dielektriukum und daher für die meisten Frequenzen extrem Verlustarm zudem entfallen in Luft wie auch in Dielektrischen Wellenleitern übliche Leiter womit diese Verbindungen auch keine Leitungsverluste aufweisen.
Eine Richtfunkstrecke ist daher oftmals sogar besser und billiger als eine Kabelgebunde Strecke wenn man jetzt nur das Signal betrachtet.
Nachteil der Funkverbindungen ist natürlich, dass sie von anderen abgehört bzw aktiv gestört werden können und sie zudem immer gesetzlich Bandbreitenbegrenzt sind.