Wellenausbreitung Wellenphänomene Schichten der Erdatmosphäre

Präsentation zum Thema: "Wellenausbreitung Wellenphänomene Schichten der Erdatmosphäre"—  Präsentation transkript:

1 Wellenausbreitung Wellenphänomene Schichten der Erdatmosphäre
Boden- und Raumwelle Frequenzspektrum Reichweiten der verschiedenen Frequenzen

2 Wellenausbreitung Absorption (Dämpfung)
Beim Durchgang der Wellen durch Materie wird ein Teil der Energie in Wärme umgesetzt. Die Absorption steigt mit steigender Leitfähigkeit der Materie und mit steigender Frequenz. Im freien Raum wäre die Ausbreitung der Radiowellen geradlinig und für alle Frequenzen gleich. In der Wirklichkeit werden die elektromagnetischen Wellen durch die Erdoberfläche (Krümmung, Hidernisse) und die Atmosphäre beeinflusst. Dabei treten die in der Folge behandelten Effekte in Erscheinung. Die Absorption ist über Wasser klein, über offenem Land mittel und über Wohnsiedlungen gross.

3 Wellenausbreitung Reflexion (Spiegelung)
An leitenden Flächen werden Wellen wie Lichtstrahlen auf einem Spiegel reflektiert. Die Reflexion ist umso vollständiger, je leitender die reflektierende Fläche und je höher die Frequenz ist. Reflexionen treten an der Erdoberfläche, Bergflanken und Gebäuden auf. Reflexionen treten auf an der Erdoberfläche, Bergflanken und Gebäuden.

4 Wellenausbreitung Refraktion (Brechung)
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen hängt vom Medium ab. Eine Welle wird beim Übergang in ein Medium, in dem die Geschwindigkeit kleiner ist, zur Senkrechten hin gebrochen. Die Wellen wählen ihren Weg zwischen zwei Punkten so, dass die Ausbreitungszeit minimal ist. In der Atmosphäre nimmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit steigender Höhe ab (hängt von der Ionisation ab). Deshalb werden aufsteigende Wellen progressiv gebrochen, was sie unter Umständen zur Edre zurückschickt. Das Phänomen wird von der Erde aus wahrgenommen wie eine Reflexion der Wellen an den ionisierten Schichten (Ionosphäre) der Atmosphäre.

5 Wellenausbreitung Diffraktion (Beugung)
An den Rändern von Hinder-nissen werden Wellen gebeugt. Die Beugung ist abhängig von der Grösse und Form des Hindernisses sowie der Wellen-länge. Sie ist umso grösser, je höher die Frequenz ist.

6 Wellenausbreitung Interferenz (Überlagerung)
Schwingungen können sich addieren, was zu einer Verstärkung oder Abschwächung des Signals führt (Interferenz). Die rote und die blaue Schwingung addieren sich zur grünen Interferenzschwingung. Im zweiten Beispiel löschen sich die beiden Wellen sogar gegenseitig aus. Verstärkung Interferenzschwingung Auslöschung

7 Wellenausbreitung Die Troposphäre
Erstreckt sich vom Erdboden bis in eine Höhe von rund 11 km Das Wetter spielt sich in dieser Schicht ab Die Temperatur fällt mit zunehmender Höhe um 6 bis 8°C pro km Der Zustand der Troposphäre ist für die Ausbreitung der UHF-Wellen von besonderer Bedeutung

8 Wellenausbreitung Die Stratosphäre Erstreckt sich von ca. 11 bis 80 km
Enthält kein Wasserdampf Hat keinen Einfluss auf die Ausbreitung von UHF-Wellen In der Stratosphäre befindet sich die Ozonschicht

9 Wellenausbreitung Die Ionosphäre
Erstreckt sich von etwa 80 km bis annähernd 800 km Höhe. Enthält eine grosse Anzahl Ionen (elektrisch geladene Teilchen), die hauptsächlich durch die Sonneneinstrahlung entstehen. Dir obere Erdatmosphäre besteht haupsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff und deren Verbindungen. Ein wesentlich kleineren Anteil bilden Wasserstoff, Helium und verschiedene andere Gase. Nach Auswertung der angefallenen Datenmengen bestätigten sich die Theorien, dass hauptsächlich die UV-Strahlung der Sonne für den Zustand der Ionosphare zuständig ist. Der grosse Energieanteil der Strahlung schlägt Elekronen aus den Gasatomen heraus und lässt ein ursprünglich neutrales Atom mit einem Überschuss an positiver Ladung zurück. Dieser Vorgang, bei dem ein sog. Ion entsteht heisst Ionisation.

10 Wellenausbreitung Ionosphäre Troposphäre Stratosphäre 800 km 80 km

11 Wellenausbreitung Raumwellen
Raumwellen werden an der Ionosphäre reflektiert. Weltweite Verbindungen auf KW möglich. Einfluss auf die Bedingungen: - Tag / Nacht - Jahreszeit - Sonnenaktivität (11-Jahreszyklus)

12 Wellenausbreitung Bodenwellen Beschränkte Reichweite (Dämpfung) Wellen folgen der Erdkrümmung Tiefe Frequenzen erzeugen bessere Bodenwellen Sendeleistung ist wichtiger Faktor ð Den Einfluss des Wetters kann man auf Kurzwelle vernachlässigen

13 Wellenausbreitung Ionosphäre Reflektierte Raumwelle Raumwelle
tote Zone Bodenwelle

14 Wellenausbreitung Die Ausbreitung von Bodenwellen Beugung Funkschatten

15 Wellenausbreitung Reflexion an der Ionosphäre Ionisierte Schicht
UV-Strahlen Ionosphäre Reflexion an der Ionosphäre Raumwelle Sender Empfänger

16 Wellenausbreitung Erde F2 Schicht F1 Schicht E Schicht D Schicht
KW (nachts) F2 Schicht KW (tags) F1 Schicht E Schicht D Schicht MW Die UV-Strahlung der Sonne enthält ein relativ grosses Spektrum verschiedener Frequenzen. Da nun die Gase der oberen Atmosphäre auf unterschiedliche Frequenzen in diesem Spektrum reagieren, bilden sich mehrere Lagen besonders stark ionisierter Bereiche, die zwischen 50 und bis über 700km liegen. Diese stark ionisierten Bereiche bezeichnet man als Schichten. Sie überlappen sich je nach äusseren Einflüssen und bilden eine durchgehende Folge von mind. 4 verschieden stark ionisierten Schichten. Sie werden mit den Buchstaben D, E, F1 und F2 bezeichet. Die Höhe und Charakteristik dieser Schichten wechseln zwischen Tag und Nacht und von Jahreszeit zu Jahreszeit. Elektromagnetische Wellen verschiedener Frequenzen werden an den Schichten unterschiedlich gebogen und wieder zur Erde zurück reflektiert. LW Ozon Schicht Erde

17 Wellenausbreitung Kurzwellen haben eine sehr grosse Reichweite, vor allem nachts, wenn infolge schwächerer Ionisation die Umlenkung erst an den höheren F-Schichten gelingt. Die Reichweite der Bodenwelle ist sehr gering und es existiert ein maximaler Auftreffwinkel für die Raumwelle, wodurch eine tote Zone entstehen kann. Die Mittelwellen werden an der E-Schicht gebrochen. Die Bodenwelle ist über 100 km lang. Langwellen können eine bis mehrere 1000 km weit reichende Bodenwelle bilden. Sie gewährleistet tagsüber und auch nachts einen guten Empfang.

18 Wellenausbreitung Frequenzspektrum LF MF HF VHF UHF SHF EHF 30kHz
3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz LF MF HF VHF UHF SHF EHF

19 Wellenausbreitung HF -> MHz (High Frequency) Ausbreitungseigenschaften: ð Weltweite Verbindungen durch Reflexion an der Ionosphäre möglich. Je nach Frequenzen, Tag- und Nachtzeiten, Jahres- zeit, 11-Jahreszyklus sind Weitverbindungen (DX) möglich. Beispiele: - Schiffsfunk - Amateurfunk - CB-Funk

20 Wellenausbreitung VHF -> MHz (Very High Frequency) Ausbreitungseigenschaften: ð Regionale Verbindungen, 20 bis 150 km, bei besonderen Meteorologischen Verhältnissen sind auch Überreichweiten möglich. Im Normalfall ist die Ausbreitung beinahe quasioptisch. Beispiele: - UKW-Radio - Fernsehen - Amateurfunk

21 Wellenausbreitung UHF -> MHz (Ultra High Frequency) Ausbreitungseigenschaften: ð Regionale Verbindungen, Richtstrahl, Reflexionen an Felsen ermöglichen auch Verbindungen ausser Sichtweite. Beispiele: - Fernsehen - Amateurfunk - CB-Funk