Ausbreitung Hertzscher Wellen

Ausbreitung
Hertzscher Wellen
Energie- und Informationsübertragung:
Empfänger
Sender
Erzeugung einer
elektromagnetischen
Schwingung
Ausbreitung als
elektromagnetische
Welle
Entstehung einer
elektromagnetischen
Schwingung
(Schwingkreis)
Die elektromagnetische Schwingung muss sich vom Schwingkreis
ablösen und im Raum ausbreiten.
Entstehung einer elektromagnetischen Welle:
geschlossener
Schwingkreis
Öffnen des Schwingkreises
Dipol
Ein Dipol ist ein gestreckter elektrischer Leiter und beschreibt einen offenen Schwingkreis.
Das elektrische und magnetische Feld reicht weiter in den Raum hinaus.
Von einem Dipol lösen sich die elektrischen und magnetischen Felder ab und
breiten sich als Welle im Raum aus.
Ablösen und Ausbreitung des elektrischen Feldes von einem Sendedipol:
Animation
Empfang elektromagnetischer Wellen:
Der Empfang elektromagnetischer Wellen erfolgt in einem Empfangsdipol.
Das elektrische Feld ruft eine Ladungsverschiebung und das magnetische
Feld eine Induktion im Empfangsdipol hervor.
Im Empfangsdipol entsteht eine erzwungene elektromagnetische Schwingung.
→ Zwischen Sender und Empfänger wird Energie übertragen.
Informationsübertragung:
Am 24. März 1896 demonstrierte Alexander Popow die drahtlose
Übertragung von Signalen auf eine Entfernung von 250 Meter und schuf
damit die Vorstufe des heutigen Rundfunks.
12. Dezember 1901 gelang es dem Italiener Guglielmo Marconi mittels
Morsezeichen Informationen über den Atlantik zu übertragen.
Kohärer
Der Sender wurde im Rhythmus der Morsezeichen Ein- und Ausgeschalten.
Drahtlose Telegraphie (Morsen):
Trägerschwingung
Erzeugung einer
hochfrequenten
Schwingung
Ein- und Ausschalten der
Hochfrequenz
Verstärkung und
Abstrahlung am
Dipol
Die Veränderung der Trägerschwingung in Abhängigkeit der zu übertragenden
Information bezeichnet man als Modulation.
Ton- und Bildinformationen können durch verschiedene Modulationsverfahren
übertragen werden.
(A) Amplitudenmodulation:
HF
Trägerschwingung
Modulator
NF
modulierte
Trägerschwingung
Nutzsignal
Die Amplitude der Trägerschwingung (HF) ändert sich im Rhythmus des
Nutzsignals (NF).
(B) Frequenzmodulation:
HF
Trägerschwingung
Modulator
modulierte
Trägerschwingung
NF
Nutzsignal
Die Frequenz der Trägerschwingung (HF) ändert sich im Rhythmus des
Nutzsignals (NF).
Empfang modulierter elektromagnetischer Wellen:
modulierte
Trägerschwingung
Abstimmkreis
Herausfiltern
der gewünschten
Frequenz durch
Resonanz im
Abstimmkreis
Demodulator
Trennung der
hochfrequenten
Trägerschwingung
von der
niederfrequenten
Nutzschwingung
(Ton, Bild)
NF-Verstärker
Verstärkung der
Amplitude der
Nutzschwingung
und Ausgabe
im Lautsprecher
Die verschiedenen Modulationsarten werden für verschiedene
Trägerfrequenzen genutzt.
Frequenz und Wellenlänge elektromagnetischer Wellen:
Frequenzbereich:
30kHz – 1THz (1012Hz)
Entsprechend der Grundgleichung der Wellenlehre c = l . f
entspricht das den Wellenlängen:
10km – 300µm
Für unterschiedliche technische Anwendungen werden die
Frequenzen und Wellenlängen in Bereiche (Bänder) unterteilt.
Bereich (Bezeichnung)
Frequenzen
UKW
70 – 100 Mhz
TV
50 – 800Mhz
Satelliten-TV
10 – 13GHz
Handyfrequenzen
900 – 1900Mhz
Fernsteuerfrequenzen
27MHz
WLAN, Bluetooth
2,4GHz
Der Kohärer:
1890 von Édouard Branly als empfindlicher Indikator für elektromagnetische
Wellen entwickelt.
Er bestand ursprünglich aus einem elektrisch isolierenden Rohr (Glas),
das teilweise mit Metallspänen gefüllt war. Den Abschluss bildeten zwei
Elektroden, über die die anzuzeigenden elektromagnetischen Wellen von der
Antenne zugeführt wurden.
Ankommende elektromagnetische Schwingung verändern die Leitfähigkeit
der Eisenfeilspäne.
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