Hallo alle miteinander, ich wollte mal fragen, warum Kurzwellen von der Ionosphäre reflektiert werden und UK-Wellen nicht. Stell ich mir das richtig vor, dass die in der Ionosphäre enthaltenen Ionen und Elektronen durch die ankommende Welle in Schwingung versetzt werden und dann quasi als Sender fungieren und ihrerseits das Signal aussenden? Ist es so, dass die UKW einfach stärker gedämpft wird und garnicht erst richtig in der Ionosphäre ankommt um dann reflektiert zu werden. Ich stelle mir die Ionosphäre wie eine sehr viel schlechter leitenden Metalplatte vor, welche ja auch eine Welle aussendet sobald die in ihr enthaltenen Elektronen durch die einfallende Welle angeregt wird. LG alex
Das ist doch bei Wikipedia ganz gut erklärt, wer soll es denn hier besser erklären? http://de.wikipedia.org/wiki/Kurzwelle#Reflexion_an_Schichten_der_Ionosph.C3.A4re Mit der anschaulichen Vorstellung ist das natürlich immer so eine Sache -- ich kann mit die Totalreflexion von Licht an Glas auch nicht vorstellen.
eben diese Anschaulichkeit fehlt bei mir ;) Wenn sich jemand findet wäre ich da äußerst interessiert.
Alexander Haleer schrieb: > Ist es so, dass die UKW einfach stärker gedämpft wird und garnicht erst > richtig in der Ionosphäre ankommt um dann reflektiert zu werden. Ganz im Gegenteil. UKW durchdringt die Ionosphäre gewöhnlich. Manchmal passiert es allerdings, dass die E-Schicht ausreichende Elektonendichten aufweist, um auch UKW unter flachem Winkel zu reflektieren. Dann sind in DL z.B. im Fernsehband (VHF Band I) spanische oder andere südeuropäische Sender zu empfangen.
Hi, Alexander, > eben diese Anschaulichkeit fehlt bei mir ;) > Wenn sich jemand findet wäre ich da äußerst interessiert. da hilft auch diese Erklärung weiter: http://de.wikipedia.org/wiki/Reflexion_%28Physik%29 Schließlich: Die elektromagnetische Welle, ob Licht oder KW, regt Elektronen an. Solche in Festkörpern und auch solche in der Ionosphäre. Die angeregten Elektronen sind dann wieder Sekundärstrahler. Ciao Wolfgang Horn
ok, danke erstmal. das reflexions- bzw. brechungsgesetz war insofern für mich ein wenig schwammig, weil es nicht auf die atomare ebene eingeht. absorbiertes licht wird ja nichtgänzlich gespeichert im stoff, er wird ja wieder ausgesendet nur eben in alle richtungen gleich stark (ich frage mich ob man hier isotrop sagen darf) ich stell mir das so vor, dass in der ionosphäre das licht kurzzeitig gespeichert wird (Elektronen anregen), dann aber zentriert in eine richtung wieder ausgegeben wird. kann man das so sagen?
Hi, Alexander, > absorbiertes licht wird ja nichtgänzlich gespeichert im stoff, er wird > ja wieder ausgesendet nur eben in alle richtungen gleich stark (ich > frage mich ob man hier isotrop sagen darf) ich stell mir das so vor, > dass in der ionosphäre das licht kurzzeitig gespeichert wird (Elektronen > anregen), dann aber zentriert in eine richtung wieder ausgegeben wird. > kann man das so sagen? Sag mal, hast Du eine Phobie gegenüber wikipedia? Ionosphäre: "Die Reflexion elektromagnetischer Wellen an der F2-Schicht kann mit dem Brechungsgesetz von Snellius erklärt werden, wenn der Brechungsindex des Plasmas bekannt ist. Nach diesem, in der Optik oft benutzten Gesetz, wird eine elektromagnetische Welle beim Eintritt in ein optisch dichteres Medium zum Einfallslot hin gebrochen. Funkwellen unterhalb der Plasmafrequenz werden von den ionisierten Schichten reflektiert, ihre Bahnkurven sind in diesem Bereich gekrümmt. In der Schicht wird die Strahlrichtung immer flacher, dann horizontal und verläuft schließlich wieder abwärts. Die höhenabhängige Plasmafrequenz bewirkt, dass niedrigere Frequenzen in tieferen Schichten reflektiert werden als höhere Frequenzen;" Der Brechungsindex hängt vom Anteil freier Elektronen ab. Je härter das Sonnenlicht, desto mehr Atome werden ionisiert. Ciao Wolfgang Horn
Ein anderes Problem ist die Kohaerenz der reflektierten Strahlung. Auch wenn UKW von den Ionen reflektiert wuerde, dann waere die Grenzflaeche zu wenig scharf definiert, um auch eine kohaerent Welle zu bilden. Dh die einzelnen Wellen interferieren. UKW hat eine Wellenlaenge von 3m, und die Grenzflaeche muesste auf besser als 10cm definiert und auch auf 10cm eben sein. Wogegen bei Kurzwelle das Ganze doch etwas entspannter ist.
Laß es doch vom Mond reflektieren, der ist nicht so wabbelig.
Rainer V. schrieb: > Laß es doch vom Mond reflektieren, der ist nicht so wabbelig. Geht auch, wird ja gemacht. Allerdings ist die Streuung eben recht hoch, schon bevor das Signal dort ist, danach noch viel größer. Man braucht also entweder viel Leistung, eine große Antenne, oder ein Modulationsverfahren, das mit sehr geringer Bandbreite auskommt und daher wenig Rauschanteil einfährt. Naja, eigentlich mindestens zwei aus dieser Liste zusammen. ;-)
hey wolfgang, kein grund garstig zu werden, wie du meinem letzten post entnehmen kannst, fragte ich nach den atomaren wechselwirkung. die erklärung mit hilfe der optik und der unterschiedlichen dichte ist ein probater ansatz. es erklärt für mich aber nicht hinreichend genug den unterschied zur stark leitfähigen metallplatte. wo doch hier als mikroskopischer erkläransatz die bewegung der ladungsträger herangezogen wird. und bei der optischen erklärung größtentechnisch ein level höher agiert wird, in dem man von der dichte ausgeht. es erklärt nicht was dort in der dichte unter den atomen bzw. elektronen passiert. wahrscheinlich ist das auch anschaulich schwer nachzuvolziehen, deswegen begnügt man sich auch mit der fruchtbaren lösung der optik, versetehst du das nicht? die diskussion als solche erzeugt einen mehrwert, der auch später von anderen sehr gut nachvollzogen werden kann, spitzfindigkeiten sind nicht schlimm, aber unnötig.
Naja. Bei optischem Medium werden die Atome/Molekuele polarisiert, bei festem EM Wellen Medium, werden Ladungstraeger separiert, resp ausgelenkt. bei Plasma werden die Ionen separiert, resp ausgelenkt, bei Staubwolken werden Partikel polarisiert Alle vier Medien haben einen dynamischen E- Vektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
>ich kann mit die Totalreflexion von Licht an Glas auch nicht >vorstellen Schwimmbad. Armbanduhr unter Wasser. Kopf über Wasser. Uhr langsam kippen. Ab einem bestimmten Punkt ist die Glasoberfläche wie ein Spiegel. Am 28. August 1988 - 13:28 selbst ausprobiert
Stell dir mal die Elektronen wie eine Masse an einer Feder vor. Und jetzt nehme die Feder an ihrem oberen Ende und bewege sie hoch und runter. Wenn du das gaanz langsam machst, dann folgt die Masse deiner Bewegung fast so als wäre die Feder gar nicht da. Wenn du das ganz schnell machst, dann bewegt sich die Masse nur noch ganz wenig undzwar im Gegentakt zu deiner "Anregung". Was ist langsam und was ist schnell? Das ergibt sich durch die Resonanz der Anordnung Masse und Feder. Deutlich kleiner als die Resonanzfrequenz ist langsam, deutlich größer ist schnell und um die Resonanzfrequenz herum passieren ganz besonders interessante Sachen. Die Elektronen verhalten sich zusammen mit dem "Ionenhintergrund" ein bischen wie eine Masse an einer Feder. Auf alle Fälle gibt es auch eine Resonanzfrequenz und zwar die Plasmafrequenz (abhängig von der Dichte der Elektronen). Würde man in einem Volumen des neutralen ionisierten Gases die Elektronen gegen die Ionen verschieben, dann würden die Elektronen mit dieser Frequenz gegen den Ionenhintergrund oszillieren. Ist man mit einer elektrischen Anregung drunter, kommen die Elektronen mit und wirken als Sekundärstrahler (was zur Reflektion führt), ist man drüber, kommen sie irgendwann nicht mehr mit und das Medium wird für die Strahlung transparent. Es stimmt übrigens nicht, dass zur Reflektion eine scharfe Grenzfläche vorhanden sein muss. Wenn sich die Eigenschaften langsam und kontinuierlich ändern, dann wird eine Wellenfront auch langsam und kontinuierlich "abgeknickt"
Und wenn die Oberflaeche uneben, koernig, wolkig oder schaumig ist, mit Strukturgroessen gleich-groesser die Wellenlaenge? ?
Hi, Alexander, > hey wolfgang, kein grund garstig zu werden, Keine Notwendigkeit, "Garstigkeit" anzunehmen. > die erklärung mit hilfe der optik und der unterschiedlichen dichte ist > ein probater ansatz. es erklärt für mich aber nicht hinreichend genug > den unterschied zur stark leitfähigen metallplatte. Das frustriert mich. Diesen Denkfehler nicht klar genug gemacht zu haben. Dio Ionosphäre spiegelt nicht wie ein Badezimmerspiegel! Sondern sie beugt. Die Elektronendichte bewirkt den Brechungsindex. Ciao Wolfgang Horn
Na ja, wenn die Bereiche in denen die Beugung stattfindet beliebig inhomogen werden, dann wird es natürlich irgendwann mal schwierig. Ich würde denken, dass ein Teil der Fading-Phänomene die man beim Empfang von Radiowellen aus der Ionospäre beobachtet darauf zurückzuführen sind. Von der Anschauung her denke ich, dass es zu sehr wechselnden Signalstärken kommt, wenn es im Bereich in dem die Beugung stattfindet zu Gangunterschieden in der Größenordnung von Lambda kommt. Frequenzen im UKW Bereich werden übrigens teilweise auch an der Ionosphäre reflektiert undzwar sehr gut. Allerdings nur bei sehr hoher Ionisation durch die Sonne, was teilweise bei hoher Sonnernfleckenaktivität vorkommt (nicht zu verwechseln mit Reflektion an der Troposphäre). Im UKW Radiobereich sieht man das wohl nicht so häufig, aber im 6m Amateurband ist das offenbar möglich und wird auch genutzt. Auch Reflektion an den Bahnen von verglühten Meteoriten (Ionisationsspur) tritt auf und kann sogar bis in den Bereich relativ hoher Frequenzen genutzt werden. Auch hier könnte ein Funkamateur bestimmt berichten. Vielleicht sollte man das ganze aber nicht mit einer optischen Abbildung vergleichen, wo sicherlich wesentlich mehr Anspruch an Homogenität zu stellen ist. Hier geht es ja erst mal darum von der reflektireten Welle überhaupt etwas zu empfangen und die Amplitude (bei AM) oder die Frequenz (bei FM) bestimmen zu können. Ein Bild in dem sich sehr schnell Verzerrungen störend bemerkbar machen will man ja gar nicht machen. Ich würde übrigens widersprechen, dass Beugung der richtige Begriff ist. Gebeugt wird eigentlich am Spalt und allgemein an geometrischen Hindernissen. Dazu ist keine Veränderung eines Brechungsindex notwendig. Hier geht es nach meinem Verständnis eher um Brechung.
Ja, jack, > Vielleicht sollte man das ganze aber nicht mit einer optischen Abbildung > vergleichen, Ich vergleiche eher mit dem Abbild der untergehenden Sonne im wellenbewegten Meer: Der Beobachter sieht ein Flimmern und versteht den Begriff "Mehrwegeausbreitung". Wobei die Spiegelung an der Wasseroberfläche eine ganz andere ist als die Beugung in der Ionosphäre. > Ich würde übrigens widersprechen, dass Beugung der richtige Begriff ist. > Gebeugt wird eigentlich am Spalt und allgemein an geometrischen > Hindernissen. Dazu ist keine Veränderung eines Brechungsindex notwendig. > Hier geht es nach meinem Verständnis eher um Brechung. Hast Recht. Ich habe im Gegensatz "relektierender Spiegel in der Ionosphäre" und "Krümmung des Ausbreitungsweges der elektromagnetischen Welle zurück zum Erdboden" zur falschen Vokabel gegriffen. Die Variation in der Elektronendichte bewirkt eine Krümmung, und wenn der Ausbreitungsweg auch eine Beugung zu haben scheint, so ist es keine Beugung, sondern eine Brechung. Ciao Wolfgang Horn
Das mit der Sonne im Wasser ist bestimmt ein gutes Beispiel um ein Gefühl für die Sache zu bekommen. Ich habe übrigens vor längerer Zeit mal ein ganz nettes Buch zu der sehr interessanten Thematik gelesen: "Sonne, Erde, Radio" von J.A. Ratcliffe. Bekommt man aber wahrscheinlich nur noch antiquarisch.
Ich danke euch allen für die Antworten, das Bild wird wesentlich klarer. Eine Frage hätte ich dann noch. Wenn die Elektronen der Sekundärstrahler sind, was sind dann die Primärstrahler?
Ich würde das so erklären: Die Sonne ionisiert die Luft in einer bestimmten Schichten. Dadurch sind freie Elektronen in der Luft. Ob nun Wellen durch diese Elektronen durchgehen oder reflektiert werden hängt von der Wellenlänge der Wellen ab und der Dichte der Elektronen in dieser Schicht. Wenn die Wellenlänge (ca.) kleiner ist, als der Abstand der freien Elektronen in der Schicht, geht die Welle durch. Wenn die Wellenlänge (ca.) größer ist als der Abstand der freien Elektronen in der Schicht, wird die Welle reflektiert. Daher wird Langwelle besser an dieser Schicht reflektiert als Kurzwelle.
Hi, Toff, > Die Sonne ionisiert die Luft in einer bestimmten Schichten. Dadurch sind > freie Elektronen in der Luft. Die Bezeichnung "Luft" ist hier so unpassend, wie wir beide da oben ersticken würden. Die Atome sind schon so dünn verteilt, dass die Elektronen nicht sofort rekombinieren können. > ... Wenn die Wellenlänge > (ca.) kleiner ist, als der Abstand der freien Elektronen in der Schicht, > geht die Welle durch. Wenn die Wellenlänge (ca.) größer ist als der > Abstand der freien Elektronen in der Schicht, wird die Welle > reflektiert. Ich bekenne, darüber noch nie nachgedacht zu haben, erst mit diesem Thread. Aber so, wie Du es erklärst, kann es nicht sein. Weil "die Welle" ja gar nicht existiert. Sondern der Primärstrahler ist beispielsweise der Rundfunksender in Luxemburg. In dessen Antenne fließen Wechselströme, Ladungen werden hin- und her geschaufelt. Alles andere ist Symptom. Hältst Du einen Meßempfänger mit Antenne in die Ionosphäre, wird dessen Antenne angeregt. Die Elektronendichte wirkt ähnlich wie die Dichte der Atome in der optischen Linse. Die Zunahme der Dichte entspricht der Verteilung der Atome und des ionisierenden Sonnenlichts. Die freien Elektronen wirken wie Antennen, sie schwingen mit dem Primärstrahler mit, aber ein wenig verzögert. Sie strahlen auch wieder ab, ebenfalls verzögert. Je mehr Elektronen pro Kubikkilometer, desto größer die Verzögerung. Wegen der Inhomogenität der Verteilung freier Elektronen ergibt sich eine Brechung der Welle. Vielleicht, bis die zum Erdboden zurück kehrt. Mancher Peilfunker war sogar schockiert, wenn er die Welle eines Senders, den er vor sich wußte, in seinem Rücken peilte. (Seltener Effekt, aber dokumentiert, wenn der direkte Empfang wegen Fading ausfällt, aber die Welle über den Kopf des Peilers hinweg gebeugt wurde. Alternative Ursache: Die Welle hat die Erde einmal umrundet.) Wir haben eine solche Sache erst begriffen mit einer plausiblen Antwort auf die Frage "wie funktioniert das?" Ciao Wolfgang Horn
Hi Wolfgang, >>Aber so, wie Du es erklärst, kann es nicht sein. Weil "die Welle" ja gar >>nicht existiert. Sondern der Primärstrahler ist beispielsweise der >>Rundfunksender in Luxemburg. In dessen Antenne fließen Wechselströme, >>Ladungen werden hin- und her geschaufelt. >>Alles andere ist Symptom. Hältst Du einen Meßempfänger mit Antenne in >>die Ionosphäre, wird dessen Antenne angeregt. Hmm, das verstehe ich nicht so ganz. Der Primärstrahler "sendet" doch elektromagnetische Wellen aus. So gesehen sind doch mehr oder weniger ALLE Wellen ein Symptom. Was genau meinst Du mit "wird dessen Antenne angeregt". Das freie Ladungen Einfluss auf einen metallischen Leiter haben ist ja trivial. Gruß, Toff
Hi, Toff, > Hmm, das verstehe ich nicht so ganz. Der Primärstrahler "sendet" doch > elektromagnetische Wellen aus. Dies ist eine vereinfachte Sichtweise. Beispiel: Südliche Nordseeküste, von Nordwest anrollende Wogen. Klein-Fritzchen sieht die Wogen, hört sie sogar, erschauert unter deren Gischt. Kriegt Angst, läuft ein paar Meter hinter den Deich, alles ist in Ordnung. Aber tue mal eine Boje in der Wasser, selbe Dichte, damit sie mittreibt. Tue einen GPS-Sensor hinein und einen Beschleunigungssensor. Läuft die mit der Woge mit? Nein. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit bleibt sie stationär, ihr Kurs beschreibt aber ein vertikales Oval. Die Wogen "laufen über sie hinweg".(Wind und Meeresströmungen versetzen sie dann doch horizontal. In der Brandungszone dann erleben wir "Oberwellen" in der ovalen Bewegung und Begrenzungen.) Was also siehst Du an einer Meereswoge? Genau genommen nur dasselbe Wasser, das vorher schon da war, es bewegt sich nur. Entsprechendes passiert mit elektromagnetischen Wellen. Es gibt sie genauso wenig wie Meereswogen. Der Meßempfänder wird natürlich angeregt, er kann was messen, aber das ist die Folge der Anregung durch den Sender. > So gesehen sind doch mehr oder weniger ALLE Wellen ein Symptom. Ja, alles, was wir beobachten, ob anne Waterkant oder mit dem Meßempfänger, sind Symptome. > Was genau meinst Du mit "wird dessen Antenne angeregt". Das freie > Ladungen Einfluss auf einen metallischen Leiter haben ist ja trivial. Natürlich ist trivial, dass die Ladungen, die in der Sendeantenne hin- und hergeschoben werden, auch die Elektronen in der Empfangsantenne anregen und Wechselspannungen zu messen sind. Ich bin da etwas vorsichtig mit meiner Antwort, weil die freien Elektronen in der Ionosphäre die Antenne höchstens statisch beeinflussen - es sei denn, irgendwer beschleunigt sie. Ciao Wolfgang Horn
Hi Wolfgang, >>Dies ist eine vereinfachte Sichtweise. ich habe versucht die Gegebenheiten so einfach wie möglich einem Halb-Lainen zu erklären. >>Was also siehst Du an einer Meereswoge? Genau genommen nur dasselbe >>Wasser, das vorher schon da war, es bewegt sich nur. Der Äther bleibt selbstverständlich der gleiche. Nur die Störungen (Wellen) innerhalb dessen werden (bis an den Strand) "übertragen". >>Elektronen in der Ionosphäre die Antenne höchstens statisch beeinflussen >>- es sei denn, irgendwer beschleunigt sie. Da würde ich mal behaupten, dass die Sonne mit ihren Feldern und das Magnetfeld der Erde dafür sorgen, dass kein statischer Zustand der Elektronen auftritt. Ich lass ich aber gerne eines Besseren belehren. Gruß Toff
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