Halllloooooohhhhhhh
Ich habe mal eine Frage: Rauscht eine 50Ohm antenne so wie ein 50 Ohm
Widerstand? Meinem Verständnis nach nicht, da die Impedanz eine Folge
aus Z=sqrt(L/C) ist und reaktive Bauelemente nicht rauschen.
Wenn ich z.B: 20MHz Bandbreite habe,
empfange ich eine Rauschleistung von Pn=k_b*T*B.
Diese Rauschleistung wird an der 50Ohm Impedanz in Spannnung umgewandelt
sqrt(Pn*50Ohm). In meinem Rechenbeispiel komme ich da auf 2.04uV.
(B=20M, T=300k)
Ein 50Ohm Widerstand rauscht aber mit wesentlich mehr
Spannung:sqrt(4*k_B*T*B*R) = 4.07uV (mit B=20M, T=300, R=50)
woher kommt der Faktor 2 unterschied und wieso? (ja ist klar: aus der 4
in der Wurzel..)
Wird bei der Antenne davon ausgegangen, dass die hälste der Leistung in
der Anpassung verschwindet?
Was ist, wenn ich die Antenne gar nicht Leistungsanpasse, sondern z.B.
Strom- oder eher Spannungsanpasse? bekomm ich von der Antenne dann auch
die 4uV (obwohl sie meinem Verständnis nach gar nicht thermisch rauscht)
?
nö, durchaus ernstgemeint. das problem ist, dass man per google
hauptsächlich anpassung usw findet aber sich nur wenige mit der
Rauschmodellierung beschäftigen :-(
....
Das mag damit zusammenhängen, dass Rauschen und Berechnungen welche
damit zusammenhängen etwas mit Statistik zu tun hat, um welche die
meisten kühlen Rechner unter den Amateuren gern einen Bogen machen. hier
solltest du gezielt nach universitären Quellen suchen und weniger nach
allgemeinen. In der Industrie wird man das zwar benötigen aber eher in
der Entwicklung mit neuen Materialien als im etablierten Antennenbau.
Dort zählen eher Erfahrungen und Messergebnisse als theoretischer
Unterbau.
Wenn du eine 50Ohm-Antenne hast, dann verhaelt sie sich wie ein ohmscher
Widerstand, nicht reaktiv. Ein Rauschstrom erzeugt eine Rauschspannung,
bei Stromanpassung wird die Spannung null, bei Spannungsanpassung wird
sie maximal (daher wie du vermutest Faktor 2). Du kannst sie als
elektrisches Bauteil auffassen wie einen Widerstand, der Leistung
dissipiert (aber sie wird eben abgestrahlt).
Wenn du sie als Antenne betrachtest, duerfte mit Annahme einer
thermischen Hintergrundstrahlung das gleiche Ergebnis herauskommen...
eine bestimmte Rauschstrahlung wird empfangen.
Hat nichts mit Trollen zu tun, ihr Trolle. Ich glaube auf der deutschen
Wikipedia ist das recht ausfuehrlich beschrieben.
Naja was ich gerade versuche ist, das rauschen zu simulieren.
Es ist jetzt so dass ich eine Rauschende 14-Ohm quelle genommen habe die
ich mit einem nicht rauschenden 36Ohm Widerstand zu 50Ohm impedanz
ergänzt habe.
Die simulation spuckt jetzt über die 14Ohm tatsächlich die
theoretischen 2.04uV über BW=20MHz aus.
Die Frage ist, ob das alles ist, was ich beachten muss oder ob das
empfangene rauschen vllt doch 4.08uVrms hat.
Oder anders gesagt: ich möchte gerne Wissen, wie ich eine Quelle
modelliere, die einer 50Ohm antenne gleich kommt. Inklusive
aufgeschnapptem rauschen usw.
Erstmal wird ein Gerät mit einem Signal-Generator vermessen. Und da
steckt immer ein Widerstand dahinter.
> Wird bei der Antenne davon ausgegangen, dass die Hälfte der Leistung> in der Anpassung verschwindet?
Ja.
> Was ist, wenn ich die Antenne gar nicht Leistungsanpasse
Dann geht das Rauschen runter, aber auch das potenzielle Nutzsignal. Da
das Eigenrauschen des Empfängers dazukommt, wird das S/N Verhältnis
schlechter.
Wird das Rauschen auf eine andere Impedanz (z.B. 12,5 Ohm) bezogen und
das Signal anschließend mit 1:2 verlustfrei hochtransformiert, bleibt
das Ergebnis gleich. Die Impdanz hat sich vervierfacht und die Spannung
verdoppelt.
> Rauscht eine 50 Ohm antenne so wie ein 50 Ohm Widerstand?
Nach meinem Verständnis auch nicht. Aber die Antenne sieht mit ihrem
Gewinn die Hintergrundstrahlung und andere Störungen und mit der
Anpassung wird dieses Signal auf die 50 Ohm transformiert. Befindet sich
im Öfnnungswinkel ein Material mit >0 Kelvin, dann wird dessen Strahlung
empfangen (plancksches Strahlungsgesetz).
Die 50Ohm Antenne rauscht wie ein 50Ohm-Widerstand. Wenn du sie mit
einem 50Ohm Widerstand abschliesst und lange genug wartest, wird sich
der Widerstand irgendwann mit dem restlichen Universum im
Strahlungsgleichgewicht befinden, weil er bei Vorhandensein einer
Temperaturdifferenz netto Waerme ueber die Antenne abstrahlt oder
aufnimmt. Wenn das Universum homogene Temperaturverteilung hat, hat jede
Antenne einfach ihre entsprechende thermische Rauschspannung.
Du willst also das Rauschmodell einer realen Antenne darstellen um eine
Antenne vor deren realem Aufbau vorab bewerten zu können?
Dann wirst du weit mehr Parameter als L,C,U,I in Betracht ziehen müssen
speziell die realen spezifischen Werkstoffeigenschaften und Geometrie
der Antenne, sowie deren Kopplung an den Freiraum. Das ist wirklich eine
Wissenschaft und nicht mit einer Formel zu erledigen. Ich möchte das
heute nicht mehr nachvollziehen obgleich ich mich vor etlichen Jahren
durchaus dafür interessierte hätte (während des Studiums) schade ich
bedaure, dir nicht besser helfen zu können. ;(
Namaste
>Die 50Ohm Antenne rauscht wie ein 50Ohm-Widerstand. Wenn du sie> mit einem 50Ohm Widerstand abschliesst
Die 50 Ohm rauschen dann, aber wieso die Antenne? Die hat doch keinen
(oder nen minimalen) Ohmschen anteil :-/
Ich möchte für ein demodulationsverfahren den SNR korrekt einstellen,
der bereits an der antenne anliegt. Dafür brauch ich die
Rauschamplidude, die die antenne ausspuckt (zusätzlich zum nutzsignal)
Ich möchte meine Quelle so einstellen, dass sie die Antenne
repräsentiert. Auch bei fehlanpassung usw.
vorweg, fuer deine konkrete Aufgabe duerfte das mit dem thermischen
Rauschen nicht so wichtig sein...
Eine 50 Ohm Antenne verhaelt sich elektrisch wie ein ohmscher
Widerstand, nicht, nicht wie ein komplexer Widerstand. Wenn die Antenne
eine Reaktanz aufweist, ist sie nicht richtig angepasst und ist dann
auch nicht das, was man als 50Ohm Antenne bezeichnet.
Als Sendeantenne wird die verrichtete elektrische Leistung abgestrahlt,
was aus Sicht der Schaltung das gleiche ist wie wenn ein ohmscher
Widerstand Leistung dissipiert (in Waerme verwandelt).
Als Empfangsantenne liegt dem Widerstand noch eine Spannungsquelle in
Reihe. In jedem Fall kann man das thermische Rauschen zunaechst analog
zum Widerstandsrauschen sehen, wenn man davon ausgeht, das gesamte
Universum habe z.B. 300K.
Fuer deine Anwendung ist das wahrscheinlich nicht so wichtig. Je nachdem
in welchem Frequenzbereich du arbeitest, werden die Rauschquellen eher
im Empfaenger selbst liegen oder Stoerquellen in der Umgebung. Aber das
sind an der (Empfangs-)Antenne natuerlich auch wieder Rauschspannungen
mit 50 Ohm Widerstand.
Also zusammengefasst:
1)Die Antenne fängt von der umgebung die 300K auf und Wandelt diese in
eine Spannung um: sqrt(k*B*T * 50Ohm)
2) Dann ist die antenne selbst doch noch ohmisch im Verhalten und fügt
nochmals sqrt(4*k*T*B*50Ohm) hinzu.
Das ganze ist natürlich unkorrekliert.
Die 50 Ohm eigenschaft (2) bilde ich einfach durch einen Widerstand
nach.
Punkt 1) ist eher eine seperate quelle die das rauschen einfängt.
z.B. Die äquivalente Rauschquelle eines 12.5Ohm Widerstandes.
NJaaa also das mit den 50 Ohm leutet mir immer noch nicht ein.
Die 50 Ohm sind eine Impedanz. Das Endprodukt eines Kapazitäts und
Induktivitätsbelags. 50Ohm Impedanz sind ja kein 50Ohm Widerstand.
Eine Leitung mit 50OHm impedanz setzt ja nicht über 50Ohm energie in
wärme um und rauscht entsprechen nicht mit 50 Ohm.
Jetzt mal ein konkretes Beispiel:
f0=433MHz;
BW=20MHz.
Antenneimpedanz=50Ohm.
Umgebung=300K
Wie sieht die Ersatzschaltung der Antenne aus?
(->mit allen Rauschquellen incl empfangenem Rauschen und
Empfangssignal?)
Du machst es zu kompliziert. Eine 50 Ohm Antenne verhaelt sich aus Sicht
der angeschlossenen Schaltung genau wie eine Spannungsquelle mit 50 Ohm
Widerstand in Reihe. Das gesamte Verhalten (einschliesslich Rauschen)
ist nicht von dem eines 50Ohm-Generators zu unterscheiden,
vorausgesetzt, das gesamte Universum ist schwarz und hat 300K.
Impedanz heisst Wechselstromwiderstand. Die Impedanz einer 50 Ohm
Antenne ist aber reellwertig. Wie das zustandekommt (bei Vorhandensein
von Ls und Cs) ist egal. Das ganze verhaelt sich bei einer gegebenen
Frequenz genau wie ein ohmscher Widerstand. Aus Sicht der Schaltung ist
es auch egal, ob das Rauschen nun in der gedachten Spannungsquelle
entsteht oder in dem umgebenden Universum (was eine wesentlich
kompliziertere Vorstellung ist). Die Darstellung einer Antenne als
Reihenschaltung von Spannungsquelle und Widerstand ist onehin nur eine
Modellvorstellung.
> ob das Rauschen nun in der gedachten Spannungsquelle> entsteht oder in dem umgebenden Universum
Das macht schon einen Unterschied. Atmosphärisches Rauschen und die
Hintergrundstrahlung sind frequenzabhängig, das Rauschen eines
Widerstandes aber nicht.
> Wie sieht die Ersatzschaltung der Antenne aus?
Die Impedanz ist nicht exakt Ohmisch 50Ohm sondern
komplex(Realteil+Imaginärteil). Die Impedanz ist abhängig von der Form
der Antenne und der Position der Antenne relativ zur Erde/Masse und wie
ideal/niederohmig diese Erde für die verwendete Frequenz ist. Der
Realteil der Antennenimpedanz ist dann der Teil für den du die
Rauschspannung berechnen musst. Hinzu kommt natürlich das kosmische
Rauschen das die Antenne einfängt. Im Frequenzbereich bis einschließlich
Kurzwelle dominiert sogar das kosmische Rauschen.
Wenn eine Antenne mit Zimmertemperatur rauschen würde, dann müsste man
bei Erde-Mond-Erde-Verbindungen nicht die Nebenzipfel vermeiden, die zum
Erdboden zeigen. Eine Antenne zum "kalten Himmel" gerichtet hat eine
deutlich geringere Rauschtemperatur als die Erde.
Der Denkfehler liegt wohl in der Temperatur des gedachten 50 Ohm
Widerstands.
Genaaaauuuu Master Kesseler hat es erfasst.
Aber gut, dass das selbst hier so kontrovers gesehen wird.
Bei manchen rauschen die 50Ohm impedanz, bei anderen nicht.
Auch ein 50Ohm-Kabel hat eine reelwertige Impedanz und bei DC tortzdem
nur 1Ohm. Da rauscht dann letztlich nur das 1Ohm. Die 50Ohm kommen durch
C/m und L/m zustande und diese rauschen nicht.
So. Wie modeliere ich nun die Quelle?
- Mit 50Ohm-Widerstand der NICHT rauscht.
- Und welchen Widerstandswert nehme ich, um das Empfangene weiße
Rauschen nachzubilden? (oder besser: die Rauschquelle welchen
Widerstandes)
12.5 Ohm ?
Weißer Rauscher schrieb:> Und welchen Widerstandswert nehme ich
Wenn du es wirklich exakt machen willst, dann nimm gar keinen
rauschenden Widerstand an, sondern modelliere die Empfangseigenschaften
der Antenne, also was sie vom Universum sieht. Das beinhaltet ne Menge:
das kosmische Hintergrundrauschen, das Rauschen von Körpern, die wärmer
sind als der absolute Nullpunkt, das Rauschen aus kosmischen,
atmosphärischen und manmade Vorgängen, eben alles, was so eine Antenne
empfangen kann. Das ist nämlich das, was du an Rauschen anfänglich
fälschlicherweise der Antenne zugeschrieben hattest.
Mein Rat: laß das lieber, du wirst dich nur verzetteln. Guck lieber in
die gängige Funkamateur-Literatur und suche dort nach Grafiken, die den
mittleren zu erwartenden Rauschpegel je nach Frequenzbereich darstellen.
W.S.
Weißer Rauscher schrieb:> Genaaaauuuu Master Kesseler hat es erfasst.
Also doch Troll.
> Aber gut, dass das selbst hier so kontrovers gesehen> wird.
Diese Häme steht Dir nicht gut.
> Bei manchen rauschen die 50Ohm impedanz, bei anderen> nicht.
50Ohm rauschen wie 50Ohm. Immer.
> Auch ein 50Ohm-Kabel hat eine reelwertige Impedanz und> bei DC tortzdem nur 1Ohm. Da rauscht dann letztlich nur> das 1Ohm. Die 50Ohm kommen durch C/m und L/m zustande> und diese rauschen nicht.
Von vorn bis hinten verkorkst. Munter den aus dem
Widerstandsbelag resultierenden ohmschen Kabelwiderstand
mit dem Wellenwiderstand vermengen und die Anpassung
ignorieren. Nur weiter so.
Und immer schön hämisch über die anderen grinsen, die
keine Ahnung haben...
> So. Wie modeliere ich nun die Quelle?
Du? Gar nicht.
Leute, ihr macht es zu kompliziert. Es muss nicht hoch exakt sein,
sondern nur die störeinflüsse korrekt repräsentieren.
1) Mir geht es darum eine Quelle zu finden, die sich als Generator wie
eine reale Antenne verhält.
2) Und darum, eine zusätzliche quelle in reihe zu schalten, die in etwa
das empfangene Rauschen simulieren kann. Weißes rauschen kann z.B. von
einem Widerstand kommen und über eine VoltageControlledVoltageSouce in
den Signalpfad einfügen, ohne den Widerstand selbst in den Signalpfad zu
legen.
1) Scheint eine normale Quelle mit 50Ohm innenwiderstand zu sein, der
NICHT rauscht. Oder halt ein wenig - entsprechend dem DC-Innenwiderstand
abzüglich des Skineffekts usw. Aber nicht mit den 50 Ohm "impedanz".
2) durch das Empfangen von P_noise=k T B ergibt sich eine
Rauschspannung.
Mit 50Ohm Quellimpedanz (unabhängig von der Lastimpedanz) ergibt sich in
der Quelle damit ein Rauschen mit sqrt(P*50Ohm) (rms)
Das Soll durch die Rauschquelle eines Widerstandes in die Schaltung
eingefüht werden.
Oder: siehe Anhang.
Wie groß ist R_noise und wie groß ist die Amplitude in der Signalquelle
bei z.B. -60dBm Eingangssignal ?
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Wenn eine Antenne mit Zimmertemperatur rauschen würde,> dann müsste man bei Erde-Mond-Erde-Verbindungen nicht> die Nebenzipfel vermeiden, die zum Erdboden zeigen.
Doch, nach meinem lückenhaften Verständnis doch - weil
die Erde noch zusätzliche Rauschbeiträge liefert, die
sich zum rein thermischen Rauschen der Quellimpedanz
addieren und die man vermeiden will.
> Eine Antenne zum "kalten Himmel" gerichtet hat eine> deutlich geringere Rauschtemperatur als die Erde.
Ja.
Das Gesamtrauschen ist aber meiner Meinung nach stets
größer als das rein thermische Rauschen der Quellimpedanz.
Weißer Rauscher schrieb:> 1) Mir geht es darum eine Quelle zu finden, die sich> als Generator wie eine reale Antenne verhält.
Ja - und genau das ist kapitaler Schwachsinn.
Die Art Deiner Fragestellung verrät, dass Du keinerlei
Ahnung von dem - relativ komplexen - Thema hast, und
Deine Arroganz nimmt mir jede Lust, Deinem Mangel an
Sachwissen abzuhelfen.
Viel Spaß weiterhin.
Das ist ok, wenn du dich fernhälst, keine sorge :-)
In der Zwischenzeit: ein Schwingkreis mit L=12u und C=1p, der genau bei
seiner Resonanzfrequenz angesteuert wird ( mit 707.1mV_rms ) Zieht aus
der Quelle konstant 14mA_rms
Das ergibt eine Impedanz von etwa 50Ohm.
Und das ganz ohne Rauschen, weil keine resistiven Bauelemente vorhanden
sind. Und das ganz ohne Imaginärteil, weil der Schwinkreis in resonanz
ist :-)
Eben durch diesen C- und L-Belag entstehen die 50Ohm in einem 50Ohm
kabel (oder in einer 50hm Antenne?),
Abgesehen vom DC-Widerstand rauscht da mMn nichts.
Es bleibt das Ersatzschaltbild zu dimensionieren.
oder mir erklärt mal jemand, warum ein kapazitäts- und
Induktivitätsbelag rauschen kann, obwohl es einen Wellenwiderstand
bildet, keinen Ohmischen Widerstand.
Ja und der Widerstand ist auf einer Temperatur von einigen Kelvin.
Ich habe da aus einem Text zu einer Antennenmessung eine Zahl von 40
Kelvin in Erinnerung, also nicht das Rauschen vom Urknall, irgendwo bei
4 Kelvin soweit ich noch weiß, aber jedenfalls weit unter 300K.
Ok, das absenken der Temperatur kommt dem gleich, was ich mit meinem
Splitten in 10Ohm rauschend und 40 Ohm nichtrauschend mache. Das kommt
hin.
(nicht unbedingt die konkreten Zahlenwerte, aber das systematische
ErsatzSschaltBild)
Damit ist das ESB der Antenne so plausibel.
Es bleibt noch offen, wie man den Widerstand dimensionieren muss, damit
das empfangene weiße Rauschen der korrekten Amplitude entspricht.
Wenn bei Pn=k*T*B davon ausgegangen wird, dass das nur das ist, was nach
Leistungsanpassung übrigt bleibt, müsste die originalquelle die
doppelte Amplitude ausspucken, damit der 50/50 Ohm Spannungsteiler bei
anpassung wieder auf die korrekte RMS. Amplitude kommt.
also
sqrt ( 2 * [k T B] * 50Ohm ) = Rauschspannung des Empfangenen
rauschens bei offener Antenne. (warum rechne ich dann mit 50Ohm - ist
das korrekt, dass der Wellenwiderstand der Antenne die Amplitude
begrenzt? Andererseits ist bei offener antenne die Amplitude ja auch
nicht unendlich)
sqrt ( 4 k T B R) = Rauschspannung eines Widerstandes.
Wenn man beides Gleichsetzt würde man auf R=50Ohm/sqrt(2) kommen.
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Ja und der Widerstand ist auf einer Temperatur von einigen> Kelvin. Ich habe da aus einem Text zu einer Antennenmessung> eine Zahl von 40 Kelvin in Erinnerung, also nicht das> Rauschen vom Urknall, irgendwo bei 4 Kelvin soweit ich noch> weiß, aber jedenfalls weit unter 300K.
Ahh... okay...meine Leitung ist etwas länger.
Die Antenne als Übertragungsglied passt ja nach meinem
Verständnis "nur" das Kabel an den Raum an. Die echten
ohmschen Anteile in der Antenne (was i.d.R. nicht sehr
viel ist) müssten also mit der Umgebungstemperatur der
Antenne hineintransformiert werden; das Rauschen der
Quelle muss naheliegenderweise mit der Temperatur der
Quelle zusammenhängen.
An sich logisch, aber ungewohnt - ich hatte noch nie
Übertragungsketten mit derart verschiedenen Temperaturen.
Die Aussage, dass 50 Ohm wie 50 Ohm rauschen, bleibt als
gottseidank richtig - die Temperatur ist aber zu beachten.
Danke.
Ja, oher man splittet das halt auf in einen Äquivalten widerstand und
ergänzt die fehlende Impedanz mit einem nichtrauschenden widerstand.
Aber gerade letzteres ist ja auch nur eine Temperaturanpassung auf 0K.
Aber das Statement, dass 50Ohm, wie 50Ohm rauschen ist in dem
zusammenhang immernoch nicht korrekt.
Es ist ein Unterschied, obs restistive 50Ohm sind oder der
Wellenwiderstand. Der Wellenwiderstand alleine Wandelt keine Energie um.
Sonst könnte man keine hohen Leistungen durch ein 50Ohm kabel schicken.
Die Temperaturtanpassung ist ja nur nötig, weil die 50Ohm leider auch
aus einem reelen widerstandsbelag folgen. Eine richtig ideale Antenne
ohne ohmsche verluste hätte immernoch 50Ohm impedanz, aber eine
Rauschtemperatur von 0°K.
Ich habs übrigens mal gerade probiert:
Wenn ich eine 50Ohm Quelle mit 50Ohm abschließe und als Rauschquelle die
eines 50/sqrt(2)=36Ohm Widerstandes einsetze, komme ich bei 1GHz
bandbreite in der Simulation auf 12.09mVrms.
Das ergibt mir auch sqrt(Pnois*50R)
Ich habe die Antenne auf die von Christoph Kessler genannten 40K
gesetzt: da kommen bei Ri=50Ohm noch 3uV raus, also vernachlässigbar.
Wenn ich die Antenne jetzt fehlanpasse (offen lasse) kommt die doppelte
Spannung raus
-> ist das ein reales Verhalten?
Weißer Rauscher schrieb:> Aber das Statement, dass 50Ohm, wie 50Ohm rauschen> ist in dem zusammenhang immernoch nicht korrekt.
Doch.
Wenn Du irgendwo zwei Kontakte hast, zwischen denen Du
50 Ohm messen kannst, dann rauscht dieser Zweipol wie
50 Ohm. Immer.
> Es ist ein Unterschied, obs restistive 50Ohm sind> oder der Wellenwiderstand.
Das ist sachlich richtig, aber irrelevant.
> Der Wellenwiderstand alleine Wandelt keine Energie um.
Das stimmt. Er beschreibt nur, wie Energie fortgeleitet
wird.
Der Wellenwiderstand ist eine (sehr sinnvolle) Rechengröße
(aus der Vierpoltheorie). Die Welle allein nützt Dir nix;
sie braucht eine Quelle und eine Senke.
> Die Temperaturtanpassung ist ja nur nötig, weil die 50Ohm> leider auch aus einem reelen widerstandsbelag folgen.
Nein. Sie ist nötig, weil jede Quelle einen Innenwiderstand
und eine Temperatur hat.
> Eine richtig ideale Antenne ohne ohmsche verluste hätte> immernoch 50Ohm impedanz,
Bei passender Auslegung - ja, natürlich.
> aber eine Rauschtemperatur von 0°K.
Nur dann, wenn Du mit der Antenne nichts empfangen kannst. Sobald
Du mit der Antenne etwas empfängst, spielt die Physik der Quelle
eine Rolle.
Wir diskutieren im Prinzip über den Unterschied von Zusatzrauschzahl
und Gesamtrauschzahl. Die Zusatzrauschzahl einer Antenne hängt nach
meinem Verständnis von ihren Verlusten ab; die ist also ziemlich
klein (und daher i.d.R. egal). Ich kenne offen gestanden auch keine
Publikation, die sich mit der Zusatzrauschzahl der Antenne beschäftigt.
Die Gesamtrauschzahl des Übertragungskanals muss die Quelle(n)
berücksichtigen - und das können, je nach Antennenbauart, ziemlich
viele sein, und alle leisten einen Rauschbeitrag.
Die Frage, ob die Spannungsverdopplung eintritt, frage ich, weil mir das
mit dem Wellenwiderstand als Innenwiderstand nicht ganz so geheuer ist.
Ich verstehe, dass an einem Langen kabel die Reflexionen zur
Spannungsverdopplung führen können, aber der Antennenausgang ohne langes
kabel leidet ebenfalls unter Reflexionen??
Diese ganzen effekte treten doch erst auf, wenn die Kabellänge in den
Bereich der Wellenlänge kommt.....
..wo mir einfällt, dass die Antenne ja quasi genau so eine länge hat -.-
Also kann man aus einer Antenne mehr 6dB spannung gewinnen, indem man
sie hohohmig abgreift?
Weißer Rauscher schrieb:> ..wo mir einfällt, dass die Antenne ja quasi genau so eine länge hat -.->
Welche Länge hat sie denn als Wellenleiter?
> Also kann man aus einer Antenne mehr 6dB spannung gewinnen, indem man> sie hohohmig abgreift?
Davon gehen zumindest alle Modelle aus.
Vielleicht muß man das Ganze über die Energie betrachten. Wenn irgendwo
viel davon ist, ist die Temperatur automatisch höher. Bleibt sie
konstant, kann sich auch die Temperatur nicht mehr ändern.
Irgendwo in den UKW-Berichten hatte mal jemand ich glaube ziemlich
auseinandergenommen, was hier gefragt ist. Irgendwas mit
Mikrowellen-Radiohimmel und Kalibrierung.
huhhh...
Christoph Kessler (db1uq) schrieb:> Wenn eine Antenne mit Zimmertemperatur rauschen würde, dann müsste man> bei Erde-Mond-Erde-Verbindungen nicht die Nebenzipfel vermeiden, die zum> Erdboden zeigen. Eine Antenne zum "kalten Himmel" gerichtet hat eine> deutlich geringere Rauschtemperatur als die Erde.> Der Denkfehler liegt wohl in der Temperatur des gedachten 50 Ohm> Widerstands.
Das umgebende Universum ist im Strahlungsgleichgewicht mit der Antenne
und hat aus Sicht dieser Antenne eine effektive Temperatur... die
bestimmt das Rauschen. Natuerlich nicht die Temperatur der Antenne
selbst. Dann ist die Antenne elektrisch genau gleich zu sehen wie ein
rauschender Widerstand...
Weißer Rauscher schrieb:> Die Temperaturtanpassung ist ja nur nötig, weil die 50Ohm leider auch> aus einem reelen widerstandsbelag folgen. Eine richtig ideale Antenne> ohne ohmsche verluste hätte immernoch 50Ohm impedanz, aber eine> Rauschtemperatur von 0°K.
nein, die Antenne ist fuer die angeschlossene Schaltung ein reeller
Widerstand 50 Ohm.
Ein Koaxialkabel ist, wenn es auf der anderen Seite abgeschlossen ist,
ebenfalls ein Widerstand mit 50 Ohm, und rauscht auch. Natuerlich kommt
das Rauschen nicht von Kabel sondern von dem Widerstand an der anderen
Seite. Aus Sicht der Schaltung nicht unterscheidbar.
Das Thema kann man von verschiedenen Seiten her betrachten, daher die
Verwirrung. Ich glaube der Fragesteller macht es VIEL zu kompliziert.
Rauschen die Widerstaende bereits, die du in der Simulation hast? Dann
nimm den 50 Ohm Widerstand. Rauschen sie nicht? Dann schalte ne
Spannungsquelle mit thermischem Rauschen in Reihe, Amplitude kannst du
berechnen, fertig.
Die zwei Seiten des Themas: Rauschen im freien Raum sind Photonen, die
von Koerpern mit Temperatur K ausgesandt werden. Rauschen in der
elektrischen Schaltung sehen wir der Einfachheit halber als Spannung,
die an Widerstaenden abfaellt, weil sich die Elektronen thermisch
bewegen. Wann koennen sich Elektronen hin und her bewegen? Wenn sie eine
Kraft erfahren, diese Kraft wird von Photonen vermittelt. So schliesst
sich der Kreis.
>Davon gehen zumindest alle Modelle aus.
gut :-) Das passt dann.
>Welche Länge hat sie denn als Wellenleiter?
Lamda/4 oder Lamda/2, ehrlichgesagt habe ich keine Ahnung :-D Peinlich,
aber vielmehr weiß ich, dass Wellenanpassung ab Lamda/48 als Faustregel
interessant wird und da ist die Antenne wesentlich drüber :-)
>nein, die Antenne ist fuer die angeschlossene Schaltung ein>reeller Widerstand 50 Ohm.
Reel, aber nicht zwangsläufig Ohmisch. Ich kann auch mit einem
LC-Schwingkreis auf 50Ohm kommen wo sich bei Resonanz die Imaginärteile
kompensieren. (siehe LT-Spice .asc Anhang oben)
Entsprechen hat man Anpassung erreicht, ohne das irgendwo eine
Rauschspannung durch irgendwelche Reellen Impedanzen dazukommen.
Gerade darum gehts ja: die Antennenimpedanz wird als Widerstand
simuliert: der Widerstand steuert aber kein Rauschen bei, außer man
schließt mit 50Ohm (ohmisch) ab, dann rauscht aber auch nur der
Abschlusswiderstand.
>Rauschen die Widerstaende bereits, die du in der Simulation hast?
Ja.
Ich habe das jetzt so gelößt: Bei der Antenne habe ich das Rauschen
abgestellt (durch T=40K -> kommt fast nix mehr raus)
Unoise_rms=sqrt(Pnoise*50Ohm) habe ich mit 50Ohm/sqrt(2) nachgebildet.
Das ergibt (bei Anpassung) exakt die erwartete Rauschspannung.
Ich glaube das ist soweit ok jetzt :-)
Weißer Rauscher schrieb:>>nein, die Antenne ist fuer die angeschlossene Schaltung ein>>reeller Widerstand 50 Ohm.>> Reel, aber nicht zwangsläufig Ohmisch.
Doch.
> Ich kann auch mit einem LC-Schwingkreis auf 50Ohm kommen> wo sich bei Resonanz die Imaginärteile kompensieren.
Mit einem verlustfreien Schwingkreis allein, d.h. nur ein
ideales L und ein ideales C, ohne Quell- bzw. Lastimpedanz
und ohne ohmsche Verluste kannst Du das nicht. Nein.
Es kompensieren sich sehr wohl die Imaginärteile, aber es
resultiert kein endlicher ohmscher Widerstand.
> Entsprechen hat man Anpassung erreicht, ohne das irgendwo> eine Rauschspannung durch irgendwelche Reellen Impedanzen> dazukommen.
Nein!
Wir drehen uns im Kreis. Wirkleistung hat immer mit
Wirkwiderständen zu tun - seien dies Lastwiderstände oder
ohmsche Verluste im Bauteil.
> Gerade darum gehts ja: die Antennenimpedanz wird als> Widerstand simuliert:
Nein.
Da Du Dich weigerst, den Unterschied zwischen der
Zweipol- und der Vierpoltheorie zur Kenntnis zu nehmen
und konsequenterweise den Wellenwiderstand als
Vierpolkennwert (und Rechengröße) hartnäckig mit dem
Zweipolkennwert "reeller Widerstand" durcheinanderwirfst,
hat die Diskussion keinen Zweck.
Ich bin - nun aber wirklich - raus.
Possetitjel schrieb:> Mit einem verlustfreien Schwingkreis allein, d.h. nur ein> ideales L und ein ideales C, ohne Quell- bzw. Lastimpedanz> und ohne ohmsche Verluste kannst Du das nicht. Nein.>> Es kompensieren sich sehr wohl die Imaginärteile, aber es> resultiert kein endlicher ohmscher Widerstand.
Haste recht :-( Tut mir leid, war mein Fehler. Blöd bin ich.
Possetitjel schrieb:>> Entsprechen hat man Anpassung erreicht, ohne das irgendwo>> eine Rauschspannung durch irgendwelche Reellen Impedanzen>> dazukommen.>> Nein!
Haste auch recht. Da drängt es sich eigentlich auf die Antenne kurz zu
schließen: dann kommt kein Rauschen hinzu.
Ok. Fakt ist aber das ich die Rauschenden Bauteile mitlerweile
dimensionieren kann.
Ich möchte jetzt aber schon nochmal was wissen: wenn der
Abschlusswiderstand zusätzlcihes Rauschen verursacht, warum baut man
dann LNAs mit Leistungsanpassung (50Ohm Eingangsimpedanz)?
Ist es nicht viel vorteilhafter den Antenneneingang auf ein kapazivies
Gate zu geben und die "Leistungslose" ansteuerung auszunutzen?
Dann hat man auch gleich noch die 6dB mehr Spannung und müsste weniger
verstärken :-O
Hallo,
viele gute und viele nicht so gute Infos gab es hier im Thread schon.
Daher erstmal meine Frage:
Welche Antennensysteme und Ausbreitungsstrecken willst du mit der
Modellierung bestrachten? Davon hängt einiges ab, was hier geschrieben
wurde.
Hier noch meine Sicht dazu:
- Eine Antenne ist kein Zweipol, sondern ein mindestens Vierpol
(zumindest Näherungsweise, eigentlich ein Multipol siehe "Nebenzipfel")
- Was eine "brauchbare" Antenne an Rauschen liefert, hängt stark davon
ab, was sie an Rauschen empfängt. Also muss man den Gain (Richtwirkung)
der Antenne und die Wandelverluste (Wirkungsgrad) betrachten.
- Ein Rauschanteil kommt aus dem Raumabschnitt, den die Antenne "sieht"
verstärkt mit dem Gain. Alle Effekte "auf dem Weg" zur Signalquelle und
bis zur Hintergrundstrahlung sind je nach Anwendung zu berücksichtigen.
- Ein gewisser Rauschanteil kommt aus den "ohmschen" Verlusten in der
Antenne
- Die Verluste im nachfolgenden Übertragungssystem sollten auch
modelliert werden. Da jedes Kabel und jede Schaltung auch als mehr oder
weniger schlechte Antenne wirkt, müssen diese Anteile je nach Anwendung
berücksichtigt werden. und dann hat jede reale Schaltung eine Temperatur
jenseits von 0K, mit der die Komponenten Rauschleistung erzeugen.
Kleine Anmerkung zu diesen 40K "Rauschtemperatur":
Das gilt sicher nicht für jede Antenne, sondern eher für bestimmte
Parabolantennen mit Sicht auf die Sterne (z.B. TV-Satellitenempfang).
Bei terrestrischen Antennensystemen sieht die Antenne zumeist Objekte
mit 290K und gibt auch mehr Rauschleistung ab.
Schau dir mal das hier an:
http://www.itu.int/rec/R-REC-P.372/en
Was passiert, wenn die von der TV-Antenne gesehene "Umgebungstemperatur"
mal ansteigt, kann man mit dem Stichwort "Sun-Outage" nachlesen.
Achja:
Was oft falsch verstanden wird, ist die Rauschzahl/Rauschtemperatur.
Viele denken, das wäre die absolute Rauschtemperatur des Verstärkers.
Ist es aber nicht, es ist eine Rechengrösse für die Anhebung des
Rauschens über die vorhandene "Ambiemt" Temperatur (siehe ENR bei
Rauschquelle - Excessive Nose Ratio). Kleine Nachdenkaufgabe für die
Praktiker: Wenn ein LNA nur wenig Rauschen hinzufügt, warum baut R&S
dann keine Spektrumanalyzer, die weniger als die bekannten -173dBm/Hz
als Grundrauschen bieten? Müsste nach der Kettenformel für das Rauschen
doch problemlos möglich sein, oder? ;-)
Gruss
Achja, noch eine kleine Anmerkung:
Alle benannten Effekte sind natürlich Frequenzabhängig, wegen
- Frequenzabhängigkeit der Parameter der Materialien (z.B. My-R,
Epsilon-R)
- Der Frequenzabhängigkeit der Emissionen eines schwarzen Strahlers
(Planck)
Jaah aber die Frequenzabhängigkeit kann man doch erstmal als Weiß
ansehen, wenn die Antenne schmalbandig genug ist. So eng ists nun auch
nicht.
Es muss auch nicht mega genau und exakt sein, es ging halt nur darum, ob
die 50Ohm Portimpedanz der Antenne in der Simulation rauschen sollen,
oder nicht. Aber die Rauschen nicht/kaum, solang kein
abschlusswiderstand dran hängt.
Außerdem war interessant, wie man das empfangene Rauschen modelliert und
da scheinen die 50Ohm/sqrt(2) der korrekte Wert zu sein.
Das ganze ist für einen Hüllkurvendemodulator. Ich brauch eine
Abschätzung des Grundrauschens.
Weißer Rauscher schrieb:> Das ganze ist für einen Hüllkurvendemodulator. Ich brauch eine> Abschätzung des Grundrauschens.
Welches Grundrauschen?
Das deiner Schaltung? Welche Schaltung?
Welcher Frequenzbereich?
Welche Temperatur?
Welche Brandbreite? (20MHz, aber wie begrenzt?)
Welche Art der Anpassung?
Im Titel schreibst du etwas zu einer Antenne, nicht zu einer Schaltung.
Was soll es denn nun sein?
>Welches Grundrauschen?
Das Grundrauschen am Verstärkerausgang vor dem Hüllkurvendemodulator.
Das setzt sich zumsammen aus dem Rauschen des Verstärkers und das
Rauschen das die Antenne aufschnappt, wenn kein Signal anliegt.
(idealisiert)
Anders formuliert: das DC-Offset meiner Hüllkurve.
Das Rauschen des Verstärkers bekomm ich aus der Simulation. Das Rauschen
der Antenne aus dem korrekten Modell einer Antenne. Darum gings hier.
Und da war es wichtig, rauszubekommen, dass das empfangsrauschen mit
36Ohm modelliert wird, während man in der 50Ohm impedanz der Quelle das
rauschen erstmal ausstellt.
>Das deiner Schaltung? Welche Schaltung?
Ist Wurst. Die Schaltung tut zum Rauschen in der Antenne nichts zur
sache. Je mehr details man brignt, desto mehr offtopic wirds. µC.net.
isso.
>Welcher Frequenzbereich?
868MHz (offtopic)
>Welche Temperatur?
Zimmer. (offtopic)
>Welche Brandbreite? (20MHz, aber wie begrenzt?)
LC Bandpass, Verstärker Peaking usw. (offtopic)
>Welche Art der Anpassung?
Ich favorisiere Stromanpassung. (ok. ontopic)
Ein Erfahrungswert. Vielleicht gibt das der Diskussion ja auch was..
TV-Empfang, UKW-Radio und 11m verhält sich ähnlich. 868MHz sind knapp
oberhalb des TV-Bereiches, diese Werte dürften übertragbar sein.
Schließe ich eine gut abgestimmte Antenne direkt an einen Empfänger an,
ist das Eigenrauschen sehr gering und das Nutzsignal am höchsten.
Sehr ähnlich dazu ist diese Anordnung mit einem guten Anpaßglied direkt
an der Antenne (z.B. 300/75Ώ): keine merkliche Änderung.
Schließe ich eine schlecht abgestimmte Antenne direkt an einen Empfänger
an, ist das Rauschen sehr gering (aber ich habe auch kaum Nutzsignal).
Schließe ich diese schlechte Antenne mit einem Abstimmglied direkt an
der Antenne an, habe ich etwas höheres Rauschen als bei einer guten
Antenne und ausreichend Nutzsignal.
Schließe ich diese Antenne mit einem Abstimmglied direkt am Empfänger
an, habe ich höheres bzw. sehr hohes Rauschen und wie erwartet ein
niedrigeres Nutzsignal.
Größere Kabellängen erhöhen das Rauschen (und dämpfen natürlich das
Signal).
Aus diesen Erfahrungen gehe ich (unbeleckt jeglicher wissenschaftlichen
Theorie in diesem Bereich) davon aus, daß:
- eine Impedanzanpassung immer auch Rauschleistung transformiert
- jegliches ohmsche Element im Antennenkreis Rauschen erzeugt
- Anpaßglieder aus dämpfungsarmen Komponenten weniger Eigenrauschen
injizieren
- der Antennenstrahler nur durch seinen geringen ohmschen Anteil zum
Eigenrauschen beiträgt
- atmosphärisches Rauschen zum Eigenrauschen des Antennensystems
dazukommt.
--
Damals verwendete Geräte: div. Antennen und Antennenkabel, CB-Funke,
guter FM-Empfänger, modifiziertes TV mit nachgerüsteter
Feldstärkeanzeige, teilweise unterirdischer WKII - Bunker.
Ja, ich denke das ist eine Gute zusammenfassung.
Allerdings kann man die Fehlanpassung ja auch ausnutzen, indem man mehr
von dem rausholt, was man eigentlich verstärken will.
Bei mir ist das die Spannung.
Also werde ich die Antenne per LC-Schwingkreis kurzschließen
(Stromanpassung, ohne rauschen) und zwischen L und C die Spannung
abgreifen. Die Resonanzüberhöhung am C gibt mir fast 2stellige dB
Amplitudengewinn gegenüber einer Angepassen antenne, wenn die Antenne
50Ohm Impedanz hat. (Das begrenzt die Güte und damit die
resonanzüberhöhung)
Damit habe ich die Fehlanpassung perfekt ausgenutzt, weil der
Schwingkreis den Kurzschlusstrom in Spannung umwandelt.
Jede 50Ohm anpassung würde rauschen.
Eine Antenne ist im Grunde genommen ein Transformationsglied, welche die
377 Ohm Freiraumwiderstand auf die 50 Ohm Widerstand des Empfängers
transformiert.
Die Antenne rauscht genau soviel wie ein Transformator. Was rauscht, ist
das Hintergrundrauschen des Weltalls bzw. die Sterne und Planeten.
Wenn die Antenne in Resonanz ist, bleibt auch nur ein realer
Fußpunktwiderstand übrig.
Ein Koaxialkabel mit seinen Wellenwiderstand von 50 Ohm rauscht
allenfalls mit seiner Dämpfung. Der Wellenwiderstand hat nichts mit
einen realen Widerstand zu tun. Es besagt lediglich mit welchen realen
Widerstand am Anfang und Ende er auf Grund seiner Geometrie
abgeschlossen sein muss, um keine Energie zu reflektieren, also um die
Energie vollständig weiter zu leiten.
Zur Simulation. Dein als 50Om Widerstand nachgebildete Antenne rauscht
mit der Temperatur, mit welcher die Antenne aus seiner Umgebung
empfängt.
Auf dem schwarzen Himmel ohne irgendwelche Sterne zu sehen wären das um
die 4° Wenn man auf den Mond richtet, vielleicht 40° auf die Sonne
gerichtet weit mehr.
Das kann man übrigens mit einen empfindlichen UHF Empfänger auch hören,
wenn man die Antenne auf die Sonne ausrichtet. Das Rauschen nimmt dann
zu.
Was in der Regel bei der Empfangsanlage rauscht, ist die Eingangsstufe.
Da gilt die Rauschtemperatur von der Umgebung in der sich die Stufe
befindet.
Darum hat man ja bei der Astronomie die Vorverstärker oft mit Helium
gekühlt, um das Eigenrauschen niedrig zu halten.
Ich hoffe jetzt sämtliche Klarheiten endgültig beseitigt zu haben.
Ralph Berres
Weißer Rauscher schrieb:> Damit habe ich die Fehlanpassung perfekt ausgenutzt, weil der> Schwingkreis den Kurzschlusstrom in Spannung umwandelt.> Jede 50Ohm anpassung würde rauschen.
Du schreibst Unsinn.
Offenbar hast du von der ganzen bis hier gehabten Diskussion nichts
verstanden. Ein empfangenes Signal besteht immer aus einer empfangenen
Leistung und es ist völlig unerheblich, ob man im Signalverlauf des
Empfängers die Impedanz auf der man arbeitet höher oder niedriger wählt.
Leistungsanpassung bedeutet, daß man den größtmöglichen Teil der
prinzipiell aufnehmbaren Leistung aufnimmt - und jegliche Fehlanpassung
bedeutet, weniger an Nutzleistung aufzunehmen als man eigentlich könnte.
Sowas kann man sich nur dann erlauben, wenn reichlich Leistung angeboten
wird, also der signal-Rausch-Abstand bereits so groß ist, daß man auf
nennenswerte Teile der angebotenen Leistung zugunsten anderer
Eigenschaften verzichten kann.
klaro?
W.S.
Weißer Rauscher schrieb:>>Welche Temperatur?> Zimmer. (offtopic)
Wie kommst du darauf, dass die Temperatur beim Thema Rauschen "Offtopic"
wäre? Du hast im ersten Beitrag doch selbst auf die Rauschleistung
indirekt verwiesen?
Pr=k*T*B
Zur Anpassung auf "Strom" schreib ich jetzt nicht mehr viel, denn da gab
es schon direkte Hinweise...
Früher sagte man: "Wer misst mist Mist". Heutzutage wird die Möglichkeit
der Fehler mit der fehlerhaften Simulation am Computer immens erweitert
und beschleunigt...
Und wieso soll ein Verstärkereingang viel Leistung benötigen, sodass ich
die maximale Leistung transferieren muss?
P = U*I. Mein verstärkereingang braucht halt (fast) nur das U. wasn da
jetzt das problem?
weil deine Eingangstufe Leistung benötigt mit welcher der
Hauptenergiefluss gesteuert wird die ist nun mal U*I und ist dann am am
größten wenn Rin = Rgen. In diesem Fall ist Rge=Rant
Helge A. schrieb:> Was für einen seltsamen Verstärker hast du, daß der keinen Strom> braucht..??
einen idealen Oamp patentiert bei PerpetumMobils Ltd
Http://www.pm-ltd.troll.com
Zum einen ist das Rauschminimum nur in der Nähe der optimalen Anpassung.
Zum anderen kenne ich eine Gegenrechnung zwischen normaler Antenne mit
Leistungsanpassung und hochohmiger Drahtantenne mit FET-Stufe in reiner
Spannungsanpassung. Der Mann kam dabei drauf, das die FET-Stufe manchmal
besser sein kann.
Das scheint wohl von vielen Faktoren abhängig. Es gibt ja auch nur
bestimmte Bauelemente und nicht alle im Sinne der Physik. Bauen kann man
nur mit beschaffbaren Bauelementen.
Abdul K. schrieb:> und hochohmiger Drahtantenne mit FET-Stufe in reiner> Spannungsanpassung.
Wobei auch hier durch die Eingangskapazität des Fets Leistung verbraucht
wird.
Das mit der Spannungsanpassung kann man sich aber auch nur leisten, weil
das Rauschen welches man aus der Umgebung aufnimmt, um ein vielfaches
höher ist, als das Eingangsrauschen des Transistors. Das ist in den
unteren KW Bändern der Fall. Bei UKW schon nicht mehr.
Ralph Berres
Abdul K. schrieb:> Die Kapazität kann keine Wirkleistung verbrauchen. Schlauer bin> ich nun> dadurch aber auch nicht.
Hi, Abdul,
Ralph Barres hatte schon die richtige Erklärung.
So weit die Antenne nur ein Impedanzkonverter ist von 377 Ohm Freiraum
auf 50 Ohm, rauscht an diesen nur die Hintergrundstrahlung und die Summe
aller Rauschquellen vor diesem Hintergrund.
Zur Prüfung nimm die Zwillingsleitung als Antenne, die exponentiell
erweitert ist.
Am schmalen Ende hast Du die Impedanz aus Abstand und Litzendurchmesser
- und das breite Ende ist da, wo die Freiraum-Impedanz angepasst ist.
Von der Antenne bis zum Ende des Universums hast Du im Idealfall keine
Wirkwiderstände, wohl aber eine Menge irdischer Quellen und Gewitter.
Ciao
Wolfgang Horn
Hi, Abdul,
> Dann ist das aber ein Trafo ohne Wirkwiderstand geworden. Der> transformiert dann diese Kapazität und dann??
Der transformiert nur die Impedanz der Freiraumausbreitung.
Denn Rest idealisiere ich einfach als verlustlos. Bei der hohen
Rauschtemperatur auf Erden sollten Fehler vernachlässigbar sein.
Folgerung für Weißer Rauscher: Deine gesuchte Nachbildung der Antenne
als Rauschquelle ist das berühmte "bandbegrenzte weiße Rauschen", also
eine Rauschdiode mit Bandpass.
Ciao
Wolfgang Horn
Hier gibt's ja die tollsten pseudowissenschaftlichen Erklärungen.
Also mal kurz auf das wesentliche reduziert:
Das Widerstandsrauschen entsteht durch stochastische Unregelmäßigkeiten
beim Stromfluss, der Elektronenbewegung, durch einen Widerstand.
Dieses Rauschen ist Material- und Temperaturabhängig.
(Metallfilm- kontra Kohleschichtwiderstände)
Das Rauschen einer Antenne ist auf die gleichen physikalischen Gründe
zurück zu führen. (Herstellung aus Metall)
Die zu Beginn genannte "halbe Rauschspannung" der Antenne ergibt sich
aus der mit 50 Ohm belasteten Spannungsquelle "Antenne" mit Ri=50 Ohm.
Daraus ergibt sich die halbe Rauschspannung an der Antenne gegenüber dem
"offenen" Widerstand, dessen wirksame Rauschspannung letztendlich immer
im Netzwerk zu betrachten ist, in dem er eingebaut ist. Bei rauschfreier
Belastung eines rauschenden 50 Ohm Widerstandes mit ebenfalls 50 Ohm
halbiert sich auch die entstehende Rauschspannung.
Hintergrundstrahlung, Sonneneinstrahlungen, ionosphärische
Einstrahlungen oder Ähnliches sind keine Ursachen für das
Antennenrauschen.
Das Eigenrauschen von Empfängervorstufen oder HF-Antennenverstärkern ist
andererseits weit größer als das thermisch bedingte Antennenrauschen,
weswegen solche Vorstufen z.T. gekühlt betrieben werden.
Drehe ich meine 2m/70cm-Antennen zur Sonne, so kann ich deutliche eine
Zunahme des Rauschens im Empfänger wahrnehmen. Dies ist auf die
elektromagnetische Strahlung der Sonne zurück zu führen, die ebenfalls
im wesentlichen thermisch bedingt ist.
Joe
Joe schrieb:> Das Rauschen einer Antenne ist auf die gleichen physikalischen Gründe> zurück zu führen. (Herstellung aus Metall)
Die Antenne selbst hat aber keinen Wirkwiderstand von 50 Ohm. Deswegen
rauscht die Antenne selber auch nicht. Das Rauschen was am
Fusspunktwiderstand der Antenne auftritt, resultiert aus dem Rauschen
aus dem Weltall und dem atmosphärischen Hintergrund, weil er den
Freiraumwiderstand von 377 Ohm auf die 50 Ohm Fusspunktwiderstand
transformiert.
Was von der Antenne selbst an Rauschen beigetragen wird resultiert durch
die ohmsche Verluste in der Antenne, die natürlich nicht Null sind, aber
bei einen Dipol ziemlich vernachlässigbar sind.
Ralph Berres
Ich denke auch Joe, das war ein schuss ins knie ;-)
Wenn bei dir Wellenwiderstände rauschen können.....
und du widersprchst dir selbst:
>Hintergrundstrahlung, Sonneneinstrahlungen, ionosphärische>Einstrahlungen oder Ähnliches sind keine Ursachen für das>Antennenrauschen.
und
>Drehe ich meine 2m/70cm-Antennen zur Sonne, so kann ich deutliche eine>Zunahme des Rauschens im Empfänger wahrnehmen.
hmmh.
also eigentlich bin ich jetzt zufrieden, so richtig sinn sehe ich nicht
weiter zu diskutieren...
außer es kommt nochmal jemand und stellt meine Rauschquelle der 36Ohm in
frage (als Äquivalenz des Empfangenen rauschens), das fänd ich
interessant, falls das falsch ist.
Um das nochmal genau zu unterscheiden was ich vorhin schon geschrieben
habe:
Das Eigenrauschen der Antenne ist hat eine rein stochastisch thermische
Ursache, wie bereits erwähnt.
Die Antenne stellt ein resonanzfähiges System dar, in dem aus dem
Spektrum des thermischen Rauschens die resonante Rauschquelle
vergleichbar mit einem Schwingkreis dann eine Impedanz von 50 Ohm
besitzt.
In diesem Fall gilt das oben bereits Gesagte.
>>Hintergrundstrahlung, Sonneneinstrahlungen, ionosphärische>>Einstrahlungen oder Ähnliches sind keine Ursachen für das>>Antennenrauschen.
Diese Ereignisse erzeugen ein zusätzliches! Rauschen, für welches im
Resonanzfall ebenfalls eine Impedanz von 50 Ohm zugrunde gelegt werden
kann.
>>Drehe ich meine 2m/70cm-Antennen zur Sonne, so kann ich deutliche eine>>Zunahme des Rauschens im Empfänger wahrnehmen.
Dieses Phänomen ist allen Funkamateuren bekannt und wurde mehrfach
theoretisch und praktisch in CQ-DL u.ä. beschrieben.
Die Diskussion ist nicht nachvollziehbar.
Eine einfache Erklaerung, warum eine 50-Ohm-Antenne genau wie ein
50-Ohm-Widerstand rauscht:
Man nehme eine ideale 50-Ohm-Antenne, schliesse sie mit einem
50-Ohm-Widerstand ab und stelle das ganze in ein physikalisch schwarzes
Universum ohne weitere Strahlungsquellen. Alles sei im thermischen
Gleichgewicht, der Einfachheit halber habe das gesamte Universum die
gleiche Temperatur.
Nun erzeugt der Abschlusswiderstand (unbestritten) eine Rauschleistung
P. Diese wird ueber die Antenne abgestrahlt. Wenn nun nicht die Antenne
auch exakt die gleiche Rauschleistung aus dem Universum empfaengt,
wuerde sich das Universum erwaermen, was im Widerspruch zur Annahme
steht, das Universum befinde sich im thermischen Gleichgewicht. QED
vorticon schrieb:> Nun erzeugt der Abschlusswiderstand (unbestritten) eine Rauschleistung> P. Diese wird ueber die Antenne abgestrahlt. Wenn nun nicht die Antenne> auch exakt die gleiche Rauschleistung aus dem Universum empfaengt,> wuerde sich das Universum erwaermen, was im Widerspruch zur Annahme> steht, das Universum befinde sich im thermischen Gleichgewicht. QED
NACK. Durch das Abstrahlen verliert der reale 50 Ohm Widerstand zunächst
Energie, er würde kälter. Die abgestrahlte Energie holt er sich aus dem
Universum, oder wo auch immer, zurück. Also wieder thermisches
Gleichgewicht.
Gruß
vorticon schrieb:> die Annahme, das Universum habe ueberall die gleiche Temperatur, ist> verletzt. QED
Na und? Was erwartest Du? Das Universum hat zunächst ueberall die
gleiche Temperatur. Dann stellst Du eine Maschine rein, deren eine
Komponente thermisch isoliert ist. Dieser Vorgang kann nur zu einem
nicht mehr thermisch homogenen Universum sein. Es gibt keine
Temperaturerhaltung.
Gruß
vorticon schrieb:> ... der Einfachheit halber habe das gesamte Universum die> gleiche Temperatur. ...
Nebenbei bemerkt, ist dies auch schon das Ende des Universums, der
sogenannte Wärmetod. Nur halt nicht in der Kneipe am Rande des
Universums, denn irgendwo müssen wir dies ja beobachten können, wenn wir
es beschreiben wollen.
Gruß
Joachim schrieb:> Also wird er immer kälter und hört demnächst auf zu rauschen.
Deine Behauptung steht im Widerspruch zum 2. Hauptsatz, und der Beweis
ist korrekt, auch wenn du dich ueber der Kuerze geschuldete Maengel
beschweren magst. Gute nacht
vorticon schrieb:> Joachim schrieb:>> Also wird er immer kälter und hört demnächst auf zu rauschen.>> Deine Behauptung steht im Widerspruch zum 2. Hauptsatz, und der Beweis> ist korrekt, auch wenn du dich ueber der Kuerze geschuldete Maengel> beschweren magst. Gute nacht
"Es gibt keine Zustandsänderung, deren einziges Ergebnis die Übertragung
von Wärme von einem Körper niederer auf einen Körper höherer Temperatur
ist."
ist nicht verletzt. Die Zustandsänderung hat auch das Abstrahlen zum
Ergebnis.
Wichtiger ist, dass die Entropieungleichung nicht verletzt ist.
Gute Nacht.
Joe schrieb:> Die Antenne stellt ein resonanzfähiges System dar, in dem aus dem> Spektrum des thermischen Rauschens die resonante Rauschquelle> vergleichbar mit einem Schwingkreis dann eine Impedanz von 50 Ohm> besitzt.
Nochmal auch wenn die Antenne ein Schwingkreis darstellt, ( welcher als
Transformator fungiert ) stellt er selbst keine 50 Ohm da. Die 50 Ohm
entstehen nur deshalb, weil am anderen Ende des Schwingkreises die 377
Ohm Feldwiderstand hängen, welches das Rauschen aufnimmt. Was als
Rauschen auftritt stammt von den 377 Ohm Freifeldwiderstand.
Ralph Beres
Ersetze "Freifeldwiderstand" bitte durch Freifeldimpedanz und ich könnte
mich dafür "erwärmen" ;-)
Die Rauschleistung kommt aus der z.B. nicht auf 0 Kelvin befindlichen
"Umgebung" integriert über das Strahlungsdiagramm der Antenne. Die
Quellen sind im ITU Papier benannt, dass ich verlinkt hatte.
HF-Werkler schrieb:> Ersetze "Freifeldwiderstand" bitte durch Freifeldimpedanz und ich könnte> mich dafür "erwärmen" ;-)
Du hast prinzipiell recht. Solange aber im Resonanzfalle keine
Blindanteile drin stecken, kann man es aber auch als reellen Widerstand
auffassen. ( oder stecken in der Freifeldimpedanz Blindanteile, welche
in den Fußpunktwiderstand transformiert werden? Wenn ja welche? ).
Der Schwingkreis sprich Antenne ( sofern er in Resonanz ist ) , ist in
diesem Fall selbst ein reiner Transformator. Lediglich die
Verlustwiderstände im Schwingkreis tragen zum Rauschen bei. Diese können
insbesonders bei Kurzwellengroundplanes aber durchaus auch erheblich
sein. Es ist aber nicht die Antenne selber , sondern der
Erdungswiderstand im Ground ( der dann als reeller Verlustwiderstand
auch zum Rauschen beiträgt).
Ralph Berres
Kann nich mal irgendjemand von euch seinen Amateurfunkempfänger
kurzschließen und als Kurschluss verschiedene Widerstandswerte benutzen?
Da wird man doch sehen, ob man 50Ohm, 36OHm oder was weiß ich benötigt,
um das eingefangene rauschen darzustellen.
@Ralph:
Impedanz deswegen, weil das eine physikalische Eigenschaft der
Raumausbreitung ist, ähnlich der Leitung. Eine Leitung hat ja auch
erstmal eine Impedanz und nicht einen Widerstand. Die eigentliche
Rauschwuelle ist woanders zu sehen.
@ Weisser Rauscher:
Nein, das geht so nicht, da die Leistung des Rauschens bei Fehlanpassung
genauso reflektiert wird, wie ein Nutzsignal.
Nimm einfach mal die -173dBm/Hz (Rauschleistung bei Raumtemperatur) und
berechne daraus deine Spannung je nach Impedanz. Bei 20MHz Bandbreite
wären es dann -100dBm als thermische Grenze bei Raumtemperatur.
Achja:
An einem realen Empfänger bekommt man ca. 5-20dB mehr zu sehen (je nach
Qualität, Anforderungen und Aufwand/Zweck), also so zwischen -95 und
-80dBm bei 20Mhz und Raumtemperatur.
HF-Werkler schrieb:> Praxiswert Spektrumanalyzer
Die Rauschzahl eines Spektrumanalysers beträgt etwa 30db !!
Nein ich habe kein Komma vergessen.
Ralph Berres
Ralph Berres schrieb:> Die Rauschzahl eines Spektrumanalysers beträgt etwa 30db !!
Noe, die Zeiten sind vorbei, zumidest bei aktuellen Geräten.
R&S FSH:
DANL (Preamp On, typical, 1GHz) –165dBm (1Hz)
R&S FSL:
DANL (Preamp On, typical, 1GHz) -160dBm (1Hz)
R&S FSW:
DANL (Preamp On, typical, 1GHz) -169dBm/Hz
...
Aber nur mit Preamp. Ohne um ca. 10 dB weniger. Den Trick hatte
Advantest und HP schon vor 20 Jahren angewendet. Nur hatten die meist 20
wenn nicht 30 dB Vorverstärker eingebaut.
HF-Werkler schrieb:> Noe, die Zeiten sind vorbei, zumidest bei aktuellen Geräten.>> R&S FSH:> DANL (Preamp On, typical, 1GHz) –165dBm (1Hz)>> R&S FSL:> DANL (Preamp On, typical, 1GHz) -160dBm (1Hz)>> R&S FSW:> DANL (Preamp On, typical, 1GHz) -169dBm/HzGudrun schrieb:> Aber nur mit Preamp. Ohne um ca. 10 dB weniger. Den Trick hatte> Advantest und HP schon vor 20 Jahren angewendet. Nur hatten die meist 20> wenn nicht 30 dB Vorverstärker eingebaut.
Wenn man einen Pramp mit nur 20db Verstärkung vor dem SA hat, um die
Rauschzahl um 10db zu senken, dann bedeutet das aber auch eine
Einschränkung des intermodulationsfreien Dynamikbereiches um 10db.
Die Intermodulationen am Mischer steigen nun mal um 20db bei einer
Erhöhung des Pegels um 10db.
Der Preamp ist also nicht des Weisheit letzter Schluss, um die
Empfindlichkeit zu erhöhen. Man sollte ein SA möglichst ohne Preamp
betreiben. Und dann ist er wenn überhaupt nur ca 10db besser in der
Rauschzahl als 30db. Und das auch nur in der Premiumklasse.
Ralph Berres
Die Pre-Amps sind bereits im SA integriert, nicht extern. Da muss man
nichts dazubauen oder kalibrieren. Ich finde -169dBm/Hz ist sehr gut bei
der Grenze von -173dBm/Hz.
Klar verändert sich der Dynamikbereich mit Pre-Amp, dass war nicht die
Aussage, was ich trotzdem mit "je nach Qualität, Anforderungen und
Aufwand/Zweck" in meiner Antwort berücksichtigt hatte.
Will man sehr empfindlich Signale messen, die sonst im Rauschen
verschwinden, ist der integrierte Preamp (mit entsprechender
Kalibrationskorrektur) sehr viel wert. Nicht für jede Messung braucht
man einen hohe Dynamikbereich. Und wenn doch, gibt es Pre-Selektoren und
sonstige Filter, um zu hohe Signale auszublenden und dann in der Nähe
der Rauschgrenze Signale zu sehen.
Selbst ohne Preamp sind gute Werte eher bei 20dB statt 30dB, daher auch
mein Hinweis aus der Praxis, dass man zwischen 5 und 20dB erreichen
kann.
