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Antennenverstärker und Reichweite (Elektronik)

verfasst von hightech, 11.10.2023, 22:49 Uhr
(editiert von hightech am 12.10.2023 um 07:38)

» Hallo,
» ich betreibe einen ADS-B Empfänger zur Standortverfolgung von Flugzeugen
» auf 1090 MHz.
» Mit einer Koax-Collinear Antenne ohne Antennenverstärker komme ich auf eine
» Reichweite von ca. 230 km.
» Wie würde sich die theoretische Reichweite erhöhen, wenn ich das
» Empfangssignal um 20 dB verstärke.
» Dabei sollen Effekte wie Signal-Rauschabstand und Leitungsdämpfung mal
» außen vor gelassen werden.
» Laut Abb. 1.1 dieser Webseite
» https://www.jumo.net/attachments/JUMO/attachmentdownload?id=971460
» soll sich die Reichweite bei 6 dB Antennenverstärkung verdoppeln.
» Bei 20 dB demnach eine Verzehnfachung.
»
» Praktisch habe ich jedoch eine Reichweitenerhöhung von 330 km / 230 km,
» also das 1,4 fache.
»
» Liegt diese starke Abweichung von der Theorie tatsächlich am Rauschen, das
» ich ja mit verstärke?
» Oder mache ich einen Denkfehler?
» Ich habe irgendwo noch was gelesen, dass die Reichweite im Verhältnis zur
» 4. Wurzel der Sendeleistung steigt.
»
»

Hallo simi7,

das wichtigste zuerst: bei einer Verstärkung des Empfangssignal von 20dB bei sonst gleichen Systemeigenschaften erhöht sich die (theoreische Reichweite) um 1880 Km, also auf eine Gesamtfunkfeldlänge auf 2110 Km !!!

Das kann man zunächst nicht glauben, aber ich zeige dir hier wie das berechnet wird.

Für eine solche Aufgabe wird in der Übertragungstechnik eine so genannte Dämpfungsbilanz erstellt. In diesem Fall lässt sich die Dämpfungsbilanz einfach berechnen, da -wie von dir angenommen- Systemkomponenten wie Kabeldämpfung, Antenne usw. unveränder bleiben. D.h. die Freiraumdämfung a0 (in deinem Diagramm Streckendämpfung SD genannt) darf sich aufgrund der Verstärkung um 20dB erhöhen gegenüber der Freiraumdämpfung a0 bei einer Entfernung (Fachausdruck Funkfeldlänge) von 230 Km bei f=1,09 GHz, wie von dir angegeben.

Rechnet man die Freiraumdämpfung bei 230 Km und 1,09 GHz aus, erhält man für a0 = 138,89 dB, d.h. das ist die Freiraumdämpfung ohne Verstärker bei 230 km.
Wenn jetzt die Freiraumdämpfung aufgrund der Vorverstärkung um 20 dB größer sein darf, also 158,89 dB ergibt sich jetzt eine Funkfeldlänge von 2110 km.

Wichtig ist an dieser Stelle ist zu wissen: es spielt (theoretisch) überhaupt keine Rolle ob bei dem Übertragungssystem am Sendestandort die Sendeleistung um 20 dB erhöht wird, oder auf der Empfangsseite das Empfangssignal um 20 dB angehoben (sprich verstärkt) wird. Beides ist physikalisch gleich.

Noch ein wichtiger Hinweis: dass die Reichweite tatsächlich um 1880 km größer wird, lässt sich einfach überprüfen: du hast unterhalb des Diagramms bereits angegeben, dass sich je 6 dB die Reichweite verdoppelt. Das ist absolut richtig, denn nehmen wir z.B. statt 20 dB Verstärkung 18 dB an:
Dann gilt 18 dB = 6 dB + 6 dB + 6 dB = Entfernung von 230 km x Verdopplung x Verdopplung x Verdopplung = 230 km mal 2 mal 2 mal 2 = 1840 km

Um es klar zu sagen: die Funkfeldlänge von 2110 km ist ein theoretischer Wert und gilt NUR !! im freien Raum, also im Weltraum. die tatsächlich Funkfeldlänge ist aufgrund der Erdkrümmung deutlich reduziert! Z.B. beträgt die Erdkrümmung bei einer Entfernung von 230 km schon mehr als 1 km!! Deshalb ist die tatsächlich möglich Entfernung deutliche geringer als 2110 km. Wie genau hängt von der Sendeantenne über Grund und der Empfangsantenne über Grund ab .Auch das kann man einigermaßen genau berechnen, gehört hier aber nicht hin. Das lernen auch die Studenden der HF-Technik/Nachrichtechnik an den Hochschulen.

Übrigens: was hier geschrieben habe stammt aus dem en Bereich Richtfunknetzplanung bzw. Funkfeldplanung.

Falls du an der ausführlichen Berechnung des Funkfeldes interssiert bist, dann kann ich die hier einstellen oder dir als e-Mail zusenden.

Noch ein Wort zu dem Kommentar von Eierschale: Klar, Anfänger wie du haben von diesem Thema zwar keine Ahnung, glauen aber ihren Senf dazu genem zu müssen.

Gruß von hightech