Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

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Manuel82
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Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Manuel82 » Di 11. Jun 2019, 15:28

Hallo,

mich würde interessieren, welche Signalstärke vorhanden sein muss, um ein Signal in Rauschen gerade noch vernehmen zu können (Sprache sollte noch verständlich sein).
Equipment: Dachantenne, 3-Element Yagi, hochwertige Tuner.

LG Manuel

102.1
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von 102.1 » Di 11. Jun 2019, 19:47

Manuel82 hat geschrieben:
Di 11. Jun 2019, 15:28
Hallo,

mich würde interessieren, welche Signalstärke vorhanden sein muss, um ein Signal in Rauschen gerade noch vernehmen zu können (Sprache sollte noch verständlich sein).
Equipment: Dachantenne, 3-Element Yagi, hochwertige Tuner.

LG Manuel
Die exakte Signalstärke wird mit Sicherheit von den Sende u. Empfangsgeräten abhängig sein. Die Grenzen im UKW Sende u. Empfangsbereich dürften sogar bei 1000 km oder dgl. liegen. Dies ist aber im Bereich des normalen Rundfunk nicht zu praktizieren. Solche Distanzen sind allerdings im Flugfunk ( oberhalb 108 Khz) für die Kommunikation durchaus üblich. Auch das Thema "Sprache noch verständlich" wird im Flugfunk immer wieder an die Grenzen stossen und getestet werden.

Jens1978
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Jens1978 » Mi 12. Jun 2019, 00:44

Warum sollte die Grenze bei 1000 km liegen? Diese von dir aufgezeigte Grenze gibt es, weil eben Flugzeuge in 10 km Höhe fliegen.Was denkst du denn, wie mit Raumsonden im Weltall kommuniziert wird, welche vllt. gerade am Jupiter vorbeifliegen? Das findet alles in den oberen Frequenzbändern statt, welche eben nicht von Atmosphäre gedämpft (untere AM-Bänder tagsüber) oder zurück zur Erde zurück reflektiert werden (obere AM-Bänder, Kurzwelle und bei Regen auch SHF-Bänder). Stichwort Freiraumdämpfung ist hier der relevante Aspekt.

Ansonsten ist die Frage so allgemein gestellt, dass sie eigentlich nicht beantwortet werden kann. Relevant ist die am Empfangsort anliegende Leistungsflussdichte. Die Antenne dient ja nur als Verstärker, welcher anhand der zuvor minimal zur Verfügung stehenden Pegel beechnet wird. Auch relevant ist das Empfängerrauschen, der Rauschpegel in der Nachbarschaft. Das ist alles sowas von speziell. Um auf die allgemeine Frage genauso allgemein zu antworten kann man sagen, dass rund 300km mit einer 3 Element Yagi auf dem Dach durchaus möglich sind für Sender mit 100kW EIRP. Aber diese Antwort wird dir mit Sicherheit nix weiter bringen, da allgemein bekannt.
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WiehengeBIERge
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von WiehengeBIERge » Mi 12. Jun 2019, 07:04

Naja, nach "Kilometern" hat keiner gefragt, sondern nach der Signalstärke.
Entscheidender für die "Verständlichkeit" eines FM-Signals als der Pegel an sich ist aber das Signal-/Rauschverhältnis
Hierzu einfach mal nach "FM-Schwelle" googeln bzw. Wikipedia befragen, da steht alles wichtige.
QTH: 52.28 N | 8.70 O
am Nordhang des Wiehengebirges, am äußersten Rand von NRW und der "Bergwelt"

http://www.senderfotos-owl.de

DH0GHU
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von DH0GHU » Mi 12. Jun 2019, 11:04

Annahmen:
Nötiger ZF-S/N 10 dB (ab welchem ZF-S/N ist ein FM-Signal tatsächlich verständlich? Wert könnte ein paar dB daneben liegen)
ZF-Bandbreite 200 kHz
Rauschmaß 1 dB (= Vorverstärker)

Darauf folgend Grundrauschen im Kanal: (-174 dBm/Hz + 53 dB + 1 dB) = -120 dBm
Daraus folgend nötiger HF-Eingangspegel: (-120 dBm + 10 dB) = -110 dBm

Eine 3-Element-Antenne dürfte um die 8 dBi Gewinn haben.

Bei 100 MHz können dann bereis Signale mit einer Feldstärke von knapp unter 0 dBµV/m wiedergegeben werden...

Bei hochwertigen Tunern, kurzen Kabel und ohne Vorverstärker würde ich 6 dB abziehen - also eher richtung 6 dBµV/m bzw 2 µV/m.
QTH: Obersöchering/JN57OR, zeitweise Kehl/JN38VN
Funkamateur, DLF-Hörer, Multipler Musikgeschmack, DAB-Nutzer. Normal ist normalerweise langweilig.

wasat
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von wasat » Mi 12. Jun 2019, 16:01

WiehengeBIERge hat geschrieben:Naja, nach "Kilometern" hat keiner gefragt, sondern nach der Signalstärke.
So ist es. Ionosphärischen Überreichweiten liegen im Bereich bis 2500 km. Und das kann dann auch ein Sender mit 50 Watt ERP sein. Der Signalpegel ist dabei aber reichlich instabil. Generell ist bei großen Entfernungen eine Freiraumausbreitung, die halbwegs stabilen Empfang erlaubt, eher selten anzutreffen. Dem entsprechend ist der Grenzbereich der Empfangbarkeit unscharf und der Mindestpegel ist eher theoretischer Natur.

Klaus
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Klaus » Mi 12. Jun 2019, 19:32

Jens1978 hat geschrieben:
Mi 12. Jun 2019, 00:44
Was denkst du denn, wie mit Raumsonden im Weltall kommuniziert wird, welche vllt. gerade am Jupiter vorbeifliegen?
Welcher Frequenzbereich wird hierfür verwendet? 1 Gigahertz? 10 Gigahertz? Gibt es Unterschiede hinsichtlich der Frequenzbereiche zwischen Mond, Mars und Jupiter, oder gar noch weiter?

HF-Hase
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von HF-Hase » Mi 12. Jun 2019, 21:01

Noch zwei Aspekte:

Bei UKW ist das zusätzliche atmosphärische Rauschen nicht zu vernachlässigen. Ist in Städten ganz schlimm ("man made noise") aber auch das "galaktische Rauschen" liegt einige dB über den -174 dBm/Hz.

Das Rundfunkband ist in vielen Regionen so überfüllt, dass der Empfang eher durch andere störende Sender als durch das Empfängerrauschen limitiert wird.

DABit
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von DABit » Mi 12. Jun 2019, 21:33

Dann wäre noch zu berücksichtigen, ob Stereo oder Mono gehört werden soll. Mein Onkyo T-4211 benötigt bei Mono 1,7uV, bei Stereo das Doppele, 3,5uV. (immer auf 10dB S/N bezogen)
Wenn wir davon ausgehen, dass die Frequenz wirklich frei ist, die Schaltnetzteile auch Pause haben, kann man am Morgen das solare Rauschen hören, wenn die Sonne auf geht. Das ist natürlich heute in einem "Mietsilo" nicht mehr möglich, da wird man zu gestört, wie schon beschrieben wurde. Auch freie Frequenzen gibt es praktisch keine mehr, das wurde ja auch schon festgestellt.
Ich glaube, irgendwo auf der Onkyo Webseite gelesen zu haben, dass man für sauberes Stereo auf jeden Fall 35uV an den Empfänger bringen sollte. Also 10x mehr, als der theoretische Wert beträgt. Aber das hat dann nichts mehr mit "DXen" zu tun.

Also wie auch bei AM, die Antenne so hoch wie möglich über dem örtlichen Stör-nebel montieren und gutes Kabel (mehrfach geschirmt) verwenden.
QTH: 46°54' N / 7°14' O, Schweiz, Laupen BE, 489müM

_Yoshi_
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von _Yoshi_ » Do 13. Jun 2019, 19:00

Auch die ZF Filter spielen eine wichtige rolle beim S/N Abstand.
Selektierte Schmale Filter (80KHz oder 110KHz) mit Passender Gruppenlaufzeit sind beim Dxen unabdingbar.
Da holt man noch so ziemlich das letzte heraus bei dem übervollen UKW Bereich.
Da werden noch schwache Sender neben Ortssender hörbar.
Auch sollte man einen Tuner der für DX genutzt wird bei einer Fachwerkstatt oder Funkamateur über alle Kreise neu Abgleichen lassen.
Auch neue Radios oder Tuner (Analogtuner kein SDR Chip) sind nie 100%ig abgeglichen.

Ich selber sehe 150KHz als guten Kompromiß aus Dx und Radio Hören.
RX QTH: Leer Ostfriesland - JO33RF
Degen DE-1103, Microspot RA-319
SDR AirSpy One mit SDR#
My Snip †01.09.2018 11.21Uhr

Manuel82
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Manuel82 » Fr 14. Jun 2019, 20:44

Einen schönen guten Abend wünsche ich und vorab vielen Dank für die teils sehr ausführlichen Antworten!

In der Tat ging es mir nicht um Kilometerangaben, vielmehr wollte ich wissen, wie viel dBm sozusagen "in der Luft sein müssen", um den Inhalt noch verstehen zu können. Das Ganze natürlich verrauscht und in Mono.
Vor vielen Jahren habe ich häufig das UKW Band abgesucht und konnte vom alten Standort, Pyhra bei St.Pölten in NÖ, nachts Bayern 3 vom Brotjackriegel stark verrauscht aufnehmen. Mit mäßigem Fading. Entfernung etwa 210km. 3 Element Yagi unter Dach und der Tuner war ein Pioneer SX-424.

So, nun zum eigentlichen Thema zurück: Zusammengefasst lässt sich also sagen, dass ein bestimmter SNR erreicht werden muss, damit ein Signal ausgewertet werden kann.
Wesentlich ist also der Grundrauschpegel. Was genau bedeuten diese -174dBm/Hz - ist das der "natürliche" Rauschpegel? Wie entsteht dieses natürliche Rauschen (reden wir hier vom "Restrauschen" des Urknalls?).
Dass in Ballungszentren ein höherer Rauschpegel aufgrund der vielen Störaussendungen herrscht, ist verständlich.
Wie wesentlich ist das solare Rauschen denn auf UKW? Ich kann mich erinnern, irgendwo gelesen zu haben, dass dieses im Ku-Band (Sat) nicht unwesentlich ist (wenn der Fokus der Antenne nahe der Sonne steht).

Was mich weiters interessieren würde: Was dämpft die Bodenwelle auf UKW wesentlich? Immerhin legen Signale von Amateurfunksatelliten mit wenigen Watt zig Kilometer zurück und sind teils mit einem Viertelwellenstrahler gut hörbar (ja, FM-Narrow).

Da auf UKW die Fresnelzone kaum ohne Hindernisse ist, widme ich mich als Erstes diesem Punkt zu. Wie viele dB beispielsweise gehen durch eine halb verdeckte Fresnelzone verloren?

Dann Abschattung. Angenommen, zwischen Sender um Empfänger ist ein Hügel. Lässt sich hier eine rudimentäre Aussage treffen, wie viele dB pro Hügel (mit Höhe etwa 300m über Sender/Empfänger verloren gehen?

Wie sieht es mit der Bodenleitfähigkeit aus - hat diese auch einen wesentlichen Einfluss? Wenn ja - welchen?

Gibt es weitere Punkte, die die Bodenwelle signifikant beeinflussen.

Warum ich das so genau wissen möchte? Ich würde gerne überschlagsmäßig Funkstrecken berechnen können.
Für genauere Zwecke spiele ich ab und zu mit Radio Mobile herum - möchte allerdings die Hintergründe genauer verstehen können.

Wie ist nun folgender Ansatz für eine Streckenberechnung:

Sender ERP[dBm]- FSPL [dB] - Dämpfung Fresnelzone, Abschattung, Bodenleitfähigkeit, Interfrenzen [dB] + Antennengewinn Empfänger [dB] - Kabelverluste Empfänger [dB]= Signalpegel an der Eingangsbuchse des Tuners [dBm]

Bin schon gespannt auf eure Antworten.

Manuel

Felix II
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Felix II » Sa 15. Jun 2019, 09:25

...um den Inhalt noch verstehen zu können.
Das ist allerdings auch eine äußerst subjektive Wahrnehmung. Ein geschultes Ohr könnte im Rauschen durchaus noch deutlich mehr raushören als jemand der sowas noch nie gemacht hat.
Ich kenne das vom CB-Funk, wenn man weit entfernte Stationen empfangen hat die teilweise schwer verständlich waren und man sich einfach Mühe geben musste um das Gegenüber noch akustisch zu verstehen. Und da sitzt dann einer neben einem der damit noch nie in Berührung kam und ungläubig fragte "Wie kannst du da noch was verstehen, ich höre nur rauschen...".
mfG: Felix II

[hr]

ein Ponyhof ist kein Ponyhof.

Wikipedia: Standart bezeichnet häufig eine Falschschreibung des Wortes Standard

WiehengeBIERge
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von WiehengeBIERge » Sa 15. Jun 2019, 10:15

Manuel82 hat geschrieben:
Fr 14. Jun 2019, 20:44

Was mich weiters interessieren würde: Was dämpft die Bodenwelle auf UKW wesentlich? Immerhin legen Signale von Amateurfunksatelliten mit wenigen Watt zig Kilometer zurück und sind teils mit einem Viertelwellenstrahler gut hörbar (ja, FM-Narrow).
Manuel
Die begrenzte Reichweite auf UKW (und höheren Bändern) auf der Erde liegt an der Erdkrümmung, in Kombination mit der quasioptischen Ausbreitung von UKW.
Beim Satelittenempfang gibt es logischweise keine Erdkrümmung, deshalb brachen sowohl die Uplinks als auch die Sender auf den Satelitten nur (für die Entfernung) sehr wenig Sendeleistung.

Jens1978
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Jens1978 » So 16. Jun 2019, 12:09

Hier werden jetzt aber teilweise wirklich Fragen aufgeworfen, welche sich eher mit einem Fachbuch der Hochfrequenztechnik und der Wellenausbreitung deutlich einfacher klären lassen können.

Aber nur soviel: Bei der Klärung der Frage, ab wann ein Empfangssignal noch gut verständlich aufgenommen werden kann, sind an sich zwei andere Fragen zu klären:
1. Welche Leistungsflussdichte (woraus sich schließlich der angesprochene Pegel errechnen lässt) liegt für die magnetische und für die elektrische Feldkomponente am jeweiligen Empfangsort vor.
2. Welche Leistunsgflussdichte aller Störquellen liegt am Empfangsort vor.

Aus diesen beiden Werten lassen sich die Pegel und schlussendlich dann auch das bereits erwähnte Signal-Rausch-Verhältnis des Nutzsignales errechnen. Das ist hierbei das für dich relevante Maß. Das allgemeine "Rauschen" ergibt sich aus einer Vielzahl von Einzelbestandteilen, hatte ich oben ja schon geschrieben. Zum einen hängt dies direkt vom verwendeten Empfänger und dem Eigenrauschen der Bauelemente ab. Zum anderen stellt Rauschen ja nichts anderes dar, als die nachweisbare Bewegung von einer Vielzahl an Molekülen, quasi auch die Reibungsverluste usw. wobei die Bewegung u.a. temperaturabhängig ist. Das lässt sich also nicht ad-hoc mal eben angeben. In diesen Bereich fallen thematisch auch Supraleiter, einfach mal einlesen.

Die Dämpfung von Signalen ohne Hindernisse wird anhand der Freiraumdämpfung (siehe Fachbuch, Lexikon usw. für mehr Details, insbesondere Formeln) sehr leicht berechnet. Das ist die Grundlage. Dazu werden, jeweils auf dieser Grundlage basierend, zusätzliche Komponenten aufgenommen, welche das Signal weiter dämpfen (Dämpfung von Blättern, Dämpfung von Wolken, Dämpfung von warmen, feuchter Luft etc. etc.) oder auch wieder verstärken (Reflektion an warmen Wolken, Reflektion an feuchten Böden, Wellenleiterausbidlung aufgrund von Luftschichtenverteilungen etc. etc.). Hierbei sind zum Teil langwierige Untersuchungen von einschlägigen Forschungsinstituten quasi seit Anbeginn der Funktechnikentwicklung durchgeführt worden und werden es auch weiterhin. Hügel usw. sind dabei sogar noch relativ leicht berechenbar. Aber auch hier kann keine allgemeine Aussage wie: Eine 300m hoher Hügel in 1km Entfernung zum Sender hat xy dB Verlust zur Folge. Fragen wie: Ist der Hügel gleichmäßig oder scharfknatig, ist er bewaldet, ist er mit Eis und Schnee bedeckt, welche Bodenzusammensetzung hat er usw. spielen dabei eine nicht unbeachtliche Rolle.

Was das Thema "Bodenwelle" angeht. Bodenwelle ist an sich etwas irreführend, denn die Bodenwelle ist eigentlich nur die direkte Funkverbindung bei Frequenzen, welche am Tage nicht von der Atmosphäre stark reflektiert werden, sich also lediglich am Boden ausbreitet. Das Pendant ist die Raumwelle. Beides gibt es primär nur bei Frequenzen bis zu 30 MHz. Funkwellen breiten sich aber immer nur geradelinig aus. Deswegen, Wiehengebierge hat es ja schon gesagt, ist bei direkter Sichtverbindung quasi alles Bodenwelle, ist gibt ja aufgrund der Erdkrümmung keinen Verlust an Sendeenergie, welche über einen weg in den Weltraum abgestrahlt wird. Bei Frequenzen über 30 MHz gibt es aber nahezu nie eine Raumwelle, nur gan ganz selten werden auch Signale an der F2 Schicht reflektiert. Von daher sind bei Frequenzen >30MHz quasi alle Reichweiten Bodenwellen, wenn man das so sagen möchte. Nur so lassen sich ja auch Effekte wie Überreichweiten erklären. Denn wo soll denn plötzlich die erhöhte Leistungsflussdichte am Empfangsort herkommen? Die Atmosphäre generiert keine neue Energie, sie leitet vielmehr Energie aus anderen Richtungen (z.B. der Atmosphäre) wieder zurück. Je höher das Reflektionszentrum, desto größer auch die möglichen Reichweiten. Und das bereits wenig Energie ausreichen würde um sehr sehr hohe Reichweiten zu erzielen sieht man sehr leicht an sporadisch E, denn da sind locker Reichweiten von 1000 bis 2000km auch mit Sendern mit Watt-Bereich möglich. Wäre die Erde keine Kugel, wären das die normalen Reichweiten und die Freiraumdämpfung wäre direkt für die Reichweitenbestimmung anwendbar.

Was die Frequenzen für die Funkverbindung von Satelliten und Raumsonden usw. angeht müsste ich die genauen Frequenzbänder nachsehen, auch sind sie nicht immer gleich. Zum einen spielt es durchaus eine Rolle, welcher Einsatz angedacht ist. Für umlaufende Satelliten können und werden auch schon Frequenzen im VHF-Band III genutzt (NOAA, 137 MHz) für Raumsonden spielen aber auch, aufgrund der Entfernung, eine gute und scharfe Bündelung der Sendeenergie eine entscheidende Rolle, weswegen auch sehr oft hohe Frequenzen im GHz-Bereich mit kurzen Wellenlängen benutzt werden, womit die Antennenausmaße bereits bei "kleinen" Antennen einen sehr sehr hohen Gewinn und eine scharfe Richtkeule generieren können. Für Kommunikation im Weltraum werden in der Zukunft auch mehr und mehr Systeme mit Laserkommunikation eingesetzt. Relevant ist hierbei auch der Aspekt der scharfen Bündelung und aber auch der sehr hohen Bandbreiten für einen hohen Datendurchsatz. In diesem Zusammenhang werden auch schon seit Jahren Untersuchungen durchgeführt, ob auch Laserkommunikation von der Erde zu Raumfahrtsystemen sicher und zuverlässig durchgeführt werden kann. Problem ist hierbei die Szintillation im Übertragungsweg durch die Atmosphäre. Auch spielen die zuvor angegebenen Überlegungen (Luftzusammensetzung, Atmosphärenzusammensetzung, Winde etc. etc.) eine sehr große Rolle. Erste Erfolge konnten zwar bereits erzielt werden, aber zuverlässig lässt sich vom Boden aus keine Laserkommunikation mit Raumsonden durchführen. Aus diesem Grund werden auch Geo-Satelliten als Repeater vorgesehen (z.B. EDRS Satellit).
QTH: Bremer Umland

Ingo-GL
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Re: Grenzen der Empfangstechnik (UKW)

Beitrag von Ingo-GL » So 16. Jun 2019, 18:21

Manuel82: “Was genau bedeuten diese -174dBm/Hz - ist das der "natürliche" Rauschpegel? Wie entsteht dieses natürliche Rauschen (reden wir hier vom "Restrauschen" des Urknalls?).”
-174dBm/Hz ist im Allgemeinen nicht der natürliche Rauschpegel, und der Wert ist 20 dB größer (positiver) als der Beitrag des Restrauschens des Urknalls. Dieser konkrete Wert ergibt sich durch den Referenzwert in der Definition des Rauschfaktors, und nur bei 150 MHz liegt der Faktor des von der Antenne empfangenen externen Rauschens zufällig bei ungefähr 1, entsprechend 0 dB, sofern sie im Wesentlichen nur das galaktische Rauschen empfängt, sofern sie also in elektrisch ruhiger Umgebung betrieben wird und - im Fall einer Richtantenne - falls sie nicht auf die Sonne gerichtet ist. Im Fall Antennenrauschfaktor = 1 (Rauschmaß = lg(1) = 0 dB) beträgt der Rauschpegel an den Klemmen der verlustfrei gedachten Antenne also -174 dBm + 10 * lg (b/Hz), wobei b für die Messbandbreite steht.

Bei 100 MHz liegt der zusätzliche Beitrag des galaktischen Rauschens bei ungefähr +3 dB.

Zu tieferen Frequenzen hin steigt der Empfangspegel des galaktischen Rauschens weiter an, bevor dann bei 30 MHz Blockade durch die Ionosphäre eintritt.

Siehe Recommendation ITU-R P.372-13-201609 "Radio noise", ohne Registrierung kostenlos erhältlich bei https://www.itu.int/rec/R-REC-P.372.

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