Ist es (praktisch) möglich, dass ein großes Gebäude ein Faraday-Käfig ist?

In meinem zweiten Jahr an der High School beschwerten sich meine Sportlehrer immer wieder darüber, dass Telefone in unserem Fitnessstudio keine Netzwerkverbindung hatten, unabhängig von Modell, Dienstanbieter usw. Ein paar Meter außerhalb des Fitnessstudios war der Mobilfunkempfang kristallklar Als Sie Ihr Telefon jedoch in Richtung der Wand im Fitnessstudio bewegten, ließ es schnell an Stärke nach. Ein paar Monate, nachdem ich AP Physics C genommen hatte, wanderten meine Gedanken zufällig zu diesem Ereignis zurück, und mir kam der Gedanke, dass dies das ist, was man erwarten würde, wenn das Fitnessstudio ein riesiger Faraday-Käfig wäre. Ist dies überhaupt möglich oder wahrscheinlich, wenn man die Verwendung von ziemlich standardmäßigen Baumaterialien und Konstruktionen berücksichtigt? Hier ist ein Bild des Gebäudes (es ist das im Vordergrund), falls das hilft.

Hier ist ein Bild des Gebäudes (es ist das im Vordergrund), falls das hilft

Aus Maschendraht kann man bei Bedarf einen ziemlich guten Faraday-Käfig bauen. Ich habe mehrere davon in Forschungslabors gesehen, die rauscharme Elektronik bauen (z. B. für die Hochenergiephysik). Könnte ein Gebäude mit Standardmaterialien gebaut werden und die Signalstärke für den Mobilfunkempfang stark reduzieren? Absolut, obwohl das Problem meistens wahrscheinlich nicht an den Gebäuden liegt, sondern am Netz des lokalen Mobilfunkanbieters.
Nur als Beispiel für ein Gebäude, das ein echter Faraday-Käfig ist. Das Bild zeigt eine Atomuhr in einer Anlage der PTB, deren Wände komplett mit Kupfer abgeschirmt sind. de.wikipedia.org/wiki/Atomuhr#/media/File:Atomuhr-CS2.jpg
Ein weiteres Beispiel für ein Gebäude, das ein (teilweiser) Faraday-Käfig sein muss: jedes Gebäude, in dem sich ein Synchrozyklotron befindet - andernfalls würde das Gebäude jeden in der Nähe daran hindern, terrestrisches Radio zu hören ...
Ja, es ist definitiv möglich. In welchem ​​Land auch immer Sie leben, Sie haben wahrscheinlich eine Art nationale Geheimdienstabteilung/Ministerium/Behörde/usw. - garantiert, dass sich unter ihren verschiedenen Vermögenswerten eine sichere Einrichtung befindet, die genau wie ein Faraday-Käfig elektromagnetisch abgeschirmt ist, genau zum Zweck der Aufbewahrung alle Übertragungen vom Ein- oder Aussteigen.
Das Drahtgeflecht, das diskutiert wird, insbesondere das, das zur Verstärkung von Fenstern verwendet wird ... muss es nicht geerdet werden, um als Faraday-Käfig zu funktionieren?

Antworten (2)

Im Allgemeinen lautet die Antwort "Ja, es ist möglich" - aber in Ihrem Fall lautet die Antwort "Das ist kein Faraday-Käfig".

Funkwellen werden (teilweise) von jeder Diskontinuität in der Dielektrizitätskonstante des Mediums reflektiert, durch das sie sich ausbreiten. Diejenigen, die sich ausbreiten (durch Wände usw.), werden ebenfalls gedämpft.

Ein Faraday-Käfig ist eine kontinuierliche leitende Struktur ohne Öffnungen, die "groß im Vergleich zu den interessierenden Wellenlängen" sind. Ihr Gebäude hat viel größere Fenster. Die Wellenlänge eines Handysignals (typische Frequenz 1800 oder 1900 MHz, also etwa 15 cm) ist klein im Vergleich zu Fenstern, und das Signal würde durchdringen - was bedeutet, dass es sich nicht um einen Faraday-Käfig handelt.

Auf der anderen Seite sorgen Wände je nach Material für eine erhebliche Dämpfung – und Wellen, die durch das Fenster gebeugt werden müssen, würden auch viel schwächer ankommen, wenn sie Sie erreichen. Wenn das Fitnessstudio ausreichend weit vom nächsten Mobilfunkmast entfernt ist, ist es leicht, einen "toten Punkt" in der Rezeption zu bekommen.

Als Referenz bietet eine Betonwand laut diesem Link eine Dämpfung von 10 bis 15 dB - was ausreichen kann, um das Signal je nach Signalstärke außerhalb von "OK" auf "nicht OK" zu senken.

Aha. Würde die Interferenz der reflektierten Wellen mit den ankommenden Wellen für die Abnahme des Empfangs in der Nähe der Außenwände des Gebäudes verantwortlich sein?
Die Interferenz der reflektierten Welle führt zu stehenden Wellen in der Nähe der Wand und zu möglichen toten Punkten - diese wären jedoch nur wenige cm breit (Spitzen-zu-Spitzen-Abstand wäre eine halbe Wellenlänge oder 7-8 cm).
Die Folgerung aus Ihrer Antwort scheint also zu sein, dass dies wahrscheinlich in Ordnung funktionieren würde, wenn die Verbindung nur eine Signalübertragung vom Telefon erfordern würde (da die Wände nicht viel EM-Strahlung absorbieren, entweicht sie schließlich durch Fenster). In Wirklichkeit muss das Signal auch empfangen werden, und es muss relativ kleine Fenster passieren, um vom Telefon empfangen zu werden. Aufgrund der geringen Größe der Fenster wird das Signal meistens wegreflektiert, sodass seine Amplitude innerhalb des Gebäudes klein ist, sodass die Verbindung nicht funktioniert. Ist es richtig?
@Ruslan nicht ganz. Die Signaldämpfung ist in beiden Richtungen gleich: Dies ist ein fundamentaler Satz namens Reziprozität - ein Ergebnis der Symmetrie in der Natur. Aus diesem Grund kann ein Mobiltelefon die Stärke des empfangenen Signals prüfen, um festzustellen, wie viel Energie für die Übertragung verwendet werden soll (was wiederum dazu führt, dass Akkus schneller entladen werden, wenn Sie sich in einem Bereich mit schlechtem Signal befinden).
@Floris Ein paar cm um die Wand herum ist ungefähr dort, wo sich der tote Punkt befindet. Ich werde nachsehen, ob ich einen anderen toten Punkt in der Nähe des Ortes finden kann, an dem sich der nächste Knoten befinden wird.
@lorentzfactor stehende Wellen sind möglich - führen jedoch tendenziell zu sehr lokalisierten Minima. Es wäre interessant zu hören, was Sie finden. Übrigens, wenn Sie ein iPhone haben, gibt es einen Trick, um die Signalstärke in dB anzuzeigen: Sie wählen die folgende Nummer vom Telefon aus und es wechselt in den "Außendienst" -Modus, der die Signalstärke anzeigt: *3001#12345#*- hilfreich, wenn Sie versuchen, zu charakterisieren / Zeichnen Sie schwache Signale!
Sie können Beschichtungen auf dem Fenster anfertigen lassen, um das Infrarot zu blockieren. Diese Beschichtung kann auf Silber basieren, das auch die Funkwellen blockiert.

Nur um das zu ergänzen, was Floris gesagt hat. Es kommt häufig vor (im Vereinigten Königreich), dass in institutionellen Einrichtungen gehärtetes Glas in Fenstern verwendet wird, insbesondere in Badezimmern, Fitnessstudios usw., das die Form eines in das Glas eingebetteten Drahtgeflechts (mit einem Raster von etwa 1 cm) aufweist. Das würde besonders gut dazu beitragen, Telefonsignale zu blockieren, die sonst durch das Glas dringen würden.

Guter Punkt. Ich glaube, das trifft auf die Fenster an den Türen meiner Schule zu, aber ich glaube nicht , dass es auf die großen Fenster der Turnhalle zutrifft. Ich werde aber auf jeden Fall nachsehen, wenn ich es wieder sehe.
Guter Punkt Rob. Ein solcher Draht verhindert, dass ein Fenster zersplittert (mit überall herumfliegenden Fragmenten), wenn es zB mit einem Ball getroffen wird (ziemlich wahrscheinlich in einem Fitnessstudio). Die Löcher im Netz sind typischerweise in der Größenordnung von einem cm – und würden als solche eine bessere Abschirmung bieten.
Sind diese Netze normalerweise geerdet? Wenn nicht, können sie nur Wellenlängen abschirmen, die viel kleiner als das Fenster sind. Also, ja, funktioniert wahrscheinlich für Mobiltelefone, würde sich aber nicht wirklich als Faraday-Käfig qualifizieren.
@leftaroundabout In der Tat, wenn das Netz kleiner als die Wellenlänge ist (was hier der Fall ist, denke ich), dann reflektieren oder dämpfen sie die Mikrowellen effizient. Es ist keine Erdung erforderlich.
@RobJeffries: Sicher, wenn das Netz als Ganzes viel größer als die Wellenlänge ist. Ansonsten ist es nur eine ineffiziente Antenne, die die Wellen etwas streut.
@leftaroundabout Die Wellenlänge wäre typischerweise 10-15 cm, was deutlich kleiner als das Fenster, aber größer als das Netz ist. Ein feines Netz, das um ein Mobiltelefon gewickelt ist, scheint das Signal jedoch ziemlich effektiv zu blockieren?
Nicht nur die Fenster, sondern auch die Verwendung eines Drahtgeflechts als verstärkender Innenvorhang ist eine gängige Technik bei Putz- und Betonsteinarbeiten – beides ist in den Schulturnhallen, mit denen ich in Texas aufgewachsen bin, ziemlich verbreitet. Ich weiß nicht, ob die Gebäude, die ich gesehen habe, stangen-, netz-, wickel- oder kombinierte Verstärkungen waren - aber es besteht eine starke Möglichkeit, dass die Blockarbeiten, die ich in Fitnessstudios gesehen habe, wie ein relativ feinmaschiges Metallgewebe aussehen würden, wenn alles andere entfernt würde. @leftaroundabout In diesem Fall wäre das Netz miteinander verbunden und mit ziemlicher Sicherheit geerdet, wenn auch nur nebenbei.
Ist es (praktisch) möglich, dass ein großes Gebäude ein Faraday-Käfig ist?
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