Wie viele Sender könnte man mit einem AM/FM-Radio vor dem Kuppelfenster der ISS hören?

Die Ausbreitung von AM- und FM-Funksignalen in den Himmel würde sich anders verhalten als die Ausbreitung entlang der Erdoberfläche.

Als Gedankenexperiment : Wenn Sie auf der ISS wären und ein AM/FM-Radio am Kuppelfenster der ISS stehen hätten, wie würde es klingen, wenn Sie langsam durch eines der Bänder schalten? Wäre es vollgepackt mit Sendern, die auf jeder Frequenz konkurrieren, oder wäre es fast leer, wenn nur ein ungewöhnlich starker Sender durchkommt. Natürlich sollten AM und FM getrennt diskutiert werden.

Wenn Sie hoffen, einen besonders schwachen AM- oder UKW-Sender zu empfangen, würden Sie dann arrangieren, dass Sie zuhören, wenn Sie über Ihnen vorbeifliegen, oder wäre ein anderer Pass am besten?

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oben: aus der Übung The Effects of Earth's Upper Atmosphere on Radio Signals des Radio Jove Project .

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oben: Vintage Singer 9-Transistor-Radio, AM-FM-Bänder, Modell HE-229, hergestellt in Japan. Von hier .

Die Antennen der UKW-Radiosender sind so optimiert, dass sie parallel zur Erdoberfläche strahlen, aber nicht senkrecht dazu. Die Leistung des Senders soll effizient genutzt werden. Daher sollte die Position über einem Radiosender nicht die beste sein.
@Uwe ja! Wenn Sie die Erde mit einem auf das UKW-Band (oder einen Teil des TV-Bands) eingestellten Radioteleskop aus dem Weltraum (z. B. in einer Million Kilometer) abbilden könnten, könnten die hellsten Bereiche am Rand liegen. Aber von LEO, 1 / r 2 ist immer noch sehr wichtig. Aber für AM ist es wichtig, auch andere Effekte zu berücksichtigen - einschließlich der Ionosphäre.
Ich bin mir nicht sicher, ob es eine Antwort auf diese Frage gibt ... wie das Bild des "Singer-9 Transistor Radio" aber ... wie schön alte Geräte aussehen ... aber das bin wahrscheinlich nur ich ...
@EdwinvanMierlo, eigentlich habe ich darüber nachgedacht und es ist nicht so schwer zu beantworten. Der Weg der Sichtlinie, die typische Ausrichtung der Sendeantenne und die bekannte Transparenz der Ionosphäre sind alles, was Sie wahrscheinlich leicht zu einer Antwort von "vielen" oder sogar "Hunderten" für das UKW-Rundfunkband führen würden. Es wird jedoch äußerst schwierig sein, das typische ~1-MHz-AM-Rundfunkband durch die Ionosphäre zu bringen.

Antworten (4)

TL;DR: Basierend auf den folgenden Informationen und unter Berücksichtigung von 4 Annahmen wäre die maximale Anzahl von Sendern, die man lesbar hören könnte, 42 oder weniger.

Ich bin mir nicht sicher, ob es eine sachliche Antwort auf diese Frage gibt. Aber da hat das OP ein "Gedankenexperiment" als Grundlage der Frage angegeben. Wir können theoretisieren, wie viele Sender Sie empfangen können.

Konzentrieren wir uns auf das UKW-Rundfunkband, das in vielen Ländern von 87 MHz bis 108 MHz reicht, in einigen Ländern niedriger und in einigen Ländern höher. Wenn ich mir jedoch das Bild des vorgeschlagenen Funkempfängers ansehe, denke ich, dass dies das Band ist, auf das wir uns konzentrieren müssen. Diese Frequenzen werden von der Ionosphäre nicht zurück zur Erde reflektiert, also können wir sie gut empfangen.

In den Kommentaren wird erwähnt, dass die Hauptrichtwirkung der Hauptrundfunkantennen auf das beabsichtigte Publikum gerichtet sein wird, das sicherlich nicht bis zur Ionosphäre reicht, sondern horizontal, parallel zum Boden oder sogar in einem nach unten gerichteten Winkel.

RF ist jedoch ein seltsames Tier, und Antennen sind alles andere als ideal. Die meisten Antennen haben etwas, das "Seitenkeulen" genannt wird . Und es ist theoretisch möglich, dass einige dieser Seitenkeulen mehr nach oben zeigen, mit einem größeren Winkel, daher geht ein Teil des Signals "in den Weltraum".

Da sich die ISS etwa 406 km über der Erde befindet, der Erdradius etwa 6371 km beträgt, ist es einfach, die theoretische Fläche zu berechnen, die von der ISS aus "sichtbar" ist.

A = 50 %/(1+R/d)

Was A auf etwa 3% bringt.

Das bringt uns zu:

  • wie viele Stationen in den 3% der sichtbaren Erde,
  • und wie viele dieser Stationen haben Antennen mit Seitenkeulen, die Signale zum Standort und Weg der ISS ausstrahlen
  • und sind stark genug, um oberhalb des Grundrauschens empfangen/demoduliert zu werden.

Ab hier gilt es zu raten, da eine sachliche Berechnung nicht möglich ist.

  • Zumindest einige
  • Wahrscheinlich viele
  • Möglicherweise viel

Nun, ein paar mehr Informationen, es scheint 44.000 Radiosender auf der Welt zu geben, nun , wenn Sie der Quelle glauben, da der Deep Link weg zu sein scheint.

Nehmen wir diese 44000 und damit gibt es AM- und FM-Sender. Da AM rückläufig ist, wenden wir eine 80/20-Regel darauf an [Annahme 1] und setzen die Gesamtzahl der UKW-Sender auf 35200.

Nehmen wir an, diese Stationen sind gleichmäßig auf der Erdoberfläche verteilt [Annahme 2], und 3 % davon sind sichtbar. Dadurch erhöht sich die Anzahl der sichtbaren Stationen auf 1056 Stationen.

Die oben erwähnten Seitenkeulen zeigen nicht alle direkt auf die ISS, es ist ein bisschen Zufall, also wenden wir eine 20/80-Regel auf diese an [Annahme 3], was die Anzahl der empfangbaren Stationen nun auf 211 bringt .

Da dies jedoch UKW ist: Wenn zwei oder mehr Sender auf derselben Frequenz sind, können Sie (wahrscheinlich) keinen oder nur den stärksten hören. Dies muss im Vergleich zu AM gesehen werden; Wenn mehr als eine Station auf derselben Frequenz ist, können Sie immer noch alle Stationen hören ... so wie Sie mehrere Personen gleichzeitig sprechen hören können. (Dies ist einer der Gründe, warum der Flugverkehr auf 110 MHz - 135 MHz immer noch auf AM ist, die Fluglotsen können mehr als ein Flugzeug auf derselben Frequenz hören.)

Nun, das Band, das wir gewählt haben, ist 87 MHz bis 108 MHz, und bei einer Bandbreite von 200 kHz für einen UKW-Sender bedeutet dies, dass es 105 mögliche "Slots" für nicht überlappende Sendungen gibt.

Diese "Slots" sind eigentlich der einschränkendste Faktor. Die Sender werden nicht gleichmäßig verteilt sein, viele werden "populär klingende Frequenzen" haben und es wird zu Überschneidungen kommen. Wenden wir zu diesem Zweck eine weitere 20/80-Regel auf die Gleichung an [Annahme 4]. Dadurch sinkt die Zahl von 211 auf 42.

Angenommen, Sie nehmen den Radioempfänger wie angegeben und "stimmen" auf einen empfangbaren Sender ein. Die Tatsache, dass die ISS mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 27000 km/h unterwegs ist, würde bedeuten, dass das empfangene Signal durch einen Dopplereffekt beeinflusst wird. Sie müssen höher stimmen, wenn Sie sich dem Senderstandort nähern, und die Frequenz während Ihres Hörerlebnisses ständig verringern. Es ist fraglich, ob die geschätzte 2,6-kHz-Drift, die der Doppler einführen wird, signifikant ist oder nicht. Der verwendete Funkempfänger kann sogar eine AFC-Schaltung haben, die dies korrigieren kann.

Wie viele Sender könnte man mit einem AM/FM-Radio vor dem Kuppelfenster der ISS hören?

Basierend auf den obigen Informationen und unter 4 Annahmen wäre die maximale Anzahl von Stationen, die man lesbar hören könnte, 42 oder weniger.

Das ist wirklich toll! Ja, Sie haben den Geist der Frage sehr gut eingefangen, aber eine detailliertere Analyse durchgeführt, als die meisten es tun würden. Es hört sich so an, als wäre das Hörerlebnis nicht allzu angenehm, sowohl mit Pile-Up als auch mit der ISS, die sich so schnell in und aus der Reichweite sowie in und aus Lobes und Side Lobes bewegt. Aber als Gedankenexperiment trotzdem ganz lustig.
@uhoh :-) daher das "oder weniger" in meinem Fazit !
@uhoh, letzten Absatz über Doppler hinzugefügt
Bei einer Geschwindigkeit von etwa 7670 m/s sind das etwa 26 ppm der Lichtgeschwindigkeit. Bei 100 MHz wäre das eine Verschiebung von nur etwa 2,6 kHz, was ziemlich klein ist im Vergleich zum Verstimmungsbereich, über den die Erfassung noch funktionieren sollte.
@uhoh fair genug, dennoch ist es ein gültiges Element, das berücksichtigt werden muss. Bei einem modernen PLL (Phase Locked Loop) Detektor nicht einmal der Rede wert. Bei dem abgebildeten Empfänger braucht man allerdings eine ruhige Hand! :-)
OK, ich hatte gedacht, dass FM-Empfänger von Anfang an eine grundlegende Implementierung eines Phasenregelkreises hatten. Keine digitale Frequenzsynthese oder irgendetwas Besonderes, aber sehr einfache PLL wurde in den ersten Fernsehern und der ersten Verwendung von FM verwendet.
Ich bin mir nicht sicher, wie alt die Singer-9 ist, ich konnte weder Schaltpläne noch irgendwelche Freigabedaten finden. Es scheint von Ende der 1950er oder Anfang der 1960er Jahre zu sein. Und für so ein einfaches Radio; Ich würde nicht wissen, ob es einen PLL-Detektor umfasst. Die PLL-Technologie ist älter, aber um die Preise erschwinglich zu halten, können Radios aus dieser Zeit diese haben oder nicht. Ich belasse meine Antwort so, wie sie ist.
Ein FM-Empfänger, der nur 9 Transistoren und überhaupt keine integrierte Schaltung verwendet, könnte keine PLL verwenden. Ohne einen IC war die Verwendung einer PLL in einem Funkempfänger der Unterhaltungselektronik wirtschaftlich unmöglich. Sie benötigen eine komplexe Schaltung, um alle Frequenzkanäle innerhalb des FM-Bands zu erzeugen, die mit einem sehr stabilen XTAL-Oszillator synchronisiert sind.
@Uwe Das finde ich nicht ganz richtig. Ja, moderne PLLs werden mit aufwändigen ICs implementiert und jetzt hauptsächlich digital, aber Phasenregelkreise wurden tatsächlich in frühen UKW-Radioempfängern sowie in frühen Fernsehgeräten verwendet. en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop#History Ich kann nicht sicher sein, dass genau dieses Radio eines hat, aber es könnte wirklich sein, und sicherlich ähnliche UKW-Radios des Tages. Finden wir es also heraus; Ich habe gerade gefragt, ob ein alter AM / FM-Transistor mit 9 Transistoren eine Phasenregelschleife in irgendeiner Form implementieren könnte?
@Uwe sieht aus, als wärst du weit vorne! Ich habe vielleicht an " AFC " gedacht
Doppler-Abschnitt der Antwort aktualisiert, wobei auch mögliche AFC erwähnt werden. das ist eine gute Diskussion.
AFC ist viel einfacher als eine PLL. AFC innerhalb eines FM-Empfängers benötigt nur wenige Transistoren und eine Kapazitätsdiode.
Der Doppler von ~3 kHz bei einem 200 kHz breiten UKW-Sendesignal ist definitiv nicht signifikant (als Amateurfunker, der mit Satelliten gearbeitet hat, weiß ich, dass 3 kHz bei einem 25 kHz breiten Kommunikations-FM-Signal leicht störend, aber tolerierbar sind, und ein 200-kHz-Signal geht 8x so tolerant zu sein). Die allgemeine Faustregel für den FM-Erfassungseffekt lautet, dass, wenn zwei empfangene Signale auf derselben Frequenz innerhalb von 3 dB voneinander liegen, sie sich stören, aber wenn der Leistungsunterschied größer ist, unterdrückt das stärkere das schwächere vollständig.

Da sich die meisten Antworten auf FM-Rundfunksignale beziehen, schauen wir uns auch AM-Rundfunksignale an und diskutieren die Ausbreitung im gesamten Funkspektrum. Ich spreche als Amateurfunk-Hobbyist und Elektrotechnik-Student im Junior-Level.

Wir müssen bedenken, dass AM und FM lediglich Modulationsverfahren sind. Diese Modulationsverfahren werden jedoch beim Rundfunk auf völlig unterschiedlichen Frequenzen verwendet . Als das AM-Rundfunkband (500 kHz bis 1600 kHz) standardisiert wurde, konnten sich nur wenige vorstellen, Signale mit mehreren Größenordnungen höherer Frequenz im heutigen FM -Rundfunkband (97 MHz bis 107 MHz) zu senden oder zu empfangen .

Signale bei diesen sehr unterschiedlichen Frequenzen verhalten sich auf grundlegend unterschiedliche Weise. Diese Unterschiede werden oft von Funkhobbyisten ausgenutzt, um zu versuchen, ein Signal an verschiedene Orte zu bekommen.

Bei mittleren Frequenzen (MF) (ungefähr 400 kHz - 2 MHz) werden Signale mit ziemlicher Sicherheit entweder von der D-Schicht der Ionosphäre absorbiert oder von der E-Schicht reflektiert. Daraus können wir schließen, dass Sie wahrscheinlich keine AM-Stationen auf der ISS hören würden.

Hochfrequenzwellen (HF) (etwa 2 MHz bis 30 MHz) werden manchmal von der F-Schicht der Ionosphäre reflektiert. Dies hängt vom Grad der Ionisation ab, die durch die Sonne verursacht wird. Derzeit befinden wir uns in einem sehr niedrigen Sonnenfleckenzyklus, daher ist es sehr wahrscheinlich, dass Sie einige HF-Signale auf der ISS hören konnten.

Bei sehr hohen Frequenzen (VHF) (ungefähr 30 MHz bis 300 MHz), die das UKW-Rundfunkband enthalten, werden Signale höchstwahrscheinlich die Ionosphäre durchdringen und könnten von der ISS gehört werden. Das 10-Meter-Amateurfunkband (29 MHz) wird manchmal für die Satellitenkommunikation verwendet, die das Eindringen in die Ionosphäre und vieles mehr erfordern würde. VHF-Signale überspringen jedoch manchmal in Zeiten extremer Ionisierung oder wenn sie auf Anomalien wie eine Aurora treffen.

Im Allgemeinen gilt: Je höher die Frequenz, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie von Schiffen im Weltraum gehört wird. Aus diesem Grund wurden von Apollo für die Kommunikation Mikrowellenfrequenzen bei 2,2 GHz verwendet .

Danke für deinen Beitrag. Dass das AM-Rundfunkband es wahrscheinlich nicht durch die Ionosphäre schaffen wird, wurde bereits in dieser Antwort erwähnt, aber es ist gut, eine erweiterte Erinnerung zu haben.

Die Leistung von FM-Sendern und die Empfindlichkeit von FM-Empfängern sind für eine Reichweite von etwa 10 km bei lokalen Sendern und bis zu 200 km bei Sendern am Berg optimiert. Aber wenn eine Welle horizontal von einer Senderantenne direkt zur ISS in 400 km Höhe geht, muss sie eine sehr lange Strecke zurücklegen. Die Verwendung der Formel von Pythagoras ergibt eine Entfernung von 2292 km, das ist ein Verlust von etwa 21 db im Vergleich zu 200 km. Zu viel für einen einfachen UKW-Empfänger ohne Richtantenne mit hoher Verstärkung und ohne rauscharmen Vorverstärker.

Wird dieselbe Frequenz mehrmals im Kreis mit 2292 km Radius verwendet, kann es zu Empfangsstörungen kommen.

Da die Hauptkeule der Antenne vertikal eine endliche Winkelbreite haben wird und es darüber definitiv Nebenkeulen geben wird und diese Winkel zu viel kürzeren Entfernungen führen, sollte dies wahrscheinlich berücksichtigt werden, bevor der Empfang für unmöglich erklärt wird.
Tatsächlich sind die Faktoren, die die Reichweite des UKW-Rundfunkempfangs begrenzen, die Erdkrümmung und die erhöhte HF-Absorption und Streuung von Bodenobjekten (Bäume usw.). Sowohl UKW- als auch AM-Sender können eine Strahlungsleistung in der Größenordnung von 100 kW haben. AM-Bodenwellen reichen aufgrund der besseren Ausbreitung viel weiter als FM-Bodenwellen. Die Empfindlichkeit des FM-Empfängers wird in dBf (dB Femtowatt ) für die Leistung oder Bruchteile eines μV am Eingang gemessen ...
... also denke ich, dass diese Antwort einer weiteren quantitativen Analyse nicht standhält, aber mal sehen, ob wir die Zahlen machen können (ich scheine mich letztes Mal geirrt zu haben !)

Das UKW-Radioband ist in 101 Kanäle in 200-kHz-Intervallen unterteilt. In den USA empfiehlt die FCC, dass Sender im selben Gebiet Frequenzen haben, die mindestens 4 Kanäle voneinander entfernt sind, sodass Platz für 25 Sender im selben Gebiet bleibt. Der nächste Bereich verschiebt dieses Schema um 1 Kanal usw., um Störungen zu minimieren.

In den letzten Jahren hat sich dies geändert, um den Sendern mehr Freiheit zu geben, solange sie andere nicht stören. Und andere Länder haben andere Regeln.

Im UKW-Band erfolgt die Übertragung auf Sichtlinie, sodass Sie von der ISS weitaus mehr Stationen sehen können als am Boden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen, wenn zwei Stationen auf demselben Kanal senden.

Auf der ISS können Sie also potenziell 100 Stationen empfangen, in der Praxis werden es aufgrund von Interferenzen viel weniger sein.

Wie viele Sender könnte man mit einem AM/FM-Radio vor dem Kuppelfenster der ISS hören?
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