1
00:00:00,360 --> 00:00:01,870
- [Erzähler] Antennen sind

2
00:00:01,870 --> 00:00:03,650
im Bereich der Telekommunikation weit verbreitet

3
00:00:03,650 --> 00:00:05,810
und wir haben

4
00:00:05,810 --> 00:00:07,480
in dieser Videoserie bereits viele Anwendungen dafür gesehen.

5
00:00:07,480 --> 00:00:10,050
Antennen empfangen eine elektromagnetische Welle

6
00:00:10,050 --> 00:00:12,350
und wandeln sie in ein elektrisches Signal um,

7
00:00:12,350 --> 00:00:13,860
oder sie empfangen ein elektrisches Signal

8
00:00:13,860 --> 00:00:16,283
und strahlen es als elektromagnetische Welle aus.

9
00:00:17,760 --> 00:00:20,100
In diesem Video werfen wir einen
Blick auf die Wissenschaft

10
00:00:20,100 --> 00:00:21,233
hinter Antennen.

11
00:00:25,010 --> 00:00:26,620
Wir haben ein elektrisches Signal.

12
00:00:26,620 --> 00:00:29,810
Wie wandeln wir es in
eine elektromagnetische Welle um?

13
00:00:29,810 --> 00:00:32,270
Möglicherweise haben Sie eine einfache
Antwort im Kopf.

14
00:00:32,270 --> 00:00:34,540
Das heißt, Sie verwenden einen geschlossenen Leiter

15
00:00:34,540 --> 00:00:35,810
und können mithilfe des Prinzips

16
00:00:35,810 --> 00:00:37,440
der elektromagnetischen Induktion

17
00:00:37,440 --> 00:00:40,277
ein schwankendes Magnetfeld

18
00:00:40,277 --> 00:00:42,260
und ein elektrisches Feld um ihn herum erzeugen.

19
00:00:42,260 --> 00:00:44,980
Dieses schwankende
Feld um die Quelle

20
00:00:44,980 --> 00:00:48,010
ist jedoch für die Signalübertragung nutzlos.

21
00:00:48,010 --> 00:00:50,740
Das elektromagnetische Feld
breitet sich hier nicht aus, sondern

22
00:00:50,740 --> 00:00:53,243
schwankt lediglich
um die Quelle herum.

23
00:00:54,230 --> 00:00:56,640
In einer Antenne müssen die elektromagnetischen Wellen

24
00:00:56,640 --> 00:00:58,570
von der Quelle getrennt werden

25
00:00:58,570 --> 00:00:59,870
und sich ausbreiten.

26
00:01:02,150 --> 00:01:04,440
Bevor wir uns ansehen, wie eine Antenne hergestellt wird,

27
00:01:04,440 --> 00:01:07,513
wollen wir die Physik
hinter der Wellentrennung verstehen.

28
00:01:08,480 --> 00:01:11,160
Betrachten Sie eine positive
und eine negative Ladung, die in

29
00:01:11,160 --> 00:01:13,189
einem Abstand voneinander angeordnet sind.

30
00:01:13,190 --> 00:01:15,650
Diese Anordnung wird als Dipol bezeichnet

31
00:01:15,650 --> 00:01:18,350
und erzeugt offensichtlich
ein elektrisches Feld, wie gezeigt.

32
00:01:19,830 --> 00:01:23,360
Nehmen wir nun an, dass diese Ladungen
wie gezeigt oszillieren.

33
00:01:23,360 --> 00:01:24,880
In der Mitte ihrer Bahn

34
00:01:24,880 --> 00:01:26,960
ist die Geschwindigkeit maximal

35
00:01:26,960 --> 00:01:30,320
und an den Enden ihrer Bahnen
ist die Geschwindigkeit Null.  Aufgrund dieser Geschwindigkeitsschwankung

36
00:01:30,320 --> 00:01:33,510
erfahren die geladenen Teilchen eine
kontinuierliche Beschleunigung

37
00:01:33,510 --> 00:01:36,980
und Verzögerung
.

38
00:01:36,980 --> 00:01:38,560
Die Herausforderung besteht nun darin, herauszufinden,

39
00:01:38,560 --> 00:01:41,720
wie sich das elektrische Feld
aufgrund dieser Bewegung ändert.

40
00:01:41,720 --> 00:01:44,283
Konzentrieren wir uns auf nur
eine elektrische Feldlinie.

41
00:01:45,220 --> 00:01:47,260
Die zum Zeitpunkt Null gebildete Wellenfront

42
00:01:47,260 --> 00:01:49,600
dehnt sich aus und verformt sich wie gezeigt

43
00:01:49,600 --> 00:01:51,363
nach einem Achtel einer Zeitspanne.

44
00:01:53,130 --> 00:01:54,260
Das ist überraschend.

45
00:01:54,260 --> 00:01:56,990
Sie hätten vielleicht ein
einfaches elektrisches Feld erwartet, wie es

46
00:01:56,990 --> 00:01:58,073
an dieser Stelle gezeigt wird.

47
00:01:58,920 --> 00:02:00,580
Warum hat sich das elektrische Feld gedehnt

48
00:02:00,580 --> 00:02:02,550
und ein solches Feld gebildet?

49
00:02:02,550 --> 00:02:04,110
Dies liegt daran, dass die beschleunigenden

50
00:02:04,110 --> 00:02:07,020
oder abbremsenden Ladungen
ein elektrisches Feld

51
00:02:07,020 --> 00:02:09,029
mit gewissen Memory-Effekten erzeugen.

52
00:02:09,030 --> 00:02:11,290
Das alte elektrische Feld passt sich
nicht leicht

53
00:02:11,290 --> 00:02:12,920
an den neuen Zustand an.

54
00:02:12,920 --> 00:02:15,720
Wir müssen einige Zeit aufwenden, um
diesen Memory-Effekt

55
00:02:15,720 --> 00:02:19,340
des elektrischen Feldes oder die
Knickerzeugung beschleunigender

56
00:02:19,340 --> 00:02:21,460
oder verlangsamender Ladungen zu verstehen.  Auf

57
00:02:21,460 --> 00:02:24,150
dieses
interessante Thema gehen wir

58
00:02:24,150 --> 00:02:25,223
in einem separaten Video näher ein.

59
00:02:26,210 --> 00:02:29,050
Wenn wir unsere Analyse
auf die gleiche Weise fortsetzen,

60
00:02:29,050 --> 00:02:31,880
können wir erkennen, dass sich die Wellenfrontenden in einem
Viertel eines Zeitraums

61
00:02:31,880 --> 00:02:34,860
an einem einzigen Punkt treffen.

62
00:02:34,860 --> 00:02:36,440
Danach erfolgt die Trennung

63
00:02:36,440 --> 00:02:38,513
und Ausbreitung der Wellenfront.

64
00:02:39,700 --> 00:02:41,850
Bitte beachten Sie, dass dieses
variierende elektrische Feld

65
00:02:41,850 --> 00:02:44,690
automatisch
ein variierendes Magnetfeld

66
00:02:44,690 --> 00:02:45,883
senkrecht dazu erzeugt.

67
00:02:46,930 --> 00:02:49,240
Wenn Sie die
Variation der elektrischen Feldstärke

68
00:02:49,240 --> 00:02:52,060
mit der Entfernung zeichnen, können Sie
erkennen, dass die Wellenausbreitung

69
00:02:52,060 --> 00:02:54,390
sinusförmiger Natur ist.

70
00:02:54,390 --> 00:02:55,560
Es ist interessant festzustellen,

71
00:02:55,560 --> 00:02:58,300
dass die Wellenlänge der
so erzeugten Ausbreitung

72
00:02:58,300 --> 00:03:01,560
genau das Doppelte der
Länge des Dipols beträgt.

73
00:03:01,560 --> 00:03:03,810
Wir werden später auf diesen Punkt zurückkommen.

74
00:03:03,810 --> 00:03:07,020
Das ist genau das, was
wir in einer Antenne brauchen.

75
00:03:07,020 --> 00:03:09,330
Kurz gesagt, wir können eine Antenne bauen,

76
00:03:09,330 --> 00:03:12,200
wenn wir eine Anordnung
zum Oszillieren der positiven

77
00:03:12,200 --> 00:03:14,170
und negativen Ladungen schaffen können.

78
00:03:14,170 --> 00:03:17,130
In der Praxis ist die Herstellung
einer solchen Schwingladung

79
00:03:17,130 --> 00:03:18,690
sehr einfach.

80
00:03:18,690 --> 00:03:21,273
Nehmen Sie einen leitenden Stab
mit einer Krümmung in der Mitte

81
00:03:22,220 --> 00:03:24,730
und legen Sie in der Mitte ein Spannungssignal an.

82
00:03:24,730 --> 00:03:27,000
Angenommen, es handelt sich um das von
Ihnen angelegte Signal,

83
00:03:27,000 --> 00:03:29,320
ein zeitlich veränderliches Spannungssignal.

84
00:03:29,320 --> 00:03:31,670
Betrachten Sie den Fall zum Zeitpunkt Null.

85
00:03:31,670 --> 00:03:33,500
Durch die Wirkung der Spannung

86
00:03:33,500 --> 00:03:36,530
werden die Elektronen
von der rechten Seite des Dipols verdrängt

87
00:03:36,530 --> 00:03:38,593
und sammeln sich auf der linken Seite an.

88
00:03:40,780 --> 00:03:43,430
Das bedeutet, dass das andere Ende, das
Elektronen verloren hat,

89
00:03:43,430 --> 00:03:45,893
automatisch positiv geladen wird.

90
00:03:46,800 --> 00:03:48,829
Diese Anordnung hat
den gleichen Effekt

91
00:03:48,830 --> 00:03:51,060
wie der vorherige Dipolladungsfall erzeugt,

92
00:03:51,060 --> 00:03:55,200
nämlich positive und negative
Ladungen am Ende eines Drahtes.

93
00:03:55,200 --> 00:03:57,450
Mit der zeitlichen Änderung der Spannung pendeln

94
00:03:57,450 --> 00:04:00,673
die positiven und negativen
Ladungen hin und her.

95
00:04:01,650 --> 00:04:05,100
Auch die einfache Dipolantenne
erzeugt das gleiche Phänomen, das

96
00:04:05,100 --> 00:04:08,623
wir im vorherigen Abschnitt gesehen haben,
und es kommt zu einer Wellenausbreitung.

97
00:04:09,950 --> 00:04:13,253
Wir haben nun gesehen, wie die
Antenne als Sender funktioniert.

98
00:04:14,270 --> 00:04:16,170
Die Frequenz des übertragenen Signals

99
00:04:16,170 --> 00:04:17,860
entspricht der Frequenz

100
00:04:17,860 --> 00:04:19,730
des angelegten Spannungssignals.

101
00:04:19,730 --> 00:04:22,550
Da die Ausbreitung
mit Lichtgeschwindigkeit erfolgt,

102
00:04:22,550 --> 00:04:25,450
können wir die
Wellenlänge der Ausbreitung leicht berechnen.

103
00:04:26,930 --> 00:04:28,350
Für eine perfekte Übertragung

104
00:04:28,350 --> 00:04:31,363
sollte die Länge der Antenne die
Hälfte der Wellenlänge betragen.

105
00:04:33,930 --> 00:04:36,330
Der Betrieb der Antenne ist umkehrbar

106
00:04:36,330 --> 00:04:37,820
und sie kann als Empfänger fungieren,

107
00:04:37,820 --> 00:04:40,510
wenn ein sich ausbreitendes
elektromagnetisches Feld auf sie trifft.

108
00:04:40,510 --> 00:04:43,520
Schauen wir uns dieses Phänomen im Detail an.

109
00:04:43,520 --> 00:04:47,520
Nehmen Sie dieselbe Antenne noch einmal
und legen Sie ein elektrisches Feld an.

110
00:04:47,520 --> 00:04:49,310
In diesem Moment sammeln sich die Elektronen

111
00:04:49,310 --> 00:04:51,350
an einem Ende des Stabes an.

112
00:04:51,350 --> 00:04:54,100
Dies ist dasselbe wie ein elektrischer Dipol.

113
00:04:54,100 --> 00:04:56,330
Wenn das angelegte elektrische Feld variiert, sammeln sich

114
00:04:56,330 --> 00:04:58,010
die positiven und negativen Ladungen

115
00:04:58,010 --> 00:05:00,019
an den anderen Enden an.  Durch

116
00:05:00,020 --> 00:05:01,970
die unterschiedliche Ladungsansammlung

117
00:05:04,290 --> 00:05:06,730
wird in der Mitte der Antenne ein unterschiedliches elektrisches Spannungssignal erzeugt.

118
00:05:06,730 --> 00:05:08,670
Dieses Spannungssignal wird ausgegeben,

119
00:05:08,670 --> 00:05:11,320
wenn die Antenne als Empfänger fungiert.

120
00:05:11,320 --> 00:05:13,300
Die Frequenz des Ausgangsspannungssignals

121
00:05:13,300 --> 00:05:16,563
ist dieselbe wie die Frequenz
der empfangenden EM-Welle.

122
00:05:17,500 --> 00:05:20,010
Aus der
Konfiguration des elektrischen Feldes geht klar hervor,

123
00:05:20,010 --> 00:05:21,610
dass für einen perfekten Empfang

124
00:05:21,610 --> 00:05:25,750
die Größe der Antenne die
Hälfte der Wellenlänge betragen sollte.

125
00:05:25,750 --> 00:05:27,020
In all diesen Diskussionen

126
00:05:27,020 --> 00:05:29,743
haben wir gesehen, dass es sich bei der
Antenne um einen offenen Stromkreis handelt.

127
00:05:30,740 --> 00:05:33,963
Schauen wir uns nun einige praktische
Antennen und ihre Funktionsweise an.

128
00:05:35,290 --> 00:05:38,943
Früher wurden
für den Fernsehempfang Dipolantennen eingesetzt.

129
00:05:40,490 --> 00:05:44,290
Der farbige Balken fungiert als
Dipol und empfängt das Signal.

130
00:05:45,800 --> 00:05:47,820
Bei dieser Art von Antenne werden außerdem ein Reflektor und ein Direktor benötigt,

131
00:05:47,820 --> 00:05:50,210
um das Signal auf den Dipol zu fokussieren.

132
00:05:50,210 --> 00:05:54,350
Diese vollständige Struktur wird
als Yagi-Uda-Antenne bezeichnet.

133
00:05:54,350 --> 00:05:57,110
Die Dipolantenne wandelte
das empfangene Signal

134
00:05:57,110 --> 00:06:00,070
in elektrische Signale um
und diese elektrischen Signale

135
00:06:00,070 --> 00:06:03,003
wurden über ein
Koaxialkabel zum Fernsehgerät übertragen.

136
00:06:05,630 --> 00:06:08,670
Heutzutage sind wir
auf Parabolantennen umgestiegen.

137
00:06:08,670 --> 00:06:10,780
Diese bestehen aus zwei Hauptkomponenten,

138
00:06:10,780 --> 00:06:12,530
einem parabolförmigen Reflektor

139
00:06:12,530 --> 00:06:14,743
und dem rauscharmen Block-Abwärtskonverter.

140
00:06:16,150 --> 00:06:19,140
Die Parabolschüssel empfängt
elektromagnetische Signale

141
00:06:19,140 --> 00:06:23,280
vom Satelliten und
fokussiert sie auf den LNBF.

142
00:06:23,280 --> 00:06:25,800
Die Form der Parabel
ist sehr spezifisch

143
00:06:25,800 --> 00:06:27,203
und genau gestaltet.

144
00:06:28,410 --> 00:06:31,372
Der LNBF besteht aus einem Feedhorn,

145
00:06:31,372 --> 00:06:34,770
einem Wellenleiter, einer Leiterplatte und einer Sonde.

146
00:06:34,770 --> 00:06:37,760
In dieser Animation können Sie
sehen, wie die eingehenden Signale

147
00:06:37,760 --> 00:06:42,430
über das Feedhorn und den Wellenleiter auf die Sonde fokussiert werden
.

148
00:06:42,430 --> 00:06:44,470
An der Sonde wird Spannung induziert,

149
00:06:44,470 --> 00:06:47,130
wie wir im einfachen Dipolfall gesehen haben.

150
00:06:47,130 --> 00:06:50,580
Das so
erzeugte Spannungssignal wird einer Leiterplatte

151
00:06:50,580 --> 00:06:53,250
zur Signalverarbeitung wie Filterung,

152
00:06:53,250 --> 00:06:56,880
Umwandlung von hoher in niedrige
Frequenz und Verstärkung zugeführt.

153
00:06:56,880 --> 00:06:59,520
Nach der Signalverarbeitung werden
diese elektrischen Signale

154
00:07:01,340 --> 00:07:02,713
über ein Koaxialkabel zum Fernsehgerät übertragen.

155
00:07:04,790 --> 00:07:06,440
Wenn Sie einen LNB öffnen,

156
00:07:06,440 --> 00:07:09,510
finden Sie höchstwahrscheinlich
zwei Sonden statt einer.

157
00:07:09,510 --> 00:07:12,190
Die zweite Sonde steht
senkrecht zur ersten.  Durch

158
00:07:12,190 --> 00:07:14,930
die Anordnung mit zwei Sonden kann
das verfügbare Spektrum

159
00:07:14,930 --> 00:07:16,230
doppelt genutzt werden,

160
00:07:16,230 --> 00:07:18,340
indem die Wellen
entweder mit horizontaler

161
00:07:18,340 --> 00:07:20,710
oder vertikaler Polarisation gesendet werden.

162
00:07:20,710 --> 00:07:23,700
Eine Sonde erkennt das
horizontal polarisierte Signal

163
00:07:23,700 --> 00:07:26,050
und die andere das
vertikal polarisierte Signal.

164
00:07:27,490 --> 00:07:28,790
Das Mobiltelefon in Ihrer Hand

165
00:07:28,790 --> 00:07:31,150
verwendet einen völlig
anderen Antennentyp,

166
00:07:31,150 --> 00:07:33,200
eine sogenannte Patch-Antenne.

167
00:07:33,200 --> 00:07:36,440
Eine Patch-Antenne besteht aus
einem metallischen Patch oder Streifen, der

168
00:07:36,440 --> 00:07:37,950
auf einer Grundplatte platziert wird und zwischen dem sich

169
00:07:37,950 --> 00:07:40,950
ein Stück dielektrisches
Material befindet.

170
00:07:40,950 --> 00:07:44,530
Dabei fungiert der Metallfleck
als strahlendes Element.

171
00:07:44,530 --> 00:07:45,890
Die Länge des Metallpflasters

172
00:07:45,890 --> 00:07:47,490
sollte

173
00:07:47,490 --> 00:07:49,803
für eine ordnungsgemäße Übertragung und einen ordnungsgemäßen Empfang die Hälfte der Wellenlänge betragen.

174
00:07:50,670 --> 00:07:52,720
Bitte beachten Sie, dass die hier erläuterte
Beschreibung der Patch-Antenne

175
00:07:52,720 --> 00:07:54,873
sehr einfach ist.

176
00:07:56,410 --> 00:07:59,520
Bitte zeigen Sie Ihre Unterstützung, indem Sie auf
die Schaltfläche „Unterstützung“ klicken.

177
00:07:59,520 --> 00:08:01,370
Vielen Dank, dass Sie sich das Video angesehen haben.