Rauschen (Elektrosensibilität)

Kuddel, Donnerstag, 25.09.2008, 23:35 (vor 5696 Tagen) @ Siegfried Zwerenz

Es fällt auf, dass die theoretischen Werte immer zwischen 7 und 8 dB geringer sind als die gemessenen Werte. Dabei war es egal, ob der Eingang des Spektrumanalysators mit einem 50 Ohm Widerstand angeschlossen war oder nicht.

Dafür gibt es eine logische Erklärung.

Laut ihrer Tabelle zeigt der FSEA bei 1MHz Bandbreite (ohne Eingangssignal) eine Rauschleistung von -100dBm an
Die thermische Rauschleistung eines (50Ohm) Widerstandes bei 300K beträgt in 1MHz Bandbreite ca -114dBm (abgegebene Leistung)
Die Differenz von 14dB ist in der Tat auf die "nicht-ideale" Technik zurückzuführen und zwar auf das vom Analysator von den elektronischen Bauteilen hinzugefügte Eigenrauschen (entsteht vorwiegend im Empfangsmischer), welches sie auch in den Spezifikationen des Gerätes als "Eingangs-Rauschzahl" o.ä. wiederfinden dürften.
Dabei sind 14dB für einen Analysator schon ein guter Wert ist, andere Modelle haben über 20dB, manch älteres Model sogar 30dB.
Das kann man sich vereinfacht auch so vorstellen, als ob das Gerät einen Abschwächer von 14dB vor den (fiktiv idealen) Empfängereingang geschaltet hat.
Falls man schwächere Signale messen möchte, muß man einen rauscharmen Vorverstärker vorschalten. Manche teurere Modelle haben so etwas auch eingebaut , bzw über einen Menüpunkt kann man den Vorverstärker aktivieren.

Bei einem sehr empfindlichen Empfänger mit einem Eigenrauschen kleiner 1dB (z.B. in der Radioastronomie) kann man in der Tat beim Anschließen eines 50Ohm Widerstandes an den Eingang eine Änderung des Rauschens feststellen.

Thema „dielektrisches Rauschen in elektrolytischen Lösungen“.

In meiner Vorstellung habe ich folgendes Modell der Absorption in elektrolytischen Lösungen (Frequenzbereich 200MHz bis 5GHz (10GHz?!?)).

Die Elektrolyte lösen sich im Wasser und werden durch Hydratation zu verhältnismäßig riesigen Strukturen. Je nach Temperatur und Elektrolytkonzentration entstehen nun große dielektrische Verluste in diesem Frequenzbereich.

Ist dieser Vorgang reversibel oder verstößt er dann gegen die Thermodynamik? Kann man sich dann das dielektrische Rauschen als zufällige kinetische Synchronität einzelner Cluster vorstellen, die dann einen relevanten Feldanteil ihrer Eigenfrequenz abstrahlen?

Einfach ausgedrückt würde ich es so ähnlich beschreiben: Setzt man Wasser einem elektrischen Wechselfeld aus, so werden die Dipole vom Feld hin und her gedreht. Die Rotationsenergie wird durch Reibung zu Wärme. Ab einer bestimmten Frequenz, welche von der so genannten "Rotationskorrelationszeit" bestimmt wird, kommen die Moleküle mit der Rotation nicht mehr mit, was an der Dispersion der frequenzabhängigen Dielektrizitätskonstante (wird kleiner) erkennbar wird. Bei Wasser liegt dieser Punkt bei ca 15GHz, bei größere Molekülen durchaus auch tiefer.
Über die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante (Dispersion) einer Lösung kann man sogar Aussagen über die Rotationskorrelationszeiten von im Wasser gelösten Molekülen gewinnen und dann Rückschlüsse auf Größe und Form der gelösten Moleküle treffen.

Umgekehrt sorgt die Wärmebewegung der Teilchen für zufällige Rotationen der der Dipole, welche wiederum elektrische Wechselfelder erzeugen. Da aber diese Rotationen nicht im Gleichtakt (wie beim extern angelegten Feld) , sondern "chaotisch" stattfinden, heben sich die Anteile über einen größeren Bereich der Felder im Mittel mehr oder weniger auf. Was an stochastischen "Ausreißern" übrig bleibt, (wenn also über ein bestimmtes Volumen zufällig mehr oder weniger Moleküle in gleicher Richtung drehen), ist nach außen hin lediglich als schwaches thermisches Rauschen feststellbar.