Avtar en riktat radiosignal med kvadraten på avståndet?

[Ulltand]

Som i rubriken. Kan man övht rikta en radiosignal på liknande sätt som tex en laser?

[ragge]

Viss finns det riktantenner, till skillnad från rundstrålande, och de avtar inte lika mycket.

[Ulltand]

Viss finns det riktantenner, till skillnad från rundstrålande, och de avtar inte lika mycket.

Så tycker jag det borde. :-)

[ThomasK]

Även från en riktantenn eller laserpekare avtar väl intensiteten med kvadraten på avståndet? Det är väl bara det att signalen från början är mycket mer koncentrerad i en viss riktning, så det sammantaget går åt mycket mindre energi för samma signalstyrka och avstånd.

[Ulltand]

Även från en riktantenn eller laserpekare avtar väl intensiteten med kvadraten på avståndet? Det är väl bara det att signalen från början är mycket mer koncentrerad i en viss riktning, så det sammantaget går åt mycket mindre energi för samma signalstyrka och avstånd.

Det där kompletterar frågeställningen helt. :-)

Men en laser tappar väl nästan ingen energi i princip oavsett avstånd? Men kan man göra detsamma med microvågor? Jag tänker mig att "kvadraten på avståndet minskningen" beror på att en rundstrålande källas omkrets ökar med kvadraten på radien. Och är den inte rundstrålande finns inte sambandet?

[hbar]

Med en parabol får man en mycket riktad signal. Fick en fråga för många år sen om det var möjligt att skicka en signal från den salsa parabol (som TBO i Oxie fått) till Alpha Centauri. Det är en 3m parabol så den har en förstärkning på 2000 vid 21cm. Det överslag jag gjorde (som kan ha stora fel i sig) då var att om man på 4 ljusårs avstånd har en parabol med Arecibos känslighet så skulle man behöva ca 50kW för att överföra en signal (med 0.1Hz bandbredd, typ morse).

Att nå 100 ljusår skulle då behöva 30MW eller en parabol med 75m diameter. Ingen speciellt hög effekt eller stor parabol. Vilken signalstyrka den signal som detekterats från HD164595 har vet jag inte men är det en riktad signal så behöver det inte vara så stor effekt bakom.

Även en laser divergerar så även här blir effekten 1/4 när avståndet dubbleras (ljusfläcken får dubbla diametern). För mikrovågor så kallas det maser.

/Håkan

[AstroFriend]

Kul beräkning Håkan. Gjorde något liknande fast åt andra hållet för optisk SETI för många år sedan.

Visade i ett enkelt föredrag att man med en 2 meterspegel, som kan vara ganska enkel i plast, för ir området kunde detektera ir pulser på 1500 ly avstånd om aliens hade en lika kraftig laser som vår kraftigaste och en stor parabol i rymden.

Inget nytt, finns flera sådana mottagare i drift, tror även amatörastronomer gör det, var länge sedan jag läste om det.

Lars

[Ulltand]

.

Även en laser divergerar så även här blir effekten 1/4 när avståndet dubbleras (ljusfläcken får dubbla diametern). För mikrovågor så kallas det maser.

/Håkan

Hmm jag tolkar nedan från Wiki som att divergens och diffraktion varierar beroende på tex våglängd och annat i en laser? Får inte ihop det i så fall...

The divergence of a beam can be calculated if one knows the beam diameter at two separate points far from any focus (Di, Df), and the distance (l) between these points. The beam divergence, Θ {\displaystyle \Theta } \Theta , is given by

Θ = 2 arctan ⁡ ( D f − D i 2 l ) . {\displaystyle \Theta =2\arctan \left({\frac {D_{f}-D_{i}}{2l}}\right).} \Theta =2\arctan \left({\frac {D_{f}-D_{i}}{2l}}\right).

If a collimated beam is focused with a lens, the diameter D m {\displaystyle D_{m}} D_{m} of the beam in the rear focal plane of the lens is related to the divergence of the initial beam by

Θ = D m f , {\displaystyle \Theta ={\frac {D_{m}}{f}},\,} \Theta ={\frac {D_{m}}{f}},\,

where f is the focal length of the lens.[1]

Like all electromagnetic beams, lasers are subject to divergence, which is measured in milliradians (mrad) or degrees. For many applications, a lower-divergence beam is preferable. Neglecting divergence due to poor beam quality, the divergence of a laser beam is proportional to its wavelength and inversely proportional to the diameter of the beam at its narrowest point. For example, an ultraviolet laser that emits at a wavelength of 308 nm will have a lower divergence than an infrared laser at 808 nm, if both have the same minimum beam diameter. The divergence of good-quality laser beams is modeled using the mathematics of Gaussian beams.

Gaussian laser beams are said to be diffraction limited when their radial beam divergence θ = Θ / 2 {\displaystyle \theta =\Theta /2} \theta =\Theta /2 is close to the minimum possible value, which is given by[2]

θ = λ π w , {\displaystyle \theta ={\lambda \over \pi w},} \theta ={\lambda \over \pi w},

where λ {\displaystyle \lambda } \lambda is the laser wavelength and w {\displaystyle w} w is the radius of the beam at its narrowest point, which is called the "beam waist". This type of beam divergence is observed from optimized laser cavities. Information on the diffraction-limited divergence of a coherent beam is inherently given by the N-slit interferometric equation.[2]

[hbar]

Då en diameter/avstånd anges i en "absolut" längdenhet som meter så blir beräkningarna olika beroende på vilken våglängd man avser. En ljusstråle på 500nm ser ett hål om 1 mm som 2000 våglängder medan en stråle med våglängden 1000nm ser det som hälften så stort dvs 1000 våglängder.

På samma sätt blir riktverkan o diffraktion på en lins/spegel/radio-parabol våglängdsberoende. Att halvera våglängden ger en dubblering av riktverkan men ställer också motsvarande högre krav på ytnoggrannhet.

/Håkan

[Ulltand]

Kort sammanfattning :-) Betyder detta att en "riktad" signal av tex mikrovågor alltid avtar med kvadraten på avståndet i styrka?

[hbar]

Alla elektromagnetiska signaler som utgår från en punktformig källa avtar med kvadraten på avståndet oavsett om de är riktade eller rundstrålande (isotropic beacon). Energin är ju samma men ytan som den skall fördels över ökar med kvadraten på avståndet. Om källan är att se som punktformig beror på avståndet och med de avstånden som gäller i rymden blir de snabbt punktformiga.

/Håkan

[Ulltand]

Alla elektromagnetiska signaler som utgår från en punktformig källa avtar med kvadraten på avståndet oavsett om de är riktade eller rundstrålande (isotropic beacon). Energin är ju samma men ytan som den skall fördels över ökar med kvadraten på avståndet. Om källan är att se som punktformig beror på avståndet och med de avstånden som gäller i rymden blir de snabbt punktformiga.

/Håkan

Då känns det som en rimlig följdfråga om signalen måste utgå ifrån en punktformig källa? Och om inte så behöver inte styrkan avta med S^2?

[hbar]

Om en signal utgår från en stor yta o konvergerar (fokuseras) så ökar signalstyrkan i takt med att tvärsnittet minskar enligt motsvarande regler. När fokus passeras så minskar signalstyrkan på samma sätt då den nu blivit divergerande. Ett solsystem på 100 ljusårs avstånd är att se som punktformigt i radio sammanhang.

Fotoner som träffar en kamera från en kvasar på 5 miljarder ljusårs avstånd kommer i ett extremt parallellt ljusknippe men kameran kommer ändå bara detektera 1/4 så många om man flyttar den så avståndet blir 10 miljarder ljusår. Ljuset från bakgrundsstrålningen (big bang) däremot kommer att vara lika stark i bägge positionerna.

Någon som har tillgång till en för oss okänd teknik kanske kan generera ett "perfekt" parallellt ljusknippe som skulle kunna nå mycket långt. Då får man börja ta med i beräkningarna hur mycket av ljuset som sprids av det stoft som ligger mellan. Det kommer också att bli extremt svårt att träffa en viss punkt då man måste ta hänsyn till vår relativa rörelse o rummets krökning. Det blir snabbt ett extremt komplext problem när avstånden ökar.

/Håkan

[Ulltand]

Tack för dina svar Håkan och nu tror jag det klarnat helt. Körde även frågeställningen i ett fysikforum. Enligt dem så kan kan man räkan följande: diskens diamter^2 / våglängden. Om avstånden är över 5ggr detta får man en effektminskning av s^2. För kortare avstånd kan det se annorlunda ut beroende på andra faktorer. Jag tänker mig därför att man kan skicka signaler/energi med små förluster över ganska sota avstånd men som du säger när det gäller rymdavstånd går det inte.