Funktechnologie – Entstehung, Prinzipien, Mechanismus


Funktechnologie, Übertragung und Erkennung von Kommunikationssignalen, die aus elektromagnetischen Wellen bestehen, die sich in gerader Linie oder durch Reflexion von der Ionosphäre oder von einem Kommunikationssatelliten durch die Luft bewegen.

Physikalische Grundprinzipien

Elektromagnetische Strahlung umfasst Licht sowie Radiowellen und beide haben viele Eigenschaften gemeinsam. Beide breiten sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 300.000.000 Metern pro Sekunde in ungefähr geraden Linien durch den Raum aus und haben Amplituden, die sich zyklisch mit der Zeit ändern. Das heißt, sie oszillieren von der Amplitude Null bis zum Maximum und wieder zurück. Die Häufigkeit, mit der der Zyklus in einer Sekunde wiederholt wird, wird als Frequenz (symbolisiert als f) in Zyklen pro Sekunde bezeichnet, und die Zeit, die zum Abschließen eines Zyklus benötigt wird, beträgt 1 / f Sekunden, manchmal auch als Periode bezeichnet. Zum Gedenken an den deutschen Pionier Heinrich Hertz, der einige der frühen Funkexperimente durchgeführt hat, wird der Zyklus pro Sekunde jetzt als Hertz bezeichnet, sodass eine Frequenz von einem Zyklus pro Sekunde als ein Hertz (abgekürzt als Hz) geschrieben wird. Höhere Frequenzen werden abgekürzt.

Eine Funkwelle, die sich im Weltraum ausbreitet, hat zu jedem Zeitpunkt eine Amplitudenänderung entlang ihrer Bewegungsrichtung, die der ihrer zeitlichen Änderung ähnlich ist, ähnlich wie eine Welle, die sich auf einem Gewässer fortbewegt. Die Entfernung von einem Wellenberg zum nächsten wird als Wellenlänge bezeichnet.

Wellenlänge und Frequenz hängen zusammen. Teilen der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle (c) durch die Wellenlänge (bezeichnet mit dem griechischen Buchstaben Lambda, λ) ergibt die Frequenz: f = c / λ. Somit hat eine Wellenlänge von 10 Metern eine Frequenz von 300.000.000 geteilt durch 10 oder 30.000.000 Hertz (30 Megahertz). Die Wellenlänge von Licht ist viel kürzer als die einer Funkwelle. Im Zentrum des Lichtspektrums beträgt die Wellenlänge etwa 0,5 Mikron (0,0000005 Meter) oder eine Frequenz von 6 × 1014 Hertz oder 600.000 Gigahertz (ein Gigahertz entspricht 1.000.000.000 Hertz). Die maximale Frequenz im Funkspektrum wird üblicherweise mit etwa 45 Gigahertz angenommen, was einer Wellenlänge von etwa 6,7 ​​Millimetern entspricht. Funkwellen können bei Frequenzen unter 10 Kilohertz (λ = 30.000 Meter) erzeugt und verwendet werden.

Mechanismus der Funkwellenausbreitung

Eine Funkwelle besteht aus elektrischen und magnetischen Feldern, die im Raum rechtwinklig zueinander schwingen. Wenn diese beiden Felder synchron arbeiten, spricht man von einer Zeitphase; beide erreichen zusammen ihre Maxima und Minima und beide gehen zusammen durch null. Mit zunehmendem Abstand von der Energiequelle nimmt die Fläche zu, über die sich die elektrische und magnetische Energie verteilt, sodass die verfügbare Energie pro Flächeneinheit abnimmt. Die Intensität des Funksignals nimmt ebenso wie die Lichtintensität mit zunehmendem Abstand von der Quelle ab.

Eine Sendeantenne ist ein Gerät, das die von einem Sender erzeugte Hochfrequenzenergie in den Weltraum projiziert. Die Antenne kann so ausgelegt sein, dass sie die Funkenergie wie ein Suchscheinwerfer in einem Strahl bündelt und so ihre Wirksamkeit in einer bestimmten Richtung erhöht.

Frequenzbänder

Das Hochfrequenzspektrum ist willkürlich in eine Reihe von Bändern von sehr niedrigen Frequenzen bis zu sehr hohen Frequenzen unterteilt. Teile des Spektrums wurden den verschiedenen Nutzern zugeordnet.

Die Hochfrequenzbandbreite ist der Frequenzbereich, den das modulierte Hochfrequenzsignal abdeckt. Den vom Signal übertragenen Informationen ist eine bestimmte Bandbreite zugeordnet und der Träger muss eine Kanalbreite aufweisen, die mindestens so groß ist wie die Informationsbandbreite. Für reguläres amplitudenmoduliertes (AM) Senden muss die Hochfrequenzbandbreite doppelt so groß sein wie die Informationsfrequenzbandbreite. Der Fernschreiber- und Fernschreibbetrieb erfordert nur eine kleine Bandbreite in der Größenordnung von 200 Hertz, abhängig von der maximalen Geschwindigkeit der Impulse, die den Informationscode bilden. Telefonsprache muss eine hohe Verständlichkeit haben, aber Natürlichkeit (hohe Wiedergabetreue) ist nicht von großer Bedeutung. Tests haben gezeigt, dass die Hauptkomponenten der Sprache zwischen etwa 300 und 3500 Hertz liegen, und Telefonkanäle, die über Funk übertragen werden, daher normalerweise auf eine Bandbreite von etwa vier Kilohertz beschränkt sind. Je kleiner die verwendete Informationsbandbreite ist, desto mehr Sprachkanäle können in einer gegebenen Trägerbandbreite übertragen werden und desto wirtschaftlicher ist das System.