Funk

1

Einleitung

Funk, drahtlose Übermittlung von Nachrichten mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Diese so genannten Funk- oder Radiowellen sind ein bedeutendes Übertragungsmedium der Telekommunikation und werden u. a. für die Ausstrahlung von Hörfunk- und Fernsehsendungen, zur Navigation, zur Übermittlung von Ferngesprächen und zum direkten Sprechkontakt im Mobilfunk genutzt. Von wachsender Bedeutung ist hierbei die satellitengestützte Funkkommunikation über entsprechende Kommunikationssatelliten, die beispielsweise für Fernsehübertragungen, Seefunk und Ortungssysteme wie GPS genutzt wird und nun auch zu globalen Funktelefonnetzen für den Mobilfunk ausgebaut werden soll.

2

Entdeckung der elektromagnetischen Wellen

Als natürliche Strahlung sind elektromagnetische Wellen seit Urbeginn Bestandteil des Universums. Sie entstehen sowohl durch die kontinuierlich ablaufenden Kernprozesse in den Gestirnen (siehe Stern) wie auch durch das allgemeine Wettergeschehen in der Erdatmosphäre. Bevor die elektromagnetischen Strahlen künstlich erzeugt werden konnten, um sie beispielsweise für die drahtlose Nachrichtenübermittlung zu verwenden, mussten die natürliche Strahlung und ihr Wesen erst einmal entdeckt werden. Die ersten genaueren Kenntnisse hierüber lieferte bereits im ausgehenden 18. Jahrhundert der französische Mathematiker und Physiker André Marie Ampère (1775-1836) mit seinen Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen den elektrischen und magnetischen Erscheinungen sowie zu Beginn des 19. Jahrhunderts der britische Physiker und Chemiker Michael Faraday (1791-1867), dem 1831 der Nachweis der elektromagnetischen Induktion gelang. Darauf aufbauend entwickelte der britische Physiker James Clark Maxwell (1831-1879) in den sechziger Jahren des 19. Jahrhunderts die nach ihm benannte Maxwell’sche Theorie der elektromagnetischen Felder und der von ihnen verursachten elektromagnetischen Erscheinungen. Der experimentelle Nachweis für das Vorhandensein elektromagnetischer Wellen und damit auch eine Bestätigung der Maxwell’schen Theorie gelang schließlich dem deutschen Physiker Heinrich Hertz (1858-1893), der damit die Grundlage für die Entwicklung der Funktechnik schuf. So ist der von Hertz für seine Versuche der Erzeugung und Übertragung elektromagnetischer Wellen verwendete Funkensender der historisch älteste Funksender.

3

Beginn der drahtlosen Kommunikation

Die Entdeckung, dass mittels elektromagnetischer Wellen Informationen ohne speziellen Träger – wie beispielsweise Draht – übermittelt werden konnten, bildete einen Meilenstein in der Entwicklung der Nachrichtentechnik, die nach der Erfindung des Telegraphen (1837 durch Samuel Finley Morse) und der ersten öffentlichen Demonstration des Bell’schen Telefons (1876) noch in ihren Anfängen steckte. Die ersten Versuche der drahtlosen Kommunikation fanden um 1880 statt, bei denen Telegraphensignale mittels elektromagnetischer Wellen übermittelt wurden. Als Pionier der Funktechnik gilt hierbei der italienische Elektroingenieur Guglielmo Marconi, der mit dem von ihm entwickelten Funkgerät 1896 erstmals eine Strecke von 1,6 Kilometern überbrücken konnte. Unabhängig von ihm vermochte bereits im März 1896 (kurz vor Marconi) der russische Techniker Aleksandr Popow mit einer selbstgebauten funktechnischen Anlage die Worte „Heinrich Hertz” zu übertragen – die Länge der Übertragungsstrecke lag bei 250 Metern.

1897 gründete Marconi eine Gesellschaft für den Betrieb von Funktelegraphieverbindungen und 1899 gelang ihm erstmals eine Verbindung über den Ärmelkanal, 1901 über den Nordatlantik. Bereits 1902 wurden regelmäßig Nachrichten über den Atlantik gesendet, und 1905 verwendeten schon zahlreiche Schiffe den Funk für ihre Kommunikation mit den Küstenstellen. Mit der Erfindung der Elektronenröhre – 1904 wurde die Diode, 1906 die Triode erfunden – konnte der Funk auch für die Übermittlung von Sprache genutzt werden, da hiermit nun schwache Signale elektronisch verstärkt werden konnten. 1906 wurde über eine Distanz von 40 Kilometern erstmals ein Gespräch über Funk geführt, und schon 1915 konnten sowohl der Atlantik wie auch der Pazifik funktelefonisch überbrückt werden. Die Möglichkeiten der drahtlosen Übermittlung von Nachrichten führten schon bald zur Einrichtung von Rundfunksendern, die Nachrichten, Musik und Unterhaltung ausstrahlten und mit einfachen Empfangsgeräten empfangen werden konnten. 1926 gelang es erstmals, bewegte Bilder über Funkwellen zu übertragen, und nachdem 1932 das vollelektronische Fernsehen entwickelt worden war, wurde der Funk auch hierfür das Übertragungsmedium. Bereits bei der wachsenden Verbreitung der Rundfunksender war es notwendig geworden, den für die Funkkommunikation verfügbaren Wellenbereich in Kanäle und Bänder einzuteilen, und diese den Sendern zuzuteilen.

4

Radio- oder Funkwellen

Charakteristische Merkmale elektromagnetischer Wellen sind ihre Länge, ihre Feldstärke (Amplitude) und ihre Frequenz, welche in der Maßeinheit Hertz die Anzahl der Schwingungsperioden pro Sekunde angibt. Je kürzer die Reichweite einer Welle ist, um so höher ist ihre Frequenz. Aus dem Spektrum der nach der Wellenlänge unterschiedenen elektromagnetischen Strahlung sind nur die langen Radiowellen für die Funkkommunikation verfügbar, die ihrerseits entsprechend ihrer Länge bzw. ihres Frequenzintervalls in verschiedene Wellenbereiche unterschieden werden. Dies sind die Bereiche der Längstwellen (3 bis 30 Kilohertz), Langwellen (LW; 30 bis 300 Kilohertz), Mittelwellen (MW; 300 Kilohertz bis 3 Megahertz), Kurzwellen (KW; 3 bis 30 Megahertz) und Ultrakurzwellen (UKW; 30 bis 300 Megahertz). Letzterer ist der VHF-Bereich (aus englisch Very High Frequency), gefolgt von den Dezimeterwellen (300 Megahertz bis 3 Gigahertz), dem so genannten UHF-Bereich (aus englisch Ultra High Frequency). Dieser erfordert ebenso wie die sich anschließenden Mikrowellen (3 bis 300 Gigahertz) bereits eine Sichtverbindung zur Antenne.