Kurzwelle

Allgemeines

Geschichte

Funkamateure waren die Entdecker der Kurzwellen-Ausbreitung über große Entfernungen. Sie haben die ersten erfolgreichen transatlantischen Tests im Dezember 1921 im 200-m-Band durchgeführt. Ab 1923 wurden die Funkamateure gezwungen, ihre Versuche auf immer kürzere Wellenlängen zu verschieben. Fälschlicherweise glaubten die Behörden, dass höhere Frequenzen für kommerzielle oder militärische Zwecke nutzlos seien. Nun begannen sie mit den neu verfügbaren Wellenlängen mit Hilfe von Vakuumröhren zu experimentieren. Transatlantische Funkkontakte wurden zur Routine. Am 19. Oktober 1924 gelang es Funkamateuren in Neuseeland und England eine 90-minütige Funkverbindung zu halten. Rund um die halbe Welt - damals eine Sensation.

Kurzwellenausbreitung

Radiowellen, die von einer Sendeantenne abgestrahlt werden, können den Empfänger auf 2 grundsätzlich verschiedenen Wegen erreichen:

* direkt entlang der Erdoberfläche

Diesen Ausbreitungsweg, bei dem die Wellen quasi parallel zum Erdboden laufen, nennt man Bodenwellenausbreitung, oder kurz 'Bodenwelle'.

Je nach verwendeter Frequenz, ist die Reichweite der Bodenwelle mehr oder weniger stark begrenzt. Bei Wellenlängen um 80m (3500 - 3800 kHz) liegt sie (tageszeitenabhängig) im Bereich von 100 - 150 km. Bei 10 m Wellenlänge (f im Bereich von 28000 kHz bis 29700 kHz) nur noch bei ca. 30 km.

* Reflexion in der oberen Atmosphäre 

Die Atmosphäre der Erde hat einen schichtförmigen Aufbau. In jeder dieser Luftschichten spielen sich unterschiedliche physikalische Vorgänge ab. Die Schicht, die direkt am Boden beginnt, und sich bis zu einer Höhe von 8 - 12 km erhebt wird als Troposphäre bezeichnet. In Ihr spielen sich alle Lebensvorgänge und alle Wettererscheinungen ab. Sie ist unser Lebensraum. Ab einer Höhe von 20 km spricht man von der Stratosphäre. Sie trägt den Ozongürtel, der sich in einer Höhe von 20 - 40 km befindet. Darüber liegt die Ionosphäre (20 - 250 km Höhe), deren Verhalten hier näher besprochen werden soll, denn in ihr werden Radiowellen bestimmter Frequenzen reflektiert und zur Erde zurückgeworfen.

Doch zuerst der Ausbreitungsweg in der Ionosphäre (stark vereinfacht)

* Der Aufbau der Ionosphäre 

Wie zu sehen ist, werden die elektromagnetischen Wellen, die von der Sendeantenne abgestrahlt werden, an der Ionosphäre reflektiert und auf die Erde zurückgeworfen. Diese Art der Kurzwellenausbreitung wird Raumwellenausbreitung oder kurz 'Raumwelle' genannt. Die Ionosphäre besteht wiederum aus verschiedenen übereinanderlegenden Schichten, die aufgrund ihres unterschiedlichen Verhaltens den Radiowellen gegenüber, unterschieden werden können.

Sie alle haben gemeinsam, daß sie (abhängig von verschiedenen Faktoren) mehr oder weniger elektrisch leitfähig und aus sehr stark verdünnten Gasen (Sauerstoff, Stickstoff, Helium) zusammengesetzt sind.

Diese Schichten werden nach Ihrem Entdecker, dem britischen Forscher Heaviside auch Heaviside-Schicht(en) genannt.

* Wie werden die Gase der Heaviside-Schicht elektrisch leitend? 

Nun, zuerst muß man wissen, daß die Gase in dieser großen Höhe nur noch sehr stark verdünnt vorkommen. Es herrscht nur noch ein ganz geringer Bruchteil des normalen oberflächennahen Luftdrucks. Die Moleküle der Gase, von denen nur noch wenige in einem bestimmten Raumvolumen vorhanden sind, sind tagsüber der starken UV-Strahlung und dem Teilchenstrom, der von der Sonne auf die Erden einströmt, ausgesetzt. Dieser "Beschuß" mit hochenergetischen Teilchen und Wellen führt dazu, daß die Gasmoleküle Teile ihrer Elektronenhülle verlieren. Sie werden zu Ionen, also zu elektrisch leitenden Teilchen, an denen Radiowellen reflektiert werden können, wie an einer Metallwand (der Vergleich ist etwas holprig, erklärt aber das Verhalten der ionisierten Gase recht gut).

Daraus folgern 2 Sachverhalte:

a) Nachts kann es keine (zusätzliche) Ionisation geben, weil keine Sonnenstrahlung auf die Ionosphäre trifft.

b) Die Stärke der Ionisation ist von der Stärke und Qualität der Sonneneinstrahlung abhängig.

* Aus welchen Schichten ist die Ionosphäre aufgebaut? 

Zuerst: Je höher man in der Ionosphäre steigen würde (mit einem Ballon oder einer Rakete o.ä.) desto weniger Gasmoleküle würde man antreffen: Die Dichte des Gases nimmt mit steigender Höhe ab. Außerdem ändert sich die Zusammensetzung des Gases mit der Höhe. Man kann jedoch 3 - 4 Bereich nach ihrer Höhe und ihrem elektrisch-physikalischen Verhalten unterscheiden. Diese (Unter-)Schichten sind mit Buchstaben des Alphabets durchnummeriert:

* Die D-Schicht 

Sie ist die unterste und damit auch dichteste Schicht. Diese hohe Dichte ist es, die sie für die Reflexion von Kurzwellen unbrauchbar macht. Durch diese hohe Dichte werden Radiowellen nämlich nicht reflektiert, sondern absorbiert (d.h. "verschluckt"). Je tiefer die Frequenz einer Radiowelle (und damit deren spezifische innere Energie) desto eher, werden diese Wellen in der D-Schicht gedämpft. 160m- und 80m- Wellen werden am Tag, wenn die D-Schicht voll ionisiert ist, vollständig verschluckt. Bei höheren Frequenzen (40m Band und darüber) hat die D-Schicht jedoch keinen Einfluß mehr, auch wenn sie vollständig ausgebildet ist (d.h. bei maximaler Ionisation). Die D-Schicht bildet sich nach Sonnenuntergang sofort zurück, so daß dann die Ausbreitungsbedingungen auf den niederfrequenten Bändern sehr schnell besser werden.

* Die E- und die F-Schichten 

Diese beiden sind die für die Reflexion von Radiowellen entscheidenden Ionosphärenschichten. Besonders die Qualität der beiden F-Schichten (F1 und F2) sind für den Weitverkehr auf Kurzwelle ausschlaggebend.

* Zum Verhalten der reflektierenden Schichten

Diese E- und besonders die F-Schichten bilden sich unter Sonneneinstrahlung aus, und verschwinden nach Sonnenuntergang langsam wieder, weil die Ionen (wie bei der D-Schicht natürlich auch) sich wieder zu elektrisch neutralen Molekülen vereinigen (Rekombination). Diese Rekombination geht jedoch (besonders bei den F-Schichten) sehr viel langsamer vor sich als bei der D-Schicht. Bei sehr starker Ionisation (z.B. im Sommer bei langer und intensiver Sonnenbestrahlung) kann die Ionisation der F-Schichten die ganze Nacht anhalten.

Auch hier gilt, daß die beiden Schichten Radiowellen mit hoher Frequenz eher durchlassen, also nicht reflektieren (vgl. D-Schicht).

Die Grenzfrequenz, (also die Frequenz, die gerade noch nicht in den Weltraum durchgelassen wird) der F-Schichten ist neben der Ionisation auch abhängig von 2 Größen:

a) Der Frequenz der Welle (je höher die Frequenz, umso eher wird sie nicht mehr reflektiert)

b) Dem Winkel, unter dem die Welle auf die Schicht auftrifft. (Je steiler sie auftrifft, umso eher wird sie nicht mehr reflektiert

Frequenzplan und Verwendung

Modulations- und Betriebsarten

Vor- und Nachteile

Rundfunk

Amateurfunk

Nicht öffentliche Funkdienste

SWL - Kurzwellenhörer

Geheimnisvolle Signale

Die Zukunft der Kurzwelle

Direkte Satelliten-Übertragungen und das Internet haben die Nachfrage nach Kurzwellenempfänger reduziert, aber es gibt noch eine große Anzahl von Kurzwellen-Sendern. Von der neuen Digital-Radio-Technologie, Digital Radio Mondiale (DRM) wird erwartet, dass mit einer wesentlich verbesserten Audio-Qualität, das Interesse am Kurzwellenempfang wieder steigt. Allerdings wird die Zukunft durch „Verschmutzung“ der Kurzwellenbereiche durch elektronische Geräte wie Power Line Communications (PLC) und Plasma Fernseher bedroht, weil durch diese Geräte starke breitbandige Störungen entstehen. Der Kurzwellenfunk ist nach wie vor ein billiges, wirksames und providerunabhängiges Mittel, um in Ländern mit schlechter Infrastruktur, als auch in Katastrophen- und Krisensituationen, sowie für militärische Zwecke, die Kommunikation aufrecht zu erhalten. Der Amateurfunk ist immer noch die treibende Kraft, die es ermöglicht, die vielfältigen Möglichkeiten der Kurzwelle zu nutzen.