Funktechnik

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Funktechnik ist ein Begriff für die Methode drahtloser Übertragung von Signalen aller Art mit Hilfe elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich (Radiowellen).

Die Funkmesstechnik (Radar) sowie Anwendungen in Industrie und Medizin verwenden dagegen in der Regel Radiowellen ohne aufgeprägte Informationen.

Die Existenz von Radiowellen wurde 1864 von James Clerk Maxwell auf Grund theoretischer Überlegungen vorhergesagt und 1888 von Heinrich Rudolf Hertz experimentell bestätigt. Die erste Funkverbindung gelang Guglielmo Marconi 1896 mit dem Nachbau einer Erfindung von Alexander Stepanowitsch Popow über eine Entfernung von etwa 5 km. Diese Pioniere der Funktechnik gelten heute als die ersten Funkamateure.

[Bearbeiten] Herkunft des Begriffes „Funk“

Der Name "Funk" stammt aus den Anfängen der Funktechnik. So gab es um 1890 Knallfunkensender und 1906 Löschfunkensender. Selbst auf der Titanic kam noch ein Löschfunkensender zum Einsatz. Diese Sender arbeiteten mit knallenden Funken - durch die starken Strom- und Spannungsimpulse entstanden hierbei auch die gewünschten Funkwellen.

[Bearbeiten] Allgemeines

Die Funktechnik basiert auf der Tatsache, dass man auf ein Trägersignal (elektromagnetische Welle) mittels einer Modulationsart (FM, AM usw.) ein Signal aufmodulieren kann. Durch Einstellung der Trägerfrequenz am Empfänger kann die gewünschte Information selektiert und empfangen werden (z.B. Radio).

Beim Hörfunk und Fernsehen sendet ein Teilnehmer, der Radio- oder Fernsehsender, und alle anderen Teilnehmer auf diesem Kanal empfangen nur, ohne selbst zu senden. Die Übertragung ist unidirektional - sie geht nur in eine Richtung.

Beim Sprechfunk oder beim Morsen senden mehrere Personen abwechselnd auf demselben Kanal (meist eine Frequenz oder ein Frequenzpaar), so dass Kommunikation in beide Richtungen möglich ist. Im Gegensatz zur unidirektionalen Übertragung (z.B. Rundfunk) ist so ein Informationsfluss in beiden Richtungen möglich.

Neben Morsesignalen und Sprache werden auch stehende und bewegte Bilder, zum Beispiel Wettersatellitenbilder oder Fernsehen, und Daten aller Art übertragen.

In der jüngeren Geschichte der Funktechnik werden häufig direkt von den Geräten Kommunikationsprotokolle wie GSM, UMTS (beides für Mobiltelefone), 802.11 (drahtloses Computernetzwerk) oder Bluetooth (drahtlose Kommunikation mit digitalen Peripheriegeräten) verwendet.

Obwohl sich die Technik heutzutage sehr stark von der von 1920 unterscheidet, erhielt sich der namensgebende Wortbestandteil Funk in Begriffen wie Rundfunk, Mobilfunk, Hörfunk usw. sowie im Firmennamen Telefunken bis heute. Wenn es in einem modernen Funkgerät funkt, deutet das auf einen gravierenden Fehler hin.

Eine neue Entwicklung der Funktechnik wurde durch extrem energiesparende Miniaturisierung möglich: batterielose Funktechnik für die Anwendung in Schaltern und Sensoren. Auch bei der Vernetzung verschiedenartiger Geräte, wie z. B. im Rahmen der (ZigBee)-Allianz, wird die batterielose Funktechnik bereits eingesetzt. Die für den Sendeprozess erforderliche Energie wird dabei aus der Umgebung gewonnen (Tastendruck, Temperaturdifferenz, Licht, Vibrationen...).

[Bearbeiten] Probleme und Störungen

Elektromagentische Wellen breiten sich physikalisch gesehen "sichtmäßig" aus. Man spricht von der Sichtausbreitung. Dies führt zur Einführung von Relaisstationen, möchte man um den Erdball (Kugel) funken. Diese Aufgabe übernehmen heutzutage z.B. Satelliten.

Gase (Erdatmosphäre) können den Signalweg beeinträchtigen. Dabei kommt es zu einer Vielzahl von Effekten, die von der benutzten Frequenz, der Dichte des Gases, der Ionisation und der Schichtung im Signalweg abhängig ist. Eine Übertragung durch flüssige und feste Medien führt zu einer starken Dämpfung des Signals.

Bei Frequenzen größer als etwa 100 MHz treten zunehmend Störungen durch Reflexionen an Mauerwerk, Metallbauwerken, Drähten oder Türmen auf. Die Reflexionen führen zu zeitlich versetztem Doppelempfang mit Signalverfälschungen und Gruppenlaufzeitverzerrungen. Es kommt zu teilweiser oder vollständiger Auslöschung gegenphasiger Signalanteile. Die Bewegungen von Sende- oder Empfangsantenne oder anderen Objekten im Signalweg kann die Übertragung beeinträchtigen (Anwendung beim Passivradar und in Radar-Bewegungsmeldern!). Es kommt zu Geisterbildern beim Fernsehempfang und zu Problemen bei der GPS-Nutzung.

Effekte bei der drahtlosen Ausbreitung in der Erdatmosphäre

Fading Schwund, sich stark verändernde Feldstärke
Nahschwund
Flatter-Fading Schwund mit schnell wechselnder Feldstärke
Echo-Empfang („Geisterbilder“ durch verschiedene, durch Reflexion verursachte Empfangswege)
selektiver Trägerschwund
Mögel-Dellinger-Effekt, bzw. Sudden ionospheric disturbance
Kurzwelle#Reflexion an der Ionosphäre
Reflexion an der sporadischen E-Schicht
Meteor-Scatter Streuung und Reflexion an ionisierten Meteoriten-Leuchtspuren
Aurora Streuung und Reflexion an Nordlicht-Ionisationsschichten (siehe Polarlicht#Besonderheiten)
Tropo-Ausbreitung: Reflexion und Tunnelung in Inversionsschichten.
Tagesdämpfung
Maximum Usable Frequency (MUF) höchste nutzbare Frequenz, die noch an der Ionosphäre reflektiert wird