Radiowellen sind eine Art elektromagnetischer Strahlung. Sie sind vor allem für ihre Verwendung in Kommunikationstechnologien wie Fernsehen, Mobiltelefonen und Radios bekannt. Diese Geräte empfangen Radiowellen und wandeln sie im Lautsprecher in mechanische Schwingungen um, um Schallwellen zu erzeugen.
Das Hochfrequenzspektrum ist ein relativ kleiner Teil des elektromagnetischen (EM) Spektrums. Das EM-Spektrum wird normalerweise in sieben Bereiche in der Reihenfolge abnehmender Wellenlänge und zunehmender Energie und Frequenz unterteilt.
Mehr sehen
Mitarbeiter verbietet Kindern das Schlafen, wenn sie in die Kindertagesstätte kommen
8 Anzeichen, die zeigen, dass Angst in Ihrem… vorhanden war
Gängige Bezeichnungen sind: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot (IR), sichtbares Licht, Ultraviolett (UV), Röntgenstrahlen und Gammastrahlen.
Laut NASA haben Radiowellen die längsten Wellenlängen im EM-Spektrum. Sie reichen von etwa 0,04 Zoll (1 Millimeter) bis über 62 Meilen (100 Kilometer).
Sie haben auch die niedrigsten Frequenzen, von etwa 3.000 Zyklen pro Sekunde oder 3 Kilohertz bis etwa 300 Milliarden Hertz oder 300 Gigahertz.
Funkfrequenzen sind eine begrenzte Ressource und werden oft mit Ackerland verglichen. Ebenso müssen Landwirte ihr Land organisieren, um die bestmögliche Ernte zu erzielen Aufgrund der Menge und Vielfalt sollte das Funkspektrum möglichst unter den Nutzern aufgeteilt werden effizient.
In Brasilien verwaltet das Ministerium für Wissenschaft, Technologie, Innovationen und Kommunikation die Frequenzzuteilungen im gesamten Funkspektrum.
Entdeckung
Der schottische Physiker James Clerk Maxwell entwickelte in den 1870er Jahren eine einheitliche Theorie des Elektromagnetismus. Er sagte die Existenz von Radiowellen voraus.
Im Jahr 1886 wandte Heinrich Hertz, ein deutscher Physiker, Maxwells Theorien auf die Erzeugung und den Empfang von Radiowellen an. Hertz verwendete einfache Haushaltswerkzeuge, darunter eine Induktionsspule und ein Leydener Gefäß (eine Art Kondensator, bestehend aus einem Glasgefäß mit Schichten aus Blättern innen und außen), um Wellen zu erzeugen elektromagnetisch.
Hertz war der erste Mensch, der kontrollierte Radiowellen sendete und empfing. Ihm zu Ehren wird die Frequenzeinheit einer EM-Welle – ein Zyklus pro Sekunde – Hertz genannt.
Radiowellenbänder
Das Funkspektrum ist im Allgemeinen in neun Bänder unterteilt:
| Band | Frequenzbereich | Wellenlängenbereich |
| Extrem niedrige Frequenz (ELF) | <3 kHz | > 100 km |
| Sehr niedrige Frequenz (VLF) | 3 bis 30 kHz | 10 bis 100 km |
| Niederfrequenz (LF) | 30 bis 300 kHz | 1 m bis 10 km |
| Durchschnittliche Häufigkeit (MF) | 300 kHz bis 3 MHz | 100 m bis 1 km |
| Hochfrequenz (HF) | 3 bis 30 MHz | 10 bis 100 Meter |
| Sehr hohe Frequenz (UKW) | 30 bis 300 MHz | 1 bis 10 m |
| Ultrahochfrequenz (UHF) | 300 MHz bis 3 GHz | 10 cm bis 1 m |
| Superhochfrequenz (SHF) | 3 bis 30 GHz | 1 bis 1 cm |
| Extrem hohe Frequenz (EHF) | 30 bis 300 GHz | 1 mm bis 1 cm |
Niedrige bis mittlere Frequenzen
ELF-Radiowellen sind die niedrigste aller Radiofrequenzen. Sie haben eine große Reichweite und eignen sich für die Kommunikation mit U-Booten sowie in Minen und Höhlen.
Laut der Stanford VLF Group sind Blitze die stärkste natürliche Quelle von ELF/VLF-Wellen. Durch Blitze erzeugte Wellen können zwischen der Erde und der Ionosphäre hin und her springen.
Die LF- und MF-Funkbänder umfassen See- und Flugfunk sowie kommerziellen AM-Radio (Amplitudenmodulation). AM-Radiobänder liegen zwischen 535 Kilohertz und 1,7 Megahertz.
AM-Radio hat eine große Reichweite, insbesondere nachts, wenn die Ionosphäre die Wellen am besten zur Erde zurückholen kann. Es kann jedoch zu Störungen kommen, die die Klangqualität beeinträchtigen.
Wenn ein Signal teilweise blockiert wird – beispielsweise durch ein Gebäude mit Metallwänden, beispielsweise einen Wolkenkratzer – wird die Lautstärke reduziert.
höhere Frequenzen
Zu den HF-, VHF- und UHF-Bändern gehören UKW-Radio, Fernsehsendungen, öffentlich-rechtlicher Rundfunk, Mobiltelefone und GPS (Global Positioning System). Diese Bänder verwenden typischerweise „Frequenzmodulation“ (FM), um ein Audio- oder Datensignal auf die Trägerwelle zu kodieren oder aufzuprägen.
Bei der Frequenzmodulation bleibt die Amplitude (maximale Reichweite) des Signals konstant, während die Die Frequenz wird mehr oder weniger mit einer Rate und Größe variiert, die dem Audiosignal entspricht oder Daten.
FM führt zu einer besseren Signalqualität als AM, da Umgebungsfaktoren die Frequenz nicht so beeinflussen wie sie. Sie wirken sich auf die Amplitude aus und der Empfänger ignoriert Amplitudenschwankungen, solange das Signal über einem Schwellenwert bleibt Minimum. Die UKW-Radiofrequenzen liegen zwischen 88 Megahertz und 108 Megahertz.
Kurzwellenradio
Kurzwellenradio nutzt nach Angaben der National Association of Shortwave Broadcasters (NASB) Frequenzen im HF-Bereich von etwa 1,7 Megahertz bis 30 Megahertz. Innerhalb dieses Bereichs wird das Kurzwellenspektrum in mehrere Segmente unterteilt.
Nach Angaben der NASB gibt es weltweit Hunderte von Kurzwellensendern. Kurzwellensender sind über Tausende von Kilometern hinweg zu hören, da die Signale von der Ionosphäre zurückprallen und Hunderte oder Tausende von Kilometern von ihrem Ursprungsort zurückprallen.
höhere Frequenzen
SHF und EHF stellen die höchsten Frequenzen im Funkband dar. Sie werden manchmal als Teil des Mikrowellenbandes betrachtet. Moleküle in der Luft neigen dazu, diese Frequenzen zu absorbieren, was ihre Reichweite und Anwendung einschränkt.
Aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge können Signale jedoch von Satellitenschüsseln in schmale Strahlen geleitet werden. Dies ermöglicht die Kommunikation über kurze Entfernungen und hohe Bandbreite zwischen festen Standorten.
SHF, das durch Luft weniger beeinträchtigt wird als EHF, wird für Nahbereichsanwendungen wie Wi-Fi, Bluetooth und drahtloses USB (universeller serieller Bus) verwendet.
Es funktioniert nur auf Pfaden mit direkter Sichtverbindung, da Wellen dazu neigen, von Objekten wie Autos, Booten und Flugzeugen abzuprallen. Da Wellen von Objekten reflektiert werden, kann SHF auch für Radar verwendet werden.
astronomische Quellen
Im Weltraum wimmelt es von Radiowellenquellen: Planeten, Sterne, Gas- und Staubwolken, Galaxien, Pulsare und sogar Schwarze Löcher. Durch ihre Untersuchung können Astronomen etwas über die Bewegung und chemische Zusammensetzung dieser kosmischen Quellen sowie über die Prozesse erfahren, die diese Emissionen verursachen.
Ein Radioteleskop „sieht“ den Himmel ganz anders, als er im sichtbaren Licht erscheint. Anstatt spitze Sterne zu sehen, erfasst ein Radioteleskop entfernte Pulsare, Sternentstehungsregionen und Supernova-Überreste.
Radioteleskope können auch Quasare entdecken, was für quasi-stellare Radioquellen steht. Ein Quasar ist ein unglaublich heller galaktischer Kern, der von einem supermassereichen Schwarzen Loch angetrieben wird.
Quasare strahlen Energie über das gesamte EM-Spektrum ab, der Name rührt jedoch von der Tatsache her, dass die ersten identifizierten Quasare hauptsächlich Radioenergie aussendeten. Quasare sind hochenergetisch; Einige emittieren 1.000-mal mehr Energie als die gesamte Milchstraße.
Radioastronomen kombinieren oft mehrere kleinere Teleskope zu einem Array, um ein klareres oder höher aufgelöstes Radiobild zu erstellen.
Beispielsweise besteht das Radioteleskop „Very Large Array“ (VLA) in New Mexico aus 27 Antennen, die in einem riesigen „Y“-Muster mit einem Durchmesser von 36 Kilometern angeordnet sind.