Grundlagen der Wellen und Telekommunikationstechnik

Grundlagen der Wellen und Kommunikation

Wellen sind die Grundlage für die Übertragung in verschiedenen Kommunikationssystemen wie Radio und Telefonie. Eine Welle ist eine Störung im Raum, die ohne den Transport von Materie, aber mit dem Transport von Energie erfolgt (zum Beispiel, wenn man einen Stein ins Wasser wirft).

Arten von Wellen

Mechanische Wellen

Dies sind materielle Wellen, die ein materielles Medium zur Ausbreitung benötigen (wie der Schall oder die Bewegung einer Saite). Schall breitet sich in Feststoffen schneller aus als in Flüssigkeiten und Gasen, kann jedoch das Vakuum nicht durchqueren.

Elektromagnetische Wellen

Diese Wellen können sich sowohl durch ein Vakuum als auch durch bestimmte Materialien ausbreiten. Seit der Entdeckung durch Hertz (1887) ist bekannt, dass sich diese Wellen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen (Beispiele: Licht, Fernsehen, Radio).

Das elektromagnetische Spektrum

Die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen und ihrer möglichen Wellenlängen wird als das elektromagnetische Spektrum bezeichnet.

Telekommunikationssysteme

Die Telekommunikation umfasst mehrere Systeme zur Erzeugung von Strom und zur schnellen Übertragung von visuellen Botschaften, Schriftstücken oder Sprache. Zu diesen Systemen gehören die Telegrafie, die Telefonie, der Rundfunk und das Fernsehen.

Telegrafie

Die ersten Telegrafen übertrugen elektrische Impulse – kurz oder lang (Punkte oder Striche) – über ein Kabel an einen Empfänger. Das Telegramm wurde vom Telegrafisten erstellt. Als Marconi im Jahr 1901 Funksignale im Morsecodes über den Atlantik sandte, begründete er die drahtlose Telegrafie. Heute erfolgt die Übertragung über Telegrafen-Terminals mit Anschluss an Netze wie das Internet.

Telefonie

Ein Telefon besteht im Wesentlichen aus einem Mikrofon, einem Hörer (Lautsprecher), einer Tastatur und einer Klingel. Moderne Handys nutzen Mikrochips zur Codierung und Digitalisierung von Sprachsignalen.

• 1. Schallwellen lassen beim Sprechen eine Membran im Mikrofon vibrieren.
• 2. Das Mikrofon wandelt diese Schwingungen in elektrische Signale um.
• 3. Das Signal wird durch ein Kabel oder eine Telefonzentrale übertragen; es reist zwischen Telefonzentralen und erreicht den Empfänger.
• 4. Ein Verstärker im Empfänger erhöht die Lautstärke der Signale, bevor sie im Hörer wieder in Schall umgewandelt werden.

Bei Festnetztelefonen ist das Mikrofon des Hörers direkt mit der Basis verbunden.

Radio und Fernsehen

Sowohl das Radio als auch das Mobiltelefon verfügen über Sende- und Empfangseinheiten für Radio-Bänder, TV-Signale oder Mikrowellen.

Fernsehtechnik: CRT und LCD

Ein Fernseher wandelt elektromagnetische Wellen, die in einer schnellen Folge von Bildern empfangen werden, in sichtbare Realität um:

• Traditionelles Fernsehen (CRT): Nutzt eine Kathodenstrahlröhre mit drei Elektronenstrahlen für die Grundfarben (Phosphoreszenz).
• Bildaufbau: Durch die Wirkung von Kupferspulen tasten die Elektronenstrahlen den Bildschirm mit kontinuierlichen und schnellen Schwüngen ab – ähnlich wie das menschliche Auge eine Seite von links nach rechts liest. Dies geschieht in 625 Zeilen.
• Bildrate: Mit 25 Bildern pro Sekunde entsteht durch die Persistenz der Bilder auf der Netzhaut ein flüssiges Bild.
• LCD-Fernseher: Diese moderne Technik arbeitet mit Flüssigkristall-Molekülen.