Wellen und Kommunikation: Grundlagen und Spektrum

1. Wellen und Kommunikation

Wellen sind Schwingungen, die Energie übertragen, ohne Materie zu bewegen. Elektromagnetische Wellen werden beispielsweise über Funk für verschiedene Kommunikationssysteme wie Telefone oder die Übertragung unserer Stimme genutzt.

Eigenschaften von Wellen

• Periode (T): Die Zeit, die für eine vollständige Schwingung benötigt wird.
• Frequenz (f): Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Sie entspricht dem Kehrwert der Periode: f = 1 / T. Die Frequenz wird in s^-1 gemessen, und die Einheit ist Hertz (Hz).
• Wellenlänge (λ): Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen (Spitzen) oder Wellentälern. Eine größere Wellenlänge bedeutet eine niedrigere Frequenz und umgekehrt.
• Amplitude (A): Die maximale Auslenkung eines Teilchens von seiner Ruhelage, die durch die Welle erreicht wird. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der von der Welle übertragenen Energie: Eine größere Amplitude bedeutet, dass mehr Energie übertragen wird.

Arten von Wellen

• Mechanische Wellen: Diese Wellen benötigen ein materielles Medium, um sich auszubreiten. Beispiele hierfür sind Wasserwellen, Wellen in einem Seil (erzeugt durch den Aufprall eines Objekts) oder Schallwellen.
• Elektromagnetische Wellen: Diese Wellen können sich sowohl im Vakuum als auch durch bestimmte Materialien ausbreiten.

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum ist die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen, geordnet nach ihrer Wellenlänge oder Frequenz.

• Am kurzwelligen Ende des Spektrums befinden sich die energiereichsten und potenziell gefährlichsten Strahlungsarten wie Röntgen- und Gammastrahlen, die durch ihre sehr kleinen Wellenlängen und hohen Frequenzen gekennzeichnet sind.
• Im mittleren Bereich des Spektrums finden sich Strahlungsarten, die mit Licht in Verbindung stehen, vom Infrarotbereich über das sichtbare Spektrum bis hin zum Ultraviolettbereich.
• Am langwelligen Ende des Spektrums befinden sich Radiowellen und Mikrowellen, die durch große Wellenlängen und niedrige Frequenzen gekennzeichnet sind. Diese werden von verschiedenen drahtlosen Kommunikationssystemen genutzt. Jedes System nutzt ein spezifisches Frequenzband innerhalb dieses Spektrums:
  • Radiosender: 535 kHz bis 108 MHz.
  • Fernsehübertragung: 50 MHz bis 850 MHz.
  • Mobiltelefone: Frequenzen von 824 MHz bis 894 MHz. Moderne Mobilfunkantennen arbeiten oft in höheren Frequenzbereichen zwischen 1800 MHz und 2200 MHz.
  • Fernbedienungen (z.B. für Garagentore, Autos, Modellflugzeuge) und andere Geräte: Emission von Radiowellen zwischen 40 MHz und 80 MHz.

2. Radio