Wellen, Signale & EM-Spektrum: Eine Einführung
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Grundlagen: Wellen und Signale
Was ist eine Welle?
Eine Welle ist eine Störung, die sich von einem Punkt zum anderen ausbreitet.
Mechanische Wellen sind Wellen, die sich durch ein Material ausbreiten.
Elektromagnetische Strahlung ist eine Kombination aus oszillierenden elektrischen und magnetischen Feldern, die Energie durch den Raum von einem Ort zum anderen transportieren. Sie breitet sich auch im Vakuum aus.
Grundlegende Begriffe
Amplitude
Die maximale Auslenkung aus der Ruhelage.Sender
Vorrichtungen, mit denen Daten übertragen werden.Dezibel (dB)
Eine Einheit zur Messung der relativen Intensität eines Signals, wie Leistung, Spannung usw.Frequenz
Stellt die Anzahl der vollständigen Zyklen pro Zeiteinheit eines elektrischen Signals dar. Einheit: Hertz (Hz).Periode
Die Zeit, die für einen vollständigen Zyklus eines elektrischen Signals oder Ereignisses benötigt wird.Signal
Jedes Ereignis, das bestimmte Informationen beinhaltet.Wandler
Ein Gerät, das eine Energieform in ein elektrisches Signal umwandelt.Wellenlänge
Der Abstand in Metern zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder Wellentälern eines Signals.Modulation und Signalarten
Modulation
Ein Prozess, bei dem ein Basisbandsignal verwendet wird, um einen Parameter eines höherfrequenten Trägersignals zu ändern.
Modulationsarten
- Amplitudenmodulation (AM): Bei dieser Modulationsart ist der variierte Parameter die Amplitude des Trägers.
- Frequenzmodulation (FM): Bei dieser Modulationsart ist der variierte Parameter die Frequenz des Trägers.
- Phasenmodulation (PM): Bei dieser Modulationsart ist der variierte Parameter die Phase des Trägers.
Signalarten
Trägersignal
Ein hochfrequentes Sinussignal, dessen Parameter (Amplitude, Frequenz, Phase) proportional zum Basisbandsignal variiert werden.Basisbandsignal
Das elektrische Signal direkt von der Nachrichtenquelle (ohne Modulation).Analogsignal
Ein Signal, dessen Wellenform kontinuierlich ist.Digitalsignal
Ein Signal, dessen Wellenform diskret ist.Das Elektromagnetische Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum ist die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen, geordnet nach Wellenlänge oder Frequenz. Es reicht von langwelligen Radiowellen bis zu kurzwelligen Gammastrahlen.
Frequenzbereiche und Nutzung
- VLF (Very Low Frequency)
- 10 kHz – 30 kHz: Sehr große Reichweite (z.B. U-Boot-Kommunikation)
- LF (Low Frequency)
- 30 kHz – 300 kHz: Funknavigation, Zeitzeichensender
- MF (Medium Frequency)
- 300 kHz – 3 MHz: Mittelwelle (AM-Radio)
- HF (High Frequency)
- 3 MHz – 30 MHz: Kurzwelle (Radio), Amateurfunk
- VHF (Very High Frequency)
- 30 MHz – 300 MHz: UKW (FM-Radio), Fernsehen, Flugfunk
- UHF (Ultra High Frequency)
- 300 MHz – 3 GHz: Fernsehen (DVB-T), Mobilfunk, WLAN, Radar
- SHF (Super High Frequency)
- 3 GHz – 30 GHz: Satellitenkommunikation, Richtfunk, Radar, WLAN (5 GHz)
- EHF (Extremely High Frequency)
- 30 GHz – 300 GHz: Richtfunk, Radar, Forschung