Grundlegende Prinzipien
Die Wellenausbreitung im Amateuerfunk basiert auf zwei grundlegenden Phänomenen. Die Ausbreitung der Bodenwelle, sowie die Ausbreitung - und Reflexion - der Raumwelle.
Ausbreitungswege
Der Lange und der kurze Weg
Um auf einer Kugel zwei Punkte mit einer geraden Linie zu verbinden, ergeben sich stets zwei Möglichkeiten. Einerseits der kurze Weg, und andererseits mit einem Winkel von 180° dazu der lange Weg (quasi von hinten). Aufgrund lokaler Ausbreitungsbedingungen kann es manchmal sein, dass man eine Station auf dem langen Weg besser erreichen kann, als auf dem kurzen Weg.
Die Tote Zone
Der Bereich, in dem eine zweite Station nicht mehr in dem Bereich ist, der über die Bodenwelle erreicht werden kann, und noch nicht in dem Bereich ist, der über die Reflexion der Raumwelle erreicht werden kann, nennt sich Tote Zone.
Interferenzen
Durch die Überlagerung von verschiedenen Wellen bei dem Empfänger (z.B. durch Boden- und Raumwelle, aber auch durch Mehrfachreflexion von einer Bodenwelle), mit einer Phasenverschiebung kommt es zu sogenannten Interferenzen. Dies wird auch QSB oder Fading genannt.
Aurora
Die Aurora teilt sich eigentlich auf in die Nordlichter (Aurora Borealis) und die Südlichter (Aurora Australis).
Die Polarlichter selbst sind dabei visuell sichtbar. Sie entstehen durch einen Plasmastrom, den die Sonne über sogenannte “Sonnenwinde” als Teilchenstrom aussendet.
Durch das Erdmagnetfeld, werden diese Sonnenwinde eher in Richtung der Pole abgelenkt.
Sie treten insbesondere im Bereich des Sonnenfleckenmaximums auf. Die Stärke der Sonnenwinde wird über den Solaren Flux gemessen. Dieser misst die Ausstrahlung der Sonne bei 2,8 GHz, und korreliert mit der Sonnenfleckenanzahl.
Die Aurora reflekiert relativ stark UKW Signale, insbesondere 6 m und 2 m. Jedoch kommt es zu starken Signalstörungen (es hört sich an, wie “ein Kettenraucher, der eine starke Erkältung hat, und flüstert”). Daher eignet sich bei einer Auroraverbindung insbesondere CW.
Die Schichten
Scatter
Grundsätzlich können Funkwellen an verschieben Objekten gebrochen und reflektiert werden. Das nennt sich Scatter.
Troposhäre
Im Bereich des Funkens steht jedoch hauptsächlich die Reflexion an verschiedenen Schichten unserer Atmosphäre im Vordergrund. Einerseits ist eine Reflexion an der Troposphäre möglich (in einer Höhe von 0 - 10 km über der Oberfläche). Das betrifft insbesondere die 2 m, 70 cm und die 23 cm Bänder.
Ionosphäre
Über der Troposphäre beginnt die Ionosphäre. Es handelt sich um die höchste Atmosphärenschicht vor dem Weltall.
Die für Funkamateure relevanten Bereiche befinden sich in einer Höhe von bis zu 500 km.
Durch die Einstrahlung der Sonne entstehen unterschiedliche Plasmaschichten. Da die verschiedenen Schichten auch unterschiedlich stark aufgeladen werden, bauen diese sich auch unterschiedlich stark auf, und unterschiedlich stark ab.
D-Schicht
Die D-Schicht, ist die Dämpfung-Schicht. Sie befindet sich in einer Höhe von etwa 50 - 90 km.
Die D-Schicht ist dafür bekannt, dass sie insbesondere die Bereiche der Mittellangen Kurzwelle (das 160 m Band und das 80 m Band) dämpft, und das 20 m Band reflekitert.
Da sie sich nach Sonnenuntergang relativ schnell abbaut, sind daher DX-Verbindungen auf dem 80 m und dem 160 m Band, erst nachts möglich.
E-Schicht
Die E-Schicht ist einerseits für Überreichweiten im VHF Bereich von bis zu 2.000 km verantwortlich (vgl. Sporadic E). Das betrifft insbesondere die Bänder 2 m, 6 m und 10 m.
Sie befindet sich in einer Höhe von etwa 90 - 130 km.
Die Sporadic E Schicht sind regionale Flecken, mit einem Durchmesser von etwa 10 km.
F1-Schicht
Die F1-Schicht befindet sich in einer Höhe von 130 - 200 km. Sie ist vor allem dafür bekannt, dass sie eine Reflexion an der F2-Schicht stören kann.
F2-Schicht
Die F2-Schicht befindet sich in einer Höhe von 250 - 450 km und reflektiert besonders die Kurzwelle.
Frequenzabhängigkeit der Reflexion
Die verschiedenen Schichten haben eine Frequenzabhängigkeit bezüglich ihrer Reflexion. Dabei führt eine höhere Frequenz eher noch zu einer Reflexion, wenn der Einfallswinkel besonders flach ist. die Kritische Frequenz wird definiert, als die Frequenz, bei der ein Funksignal bei einem senkrechten Auftreffen noch reflektiert wird.
Als Faustformel kann man sagen, dass ein flach einstrahlendes Signal auch dann noch reflektiert wird, wenn es bis zu der dreifachen Frequenz der kritischen Freuquenz hat.
Als Näherungswert kann man auch berechnen, dass die Maximum Usable Frequency, oder auch kurz MUF, sich ergibt (diese Näherung gilt für , wobei die kritische Frequenz angibt.
Die optimale Frequenz, ist hingegen die Frequenz, bei der eine Funkverbindung üblicherweise gut zustande kommt. Sie ist stets niedriger als die MUF, und wird abgeschätzt durch .
Sprungdistanzen
Insgesamt ergeben sich somit für die verschiedenen Bänder unterschiedliche Sprungdistanzen. Bei einer Reflexion an der Sporadic-Schicht etwa 2.000 km, bei einer Reflexion an der F2-Schicht etwa 4.000 km, und bei einer Reflexion an der D-Schicht oder der Troposphäre etwa 1.000 km.
Die Sprungdistanz selbst ist abhängig von der Frequenz des Signals, von der Höhe der jeweiligen Ionopshären-Schichten, sowie der Tageszeit. Sie hängt jedoch nicht vom der Leistung der aussenden Station ab.