Ausbreitung ultrakurzer Funkwellen (UKW)

Frequenzen ab ca. 30 MHz aufwärts werden im Regelfall nur die zuvor beschriebenen Bodenwellen ausnutzen. Die selbstverständlich auch vorhandenen Raumwellen werden von den atmosphärischen Luftschichten nicht mehr reflektiert (sie sind "zu hart" dafür) und entweichen nahezu ungehindert in den Weltraum. Das diese dort aber nicht verloren gehen, zeigt diese Kapitel weiter unten.

Bodenwellen breiten sich, wie schon gehört, quasi-optisch aus, das bedeutet eine gradlinige Ausbreitung der Wellen bis zum Horizont und darüber hinaus. Alle Stationen die vom Sender aus gesehen hinter dem Horizont liegen, dürften daher theoretisch dessen Signale nicht mehr empfangen können.

Auch hier ist Weitverkehrsfunk möglich

Trotzdem sind auf UKW-Frequenzen Entfernungen von 1.000 km durchaus überbrückbar. Dies wird durch mehrere Effekte möglich. Zum einen "krümmen" sich Funkwellen bei einer quasi-optischen Verbindung hinter den Horizont und reichen theoretisch ca. 25% weiter, als die Entfernung vom Sender zum Horizont beträgt. Die im Kapitel der Ausbreitung von Kurzwellen beschriebenen Sporadic-E-Bedingungen helfen hier auch in gewissen Grenzen mit.

Normales Wetter - nur "falsch herum

Eine weitere Ursache für die oben genannten Reichweiten sind die Inversions-Wetterlagen. Niedrige Luftschichten der uns umgebenden Atmosphäre werden im Regelfall mit zunehmender Entfernung vom Erdboden immer kühler, wobei der Temperaturübergang hier aber fließend ist. Sollte dieser Übergang jedoch einmal sehr scharf abgegrenzt sein (eine Luftschicht mit 5°C grenzt an eine Luftschicht mit 10°C) werden die Funkwellen an dieser Grenzstelle zum Erdboden reflektiert.

Die Stärke der Inversion hängt vom Temperaturunterschied der angrenzenden Schichten ab. Wenn zum Beispiel die Luft unterhalb einer Wolkenbank 10°C warm ist und die Luft oberhalb dieser Bank 15°C durch die direkte Sonnenwärme auf 15°C aufgeheizt wurde, sind dies ideale Bedingungen für den Weitverkehrsfunk auf UKW.

BOS-Funker mit umfangreicher Betriebserfahrung im 4-Meter-Funkband können hiervon "ein Lied singen", denn gerade die Frequenzen um 70 MHz herum sind sehr stark anfällig für Inversions-Wetterlagen. Das Ergebnis: Auf dem heimischen 4-Meter-BOS- Relais waren Nutzer von Funkrelais in mehreren hundert Kilometer Luftlinie zu hören - und störten den lokalen Funkverkehr massiv.

Eine Transportröhre für die Funkwellen

Für den Fall das sich eine kalte Luftschicht zwischen zwei sehr warmen und feuchten Luftschichten befindet, spricht man von einem Kanal bzw. einem Duct. Die Funkwellen verbleiben sehr lange innerhalb dieses Kanals, weil sie immer wieder zwischen den umgebenden Luftschichten hin und her gebrochen (reflektiert) werden. Im 2-Meterband der Funkamateure können durch solch einen Duct maximal Reichweiten bis 1.500 km überwunden werden.

Turbulenzen - des Funkers Freud', das Flugzeugpassagiers Leid'

Turbulenzen der Luft sind für Flugzeuge und deren Passagiere äußerst unangenehm. Für Funkamateure jedoch bieten sie eine dritte Möglichkeit, weite Entfernungen zu überbrücken. Man spricht hier von Scattern. Die Funkwellen werden direkt an diesen Turbulenzen reflektiert und zur Erde gestrahlt. Liegt eine solche Turbulenz knapp über dem sichtbaren Horizont, sind sehr große Entfernungen zwischen Sender und Empfänger möglich.

Weitere Störungen der Luftschichten, welche ebenfalls für Weitverkehrsverbindungen verantwortlich sein können, sind z.B. Regenschauer oder "schwere" Gewitterwolken (das gefrorene Wasser in den Wolken), welche speziell im Bereich ab 1.000 MHz (1 GHz) für Reflexion sorgen können (Regen-Scatter).

Finden die vorgenannten Erscheinungen in großer Höhe, das heißt in der Troposphäre (5 bis 10 km Höhe) statt, spricht man von Tropo-Scatter. Die zuvor bereits angesprochenen sporadisch auftretenden E-Schichten gehen meist einher mit Tropo-Scatter.

Aufsehenerregendes am Nachthimmel

Mit zunehmender Höhe findet man einen weiteren Effekt, welcher zuweilen des Nachts auch unter Nichtfunkern großes Aufsehen erregt. Wir sprechen hier von Spuren oder "Schweifen", welche Meteore hinterlassen, wenn diese durch unsere Erdatmosphäre fliegen. Diese Spuren bestehen aus Staubteilchen, welche der Meteor beim Durchflug verliert und welche durch die Luftschichten elektrisch aufgeladen werden (Ionisation).

Funkamateure benutzen die Meteorschweife besonders in Zeiten umfangreicher Meteoriten-Schauer, welche mit MS (Meteo-Scatter) bezeichnet werden. Jedes Jahr im August (Perseiden) und im November (Leoniden) kreuzt die Erde die Bahn von Meteoriten-Strömen. Diese Zeiten sind auch für Hobby-Astronomen spektakulär, bieten diese doch unvergleichliche Schauspiele am nächtlichen Himmel.

Die kurze Lebensdauer der durch einen Meteor erzeugten Spuren bedingen für Funkamateure eine besondere Betriebstechnik: Nämlich die Übertragung von Morsezeichen mit einer Geschwindigkeit zwischen 250 und 1.000 Buchstaben pro Minute.

Nordlicht - auch etwas weiter südlich möglich

Eine in der Bundesrepublik seltene und eher ungewöhnliche Möglichkeit, wie ein Sender eine Reichweitenerhöhung im UKW Bereich erreichen kann wird Aurora genannt, eine nordlichtähnliche Erscheinung am Abend- oder Nachthimmel. Hierbei wird die Atmosphäre derart stark aufgeladen (ionisiert) das sie zu leuchten anfängt und hierbei auch Funkwellen reflektieren kann.

Aber auch wenn diese Erscheinung in Deutschland nicht zu sehen ist, kann Aurora auch hinter dem sichtbaren Horizont genutzt werden.

Mondsüchtig

Der fernste Reflektor für Funkwellen ist jedoch der Mond. Hierbei werden die eingangs erwähnten "fast nutzlosen" Raumwellen wieder benötigt. Mittels einer hohen Sendeleistung und sehr großen Antennen-Anlagen (oder Parabolspiegeln) ist es möglich, den Mond als direkten Reflektor einzusetzen. Man kann dies durchaus mit einem Billardspiel gleichsetzen, in dem "über Bande" gespielt wird. Man spricht hier vom Erd-Mond-Erde Funk-Verkehr oder auch kurz von EME.

Künstliche Reflektoren am Himmel

Zwischen dem Mond und der Erde befinden sich eine Unzahl von Satelliten. Einige davon wurden von Funkamateuren gebaut und durch kommerzielle Raumfahrt in die Erdumlaufbahn befördert. Die Raumwellen der UKW-Frequenzen sind hier hilfreich, um Verbindung mit diesen Satelliten zu erhalten. Genaue Satelliten-Fahrpläne geben an, wann man wohin seine Antenne drehen muss, um dieses fliegende Objekt als Reflektor nutzen zu können.

Seit einem Jahr besonders beliebt ist derzeit ein Fernseh-Satellit namens Es'hail 2 (arabischer Name für das Sternbild Canopus). Es handelt sich hierbei um den ersten geostationären Satelliten, welcher auch für Amateurfunkzwecke genutzt wird. Unter dem Namen QO-100 (Quatar-OSCAR 100 / OSCAR = Orbit Satellite carriyng amateur radio equipment) ermöglicht er nun mit einem vertretbaren Aufwand Funkverbindungen auf 2,4 (UPlink) und 10 GHz (DOWNlink) vom Nordkap des euraischen Kontinents bis zum Südkap des afrikanischen Kontinents.

Probleme durch Reflexion

Unter Fading bzw Schwund versteht man das Abschwächen oder Verzerren einer Funkwelle. Schwund entsteht unter anderem durch die durchquerten Luftschichten oder der Reflexion an einem Hindernis wie Berge, Häuser oder auch Bäumen. Durch Fading "entstellte" Signale erkennt man meist an kratzender Sprache oder entstellten Tönen der Morsezeichen.

Reflexionen von UKW Funkwellen kommen verstärkt beim Betrieb eines Funkgerätes während einer Autofahrt vor. Das empfangene Signal schwankt hierbei unter Umständen sehr stark und führt mehr oder weniger Rauschen mit sich.

Unter bestimmten Bedingungen kann es sogar passieren, dass reflektierte Signale auf zwei oder mehr Wegen beim Empfänger mit einem minimalem Zeitunterschied eintreffen. In diesem Fall spricht man von Interferenzen, welche oft durch eine Veränderung der Antennen-Ausrichtung oder Verlagerung des Standortes unterbunden werden können.