Radio - Radio

Eine Vielzahl von Funkantennen auf Sandia Peak in der Nähe von Albuquerque , New Mexico, USA. UKW- und Fernseh-Sendeantennen befinden sich oft auf hohen Türmen oder Berggipfeln, um die Übertragungsreichweite zu maximieren. Antennen beider Arten sind hier ebenso zu sehen wie runde Schalen und Trommeln für die Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenkommunikation (zB vom Studio zum Sender ).

Funk ist die Technologie der Signalisierung und Kommunikation mit Hilfe von Funkwellen . Radiowellen sind elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz zwischen 30  Hertz (Hz) und 300  Gigahertz (GHz). Sie werden durch eine elektronische Vorrichtung erzeugt ein gerufene Sender verbunden mit einer Antenne , welche die Wellen abstrahlt, und von einer anderen Antenne verbunden ist mit einem empfangenen Funkempfänger . Funk wird in der modernen Technologie, in der Funkkommunikation, im Radar , in der Funknavigation , in der Fernbedienung , in der Fernerkundung und in anderen Anwendungen sehr häufig verwendet .

In Funkkommunikation , verwendet in Radio und Fernsehübertragung , Mobiltelefone , Zweiwegradios , drahtlose Netzwerke und Satellitenkommunikation , unter zahlreichen anderen Anwendungen, Funkwellen zu tragen Informationen über den Raum von einem Sender zu einem Empfänger verwendet wird , durch Modulation der Funksignal (Eindrücken eines Informationssignals auf die Funkwelle durch Variieren eines Aspekts der Welle) im Sender. Beim Radar , das verwendet wird, um Objekte wie Flugzeuge, Schiffe, Raumfahrzeuge und Raketen zu lokalisieren und zu verfolgen, wird ein von einem Radarsender emittierter Funkwellenstrahl vom Zielobjekt reflektiert, und die reflektierten Wellen geben den Standort des Objekts an. In Funknavigationssystemen wie GPS und VOR akzeptiert ein mobiler Empfänger Funksignale von Navigationsfunkbaken, deren Position bekannt ist, und durch genaues Messen der Ankunftszeit der Funkwellen kann der Empfänger seine Position auf der Erde berechnen. Bei drahtlosen Funkfernsteuerungsgeräten wie Drohnen , Garagentoröffnern und schlüssellosen Zugangssystemen steuern von einem Steuergerät übertragene Funksignale die Aktionen eines entfernten Geräts.

Anwendungen von Radiowellen, die keine Übertragung der Wellen über bedeutende Entfernungen beinhalten, wie HF-Heizung, die in industriellen Prozessen und Mikrowellenherden verwendet wird , und medizinische Anwendungen wie Diathermie- und MRT-Geräte werden normalerweise nicht als Radio bezeichnet . Das Substantiv Radio wird auch verwendet, um einen Rundfunkempfänger zu bezeichnen .

Radiowellen wurden erstmals 1886 vom deutschen Physiker Heinrich Hertz identifiziert und untersucht . Die ersten praktischen Radiosender und -empfänger wurden zwischen 1895 und 1896 vom Italiener Guglielmo Marconi entwickelt und um 1900 wurde Radio kommerziell genutzt Die Aussendung von Funkwellen ist gesetzlich geregelt und wird von einer internationalen Einrichtung namens International Telecommunication Union (ITU) koordiniert , die Frequenzbänder im Funkspektrum für verschiedene Zwecke zuweist.

Technologie

Radiowellen werden von elektrischen Ladungen abgestrahlt , die eine Beschleunigung erfahren . Sie werden künstlich durch zeitlich variierende elektrische Ströme erzeugt , die aus Elektronen bestehen, die in einem Metallleiter, der Antenne genannt, hin und her fließen und dadurch beschleunigen. Bei der Übertragung erzeugt ein Sender einen Wechselstrom einer Hochfrequenz, der an eine Antenne angelegt wird. Die Antenne strahlt die Stromstärke in Form von Funkwellen ab. Wenn die Wellen auf die Antenne eines Radioempfängers treffen , drücken sie die Elektronen im Metall hin und her und erzeugen einen winzigen Wechselstrom. Der an die Empfangsantenne angeschlossene Funkempfänger erkennt diesen Schwingstrom und verstärkt ihn.

Mit zunehmender Entfernung von der Sendeantenne breiten sich Funkwellen aus, so dass ihre Signalstärke ( Intensität in Watt pro Quadratmeter) abnimmt, sodass Funkübertragungen nur innerhalb einer begrenzten Reichweite des Senders empfangen werden können, die Entfernung hängt von der Sendeleistung ab. das Strahlungsmuster der Antenne , die Empfängerempfindlichkeit, der Rauschpegel und das Vorhandensein von Hindernissen zwischen Sender und Empfänger. Eine Rundstrahlantenne sendet oder empfängt Funkwellen in alle Richtungen, während eine Richtantenne oder Antenne mit hoher Verstärkung Funkwellen in einem Strahl in eine bestimmte Richtung sendet oder Wellen nur aus einer Richtung empfängt.

Radiowellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch ein Vakuum und in der Luft mit sehr nahe der Lichtgeschwindigkeit, daher ist die Wellenlänge einer Radiowelle, der Abstand in Metern zwischen benachbarten Wellenbergen, umgekehrt proportional zu ihrer Frequenz .

Die anderen Arten von elektromagnetischen Wellen neben Radiowellen; Infrarot , sichtbares Licht , Ultraviolett , Röntgen- und Gammastrahlen können auch Informationen transportieren und zur Kommunikation verwendet werden. Die breite Verwendung von Funkwellen für die Telekommunikation ist hauptsächlich auf ihre wünschenswerten Ausbreitungseigenschaften zurückzuführen, die von ihrer großen Wellenlänge herrühren. Radiowellen können die Atmosphäre, Laub und die meisten Baumaterialien durchdringen und können sich durch Beugung um Hindernisse biegen, und im Gegensatz zu anderen elektromagnetischen Wellen neigen sie dazu, von Objekten, die größer als ihre Wellenlänge sind, eher gestreut als absorbiert zu werden.

Funkkommunikation

Funkkommunikation. Informationen wie etwa Schall werden von einem Wandler wie etwa einem Mikrofon in ein elektrisches Signal umgewandelt, das eine vom Sender erzeugte Funkwelle moduliert . Ein Empfänger fängt die Funkwelle ab und extrahiert das informationstragende Modulationssignal, das mit einem anderen Wandler wie einem Lautsprecher wieder in eine für den Menschen nutzbare Form umgewandelt wird .
Vergleich von AM- und FM-modulierten Radiowellen

In Funkkommunikationssystemen werden Informationen mithilfe von Funkwellen über den Weltraum übertragen. Auf der Sendeseite werden die zu sendenden Informationen von einer Art Wandler in ein zeitvariables elektrisches Signal , das Modulationssignal genannt, umgewandelt. Das Modulationssignal kann ein Audiosignal sein, das Ton von einem Mikrofon repräsentiert , ein Videosignal, das bewegte Bilder von einer Videokamera repräsentiert , oder ein digitales Signal, das aus einer Bitfolge besteht, die binäre Daten von einem Computer repräsentiert. Das Modulationssignal wird einem Funksender zugeführt . Im Sender erzeugt ein elektronischer Oszillator einen Wechselstrom , der auf einer Hochfrequenz schwingt , die als Trägerwelle bezeichnet wird, weil sie dazu dient, die Informationen durch die Luft zu "tragen". Das Informationssignal wird verwendet, um den Träger zu modulieren , wobei einige Aspekte der Trägerwelle verändert werden, wodurch die Informationen auf den Träger aufgeprägt werden. Unterschiedliche Funksysteme verwenden unterschiedliche Modulationsverfahren :

Viele andere Modulationsarten werden ebenfalls verwendet. In einigen Arten wird eine Trägerwelle nicht übertragen , sondern nur eine oder beide Modulationsseitenbänder .

Der modulierte Träger wird verstärkt , in dem Sender und mit einer Sende angelegt Antenne , die die Energie als Radiowellen abstrahlt. Die Funkwellen übertragen die Informationen an den Standort des Empfängers.

Beim Empfänger induziert die Funkwelle eine winzige oszillierende Spannung in der Empfangsantenne, die eine schwächere Nachbildung des Stroms in der Sendeantenne ist. Diese Spannung wird an den Funkempfänger , die verstärkt die schwachen Funksignals , so dass es stärker ist , dann demoduliert es, das ursprüngliche Modulationssignal aus dem modulierten Trägerwelle zu extrahieren. Das Modulationssignal wird von einem Wandler wieder in eine für den Menschen nutzbare Form umgewandelt: Ein Audiosignal wird über einen Lautsprecher oder Kopfhörer in Schallwellen umgewandelt , ein Videosignal wird durch ein Display in Bilder umgewandelt , während ein digitales Signal an einen Computer angelegt wird oder Mikroprozessor, der mit menschlichen Benutzern interagiert.

Die Funkwellen vieler Sender passieren gleichzeitig die Luft, ohne sich gegenseitig zu stören, da die Funkwellen jedes Senders mit einer anderen Frequenz schwingen, dh jeder Sender hat eine andere Frequenz , gemessen in Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz). Die Empfangsantenne nimmt typischerweise die Funksignale vieler Sender auf. Der Empfänger verwendet abgestimmte Schaltkreise , um das gewünschte Funksignal aus allen von der Antenne aufgenommenen Signalen auszuwählen und die anderen abzulehnen. Ein Schwingkreis (auch Resonanzkreis oder Tankkreis genannt) wirkt wie ein Resonator , ähnlich einer Stimmgabel . Es hat eine natürliche Resonanzfrequenz, mit der es schwingt. Die Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises des Empfängers wird vom Benutzer auf die Frequenz des gewünschten Radiosenders eingestellt; dies wird als "tuning" bezeichnet. Das schwingende Funksignal des gewünschten Senders lässt den Schwingkreis mitschwingen , schwingt mit und leitet das Signal an den Rest des Empfängers weiter. Funksignale auf anderen Frequenzen werden vom abgestimmten Kreis geblockt und nicht weitergegeben.

Bandbreite

Frequenzspektrum eines typischen modulierten AM- oder FM-Radiosignals. Es besteht aus einer Komponente C an der Trägerwellenfrequenz mit der Information ( Modulation ) , die in zwei schmalen Bänder von Frequenzen genannten Seitenbänder ( SB ) unmittelbar oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz.

Eine modulierte Funkwelle, die ein Informationssignal trägt, belegt einen Frequenzbereich . Siehe Zeichnung. Die Information ( Modulation ) in einem Funksignal konzentriert sich normalerweise in schmalen Frequenzbändern, den sogenannten Seitenbändern ( SB ) knapp oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz . Die Breite in Hertz des Frequenzbereichs, den das Funksignal belegt, die höchste Frequenz minus die niedrigste Frequenz, wird als Bandbreite ( BW ) bezeichnet. Für jedes gegebene Signal-Rausch-Verhältnis kann eine Bandbreite die gleiche Menge an Informationen ( Datenrate in Bits pro Sekunde) übertragen, unabhängig davon, wo sie sich im Funkfrequenzspektrum befindet, daher ist die Bandbreite ein Maß für die Informationsübertragung Kapazität . Die von einer Funkübertragung benötigte Bandbreite hängt von der Datenrate der gesendeten Informationen (Modulationssignal) und der spektralen Effizienz des verwendeten Modulationsverfahrens ab ; wie viele Daten es pro Kilohertz Bandbreite übertragen kann. Verschiedene Arten von durch Funk übertragenen Informationssignalen haben unterschiedliche Datenraten. Beispielsweise hat ein Fernsehsignal (Video) eine höhere Datenrate als ein Audiosignal .

Das Funkspektrum , der gesamte Bereich der Funkfrequenzen, die für die Kommunikation in einem bestimmten Gebiet verwendet werden können, ist eine begrenzte Ressource. Jede Funkübertragung belegt einen Teil der verfügbaren Gesamtbandbreite. Funkbandbreite wird als wirtschaftliches Gut angesehen, das monetär kostet und zunehmend nachgefragt wird. In einigen Teilen des Funkspektrums wird das Recht zur Nutzung eines Frequenzbandes oder sogar eines einzelnen Funkkanals für Millionen von Dollar gekauft und verkauft. Es besteht also ein Anreiz, Technologie einzusetzen, um die von Funkdiensten verwendete Bandbreite zu minimieren.

In den letzten Jahren hat ein Übergang von analogen zu digitalen Funkübertragungstechnologien stattgefunden. Ein Grund dafür ist, dass die digitale Modulation oft mehr Informationen (eine größere Datenrate) in einer bestimmten Bandbreite übertragen kann als die analoge Modulation , indem Datenkompressionsalgorithmen verwendet werden, die die Redundanz der zu sendenden Daten reduzieren und eine effizientere Modulation. Andere Gründe für den Übergang sind, dass die digitale Modulation eine größere Rauschimmunität aufweist als analoge, digitale Signalverarbeitungschips mehr Leistung und Flexibilität als analoge Schaltungen haben und eine Vielzahl von Arten von Informationen unter Verwendung derselben digitalen Modulation übertragen werden können.

Da es sich um eine feste Ressource handelt, die von immer mehr Nutzern nachgefragt wird, ist das Funkspektrum in den letzten Jahrzehnten zunehmend überlastet worden, und die Notwendigkeit, es effektiver zu nutzen, treibt viele weitere Funkinnovationen wie Bündelfunksysteme , Spread Spectrum (Ultra-Breitband-)Übertragung, Frequenzwiederverwendung , dynamisches Spektrum-Management , Frequenz-Pooling und Cognitive Radio .

ITU-Frequenzbänder

Die ITU unterteilt das Funkspektrum willkürlich in 12 Bänder, die jeweils bei einer Wellenlänge beginnen, die eine Zehnerpotenz (10 n ) Meter ist, mit einer entsprechenden Frequenz von dreimal einer Zehnerpotenz, und jedes deckt eine Frequenzdekade oder Wellenlänge ab. Jede dieser Bands hat einen traditionellen Namen:

Band-Name Abkürzung Frequenz Wellenlänge Band-Name Abkürzung Frequenz Wellenlänge
Extrem niedrige Frequenz ELF 3 – 30 Hz 100.000–10.000 km Hochfrequenz HF 3 – 30 MHz 100–10 m
Super niedrige Frequenz SLF 30 – 300 Hz 10.000–1.000 km Sehr hohe Frequenz UKW 30 – 300 MHz 10–1 m
Ultra niedrige Frequenz ULF 300 – 3000 Hz 1.000–100 km Ultrahochfrequenz UHF 300 – 3000 MHz 100–10 cm
Sehr niedrige Frequenz VLF 3 – 30 kHz 100–10 km Super hohe Frequenz SHF 3 – 30 GHz 10–1 cm²
Niederfrequenz LF 30 – 300 kHz 10–1 km Extrem hohe Frequenz EHF 30 – 300 GHz 10–1 mm
Mittelfrequenz MF 300 – 3000 kHz 1000–100m Enorm hohe Frequenz THF 300 – 3000 GHz 1–0,1 mm

Es ist ersichtlich, dass die Bandbreite , der Frequenzbereich, der in jedem Band enthalten ist, nicht gleich ist, sondern mit zunehmender Frequenz exponentiell zunimmt; jedes Band enthält die zehnfache Bandbreite des vorhergehenden Bandes. Die größere verfügbare Bandbreite hat in der Geschichte des Radios einen anhaltenden Trend zur Nutzung höherer Frequenzen motiviert.

Verordnung

Die Äther sind eine Ressource, die von vielen Benutzern geteilt wird. Zwei Funksender im selben Bereich, die versuchen, auf derselben Frequenz zu senden, stören sich gegenseitig und verursachen einen verzerrten Empfang, sodass keine Übertragung klar empfangen werden kann. Störungen von Funkübertragungen können nicht nur hohe wirtschaftliche Kosten verursachen, sondern lebensgefährlich sein (z. B. bei Störungen des Notrufs oder der Flugsicherung ).

Um Interferenzen zwischen verschiedenen Benutzern zu vermeiden, wird die Aussendung von Funkwellen durch nationale Gesetze streng geregelt, die von einer internationalen Einrichtung, der International Telecommunication Union (ITU), koordiniert werden , die Bänder im Funkspektrum für verschiedene Zwecke zuweist. Funksender müssen je nach Verwendungszweck in verschiedenen Lizenzklassen von Regierungen lizenziert werden und sind auf bestimmte Frequenzen und Leistungsstufen beschränkt. In einigen Klassen, wie etwa Radio- und Fernsehsendern, wird dem Sender eine eindeutige Kennung gegeben, die aus einer Reihe von Buchstaben und Zahlen besteht, die als Rufzeichen bezeichnet werden und bei allen Übertragungen verwendet werden müssen. Der Funker muss im Besitz einer staatlichen Lizenz sein, wie beispielsweise der allgemeinen Funktelefonlizenz in den USA, die durch Ablegen einer Prüfung erworben wurde, die ausreichende technische und rechtliche Kenntnisse des sicheren Funkbetriebs nachweist.

Ausnahmen von den oben genannten Regeln erlauben den nicht lizenzierten Betrieb von Kurzstreckensendern mit geringer Leistung in Konsumgütern wie Mobiltelefonen, schnurlosen Telefonen , drahtlosen Geräten , Walkie-Talkies , Bürgerbandradios , drahtlosen Mikrofonen , Garagentoröffnern und Baby überwacht . In den USA fallen diese unter Teil 15 der Vorschriften der Federal Communications Commission (FCC). Viele dieser Geräte verwenden die ISM-Bänder , eine Reihe von Frequenzbändern im gesamten Funkspektrum, die für die unlizenzierte Nutzung reserviert sind. Obwohl sie genehmigungsfrei betrieben werden können, müssen diese Geräte wie alle Funkgeräte grundsätzlich vor dem Verkauf typgenehmigt werden.

Anwendungen

Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Verwendungen des Radios, geordnet nach Funktionen.

Rundfunk

AM-Radiosender
UKW-Radiosender
Fernsehsender
Sendeantennen

Rundfunk ist die einseitige Übertragung von Informationen von einem Sender zu Empfängern, die einem öffentlichen Publikum angehören. Da die Funkwellen mit zunehmender Entfernung schwächer werden, kann ein Sender nur innerhalb einer begrenzten Entfernung zu seinem Sender empfangen werden. Systeme, die von Satelliten senden , können im Allgemeinen über ein ganzes Land oder einen ganzen Kontinent empfangen werden. Älteres terrestrisches Radio und Fernsehen werden von kommerzieller Werbung oder Regierungen bezahlt . Bei Abonnementsystemen wie Satellitenfernsehen und Satellitenradio zahlt der Kunde eine monatliche Gebühr. Bei diesen Systemen ist das Funksignal verschlüsselt und kann nur durch den vom Unternehmen kontrollierten Empfänger entschlüsselt und deaktiviert werden, wenn der Kunde die Rechnung nicht bezahlt.

Der Rundfunk nutzt je nach Art der übertragenen Signale und der gewünschten Zielgruppe mehrere Teile des Funkspektrums. Langwelle und Mittelwelle - Signale können zuverlässige Abdeckung der Bereiche mehrere hundert Kilometer breit, geben aber die begrenztere informationstragende Kapazität haben und so funktionieren am besten mit Audiosignalen (Sprache und Musik), und die Klangqualität kann durch abgebaut werden Funkstörungen aus natürlichen und künstliche Quellen. Die Kurzwellenbänder haben eine größere potenzielle Reichweite, sind jedoch stärker anfällig für Störungen durch entfernte Sender und variierende atmosphärische Bedingungen, die den Empfang beeinträchtigen.

Im sehr hohen Frequenzband von mehr als 30 Megahertz hat die Erdatmosphäre einen geringeren Einfluss auf die Reichweite der Signale, und die Sichtlinienausbreitung wird zur Hauptmode. Diese höheren Frequenzen ermöglichen die große Bandbreite, die für die Fernsehübertragung erforderlich ist. Da bei diesen Frequenzen weniger natürliche und künstliche Geräuschquellen vorhanden sind, ist eine qualitativ hochwertige Audioübertragung durch Frequenzmodulation möglich .

Audio: Radiosendung

Rundfunkübertragung bedeutet die Übertragung von Ton (Ton) an Rundfunkempfänger , die einem öffentlichen Publikum gehören. Analoges Audio ist die früheste Form der Radioübertragung. Der AM-Rundfunk begann um 1920. Der UKW-Rundfunk wurde in den späten 1930er Jahren mit verbesserter Wiedergabetreue eingeführt . Ein Rundfunkempfänger wird als Radio bezeichnet . Die meisten Radios können sowohl AM als auch FM empfangen und werden AM/FM-Empfänger genannt.

  • AM ( Amplitudenmodulation ) – Bei AM wird die Amplitude (Stärke) der Funkträgerwelle durch das Audiosignal variiert. AM-Rundfunk , die älteste Rundfunktechnologie, ist in den AM-Rundfunkbändern erlaubt , zwischen 148 und 283 kHz im Niederfrequenzband (LF) und zwischen 526 und 1706 kHz im Mittelfrequenzband (MF). Da sich Wellen in diesen Bändern als Bodenwellen ausbreiten, die dem Gelände folgen, können AM-Radiosender über den Horizont in Hunderten von Meilen Entfernung empfangen werden, aber AM hat eine geringere Wiedergabetreue als FM. Die Strahlungsleistung ( ERP ) von AM-Stationen in den USA ist in der Regel auf maximal 10 kW begrenzt, obwohl einige wenige ( Clear-Channel-Stationen ) mit 50 kW senden dürfen. AM-Sender, die in monauralem Ton ausgestrahlt werden; In den meisten Ländern gibt es AM-Stereo- Rundfunkstandards, aber die Radioindustrie hat es aufgrund mangelnder Nachfrage nicht geschafft, sie zu aktualisieren.
    • Kurzwellen-Rundfunk – AM-Rundfunk ist auch in den Kurzwellenbändern von alten Radiosendern erlaubt . Da Funkwellen in diesen Bändern interkontinentale Entfernungen zurücklegen können, indem sie unter Verwendung von Skywave- oder "Skip" -Ausbreitung von der Ionosphäre reflektiert werden , wird Kurzwelle von internationalen Sendern verwendet, die in andere Länder senden.
      UKW-Rundfunksender des Radiosenders KWNR , Las Vegas, der auf 95,5 MHz mit einer Leistung von 35 kW sendet
  • FM ( Frequenzmodulation ) – Bei FM wird die Frequenz des Radioträgersignals leicht durch das Audiosignal variiert. UKW-Rundfunk ist in den UKW-Rundfunkbändern zwischen etwa 65 und 108 MHz im sehr hohen Frequenzbereich (UKW) erlaubt . Funkwellen in diesem Band breiten sich in Sichtlinie aus, sodass der UKW-Empfang durch den visuellen Horizont auf etwa 30–40 Meilen (48–64 km) begrenzt ist und durch Hügel blockiert werden kann. Es ist jedoch weniger anfällig für Störungen durch Funkrauschen ( RFI , Sferics , Static) und hat eine höhere Wiedergabetreue ; besserer Frequenzgang und weniger Audioverzerrung als AM. In den USA variiert die Strahlungsleistung ( ERP ) von UKW-Sendern zwischen 6 und 100 kW.
  • Digital Audio Broadcasting (DAB) wurde 1998 in einigen Ländern eingeführt. Es überträgt Audio als digitales Signal und nicht als analoges Signal wie AM und FM. DAB hat das Potenzial, eine höhere Klangqualität als FM zu liefern (obwohl viele Sender sich nicht dafür entscheiden, mit so hoher Qualität zu senden), ist immun gegen Funkrauschen und Störungen, nutzt die knappe Bandbreite des Funkspektrums besser und bietet erweiterte Benutzerfunktionen wie elektronische Programmführer . Sein Nachteil ist, dass es mit früheren Radios nicht kompatibel ist, so dass ein neuer DAB-Empfänger gekauft werden muss. Die meisten Länder planen eine eventuelle Umstellung von UKW auf DAB. Die Vereinigten Staaten und Kanada haben sich entschieden, DAB nicht zu implementieren.
Ein einzelner DAB-Sender überträgt ein Signal mit einer Bandbreite von 1.500 kHz, das 9 bis 12 mit OFDM modulierte digitale Audiokanäle überträgt, aus denen der Hörer wählen kann. Sender können einen Kanal mit einer Reihe unterschiedlicher Bitraten übertragen , sodass verschiedene Kanäle unterschiedliche Audioqualität haben können. In verschiedenen Ländern senden DAB-Sender im UHF-Bereich entweder im Band III (174–240 MHz) oder im L-Band (1.452–1.492 GHz), sodass der Empfang wie bei UKW durch den Sichthorizont auf etwa 40 Meilen (64 km) begrenzt ist.
  • Digital Radio Mondiale (DRM) ist ein konkurrierender digitaler terrestrischer Radiostandard, der hauptsächlich von Rundfunkanstalten als Ersatz für ältere AM- und FM-Rundfunksendungen mit höherer spektraler Effizienz entwickelt wurde . Mondiale bedeutet "weltweit" auf Französisch und Italienisch, und DRM, das 2001 entwickelt wurde, wird derzeit von 23 Ländern unterstützt und wurde ab 2003 von einigen europäischen und östlichen Sendern übernommen. Der DRM30-Modus verwendet die AM-Rundfunkbänder unter 30 MHz und ist als Ersatz für AM- und Kurzwellen-Rundfunk gedacht, und der DRM+-Modus verwendet UKW- Frequenzen, die auf dem UKW-Rundfunkband zentriert sind, und ist als Ersatz für UKW-Rundfunk gedacht. Es ist mit bestehenden Radioempfängern nicht kompatibel und erfordert, dass die Hörer einen neuen DRM-Empfänger kaufen. Die verwendete Modulation ist eine Form von OFDM namens COFDM, bei der bis zu 4 Träger in einem Kanal übertragen werden, der früher von einem einzigen AM- oder FM-Signal belegt wurde, moduliert durch Quadraturamplitudenmodulation (QAM). Das DRM-System ist so konzipiert, dass es mit bestehenden AM- und FM-Radiosendern so kompatibel wie möglich ist, sodass ein Großteil der Ausrüstung bestehender Radiosender nicht ersetzt werden muss.
  • Satellitenradio ist ein Abonnement-Radiodienst, der digitales Audio in CD-Qualität direkt an die Empfänger der Abonnenten sendet , indem ein Mikrowellen- Downlink- Signal von einem Direktübertragungs-Kommunikationssatelliten in einer geostationären Umlaufbahn 22.000 Meilen über der Erde verwendet wird. Es ist hauptsächlich für Autoradios in Fahrzeugen gedacht . Satellitenradio verwendet in Nordamerika das 2,3-GHz- S-Band , in anderen Teilen der Welt das für DAB zugewiesene 1,4-GHz- L-Band .
    Fernsehempfänger

Video: Fernsehübertragung

Fernsehübertragung ist die Übertragung von bewegten Bildern per Radio, die aus Sequenzen von Standbildern bestehen, die zusammen mit einem synchronisierten Audio-(Ton-)Kanal auf einem Bildschirm eines Fernsehempfängers (ein "Fernseher" oder TV) angezeigt werden . Fernsehsignale ( Video ) belegen eine größere Bandbreite als Rundfunksignale ( Audio ). Analoges Fernsehen , die ursprüngliche Fernsehtechnologie, benötigte 6 MHz, daher sind die Fernsehfrequenzbänder in 6-MHz-Kanäle unterteilt, die jetzt als "HF-Kanäle" bezeichnet werden. Der aktuelle Fernsehstandard, der Anfang 2006 eingeführt wurde, ist ein digitales Format namens HDTV (High Definition Television), das Bilder mit höherer Auflösung überträgt, typischerweise 1080 Pixel hoch und 1920 Pixel breit, mit einer Rate von 25 oder 30 Bildern pro Sekunde. Digitales Fernsehen (DTV) Übertragungssysteme, das ältere analoges Fernsehen in einem ersetzten Übergang im Jahr 2006 Anfang Verwendung Bildkompression und hocheffiziente digitale Modulation wie OFDM und 8VSB zu übertragen HDTV - Video innerhalb einer kleineren Bandbreite als die alten analogen Kanäle, spart knapp Funkspektrum- Raum. Jeder der 6-MHz-Analog-HF-Kanäle führt daher jetzt bis zu 7 DTV-Kanäle – diese werden als „virtuelle Kanäle“ bezeichnet. Digitale Fernsehempfänger verhalten sich bei schlechtem Empfang oder Rauschen anders als analoges Fernsehen, was als " Digital-Cliff "-Effekt bezeichnet wird. Anders als beim analogen Fernsehen, bei dem zunehmend schlechter Empfang die Bildqualität allmählich verschlechtert, wird die Bildqualität beim digitalen Fernsehen nicht durch schlechten Empfang beeinträchtigt, bis der Receiver an einem bestimmten Punkt nicht mehr funktioniert und der Bildschirm schwarz wird.

  • Terrestrisches Fernsehen , Over-the-Air (OTA)-Fernsehen oder Broadcast-Fernsehen – die älteste Fernsehtechnologie, ist die Übertragung von Fernsehsignalen von landgestützten Fernsehsendern an Fernsehempfänger (sogenannte Fernseher oder TVs) in den Wohnungen der Zuschauer. Der terrestrische Fernsehrundfunk verwendet die Bänder 41 – 88 MHz ( VHF- Lowband oder Band I , mit den HF-Kanälen 1–6), 174 – 240 MHz (VHF-High-Band oder Band III ; mit den HF-Kanälen 7 – 13) und 470 – 614 MHz ( UHF- Band IV und Band V ; mit HF-Kanälen 14 und höher). Die genauen Frequenzgrenzen variieren in verschiedenen Ländern. Die Ausbreitung erfolgt per Sichtlinie , sodass der Empfang durch den visuellen Horizont auf 48-64 km (30–40 Meilen) begrenzt ist. In den USA ist die effektive Strahlungsleistung (ERP) des Fernsehens auf 35 kW im VHF-Low-Band, 50 kW im VHF-High-Band und 220 kW im UHF-Band begrenzt; die meisten TV-Sender arbeiten unter 75 % des Grenzwerts. In den meisten Gegenden verwenden die Zuschauer eine einfache "Kaninchenohren" -Dipolantenne oben auf dem Fernseher, aber Zuschauer in Randempfangsgebieten , die mehr als 24 km von einem Sender entfernt sind, müssen normalerweise eine auf dem Dach montierte Außenantenne verwenden, um einen angemessenen Empfang zu erhalten.
Satellitenfernsehschüssel in einem Wohnhaus

Zeit

Staatliche Standardfrequenz- und Zeitsignaldienste betreiben Zeitradiosender, die kontinuierlich extrem genaue Zeitsignale aussenden, die von Atomuhren erzeugt werden , als Referenz, um andere Uhren zu synchronisieren. Beispiele sind BPC , DCF77 , JJY , MSF , RTZ , TDF , WWV und YVTO . Eine Anwendung findet sich in Funkuhren und -uhren , die einen automatischen Empfänger enthalten, der periodisch (normalerweise wöchentlich) das Zeitsignal empfängt und decodiert und die interne Quarzuhr der Uhr auf die richtige Zeit zurückstellt, so dass eine kleine Uhr oder Tischuhr dasselbe haben kann Genauigkeit wie eine Atomuhr. Die Zahl der Zeitstationen der Regierung nimmt ab, weil GPS- Satelliten und das Internet Network Time Protocol (NTP) ebenso genaue Zeitstandards liefern.

Zwei-Wege-Sprachkommunikation

(links) Modernes Handy. (rechts) Mobilfunkmast, der von Antennen von 3 verschiedenen Netzen geteilt wird.

Ein Zwei-Wege-Funkgerät ist ein Audio- Transceiver , ein Empfänger und ein Sender im selben Gerät, der für die bidirektionale Person-zu-Person-Sprachkommunikation mit anderen Benutzern mit ähnlichen Funkgeräten verwendet wird. Ein älterer Begriff für diese Kommunikationsart ist Sprechfunk . Die Funkverbindung kann halbduplex sein , wie bei einem Walkie-Talkie , mit einem einzigen Funkkanal, in dem nur ein Funkgerät gleichzeitig senden kann, so dass verschiedene Benutzer abwechselnd sprechen und eine " Push-to-talk "-Taste auf ihrem Funkgerät drücken die den Empfänger ausschaltet und den Sender einschaltet. Oder die Funkverbindung kann Vollduplex sein , eine bidirektionale Verbindung, die zwei Funkkanäle verwendet, sodass beide Personen gleichzeitig sprechen können, wie bei einem Mobiltelefon.

  • Mobiltelefon – ein tragbares schnurloses Telefon , das durch Funksignale, die mit einer lokalen Antenne an einer Mobilfunkbasisstation ( Zellturm ) ausgetauscht werden, mit dem Telefonnetz verbunden ist . Der vom Anbieter abgedeckte Dienstbereich ist in kleine geographische Gebiete, die "Zellen" genannt werden, unterteilt, die jeweils von einer separaten Basisstationsantenne und einem Mehrkanal- Transceiver bedient werden . Alle Mobiltelefone einer Zelle kommunizieren mit dieser Antenne auf separaten Frequenzkanälen, die aus einem gemeinsamen Frequenzpool zugewiesen werden.

    Der Zweck der zellularen Organisation besteht darin, die Funkbandbreite durch Frequenzwiederverwendung zu sparen . Es werden Sender mit geringer Leistung verwendet, damit die in einer Zelle verwendeten Funkwellen nicht weit über die Zelle hinausgehen, wodurch die gleichen Frequenzen in geografisch getrennten Zellen wiederverwendet werden können. Wenn ein Benutzer, der ein Mobiltelefon trägt, von einer Zelle zur anderen wechselt, wird sein Telefon automatisch nahtlos an die neue Antenne "übergeben" und neue Frequenzen zugewiesen. Mobiltelefone verfügen über einen hochautomatisierten digitalen Vollduplex- Transceiver mit OFDM- Modulation unter Verwendung von zwei digitalen Funkkanälen, die jeweils eine Richtung des bidirektionalen Gesprächs übertragen, sowie einen Steuerkanal, der das Wählen von Anrufen abwickelt und das Telefon an einen anderen Mobilfunkmast "übergibt". Ältere 2G- , 3G- und 4G- Netze verwenden Frequenzen im UHF- und niedrigen Mikrowellenbereich zwischen 700 MHz und 3 GHz. Der Mobilfunksender passt seine Leistungsabgabe an, um die minimale Leistung zu verwenden, die für die Kommunikation mit dem Mobilfunkmast erforderlich ist; 0,6 W in Turmnähe, bis zu 3 W in größerer Entfernung. Die Sendeleistung des Mobilfunkmastkanals beträgt 50 W. Telefone der aktuellen Generation, die als Smartphones bezeichnet werden , haben neben dem Telefonieren viele Funktionen und verfügen daher über mehrere andere Funksender und -empfänger, die sie mit anderen Netzwerken verbinden: normalerweise ein WiFi-Modem , ein Bluetooth- Modem und ein GPS-Empfänger .

    Mobilfunknetze der nächsten Generation, die 2019 in Betrieb genommen wurden. Ihr Hauptvorteil sind viel höhere Datenraten als frühere Mobilfunknetze, bis zu 10  Gbit/s ; 100-mal schneller als die bisherige Mobilfunktechnologie 4G LTE . Die höheren Datenraten werden teilweise durch die Verwendung von höherfrequenten Funkwellen im höheren Mikrowellenband 3 - 6 GHz und im Millimeterwellenband um 28 und 39 GHz erreicht. Da diese Frequenzen eine kürzere Reichweite haben als frühere Mobilfunkbänder, sind die Zellen kleiner als die Zellen in früheren Mobilfunknetzen, die viele Meilen breit sein könnten. Millimeterwellenzellen werden nur wenige Blocks lang sein und statt einer Mobilfunk-Basisstation und einem Antennenturm viele kleine Antennen haben, die an Strommasten und Gebäuden befestigt sind.
Satellitentelefone, die die großen Antennen zeigen, die für die Kommunikation mit dem Satelliten benötigt werden
  • Satellitentelefon ( Satphone ) - ein tragbares drahtloses Telefon ähnlich wie ein Mobiltelefon, das mit dem Telefonnetz über eine Funkverbindung zu einem umlaufenden Kommunikationssatelliten statt durch Zellentürme . Sie sind teurer als Mobiltelefone; Ihr Vorteil besteht jedoch darin, dass im Gegensatz zu einem Mobiltelefon, das auf von Mobilfunkmasten abgedeckte Bereiche beschränkt ist, Satphones über den größten Teil oder das gesamte geografische Gebiet der Erde verwendet werden können. Damit das Telefon über eine kleine Rundstrahlantenne mit einem Satelliten kommunizieren kann, verwenden Systeme der ersten Generation Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn , etwa 400 bis 700 Meilen (640 bis 1.100 km) über der Oberfläche. Bei einer Umlaufdauer von ca. 100 Minuten kann ein Satellit nur ca. 4 – 15 Minuten in Sichtweite eines Telefons sein, so dass der Anruf beim Überschreiten des lokalen Horizonts an einen anderen Satelliten "übergeben" wird. Daher ist eine große Anzahl von Satelliten, etwa 40 bis 70, erforderlich, um sicherzustellen, dass von jedem Punkt der Erde aus mindestens ein Satellit kontinuierlich in Sicht ist. Andere Satellitentelefonsysteme verwenden Satelliten im geostationären Orbit, in denen nur wenige Satelliten benötigt werden, die jedoch aufgrund terrestrischer Interferenzen in hohen Breiten nicht verwendet werden können.
  • Schnurloses Telefon – ein Festnetztelefon, bei dem der Hörer tragbar ist und mit dem Rest des Telefons über eine Vollduplex- Funkverbindung mit kurzer Reichweite kommuniziert , anstatt mit einem Kabel verbunden zu sein. Sowohl das Mobilteil als auch die Basisstation verfügen über UKW-Radio-Transceiver mit geringer Leistung, die im UHF- Band arbeiten und die bidirektionale Funkverbindung mit kurzer Reichweite verarbeiten.
Feuerwehrmann mit Walkie-Talkie
  • Landmobilfunksystem – mobile oder tragbare Halbduplex- Funkgeräte mit kurzer Reichweite, die im VHF- oder UHF-Band betrieben werden und ohne Lizenz verwendet werden können. Sie werden häufig in Fahrzeugen installiert, wobei die mobilen Einheiten mit einem Dispatcher an einer festen Basisstation kommunizieren . Spezielle Systeme mit reservierten Frequenzen werden von First Responder- Diensten verwendet; Polizei, Feuerwehr, Krankenwagen, Rettungsdienste und andere staatliche Dienste. Andere Systeme werden von kommerziellen Unternehmen wie Taxi- und Lieferdiensten verwendet. UKW-Systeme verwenden Kanäle im Bereich 30–50 MHz und 150–172 MHz. UHF-Systeme verwenden das 450-470-MHz-Band und in einigen Gebieten den Bereich 470-512 MHz. Im Allgemeinen haben VHF-Systeme eine größere Reichweite als UHF, benötigen jedoch längere Antennen. AM- oder FM-Modulation wird hauptsächlich verwendet, aber digitale Systeme wie DMR werden eingeführt. Die abgestrahlte Leistung ist typischerweise auf 4 Watt begrenzt. Diese Systeme haben eine ziemlich begrenzte Reichweite, normalerweise 3 bis 20 Meilen (4,8 bis 32 km) je nach Gelände. Repeater, die auf hohen Gebäuden, Hügeln oder Berggipfeln installiert sind, werden oft verwendet, um die Reichweite zu erhöhen, wenn ein größerer Bereich als die Sichtlinie abgedeckt werden soll. Beispiele für mobile Landsysteme sind CB , FRS , GMRS und MURS . Moderne digitale Systeme, sogenannte Bündelfunksysteme , haben ein digitales Kanalverwaltungssystem, das einen Steuerkanal verwendet, der Benutzergruppen automatisch Frequenzkanäle zuweist.
    • Walkie-Talkie – ein batteriebetriebenes tragbares Halbduplex-Zweiwege-Funkgerät, das in mobilen Landfunksystemen verwendet wird.
  • Airband - Halbduplex - Funksystem von Flugzeugpiloten zu reden andere Flugzeuge und bodengestützter verwendet Fluglotsen . Dieses lebenswichtige System ist der wichtigste Kommunikationskanal für die Flugsicherung . Für die meisten Kommunikationen bei Überlandflügen in Flugkorridoren wird ein VHF-AM-System verwendet, das Kanäle zwischen 108 und 137 MHz im VHF- Band verwendet. Dieses System hat eine typische Übertragungsreichweite von 200 Meilen (320 km) für Flugzeuge, die auf Reiseflughöhe fliegen. Für Flüge in entlegenere Gebiete, wie zum Beispiel transozeanische Fluglinienflüge, verwenden Flugzeuge das HF- Band oder die Kanäle der Satelliten Inmarsat oder Iridium . Militärflugzeuge verwenden auch ein dediziertes UHF-AM-Band von 225,0 bis 399,95 MHz.
UKW-Seefunk auf einem Schiff
  • Seefunk – Mittelstrecken-Transceiver auf Schiffen, die für die Schiff-zu-Schiff-, Schiff-Luft- und Schiff-zu-Land-Kommunikation mit Hafenmeistern verwendet werden Sie verwenden FM-Kanäle zwischen 156 und 174 MHz im VHF- Band mit bis zu 25 Watt Leistung, was ihnen eine Reichweite von etwa 60 Meilen (97 km) gibt. Einige Kanäle sind Halbduplex und einige sind Vollduplex , um mit dem Telefonnetz kompatibel zu sein, damit Benutzer Telefongespräche über einen Schiffsbetreiber führen können.
  • Amateurfunk – Halbduplex-Zweiwegefunk mit großer Reichweite, der von Hobbyisten für nichtkommerzielle Zwecke verwendet wird: Freizeitfunkkontakte mit anderen Amateuren, freiwillige Notfallkommunikation bei Katastrophen, Wettbewerbe und Experimente. Funkamateure müssen im Besitz einer Amateurfunklizenz sein und erhalten ein einzigartiges Rufzeichen , das bei Übertragungen als Kennung verwendet werden muss. Amateurfunk ist auf kleine Frequenzbänder beschränkt, die Amateurfunkbänder , die über das gesamte Funkspektrum von 136 kHz bis 2,4 GHz verteilt sind. Innerhalb dieser Bänder haben Amateure die Freiheit, auf jeder Frequenz mit einer Vielzahl von Modulationsverfahren zu senden. Neben dem Sprechfunk sind Amateure die einzigen Funker, die noch Morsecode- Funktelegraphie verwenden .

Sprachkommunikation in eine Richtung

Eine Möglichkeit der unidirektionalen Funkübertragung wird Simplex genannt .

  • Baby - Monitor - ein cib seitige Gerät für Eltern von Kleinkindern , die dem Baby Geräusch an einen Empfänger von der Mutterdurchträgt, so dass es das Kind überwachen , während sie in anderen Teilen des Hauses sind. Diese senden in FM auf 49,300, 49,830, 49,845, 49,860 oder 49,875 MHz mit geringer Leistung. Viele Babyphone haben Duplexkanäle, damit die Eltern mit dem Baby sprechen können, und Videokameras, um ein Bild des Babys zu zeigen, dies wird als Babycam bezeichnet .
  • Drahtloses Mikrofon – ein batteriebetriebenes Mikrofon mit einem Kurzstreckensender, das in der Hand gehalten oder am Körper einer Person getragen wird, das seinen Ton per Funk an eine nahegelegene Empfängereinheit überträgt, die an ein Soundsystem angeschlossen ist. Drahtlose Mikrofone werden von öffentlichen Rednern, Darstellern und Fernsehpersönlichkeiten verwendet, damit sie sich frei bewegen können, ohne ein Mikrofonkabel zu ziehen. Analoge Modelle senden in FM auf ungenutzten Teilen der Fernsehfrequenzen in den VHF- und UHF-Bändern. Einige Modelle senden auf zwei Frequenzkanälen für den Diversity-Empfang , um zu verhindern, dass Nullen die Übertragung unterbrechen, wenn sich der Darsteller bewegt. Einige Modelle verwenden digitale Modulation, um unbefugten Empfang durch Scanner-Funkempfänger zu verhindern; diese arbeiten in den ISM-Bändern 900 MHz, 2,4 GHz oder 6 GHz .

Datenkommunikation

  • Drahtlose Vernetzung – automatisierte Funkverbindungen, die digitale Daten zwischen Computern und anderen drahtlosen Geräten mithilfe von Funkwellen übertragen und die Geräte transparent in einem Computernetzwerk miteinander verbinden . Computernetzwerke können jede Form von Daten übertragen: Neben E-Mail und Webseiten transportieren sie auch Telefongespräche ( VoIP ), Audio- und Videoinhalte (sogenannte Streaming-Medien ). Sicherheit ist bei drahtlosen Netzwerken ein größeres Problem als bei kabelgebundenen Netzwerken, da jeder mit einem drahtlosen Modem in der Nähe auf das Signal zugreifen und sich anmelden kann. Die Funksignale von drahtlosen Netzwerken werden mit WPA verschlüsselt .
    Laptop-Computer mit WLAN und typischem WLAN-Router (rechts) zur Verbindung mit dem Internet
    • Wireless LAN ( Wireless Local Area Network oder WiFi ) – basierend auf den IEEE 802.11- Standards sind dies die am weitesten verbreiteten Computernetzwerke, die verwendet werden, um lokale Netzwerke ohne Kabel zu implementieren , Computer, Laptops, Mobiltelefone, Videospielkonsolen , Smart-TVs zu verbinden und Drucker in einem Heim oder Büro zusammen und an einen drahtlosen Router , der sie über eine Kabel- oder Kabelverbindung mit dem Internet verbindet. Drahtlose Router an öffentlichen Orten wie Bibliotheken, Hotels und Cafés schaffen drahtlose Zugangspunkte ( Hotspots ), um der Öffentlichkeit den Zugriff auf das Internet mit tragbaren Geräten wie Smartphones , Tablets oder Laptops zu ermöglichen . Jedes Gerät tauscht Daten über ein drahtloses Modem (Wireless Network Interface Controller), einen automatisierten Mikrowellensender und -empfänger mit einer im Hintergrund arbeitenden Rundstrahlantenne aus, die Datenpakete mit dem Router austauscht . WiFi verwendet Kanäle im 2,4-GHz- und 5-GHz- ISM-Band mit OFDM- Modulation ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ), um Daten mit hohen Raten zu übertragen. Die Sender in WLAN-Modems sind je nach Land auf eine Strahlungsleistung von 200 mW bis 1 Watt begrenzt. Sie haben eine maximale Reichweite in Innenräumen von etwa 50 m bei 2,4 GHz und 20 m bei 5 GHz.
      Nachbarschafts-WLAN-Router am Telefonmast
    • Drahtloses WAN (Wireless Wide Area Network, WWAN) – eine Vielzahl von Technologien, die drahtlosen Internetzugang über einen größeren Bereich als WiFi-Netzwerke bereitstellen – von einem Bürogebäude über einen Campus bis hin zu einem Viertel oder einer ganzen Stadt. Die häufigsten verwendeten Technologien sind: Mobilfunkmodems , das Austauschcomputerdaten über Funk mit Funkmasten ; Satelliten-Internetzugang; und niedrigere Frequenzen im UHF-Band, die eine größere Reichweite haben als WLAN-Frequenzen. Da WWAN-Netzwerke wesentlich teurer und komplizierter zu verwalten sind als WLAN-Netzwerke, beschränkte sich der Einsatz bisher meist auf private Netzwerke, die von großen Konzernen betrieben werden.
    • Bluetooth – eine drahtlose Schnittstelle mit sehr kurzer Reichweite auf einem tragbaren drahtlosen Gerät, die als Ersatz für eine Kabel- oder Kabelverbindung verwendet wird, hauptsächlich zum Austauschen von Dateien zwischen tragbaren Geräten und zum Verbinden von Mobiltelefonen und Musikplayern mit drahtlosen Kopfhörern . Im am weitesten verbreiteten Modus ist die Sendeleistung auf 1 Milliwatt begrenzt, was eine sehr kurze Reichweite von bis zu 10 m (30 Fuß) ergibt. Das System verwendet eine Frequenzsprung-Spreizspektrumübertragung , bei der aufeinanderfolgende Datenpakete in einer pseudozufälligen Reihenfolge auf einem von 79 1-MHz-Bluetooth-Kanälen zwischen 2,4 und 2,83 GHz im ISM-Band übertragen werden . Dadurch können Bluetooth-Netzwerke in Anwesenheit von Rauschen , anderen drahtlosen Geräten und anderen Bluetooth-Netzwerken mit denselben Frequenzen betrieben werden, da die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass ein anderes Gerät versucht, gleichzeitig mit dem Bluetooth-Modem auf derselben Frequenz zu senden. Bei einer solchen "Kollision" sendet das Bluetooth-Modem das Datenpaket einfach auf einer anderen Frequenz weiter.
    • Packet Radio – ein drahtloses Peer-to-Peer- Ad-hoc -Langstreckennetzwerk, in dem Datenpakete zwischen computergesteuerten Funkmodems (Sender/Empfänger) namens Knoten ausgetauscht werden, die möglicherweise meilenweit voneinander entfernt und möglicherweise mobil sind. Jeder Knoten kommuniziert nur mit benachbarten Knoten, sodass Datenpakete von Knoten zu Knoten weitergeleitet werden, bis sie ihr Ziel erreichen. Verwendet das X.25- Netzwerkprotokoll. Paketfunksysteme werden in begrenztem Umfang von kommerziellen Telekommunikationsunternehmen und von der Amateurfunkgemeinschaft verwendet .
  • Textnachrichten (SMS) – Dies ist ein Dienst auf Mobiltelefonen , der es einem Benutzer ermöglicht, eine kurze alphanumerische Nachricht einzugeben und an eine andere Telefonnummer zu senden, und der Text wird auf dem Telefondisplay des Empfängers angezeigt. Es basiert auf dem Short Message Service (SMS), der unter Verwendung von Reservebandbreite auf dem von Mobiltelefonen verwendeten Kontrollfunkkanal überträgt, um Hintergrundfunktionen wie Wählvorgänge und Zellübergaben abzuwickeln. Aufgrund technischer Einschränkungen des Kanals sind Textnachrichten auf 160 alphanumerische Zeichen beschränkt.
Parabolantennen von Mikrowellen-Relaisverbindungen auf einem Turm in Australien.
  • Mikrowellenrelais – eine digitale Punkt-zu-Punkt-Datenübertragungsverbindung mit hoher Bandbreite über große Entfernungen, die aus einem Mikrowellensender besteht, der mit einer Schüsselantenne verbunden ist , die einen Mikrowellenstrahl zu einer anderen Schüsselantenne und einem anderen Empfänger überträgt . Da die Antennen in Sichtlinie sein müssen, sind die Entfernungen durch den Sichthorizont auf 30–40 Meilen (48–64 km) begrenzt. Mikrowellenverbindungen werden für private Geschäftsdaten, Wide Area Computer Networks (WANs) und von Telefongesellschaften verwendet, um Ferngespräche und Fernsehsignale zwischen Städten zu übertragen.
  • Telemetrie – automatisierte (einfache) Übertragung von Mess- und Betriebsdaten von einem entfernten Prozess oder Gerät an einen Empfänger zur Überwachung. Telemetrie wird für die Überwachung von Raketen, Drohnen, Satelliten und Wetterballon- Radiosonden während des Fluges , das Senden wissenschaftlicher Daten von interplanetaren Raumfahrzeugen zur Erde, die Kommunikation mit in den menschlichen Körper implantierten elektronischen biomedizinischen Sensoren und die Bohrlochprotokollierung verwendet . Mehrere Datenkanäle werden oft unter Verwendung von Frequenzmultiplex oder Zeitmultiplex übertragen . Telemetrie wird zunehmend in Verbraucheranwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel:
    • Automatisierte ZählerablesungStromzähler , Wasserzähler und Gaszähler , die bei Auslösung durch ein Abfragesignal ihre Messwerte per Funk an ein Ablesefahrzeug am Bordstein übermitteln, damit kein Mitarbeiter auf das Grundstück des Kunden gehen muss um den Zähler manuell abzulesen.
    • Elektronische Mauterhebung – auf mautpflichtigen Straßen , eine Alternative zur manuellen Mauterhebung an einer Mautstelle, bei der ein Transponder in einem Fahrzeug, wenn er von einem Sender am Straßenrand ausgelöst wird, ein Signal an einen Empfänger am Straßenrand sendet, um die Nutzung der Straße durch das Fahrzeug zu registrieren , so dass die Maut dem Eigentümer in Rechnung gestellt werden kann.
RFID-Tag von einer DVD
  • Radio Frequency Identification (RFID) – Identifikationsetiketten mit einem winzigen Funktransponder ( Empfänger und Sender ), die an der Ware angebracht werden. Wenn es einen Abfrageimpuls aus Funkwellen von einem nahegelegenen Lesegerät empfängt, sendet das Tag eine ID-Nummer zurück, die zur Inventarisierung von Waren verwendet werden kann. Passive Tags, der gebräuchlichste Typ, haben einen Chip, der durch die vom Lesegerät empfangene Funkenergie gespeist wird, durch eine Diode gleichgerichtet wird und so klein wie ein Reiskorn sein kann. Sie werden in Produkte, Kleidung, Eisenbahnwaggons, Bibliotheksbücher, Gepäckanhänger von Fluggesellschaften eingearbeitet und bei Haustieren und Nutztieren ( Mikrochip-Implantation ) und sogar Menschen unter die Haut implantiert . Datenschutzbedenken wurden mit Tags ausgeräumt, die verschlüsselte Signale verwenden und das Lesegerät authentifizieren, bevor es reagiert. Passive Tags verwenden 125–134 kHz, 13, 900 MHz sowie 2,4 und 5 GHz ISM-Bänder und haben eine kurze Reichweite. Aktive Tags, die mit einer Batterie betrieben werden, sind größer, können aber ein stärkeres Signal übertragen, wodurch sie eine Reichweite von Hunderten von Metern haben.
  • U-Boot-Kommunikation – Unter Wasser sind U-Boote durch das leitfähige Meerwasser von jeglicher gewöhnlicher Funkkommunikation mit ihren militärischen Führungsbehörden abgeschnitten. Allerdings können Funkwellen mit ausreichend niedrigen Frequenzen im VLF (30 bis 3 kHz) und ELF (unter 3 kHz) Band Meerwasser durchdringen. Marinen betreiben große Landsendestationen mit einer Leistung im Megawattbereich, um verschlüsselte Nachrichten an ihre U-Boote in den Weltmeeren zu übermitteln . Aufgrund der geringen Bandbreite können diese Systeme keine Sprache übertragen, sondern nur Textnachrichten mit einer langsamen Datenrate. Der Kommunikationskanal ist unidirektional, da die langen Antennen, die zum Senden von VLF- oder ELF-Wellen benötigt werden, nicht auf ein U-Boot passen. VLF- Sender verwenden kilometerlange Drahtantennen wie Schirmantennen . Einige Nationen verwenden ELF-Sender, die um 80 Hz arbeiten und mit U-Booten in geringeren Tiefen kommunizieren können. Diese Verwendung auch größere Antennen genannt Boden Dipole , bestehend aus zwei Böden (Erde) Verbindungen 23-60 km (14-37 Meilen) auseinander, von Freileitungen zu einem Kraftwerk Sender verbunden.

Weltraumkommunikation

Dies ist die Funkkommunikation zwischen einem Raumfahrzeug und einer erdgestützten Bodenstation oder einem anderen Raumfahrzeug. Die Kommunikation mit Raumfahrzeugen umfasst die längsten Übertragungsdistanzen aller Funkverbindungen, bis zu Milliarden von Kilometern für interplanetare Raumfahrzeuge . Um die schwachen Signale von entfernten Raumfahrzeugen zu empfangen, verwenden Satelliten-Bodenstationen große Parabolantennen mit bis zu 25 Metern Durchmesser und extrem empfindliche Empfänger. Im Mikrowellenband werden hohe Frequenzen verwendet, da Mikrowellen die Ionosphäre ohne Brechung durchdringen , und bei Mikrowellenfrequenzen sind die Antennen mit hoher Verstärkung, die erforderlich sind, um die Funkenergie in einen schmalen Strahl zu fokussieren, der auf den Empfänger gerichtet ist, klein und beanspruchen ein Minimum an Platz in ein Satellit. Teile des UHF , L , C , S , k u und k ein Band für Weltraumkommunikation zugeordnet. Eine Funkverbindung, die Daten von der Erdoberfläche zu einem Raumfahrzeug überträgt, wird als Uplink bezeichnet , während eine Verbindung, die Daten vom Raumfahrzeug zum Boden überträgt, als Downlink bezeichnet wird.

Kommunikationssatellit von Aserbaidschan
  • Kommunikationssatellit – ein künstlicher Satellit, der als Telekommunikationsrelais verwendet wird, um Daten zwischen weit voneinander entfernten Punkten auf der Erde zu übertragen. Diese werden verwendet, weil die für die Telekommunikation verwendeten Mikrowellen per Sichtlinie reisen und sich daher nicht um die Erdkrümmung ausbreiten können. Januar 2021 befanden sich 2.224 Kommunikationssatelliten in der Erdumlaufbahn. Die meisten befinden sich in einer geostationären Umlaufbahn 22.200 Meilen (35.700 km) über dem Äquator , so dass der Satellit am gleichen Punkt am Himmel stationär erscheint, sodass die Satellitenschüssel von Bodenstationen permanent auf diesen Punkt ausgerichtet werden können und sich nicht bewegen müssen um es zu verfolgen. In einer Satelliten-Bodenstation senden ein Mikrowellensender und eine große Satellitenschüsselantenne einen Mikrowellen-Uplink-Strahl an den Satelliten. Das Uplink-Signal trägt viele Kanäle des Telekommunikationsverkehrs, wie z. B. Ferngespräche, Fernsehprogramme und Internetsignale, wobei eine Technik verwendet wird, die als Frequenzmultiplex (FDM) bezeichnet wird. Auf dem Satelliten empfängt ein Transponder das Signal, übersetzt es in eine andere Downlink-Frequenz, um eine Störung des Uplink-Signals zu vermeiden, und sendet es an eine andere Bodenstation zurück, die weit von der ersten entfernt sein kann. Dort wird das Downlink-Signal demoduliert und der von ihm getragene Telekommunikationsverkehr über das Festnetz an seine lokalen Ziele gesendet. Kommunikationssatelliten haben typischerweise mehrere Dutzend Transponder auf unterschiedlichen Frequenzen, die von verschiedenen Nutzern gemietet werden.
  • Direktübertragungssatellit – ein geostationärer Kommunikationssatellit, der Einzelhandelsprogramme direkt an Empfänger in den Wohnungen und Fahrzeugen der Abonnenten auf der Erde in Satellitenradio- und Fernsehsystemen überträgt . Er verwendet eine höhere Sendeleistung als andere Kommunikationssatelliten, damit das Signal von Verbrauchern mit einer kleinen unauffälligen Antenne empfangen werden kann. Zum Beispiel Satelliten Verwendungen Downlink - Frequenzen von 12,2 bis 12,7 GHz in dem k u - Band bei 100 bis 250 Watt übertragen, die durch relativ kleinen 43-80 cm (17-31 in) empfangen werden können Satellitenschüsseln an der Außenseite von Gebäuden .

Radar

Militärischer Fluglotse auf Flugzeugträger der US Navy überwacht Flugzeuge auf dem Radarschirm

Radar ist eine Funkortungsmethode , die verwendet wird, um Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Raketen, Schiffe, Fahrzeuge zu lokalisieren und zu verfolgen sowie Wettermuster und Gelände zu kartieren. Ein Radargerät besteht aus einem Sender und einem Empfänger. Der Sender sendet einen schmalen Strahl von Radiowellen aus, der durch den umgebenden Raum geschwemmt wird. Wenn der Strahl auf ein Zielobjekt trifft, werden Funkwellen zum Empfänger zurückreflektiert. Die Richtung des Strahls verrät die Position des Objekts. Da sich Funkwellen mit konstanter Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit ausbreiten , kann durch Messung der kurzen Zeitverzögerung zwischen dem ausgehenden Impuls und dem empfangenen "Echo" die Entfernung zum Ziel berechnet werden. Die Ziele werden oft grafisch auf einer als Radarbildschirm bezeichneten Kartenanzeige angezeigt . Doppler-Radar kann die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts messen, indem es die Frequenzänderung der zurückkehrenden Funkwellen aufgrund des Doppler-Effekts misst .

Radargeräte verwenden hauptsächlich hohe Frequenzen in den Mikrowellenbändern , da diese Frequenzen starke Reflexionen von Objekten in der Größe von Fahrzeugen erzeugen und mit kompakten Antennen in schmale Strahlen fokussiert werden können. Parabolische (Schirm-)Antennen sind weit verbreitet. Bei den meisten Radargeräten dient die Sendeantenne auch als Empfangsantenne; dies wird als monostatisches Radar bezeichnet . Ein Radar, das getrennte Sende- und Empfangsantennen verwendet, wird als bistatisches Radar bezeichnet .

ASR-8 Radarantenne für die Flughafenüberwachung. Es dreht sich alle 4,8 Sekunden einmal. Die rechteckige Antenne oben ist das Sekundärradar.
  • Flughafenüberwachungsradar – Radar ist in der Luftfahrt das wichtigste Instrument der Flugsicherung . Eine rotierende Schüsselantenne schwenkt einen vertikalen fächerförmigen Mikrowellenstrahl um den Luftraum und das Radargerät zeigt die Position von Flugzeugen als "Lichtblitze" auf einem Display an, das als Radarschirm bezeichnet wird. Flughafenradar arbeitet mit 2,7 – 2,9 GHz im Mikrowellen- S-Band . Auf großen Flughäfen wird das Radarbild auf mehreren Bildschirmen in einem Operationsraum namens TRACON ( Terminal Radar Approach Control ) angezeigt , wo Fluglotsen die Flugzeuge per Funk anweisen, um eine sichere Flugzeugtrennung aufrechtzuerhalten.
    • Sekundäres Überwachungsradar – Flugzeuge tragen Radartransponder , Transceiver, die, wenn sie durch das ankommende Radarsignal ausgelöst werden, ein Mikrowellenrücksignal senden. Dadurch wird das Flugzeug stärker auf dem Radarbildschirm angezeigt. Das Radar, das den Transponder auslöst und den Rückstrahl empfängt, das normalerweise oben auf der primären Radarschüssel montiert ist, wird als sekundäres Überwachungsradar bezeichnet . Da das Radar die Höhe eines Flugzeugs nicht genau messen kann, sendet der Transponder auch die von seinem Höhenmesser gemessene Höhe des Flugzeugs und eine das Flugzeug identifizierende ID-Nummer zurück, die auf dem Radarbildschirm angezeigt wird.
  • Elektronische Gegenmaßnahmen (ECM) – Militärische defensive elektronische Systeme, die die Effektivität des feindlichen Radars herabsetzen oder es mit falschen Informationen täuschen, um zu verhindern, dass Feinde lokale Truppen lokalisieren. Es besteht oft aus leistungsstarken Mikrowellensendern, die feindliche Radarsignale nachahmen können, um falsche Zielanzeigen auf den feindlichen Radarschirmen zu erzeugen.
  • Radarhöhenmesser – ein spezielles Radar an einem Flugzeug, das die Höhe des Flugzeugs über dem Gelände misst, indem ein Funkstrahl von der Bodenoberfläche reflektiert und die Zeit bis zur Rückkehr des Echos gemessen wird.
Rotierende Marineradarantenne auf dem Schiff.
  • Marineradar – ein X-Band- Radar auf Schiffen, das verwendet wird, um nahe gelegene Schiffe und Hindernisse wie Brücken zu erkennen. Eine rotierende Antenne streicht einen vertikalen fächerförmigen Mikrowellenstrahl um die Wasseroberfläche, die das Fahrzeug umgibt, bis zum Horizont.
  • Wetterradar – Ein Doppler-Radar, das Wettersysteme abbildet und Windgeschwindigkeiten durch Reflexion von Mikrowellen von Regentropfen misst.
  • Phased-Array-Radar – ein Radargerät, das ein Phased-Array verwendet , eine computergesteuerte Antenne, die den Radarstrahl schnell in verschiedene Richtungen lenken kann, ohne die Antenne zu bewegen. Phased-Array-Radare wurden vom Militär entwickelt, um sich schnell bewegende Raketen und Flugzeuge zu verfolgen. Sie sind in militärischer Ausrüstung weit verbreitet und breiten sich nun auch auf zivile Anwendungen aus.
  • Synthetic Aperture Radar (SAR) – ein spezielles luftgestütztes Radargerät, das eine hochauflösende Karte des Bodengeländes erstellt. Das Radar ist an einem Luft- oder Raumfahrzeug angebracht und die Radarantenne strahlt einen Strahl von Funkwellen seitlich im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung in Richtung Boden ab. Bei der Verarbeitung des zurückkommenden Radarsignals wird die Bewegung des Fahrzeugs verwendet, um eine große Antenne zu simulieren, wodurch das Radar eine höhere Auflösung erhält.
  • Bodendurchdringendes Radar – ein spezielles Radarinstrument, das in einem Wagen über die Bodenoberfläche gerollt wird und einen Strahl von Funkwellen in den Boden sendet und ein Bild von unterirdischen Objekten erzeugt. Es werden Frequenzen von 100 MHz bis zu einigen GHz verwendet. Da Funkwellen nicht sehr weit in die Erde eindringen können, ist die Tiefe von GPR auf etwa 15 Meter begrenzt.
  • Kollisionsvermeidungssystem – ein Nahbereichsradar- oder LIDAR- System an einem Automobil oder Fahrzeug, das erkennt, wenn das Fahrzeug mit einem Objekt kollidiert, und bremst, um die Kollision zu verhindern.
  • Radarzünder – ein Zünder für eine Fliegerbombe, der mit einem Radarhöhenmesser die Höhe der Bombe über dem Boden misst, wenn sie fällt und sie in einer bestimmten Höhe zur Detonation bringt.
  • Radar-Geschwindigkeitskanone – Ein tragbares Doppler-Radar, das von der Verkehrspolizei verwendet wird, um die Geschwindigkeit von Fahrzeugen zu messen, um festzustellen, ob sie die örtliche Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten . Wenn der Offizier die Waffe auf ein Fahrzeug richtet und einen Abzug drückt, wird seine Geschwindigkeit auf einem numerischen Display angezeigt. Speed Pistolen verwenden , um die X - Band oder K u Band .

Funkortung

Funkortung ist ein Oberbegriff für eine Vielzahl von Techniken, die Funkwellen verwenden, um den Standort von Objekten zu finden oder zur Navigation

Ein persönlicher Navigationsassistent GPS-Empfänger in einem Auto, der Wegbeschreibungen zu einem Ziel geben kann.
  • Globales Satellitennavigationssystem (GNSS) oder Satellitennavigationssystem – Ein Satellitensystem, das es ermöglicht, die geografische Position auf der Erde ( Breite , Länge und Höhe/Höhe) mit hoher Präzision (innerhalb weniger Meter) durch kleine tragbare Navigationsinstrumente zu bestimmen, durch Timing der Ankunft von Funksignalen von den Satelliten. Dies sind die heute am weitesten verbreiteten Navigationssysteme. Die wichtigsten Satelliten - Navigationssysteme sind das US Global Positioning System (GPS), Russland 's GLONASS , China ' s Beidou (BDS) und der Europäischen Union ist Galileo .
    • Global Positioning System (GPS) – Das am weitesten verbreitete Satellitennavigationssystem, das von der US Air Force unterhalten wird und eine Konstellation von 31 Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn verwendet . Die Umlaufbahnen der Satelliten sind so verteilt, dass sich über jedem Punkt der Erde zu jeder Zeit mindestens vier Satelliten über dem Horizont befinden. Jeder Satellit hat eine Atomuhr an Bord und sendet ein kontinuierliches Funksignal, das ein genaues Zeitsignal sowie seine aktuelle Position enthält. Es werden zwei Frequenzen verwendet, 1,2276 und 1,57542 GHz. Da die Geschwindigkeit der Funkwellen praktisch konstant ist, ist die Verzögerung des Funksignals von einem Satelliten proportional zur Entfernung des Empfängers vom Satelliten. Durch den Empfang der Signale von mindestens vier Satelliten kann ein GPS-Empfänger seine Position auf der Erde berechnen, indem er die Ankunftszeit der Funksignale vergleicht. Da die Position jedes Satelliten zu jedem Zeitpunkt genau bekannt ist, kann aus der Verzögerung die Position des Empfängers von einem Mikroprozessor im Empfänger berechnet werden. Die Position kann als Breiten- und Längengrad oder als Markierung auf einer elektronischen Karte angezeigt werden. GPS-Empfänger sind in fast allen Mobiltelefonen und in Fahrzeugen wie Autos, Flugzeugen und Schiffen integriert und werden verwendet, um Drohnen , Raketen , Marschflugkörper und sogar Artilleriegeschosse zu ihrem Ziel zu lenken , und tragbare GPS-Empfänger werden für Wanderer und die Militär.
  • Funkfeuer – ein ortsfester terrestrischer Funksender, der ein kontinuierliches Funksignal sendet, das von Flugzeugen und Schiffen zur Navigation verwendet wird . Die Standorte der Baken werden auf Navigationskarten von Flugzeugen und Schiffen eingezeichnet.
    VOR/DME Flugfunknavigationsbaken
    • Very High-Drehfunkfeuer (VOR) - ein weltweiten Flugzeugfunknavigationssystem , bestehend aus festen Bodenfunkbaken zwischen 108,00 und 117,95 MHz im Sende VHF - Band. Ein automatisiertes Navigationsinstrument am Flugzeug zeigt eine Peilung zu einem nahegelegenen VOR-Sender an. Ein VOR-Beacon sendet zwei Signale gleichzeitig auf unterschiedlichen Frequenzen. Eine Richtantenne sendet einen Strahl von Funkwellen, der sich wie ein Leuchtturm mit einer festen Geschwindigkeit 30 Mal pro Sekunde dreht. Wenn der Richtstrahl nach Norden zeigt, sendet die Rundstrahlantenne einen Impuls. Durch Messen der Phasendifferenz dieser beiden Signale kann ein Flugzeug seine Peilung (oder "radial") von der Station aus genau bestimmen . Durch die Peilung auf zwei VOR-Baken kann ein Flugzeug seine Position (sogenannte "Fix") mit einer Genauigkeit von etwa 90 Metern (300 ft) bestimmen. Die meisten VOR-Baken verfügen auch über eine Entfernungsmessfunktion, die als Distance Measurement Equipment (DME) bezeichnet wird; diese werden VOR/DMEs genannt. Das Flugzeug sendet ein Funksignal an die VOR/DME-Bake und ein Transponder sendet ein Rücksignal. Aus der Laufzeit zwischen gesendetem und empfangenem Signal kann das Flugzeug seine Entfernung zur Bake berechnen. Dies ermöglicht einem Flugzeug, seinen Standort "fix" von nur einem VOR-Beacon zu bestimmen. Da VHF-Frequenzen mit Sichtlinie verwendet werden, haben VOR-Baken eine Reichweite von etwa 200 Meilen für Flugzeuge in Reiseflughöhe. TACAN ist ein ähnliches militärisches Funkfeuersystem, das in 962-1213 MHz sendet, und ein kombiniertes VOR- und TACAN-Bake wird als VORTAC bezeichnet . Im Jahr 2000 gab es weltweit etwa 3000 VOR-Beacons, aber diese Zahl nimmt ab, da die Luftfahrt auf das RNAV- System umsteigt , das auf der Satellitennavigation des Global Positioning Systems beruht .
    • Ungerichtetes Funkfeuer (NDB) – Alte feste Funkbaken, die vor dem VOR-System verwendet werden und ein einfaches Signal in alle Richtungen senden, damit Flugzeuge oder Schiffe zur Funkpeilung verwenden können . Flugzeuge verwenden automatische Peilungsempfänger (ADF), die eine Richtantenne verwenden , um die Peilung zur Bake zu bestimmen . Durch Peilung an zwei Baken können sie ihre Position bestimmen. NDBs verwenden Frequenzen zwischen 190 und 1750 kHz in den LF- und MF- Bändern, die sich als Bodenwellen oder Himmelswellen weit über den Horizont hinaus ausbreiten als VOR-Baken. Sie übermitteln als Kennung ein Rufzeichen bestehend aus einem bis 3 Morsezeichen .
EPIRB-Notrufsender auf einem Schiff
  • Emergency Locator Beacon – ein tragbarer, batteriebetriebener Funksender, der in Notfällen verwendet wird, um Flugzeuge, Schiffe und Personen in Not zu orten, die eine sofortige Rettung benötigen. Verschiedene Arten von Notfallortungsbaken werden von Flugzeugen, Schiffen, Fahrzeugen, Wanderern und Langläufern mitgeführt. Bei einem Notfall, wie einem Flugzeugabsturz, einem Schiffsuntergang oder einem verlorenen Wanderer, wird der Sender ausgelöst und beginnt ein kontinuierliches Funksignal zu senden, das von Such- und Rettungsteams verwendet wird , um den Notfall schnell zu finden und Hilfe leisten. Die neueste Generation von Emergency Position Indicating Rescue Beacons (EPIRBs) enthält einen GPS-Empfänger und überträgt ihre genaue Position innerhalb von 20 Metern an die Rettungsteams.
Wildtier-Offizier, der mit Funk markierter Berglöwe verfolgt
  • Funkpeilung (RDF) – Dies ist eine allgemeine Technik, die seit den frühen 1900er Jahren verwendet wird, um spezielle Funkempfänger mit Richtantennen (RDF-Empfänger) zu verwenden, um die genaue Peilung eines Funksignals zu bestimmen, um den Standort des Senders zu bestimmen. Der Standort eines terrestrischen Senders kann durch einfache Triangulation aus Peilungen von zwei geografisch getrennten RDF-Stationen bestimmt werden, da der Punkt, an dem sich die beiden Peillinien kreuzen, dies als "Fix" bezeichnet. Streitkräfte benutzen RDF , um feindliche Kräfte , die durch ihre taktischen Funkübertragungen zu finden, Spionageabwehr Dienste nutzen es geheime Sender durch zum Lokalisieren Spionageagenten und Regierungen verwenden Sie es nicht lizenzierte Sender oder Störquellen zu lokalisieren. Ältere RDF-Empfänger verwendeten drehbare Rahmenantennen , die Antenne wird gedreht, bis die Funksignalstärke am schwächsten ist, was anzeigt, dass sich der Sender in einer der beiden Nullstellen der Antenne befindet . Die Nullen werden verwendet, da sie schärfer sind als die Keulen (Maxima) der Antenne . Modernere Empfänger verwenden phasengesteuerte Array- Antennen, die eine viel größere Winkelauflösung haben.
    • Tiermigrationsverfolgung – eine weit verbreitete Technik in der Wildtierbiologie , Naturschutzbiologie und Wildtiermanagement, bei der kleine batteriebetriebene Funksender an Wildtieren angebracht werden, damit ihre Bewegungen mit einem gerichteten RDF- Empfänger verfolgt werden können. Manchmal wird der Sender in das Tier implantiert. Das VHF-Band wird typischerweise verwendet, da Antennen in diesem Band ziemlich kompakt sind. Der Empfänger hat eine Richtantenne (typischerweise eine kleine Yagi ), die gedreht wird, bis das empfangene Signal am stärksten ist; An dieser Stelle zeigt die Antenne in Richtung des Tieres. Ausgeklügelte Systeme, die in den letzten Jahren verwendet wurden, verwenden Satelliten, um das Tier zu verfolgen, oder Geolokalisierungs- Tags mit GPS- Empfängern, die ein Protokoll des Standorts des Tieres aufzeichnen und übertragen.

Fernbedienung

MQ-1 Predator- Drohne der US Air Force, die von einem Piloten am Boden aus der Ferne geflogen wird

Funkfernsteuerung ist die Verwendung elektronischer Steuersignale, die durch Funkwellen von einem Sender gesendet werden, um die Aktionen eines Geräts an einem entfernten Standort zu steuern. Fernsteuerungssysteme können auch Telemetriekanäle in die andere Richtung umfassen, die verwendet werden, um Echtzeitinformationen über den Zustand des Geräts zurück an die Kontrollstation zu übertragen. Unbemannte Raumfahrzeuge sind ein Beispiel für ferngesteuerte Maschinen, die durch Befehle gesteuert werden, die von Satelliten-Bodenstationen übertragen werden . Die meisten Handheld - Fernbedienungen verwendet , um Steuerunterhaltungselektronik - Produkte wie Fernseher oder DVD - Player arbeiten tatsächlich durch Infrarot - Licht eher als Radiowellen, so sind keine Beispiele für Funkfernsteuerung. Ein Sicherheitsproblem bei Fernbedienungssystemen ist das Spoofing , bei dem eine unbefugte Person eine Nachahmung des Steuersignals überträgt, um die Kontrolle über das Gerät zu übernehmen. Beispiele für Funkfernbedienung:

  • Unbemanntes Fluggerät (UAV, Drohne) – Eine Drohne ist ein Flugzeug ohne Bordpiloten, das von einem Piloten an einem anderen Ort, in der Regel in einer Lotsenstation am Boden, ferngesteuert geflogen wird. Sie werden vom Militär für Aufklärungs- und Bodenangriffe und in jüngerer Zeit von der zivilen Welt für Nachrichtenberichterstattung und Luftaufnahmen verwendet . Der Pilot verwendet Flugzeugsteuerungen wie einen Joystick oder ein Lenkrad, die Steuersignale erzeugen, die per Funk an die Drohne übertragen werden, um die Flugflächen und den Motor zu steuern. Ein Telemetriesystem sendet ein Videobild von einer Kamera in der Drohne zurück, damit der Pilot sehen kann, wohin er fährt, und Daten von einem GPS-Empfänger , die die Echtzeitposition des Flugzeugs angeben. UAVs verfügen über ausgeklügelte automatische Pilotsysteme an Bord , die einen stabilen Flug aufrechterhalten und nur eine manuelle Steuerung erfordern, um die Richtung zu ändern.
Schlüsselanhänger mit Fernbedienung für ein Auto
  • Schlüsselloses Zugangssystem – ein batteriebetriebener Handsender mit kurzer Reichweite , der in den meisten modernen Autos enthalten ist und die Türen eines Fahrzeugs von außen ver- und entriegeln kann, ohne dass ein Schlüssel verwendet werden muss. Beim Drücken einer Taste sendet der Sender ein codiertes Funksignal an einen Empfänger im Fahrzeug und betätigt die Schlösser. Der Anhänger muss sich in der Nähe des Fahrzeugs befinden, normalerweise innerhalb von 5 bis 20 Metern. Nordamerika und Japan verwenden eine Frequenz von 315 MHz, während Europa 433,92 und 868 MHz verwendet. Einige Modelle können den Motor auch aus der Ferne starten, um das Auto aufzuwärmen. Ein Sicherheitsproblem bei allen Keyless-Entry-Systemen ist ein Replay-Angriff , bei dem ein Dieb mit einem speziellen Empfänger ("Code Grabber") das Funksignal beim Öffnen aufzeichnet, das später zum Öffnen der Tür abgespielt werden kann. Um dies zu verhindern, verwenden schlüssellose Systeme ein Rolling-Code- System, bei dem ein Pseudozufallszahlengenerator in der Fernbedienung bei jeder Verwendung einen anderen Zufallsschlüssel generiert. Um zu verhindern, dass Diebe den Pseudozufallsgenerator simulieren, um den nächsten Schlüssel zu berechnen, wird das Funksignal zusätzlich verschlüsselt .
    • Garagentoröffner – ein Handsender mit kurzer Reichweite, der das elektrisch betriebene Garagentor eines Gebäudes von außen öffnen oder schließen kann , sodass der Besitzer das Tor beim Vorfahren mit seinem Auto öffnen und nach dem Verlassen schließen kann. Bei Tastendruck sendet die Steuerung ein codiertes FSK -Funksignal an einen Empfänger im Öffner und hebt oder senkt die Tür. Moderne Opener verwenden 310, 315 oder 390 MHz. Um einen Dieb mit einem Replay-Angriff zu verhindern , verwenden moderne Opener ein Rolling-Code- System.
Quadcopter , ein beliebtes ferngesteuertes Spielzeug
  • Ferngesteuerte Modelle - ein beliebtes Hobby ist mit funkgesteuerten Modellbooten spielen, Autos, Flugzeugen und Hubschraubern ( Quadrocopter ) , die von Funksignalen von einer Handheld - Konsole mit einem gesteuert werden Joystick . Die neuesten Sender verwenden das 2,4-GHz- ISM-Band mit mehreren Steuerkanälen, die mit PWM , PCM oder FSK moduliert sind .
  • Drahtlose Türklingel – Eine Haustürklingel , die drahtlose Technologie verwendet, um die Notwendigkeit zu beseitigen, Kabel durch die Gebäudewände zu führen. Es besteht aus einem Klingelknopf neben der Tür, der einen kleinen batteriebetriebenen Sender enthält. Wenn die Türklingel gedrückt wird, sendet sie ein Signal an einen Empfänger im Haus mit einem Lautsprecher, der klingelt, um anzuzeigen, dass jemand vor der Tür steht. Sie verwenden normalerweise das 2,4-GHz-ISM-Band. Der verwendete Frequenzkanal kann normalerweise vom Eigentümer geändert werden, falls eine andere Türklingel in der Nähe denselben Kanal verwendet.

Jamming

Störsender sind die absichtliche Strahlung von Funksignalen entwickelt , um mit dem Empfang der anderen Funksignale stören. Störgeräte werden als "Signalunterdrücker" oder "Störgeneratoren" oder einfach als Störsender bezeichnet.

Während des Krieges verwenden Militärs Störsender, um die taktische Funkkommunikation der Feinde zu stören. Da Radiowellen über nationale Grenzen hinausgehen können, verwenden einige totalitäre Länder, die Zensur praktizieren , Jamming, um ihre Bürger daran zu hindern, Sendungen von Radiosendern in anderen Ländern zu hören. Das Stören wird normalerweise durch einen leistungsstarken Sender erreicht, der Rauschen auf der gleichen Frequenz wie der Zielsender erzeugt.

Das US-Bundesgesetz verbietet den nichtmilitärischen Betrieb oder Verkauf jeglicher Art von Störsendern, einschließlich solcher, die GPS, Mobilfunk, Wi-Fi und Polizeiradar stören.

Wissenschaftliche Forschung

  • Radioastronomie ist die wissenschaftliche Untersuchung von Radiowellen, die von astronomischen Objekten ausgesendet werden. Radioastronomen verwenden Radioteleskope , große Radioantennen und -empfänger, um die Radiowellen von astronomischen Radioquellen zu empfangen und zu studieren . Da astronomische Radioquellen so weit entfernt sind, sind die von ihnen ausgehenden Radiowellen extrem schwach, was extrem empfindliche Empfänger erfordert, und Radioteleskope sind die empfindlichsten Radioempfänger, die es gibt. Sie verwenden große Parabolantennen mit einem Durchmesser von bis zu 500 Metern (2.000 Fuß), um genügend Radiowellenenergie für die Untersuchung zu sammeln. Die HF-Frontend- Elektronik des Empfängers wird oft mit flüssigem Stickstoff gekühlt , um das thermische Rauschen zu reduzieren . Mehrere Antennen werden oft in Arrays miteinander verbunden, die als eine einzelne Antenne fungieren, um die Sammelleistung zu erhöhen. Bei der Very Long Baseline Interferometry (VLBI) werden Radioteleskope auf verschiedenen Kontinenten miteinander verbunden, die die Auflösung einer Antenne mit einem Durchmesser von mehreren Tausend Kilometern erreichen können.
  • Fernerkundung – Im Radio ist Fernerkundung der Empfang elektromagnetischer Wellen, die von natürlichen Objekten oder der Atmosphäre ausgestrahlt werden, für wissenschaftliche Forschung. Alle warmen Objekte senden Mikrowellen aus und das emittierte Spektrum kann zur Temperaturbestimmung verwendet werden. Mikrowellenradiometer werden in der Meteorologie und den Geowissenschaften verwendet , um die Temperatur der Atmosphäre und der Erdoberfläche sowie chemische Reaktionen in der Atmosphäre zu bestimmen.

Etymologie

Das Wort "Radio" leitet sich vom lateinischen Wort "Radius" ab und bedeutet "Radspeiche, Lichtstrahl, Strahl". Es wurde zum ersten Mal , wenn auf Anregung von Französisch Wissenschaftler im Jahr 1881 auf der Kommunikation angewandt Ernest Mercadier , Alexander Graham Bell adoptiert „Radiophons“ (bedeutet „abgestrahlten Schall“) als alternativen Namen für seine Photophon optischen Übertragungssystem. Diese Erfindung würde jedoch nicht weit verbreitet sein.

Nachdem Heinrich Hertz 1886 die Existenz von Radiowellen entdeckt hatte, wurden für diese Strahlung zunächst verschiedene Begriffe verwendet, darunter „Hertzsche Wellen“, „elektrische Wellen“ und „Ätherwellen“. Die ersten praktischen Funkkommunikationssysteme, die von Guglielmo Marconi 1894–185 entwickelt wurden, übermittelten Telegrafensignale durch Funkwellen, daher wurde die Funkkommunikation zunächst als „ drahtlose Telegraphie “ bezeichnet. Bis etwa 1910 umfasste der Begriff "drahtlose Telegraphie" auch eine Vielzahl anderer experimenteller Systeme zur drahtlosen Übertragung von Telegrafensignalen, darunter elektrostatische Induktion , elektromagnetische Induktion sowie Wasser- und Erdleitung , so dass ein genauerer Begriff erforderlich war, der sich ausschließlich auf elektromagnetische Strahlung.

Der erste Einsatz von radio- in Verbindung mit elektromagnetischer Strahlung erscheint von Französisch Physiker gewesen Édouard Branly , der im Jahr 1890 entwickelt , um den coherer Detektor, die er in Französisch eines namens Radio-conducteur . Das Radio-Präfix wurde später verwendet, um zusätzliche beschreibende zusammengesetzte und getrennte Wörter zu bilden, insbesondere in Europa. Zum Beispiel enthielt die britische Veröffentlichung The Practical Engineer Anfang 1898 einen Hinweis auf „the radiotelegraph“ und „radiotelegraphy“.

Die Verwendung von "Radio" als eigenständiges Wort geht mindestens auf den 30. Dezember 1904 zurück, als Anweisungen der britischen Post zur Übertragung von Telegrammen festlegten, dass "Das Wort 'Radio'... in den Service Instructions gesendet wird". Diese Praxis wurde allgemein übernommen und das Wort "Radio" international eingeführt durch das Berliner Funktelegrafieabkommen von 1906, das eine Dienstverordnung enthielt, die festlegte, dass "Funktelegramme in der Präambel zeigen müssen, dass es sich bei dem Dienst um "Radio" handelt.

Die Umstellung auf "Radio" anstelle von "Wireless" vollzog sich im englischsprachigen Raum langsam und ungleichmäßig. Lee de Forest das neue Wort in den Vereinigten popularisieren half Staaten-Anfang 1907 er die DeForest Funktelefongesellschaft gegründet, und sein Brief in dem 22. Juni 1907 Electrical World über die Notwendigkeit von rechtlichen Beschränkungen gewarnt , dass „Radio Chaos wird sicherlich das sein Ergebnis, bis eine solche strenge Regulierung durchgesetzt wird". Auch die United States Navy würde eine Rolle spielen. Obwohl in seiner Übersetzung der Berliner Konvention von 1906 die Begriffe "drahtloser Telegraph" und "drahtloses Telegramm" verwendet wurden, begann er 1912, stattdessen die Verwendung von "Radio" zu fördern. Der Begriff wurde in den 1920er Jahren mit der Einführung des Rundfunks von der breiten Öffentlichkeit bevorzugt. (das Wort Rundfunk entstand mit dem landwirtschaftlichen Begriff bedeutet in etwa „Samen streu weit“.) British Commonwealth - Länder weiterhin den Begriff häufig verwenden „wireless“ bis zur Mitte des 20. Jahrhundert, obwohl das Magazin der British Broadcasting Corporation in Großbritannien gewesen genannt Radio Times seit seiner Gründung in den frühen 1920er Jahren.

In den letzten Jahren „wireless“ hat gewonnen erneute Popularität als eine allgemeine Bezeichnung für Geräte mit elektromagnetischer Strahlung, entweder Radiowellen oder Licht, aufgrund des schnellen Wachstums von Nahbereichs-Computer - Vernetzung, zum Beispiel die Kommunikation Wireless Local Area Networks Wi-Fi , und Bluetooth, sowie Mobiltelefone, um diese Verwendungen von der traditionellen "Radio"-Kommunikation, wie zum Beispiel Rundfunk, zu unterscheiden.

Geschichte

Siehe Geschichte des Radios , Erfindung des Radios , Chronik des Radios , Geschichte des Rundfunks

Siehe auch

Verweise

Externe Links