Funktionsweise der Kurzwellenausbreitung
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Allgemeines
Im Gegensatz zu den UKW-Wellen wird die Kurzwelle an elektrisch aufgeladenen Luftschichten in der Ionosphäre reflektiert (F-Schicht), aber wie alle Funkwellen von der erdnahen D-Schicht frequenzabhängig gedämpft. Die Fernausbreitung der Kurzwellen lässt sich etwa mit dem Effekt veranschaulichen, als ob ein flacher Stein über ein Gewässer springt.
Ausbreitung "unter normalen Umständen"
Die Bodenwelle folgt bei KW-Funkverbindungen der Erdkrümmung und geht über den geografischen Horizont hinaus. Sie wird in höheren Frequenzbereichen stärker gedämpft als in niedrigeren Frequenzbereichen. Besonders im 160- und 80-m-Band sorgt die D-Schicht für eine starke Tagesdämpfung. Weltweiter Funkverkehr ist dann auf diesen Bändern nicht möglich.
Liegt eine Funkstelle zwischen den Reflexionspunkten und außerhalb der Reichweite der Bodenwelle, so ist dort das Funksignal nicht zu empfangen ("Tote Zone"). Man hört während eines QSOs dann gar nichts oder nur eine Station. Die eigene Funkstelle befindet sich somit für die nicht hörbare Station in der Toten Zone. Besonders im 10-m-Band treten Sprungentfernungen unter 1.000 km durch Reflexionen an sporadischen E-Schichten auf. Der Funkamateur nennt dies "Short-Skip“.
Einfluss der Sonne
Die Sonne ist quasi der „Motor“ der Wellenausbreitung: Sie lädt die Luftschichten elektrisch auf. Man spricht von Ionisation. Deshalb ist in Nordeuropa z.B. der Empfang im Winter und im Dunkeln (Nachts) bei niedriger Sonnenaktivität auf niedrigen Frequenzen am Besten möglich, weil die schwach ionisierte D-Schicht die langen Wellen kaum dämpft. Andererseits sind die höheren Bänder tagsüber im Sommer und vor allem im Sonnenfleckenmaximum "offen". Die Sonnenaktivität ist einem Zyklus unterworfen. Er dauert durchschnittlich 11 Jahre und wird als "Sonnenfleckenzyklus" bezeichnet. Die Anzahl der Sonnenflecken stellt somit ein Maß für die Ausbreitung dar (vgl. Sonnenfleckenrelativzahl). Oftmals werden die lowest usable frequency LUF und die maximum usable frequency MUF für Weitverbindungen (dx) angegeben.
Hohe Reichweiten durch Reflexion
Den Hauptteil der Ausbreitung über Reflexionen an ionisierenden Schichten trägt die F-Schicht. Durch die F2-Schicht insbesondere werden die enormen Reichweiten auf Kurzwelle möglich. Diese Schicht weist die größte Höhenausdehnung auf. Die Ionisierung erfolgt sehr träge und viel weniger abhängig von der Sonnenstellung als dies bei den tiefer liegenden Schichten der Fall ist. Mit Hilfe der F2-Schicht kann bei einem Sprung (Skip) eine Entfernung bis zirka 4000 km überbrückt werden.
Nach Sonnenuntergang vermindert sich die Ionenkonzentration der F-Schicht allmählich. Sie erreicht kurz vor Sonnenaufgang ein Minimum. In den Tagesstunden kann sich die F-Schicht bei intensiver Bestrahlung in zwei Schichten aufspalten.
Die niedriger liegende F1-Schicht dämpft dann die von der F2-Schicht reflektierte Strahlung. Dadurch kommt es zu geringeren Reichweiten (Kurzsprung-Entfernungen = short skip) in den Tagesstunden. Dann wird plötzlich Europafunkverkehr möglich, während in den Nachtstunden nur interkontinentaler Funkverkehr möglich ist.
In der F-Schicht gibt es manchmal Doppelreflexionen (M-Reflexion). Es gibt auch Mehrfachreflexionen zwischen Ionosphäre und Erde (besonders Wasser), wodurch die größtmöglichen Reichweiten erzielt werden. Es kommt sogar vor, dass man eine Station auf dem direkten Weg und gleichzeitig auf dem indirekten Weg (langer Weg in entgegen gesetzter Richtung um den Erdball) hört, wodurch das Signal verhallt klingt.
Die Reflexionen der Funkwellen im Kurzwellenbereich sorgen dafür, dass auch Punkte "hinter dem Horizont" erreicht werden. Die Funkwelle wird in Abhängigkeit von Frequenz und Ausbreitungsbedingungen von der betreffenden Atmosphärenschicht reflektiert. Mehrere Sprünge sind so möglich. Hierdurch kann ein Funksignal z. B. die Erde einmal umrunden. Das Funksignal erreicht die Empfangsfunkstelle nicht immer auf dem kürzesten Weg. Verbindungen über den langen Weg sind ebenfalls möglich. Etwa 2.200 km beträgt die maximale Entfernung, die ein KW-Funksignal bei Reflexion an der E-Schicht auf der Erdoberfläche mit einem Sprung überbrücken kann. Der Sprung wird auch als "Hop" bezeichnet. Um einen größtmöglichen Sprung zu erreichen, ist es wichtig, eine Antenne mit niedrigem Abstrahlwinkel bezogen auf den Horizont zu verwenden. Hierzu eignen sich besonders Richtantennen. Der Abstrahlwinkel der Antenne ist somit entscheidend für die Sprungdistanz auf KW.
Während dieser Reflexionen wird das Funksignal ggf. mehrmals gedreht. Es verliert seine ursprüngliche Polarisation. Durch die unterschiedlichsten Arten der Reflexionen kann das Funksignal verstärkt oder auch ausgelöscht werden (Fading). Feldstärken aus Boden- und/oder Raumwelle überlagern sich oft. Diese Schwankungen bezeichnet man als "Fading". In der Modulationsart AM ist dieser Effekt verstärkt zu bemerken.
Kurzwellenausbreitung mit Boden- und Raumwelle einschl. Toter Zone: Die Bodenwelle wird irgendwann so stark gedämpft, dass sie quasi verschwunden ist. Steil auftreffende Funkwellen durchdringen die F-Schicht, flach auftreffende werden reflektiert.
Fragenkatalog
Klasse E
- TI 104
- TI 105
- TI 107
- TI 201
- TI 202
- TI 203
- TI 204
- TI 209
- TI 210
- TI 213
