Wellenausbreitung
Drahtlose Kommunikation erfolgt mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen. Bei den ersten Übertragungsversuchen wurden diese durch Funkenentladungen erzeugt, weshalb man auch heute noch von Funkwellen spricht. Bei solchen Entladungen wird ein breites Frequenzspektrum von elektromagnetischen Wellen ausgesendet. Will man mehrere Sender gleichzeitig betreiben, so muss jeder Sender seine eigene Sendefrequenz bekommen, auf die der Empfänger abgestimmt wird. Wenn wir uns die Skala eines Rundfunkempfängers ansehen, finden wir neben der Frequenzangabe auch die Angabe der Wellenlänge in Meter.
Die Wellenlänge λ (Lambda) ist der Weg, den eine Welle während einer kompletten Schwingung zurücklegt. Es ist also z.B. der Abstand im Raum zwischen zwei Wellenbergen.
Es gibt keinen festen Umrechnungsfaktor zwischen Frequenz und Wellenlänge. Sie ist vielmehr abhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle.
$$\lambda = \frac{c}{f} \enspace oder \enspace \lambda = {c} \cdot {T}$$
Dabei ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit, f die Frequenz und T die Schwingungsdauer. Elektromagnetische Wellen breiten sich im Raum mit nahezu Lichtgeschwindigkeit (299 792,458 km/s) aus. Dagegen schaffen Schallwellen nur ca. 343m in einer Sekunde. Eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 10kHz hat eine Länge von fast 30km. Die Wellenlänge einer Schallwelle gleicher Frequenz beträgt nur etwa 3,4cm. Die gleiche Schallwelle hat im Meer eine Wellenlänge von 15cm, da sich der Schall unter Wasser mit etwa 1500 m/s ausbreitet.
Die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen vom Sendemast erfolgt auf zwei Wegen. Die Bodenwelle folgt der Erdkrümmung. Ihre Reichweite hängt von der Sendefrequenz und der Bodenleitfähigkeit ab. Außerdem wird eine Raumwelle abgestrahlt, die sich geradlinig ausbreitet. Die Ausbreitung geht nicht über den Horizont hinaus.
Man teilt die vorwiegend zur Kommunikation genutzten Frequenzen in vier Wellenbereiche ein.
Langwelle
Als Langwelle bezeichnet man den Bereich von 30kHz...300kHz (ca. 10km...1km). Für den öffentlichen Rundfunk wurde der Bereich von 148,5kHz...283,5kHz genutzt. Die Ausbreitung erfolgt hauptsächlich über die Bodenwelle. Um große Reichweiten zu erzielen, hatten viele Langwellensender Ausgangsleistungen von mehreren hundert Kilowatt. Sie waren aufgrund ihrer oft kilometerlangen Antennenanlagen von bis zu 600m Höhe nicht zu übersehen.
Mittelwelle
Der Mittelwellenbereich erstreckt sich von 300kHz...3000kHz (ca. 1km...100m). Dem Rundfunk wurde der Bereich von 525kHz...1705kHz zugeteilt. Im unteren Frequenzbereich ist die Ausbreitung ähnlich der Langwelle. Die Bodenwelle erreicht aber im Schnitt nur noch Reichweiten von etwa 250km. Bei höheren Frequenzen ist, wie bei der Kurzwelle, auch ein Fernempfang über die Raumwelle möglich. Die Mittelwelle war über Jahrzehnte der für den Rundfunk am meisten genutzte Wellenbereich.
Kurzwelle
Der Bereich der Kurzwellen von 3MHz...30MHz (ca. 100m...10m) wurde erst als "Wellenabfall" betrachtet, weil die Bodenwelle kaum weiter als 50km reicht. Er wurde zunächst zum Betätigungsfeld von Funkamateuren, die das Potential der Kurzwellen entdeckten. Die Raumwelle wird unter bestimmten Bedingungen an der elektrisch leitfähigen Ionosphäre zur Erde zurück reflektiert und ermöglicht so Fernverbindungen. Zwischen der maximalen Reichweite der Bodenwelle und dem ersten Auftreffen der Raumwelle entsteht eine tote Zone, in der kein Empfang möglich ist. Unter guten Bedingungen kann die Raumwelle mehrmals zwischen Erde und Ionosphäre reflektiert werden und so um die ganze Erde reisen. Als es noch keine weltumspannenden Satellitenverbindungen gab, war es nur über Kurzwelle möglich, fast jeden Punkt der Erde zu erreichen.
Ultrakurzwelle
Als Ultrakurzwellen werden Frequenzen zwischen 30MHz und 300MHz (ca. 10m...1m) bezeichnet. Der UKW-Rundfunk findet zwischen 87,5MHz und 108MHz statt. Außerdem werden Ultrakurzwellen als Fernsehfrequenzen genutzt.
Die Bodenwelle spielt praktisch keine Rolle mehr. Die Raumwelle ist bis zu einer maximalen Entfernung von 200km empfangbar, solange keine Hindernisse im Weg stehen. UKW-Sender senden darum oft von Berggipfeln oder hohen Türmen. Für größere Reichweiten wird das Signal von sogenannten Umsetzern in einiger Entfernung aufgenommen und von dort auf einer anderen Frequenz weiter gesendet.
Signalübertragung
Rundfunkwellen sind nur ein Transportmittel. Wie können wir mit ihrer Hilfe jetzt Informationen übertragen? Wir müssen der elektromagnetischen Welle unsere Information aufprägen. Dazu verändern wir eine oder mehrere Eigenschaften der Trägerwelle im Takt der zu übertragenden Nachricht. Man nennt das Modulation. Im Empfänger wird die Welle demoduliert, das heißt die Information wird von der Trägerwelle getrennt und zurückgewonnen.