Welche Bedeutung haben Funkwellen bei der Informationsübertragung?

Funkwellen bilden die entscheidende technische Grundlage für mobiles Telefonieren. Sie dienen gewissermaßen als Fortbewegungsmittel, das die Informationen mit Lichtgeschwindigkeit transportiert. Die Gesprächs- oder Datensignale werden dafür digitalisiert und in hochfrequente elektromagnetische Felder umgewandelt.

Elektromagnetische Felder sind überall in unserer Umwelt zu finden. Ein Teil von ihnen hat einen natürlichen Ursprung; zum Beispiel die Felder, die bei einem Gewitter auftreten, aber auch das Licht der Sonne. Technisch erzeugte elektromagnetische Felder entstehen dort, wo Strom fließt. Sie werden zum Beispiel von Radio- und Fernsehgeräten, aber auch von Haartrocknern, Mikrowellengeräten und dem Mobilfunk erzeugt.

Elektromagnetische Felder und Frequenzbereiche

Elektromagnetische Felder unterscheiden sich in ihrer Wellenlänge: Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz. Man unterscheidet zwischen niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern im Frequenzbereich zwischen 0 Hertz und 10 Kilohertz und zwischen hochfrequenten elektromagnetischen Feldern im Frequenzbereich von 10 Kilohertz bis 300 Gigahertz. Für GSM wird der Frequenzbereich um 900 Megahertz und um 1.800 Megahertz genutzt. UMTS sendet im Frequenzbereich zwischen 1.900 und 2.100 Megahertz. LTE-Mobilfunknetze nutzen Frequenzen in den Bereichen 800 Megahertz, 1,8 Gigahertz und 2,6 Gigahertz.

Übertragung von Funkwellen beim Mobilfunk

Mobiltelefone und Basisstationen arbeiten bei der Übertragung der Funkwellen ähnlich wie ein Lautsprecher. Während der Lautsprecher elektrische Energie in Schallwellen umwandelt, senden Handys und Basisstationen elektromagnetische Felder als Funkwellen zum jeweiligen Empfänger.

Bei der Mobilfunkbasisstation erfolgt dieses Aussenden der Funkwellen vor allem in der Waagerechten. Die Hauptsenderichtung der Wellen ist mit dem Lichtkegel eines Leuchtturms vergleichbar. Daher gelangen nur wenige Funkwellen an Orte direkt unterhalb der Antenne. Außerdem nimmt die Stärke der Funkwellen schnell mit zunehmendem Abstand von der Antenne ab.

Ausbreitung und Einflussfaktoren von Funkwellen

Da sich Funkwellen geradlinig ausbreiten, sind ihnen natürliche und künstliche Grenzen gesetzt. Gebäude, Berge, schmale Täler oder enge Straßenzüge können zu sogenannten Abschattungen und damit zu schlechtem Empfang führen. Diesen Effekt bewirken ebenso Stahlbeton oder metallbedampfte Scheiben. Darüber hinaus können auch Witterungseinflüsse wie Regen oder Schnee eine Dämpfung der Funkwellen verursachen.

Funkwellen werden ähnlich wie Lichtwellen nicht nur abgeschattet, sondern auch zurückgeworfen. Diese Reflexion sorgt dafür, dass die Wellen auch Bereiche „ausleuchten“, die wegen der Abschattungen auf direktem Wege nicht zu erreichen sind. Durch Reflexion gelangt ein Mobilfunksignal auf Umwegen von der Basisstation zum Handy. Aus diesem Grund hat ein Handynutzer in der Regel auch dann Empfang, wenn kein direkter Sichtkontakt zur Basisstation besteht.

Treffen Funkwellen auf  Objekte, wird ein Teil der Wellen von dem Objekt aufgenommen, also absorbiert. Hinter dem Objekt ist entsprechend nur gedämpfter Empfang. Da auch der menschliche Körper Funkwellen über die Haut absorbiert, ist zum Schutz der Gesundheit der SAR-Grenzwert festgelegt. Diese Spezifische Absorptionsrate (SAR) gibt an, wie viel elektromagnetische Energie vom Körper absorbiert wird.

Stand: Januar 2015