Lernziel: Erklärung Physikalisch-technischen Grundlagen im BOS-Funkverkehr

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1 erstellt HBM T. Neumann 11/2011

2 Lernziel: Erklärung Physikalisch-technischen Grundlagen im BOS-Funkverkehr 1. Eigenschaften von Funkwellen 2. Bandbreiten 3. Aufbau von elektromagnetischen Wellen 4. Ausbreitung und Reichweiten 5. Aufbau Funkanlagen 6. Verkehrsarten/Verkehrsformen 7. Relaisbetrieb 8. Gleichwellenfunk

3 1. Eigenschaften elektromagnetischer Wellen Als elektromagnetische Welle bezeichnet man eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern. Dazu gehören Radiowellen, Licht und Gammastrahlung. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit Materie hängt von ihrer Frequenz ab, die über viele Größenordnungen variieren kann. Bereiche für den BOS-Funk 8m-Band, ca. 35/39 MHz, kaum genutzt 4m-Band, ca. 75/85 MHz 2m-Band, ca. 165/170 MHz 70cm-Band, ca. 444/449 MHz, Richtfunkstrecken Quelle Wikipedia

4 1. Eigenschaften elektromagnetischer Wellen Wellenbereich Wellenlänge Frequenz Langwelle 10 km - 1 km khz Mittelwelle 1 km m 300 khz - 3 MHz Kurzwelle 100 m - 10 m 3 MHz - 30 MHz Ultra-Kurz-Welle (Meterwellen) 10 m - 1 m 30 MHz-300 MHz Dezimeterwelle 1 m - 10 cm 300 MHz - 3 GHz

5 2. Bandbreiten 30 MHz m m-Band Bereiche für den BOS-Funk 8m-Band, ca. 35/39 MHz, kaum genutzt 4m-Band, ca. 75/85 MHz 2m-Band, ca. 165/170 MHz 70cm-Band, ca. 444/449 MHz, Richtfunkstrecken 74 MHz (4,05m) (3,48m) 2-m-Band Unterband Oberband

6 2. Bandbreiten Frequenz m-Band Kanäle im Unterband 20 KHz Kanalabstand Kanäle im Oberband 9,8 MHz Bandabstand - Kanalnummern von 347 bis Kanäle nur im Oberband im Unterband für Flugnavigation und Markierungsfeuer genutzt - Feuerwehr m-Band - Für Kurzstreckenverbindungen Frequenz Kanal (2 wird oft weggelassen) 20 khz- Abstand Abstand Unter- zu Oberband 4,6 MHz - Neue digitale Alarmierung im 2m-Band - Feuerwehr 50, 53, 55, 56 (Notkanal 31)

7 2. Bandbreiten 70-cm-Band Kanäle - Nur für Festverbindungen (Punkt-zu-Punkt-Verkehr) - Kanalnummern Frequenzbereich 443, ,9625 MHz - Vorteil kleine Antenne mit 5-15W Reichweite bis 30 km (Digitalfunk) Die Verteilung der Frequenzen und Kanäle erfolgt durch die Bundesnetzagentur. Störungen sind der zuständigen Funkmessung der Regulierungsbehörde zu melden. In jedem Funkverkehrskreis erfolgt die Überwachung der Einhaltung geltender Richtlinien durch die Betriebsleitung, deren Aufgabe die jeweilige Leitstelle wahrnimmt.

8 3. Aufbau elektromagnetischen Wellen Elektromagnetische Wellen dienen als Träger der zu übermittelnden Information wobei deren Ausbreitungscharakteristik und Geschwindigkeit genutzt werden. Darstellung und Aufbau einer elektromagnetischen Welle Strom + Amplitude Wellenberg Zeit - Amplitude Wellenlänge Wellental

9 3. Aufbau elektromagnetischer Wellen 3.1. Physikalische Grundlagen Elektromagnetische Wellen Darstellung Frequenz ist und die Aufbau Anzahl einer von elektromagnetischen Schwingungen Welle in 1 Sekunde. Strom + Amplitude Wellenberg Zeit - Amplitude Wellenlänge Wellental

10 3. Aufbau elektromagnetischer Wellen 3.1. Physikalische Grundlagen Elektromagnetische Wellen Frequenz ist die Anzahl von elektromagnetischen Schwingungen in 1 Sekunde. Strom 1 Sekunde Zeit 1 Hz (Herz)

11 3. Aufbau elektromagnetischer Wellen 3.1. Physikalische Grundlagen Elektromagnetische Wellen Frequenz ist die Anzahl von elektromagnetischen Schwingungen in 1 Sekunde. 1 Sekunde 5 Hz (Herz) Einheiten 1000 Hz 1 KHz 1000 KHz - 1 MHz 1000 MHz 1 GHz Frequenzbereich im BOS-Funk Niederfrequenz (NF) Hz Hochfrequenz (HF) > 150 KHz

12 4. Ausbreitungseigenschaften von Funkwellen 4.1. Physikalische Grundlagen Elektromagnetische Wellen Wellenlänge Ist die Ausdehnung der Welle im Raum. (Ausbreitungsgeschwindigkeit = Lichtgeschwindigkeit m/s) Wellenlänge = 2 m = m/s Ausdehnung im Raum (m/s) Frequenz (Hz) Hz (150 MHz) 4 m = m/s Hz (75 MHz)

13 4. Ausbreitung und Reichweite Elektromagnetische Wellen, die durch eine Sendeantenne ausgestrahlt werden, breiten sich quasioptisch aus. Die geradlinige Ausbreitung wird durch Umwelteinflüsse wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck beeinflusst. Dadurch werden die Strahlen der Erdkrümmung angepasst.

14 4. Ausbreitung und Reichweite Elektromagnetische Wellen, die durch eine Sendeantenne ausgestrahlt werden, breiten sich quasioptisch aus. Sie können durch Gegenstände und Luftschichten abgelenkt (reflektiert werden). Die Stärke nimmt mit zunehmender Entfernung sehr schnell ab. (Quelle Wikipedia)

15 4. Ausbreitung und Reichweite Fels Wald Trockener Boden Feuchter Boden Süßwasser Salzwasser 100 km

16 4. Ausbreitung und Reichweite Im BOS-Funk (80 MHz) beträgt die Reichweite bei mittelfeuchtem Boden nur noch 40 km. Weitere Einflüsse: - Sendefrequenzbereich (tiefe Frequ. -> höhere Reichweite) - Gelände (Abschirmung) - Antennenhöhe im Gelände - Sendeleistung (10 W) je höher die Sendeleistung um so größer die Reichweite - Empfindlichkeit Empfänger (Ein- Ausgeschaltete Rauschsperre) - Ausrichtung Antenne (Antenne senkrecht Abstrahlrichtung) - Bodenbeschaffenheit - Geländeform - Bebauung

17 4. Ausbreitung und Reichweite Hindernisse in Form von: - Brücken - Zäunen - Hochspannungsmasten - Wäldern - Bergen - Gebäuden & Bebauung - Industrie

18 4. Ausbreitung und Reichweite - Strahlungsleistung des Senders - Aufstellungsort der sendenden und empfangenden Antenne - dem Geländeprofil von der Bodenbedeckung - von der Art der Bebauung - Absorption (Wald, Feld, Moor u.a.) - Reflexion (Felsen, Hochhäuser u.a.)

19 4. Ausbreitung und Reichweite Elektromagnetische Wellen, die durch eine Sendeantenne ausgestrahlt werden, breiten sich quasioptisch aus. Die geradlinige Ausbreitung wird durch Umwelteinflüsse wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck beeinflusst. Dadurch werden die Strahlen der Erdkrümmung angepasst. Reflektor Erhöhte Sendeantenne Sender Funkschatten

20 4. Ausbreitung und Reichweite Reichweite ist die größtmögliche Entfernung zwischen zwei Sprechfunkgeräten, bei denen gerade noch eine sichere Verständigung möglich ist. Die Reichweite ist von verschiedenen Faktoren abhängig: 1. Strahlungsleistung 2. Empfängerempfind- lichkeit 3. Wellenlänge, Frequenz 4. dem Aufstellungsort der Antenne; Höhe der Antenne über der Umgebung 5. den Bodenformen; Gebirge, Täler, Ebenen (Reflexion) 6. der Bodendeckung; Wald, Heide, Feld (Absorption) Reflexion und Polarisation 7. der Bodenbebauung; Stahlbauten, Eisenkonstruktionen (Absorption)

21 4. Ausbreitung und Reichweite Einsatzgrundsätze Antenne muss immer frei strahlen können und senkrecht stehen Hochspannungsleitungen, hohe Gebäude, Brücken, geschlossene Räume, Bodensenken u.a. nach Möglichkeit meiden Hindernisse in unmittelbarer Nähe der Antenne behindern den Funkverkehr erheblich. In vielen Fällen ist ein geringfügiger Standortwechsel von wenigen Metern ausreichend.

22 4. Ausbreitung und Reichweite Sendeanlagen im Bereich der ehemaligen MEK Sendeanlage Hohndorf Sendeanlage Drei-Brüder-Höhe Sendeanlage Schwartenberg

23 4. Ausbreitung und Reichweite Zusammenhang Antennenhöhe - Empfängerhöhe Höhe In m Optische Sicht km UKW-Reich- Weite km Höhe In m Nomogramm zur Bestimmung der Reichweite Bsp.: 80m ortsfeste Antennenanlage 4m Fahrzeughöhe 45km Reichweite

24 5. Aufbau Funkanlagen Die Funkanlagen bestehen aus: Antenneneinrichtung Antenne Antennen kabel Funkgerät Sender Empfänger Besprechungseinrichtung Handapparat Mikrofon/ Lautsprecher Stromversorgung Akkus Netzteil Steckverbindung Bediengerät Hör-Sprech- Garnitur

25 5. Aufbau Funkanlagen Die Funkanlagen bestehen aus: Antenne Mikrofon Sender Weiche Bediengerät Empfänger Lautsprecher Spannungsversorgung

26 5. Aufbau Funkanlagen Der Sender Sender erzeugt hochfrequente elektrische Schwingungen (HF) als Träger der Nachrichten. Die akustische Information wird als niederfrequente Schwingung auf die Trägerwelle aufmoduliert und über die Antenne als elektromagnetische Schwingung abgestrahlt. Antenne HF- Verstärker Oszillator NF- Verstärker Mikrofon Erde

27 5. Aufbau Funkanlagen Der Empfänger Im Empfänger werden die hochfrequenten Trägerwellen aufgenommen und verstärkt. Im Demodulator werden erfolgt die Trennung zwischen Trägerwelle (HF) und Information (NF). Über Lautsprecher wird verstärkte Information ausgegeben. Antenne HF-Verstärker Mischer ZF-Verstärker NF- Verstärker Lautsprecher Erde Oszillator Demodulator

28 5. Aufbau Funkanlagen Die Antenne Die Antenne setzt beim Senden eine leistungsgebundene Welle in den Raum frei. Beim Empfangen werden Wellen aus dem Raum aufgenommen. Hochfrequente Energie Hochfrequente Energie Empfang Senden Elektromagnetische Energie Elektromagnetische Energie Antennenanlage bestehend aus: - Antennenstrahler - Zuleitung - Zubehör wie: - Weiche - Verteiler - Dämpfungsglied Form und Abmessung abhängig von der Betriebsfrequenz

29 5. Aufbau Funkanlagen Modulation Ermöglicht die Übertragung von Informationen mit Hilfe von Trägermedien. Die akustische Information wird in eine niederfrequente Schwingung gewandelt. Die Amplitude entspricht der Lautstärke die Frequenz der Tonhöhe. Es gibt 3 Grundsysteme der Modulation: Amplitudenmodulation Frequenzmodulation Digitalmodulation

30 5. Aufbau Funkanlagen Amplitudenmodulation Ermöglicht die Übertragung von Informationen mit Hilfe von Trägermedien. Die akustische Information wird in eine niederfrequente Schwingung gewandelt. Die Amplitude entspricht der Lautstärke die Frequenz der Tonhöhe. Strom Zeit

31 5. Aufbau Funkanlagen Amplitudenmodulation Ermöglicht die Übertragung von Informationen mit Hilfe von Trägermedien. Die akustische Information wird in eine niederfrequente Schwingung gewandelt. Die Amplitude entspricht der Lautstärke die Frequenz der Tonhöhe. Strom Zeit

32 5. Aufbau Funkanlagen Frequenzmodulation Ermöglicht die Übertragung von Informationen mit Hilfe von Trägermedien. Die akustische Information wird in eine niederfrequente Schwingung gewandelt. Frequenz der Trägerwelle wird durch die Modulationsschwingung verändert. Strom Zeit

33 Strom 5. Aufbau Funkanlagen Frequenzmodulation Ermöglicht die Übertragung von Informationen mit Hilfe von Trägermedien. Die akustische Information wird in eine niederfrequente Schwingung gewandelt. Frequenz der Trägerwelle wird durch die Modulationsschwingung verändert. Zeit

34 5. Aufbau Funkanlagen Digitalmodulation Es erfolgt eine Umsetzung des analogen Signals (Sprache) in eine digitale Form. Die Umsetzung erfolgt in einem A/D- Wandler und wird als quantisieren bezeichnet. Bei der Übertragung wird eine Binärzahl als codierte Pulsfolge übertragen und im Empfänger dekodiert. Vorteile - Hohe Abhörsicherheit - Frequenzmehrfachnutzung - Hohe Übertragungsqualität - Ausschluss von Störgeräuschen aktuelle Einführung digitale Alarmierung Frequenz KHz

35 Quellen Wikipedia D. Centner physik. Grundlagen BOS-Funk sächsische Landesfeuerwehrschule ostfriesische Feuerwehren Niedersachsen LFS Celle & Loy Quellenangabe Danke für die Aufmerksamkeit