Frequenz (Funktechnik)
Den Begriff „Frequenz“ kennt man im Zusammenhang mit Elektrik und Elektronik. Die Frequenz wird immer dann genannt, wenn man es mit einem sich verändernden elektrischen Signal zu tun hat. Beispielsweise mit Wechselstrom und Wechselspannung.
In der Nachrichtentechnik und Kommunikationstechnik haben wir es nur mit sich verändernden Signale zu tun, weshalb hier die Frequenzen eines Signals viel öfter eine Rolle spielen. Insbesondere im Zusammenhang mit Funktechnik und Breitbandtechnik, wenn es um die Übertragung von Signalen geht.
Was ist eine Frequenz?
Eine Frequenz gibt die Anzahl der Schwingungen in der Sekunde an, mit der sich ein kontinuierlich wechselndes Signal ändert. Frequenzen, mit dem Formelzeichen f (kleines f) werden in der Einheit Hertz, kurz Hz, angegeben. Heinrich Hertz dient hier als Namensgeber.
Dezimale Mehrfache der Einheit Hertz (Hz) sind Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz), Gigahertz (GHz), Terahertz (THz) usw.
Was ist mit Schwingung gemeint?
Eine Schwingung wird auch als Periode oder Welle bezeichnet. Dementsprechend handelt es sich in der Funktechnik um eine elektromagnetische Welle. Meist wird sie in einem Diagramm über die Zeit nach oben verlaufend angezeigt, bildet einen oberen Scheitelpunkt, verläuft wieder nach unten, bildet dort einen unteren Scheitelpunkt und verläuft wieder nach oben. Die Schwingung endet dort, wo sie zahlenmäßig begonnen hat. In der Regel an einem Nullpunkt. Der Verlauf der Schwingung hat einen Bezug zur Zeit, weshalb die Schwingung als Zeit, der Periodendauer (T) meist in Sekunden, angegeben wird. Diese Periodendauer T ist mathematisch der Kehrwert der Frequenz (f).
Was hat der Begriff „Frequenz“ mit Funktechnik zu tun?
Ab einer bestimmten Anzahl von Schwingungen in der Sekunde (Angabe in Frequenz mit der Einheit Hertz) neigen elektrische Signale dazu in den freien Raum abzustrahlen. Bei der Verarbeitung und Übertragung elektrischer Signale ist das eigentlich nicht gewünscht. Aber, wenn man dieses Abstrahlen der elektrischen Signale mit Absicht macht, dann kann man diesen Effekt zur Übertragung von Informationen über die Luft bzw. den freien Raum nutzen. Diese Technik wird dann als Funktechnik bezeichnet.
Das Abstrahlen und auch Empfangen der elektrischen Signale erfolgt über Antennen, was in der einfachsten Form ein Draht ist, mit einer bestimmten Frequenz. In der Frequenz, also Anzahl der Schwingungen, steckt dann zum Beispiel die Information drin, die übertragen werden soll.
Was ist das Frequenzspektrum?
Das Frequenzspektrum ist erstmal nur ein zahlenmäßig dargestellter Bereich in Hertz (Hz), der von 0 bis theoretisch unendlich reicht. Einen negativen Bereich gibt es nicht und nach oben hin, Richtung unendlich, ist in der Praxis im Terahertzbereich schnell Schluss. Das heißt, das Frequenzspektrum ist insgesamt begrenzt nutzbar.
Was ist ein Frequenzbereich?
Um den freien Raum mit einer Funktechnik zum Senden und Empfangen zu nutzen, beschränkt man sich darauf, einen Teilbereich im Frequenzspektrum zu nutzen. Tatsächlich ist es so, dass man von einer Regulierungsbehörde nur einen sehr eng gefassten Frequenzbereich zum Senden und Empfangen benutzen darf. Vergleichbar ist das mit einer mehrspurigen Straße, auf der man nur eine Spur nutzen darf, und nicht die gesamte Straßenbreite.
Ein Frequenzbereich beginnt und endet zahlenmäßig jeweils mit einer Frequenz, mit denen sich der Frequenzbereich im gesamten Frequenzspektrum verorten lässt. Nur durch die Einteilung in Frequenzbereiche und der Zuteilung ist es möglich, dass das Frequenzspektrum von mehreren Funksystemen gleichzeitig benutzt werden kann.
In der Telekommunikation ist die Verfügbarkeit von freien Frequenzen bzw. Frequenzbereichen der entscheidende Rohstoff, der Leistungssteigerungen ermöglicht und aus dem Mehrwert für die Nutzer entsteht.
Was ist eine Trägerfrequenz?
Manche Funktechniken arbeiten mit einer Trägerfrequenz. Auf dieser Frequenz wird das Funksignal gesendet und lässt sich auf dieser Frequenz entsprechend empfangen. Die Trägerfrequenz befindet sich in der Regel exakt in der Mitte des zugewiesenen Frequenzbereichs. Der Sender sendet auf der Trägerfrequenz und der Empfänger empfängt auf der Trägerfrequenz. Dem Funksignal ist die zu sendende und sich wechselnde Information hineinmoduliert, die sich im Frequenzbereich um die Trägerfrequenz herum (nach unten und oben bzw. links und rechts) ausbreiten darf. Man muss sich das wie einen Schmetterling vorstellen. Wobei der Körper des Schmetterlings der Trägerfrequenz entspricht und die Information im Flügelschlag enthalten ist. Zum Beispiel in der Breite des Flügels oder in der Geschwindigkeit des Flügelschlags.
Was ist ein Kanal?
Von Kanal spricht man in der Kommunikationstechnik immer dann, wenn ein Übertragungsmedium für mehrere Übertragungen aufgeteilt wird. Ein einzelner Kanal ist dann ein kleiner Teil vom gesamten nutzbaren Übertragungsmedium.
Ein Kanal kann einem eingegrenzten Frequenzbereich im gesamten Frequenzspektrum entsprechen. Es kann auch eine Farbe (Wellenlänge) in einem Lichtwellenleiter sein. Oder ein Adernpaar in einem mehradrigen Kupferkabel.
Besonderheiten bei Funksystemen: Kanalbreite / Kanalbandbreite
Für einen einzelnen Kanal ist eine Bandbreite definiert, innerhalb der dieser Kanal genutzt werden darf. Zum vorhergehenden und nachfolgenden Kanal ist im Frequenzspektrum ein Frequenzabstand definiert, der verhindern soll, dass sich die Übertragungen stören können.
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