Drahtlose Kommunikation und HF-Technik

Wenn ein Gerät Daten „drahtlos“ sendet, nutzt es aus, dass ein elektrisches Signal mit ausreichend hoher Frequenz als elektromagnetische Welle abgestrahlt und weit entfernt wieder aufgefangen werden kann — ohne eine physische Leitung dazwischen. Dieses Feld heißt HF-Technik (Hochfrequenz, oft mit RF für radio frequency abgekürzt), und es ist eine der vier Techniken — Analog-, HF-, Digital- und Mikrocomputertechnik — die die Ziele der Ausbildung ausdrücklich nennen und die du zusammenschalten und in denen du Fehler finden können musst.

Eine elektromagnetische Welle ist durch ihre Frequenz gekennzeichnet — wie oft pro Sekunde sie schwingt — und durch ihre Wellenlänge, die umgekehrt mit der Frequenz zusammenhängt: je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge. Niedrige Frequenzen reichen weit und durchdringen Hindernisse gut, können aber weniger Daten pro Sekunde tragen. Hohe Frequenzen können große Datenmengen schnell übertragen, werden aber von Wänden und Entfernung leichter gedämpft. Die Wahl des Frequenzbereichs ist deshalb immer ein Kompromiss zwischen Reichweite, Datenmenge und der Baugröße der Technik.

Die Antenne ist die Komponente, die ein elektrisches Signal in einem Leiter in eine abgestrahlte Welle umwandelt — und umgekehrt eine schwache Welle aus der Luft auffängt und in ein kleines elektrisches Signal umwandelt, das der Empfänger verstärken kann. Größe und Form einer Antenne hängen eng mit der Wellenlänge zusammen, für die sie ausgelegt ist: Als Faustregel liegt eine gut funktionierende Antenne in einer Größenordnung, die der Wellenlänge oder einem einfachen Bruchteil davon entspricht. Deshalb ist eine Antenne für niedrige Frequenzen (lange Wellenlänge) typischerweise physisch größer als eine Antenne für sehr hohe Frequenzen.

Das elektromagnetische Spektrum ist eine gemeinsame, begrenzte Ressource — senden zwei Geräte gleichzeitig auf derselben Frequenz im selben Gebiet, stören sie einander. Deshalb ist die Nutzung von Funkfrequenzen behördlich geregelt; in Dänemark verwaltet Energistyrelsen (die dänische Energiebehörde) den Frequenzplan und legt fest, welche Frequenzbänder wofür und unter welchen Bedingungen genutzt werden dürfen. Als Elektroniker musst du wissen, dass ein Gerät, das drahtlos sendet, nicht einfach eine beliebige Frequenz nutzen darf — es muss innerhalb zugelassener Bänder geschehen und mit Geräten, die die geltenden Anforderungen erfüllen.

Bei der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) geht es um zwei Dinge zugleich: dass ein Gerät keine Störungen aussendet, die andere Geräte in der Nähe beeinträchtigen, und dass es selbst das elektromagnetische Rauschen aushält, dem es in der wirklichen Welt unvermeidlich begegnet. Ein schlecht geschirmtes Kabel oder eine falsch dimensionierte Antenne kann ein ansonsten einwandfreies Gerät zu einer Störquelle für die Nachbargeräte machen — oder umgekehrt anfällig für die Signale anderer. EMV-Anforderungen sind daher ein fester Bestandteil der technischen Dokumentation und Normen, die du als Elektroniker in deiner Arbeit anwenden und einordnen können musst.

• 01Kenne den Unterschied zwischen niedriger und hoher Frequenz — und wofür jede gut ist
• 02Verstehen, dass eine Antenne auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmt ist
• 03Wisse, dass die Frequenznutzung reguliert ist — kein freies Spiel
• 04Denke EMV von Anfang an mit: sowohl Abstrahlung als auch Störfestigkeit

“Drahtlose Technik wirkt unsichtbar — aber sie folgt denselben physikalischen Gesetzen wie jede andere Elektronik, nur eben durch die Luft abgestrahlt statt durch eine Leitung.”

— Fachliche Betrachtung zur HF-Technik