Grundlagen


Ausbreitungsbedingungen

Um die Ausbreitung von Radiowellen zu verstehen muß man erst einmal Wissen was im Laufe des Tages in der Ionosphäre passiert, da die dort vorhandenen Schichten von ionisierten Teilchen maßgeblich die Reichweite der HF und teilweise auch der VHF Sender beeinflussen. Die Stärke der ionisierten schichten ist stark von der Sonneneinstrahlung abhänging. In den Mittagsstunden und frühen Nachmittagsstunden kann man sich das ganze in etwa so vorstellen:


In den Abendstunden schrumpft die E Schicht ziemlich zusammen, die Es Schicht, welche nur sporadisch bei starker Sonneneinstrahlung entsteht, und die D Schicht, welche eigentlich ständig bei Sonneneinstrahlung vorhanden ist, verschwinden dann sogar ganz. Die F1 Schicht und die F2 Schicht wachsen nachts zu einer großen F Schicht zusammen. Das ganze sieht dann also in etwa so aus:


Die tagsüber vorhandenen D und E Schichten dämpfen die HF Strahlung  erheblich, die F Schicht (oder tagsüber die F2 Schicht)  ist aber so stark daß keine HF Strahlen diese passieren können und wirkt somit als Reflektor.


Daher hört man tagsüber auf der Lang, Mittel und Kurzwelle fast nur Sender die einen über die vom Sender ausgestrahlte Bodenwelle erreichen, da die D und E Schicht das Signal dämpfen und verschlucken. Abends nimmt aber die Anzahl der Sender auf diesen Bändern schlagartig zu, da dann auch die weit entfernten Sender fast ungehindert über die Raumwellen zu uns kommen können. Als Schwund (engl. Fading) bezeichnet man die Lautstärkenschwankung die durch Überlagerung zweier (oder mehrerer) Raum oder Bodenwellen eines Senders entstehen, da  es durch die Reflektionen zu Phasenverschiebungen kommt die dann eine teilweise (oder bei 180° sogar ganze) Auslöschung des Signals bewirken.

Die Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung ist auch der Grund warum die Radiosender auf der Kurzwelle so häufig die Frequenzen wechseln.
49m und 41m Band sind tagüber für die Inlandsversorgung gedacht (Reichweite bis ca 1700 km), nachts reichen beide Bereiche um den halben Globus. Das 31m Band reicht tagsüber 700 bis 2500 km, nachts einige tausend Kilometer. Das 25m Band kommt tagsüber 800 - 3500 km weit,  nachts so weit wie Dunkelheit herrscht, im Winter kann man also durchaus Radio Australia am späten Nachmittag für eine kurze Zeit hören. Das 21m/22m Band reicht tagsüber 1000km - 3000 km, nachts ist der Empfang ähnlich wie im 25m Band. Im 19m Band sind starke Stationen tagsüber ettliche 1000 km weit hörbar, nachts liegt die Reichweite etwas unterhalb der 25m Bandes. Das 15m/16m Band reicht so weit wie Sonneneinstrahlung herrscht, nachts taugt es nur zur lokalen Versorgung. Für das 13m und 11m Band gilt das für das 15m/16m Band gesagte in noch extremerer Weise, meist kann man nur Stationen hören die sich nördlich oder südlich von einem befinden. 13m und 11m Band werden hauptsächlich in Jahren mit hoher Sonnenfleckenzahl genutzt wenn Solarstürme den Empfang in den unteren Bändern unmöglich machen. Da zur Zeit die Sonnenflecken zurückgehen, ist es in den oberen Bändern sehr ruhig geworden. Da die meisten Kurzwellenstationen Auslandsdienste sind, die unterschiedliche Regionen mit ihrem Programm beglücken wollen, wechseln diese halt sehr oft die Frequenzen. Wenn zB Radio Schweden die Inlandsschweden versorgen will, dann ist dafür tagsüber eine 49m Band Frequenz ideal, aber nachts kann es dort zu Störungen durch Sendern in großer Entfernung kommen die auf der gleichen Frequenz senden , wie zB China National Radio 1 auf 6065 kHz, so das man dann auf höhere Frequenzen umschaltet die noch nicht gestört werden, aber trotzdem eine ausreichende Reichweite haben. Bei Sendern die wie die Deutsche Welle ein Programm für Afrika produzieren, macht es natürlich auch keinen Sinn den ganzen Tag die Frequenz im 75m Band laufen zu lassen, da nur Nachts dort die entsprechenden Ausbreitungsbedingungen herrschen. (Wieviele Leute in Afrika aber gegen Mitternacht tatsächlich die Deutsche Welle hören ist eine andere Frage.). Das 120m, das 90m, das 75m und das 60m Band sind die sogenanten Tropenbänder. Diese werden hauptsächlich von Ländern in tropischen Regionen benutzt, da die Mittelwelle dort wegen der heftigen tropischen Gewitter, die starke athmosphärische Störungen verursachen, unbrauchbar ist. Das 120m und das 90m sind sogar nur für solche Länder freigegeben.



Überreichweiten

Überreichweiten von Sendern können durch verschiedene Ursachen entstehen. Dies sind die Wichtigsten:

Tropo: Eine Inversionsschicht in der Troposphäre. Bei Inversion liegt kalte Luft über warmer Luft. Dadurch geht kaum Wind und es sammeln sich Schadstoffe in der Luft unter dieser Schicht. An diesen Schadstoffpartikeln werden die Radiostrahlen, die sonst in den Weltraum entweichen würden gebeugt, und in Gebiete zurückgeworfen die einige hundert Kilometer ausserhalb des eigentlichen Empfangsgebietes liegen. Da diese Wetterlage recht stabil ist, kann man die Sender dann meist mehrere Stunden hören.Tritt nur im VHF und UHF Bereich auf.

Sporadic E: Das sind ionische Wolken die in der Es Schicht in der Ionosphäre entstehen. Diese werfen die Radiostrahlen ebenfalls wieder zur Erde zurück. Allerdings hört man Aufgrund der größeren Höhe dieser "Wolken" Stationen die einige tausen Kilometer entfernt sind. Die ionischen Wolken sind aber nicht sehr stabil und wandern und ändern ihre Dichte. Dadurch sind Sporadic E Empfänge recht unstabil und können nach wenigen Minuten schon wieder vorbei sein.Tritt nur im VHF und UHF Bereich auf.

Meteor Scatter: Auch an den Oberflächen von Meteoren, Flugzeugen, Spaceshutles, etc können Radiowellen zurückgeworfen werden und so für einige wenige Sekunden Empfänge aus großen Distanzen ermöglichen. Außerdem entstehen beim Eintritt in die Athmosphäre durch Reibung Ionenkanäle an denen die Radiowellen ebenfalls reflektiert werden. Die Entfernung der entfangbaren Sender hängt von der Flughöhe des Objektes ab. Nur Meteorstürme können auch minutenlangen Empfang ermöglichen.

Aurora Scatter: Auch die sogenannten Nordlichter sind ionisierte Teilchen die Radiowellen wieder zur Erde zurück werfen. Die Entfernung der empfangbaren Sender und die Dauer liegt zwischen Tropo und Sporadic E.

EME: Earth - Moon - Earth. Manchmal tritt selbst der gute alte Mond als Reflektor in Erscheinung. Allerdings brauchen die Sender schon ordentlich Power für diese Strecke. Dafür kann man dann aber Stationen aus aller Welt hören.Tritt nur im VHF und UHF Bereich auf.

Lightning Scatter: Tritt nur sehr selten bei sehr heftigen Gewittern auf. Mittelwellen Dxer berichten manchmal von diesem Phänomen. In der Theorie werden dabei die Radiowellen an den Ionenkanälen die bei den Blitzen entstehen zurückgeworfen. Da aber die elektrischen Entladungen den Mittelwellenempfang stark stören, sind die Empfangsbedingungen bei Gewitter auf der Mittelwelle alles anderes als Ideal.

Rain Scatter: Bei sehr starkem Regenschauern können sehr hohe UHF Frequenzen an einer Regenwand zurückgeworfen werden. Auch starker Hagel oder Graupel läßt diesen sehr seltenen Effekt entstehen. Bei Schnee tritt dieser jedoch nicht auf.

TEP: Transequatorial Propagation. Diese Nord/Süd Öffnung tritt bei hoher Sonnenfleckenzahl recht häufig im Sommer im oberen Kurzwellenbereich auf. Dabei herscht eine sehr hohe Ionendichte in der F2-Schicht über dem Äquator die Reichweiten bis zu 6000 km ermöglicht. Allerdings tritt dieser Effekt nicht überall gleich häufig auf, Verbingungen zwischen Japan und Australien oder der Karibik und Südamerika sind recht häufig, jedoch zwischen Europa und Südafrika sehr selten.

FAI: Field Alignment Irregulations. Diese im Sommer auftretenden Unregelmäßigkeiten des Erdmagnetfeldes werden gerne von Amateurfunkern im VHF Bereich genutzt. Dabei trift das gesendete Signal in einem stumpfem Winkel auf eine Feldlinie und wird etwas weniger stumpf zurückgeworfen. Die erreichten Distanzen sind nicht besonders groß, aber weiter als ein Amateurfunker in diesem Bereich normalerweise kommt. (zB sehr nützlich um jemanden zu erreichen der durch einen Berg abgeschirmt wird)


Aufbau von Rundfunksignalen

Am einfachsten zu erklären sind die Amplitudenmodulierten Sender auf der Lang, Mittel und Kurzwelle:


Am weitesten verbreitet ist die klassische Amplitudenmodulation welche die meisten Rundfunksender einsetzen. Dabei wird das Nutzsignal auf den Träger moduliert wodurch zwei Mischprodukte entstehen an fTräger + fNutz sowie an fTräger - fNutz. Dadurch entsteht das obere und das untere Seitenband. Da die AM Frequenzbereiche nicht sehr groß sind und diese sehr große Reichweiten haben, werden die Audionutzsignale stark beschnitten: auf der Kurzwelle von 30 Hz bis 2,5 kHz, auf der Mittel und Langwelle von 30 Hz bis 4,5 kHz, sowie bei den nordamerikanischen
Mittelwellenfrequenzen von 30 Hz bis 5 kHz. Dadurch ergibt sich eine Bandbreite (und damit auch Kanalraster) von 5 kHz, auf der Lang und Mittelwelle von 9 kHz, bzw in USA / Kanada/ Mexico von 10 kHz. Um weiter Bandbreite zu sparen würde es reichen wenn man nur das obere oder das untere Seitenband abstrahlen würde, da beide identische Informationen enthalten. Dies hat sich aber leider nie richtig bei den Radiostationen durchgesetzt, da der durchschnittliche Radiohörer damit überfordert ist das richtige Seitenband für den Radiosender einzustellen (Bei falsch eingestelltem Seitenband verwandeln sich die Stimmen in Mickey Mouse Stimmen). Daher ist SSB fast nur bei Amateuerfunkern und anderen Funkdiensten anzutreffen. Wenn ein USB und ein LSB Programm gleichzeitig über eine Antenne abgestrahlt werden nennt man dieses Dual Sideband (DSB). Dies wird aber kaum praktiziert.

Ein UKW Stereorundfunksignal ist wie folgt aufgebaut

Dieser doch etwas komplizierte Aufbau ist nach und nach entstanden. In der Angangszeit des UKW Radios (Mitte der 50er Jahre) wurde nur Mono gesendet.Um die Höhen des Nutzsignals vor athmospärischen Störungen zu schützen werden diese im Sender mit einer 50µs Emphasis angehoben. Im Radio befindet sich eine 50µs Deemphasis Stufe (ein einfaches RC Glied) die die Höhen wieder auf den ursprünglichen Level absenkt. Als man jedoch beschloß in Stereo zu senden (ca Mitte der 60er Jahre) musste man mit den bestehenden Monoradios kompatibel bleiben. Daher werden heutzutage der linke und der rechte Kanal zusammengemischt damit man auch noch mit einem Monoradio beide Kanäle zu hören bekommt. Um Stereosendungen als solche zu kennzeichnen wird dem Audiosignal ein 19kHz Ton beigemischt. Wie bekommt das Radio aber aus den gemischten Kanälen wieder zwei getrennte Kanäle für links und rechts ? Ganz einfach: Es wird zusätzlich noch ein sogenanntes Differenzsignal (L-R) mitgesendet. Dies wird im Radio über Summier und Addierstufen wieder in den linken und rechten Kanal getrennt: L+R + L-R = 2L sowie L+R - L-R = 2R. Das Differenzsignal wird an dem doppelten Pilotsignal (2*19kHz = 38kHz) mit unterdrücktem Träger Amplitudenmoduliert. Diese sogenannte Multiplexsignal wir dann auf den FM Modulator gegeben. 1974 ist dann noch der ARI Träger (Autofahrer Rundfunk Informationssystem) dazugekommen. Damit wurden die Verkehrsfunksender gekennzeichnet. Zusätzlich wurden die Zuständigkeitsgebiet des Radiosenders gekennzeichnet: Die BRD war in 6 Zonen aufgeteilt (A-F), diese hatten alle eine andere Kennfrequenz die auf den ARI Träger ständig AM  moduliert wurde (A: 23,750 Hz ... F: 53,977 Hz). Wärend der Verkehrsfunkdurchsage wurde zusätzlich ein 125Hz Signal aufmoduliert. Mittlerweile wurde ARI weitgehend durch das digitale RDS (Radio Data System) ersetzt, welches weitere Dienste, wie Radiotext, Alternativfrequenzen, Programmartkennung, etc bieten kann. Zum 31.03.2005 sollen alle ARI Sender auf RDS umgestellt sein.

Filtertausch

Wer errinnert sich nicht an die Zeiten als man noch mit jedem halbwegs vernüftigem Radio auch die UKW Radioprogramme der weiter entfernten angrenzenden Bundesländer empfangen konnte? Hier in Ostniedersachsen waren Ende der 80er / Anfang der 90er Jahre noch recht gut die Programme des WDR und des HR zu empfangen. Heutzutage sind jedoch die meisten der damals freien Frequenzen mit den Privatsendern oder den Füllsendern der Öffentlich Rechtlichen verstopft, so daß man schon einen hochwertigen PLL Empfänger (wie zB die Sangean Radios ATS-909 oder PR-D3L) braucht um diese Sender in schlechter Qualität zu empfangen. Man kann zwar mit einer hochwertigen UKW Dachantenne (7-Element Yagi oder besser) und einem Antennenrotor die Störsender ausblenden, was zu einem gutem Empfang führt, aber diese Lösung ist erstens recht teuer und zweitens nicht portabel. Es gibt aber auch noch eine einfache und recht günstige Methode um den UKW Empfang deutlich zu verbessern: Die vorhandenen UKW ZF Keramikfilter durch schmalere zu ersetzen. Im Gegensatz zu den alten Geradeausempfängern (Das sind die mit analoger Skala und Drehabstimmung) wird bei heutigen Empfängern die Empfangsfrequenz in eine einheitliche Zwischenfrequenz (ZF) umgesetzt um eine genauere Abstimmung zu ermöglichen. Um die ZF Frequenz von 10,7 MHz zu erzeugen schwingt ein Oszillator 10,7 MHz über der eingestellten Empfangsfrequenz. Das Signal von der Antenne wird zusammen mit dem Oszillatorsignal auf eine Mischstufe gegeben die dann die ZF erzeugt (fZF=fO-fE). Danach muß das ZF Signal noch begrenzt werden, da sonst nur der stärkste Sender zu hören wäre. Früher wurde dies mit Bandpässen aus Spulen und Kondensatoren realisiert, heute jedoch kommen hauptsächlich die günstigeren und qualitativ besseren Keramikfilter zu Einsatz. Die Güte des Radios hängt jedoch stark von der Bandbreite der verwendeten Filter ab, doch da fast alle Hersteller sparen wo es nur geht werden fast in alle Radios nur die günstigen breiten Filter mit einer 3dB Bandbreite von 280 kHz oder gar 320 kHz verbaut. Selbst Sangean verwendet bei seinen Spitzenmodellen nur 230 kHz Filter. Um verständlicher zu machen was die Bandbreite des Filters mit den Empfangseigenschaften des Radios zu tun hat hilft vielleicht folgende Zeichnung:

Die horizontalen schwarzen Striche stellen die FM Schwelle dar, die vertikalen roten Striche die eingestelle Empfangsfrequenz. Die ZF Durchlasskurven wurden eingezeichnet um die Dämpfung darzustellen. Die Dämpfung wird also von der Abstimmfrequenz zu beiden Seiten hin größer. Mit dem breitem Standartfilter wird man den Sender B nicht hören können, da immer entweder Sender A oder C zu stark stören. Mit dem schmalem Filter hört man den Sender B zumindest in Mono weil zwar das Stereo Differenzsignal stark gedämpft wird, aber auch der Störsender A sehr gut ausgeblendet wird.
Der Filtertausch geht recht einfach von statten: Alten Filter auslöten - Neuen Filter einlöten - Fertig. Wer mag kann noch den Eingangswiderstand vor dem Filter durch einen etwas kleineren ersetzen, dies wirkt der Dämpfung etwas entgegen.
Diese Filter sind recht günstig zu bekommen, ein 10,7 MHz Filter mit 150 kHz Bandbreite kostet ca 1 Euro, mit 110 kHz Bandbreite ca 1,10 Euro und mit 80 kHz Bandbreite ungefähr 4,20 Euro. Wer viel Wert auf RDS legt sollte sollte keine Filter unter 120 kHz Bandbreite verwenden, wem ein sauberer Stereoton wichtig ist der sollte keine Filter unter 100 kHz Bandbreite verbauen. Dies betrifft aber nur die schwächeren Sender, die Ortsender kommen selbst mit 80 kHz Filtern in sauberem Stereo und mit RDS.
Auch die 460 kHz AM ZF Filter kann man austauschen um die Trennschärfe zu erhöhen. Wenn ein 6kHz breiter AM Filter durch einen 4kHz breiten ersetzt wird sollten sich einige Stationen mehr auf der Lang, Mittel und Kurzwelle finden lassen und die vorhandenen Stationen mit weniger Störungen empfangen. Allerdings leidet der Frequenzgang etwas darunter und man muß hier beim Löten sehr vorsichtig sein, da diese sehr wärmeempfindlich sind.