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Radio ist die Technologie zur Signalisierung und Kommunikation über Funkwellen. Radiowellen sind elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz zwischen 30 Hertz (Hz) und 300 Gigahertz (GHz). Sie werden von einem elektronischen Gerät erzeugt, das als Sender bezeichnet wird und an eine Antenne angeschlossen ist, die die Wellen ausstrahlt, und von einem Funkempfänger empfangen, der an eine andere Antenne angeschlossen ist. Radio ist in der modernen Technologie, in der Funkkommunikation, im Radar, in der Funknavigation, in der Fernbedienung, in der Fernerkundung und in anderen Anwendungen sehr verbreitet. Bei der Funkkommunikation, die unter anderem für Rundfunk- und Fernsehsendungen, Mobiltelefone, Funkgeräte, drahtlose Netzwerke und Satellitenkommunikation verwendet wird, werden Funkwellen verwendet, um Informationen durch Modulation des Funksignals vom Sender zum Empfänger über den Raum zu übertragen (Einprägen eines Informationssignals auf die Funkwelle durch Variieren eines Aspekts der Welle) im Sender. Beim Radar, der zum Lokalisieren und Verfolgen von Objekten wie Flugzeugen, Schiffen, Raumfahrzeugen und Raketen verwendet wird, wird ein von einem Radarsender ausgesendeter Strahl von Radiowellen vom Zielobjekt reflektiert, und die reflektierten Wellen zeigen den Standort des Objekts. In Funknavigationssystemen wie GPS und VOR empfängt ein mobiler Empfänger Funksignale von Navigationsfunkbaken, deren Position bekannt ist, und durch genaue Messung der Ankunftszeit der Funkwellen kann der Empfänger seine Position auf der Erde berechnen. In drahtlosen Funkfernbedienungsgeräten wie Drohnen, Garagentoröffnern und schlüssellosen Zugangssystemen steuern Funksignale, die von einem Steuergerät übertragen werden, die Aktionen eines Fernbedienungsgeräts.
Anwendungen von Funkwellen, bei denen die Wellen nicht über große Entfernungen übertragen werden, wie HF-Erwärmung, die in industriellen Prozessen und Mikrowellenherden verwendet wird, und medizinische Anwendungen wie Diathermie- und MRT-Geräte werden normalerweise nicht als Funk bezeichnet. Das Substantiv Radio wird auch verwendet, um einen Rundfunkempfänger zu bezeichnen.
Radiowellen wurden erstmals 1886 vom deutschen Physiker Heinrich Hertz identifiziert und untersucht. Die ersten praktischen Funksender und -empfänger wurden um 1895/96 vom Italiener Guglielmo Marconi entwickelt, und um 1900 wurde die kommerzielle Nutzung des Funkgeräts begonnen Die Emission von Funkwellen ist streng gesetzlich geregelt und wird von einer internationalen Organisation namens International Telecommunications Union (ITU) koordiniert, die Frequenzbänder im Funkspektrum für verschiedene Zwecke zuweist.
Radiowellen werden durch elektrische Ladungen abgestrahlt, die beschleunigt werden. Sie werden künstlich durch zeitlich veränderliche elektrische Ströme erzeugt, die aus Elektronen bestehen, die in einem als Antenne bezeichneten Metallleiter hin und her fließen und so beschleunigen. Bei der Übertragung erzeugt ein Sender einen Wechselstrom mit Hochfrequenz, der an eine Antenne angelegt wird. Die Antenne strahlt die Leistung im Strom als Funkwellen ab. Wenn die Wellen auf die Antenne eines Funkempfängers treffen, drücken sie die Elektronen im Metall hin und her und induzieren einen winzigen Wechselstrom. Der an die Empfangsantenne angeschlossene Funkempfänger erkennt diesen oszillierenden Strom und verstärkt ihn.
Wenn sie sich weiter von der Sendeantenne entfernen, breiten sich Funkwellen aus, sodass ihre Signalstärke (Intensität in Watt pro Quadratmeter) abnimmt, sodass Funkübertragungen nur in einem begrenzten Bereich des Senders empfangen werden können, wobei die Entfernung von der Sendeleistung abhängt. Antennenstrahlungsmuster, Empfängerempfindlichkeit, Geräuschpegel und Vorhandensein von Hindernissen zwischen Sender und Empfänger. Eine Rundstrahlantenne sendet oder empfängt Funkwellen in alle Richtungen, während eine Richtantenne oder eine Antenne mit hoher Verstärkung Funkwellen in einem Strahl in einer bestimmten Richtung sendet oder Wellen nur aus einer Richtung empfängt.
Radiowellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch ein Vakuum und in Luft sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Die Wellenlänge einer Radiowelle, der Abstand in Metern zwischen benachbarten Wellenbergen, ist umgekehrt proportional zu ihrer Frequenz.
Die anderen Arten von elektromagnetischen Wellen neben Radiowellen; Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlen können ebenfalls Informationen übertragen und für die Kommunikation verwendet werden. Die breite Verwendung von Funkwellen für die Telekommunikation beruht hauptsächlich auf ihren wünschenswerten Ausbreitungseigenschaften, die sich aus ihrer großen Wellenlänge ergeben. Radiowellen können die Atmosphäre, das Laub und die meisten Baumaterialien durchdringen und sich durch Beugung um Hindernisse biegen. Im Gegensatz zu anderen elektromagnetischen Wellen werden sie eher gestreut als von Objekten absorbiert, die größer als ihre Wellenlänge sind.
Eine modulierte Funkwelle, die ein Informationssignal trägt, belegt einen Frequenzbereich. Siehe Zeichnung. Die Information (Modulation) in einem Funksignal wird normalerweise in schmalen Frequenzbändern konzentriert, die als Seitenbänder (SB) direkt über und unter der Trägerfrequenz bezeichnet werden. Die Breite des Frequenzbereichs, den das Funksignal einnimmt, in Hertz, der höchsten Frequenz minus der niedrigsten Frequenz, wird als Bandbreite (BW) bezeichnet. Für jedes gegebene Signal-Rausch-Verhältnis kann eine Bandbreite dieselbe Informationsmenge (Datenrate in Bit pro Sekunde) übertragen, unabhängig davon, wo sie sich im Hochfrequenzspektrum befindet, sodass die Bandbreite ein Maß für die Informationstransport ist Kapazität. Die für eine Funkübertragung erforderliche Bandbreite hängt von der Datenrate der gesendeten Information (Modulationssignal) und der spektralen Effizienz des verwendeten Modulationsverfahrens ab. Wie viele Daten können in jedem Kilohertz Bandbreite übertragen werden? Verschiedene Arten von Informationssignalen, die vom Funk übertragen werden, haben unterschiedliche Datenraten. Beispielsweise hat ein Fernseh- (Video-) Signal eine größere Datenrate als ein Audiosignal.
Das Funkspektrum, der Gesamtbereich der Funkfrequenzen, die für die Kommunikation in einem bestimmten Gebiet verwendet werden können, ist eine begrenzte Ressource. Jede Funkübertragung belegt einen Teil der insgesamt verfügbaren Bandbreite. Die Funkbandbreite wird als wirtschaftliches Gut angesehen, das monetäre Kosten verursacht und zunehmend nachgefragt wird. In einigen Teilen des Funkspektrums wird das Recht, ein Frequenzband oder sogar einen einzelnen Funkkanal zu nutzen, für Millionen von Dollar gekauft und verkauft. Es besteht daher ein Anreiz, Technologien einzusetzen, um die von Funkdiensten verwendete Bandbreite zu minimieren.
In den letzten Jahren gab es einen Übergang von analogen zu digitalen Funkübertragungstechnologien. Ein Grund dafür ist, dass die digitale Modulation häufig mehr Informationen (eine größere Datenrate) in einer bestimmten Bandbreite als die analoge Modulation übertragen kann, indem Datenkomprimierungsalgorithmen verwendet werden, die die Redundanz der zu sendenden Daten verringern, und eine effizientere Modulation. Andere Gründe für den Übergang sind, dass die digitale Modulation eine größere Störfestigkeit aufweist als analoge, digitale Signalverarbeitungs-Chips mehr Leistung und Flexibilität als analoge Schaltungen aufweisen und eine Vielzahl von Arten von Informationen unter Verwendung derselben digitalen Modulation übertragen werden können.
Da es sich um eine feste Ressource handelt, die von immer mehr Nutzern nachgefragt wird, ist das Funkspektrum in den letzten Jahrzehnten zunehmend überlastet, und die Notwendigkeit, es effektiver zu nutzen, treibt viele zusätzliche Funkinnovationen wie Bündelfunk-Systeme und Streuspektrum voran (Ultra-Breitband-) Übertragung, Frequenzwiederverwendung, Verwaltung des dynamischen Spektrums, Frequenzpooling und kognitives Radio.
Rundfunk ist die einseitige Übertragung von Informationen von einem Funksender an Empfänger eines öffentlichen Publikums. Da die Funkwellen mit der Entfernung schwächer werden, kann eine Rundfunkstation nur in einer begrenzten Entfernung von ihrem Sender empfangen werden. Systeme, die von Satelliten senden, können im Allgemeinen über ein ganzes Land oder einen ganzen Kontinent empfangen werden. Älteres terrestrisches Radio und Fernsehen wird von kommerzieller Werbung oder Regierungen bezahlt. Bei Abonnementsystemen wie Satellitenfernsehen und Satellitenradio zahlt der Kunde eine monatliche Gebühr. In diesen Systemen ist das Funksignal verschlüsselt und kann nur vom Empfänger entschlüsselt werden, der vom Unternehmen kontrolliert wird und deaktiviert werden kann, wenn der Kunde seine Rechnung nicht bezahlt.
Der Rundfunk verwendet je nach Art der übertragenen Signale und der gewünschten Zielgruppe mehrere Teile des Funkspektrums. Lang- und Mittelwellensignale können eine zuverlässige Abdeckung von Gebieten mit einem Durchmesser von mehreren hundert Kilometern ermöglichen, haben jedoch eine begrenzte Informationstragfähigkeit und funktionieren daher am besten mit Audiosignalen (Sprache und Musik). Die Klangqualität kann durch natürliche und künstliche Funkstörungen beeinträchtigt werden Quellen. Die Kurzwellenbänder haben eine größere Potentialreichweite, sind jedoch stärker Störungen durch entfernte Stationen und unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt, die den Empfang beeinflussen.
Im sehr hohen Frequenzband von mehr als 30 Megahertz hat die Erdatmosphäre einen geringeren Einfluss auf den Signalbereich, und die Ausbreitung der Sichtlinie wird zum Hauptmodus. Diese höheren Frequenzen ermöglichen die große Bandbreite, die für Fernsehsendungen erforderlich ist. Da bei diesen Frequenzen weniger natürliche und künstliche Geräuschquellen vorhanden sind, ist eine hochqualitative Audioübertragung mithilfe der Frequenzmodulation möglich.
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