Funk

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Funktechnik oder Funk ist eine Bezeichnung für die Methode, Signale aller Art mit Hilfe modulierter elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich (Radiowellen) drahtlos zu übertragen.
Eine Form der drahtgebundenen Nachrichtenübertragung dieser Signale ist die sogenannte Trägerfrequenztechnik.
Anwendungen in Industrie und Medizin, die Hochfrequenz nur als Werkzeug einsetzen (wie z. B. Härte- und Schmelzöfen oder Therapiegeräte), verwenden dagegen in der Regel unmodulierte Radiowellen ohne aufgeprägte Informationen und werden deshalb nicht der Funktechnik zugeordnet.
== Geschichte und Begriffsherkunft
Die Existenz von Radiowellen wurde 1864 von James Clerk Maxwell auf Grund theoretischer Überlegungen vorhergesagt und am 11. November 1886 von Heinrich Hertz zum ersten Mal experimentell bestätigt.
Der Name "Funk" geht auf den Begriff Funke zurück.
Die ersten Sendeanlagen arbeiteten mit Funkenstrecken - durch die starken, oberwellenreichen Strom- und Spannungsimpulse entstanden hierbei auch die gewünschten Funkwellen.
Die erste Funkverbindung gelang Guglielmo Marconi 1895 mit einem Knallfunkensender und dem Nachbau eines Empfängers von Alexander Stepanowitsch Popow über eine Entfernung von etwa fünf Kilometern.
Diese Pioniere der Funktechnik gelten heute als die ersten Funkamateure.
Der Physiker Ferdinand Braun bekam 1909 den Nobelpreis für Physik für seinen Beitrag zur Entwicklung der Telegrafie per Funk.
Er teilte sich den Preis mit Marconi, dem die praktische Umsetzung und die erste transatlantische Funkübertragung gelang.
Braun hatte am 20. September 1898 eine erste drahtlose Nachrichtenübermittlung am Physikalischen Institut in Straßburg aufgebaut, die kurz darauf 30 km bis in den Vogesenort Mutzig reichte.
Marconi errichtete 1897 die erste kabellose Verbindung über den Bristolkanal, und im gleichen Jahr errichtete Braun von Cuxhaven aus eine 3 km bis zur Kugelbake reichende Funkverbindung.
Am 24. September 1900 wurde eine solche Verbindung über die 62 km lange Strecke Cuxhaven-Helgoland geschaffen.
Am 12. Dezember 1901 gelang die erste transatlantische Funkübertragung zwischen Poldhu (Halbinsel The Lizard, Cornwall) und St. John's (Neufundland).
Diese primitive und heute unerwünschte Erzeugung von Funkwellen erlaubte nur Nachrichtenübermittlung durch Morsezeichen, beispielsweise von der Großfunkstelle Nauen zu den Schiffen der kaiserlichen Marine oder zu den Funkstationen in Deutsch-Südwestafrika.
Erst nach der Entdeckung der Oszillatorschaltung mit einer Elektronenröhre durch Alexander Meißner und die darauf aufbauenden Entwicklungen nach 1913 konnten weitere Modulationsarten entwickelt werden.
Voraussetzung dafür ist eine zunächst konstante Ausgangsleistung, die bei Übertragung von Ton, Bild und später auch Daten gezielt geändert werden kann.
Die erste Sprachnachricht wurde im Jahr 1900 von Reginald Fessenden gesendet.
Die erste Rundfunkübertragung fand zum Weihnachtsfest 1906 statt.
Fessenden las die Weihnachtsgeschichte aus der Bibel vor.
Die Übertragung war in 500 Metern Umkreis zu empfangen.
== Allgemeines
Die Funktechnik basiert auf der Tatsache, dass man ein Trägersignal (elektromagnetische Welle) - eine zunächst sinusförmige Wechselspannung konstanter Amplitude - mittels einer Modulationsart durch ein Nachrichtensignal gezielt verändern kann.
Dabei wird beispielsweise die Frequenz oder die Amplitude der Wechselspannung im Rhythmus des Signals geändert.
Die modulierte Welle wird über eine Antenne abgestrahlt und auf der Empfängerseite durch eine weitere Antenne empfangen.
Durch Demodulation wird die ursprüngliche Nachricht wiedergewonnen und kann dann hörbar oder sichtbar (Fernsehen) gemacht oder anders weiterverarbeitet werden.
Der Vorteil gegenüber konkurrierenden Übertragungsarten ist, dass
Nachteilig ist, dass
Beim Hörfunk und Fernsehen sendet ein Teilnehmer, der Radio- oder Fernsehsender, und alle anderen Teilnehmer auf diesem Kanal empfangen nur, ohne selbst zu senden.
Die Übertragung ist unidirektional - sie geht nur in eine Richtung.
Beim Sprechfunk oder beim Morsen senden mehrere Personen abwechselnd auf demselben Kanal (meist einer Frequenz oder einem Frequenzpaar), so dass Kommunikation in beide Richtungen möglich ist.
Im Gegensatz zur unidirektionalen Übertragung (z. B. Rundfunk) ist so ein Informationsfluss in beiden Richtungen möglich.
Neben Morsesignalen und Sprache werden auch stehende und bewegte Bilder, zum Beispiel Wettersatellitenbilder oder Fernsehen, und Daten aller Art übertragen.
In der jüngeren Geschichte der Funktechnik werden häufig direkt von den Geräten Kommunikationsprotokolle wie GSM, UMTS (beides für Mobiltelefone), IEEE 802.11 (drahtloses Computernetzwerk) oder Bluetooth (drahtlose Kommunikation mit digitalen Peripheriegeräten) verwendet.
Obwohl sich die Technik heutzutage stark von der von 1920 unterscheidet, erhielt sich der namensgebende Wortbestandteil Funk in Begriffen wie Rundfunk, Mobilfunk, Hörfunk usw. sowie im Firmennamen Telefunken bis heute.
Eine neue Entwicklung der Funktechnik wurde durch extrem energiesparende Miniaturisierung möglich: batterielose Funktechnik für die Anwendung in Schaltern und Sensoren.
Auch bei der Vernetzung verschiedenartiger Geräte wird die batterielose Funktechnik bereits eingesetzt.
Die für den Sendeprozess erforderliche Energie wird dabei durch Energy Harvesting aus der Umgebung gewonnen (z. B. aus Tastendruck, Temperaturdifferenz, Licht oder Vibrationen).
== Probleme und Störungen
Da sich elektromagnetische Wellen oberhalb etwa 60 MHz physikalisch gesehen quasioptisch ausbreiten, werden Relaisstationen benötigt, wenn um den Erdball (Kugel) gefunkt werden soll.
Diese Aufgabe übernehmen heutzutage z. B. Satelliten.
Gase (Erdatmosphäre) können den Signalweg beeinträchtigen.
Dabei kommt es zu einer Vielzahl von Effekten, die von der benutzten Frequenz, der Dichte des Gases, der Ionisation und der Schichtung im Signalweg abhängig ist.
Eine Übertragung durch flüssige und feste Medien führt zu einer starken Dämpfung des Signals.
Bei Frequenzen größer als etwa 100 MHz treten zunehmend Störungen durch Reflexionen an Mauerwerk, Metallbauwerken, Drähten oder Türmen auf.
Die Reflexionen führen zu zeitlich versetztem Doppelempfang mit Signalverfälschungen und Gruppenlaufzeitverzerrungen.
Es kommt zu teilweiser oder vollständiger Auslöschung gegenphasiger Signalanteile.
Die Bewegungen von Sende- oder Empfangsantenne oder anderen Objekten im Signalweg können die Übertragung beeinträchtigen (Anwendung beim Passivradar und in Radar-Bewegungsmeldern!).
Es kommt zu Geisterbildern beim Fernsehempfang und zu Problemen bei der GPS-Nutzung.
Effekte bei der drahtlosen Ausbreitung in der Erdatmosphäre
Durch die Auswahl der Modulationsart und der Betriebsart lassen sich viele Störungen erheblich vermindern.
== Anwendungen
Es gibt zahlreiche Anwendungen der Funktechnik, amtlich werden sie in Funkdienste eingeteilt.
Beispiele sind:
Je nach deren Bedürfnissen kommen vielfältige technische und organisatorische Formen zum Einsatz wie

Klexikon (einfache Sprache):
Als Funk oder Funktechnik bezeichnet man es, wenn mit Hilfe von besonderen Wellen Signale drahtlos übertragen werden.
Man braucht dabei also keine Kabelverbindung.
Diese Wellen nennt man Funkwellen oder Radiowellen.
Man kann sie nur mit Messgeräten sichtbar machen.
Es sind Schwingungen von elektrischen Feldern und von Magnetfeldern, die wir nicht sehen können.
Wissenschaftler sprechen deshalb auch von elektromagnetischen Wellen.
Die Funkübertragung geht ohne eine Kabelverbindung einfach durch die Luft und zum Teil über sehr große Entfernungen.
Das macht sie sehr vielseitig verwendbar.
Wir kennen Funkwellen von der Rundfunkübertragung, also Radio und Fernsehen.
Auch schnurlose Telefone und Handys nutzen die Funktechnik oder Computer im WLAN-Netz.
Für Radargeräte benötigt man sie genauso wie für die Sensoren der Einparkhilfe in manchen Autos.
== Was braucht man alles für eine Funkübertragung?
Für die Funktechnik müssen Signale umgewandelt werden.
Das können zum Beispiel einfache Pieps-Töne sein, die Stellung von den Hebeln einer Fernbedienung, aber auch ganze Spielfilme.
Hierzu wird eine gleichmäßig schwingende Welle mit technischen Geräten nach einem bestimmten Verfahren verändert.
Man verändert dann entweder die Höhe der Wellenberge oder den Abstand zwischen den einzelnen Wellenbergen.
Das nennt man auch modulieren.
Die modulierte Welle wird nun an einen Sender weitergeleitet.
Dieser Sender strahlt dann das Signal als elektromagnetische Welle in seine Umgebung ab.
Irgendwo kann dann ein Empfänger diese Strahlung über eine Antenne empfangen.
Die modulierte Welle muss nun wieder in die ursprünglichen Signale zurückverwandelt werden.
Dazu muss der Empfänger natürlich das Verfahren kennen, mit dem beim Sender moduliert wurde.
Bei einem ferngesteuerten Auto müssen zum Beispiel der Empfänger am Auto und der Sender der Fernsteuerung genau zueinander passen.