Mikrowellen sind ein Teil der Radiowellen. Bei Übertragungswegen vergleicht man häufig Mikrowellensysteme mit Funk auf niedrigeren Frequenzen. Die nützlichen Unterschiede betreffen Ausbreitung, Antennen und Kommunikationsressourcen. Eine strikte Trennung in langsamen Funk und schnelle Mikrowellen ist falsch.
Frequenz, Bandbreite und Datenrate
Die Grenze des Begriffs Mikrowellen hängt von der Konvention ab. Häufig werden ungefähr 300 MHz–300 GHz oder eine Untergrenze von 1 GHz genannt. Radiowellen insgesamt enden deshalb nicht bei 300 MHz.
Trägerfrequenz, Bandbreite und Datenrate sind unterschiedliche Größen. Ein Träger bei 10 GHz bedeutet nicht 10 Gbit/s. Belegte Bandbreite wird in Hz, Bitrate in bit/s angegeben.
1. Ausbreitung und Hindernisse
Im Vakuum bewegen sich niedrigere Radiofrequenzen und Mikrowellen mit c, ungefähr 299.792.458 m/s. Nach λ = c/f beträgt die Wellenlänge bei 100 MHz etwa 3 m und bei 10 GHz etwa 3 cm.
Viele terrestrische Mikrowellenstrecken brauchen Sichtverbindung und ausreichende Fresnelzonenfreiheit. Beugung, Reflexion und Materialdurchgang hängen von Geometrie und elektrischen Eigenschaften ab. Niedrige Frequenzen durchdringen nicht jede Wand.
Metall und andere Flächen können beide reflektieren. Rauheit, Orientierung und Größe relativ zur Wellenlänge bestimmen die Wirkung. Eine Reflexion kann einen Pfad ermöglichen oder Mehrwegeausbreitung und Störungen verursachen.
Regen und atmosphärische Gase wirken frequenzabhängig. Sauerstoffabsorption um 60 GHz ist ein bestimmter Fall, keine identische Dämpfung aller Mikrowellen. Manche HF-Verbindungen nutzen unter anderen Bedingungen die Ionosphäre.
2. Antennen und Apertur
Bei gleicher physischer Apertur und geeigneter Effizienz ermöglicht eine kürzere Welle eine höhere Richtwirkung. Ein Reflektor oder Panel kann damit bei praktikabler Größe einen schmalen Strahl für eine feste Strecke liefern.
Es gibt jedoch Rundstrahler für Mikrowellen und gerichtete Yagi-Antennen oder Arrays bei niedrigeren Frequenzen. Mikrowelle bedeutet nicht zwangsläufig Parabolantenne und Funk nicht zwangsläufig Rundstrahler.
Im Fernfeld-Freiraummodell gilt LFS = 20 log10(4πr/λ). Bei festen Antennengewinnen wächst dieser Verlustterm mit der Frequenz. Bei festen physischen Aperturen ändern sich auch die Gewinne: Das ist ein anderer Vergleich.
3. Kanäle und Kapazität
Manche Mikrowellenbänder bieten breite Kanäle für Daten. Die Verfügbarkeit hängt von System und Frequenzplan ab. Modulation, Codierung, Rauschen, Störungen und Wiederverwendung bestimmen die nutzbare Kapazität.
Analoge und digitale Verfahren können in verschiedenen Bändern arbeiten. Eine niedrige Frequenz erzwingt kein analoges AM oder FM; eine hohe garantiert keine 10 Gbit/s.
Sprache, Bild, Messwerte oder andere Daten können entsprechend codiert werden. Vergleichen Sie Nutzverkehr unter Betriebsbedingungen, nicht nur den Maximalwert einer Schnittstelle. Wiederholungen und Überlastung beeinflussen den Dienst ebenfalls.
Signal, Sender und Verbindung
Das Signal ist die elektromagnetische Änderung; der Sender erzeugt sie und speist die Antenne. Die Verbindung umfasst beide Enden, Ausbreitung, Empfänger und Protokolle.
Terrestrische und satellitengestützte Wege können beide Mikrowellen nutzen. Höhere Verzögerung bestimmter Satellitenwege entsteht vor allem durch Entfernung und Netzstruktur, nicht durch langsamere Mikrowellen im Vakuum.
Eine Mikrowellenschranke verwendet die Veränderung eines Funkpfads zur Erkennung. Das ist eine Messaufgabe und keine eigene Art elektromagnetischer Welle. Aus ihrem Namen folgt keine allgemeine Datenrate.
Den Vergleich vorbereiten
| Bereich | Prüfung |
|---|---|
| Pfad | Hindernisse, Sicht und Reserve. |
| Dienst | Verfügbare Bänder und Kanäle. |
| Verkehr | Kapazität, Verzögerung und Verfügbarkeit. |
| Antenne | Diagramm, Gewinn und Ausrichtung. |
| Umgebung | Regen, Rauschen und Interferenz. |
Die NASA-Einführungen zu Radiowellen und Mikrowellen erklären das Spektrum. Entscheidend bleibt das Budget der konkreten Verbindung statt allgemeiner Wanddämpfungsprozente.
