Mikrowellen sind ein Teil der Radiowellen, keine davon getrennte Energieform. Beide sind elektromagnetische Wellen. Welche Frequenzen als Mikrowellen bezeichnet werden, hängt von der Konvention ab: häufig ungefähr 300 MHz bis 300 GHz, teils mit einer Untergrenze um 1 GHz. Die Gemeinsamkeiten bedeuten nicht, dass alle Frequenzen dieselben Ausbreitungsverluste haben.
1. Elektrische und magnetische Felder
Eine sich ausbreitende Welle besitzt elektrische und magnetische Feldanteile. Eine ideale ebene Welle im freien Raum ist transversal. In Leitungen und im Nahfeld einer Antenne können die Feldverhältnisse anders sein.
Radio und Mikrowelle beschreiben Frequenzbereiche, keine unterschiedliche Herkunft der Felder. Antennen und Quellen werden passend zum jeweiligen Bereich gebaut.
2. Gleiche Geschwindigkeit im Vakuum
Im Vakuum gilt für beide c = 299.792.458 m/s, also ungefähr 300.000 km/s. Eine höhere Frequenz macht eine Vakuumwelle nicht schneller. Frequenz und Wellenlänge sind durch λ = c/f verknüpft.
| Frequenz | Freiraumwellenlänge ungefähr |
|---|---|
| 100 MHz | 3 m |
| 2,4 GHz | 12,5 cm |
| 10 GHz | 3 cm |
| 60 GHz | 5 mm |
In Materialien hängt die Ausbreitung von deren Eigenschaften ab. In einem Hohlleiter sind Phasen- und Gruppengeschwindigkeit zu unterscheiden. Eine Phase kann dort schneller als c laufen, ohne Information überlichtschnell zu transportieren.
3. Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz
Beide Bereiche folgen denselben elektromagnetischen Grundgesetzen. Das Ergebnis hängt von Wellenlänge, Polarisation, Material und Geometrie ab. Eine Öffnung oder Kante, die für eine Frequenz klein ist, kann bei einer anderen elektrisch groß sein.
Für Kupfer gilt kein universeller Reflexionsgrad von exakt 99%. Frequenz, Leitfähigkeit, Dicke, Einfallswinkel und Oberfläche beeinflussen die Randbedingungen. Auch ein Hindernis wird nicht bei jeder Radiofrequenz gleich gut umgangen.
4. Ausbreitung bedeutet nicht verlustfreie Übertragung
Die empfangene Leistung nimmt im freien Raum mit wachsendem Abstand ab, weil sich Energie räumlich verteilt. Absorption im Medium ist ein zusätzlicher Mechanismus. Reflexionen, Abschattung und Polarisation verändern die Verbindung weiter.
Für ein ideales Fernfeld-Linkbudget gilt LFS = 20 log10(4πr/λ). Bei festgehaltenen Antennengewinnen erhöht eine höhere Frequenz diesen Verlustterm. Bei gleicher physischer Apertur können sich die Gewinne ebenfalls ändern; die Vergleichsbedingung muss genannt werden.
Atmosphärische Gase und Regen wirken frequenzabhängig. Die Sauerstoffabsorption um 60 GHz ist nicht derselbe Mechanismus wie die Wirkung der Ionosphäre auf Kurzwellen. Aus einer Frequenz allein folgt deshalb keine universelle Reichweite.
5. Beide können Informationen tragen
Modulation verändert beispielsweise Amplitude, Phase oder Frequenz eines Signals. Sowohl klassische analoge als auch digitale Verfahren können in unterschiedlichen Funkbändern eingesetzt werden. Ein 100-MHz-UKW-Dienst und ein 2,4-GHz-WLAN unterscheiden sich in System und Spektrum, nicht in grundlegenden Naturgesetzen.
Datenrate ist nicht die Trägerfrequenz. Nutzbandbreite, Signalqualität, Codierung und gemeinsam genutzte Ressourcen bestimmen den erreichbaren Durchsatz mit.
Was „nicht ionisierend“ bedeutet
Die Energie eines einzelnen Photons ist E = hf und liegt in diesen Bereichen weit unter typischen Ionisationsenergien. Das bedeutet nicht, dass beliebig hohe Feldstärken folgenlos wären: absorbierte RF-Leistung kann erwärmen. Frequenz und Exposition sind getrennte Angaben.
Praktische Konsequenz für eine Verbindung
Wählen Sie Frequenz und Antenne nach Dienst, freiem Weg, Bandbreite und Umgebungsbedingungen. Die gemeinsame Wellenphysik erklärt das Verhalten; ein tatsächliches Linkbudget und Messungen bewerten den konkreten Aufbau.
Grundlagen bieten NASA zu Radiowellen und NASA zu Mikrowellen. Den idealisierten Empfang beschreibt die Friis-Gleichung.
