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Файл:Немецкий язык для магистров технического профиля. Учебное пособие
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ni in Bologna erste Funkversuche durch. Er baute hierbei auf den
Entdeckungen von Heinrich Hertz, Alexander Stepanowitsch Popow und Édouard Branly auf. Am 24. März 1896 gelang Popow
auf funktechnischem Wege die Übertragung der Worte „Heinrich
Hertz“ während einer Demonstration vor der Russischen Physika-
lischen Gesellschaft.
Das 20. Jahrhundert ist durch eine starke Erweiterung des
Theoriegebäudes gekennzeichnet. Die klassische Elektrodynamik
von Maxwell wurde im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie
zur relativistischen Elektrodynamik erweitert. Mitte des 20. Jahrhunderts erfolgte, insbesondere durch Arbeiten des amerikanischen
Physikers Richard Feynman, die Erweiterung zu der Quantenelektrodynamik.
In der technischen Anwendung wurde 1897 von Ferdinand
Braun die Kathodenstrahlröhre entwickelt, die die Grundlage der
ersten Fernsehapparate darstellt. 1911 beobachtete der Niederländer Heike Kamerlingh Onnes als erster Mensch den Effekt der
Supraleitung. Mitte des XX. Jahrhunderts entwickelten Walter H.
Brattain, John Bardeen und William Shockley den Transistor, der
in den Folgejahren die Grundlage der ersten integrierten Schaltungen und der Computertechnik war.
Im heutigen Alltag ist Elektrizität im Sinne von elektrischer
Energie unentbehrlich, was dem Menschen meistens erst durch
Ausfälle von Versorgungsnetzen wieder bewusst wird. Allerdings
haben 1,4 Mrd. Menschen weltweit keinen Zugang zu elektrischer
Energie. Die Erzeugung dieses Energieträgers erfolgt fast immer in
Kraftwerken, die Verteilung erfolgt flächendeckend durch Unternehmen der Stromnetze. Seit über einem Jahrhundert bestimmen
Anwendungen von Elektrizität wie elektrisches Licht, Wärme und
Kraft mehr und mehr das menschliche Leben. Eine wesentliche
Bedeutung nimmt die Elektrizität im Bereich der Kommunikati-
onstechnologie und Informationstechnologie ein.
Elektrizität in natürlicher Form tritt neben Blitzen auch weniger spektakulär in Form einer Informationsübertragung in Ner-
vensystemen von Lebewesen auf. Dabei treten nur sehr kleine
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Spannungen auf. Elektrizität hat je nach Stärke auch unterschiedli-
che Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Für Stromunfälle ist die Stärke und die Einwirkdauer des elektrischen Stromes auf
den menschlichen Körper wesentlich. Elektrische Ströme ab zirka
30 mA können gefährlich sein und Atemlähmungen und Herzstill-
stand verursachen. Elektrischer Strom wird auch eingesetzt, um
Menschen gezielt zu töten, wie dieses etwa mit dem elektrischen
Stuhl geschieht.
Festkörper, die keine oder nur geringe elektrische Leitfähigkeit besitzen, werden nach ihrem Verhalten in elektrischen und
magnetischen Feldern eingeordnet. Ursache des unterschiedlichen
Verhaltens der Materie in einem Feld ist das Vorhandensein bzw.
Nichtvorhandensein von entsprechenden Dipolen und deren Verhalten. Dies wird durch die Verwendung der entsprechenden Vor-
silbe für beide Felder äquivalent beschrieben (vgl. Magnetismus
von Festkörpern).
Elektronische Bauelemente: Widerstände
Ein Widerstand ist eine kleine Komponente, die eine bestimmte Menge an Widerstand in einer elektronischen Schaltung
zu schaffen, angefertigt. Weil Widerstand ein wesentlicher Bestandteil fast jeder elektronischen Schaltung ist, werden Sie Wi-
derstände in nur verwenden, um jede Schaltung, die Sie zu bauen.
Obwohl die Widerstände in einer Vielzahl von Größen und
Formen, ist die häufigste Art von Widerstand für Hobby-Elektro-
nik die Kohlenstoff-Film resistor. Diese Widerstände bestehen aus
einer Kohlenstoffschicht auf einem isolierenden Material und enthielt in einem kleinen Zylinder mit Drahtleitungen an beiden Enden festgelegt sind. Der Widerstand selbst ist etwa 1/4 # 8243-
lang, und die Leitungen sind über einen Zoll lang, die ganze Sache
zu machen etwa 2-1 / 4 # 8243- lang.
Die Widerstände sind blind für die Polarität in einer Schal-
tung. So müssen Sie sich keine Sorgen um sie rückwärts zu instal-
lieren. Der Strom kann ebenso über einen Widerstand in beiden
Richtungen passieren.
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In schematischen Darstellungen wird ein Widerstand durch
eine gezackte Linie, wie die, die in den Rand gezeigt dargestellt. Der Widerstandswert wird in der Regel neben dem Wi-
derstandssymbol geschrieben. Darüber hinaus wird auch eine
Kennung wie R1 oder R2 manchmal neben dem Symbol geschrieben.
In einigen Schaltplänen, vor allem in Europa gezogen denen das Symbol am Rand gezeigt wird anstelle der gezackte
Linie verwendet.
Die Widerstände sind aus vielen Gründen in elektronischen
Schaltungen eingesetzt. Die drei beliebtesten sind:
Grenzstrom: Durch Einführen Widerstand in eine
Schaltung können die Widerstände der Strommenge zu be-
grenzen, dass die Schaltung fließt. In Übereinstimmung mit dem
Ohmschen Gesetz, wenn die Spannung in einer Schaltung gleich
bleibt, verringert sich der Strom, wenn man den Widerstand zu erhöhen.
Viele elektronische Bauteile haben Appetit auf Strom, der
durch die Widerstände geregelt werden müssen. Eines der bekanntesten sind Leuchtdioden (LEDs), die eine spezielle Art der Diode
sind, die sichtbares Licht, wenn Strom durch sie emittiert.
Leider LEDs wissen nicht, wann aus der Tabelle zu Schritt
weg, wenn es um raubend Strom kommt. Das ist, weil sie sehr wenig Innenwiderstand haben. Leider LEDs haben nicht viel Toleranz für Strom, so zu viel Strom sie durchbrennen.
Als Ergebnis ist es immer ratsam, – wesentliche, in der Tat einen Widerstand in Serie zu platzieren mit einer LED der LED
selbst, um zu verhindern verbrennen.
Sie können das Ohmsche Gesetz zu Ihrem Vorteil nutzen,
wenn Strombegrenzungswiderstände verwenden. Zum Beispiel,
wenn Sie wissen, was die Versorgungsspannung ist, und Sie wissen, wie viel Strom Sie benötigen, können Sie das Ohmsche Ge-
setz mit der rechten Widerstand zu bestimmen, für die Schaltung
zu verwenden.
Dividing Spannung: Sie können auch Widerstände ver-
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wenden Spannung auf ein Niveau zu reduzieren, die für bestimmte
Teile Ihrer Schaltung geeignet ist. Beispiel: Angenommen, Ihre
Schaltung durch eine 3 V-Batterie mit Strom versorgt wird, aber
ein Teil Ihrer Schaltung benötigt 1,5 V. Sie zwei Widerstände von
gleichem Wert verwenden könnte diese Spannung in zwei Hälften
geteilt, wodurch man 1,5 V.
Der Widerstand / Kondensator-Netzwerke: Widerstände
können mit Kondensatoren für eine Vielzahl von interessanten
Zwecke in Kombination verwendet werden.
RADIOTECHNIK
Radiowellen
Radiowellen, auch Funkwellen, oder Hertzsche Wellen sind
in Artikel 1.15 der Vollzugsordnung für den Funkdienst (VO
Funk) der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) als „elektromagnetische Wellen definiert, deren Frequenzen vereinbarungsgemäß
unterhalb 3000 GHz liegen, und die sich ohne künstliche Führung
im freien Raum ausbreiten.“
Dies umfasst zum einen die für den Rundfunk verwendeten
Frequenzbereiche Langwelle (ab 30 kHz), Mittelwelle, Kurzwelle
und Ultrakurzwelle (bis 300 MHz). Die Definition der VO-Funk
schließt darüber hinaus aber auch zu kürzeren Wellenlängen hin
die Radar- und Mikrowellen-Bereiche ein.
Radiowellen können natürlichen oder technischen Ursprungs
sein. Ihre Frequenz liegt weit außerhalb des Bereichs, in dem das
Auge empfindlich ist. Sie sind daher unsichtbar.
Geschichte. Die Existenz von Radiowellen wurde aus theoretischen Überlegungen heraus von James Clerk Maxwell vorhergesagt. 1887 wurden sie von Heinrich Hertz experimentell nachgewiesen.
Die Bezeichnungen Funkwellen und Rundfunk gehen darauf
zurück, dass erste Übertragungsversuche mithilfe von Funkenentladung an Hochspannungserzeugern gemacht wurden.
Technische Radiowellen. Die technisch genutzten Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums reichen von Längstwellen
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bis zur Terahertzstrahlung. Deren technische Verwendung ist in international vereinbarten Frequenzbändern geregelt.
Funk- bzw. Radiowellen werden für die leitungslose Übertragung von Sprache, Bildern und anderen Daten wie Zeitzeichen,
für den Rundfunk, zur Ortung oder Geländeabtastung (Radar) und
Navigation (GPS, Funkpeilung) verwendet.
Die zu übertragende Information wird bei der Nachrichten-
übertragung einer Trägerfrequenz durch Modulation aufgeprägt
und von der Sendeantenne als Welle abgestrahlt. In der Empfangsantenne werden durch die Radiowellen gleichartige Hochfrequenzsignale induziert, aus denen nach vorhergehender Ver-
stärkung die Information wieder demoduliert wird. Nur wegen der
Möglichkeit, ähnliche Nachrichten unabhängig voneinander mit
Sendern unterschiedlicher Trägerfrequenz zu übertragen, kann
man aus der großen Auswahl von gleichzeitig abgestrahlten Rundfunk- und Fernsehprogrammen auswählen. Nach dem gleichen
Grundprinzip ist es auch möglich, beim Telefon auf einem Draht
einige hundert Telefonate oder beim Kabelfernsehen mehrere Pro-
gramme gleichzeitig und ohne gegenseitige Störung zu übertragen.
Die Selektion der gewünschten Frequenzen erfolgt durch
Schwingkreise oder durch digitale Filterung.
Radiowellen werden auch zur Erwärmung (z.B. Trocknung,
Aushärtung, therapeutische Zwecke, wie Diathermie, oder bei
Mikrowellenherden) verwendet, indem man die bei der Absorption
entstehende Wärme nutzt.
Terahertzstrahlung wird ähnlich wie Röntgenstrahlung zur
„Durchleuchtung“ (Erkennung ansonsten unsichtbarer Strukturen
im Inneren von Körpern) benutzt, ist jedoch auf nichtmetallische
Körper beschränkt.
Vorkommen in der Natur. Die Erdatmosphäre ist eine
Quelle von Radiowellen. Eine Ursache dafür ist die Temperatur
der Atmosphäre selbst, die Radiowellen mit thermischem Spektrum verursacht. Eine weitere Quelle sind Elektronenübergänge
von Molekülen in der Luft, die z.B. thermisch oder optisch angeregt werden und unter Aussendung von Radiowellen in den
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Grundzustand zurückkehren, diese finden sich meistens im Mikrowellenband. Blitze erzeugen starke, transiente Radiowellen, die
man zu ihrer Ortung nutzen kann. Sie sind eine Ursache von
Sferics. Alle diese Radiowellen fasst man als atmosphärische Störungen zusammen. Sie tragen zum elektromagnetischen Rauschen
von Empfängern bei.
Viele Himmelskörper senden als Radioquellen Radiowellen
aus, diese sind der Forschungsgegenstand der Radioastronomie.
Die Sonne ist von der Erde aus die stärkste extraterrestrische Ra-
dioquelle; thermische und nichtthermische Radioemissionen der
Planeten werden ebenfalls untersucht, z.B. die elektromagnetischen Stürme des Jupiters. Die Strahlung des freien Wasserstoffs
in der Milchstraße bei einer Wellenlänge von 21 cm gibt u.a. Auf-
schluss über die Struktur der galaktischen Spiralarme. Andere bedeutende außerirdische Radioquellen sind beispielsweise die kos-
mische Hintergrundstrahlung, Supernovaüberreste und Pulsare,
Quasare, Radiogalaxien und aktive Galaxienkerne.
Radar
Radar [ʁaˈdaːʶ] ist die Abkürzungfür radio detection and
ranging (frei übersetzt „funkgestützte Ortung und Abstandsmes-
sung“) oder radiodirection and ranging (frei übersetzt „funkgestützte Richtungs- und Abstandsmessung“) zwischenzeitlich radio
aircraft detection and ranging (frei übersetzt „funkbasierte Flug-
zeugortung und -abstandsmessung“) und ist die Bezeichnung für
verschiedene Erkennungs- und Ortungsverfahren und -geräte auf
der Basis elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich
(Funkwellen). Der Begriff Radar hat in der Vergangenheit die ursprüngliche deutsche Bezeichnung Funkmeß ersetzt.
Ein Radargerät ist ein Gerät, das ein sogenanntes Primärsignal als gebündelte elektromagnetische Welle aussendet, die von
Objekten reflektierten Echos als Sekundärsignal empfängt und
nach verschiedenen Kriterien auswertet. So können Informationen
über die Objekte gewonnen werden. Meist handelt es sich um eine
Ortung (Bestimmung von Entfernung und Winkel). Es gibt je nach
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Einsatzzweck unterschiedliche Radarprinzipien wie das Wetterradar, das harmonische Radar und das Überhorizontradar.
Aus den empfangenen, vom Objekt reflektierten Wellen
können u.a. folgende Informationen gewonnen werden:
der Winkel bzw. die Richtung zum Objekt;
die Entfernung zum Objekt (aus der Zeitverschiebung zwi-
schen Senden und Empfangen);
die Relativbewegung zwischen Sender und Objekt – sie kann
durch den Doppler-Effekt aus der Verschiebung der Fre-
quenz des reflektierten Signals berechnet werden;
das Aneinanderreihen einzelner Messungen liefert die Weg-
strecke und die Absolutgeschwindigkeit des Objektes;
bei guter Auflösung des Radars können Konturen des Objek-
tes erkannt werden (z.B. der Flugzeugtyp) oder sogar Bilder
gewonnen werden (Erd- und Planetenerkundung).
Die sich ausbreitende elektromagnetische Welle des Radars
wird mitunter auch als Radarstrahlung bezeichnet. Man spricht
auch von einem Radarstrahl, insbesondere wenn die Abstrahlung
von dem Radargerät aufgrund des Antennenentwurfs weitgehend
gebündelt in eine Richtung erfolgt. Die Strahlungscharakteristik
der Antenne hat dann eine sogenannte Keulenform.
Da die Wellenlänge des Radars je nach Anwendung und
Stand der Technik im Bereich der Funkwellen im Kurz- bis Mikrowellenbereich liegt, wurde ursprünglich die Bezeichnung Funkmeßtechnik (kurz Funkmeß) verwendet. Sie wurde nach dem
Zweiten Weltkrieg in der Bundesrepublik Deutschland durch den
Begriff Radar ersetzt. In der DDR wurde in der Fachsprache weiterhin von Funkmeßtechnik gesprochen.
Geschichte des Radars
1886 stellte Heinrich Hertz beim experimentellen Nachweis
elektromagnetischer Wellen fest, dass Radiowellen an metallischen Gegenständen reflektiert werden.
Die ersten Versuche zur Ortung mit Hilfe von Radiowellen
führte der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer
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1904 durch. Er fand heraus, dass von Metallflächen zurückgeworfene elektrische Wellen verwendet werden können, um entfernte
metallische Objekte zu detektieren. Sein Telemobiloskop zur Er-
kennung von Schiffen gilt als Vorläufer heutiger Radarsysteme
und wurde am 30. April 1904 zum Patent angemeldet. Der Nutzen
der Radartechnik wurde jedoch zunächst nicht erkannt und so geriet die Erfindung vorläufig in Vergessenheit.
Entwicklung moderner Radarsysteme im Zweiten Weltkrieg. Der schottische Physiker Sir Robert Alexander Watson-
Watt, FRS FRAeS (1892 – 1973) gilt als einer der Erfinder des Radars. Watson-Watt war zunächst Assistent am Institut für Naturphilosophie des University College in Dundee, damals Teil der
Universität St Andrews. 1927 wurde er Direktor der 'Radio Research Station' in Ditton Park bei Slough. Ab 1936 war er Direktor
im Air Ministry. Er forschte über die Reflexion von Radiowellen
in der Meteorologie. 1919 ließ er sich ein Verfahren zur Ortung
von Objekten mittels Radiowellen (Radar) patentieren, das nach
Weiterentwicklungen (Entwicklung des Sicht- oder Kurzzeitpeilers; Watson-Watt-Peiler) 1935 erstmals zur Radarortung von
Flugzeugen im Meterwellenbereich eingesetzt werden konnte. Am
26. Februar 1935 gelang ihm der Versuch, den testweise den Ort
Daventry anfliegenden Bomber des Typs Handley Page H.P.50
mittels Radar zu entdecken. Watson-Watt war maßgeblich an der
Entwicklung der britischen Radaranlagen im Zweiten Weltkrieg
beteiligt.
Der Durchbruch der Radartechnik folgte kurz vor und während des Zweiten Weltkrieges. Im Zuge der militärischen Aufrüstung in dieser Zeit wurden ab Mitte der 1930-er Jahre in mehreren
Ländern unabhängig voneinander intensiv Radargeräte und -systeme entwickelt, besonders von Deutschen und Briten. Beim Kriegsbeginn 1939 gab es auch in den USA, in der Sowjetunion, in
Frankreich, Japan, Italien und den Niederlanden Radaranlagen.
Auf deutscher Seite hatte Rudolf Kühnhold als wissenschaftlicher Direktor der Nachrichten-Versuchsabteilung der Reichsmarine einen großen Anteil an der Entwicklung. Ein von ihm ent-
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wickeltes Radargerät, welches zur Tarnung DeTe-Gerät
(Dezimeter-Telegraphie) genannt wurde, wurde 1934 erstmals im
Kieler Hafen zur Erkennung von Schiffen getestet. Die Briten
führten am 26. Februar 1935 einen ersten Feldversuch durch, bei
dem Flugzeuge bis zu einer Entfernung von 13 km verfolgt werden
konnten. Im September 1935 präsentierte die GEMA aus Berlin als
erste ein voll funktionsfähiges Funkmessgerät.
Neben der GEMA, die Systeme wie Freya, Mammut, Wassermann und Seetakt entwickelte, war auch Telefunken mit den
Systemen Würzburg und Würzburg-Riese maßgeblich an der deut-
schen Radartechnik beteiligt. Am 18. Dezember 1939 flog die
Luftwaffe ihren ersten radargeleiteten Abfangeinsatz gegen 22 britische Bomber, die einen Angriff auf Wilhelmshaven flogen. Beim
Luftgefecht über der Deutschen Bucht gelang es ihr, zwölf davon
abzuschießen und drei schwer zu beschädigen. Das deutsche Ab-
wehrsystem gegen Bombergeschwader, die Kammhuber-Linie,
führte über eine Länge von mehr als 1000 km von Dänemark bis
Nordfrankreich.
Die Briten errichteten ab 1936 mit Chain Home ebenfalls ei-
ne Kette von Radarstationen an der Ostküste, die auf einer anderen
Wellenlänge als die der Deutschen arbeitete und von diesen zunächst nicht erkannt wurde. Schon ab 1939 wurde das System mit
einem Freund-Feind-Erkennungsgerät in den Flugzeugen ergänzt.
Ein Meilenstein in der Radarentwicklung war Anfang 1940 die Erfindung des Magnetrons an der Universität Birmingham, das das
Kerngerät aller späteren Radaranwendungen werden sollte.
Ende Januar 1943 setzen die Briten bei einem Angriff auf
Hamburg erstmals ein mobiles Radarsystem in Flugzeugen ein, das
zur Navigation verwendet wurde (H2S). Beide Seiten entwickelten
sogenannte Düppel, einfache Metallfolienstreifen, um die gegneri-
schen Radarsysteme zu stören. Schnell wurden jedoch verbesserte
Systeme entwickelt, die diese Störer herausfiltern konnten.
Forschung nach dem Zweiten Weltkrieg. In Deutschland
kam die Forschung auf dem Gebiet Radar nach dem Krieg vollständig zum Erliegen. Die Alliierten verboten diese bis 1950. Er
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hebliche Fortschritte machte die Forschung in der Folgezeit insbesondere in den USA, wo zahlreiche neue theoretische Ansätze und
innovative Bauteile wie Halbleiter entwickelt wurden. Als ein Beispiel sei das Synthetic Aperture Radar aus dem Jahr 1951 genannt.
Auch an Bord von zivilen Flugzeugen und Schiffen gehören
Bordradare heute zur Standardausrüstung. Eine der ersten und bis
heute wichtigsten zivilen Anwendungen ist die Überwachung des
Luftverkehrs mittels Air Traffic Control (ATC).
Bereits Ende der 1970-er Jahre entstanden erste Systeme von
Abstandswarnradaren für den Automobilbereich. In der Raumfahrt
wird Radartechnik seit Mitte der 1990-er vor allem zur Vermessung der Erde und anderer Planeten genutzt. Zur Erfassung von
Wetterdaten werden zudem Wetterradare eingesetzt.
Einsatzgebiete, einteilung und funktionsweise des Radars
Radargeräte wurden für verschiedene Verwendungszwecke
entwickelt:
Rundsichtradar; Überwachung von Schiffs- und Flugver-
kehr (auch Frühwarnstationen, z.B. das Freya-Radar), entwe-
der als feste Station wie beim Flugsicherungsradar oder bei
der Schifffahrtsverkehrssicherung, oder mobil auf Fahr- und
Flugzeugen (AWACS) sowie auf Schiffen (ARPA-Anlage).
Boote können zur besseren Sichtbarkeit mit einem Radarref-
lektorausgerüstet werden.
Radargeräte zur Zielverfolgung (Ground Control Intercept)
als Radarstellung der Luftverteidigung, bodengebunden (z.B.
Würzburg, Würzburg-Riese) oder an Bord von Fahr- und
Flugzeugen, Schiffen und Raketen;
Bordradar auf Flugzeugen (Radarnase), um Wetterfronten
zu entdecken (Wetterradar) oder andere Flugzeuge und Raketen zu entdecken (Antikollisionssysteme, Zielsuchradar);
Bodenradar (Flugfeldüberwachungsradar) zur Überwa-
chung der Positionen von Flug- und Fahrzeugen auf den Roll
wegen eines Flughafens;
Bodenradar (Georadar) zur zerstörungsfreien Untersu-
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