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technik · physik

Wie Radiowellen durch die Atmosphäre laufen

Wer die Atmosphäre ignoriert, liegt kilometerweit daneben.

Wie Radiowellen durch die Atmosphäre laufen
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4/3-Erde

Standard-Trick: Erdradius mit 4/3 multiplizieren, dann ist die Krümmung kompensiert.

Ducting

Inversionen über See fangen Wellen ein — Reichweiten von 500 km.

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Absorption

Wasser bei 22 GHz, Sauerstoff bei 60 GHz — 5G meidet beide gezielt.

Regen

X-Band halbiert sich, Ka-Band stirbt fast — daher Dual-Mode-Sensoren.

Ionosphärische Reflexion

Unterhalb von 30 MHz wirkt die Ionosphäre als Spiegel für Funkwellen. Diese Schichten aus ionisierten Teilchen ermöglichen die Detektion über den Horizont hinaus (OTH), wie beim historischen Chain Home System. Die Reichweite hängt dabei stark von der Sonnenaktivität und der Tageszeit ab.

Anomale Ausbreitung

Inversionswetterlagen verursachen Superrefraktion, wodurch Radarstrahlen stärker zum Boden gebogen werden. Dies führt zu Bodenechos (Clutter), die echte Ziele maskieren können. Moderne Doppler-Filter trennen diese stationären Signale von beweglichen Objekten, um Fehlalarme in Überwachungssystemen zu minimieren.

Troposphärischer Scatter

Jenseits des Horizonts ermöglichen Turbulenzen in der Troposphäre die Streuung von Funksignalen zurück zur Erde. Diese Technik wurde im Kalten Krieg für Reichweiten über 500 km genutzt. Troposcatter-Systeme verwenden enorme Sendeleistungen, um die winzigen reflektierten Signalanteile für die Kommunikation nutzbar zu machen, was sie ideal für abgelegene Militärstützpunkte oder Ölplattformen macht.

Ionosphärische Szintillation

Sonnenaktivitäten verursachen Dichteschwankungen in der Ionosphäre, die GNSS-Signale wie eine strukturierte Glasscheibe verzerren. Diese sogenannte Szintillation führt zu Amplitudenschwankungen und Phasenfehlern beim GPS-Empfang. Moderne Zweifrequenz-Empfänger korrigieren diese Fehler, indem sie die frequenzabhängige Verzögerung zwischen L1- und L2-Bändern vergleichen, um zentimetergenaue Positionierung trotz atmosphärischer Störungen zu ermöglichen.

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