Längstwelle

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Als Längstwellen (englisch very low frequency, kurz VLF) bezeichnet man elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 3 bis 30 kHz. – (Nicht zu verwechseln mit Niederfrequenz (< 3 kHz) (siehe Frequenzband)).[1][2][3]

Anwendung[Bearbeiten]

VLF-Empfangsantenne (Ring in Bildmitte) auf einem U-Boot

Einsatzgebiete:

  • Dieser Frequenzbereich wird heutzutage wegen der in diesem Bereich nur geringen möglichen Bandbreite von wenigen Hertz fast nur für die Übermittlung von Befehlen an getauchte U-Boote genutzt (zum Beispiel mit dem Sender DHO38), da Funkwellen in diesem Frequenzband etwa 10 bis 30 Meter ins Meerwasser eindringen können. Bei einer Sendefrequenz von 15 kHz beträgt die Eindringtiefe in Meerwasser etwa 20 Meter. Bei 82 Hz (noch unterhalb der Längstwellen, dann ELF genannt) sind es sogar etwa 300 Meter. Die Grenzen sind fließend, da die Eindringtiefe auch von der Sendeleistung, der Größe der Empfangsantenne, der Empfindlichkeit des Empfängers und den Eigenschaften des Meerwassers (Salzgehalt, Temperatur) abhängt. Siehe auch Skineffekt.
  • Ein anderes Einsatzgebiet ist der Bergwerksfunk. Hier werden die Antennendrähte im Schacht verlegt, der Abstand zu den Empfängern ist also nie besonders groß.
  • Daneben werden sie auch für die Funknavigation (Alpha) und zur Übermittlung von Zeitzeichen (Beta) eingesetzt.
  • Eine eher exotische Anwendung findet man in der Untersuchung des Reflexionsverhaltens in oberen Erdschichten. Auf diese Weise lassen sich große Strukturen in der Größenordnung der Wellenlänge auffinden, wenn sie sich durch ihre elektrische Leitfähigkeit von der Umgebung unterscheiden.

In der Anfangszeit der Funktechnik wurde im Bereich ab 20 kHz wiederholt Telefonie mit Hilfe der Amplituden- oder Einseitenbandmodulation versucht, doch war wegen der geringen Übertragungsbandbreite das Ergebnis unbefriedigend.

Längstwellensender erfordern große Antennen-Anlagen, die aus mehreren Masten von über 100 Metern Höhe bestehen, und beanspruchen ein Areal von einigen Quadratkilometern. Im Unterschied zu anderen technischen Großanlagen, wie Flughäfen, wird allerdings die Natur auf dem Areal eines Längstwellensenders nur unwesentlich beeinträchtigt. Es gibt auch mobile Längstwellensender wie z. B. TACAMO.

Im Frequenzbereich unter 30 kHz arbeiten auch einige Zeitzeichen- und Navigationsfunksender. Der historische Längstwellensender SAQ in Grimeton (bei Varberg in Schweden) ist zu besonderen Anlässen jeweils für etwa eine halbe Stunde in Betrieb und kann zu diesen Zeiten sogar in Aktion besichtigt werden, wie etwa am Alexanderson-Tag.

Im Regelfall arbeiten Längstwellensender im Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 30 kHz. Es gibt auch Stationen, die im Frequenzbereich unter 9 kHz arbeiten. Dieser Frequenzbereich unterliegt von Seiten der internationalen Fernmeldeorganisation ITU keiner Regulierung und darf in manchen Staaten (aber nicht in Deutschland) von jedermann lizenzfrei genutzt werden.

Auf Frequenzen noch unterhalb der Längstwellen (Extremely Low Frequency) sendeten der russische Sender ZEVS auf 82 Hertz und der amerikanische Sender Sanguine auf 76 Hertz. Sie dienten im Kalten Krieg beide der Alarmierung von U-Booten in großer Tiefe – angeblich bis zu 300 Meter.

Zum hobbymäßigen Längstwellenempfang wird neben speziell für diesen Frequenzbereich ausgelegten Radioempfängern zunehmend der PC mit integrierter Soundkarte eingesetzt. Über die Soundkarte mit einer Spule oder Drahtantenne empfangene Signale werden durch eine Software (z. B. Freeware spectran) zur FFT-Analyse (engl. Fast Fourier Transformation) analysiert und in Form von Spektrogrammen dargestellt.

Blitze strahlen elektromagnetische Impulse (Atmospherics oder Spherics) mit maximaler Energiedichte im Längwellenbereich aus. Weltweit gibt es etwa 100 Blitz-Hauptentladungen pro Sekunde. Die Messung von Atmospherics benutzt man zur Erfassung der Gewitteraktivität [4] (siehe auch Atmosphärische Störungen).

Wellenausbreitung[Bearbeiten]

Längstwellen breiten sich im Wellenleiter zwischen Erdoberfläche und ionosphärischer D-Schicht im Höhenbereich zwischen ca. 70 und 90 km aus (ionosphärischer Wellenleiter). (Ausnahme: Whistler-Ausbreitung). Da ihre Wellenlängen (10 bis 100 km) bereits die Dimensionen des Wellenleiters besitzen, läßt sich ihre Ausbreitung nur noch bedingt durch die Strahlenoptik (Interferenz zwischen Bodenwelle und ein oder zweimal an der Ionosphäre reflektierter Wellen) beschreiben. Dies ist nur für relativ kurze Entfernungen zwischen Sender und Empfänger möglich; z.B. bei einer Frequenz von 15 kHz bis ca. 1000 km . Bei größeren Entfernungen ist eine wellenoptische Betrachtungsweise notwendig [4]. Im Niederfrequenzbereich-Bereich schließlich (Frequenz < 3 kHz) ist nur noch die wellenoptische Lösung möglich. Ein extremer Fall sind die Schumann-Resonanzen. Es sind dies die Eigenschwingungen im Hohlraum zwischen Erdoberfläche und Ionosphäre mit einer Wellenlänge der Größe des Erdumfangs und einer Frequenz von ca. 7,5 Hz sowie Oberwellen.

Liste der Längstwellensender[Bearbeiten]

2,2 km lange Alexanderson-Sendeantenne für 17,2 kHz des Längstwellensenders Grimeton

Die folgende Liste enthält alle mit handelsüblichen PC-Soundkarten (die eine max. Samplingrate von 48 kHz haben) in Deutschland empfangbaren Längstwellensender. Sender mit Frequenzen über 24 kHz werden nicht berücksichtigt.

Rufzeichen Frequenz Standort Bemerkungen
76 Hz Clam Lake (Wisconsin), Escanaba River State Forest (Michigan) Sanguine
82 Hz Kola-Halbinsel (Russland) ZEVS
11,905 kHz Russland (verschiedene Standorte) Alpha-Navigation
12,649 kHz Russland (verschiedene Standorte) Alpha-Navigation
14,881 kHz Russland (verschiedene Standorte) Alpha-Navigation
15,625 kHz horizontale Zeilenablenkfrequenz von ehemaligen Röhren TV-Geräten ohne 100 Hz-Technik (Länder mit 50-Hz-Stromnetz)
15,734 kHz horizontale Zeilenablenkfrequenz von Röhren-TV-Geräten ohne 120 Hz-Technik (Länder mit 60-Hz-Stromnetz und Farbfernsehen)
15,750 kHz ehemalige horizontale Zeilenablenkfrequenz vor Einführung des Farbfernsehens (Länder mit 60-Hz-Stromnetz und Schwarzweißfernsehen)
 ? 15,8 kHz  ?
JXN 16,4 kHz Helgeland (Norwegen)
SAQ 17,2 kHz Grimeton (Schweden) nur zu besonderen Anlässen aktiv (Alexanderson Day)
ca. 17,5 kHz  ? Zwanzigsekundenpulse
NAA 17,8 kHz Cutler (USA) U-Boot-Sender der US-Marine
RDL/UPD/UFQE/
UPP/UPD8
18,1 kHz Russland (verschiedene Standorte)
HWU 18,3 kHz Le Blanc (Frankreich) häufig längere Zeit inaktiv
RKS 18,9 kHz Russland (verschiedene Standorte) selten und nur kurzzeitig aktiv
GBZ 19,6 kHz Anthorn (Großbritannien) großes Repertoire an Betriebsarten
auch Impulse
ICV 20,27 kHz Tavolara (Italien)
RJH63, RJH66, RJH69
RJH77, RJH99
20,5 kHz Russland (verschiedene Standorte) Zeitzeichensystem Beta
ICV 20,76 kHz Tavolara (Italien)
HWU 20,9 kHz Le Blanc (Frankreich)
RDL 21,1 kHz Russland (verschiedene Standorte) selten aktiv
HWU 21,75 kHz Le Blanc (Frankreich)
JJI 22,1 kHz Marinefunkstelle Ebino (Japan)
 ? 22,1 kHz Skelton (Großbritannien)
 ? 22,3 kHz Russland? nur am 2. eines Monats von 11–13 Uhr
bzw. 10–12 Uhr im Winter,
jedoch nicht sonntags.
RJH63, RJH66, RJH69
RJH77, RJH99
23 kHz Russland (verschiedene Standorte) Zeitzeichensystem Beta
DHO38 23,4 kHz Saterland (Deutschland) Aktiver Sender der Bundesmarine
NAA 24 kHz Cutler (USA) U-Boot-Sender der US-Marine

Der bekannte Längstwellensender GBR in Rugby (Sendefrequenz: 15,95 kHz) hat am 1. April 2003 seine Sendeaktivität eingestellt.

Referenzen[Bearbeiten]

  1. Davies, K., "Ionospheric Radio", Peregrinus Ltd, London, 1990
  2. Rawer, K., "Wave Propagation in the Ionosphere", Kluwer Publ., Dordrecht, 1993
  3. Budden, K.G., "The Propagation of Radiowaves", Cambridge, University Press, Cambridge, 1985
  4. a b Volland, H., "Atmospheric Electrodynamics", Springer Verlag, Heidelberg, 1984

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Wikibooks: Längstwellenempfang mit dem PC – Lern- und Lehrmaterialien