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Basics
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Technisch erzeugte hochfrequente elektromagnetische FelderWährend niederfrequente Felder meist unerwünschte Nebeneffekte bei der leitungsbezogenen Übertragung und Nutzung elektrischer Energie sind, werden hochfrequente Felder absichtlich zur drahtlosen Kommunikation erzeugt. Sie werden zur Übertragung von Ton-, Bild- oder anderen Informationen (z. B. Radio, TV, Funk, schnurlose Telefone, Mobilfunktelefon, drahtlose Überwachungs- und Steuerungssysteme), zur Erhebung von Informationen (z.B. Diebstahlsicherungsanlagen, Identifikationssysteme, Abstandsmessung, Radar) oder zum Erhitzen von Materialien oder Gegenständen (z.B. Induktionskochplatten, Induktionsöfen, Hochfrequenz-Schweißgeräte, Mikrowellengeräte oder Diathermie-Geräte in der Medizin).
Im Niederfrequenzbereich können elektrische und magnetische Felder getrennt betrachtet werden, man spricht in diesem Fall von "entkoppelten" Feldanteilen. Im Gegensatz dazu sind im Hochfrequenzbereich das elektrische und magnetische Feld eng miteinander verknüpft bzw. "gekoppelt". Man spricht nun von elektromagnetischen Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit (300 000 000 m/s im Vakuum) ausbreiten. Im Fernfeld, also in genügendem Abstand von der Quelle, z.B. einer Antenne, stehen der elektrische und magnetische Feldvektor senkrecht aufeinander und sind in "Phase", d.h. beide Feldanteile ändern sich in Ausbreitungsrichtung gleichzeitig und in gleicher Weise. Daher spricht man in diesem Frequenzbereich auch von elektromagnetischen Wellen. Ein Fernfeld ist linear polarisiert, wenn sich die elektrischen und magnetischen Feldstärkevektoren E und H immer in einer Ebene bewegen: In Ausbreitungsrichtung der Welle gesehen, bewegen sich die Spitzen der Feldvektoren entlang einer Geraden auf und ab. Die Ausbreitungsrichtung entspricht in der folgenden Abbildung der Zeitachse t. In einem kreisförmig polarisierten Fernfeld durchlaufen die Feldvektor-Spitzen, in Ausbreitungsrichtung der Welle gesehen, einen Kreis, d.h. die Welle rotiert mit einer bestimmten Frequenz um die Achse der Ausbreitungsrichtung. Die elliptische Polarisation ist der allgemeinste Fall einer Polarisation im Fernfeld. In diesem Fall durchlaufen die Feldvektor-Spitzen, in Ausbreitungsrichtung der Welle gesehen, eine Ellipse.  | Linear polarisiertes elektromagnetisches Fernfeld |
Elektromagnetische Wellen transportieren Energie, die sich aus den Energieanteilen des elektrischen und magnetischen Feldes zusammensetzt. Das Maß für die Stärke einer Hochfrequenzstrahlung ist die Leistungsflussdichte S in Watt pro Quadratmeter [W/m²] oder Mikrowatt pro Quadratzentimeter [µW/cm²]. Die Leistungsflussdichte in Mikrowatt pro Quadratzentimeter gibt die durch eine Fläche fließende Energie pro Zeiteinheit an die durch ein elektromagnetisches Wellenfeld transportiert wird. Sie ist das flächenbezogene Produkt aus elektrischer Feldstärke E und der magnetischer Feldstärke H.
Im so genannten Fernfeld einer Quelle (z. B. Antenne), wo die Entfernung zur Antenne bereits wesentlich größer ist als die Wellenlänge, stehen die Leistungsflussdichte, die elektrische und magnetische Feldstärke in einem festen Verhältnis zueinander. Alle drei Größen sind im Fernfeld also äquivalent. Bei ungestörter Ausbreitung (z. B. im Weltraum) nimmt im Fernfeld mit zunehmendem Abstand r von der Quelle die Leistungsflussdichte mit dem Quadrat des Abstandes (1/r²) und die elektrische und magnetische Feldstärke mit 1/r zur Quelle ab. Unter realen Ausbreitungsverhältnissen (Einfluss der Topographie, des Bewuchses und der Bebauung) nehmen die elektromagnetischen Felder in der Regel noch deutlich stärker mit der Entfernung ab.  | Abnahme der Feldgrößen eines elektromagnetischen Wellenfeldes mit der Entfernung zur Quelle (z.B. Antenne) |
Die Stärke der Felder im Umfeld einer Quelle (z.B. Antenne), die hochfrequente elektromagnetische Felder abstrahlt, ist nicht nur von der Stärke der Funksendeanlage und von der Entfernung zur Quelle abhängig, sondern auch von der Abstrahlcharakteristik der Antenne. Antennen von Mobilfunkbasisstationen und in der Regel auch Antennen von UKW- und Fernsehsendern strahlen in der horizontalen Ebene entweder omnidirektional ab, d.h. in allen Richtungen parallel zum Erdboden wird gleich viel Energie abgegeben, oder die elektromagnetischen Wellen werden durch Richtantennen (Sektorantennen) auf einen 30° bis 120° breiten horizontalen Sektor konzentriert.  | Horizontales Abstrahlverhalten einer Sektorantenne |
In der Vertikalen geben Antennen in der Regel elektromagnetische Wellen relativ stark gebündelt ab, ähnlich wie die Scheinwerfer eines Leuchtturms. Dies hat zur Folge, dass das bodennahe Umfeld unterhalb der Antenne oder auch die Räume eines Gebäudes, auf dem die Antenne errichtet ist, wesentlich geringer mit hochfrequenter elektromagnetischen Wellen belastet wird, als man dies von der Entfernung her erwarten würde.  | Vertikale Abstrahlcharakteristik einer Antenne |
Die Stärke der Strahlungsleistung, die von einer Antenne abgegeben wird, ist abhängig von der elektrischen Sendeleistung der Funksendeanlage und der Abstrahlcharakteristik der Antenne. So ist in Richtung der stärksten Bündelung (Hauptstrahlrichtung) die von einer stark bündelnden Antenne erzeugte Leistungsflussdichte größer als die von einer schwach bündelnden Antenne. Die Strahlungsleistung von Antennen gibt man daher entweder als äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP = Equivalent Isotropically Radiated Power) oder als äquivalente Strahlungsleistung (ERP = Equivalent Radiation Power) an. Die EIRP gibt an, mit welcher Sendeleistung man eine in alle Raumrichtungen gleichmäßig abstrahlende Antenne (Kugelstrahler) versorgen müsste, um im Fernfeld dieselbe Leistungsflussdichte zu erreichen wie mit einer bündelnden Antenne.
Die ERP unterscheidet sich von der EIRP nur dadurch, dass als Vergleichsantenne nicht der Kugelstrahler (der in der Praxis nicht realisierbar ist), sondern eine in der Praxis realisierbare Antenne (Lambda-Halbe-Dipol) herangezogen wird.
In Deutschland müssen die Betreiber ortsfester Funksendeanlagen mit einer Sendeleistung von 10 Watt EIRP (äquivalente isotrope Strahlungsleistung) oder mehr vor der Inbetriebnahme bei der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) eine Standortbescheinigung beantragen. In der Standortbescheinigung werden Leistungsbeschränkungen und Abstrahlwinkel mit den sich daraus ergebenden Sicherheitsabständen zu allgemein zugänglichen Bereichen verbindlich festgelegt. Die Standortbescheinigung wird nur erteilt, wenn die Einhaltung der Grenzwerte der 26. BImSchV gewährleistet ist. Dabei werden alle am Standort befindlichen Funksendeanlagen und die am Standort durch umliegende Funksendeanlagen bereits vorhandenen elektromagnetischen Felder berücksichtigt. Zur Überwachung der Einhaltung von Grenzwerten führt die RegTP an ausgewählten Standorten bundesweite Messaktionen durch. Die letzte Messaktion wurde in den Jahren 1999 und 2000 durchgeführt. Die Ergebnisse der Messungen sind über die Internet-Adresse der RegTP abrufbar.
Zur Übertragung von Ton und Bild oder zur Steuerung wird die zu übertragende Information auf die hochfrequente Welle aufgesetzt, ein Verfahren, das als Modulation bezeichnet wird.
Bei der Amplitudenmodulation, die z.B. beim Lang-, Mittel- und Kurzwellen-Rundfunk Anwendung findet, ändert sich mit dem zu übertragenden Ton die Amplitude der hochfrequenten Welle. Die Frequenzmodulation zeichnet sich durch eine Änderung der Frequenz der hochfrequenten Welle im Rhythmus des übertragenen niederfrequenten Signals aus, sie wird z.B. für qualitativ gute Tonübertragungen (UKW-Rundfunk, Ton bei TV) verwendet. Die Pulsmodulation wird häufig für digitale Übertragung, z.B. beim Mobilfunk, verwendet. Digitale Übertragung bedeutet, dass die Sprachinformation - ähnlich wie beim PC - in digitaler Form verarbeitet wird. Das Sprachsignal wird hierzu in eine logische Folge von Zahlen (Null und Eins) umgewandelt.  | Beispiele für Modulationsarten |
Der größte technische Anwendungsbereich von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen ist die drahtlose Nachrichtenübertragung mittels Funkwellen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Funksendeanlagen sowie deren Frequenzbereiche und Sendeleistungen.  | Funksendeanlagen mit Frequenzbereich und Sendeleistung |
Glossary: amplitude, BImSchV, EIRP, ERP, linear, modulation, PC, polarisation, power, radar, radiation, radio, signals, TV, watt |
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