Mobilfunk einfach erklärt: Was ist eine Frequenz?
Wie funktioniert der Mobilfunk? Wie kommt das, was ich sage, zu meinem Gesprächspartner am anderen Ende der Welt? Diese und andere Fragen wollen wir in unserer „Mobilfunk einfach erklärt“ Serie beantworten – heute geht es mit dem ganz Grundlegenden los: Was ist eine Frequenz?
Frequenz – Häufigkeit
Viele Menschen verwenden den Begriff „Frequenz“ gar nicht im physikalischen Sinne – er lässt sich einfach mit „Häufigkeit“ übersetzen. Aber der eine oder andere hat vielleicht schon im Zusammenhang mit dem Mobilfunk davon gehört: „Der Mobilfunk sendet auf verschiedenen Frequenzen“ oder „Die Bundesnetzagentur bereitet eine weitere Frequenzvergabe vor“ – Aussagen, die man vielleicht so oder so ähnlich schon mal gehört hat.
Was ist eine Frequenz?
Die Frequenz bezeichnet die Häufigkeit eines Ereignisses in einem bestimmten Zeitraum. Beträgt dieser Zeitraum genau eine Sekunde, so ist die dazugehörige Maßeinheit 1 Hertz (benannt nach Heinrich Hertz, einem deutschen Physiker). Die Maßeinheit Hertz kann man auf jedes regelmäßig wiederkehrende Ereignis anwenden: Ein Sekundenzeiger bewegt sich daher mit einer Frequenz von 1 Hertz vorwärts.
Frequenzen im Mobilfunk
Beim Mobilfunk geht es aber um ganz bestimmte Frequenzen: die von elektromagnetische Wellen. Hier bezeichnet die Frequenz, wie oft eine Welle in einem bestimmten Zeitrahmen vollständig schwingt. Es geht also um die Schwingungshäufigkeit. Diese wird in Hertz angegeben, der Zeitrahmen liegt also bei einer Sekunde.
Elektromagnetische Wellen
Was sind elektromagnetische Wellen? Das ist ein etwas abstraktes Konzept. Im Grunde genommen ist es ein Bereich, in dem ein elektrisches und magnetisches Feld wirkt. Gerät nun ein geladenes Teilchen in diesen Bereich, wird es durch das wie eine Welle schwingende elektrische Feld hin- und herbewegt werden. Erst in diesem Moment würden die durch das Feld erzeugten Wellen auch sichtbar. Die Eigenschaften der beiden Felder bestimmen dabei die Frequenz und Amplitude der erzeugten Wellen. Dabei „fliegen“ diese Wellen mit einer Geschwindigkeit von 300 Millionen Metern pro Sekunde. Mit derselben Geschwindigkeit müsste man reisen, wollte man in etwa die Strecke zwischen Erde und Mond innerhalb von einer Sekunde zurücklegen. Unvorstellbar – aber nur diese Geschwindigkeit erklärt es, wie das, was wir am Telefon sagen, fast zeitgleich bei unserem Gesprächspartner ankommt.
Elektromagnetische Wellen finden sich überall
Elektromagnetische Strahlung gibt es aber nicht nur beim Mobilfunk: Im Bereich von ca. 1 ExaHertz – etwa einer Trillion Schwingungen pro Sekunde – finden sich die Röntgenstrahlen. Bei etwas über einem PetaHertz (eine Billiarde Schwingungen pro Sekunde) ist die Ultraviolettstrahlung angesiedelt, bei einem halben bis ganzen PetaHertz dann die für den Menschen sichtbare Lichtstrahlung, bei einige 100 bis 1 TeraHertz (eine Billion Schwingungen pro Sekunde) die nahe und ferne Infrarotstrahlung. Bei 2,455 GigaHertz (1 GigaHertz = eine Milliarde Schwingungen pro Sekunde) strahlt dann die Mikrowelle und ab 3 GigaHertz abwärts ist der Radarfunk zu finden, ab 800 MegaHertz (eine Million Schwingungen pro Sekunde) abwärts funkt Fernsehen und Radio.
Mobilfunk zwischen 700 und 2600 MegaHertz
Der Mobilfunk nutzt einige Bereiche zwischen 700 MegaHertz und 2600 MHz – die elektromagnetischen Wellen, die von unseren mobilen Geräten erzeugt werden, schwingen somit zwischen 800 Millionen und rund zweieinhalb Milliarden Mal pro Sekunde. Theoretisch könnte der Mobilfunk auch in anderen Frequenzbereichen funken – aber damit es durch die verschiedenen Funkarten von Fernsehen, Radio oder Radar nicht zu Störungen kommt, hat jede Funkart fest zugeteilte Bereiche bekommen. Für diese Zuteilung in Deutschland ist die Bundesnetzagentur zuständig. Regelmäßig vergibt sie Lizenzen, also die Erlaubnis, in bestimmten Frequenzbereichen Radiosender zu betreiben, zu funken oder eben Sprach- und Datenübertragung per Mobilfunk anzubieten. Bevor sie das tun kann müssen die Bereiche natürlich auf internationaler Ebene festgelegt werden, um Störungen an den Ländergrenzen zu vermeiden.
Außerdem braucht es eine gewisse Menge an Schwingungen pro Sekunde, um die große Menge an Daten auch transportieren zu können. Aber wie das funktioniert, erklären wir Euch ein anderes Mal.
In Zusammenarbeit mit Roman J.B. Dietz, Fraunhofer HHI, Berlin
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