1. Elektromagnetische Wellen verlassen die Antenne und eilen durch den Raum

Nachrichten können mittels elektrischer Signale nicht nur durch fest verlegte Drähte vom Sender zum Empfänger geleitet werden, sondern auch frei durch die Luft (on air). Als Verbindungsmedium wird eine elektromagnetische Welle von einer Sendeantenne zu einer Empfangsantenne durch den Raum ausgestrahlt. Die Ausstrahlung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen stellen somit die Voraussetzung dar für die drahtlose Nachrichtenübertragung und damit auch für den heutigen Mobilfunk. Die Fähigkeit dieser Art von Wellen, unsichtbar für unsere Augen weite Entfernungen durch Wind und Wetter, durch Tag und Nacht, durch Atmosphäre und durch den leeren Raum zu überwinden, hängt mit ihrer physikalisch höchst interessanten Natur zusammen:

Eine erste für uns nur schwer fassbare Besonderheit ist die Fernwirkung eines Magneten, dessen Anziehungskraft über große Entfernungen unsichtbar durch den Raum greift. Wir beschreiben diese unsichtbare Wirkung durch den Raum mit dem Begriff des magnetischen Feldes und wir wissen, dass es daneben auch das Phänomen des elektrischen Feldes gibt, wenn uns nach dem Kämmen die Haare abstehen. Sowohl magnetische als auch elektrische Felder können den Raum unsichtbar aber wirkungsvoll durchdringen.

Die zweite Besonderheit ist die Wandlung elektrischer Felder in magnetische Felder und umgekehrt. Diese Wandlung geschieht immer, wenn man ein Feld in eine Dynamik versetzt. Wer ein elektrisches Feld aus- und einschaltet, der erzeugt unweigerlich ein Magnetfeld, das um das elektrische Feld herumpulsiert, und wer ein Magnetfeld (z.B. von einer Magnetspule) aus- und einschaltet, der erzeugt ein pulsierendes elektrisches Feld um das Magnetfeld herum. Dies sind die berühmten Induktionsgesetze, die Michael Faraday 1831 entdeckte.

Die naturgesetzliche Verkettung dynamischer elektrischer und magnetischer Felder nutzt der Nachrichtentechniker, wenn er eine metallische Stange aufstellt und aus seiner Sendeelektronik elektrische Wechselspannung in diese Antenne leitet. Um die Antenne herum entsteht
aus der Wechselspannung ein pulsierendes elektrisches Wechselfeld. Dadurch passiert genau das, was die Natur in den Induktionsgesetzen festgelegt hat: um das elektrische Feld beginnt im gleiche Rhythmus ein magnetisches Feld zu pulsieren. Es verketten sich also gegenseitig umschlingende elektrische Feldlinienbündel und magnetische Feldlinienringe und in ihrem Auf und Ab müssen sie den Umwandlungsgesetzen folgen: das abnehmende elektrische Feld induziert ein magnetisches Feld und sobald dieses abnimmt induziert es wieder ein elektrisches Feld. In ihrer eigenen dynamischen Neuerzeugung lösen sich die Feldlinien von der Antenne und pflanzen sich in den Raum fort. Wenn aus der Antenne weitere elektrische und magnetische Wechselfelder hervortreten, so löst sich mit jedem Schwingungstakt ein neues Feldlinienbündel von der Antenne und folgt den vorauslaufenden. Mit ihrem Takt sendet die Antenne fortschreitende Wellen in den Raum, die auf ihrem Weg stets im gleichen Takt weiter schwingen. Was da durch den Raum schwingt, kann unser Auge aber nicht sehen, es ist das stetige Pulsieren der miteinander verketteten elektrischen und magnetischen Felder, die der Welle den Doppelnamen "elektro-magnetische" Welle gegeben hat. Die elektromagnetischen Wellen breiten sich rasend schnell mit der Lichtgeschwindigkeit von 300 000 km pro Sekunde aus. Den Schwingungstakt, wie ihn die Antenne vorgibt, nennt der Techniker Frequenz, dabei bedeutet ein Hertz (Hz) eine Schwingung pro Sekunde. Stellt man nun in den Raum eine weitere Antenne, so wirkt diese als Empfangsstation. Das elektrische und das magnetische Feld der vorbeifliegenden Wellen erzeugen in der Antenne einen Strom im selben Takt wie ihr eigener. Wenn dieser Strom auch sehr klein ist, so können elektronische Verstärker ihn doch in ein deutlich wahrnehmbares Signal verwandeln. Damit ist es gelungen, durch den freien Raum ohne Draht durch den Takt elektromagnetische Wellen eine Verbindung von Sender zu Empfänger herzustellen.

Von positiven und negativen elektrischen Ladungen geht stets ein elektrisches Feld weit hinaus in den Raum, hier in roten Feldlinien gezeichnet. Treibt man mit Wechselspannung die elektrischen Ladungen in einer Antenne (schwarz) hin und her, so entsteht zusätzlich ein magnetisches Feld, dessen Feldlinien (blau) ringförmig um die Antenne laufen. Diese Ringe umschlingen die elektrischen Feldlinien und treiben sie fort von der Antenne in den Raum.

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