verstarb mit 37 Jahren am 1. Jan. 1894 in Bonn und hat trotz seines kurzen Lebens ein gewaltiges, wissenschaftliches Vermächtnis hinterlassen.

Seine Entdeckungen und der Nachweis von elektromagnetischen Wellen war eine Revolution in der damaligen Wissenschaft. Er bewies nicht nur die Existenz dieser Wellen, sondern legte damit auch den Grundstein für Radio, Fernsehen, die drahtlose Kommunikation. Hertz bewies, dass sich elektromagnetische Wellen Stofflos im Vakuum ausbreiten können.
Auf Basis der Arbeiten von Maxwell hatte Hertz schon in den 1860er Jahren eine gigantische und vollständig neue Theorie entwickelt. Seine Gleichungen zeigten, dass elektrische und magnetische Felder sich gegenseitig erzeugen und als Welle mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum eilen.

Hertz bestimmte damals auch den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz und zeigte, dass sich die Lichtgeschwindigkeit aus den bekannten Konstanten Epsilon-Null und Mü-Null berechnen lässt. Er bewies auch, dass TEM Wellen ähnliche Eigenschaften wie Lichtwellen haben.

Für seine Versuche verwendete er einen einfachen Funkeninduktor, der hochfrequente elektrische Schwingungen erzeugte und einen Resonator mit einem einfachen Drahtkreis mit einer kleinen Lücke, der elektromagnetische Wellen detektieren konnte. Dabei platzierte er den Resonator in verschiedenen Positionen und zeigte, dass die Funkenintensität von der Position abhängt, was auf Interferenz hinwies und war der erste direkte Nachweis der Wellennatur der elektromagnetischer Strahlung.
Seine Experimente hatten später auch großen Einfluss auf die Quantenphysik von Albert Einstein.

TEM Wellen sind sinusförmig und haben ein Spektrum von niederfrequenten Radiowellen bis hin zu hochfrequenten Gammastrahlen. TEM Wellen haben auch das Verständnis des Universums revolutioniert.
Elektromagnetische Wellen interagieren mit der Materie auf vielfältige Weise durch Absorption, durch Reflexion, durch Brechung und Interferenz und Beugung. Während viele elektromagnetische Wellen für den Menschen ungefährlich sind, verursachen hochenergetische Strahlen wie UV, Röntgen- und Gammastrahlen Schäden an lebenden Geweben.

TEM Wellen sind nicht nur ein physikalisches Phänomen, sondern auch die Triebkraft für Fortschritt, Innovation und das Verständnis für neue Technologien. Es erweitert unser Wissen über die Natur und prägt unseren Alltag. Von der einfachen Kommunikation bis zur Erforschung des Kosmos sind die Entdeckungen von Heinrich Hertz bahnbrechend.

Ich kann nur mit Bewunderung über seine Leistung sprechen. Heute plappern wir – auch ich – eigentlich nur noch das nach was Heinrich Hertz damals berechnete und bewiesen hat und bis heute einige weder verstanden noch begriffen haben.

Dr. Walter Schau, DL3LH

Netz ist ein Meilenstein in der Entwicklung und in der Welt des Amateurfunks. Es bietet eine vielseitige Plattform für die weltweite digitale Kommunikation und wurde 2015 ins Leben gerufen, um ein offenes und modernes DMR-Netzwerk speziell für Funkamateure zu schaffen. Als Alternative zu kommerziellen DMR-Netzwerken zeichnet sich BrandMeister durch seinen nicht kommerziellen Ansatz aus und ist von Ham-Spirit geprägt. Es ermöglicht Funkamateuren den weltweiten Austausch von Nachrichten, unabhängig von kommerziellen oder geografischen Einschränkungen.

Das Netzwerk basiert auf dem ETSI-DMR-Standard, der digitalen Kommunikation mit hoher Effizienz und Klarheit. Kernstück des sind die Master-Server, die Repeater, die Hotspots, die andere Endgeräte miteinander verbinden. Diese Server sind weltweit verteilt und ermöglichen eine robuste und belastbare Kommunikation.
DMR verwendet bekanntlich zwei Zeitschlitze, die gleichzeitig auf einer einzigen Frequenz arbeiten. Diese Technologie maximiert die Effizienz im Frequenzspektrum und Benutzer können ihre DMR-Geräte anpassen, indem sie spezielle Code-Plugs programmieren um Talk Groups oder Reflektoren zu nutzen.

Virtuelle Kommunikationskanäle, die global, regional oder themenspezifisch genutzt werden können, wie bspw. die weltweite Talk Group 91 und nationale Gruppen wie 262 für Deutschland verwendet werden.
Reflektoren fungieren als Brücke zwischen Talk Groups und erlauben flexible Kommunikation über verschiedene Netzbereiche hinweg. Das BrandMeister-Dashboard bietet Funkamateuren die Möglichkeit Verbindungen in Echtzeit zu überwachen, Statistiken einzusehen und die Einstellungen anzupassen.
Entwickler können eigene Anwendungen und Erweiterungen erstellen wie für GPS-Tracking oder die Integration von IoT-Geräten mit Funktionen wie Last-Heard, bei dem Nutzer sehen können, welche Stationen aktiv sind und welche Gespräche stattgefunden haben.

Das BrandMeister-Netz hat den Amateurfunk durch die digitale Vernetzung der Funkamateure revolutioniert, die jetzt weltweit kommunizieren können. Die Nutzung des Netzwerks ist kostenfrei. Funkamateure können neue Technologien testen und integrieren, von digitaler Signalverarbeitung bis hin zu IoT-Anwendungen. Die offene Struktur fördert den Wissenstransfer innerhalb der Amateurfunk-Gemeinschaft.

Durch die offene Struktur gibt es natürlich ein potenzielles Risiko für unerwünschte Verhaltensweisen oder Störungen. Eine stabile Internetverbindung ist für den Betrieb von Hotspots und Master-Server notwendig.
Das BrandMeister-Team arbeitet kontinuierlich an der Verbesserung des Netzwerks, von der Benutzerfreundlichkeit bis hin zur Einführung neuer Sicherheitsmechanismen. Die Freiheit und Offenheit des Netzwerks kann potenziellen Missbrauch hervorrufen. Um das zu verhindern, sind Sicherheitsmechanismen, wie automatische Authentifizierung und Moderation im Einsatz.
Die Zukunft des Netzes ist vielversprechend durch KI oder fortschrittliche Verschlüsselungs-Methoden, um das Netzwerk noch sicherer und vielseitiger zu gestalten. Zudem könnten neue Dienste, wie globale Notfallkommunikation oder automatisierte Netzwerkanalysen den Funkamateuren zusätzliche Möglichkeiten bieten.
Das Netz ist mehr als ein technisches Netzwerk – es ist eine Plattform, die Technologie und Gemeinschaft vereint und die globale Amateurfunk-Gemeinschaft bereichert. Es ermöglicht Kommunikation und auch kreatives Experimentieren und eine gedeihliche Zusammenarbeit.

Das BrandMeister-Netz steht für die Zukunft des Amateurfunks und vereint Technik, Gemeinschaft, weltweite Kommunikation und bietet eine Plattform, die nicht nur bestehende Möglichkeiten erweitert, sondern auch neue Anwendungsfelder erschließt. Das BrandMeister-Netz ist eine innovative Plattform, die Technologie, Gemeinschaft und globale Kommunikation vereint. Sie ermöglicht Funkamateuren den Austausch und die Entwicklung neuer Ideen und Technologien.

Dr. Walter Schau, DL3LH

In Ergänzung meines Beitrages vom 14. Juli 2024

Die T2FD gibt es in Kurz- und Langform. Die KF ist die platzsparende Version und für höhere Frequenzen geeignet, weil die Länge proportional zur Wellenlänge der tiefsten, genutzten Frequenz und deren Länge typischerweise 0,2 bis 0,3 der Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz ist.
Sie eignet sich daher primär für mittlere bis hohe Frequenzen.

• 7 MHz und höher und kann in geringer Höhe über Grund mit einem Neigungswinkel von 20 – 40 Grad zur Horizontalen installiert werden, der Abstand der Drähte liegt zwischen 1 und 2 % der Gesamtlänge, mit einem Drahtdurchmesser von etwa 2 mm Volldraht Kupfer oder Alu – keine Litze.

Die Langform ist die leistungsstärkere Variante, die eine größere Bandbreite abdeckt und auch für tiefere Frequenzen nutzbar ist. Die Länge liegt bei 0,3 bis 0,5 der Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz, etwa ab 3,5 MHz und erfordert eine größere Höhe über Grund für optimale Strahlungseigenschaften. Der Schluckwiderstand liegt bei 300 – 800 Ohm.
Die Langform ist ideal für NVIS Anwendungen und Nahbereichs Kommunikation auf niedrigen Frequenzen, hat die höhere Effizienz und ist die bessere Lösung bei der Langstrecken Kommunikation.

Die Strahlungsverhältnisse hängen in ihrer Funktion und Vielseitigkeit von der Bauweise, den Betriebsfrequenzen und der Installationshöhe ab. Die Strahlungscharakteristik wird durch ihre Neigung und Länge beeinflusst.

Im niedrigen Frequenzbereich – ab 3,5 MHz – neigt die Antenne zur Steilstrahlung, ideal für kurze Strecken über Reflexionen in der Ionosphäre. Im höheren Frequenzbereich zeigt die Antenne eine horizontale Strahlung, wodurch sie besser für DX-Verbindungen geeignet ist.

Die Strahlungseffizienz ist aufgrund des Schluckwiderstandes geringer als bei resonanten Antennen. Etwa die Hälfte der Energie wird in Wärme umgewandelt, wodurch die nutzbare abgestrahlte Leistung reduziert wird, dafür ist die Antenne breitbandig, zuverlässig und für NVIS Anwendungen hervorragend geeignet.

Trotz Effizienzverlust geeignet sie sich für DX-Kommunikation auf höheren Frequenzen. Die Installationshöhe 5 – 10 m über Grund verstärkt die NVIS-Strahlung und ist ideal für lokale und regionale Kommunikation. Eine Höhe über 10 m fördert die richtungsabhängige DX-Strahlung, besonders bei höheren Frequenzen.

Der Schluckwiderstand ist entscheidend für die Funktion und Effizienz der Antenne und dient dazu reflektierte Stehwellen auf der Antenne zu absorbieren und das Stehwellenverhältnis in Bezug auf die Speiseleitung über einen breiten Frequenzbereich gering zu halten. Eine direkte Berechnung erfolgt auf Grundlage der Impedanz Verhältnisse der gewünschten Frequenzbänder. Da die Impedanz der Antenne eine komplexe Funktion, die von Frequenz, Länge der Antenne, des Material, des Bodens und der Geometrie abhängt, liegt dieser etwa zwischen 300 und 800 Ohm. Ein optimaler Wert für viele Anwendungen berechnet mein eigenes Antennenprogramm zu 390 Ohm.

Der Widerstand kann mit jedem guten Antennen Berechnungs- Programm auf den verwendeten Frequenzbereich optimiert werden. Eine Näherung basiert auf der effektiven Impedanz der Antenne
R = (Zmax + Zmin) / 2, wobei höchster und niedrigster Impedanzwert der Antenne im verwendeten Frequenzbereich berücksichtigt wird. Diese Näherung stellt sicher, dass der Schluckwiderstand einen Mittelwert darstellt, der über die gesamte Bandbreite akzeptable Werte liefert.
Kürzere Antennen erfordern einen Widerstand im Bereich von 400 – 600 Ohm, ideal für längere Antennen ist ein Widerstand von 300 – 450 Ohm. Der Widerstand sollte induktionsarm sein, um nicht die Impedanz-Verhältnisse zu verfälschen. Häufig verwendete Materialien sind Kohleschicht- und Metallfilm-Widerstände. Bei größeren Leistungen können mehrere Widerstände parallel oder in Reihe geschaltet werden, um den gewünschten Widerstandswert und die nötige Belastbarkeit zu erreichen.

Die Effektivität der T2FD-Antenne ist bescheiden gering und liegt insbesondere am Abschlusswiderstand, der etwa die Hälfte der HF- Energie in Wärme wandelt. Bei niederen Frequenzen – 3,5 MHz – ist der Gewinn bei – 3 bis – 6 dB im Vergleich zu einem resonanten Dipol. Bei mittlerer Frequenz – 7 MHz – ist der Gewinn etwas höher und liegt typischerweise bei – 2 bis – 4 dB. Bei hohen Frequenzen – 14 MHz und höher – nähert sich der Gewinn dem eines Dipols an, liegt aber immer noch darunter, etwa bei – 1 bis – 3 dB.
Einfluss auf den Gewinn haben die Installationshöhe, der Neigungswinkel und der Schluckwiderstand. Eine größere Höhe über Grund verbessert die Effizienz und den Gewinn, insbesondere bei höheren Frequenzen. Der Winkel der Antenne gegen die Horizontale beeinflusst das Strahlungsdiagramm und damit auch den Gewinn in bestimmten Richtungen.

Die Speisung erfolgt sinnvoller Weise mit einer verlustarmen 500 bis 600 Ohm Zweidrahtleitung. Zur Symmetrierung kann die Methode nach dl3lh oder ein PUT aus verzwirbelten Kupferlackdrähten Anwendung finden – siehe Beitrag von HB9AWJ.

Die T2FD-Antenne ist keine Hochgewinn-Antenne, sondern eine breitbandige und vielseitige Lösung, die für Anwendungen wie Notfunk, MIMO, Amateurfunk, militärische Kommunikation und moderne Digitaltechnik geeignet ist. Der Vorteil liegt in der Breitbandigkeit, der einfachen Anpassung und nicht im maximalen Gewinn.

Dr. Walter Schau, DL3LH

beschreiben elektrische und magnetische Felder und zeigen, wie elektrische Ladungen und Ströme Felder erzeugen. In dem klassischen Differentialoperator-Format werden die elektromagnetischen Felder präzise beschreiben.

Das Gaußsche Gesetz der Elektrizität besagt, dass die Divergenz des elektrischen Feldes durch die Ladungsdichte bestimmt wird und elektrische Ladungen die Quelle des elektrischen Feldes sind. Das Gaußsche Gesetz für Magnetfelder zeigt, dass die Divergenz des magnetischen Feldes immer null ist und bedeutet, dass es keine magnetischen Monopole gibt und daher Magnetfeld-Linien immer geschlossen sind, egal welche Entfernungen dabei überbrückt werden müssen.

Das Faradaysche Induktionsgesetz besagt nun, dass ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld, ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt und erklärt damit die elektromagnetische Induktion.

Das Ampèresche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen elektrischen Strömen und magnetischen Feldern. In seiner ursprünglichen Form besagt, dass ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld ein magnetisches Feld hervorruft und mit der Maxwelleschen – Korrektur auch für elektromagnetische Wellen gültig ist.

Auf atomarer und subatomarer Ebene reicht diese klassische Beschreibung nicht mehr aus. Hier beginnt die Quantenmechanik die zeigt, dass Energie und Materie nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Paketen existiert. Das elektromagnetische Feld wird in der Quantenmechanik quantisiert. Licht und andere elektromagnetische Wellen bestehen aus Photonen, den Bausteinen des Feldes mit dem Wellen-Teilchen-Dualismus. Photonen, die immer mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, zeigen sowohl Wellen – als auch Teilchen Eigenschaften, was durch die Quantenmechanik beschrieben wird, nur in den Maxwellschen Gleichungen keine Berücksichtigung findet.

Die Quantenelektrodynamik – QED – ist daher eine Erweiterung der klassischen Elektrodynamik auf Quantenebene. Sie kombiniert die Maxwellschen Gleichungen mit den Prinzipien der Quantenmechanik und der speziellen Relativitätstheorie. In der QED interagieren geladene Teilchen – wie Elektronen – durch den Austausch von Photonen. Diese Austauschprozesse werden durch Feynman-Diagramme beschrieben und erhöhen das Verständnis dieser doch komplexen Vorgänge.

Als Beispiel sei das Coulomb-Kraft Gesetz genannt, das die elektrische Anziehung oder Abstoßung geladener Teilchen beschreibt. Es wird als kontinuierliches Feld in den Maxwellschen Gleichungen dargestellt, in der QED jedoch durch den Austausch virtueller Photonen erklärt.

Die Maxwellschen Gleichungen bleiben als makroskopische Näherung gültig, werden jedoch durch die Quantenfeldtheorie erweitert die elektromagnetische Felder als quantisierte Operatoren Felder beschreibt.

Phänomene wie der Photoelektrische Effekt, bei dem Licht höherer Frequenz Elektronen aus einer Metalloberfläche schlägt, werden durch die quantisierte Natur von Licht-Teilchen – den Photonen – erklärt. Auch der Compton-Effekt, bei dem Photonen mit Elektronen kollidieren und dabei Energie austauschen, ist ein weiteres Beispiel für die Verbindung zwischen klassischer und quantenmechanischer Beschreibung.

Die Maxwellschen Gleichungen gelten als Näherung, wenn Quantenphänomene vernachlässigbar sind und in der mikroskopischen Welt die klassische Feldbeschreibung durch die quantisierte Beschreibung ersetzt wird.
Makroskopische Felder, wie elektromagnetische Felder von Antennen, können durch die Maxwellschen Gleichungen modelliert werden, während mikroskopische Prozesse – wie die Licht-Materie-Wechselwirkung auf atomarer Ebene – die Quantenmechanik – und speziell die Quantenelektrodynamik als Erklärung erfordern.

Die Verbindung der Maxwellschen Gleichungen mit der Quantenmechanik wird in vielen modernen Technologien und Forschungsfeldern genutzt. Dazu gehört die Laser Physik mit der Interaktion von Photonen mit Materie die auf quantisierten elektromagnetischen Feldern basiert und die Quantenoptik mit der Erforschung von Phänomenen wie verschränkten Photonen und Quanten Kryptographie.

Was kann nun der interessierte Amateur aus diesem kleinen Ausflug in die elektrotechnischen und quantentheoretischen Grundlagen mitnehmen?

Sicher das die magnetischen Linien immer geschlossen sind, d.h. weder Anfang noch Ende haben und das ein hochfrequenter Strom ein Magnetfeld erzeugt und umgekehrt. Das würde jedenfalls Themen wie Balun, Antennen, Leitungen und Koppler auf eine technische Basis bringen und alle Spekulationen über deren Funktion verstummen lassen.

Wer mehr wissen möchte, sei auf den Beitrag: „Die Antenne macht die Musik“ u.a. verwiesen.

Dr. Walter Schau, DL3LH

Die BEMFV – Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder – betrifft insbesondere Funkamateure mit ortsfesten Funkanlagen. Sie regelt die Anzeige- und Nachweispflichten zur Einhaltung der Grenzwerte elektromagnetischer Felder.
Die Selbsterklärung, die Funkamateure abgeben müssen, wenn ihre Anlage eine äquivalente isotrope Strahlungsleistung von 10 Watt EIRP oder mehr erreicht. Diese Anzeige erfolgt bei der Bundesnetzagentur und dient dem Schutz der Bevölkerung vor möglichen gesundheitlichen Auswirkungen elektromagnetischer Felder.
In Deutschland werden die Grenzwerte für elektromagnetische Felder durch die 26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes – 26. BImSchV – geregelt. Diese Verordnung basiert auf Empfehlungen der Internationalen Kommission zum Schutz vor nicht ionisierender Strahlung – ICNIRP- und der Strahlenschutzkommission.

Einige Grenzwerte für hochfrequente elektromagnetische Felder von ortsfesten Anlagen nach Frequenzbereich, elektrische Feldstärke, magnetische Feldstärke

0,1 – 1 MHz 87 V/m 0,73 / f A/m
1 – 10 MHz 87 / f¹/² V/m 0,73 / f A/m
10 – 400 MHz 28 V/m 0,073 A/m
400 – 2000 MHz 1,375 f¹/² V/m 0,0037 f¹/² A/m

Diese Grenzwerte sollen sicherstellen, dass keine gesundheitlich relevanten Wärmebelastungen des Körpers durch elektromagnetische Felder entstehen.
Sie gelten für Mobilfunk-Basisstationen, Rundfunksender, zivile und militärische Radaranlagen sowie Amateurfunkanlagen.

Verstöße gegen diese Vorschriften werden als Ordnungswidrigkeit geahndet.

Laut § 15a der BEMFV können Bußgelder verhängt werden, wenn eine erforderliche Anzeige der Funkanlage nicht oder nicht rechtzeitig erfolgt. Die festgelegten Grenzwerte für elektromagnetische Felder überschritten werden. Die Standortbescheinigung nicht eingeholt oder nicht eingehalten wird.
Die genaue Höhe der Bußgelder hängt von der Schwere des Verstoßes ab und wird von der Bundesnetzagentur festgelegt.

§ 15a Ordnungswidrigkeiten

Ordnungswidrig im Sinne des § 37 Absatz 1 Nummer 14 des Gesetzes über die Bereitstellung von Funkanlagen auf dem Markt handelt, wer vorsätzlich oder fahrlässig entgegen § 4 Absatz 1 Satz 1, auch in Verbindung mit Satz 2, entgegen § 5 Absatz 2 Satz 2 oder entgegen § 5 Absatz 3 Satz 5 eine ortsfeste Funkanlage betreibt.

Wer mehr wissen will, beschäftige sich mit dem Bußgeld Katalog!

Dr. Walter Schau, DL3LH