Zwischen Sender und Empfänger geht fast immer der allergrößte Teil der Leistung verloren. Ein Teil davon ist unvermeidbar, ein Teil hängt vom Wetter und Gelände ab, und ein Teil entsteht in der eigenen Station. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Dämpfungsarten, mit wenig Mathematik und Beispielen aus der Praxis. Aus Gründen der Einfachheit wird, bis auf die Beispiele, weitestgehend der Isotropstrahler betrachtet.
Dezibel – kurz und knackig
Dämpfungen werden in Dezibel (dB) angegeben, die man einfach addieren kann. Ein paar Beispiele für den Alltag:
| Dämpfung | verbleibende Leistung |
|---|---|
| 3 dB | die Hälfte |
| 6 dB | ein Viertel |
| 10 dB | ein Zehntel |
| 20 dB | ein Hundertstel |
1. Freiraumdämpfung – der unvermeidbare Teil
Die Freiraumdämpfung gilt für den leeren Raum ohne jedes Hindernis. Dabei wird nichts absorbiert.
Sie hat zwei Ursachen:
- Die Leistung verteilt sich. Die Welle breitet sich kugelförmig aus wie das Licht einer Glühbirne. Bei doppelter Entfernung ist die Kugeloberfläche viermal so groß, auf jeden Quadratmeter fällt nur noch ein Viertel der Leistung.
- Die Empfangsantenne fängt nur einen Ausschnitt ein. Ankommen kann nur, was auf die wirksame Fläche der Antenne trifft. Bei einer Rundstrahlantenne schrumpft diese Fläche mit steigender Frequenz. Daher hängt die Freiraumdämpfung auch von der Frequenz ab. Bündelnde Antennen wie Parabolspiegel gleichen das mehr als aus, weil ihr Gewinn bei fester Größe mit der Frequenz steigt.
Zwei Faustregeln:
- Doppelte Entfernung → 6 dB mehr, also etwa eine S-Stufe
- Doppelte Frequenz → 6 dB mehr (bei Rundstrahlern)
Für genaue Werte:
FSPL (dB) = 20 · log₁₀(d in km) + 20 · log₁₀(f in MHz) + 32,45Tabelle mit Beispielen:
| Strecke | Frequenz | Entfernung | Freiraumdämpfung |
|---|---|---|---|
| WLAN im Haus | 2,4 GHz | 10 m | ≈ 60 dB |
| UKW-Verbindung | 145 MHz | 50 km | ≈ 110 dB |
| ISS im Zenit / am Horizont | 145,8 MHz | 400 / 2.000 km | ≈ 128 / 142 dB |
| QO-100 Uplink | 2,4 GHz | 38.000 km | ≈ 192 dB |
| EME (Hin und Rück, gesamt) | 144 MHz | 2 × 384.000 km | ≈ 250 dB |
2. Wetter – Regen, Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff
Hier wird tatsächlich Energie absorbiert: Wassermoleküle (Regentropfen) nehmen einen Teil der Welle auf und wandeln ihn in Wärme um, Tropfen streuen zudem die Energie. Entscheidend ist die Frequenz:
| Frequenz | Einfluss von Regen und Feuchte |
|---|---|
| unter 3 GHz | praktisch keiner |
| 10 GHz | bei Starkregen rund 1 dB pro km |
| um 22 GHz | Absorptionsmaximum des Wasserdampfs, Regen schon bei mäßiger Stärke rund 1 dB pro km |
| um 60 GHz | Sauerstoff schluckt rund 15 dB pro km |
Ein 2m-QSO wird durch Regen also nicht schwächer. Für den QO-100-Uplink auf 2,4 GHz gilt dasselbe. Für Regen muss keine Leistungsreserve eingeplant werden. Erst im Downlink auf 10,5 GHz kostet ein kräftiges Gewitter einige dB. Auf 24 GHz gelingen die weitesten Verbindungen an trockenen, kalten Wintertagen.
3. Hindernisse – Gebäude, Wald und Gelände
Auf der Erde ist der Weg selten frei. Typische Zusatzdämpfungen:
| Hindernis | 2m (145 MHz) | 2,4 GHz |
|---|---|---|
| Gipskartonwand | unter 1 dB | wenige dB |
| Ziegelwand | 2–5 dB | 5–10 dB |
| Stahlbetondecke | ≈ 10 dB und mehr | 10–20 dB und mehr |
| Mehrfachverglasung ohne Beschichtung | praktisch keine | 2–4 dB |
| beschichtetes Wärmeschutzfenster | ähnlich hoch, 15–20 dB und mehr | 20 dB und mehr |
| Baumreihe, belaubt | 1–2 dB | mehrere dB, nass deutlich mehr |
Auf 2m kommen Signale also meist deutlich besser durch Wände und Bewuchs. Eine Ausnahme sind Metallflächen und Wärmeschutzverglasung. Die hauchdünne Metallschicht im Glas schirmt auf allen Frequenzen ähnlich stark ab. Auch die Bewehrung im Stahlbeton wirkt auf 2m wie ein grobes Gitter, dessen Maschen klein gegenüber der Wellenlänge sind, und hält einen guten Teil des Signals zurück.
Daher funktioniert WLAN im selben Raum mühelos, zwei Etagen tiefer aber kaum noch, obwohl die Freiraumdämpfung kaum zunimmt.
Auch das Gelände spielt mit. Für eine gute Verbindung muss nicht nur die direkte Sichtlinie frei sein, sondern auch ein ellipsenförmiger Raum darum, die Fresnelzone. Ragt ein Hügel oder Dach hinein, sinkt der Pegel. Steht ein Berg ganz im Weg, kommt das Signal nur noch durch Beugung über die Kante an, was leicht 20 dB und mehr kostet. Hinter dem Horizont durch die Erdkrümmung ist auf UKW ohne besondere Ausbreitungsbedingungen bald Schluss.
4. Ionosphäre – Dämpfung auf Kurzwelle
Auf Kurzwelle wird das Signal an der Ionosphäre reflektiert, muss aber vorher die D-Schicht durchqueren. Sie bildet sich tagsüber durch die Sonnenstrahlung und dämpft vor allem niedrige Frequenzen. Deshalb sind 160m und 80m tagsüber für DX kaum brauchbar und öffnen erst nach Sonnenuntergang, wenn die D-Schicht verschwindet. Starke Sonneneruptionen können die Dämpfung auf der Tagseite der Erde so stark erhöhen, dass die Kurzwelle für einige Zeit komplett verstummt (Mögel-Dellinger-Effekt).
5. Polarisation
Sende- und Empfangsantenne sollten gleich polarisiert sein. Trifft eine vertikal polarisierte Welle auf eine horizontale Antenne, gehen auf direktem Weg leicht 20 dB verloren. Klassisches Beispiel auf 2m: FM-Stationen arbeiten vertikal, SSB-Stationen horizontal. Wer mit einem Rundstrahler für FM eine SSB-Bake sucht, hört sie oft kaum. Bei Satelliten, deren Lage sich ständig ändert, helfen zirkular polarisierte Antennen. Auch der QO-100-Uplink erwartet zirkulare Polarisation (rechtsdrehend, RHCP). Ein Helix-Feed mit falscher Drehrichtung verschenkt einen großen Teil der mühsam erzeugten Sendeleistung.
6. Die eigene Station – Kabel und Stecker
Die einzige Dämpfung, die sich vollständig beeinflussen lässt, entsteht zwischen Funkgerät und Antenne. Koaxialkabel dämpfen umso stärker, je länger sie sind und je höher die Frequenz ist.
| 20 m Kabel | 2m (145 MHz) | 70cm (435 MHz) | 13cm (2,4 GHz) |
|---|---|---|---|
| RG58 | ≈ 4 dB | ≈ 6,5 dB | ≈ 20 dB |
| Ecoflex 10 | ≈ 1 dB | ≈ 1,8 dB | ≈ 4,5 dB |
20 m RG58 auf 70cm vernichten also rund drei Viertel der Leistung, beim Senden und genauso beim Empfang. Auf 2,4 GHz kommt am Ende nur noch ein Hundertstel an. Dazu kommen pro Steckverbindung einige Zehntel dB, bei alten oder feuchten Steckern auch deutlich mehr. Ein besseres Kabel bringt oft mehr als eine größere Endstufe.
Beispiel aus der Praxis
Für eine Abschätzung werden alle Dämpfungen einfach addiert. Ein Beispiel auf 70cm über 30 km mit einem bewaldeten Hügel im Weg.
| Posten | Wert |
|---|---|
| Sendeleistung 10 W | +40 dBm |
| Kabel Sender (20 m RG58) | −6,5 dB |
| Antennengewinn Sender | +6 dBi |
| Freiraumdämpfung | −115 dB |
| Hügel und Wald | −25 dB |
| Antennengewinn Empfänger | +6 dBi |
| Kabel Empfänger (10 m Ecoflex 10) | −1 dB |
| Empfangspegel | ≈ −96 dBm |
Das reicht für eine gute FM-Verbindung. Mit Ecoflex statt RG58 auf der Senderseite wären es rund 5 dB mehr – fast eine S-Stufe, ganz ohne zusätzliche Leistung.
Beispiel: QO-100-Uplink
Beim Uplink zu QO-100 hängt die nötige Sendeleistung fast nur von zwei Dingen ab, die sich selbst beeinflussen lassen: der Größe des Spiegels und den Verlusten bis zum Feed. Die rund 192 dB Freiraumdämpfung sind fest, Regen spielt auf 2,4 GHz keine Rolle.
Als Richtwert für den Schmalband-Transponder gelten etwa 5 W am Feed eines 75-cm-Spiegels. Daraus lässt sich ableiten, was bei anderen Aufbauten nötig ist. Jede Verdopplung des Spiegeldurchmessers bringt 6 dB mehr Gewinn, also ein Viertel der Leistung.
Die folgende Tabelle zeigt die nötige Leistung am Sender bei jeweils 5 m Kabel zwischen Sender und Feed.
| Spiegel | am Feed nötig | mit 5 m Ecoflex 10 (≈ 1 dB) | mit 5 m RG58 (≈ 5 dB) |
|---|---|---|---|
| 45 cm | ≈ 14 W | ≈ 18 W | ≈ 44 W |
| 60 cm | ≈ 8 W | ≈ 10 W | ≈ 25 W |
| 75 cm | ≈ 5 W | ≈ 6,5 W | ≈ 16 W |
| 1,2 m | ≈ 2 W | ≈ 2,5 W | ≈ 6 W |
Schon 5 m RG58 schlucken auf 2,4 GHz rund zwei Drittel der Leistung, der Sender muss also etwa die dreifache Leistung liefern. Mit Ecoflex 10 geht auf derselben Länge nur gut ein Fünftel verloren. Stecker und Adapter kosten zusätzlich – auf 2,4 GHz jeweils einige Zehntel dB. Deshalb lohnt sich ein kurzes, hochwertiges Kabel mit möglichst wenigen Übergängen mehr als eine stärkere Endstufe. Ein größerer Spiegel ist der zweite Hebel, denn er hilft im Up- und im Downlink gleichermaßen.
Mehr Leistung ist übrigens nicht automatisch besser: Das eigene Signal sollte im Downlink nicht stärker sein als die Bake. Wer deutlich darüber liegt, wird vom Warnsystem „LEILA“ markiert und muss die Leistung reduzieren.
Fazit
Die Freiraumdämpfung ist der unvermeidbare Grundbetrag jeder Funkstrecke. Wetter, Hindernisse, Ionosphäre und Polarisation kommen je nach Frequenz und Weg hinzu. Und die Verluste in Kabeln und Steckern sind die einzigen, die sich vollständig in der eigenen Hand befinden. Wer die wichtigsten Größenordnungen kennt, kann schnell abschätzen, ob eine Verbindung realistisch ist und wo sich eine Verbesserung am meisten lohnt.