Bodenwelle

Die Bodenwelle ist der Anteil einer ausgesendeten Funkwelle, der sich nahe der Erdoberfläche ausbreitet und ihrer Krümmung folgt. Sie ist einer der drei klassischen Ausbreitungswege im Funk - neben der Raumwelle und der direkten Sichtverbindung.

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Was ist die Bodenwelle?

Wenn eine Antenne sendet, strahlt sie die Energie in mehrere Richtungen ab. Ein Teil geht schräg nach oben zur Ionosphäre - das ist die Raumwelle. Ein anderer Teil läuft flach am Boden entlang - das ist die Bodenwelle.

Das Besondere: Die Bodenwelle folgt der Erdkrümmung und erreicht damit auch Empfangsorte hinter dem geografischen Horizont - anders als eine geradlinig laufende Sichtverbindung. Möglich wird das durch die Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes mit der Grenzfläche zwischen Luft und dem elektrisch leitfähigen, aber verlustbehafteten Erdboden - man spricht genauer von der Oberflächenwelle. Der Boden leitet zwar, ist aber nicht verlustfrei: Die im Boden fließenden Ströme setzen laufend Energie in Wärme um, und genau daran verliert die Welle mit jedem Kilometer an Stärke.

Wie weit kommt die Bodenwelle?

Die Reichweite hängt vor allem von der Frequenz ab - und zwar umgekehrt: Je niedriger die Frequenz, desto weiter kommt die Bodenwelle. Der Grund ist die Dämpfung. Höhere Frequenzen werden vom Erdboden viel stärker geschluckt als tiefe. Deshalb sinkt die Bedeutung der Bodenwelle von unten nach oben durch das Spektrum:

Trotzdem ist der Vorteil klar: Langwellen- und Mittelwellensender setzen deshalb auf die Bodenwelle. Ein einziger Rundfunksender versorgt tagsüber zuverlässig eine ganze Region - weitgehend unabhängig von Ionosphäre und Sonnenaktivität. Die reine Bodenwelle ist dabei vergleichsweise stabil. Nachts können jedoch zusätzlich ionosphärische Signalanteile am Empfänger eintreffen; deren Zusammenwirken mit der Bodenwelle verursacht auf Mittelwelle das bekannte Fading.

Bodenleitfähigkeit - warum Seewasser gewinnt

Der Name sagt es schon: Die Bodenwelle lebt vom Boden. Genauer gesagt von seiner elektrischen Leitfähigkeit. Je besser der Untergrund leitet, desto weniger Energie verliert die Welle und desto weiter kommt sie.

Als grobe Faustregel gilt diese Reihenfolge:

Das ist kein akademisches Detail: Küstensender und Seefunkstellen profitieren enorm davon, dass Salzwasser die Bodenwelle besonders gut trägt. Über dem Meer kommt ein Mittelwellensignal deutlich weiter als über trockenem Binnenland.

Die Tabelle ist aber wirklich nur eine Faustregel. Die tatsächlichen Werte schwanken stark. Eis und gefrorene Böden lassen sich gar nicht pauschal einordnen, weil Temperatur, Salzgehalt, Feuchtigkeit und Untergrund ihre elektrischen Eigenschaften stark beeinflussen. Und läuft eine Strecke teils über Meer, teils über Land, lässt sich das nicht einfach mitteln: Der Küstenverlauf selbst kann die Ausbreitung beeinflussen.

Warum vertikale Polarisation?

Eine wirksame Oberflächenwelle braucht ein vertikal ausgerichtetes elektrisches Feld - also vertikale Polarisation. Ein horizontal polarisiertes Feld wird dicht über dem leitfähigen Boden durch Reflexion und Bodenverluste wesentlich stärker abgeschwächt und eignet sich daher deutlich schlechter für die klassische Oberflächenwellenausbreitung.

Deshalb arbeiten klassische Bodenwellen-Sender mit vertikalen Antennen - etwa Sendemasten, deren gesamte Höhe strahlt. Im Amateurfunk begünstigt ein Vertikalstrahler die Bodenwelle deutlich besser als ein horizontaler Dipol. Verbindungen macht ein Dipol natürlich trotzdem - nur eben überwiegend über andere Wege (Raumwelle, Direkt- und bodenreflektierte Welle), nicht über die klassische Bodenwelle. Die Polarisation allein reicht aber nicht: Gerade auf den langen Bändern verlieren verkürzte Vertikalantennen ohne gutes Erd- und Radialnetz einen großen Teil der Leistung als Verlustwärme im Boden.

Bedeutung im Amateurfunk

Für den größten Teil des Kurzwellen-Amateurfunks spielt die Bodenwelle nur eine Nebenrolle. Ihre größte Bedeutung unter den klassischen KW-Bändern hat sie ganz unten - auf dem 160-Meter-Band (Top Band). Noch stärker prägt sie die tiefer liegenden Amateurbänder 630m und 2200m, die in Deutschland der Klasse A vorbehalten sind.

Auf 160m wird die ionosphärische Ausbreitung tagsüber durch die Absorption in der D-Region stark eingeschränkt. Für typische regionale Verbindungen dominiert deshalb meist die Bodenwelle. Der Prüfungskatalog fasst das vereinfacht zusammen:

Die Formulierung „keine Raumwelle entstehen kann" ist dabei eine prüfungsdidaktische Vereinfachung: Die nach oben abgestrahlte Welle ist durchaus vorhanden, wird tagsüber aber meist so stark absorbiert, dass kein nutzbares Raumwellensignal zurückkehrt. Praktisch heißt das: Tagsüber ist 160m ein regionales Band. Wie weit man kommt, hängt stark von Antenne, Leistung, Bodenleitfähigkeit, Störpegel und Betriebsart ab.

Nach Sonnenuntergang entfällt die direkte solare Ionisation über dem Ausbreitungsgebiet weitgehend. Die Elektronendichte der D-Region nimmt ab, ihre Dämpfung wird schwächer - und ionosphärische Verbindungen werden deutlich wahrscheinlicher. Die Raumwelle lebt auf, und dann sind auf 160m plötzlich Verbindungen über tausende Kilometer möglich. Das ist dann aber nicht mehr die Bodenwelle.

Tote Zone und Fading

Boden- und Raumwelle zusammen erklären zwei Effekte, die auch gern geprüft werden:

• Tote Zone: der Entfernungsbereich, in dem die Bodenwelle bereits unter die nutzbare Feldstärke abgesunken ist, während die erste ionosphärische Raumwelle den Boden noch nicht wieder erreicht - dort ist keine Station zu hören.
• Fading: Treffen Boden- und Raumwelle am selben Ort mit wechselnder Phase zusammen, überlagern sie sich je nach Phasenlage verstärkend oder abschwächend - die Signalstärke schwankt.