MUF (Maximum Usable Frequency)

Die MUF (Maximum Usable Frequency, deutsch höchste nutzbare Frequenz) ist die höchste Frequenz, die auf einem bestimmten Funkweg zu einer bestimmten Zeit noch über die Ionosphäre zur Erde zurückkommt. Sie entscheidet auf Kurzwelle, welches Band für eine weite Verbindung überhaupt in Frage kommt. Liegt dein Band darüber, trägt die Raumwelle auf diesem Weg in der Regel nicht.

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Was ist die MUF?

Kurz gesagt: Die MUF ist die Obergrenze des Frequenzbereichs, den die Ionosphäre auf einem bestimmten Weg zurückbricht. Sie hängt an drei Dingen: dem Weg zwischen den beiden Stationen, dem Zeitpunkt und der Schicht, über die das Signal läuft.

Die Internationale Fernmeldeunion definiert die MUF in ihrer Empfehlung ITU-R P.373 genau so: als höchste Frequenz, mit der sich eine Funkwelle "zwischen gegebenen Endpunkten" zu einem bestimmten Zeitpunkt allein durch Brechung an der Ionosphäre ausbreiten kann. Die ITU nennt das die Basis-MUF. Davon trennt sie die Betriebs-MUF, bei der Sendeleistung, Antennen und Betriebsart mitzählen.

Für dich heißt das: Fragst du "Wie hoch ist die MUF heute?", fehlt die Hälfte. Die sinnvolle Frage lautet "Wie hoch ist die MUF jetzt auf dem Weg nach Kanada?" oder "jetzt für einen Sprung über 3000 km?".

Die Tabelle zeigt aus Ionosondenmessungen abgeleitete Werte, keine Vorhersage. Jede Station hat ihre eigene Messzeit, die unter dem Namen steht. Der Vergleich mit gestern zur selben Uhrzeit macht sichtbar, wenn ein Sturm oder schneller Sonnenwind die Werte drückt. Der Tagesgang allein erklärt dann den Unterschied nicht. Die weltweite Karte dazu steht im Funkwetter.

foF2, MUF(3000) und der M-Faktor

Kurz gesagt: Die MUF für 3000 km ist die kritische Frequenz foF2 mal einen Faktor, der M(3000)F2 heißt. Grob liegt er um 3. Er hängt vor allem an der Höhe der F2-Schicht.

foF2: die kritische Frequenz

Sendest du senkrecht nach oben, kommt bis zu einer bestimmten Frequenz ein Echo zurück, darüber geht die Welle durch. Diese Grenze heißt kritische Frequenz, für die F2-Schicht foF2. Das kleine "o" steht für die ordentliche Welle, eine der beiden Komponenten, in die das Erdmagnetfeld ein Signal in der Ionosphäre aufspaltet. foF2 hängt nur an der höchsten Elektronendichte der Schicht. Die Formel dazu erklärt der Artikel Ionosphäre.

MUF(3000)F2 und M(3000)F2

Je flacher eine Welle auf die Schicht trifft, desto höher darf ihre Frequenz sein, damit sie noch zurückgebrochen wird. Für einen Weg von 3000 km mit einem einzigen Sprung über die F2-Schicht heißt diese Grenze MUF(3000)F2. Das Verhältnis zu foF2 ist der M-Faktor:

$\displaystyle M(3000)\mathrm{F2} = \frac{\mathrm{MUF}(3000)\mathrm{F2}}{\mathrm{foF2}} \qquad \mathrm{MUF}(3000)\mathrm{F2} = \mathrm{foF2} \cdot M(3000)\mathrm{F2}$

Beide Werte gehören zu den Standardparametern, die nach den Regeln der Internationalen Union für Radiowissenschaften (URSI) aus jedem Ionogramm abgelesen werden. Die 3000 km sind eine Vereinbarung der Ionosondenauswertung, keine Naturgrenze.

Der Faktor liegt grob beim Dreifachen. Eine feste Zahl ist er nicht. Liegt die F2-Schicht tief, trifft die Welle auf 3000 km flacher auf, und M wird größer. Liegt sie hoch, wird M kleiner. Für ihre Ausbreitungsvorhersage berechnet die ITU-R P.533 aus dem M-Faktor eine vereinfachte Ersatz-Reflexionshöhe: $h_r = 1490 / M(3000)\mathrm{F2} - 176$ km. Ein M von 3,0 ergibt gut 320 km, ein M von 3,5 rund 250 km. Das ist eine Modellhöhe mit halbempirischem Ursprung, nicht die gemessene Höhe des Elektronendichtemaximums.

Warum die MUF von der Strecke abhängt

Kurz gesagt: Je kürzer der Sprung, desto steiler trifft die Welle auf die Schicht und desto niedriger ist die MUF. Bei 0 km landest du bei foF2. Bei langen Wegen mit mehreren Sprüngen zählt die schlechteste Stelle.

KC2G, der Betreiber der bekanntesten MUF-Karte, schreibt es so: Bei Einzelsprüngen unter 3000 km liegt die nutzbare Frequenz unter der MUF, weil steilere Signale die Ionosphäre leichter durchschlagen. Je näher der Weg an die Senkrechte kommt, desto mehr sinkt sie Richtung foF2. Bei langen Wegen mit mehreren Sprüngen bestimmt die niedrigste MUF entlang des Wegs, was geht.

Wie stark der Unterschied ist, zeigt die Bake DK0WCY. Sie sendet Werte der Ionosonde Juliusruh, im Beispiel ihres Programmschemas:

Dieselbe Ionosphäre, drei Grenzen: 30 m trägt über 1000 km in diesem Beispiel nicht mehr, über 2400 km dagegen sogar 17 m (18 MHz).

Wie flach ist flach?

Für 3000 km mit einem Sprung muss die Welle sehr flach starten. Rechnet man mit der gekrümmten Erde, liegt der Erhebungswinkel bei einer Reflexionshöhe von 300 km nur bei etwa 4 Grad, bei 350 km bei etwa 6 Grad. Die oft genannten 10 Grad ergeben sich nur, wenn man die Erde als flach rechnet. Daraus folgt eine praktische Regel: Wer weite Einzelsprünge machen will, braucht eine Antenne, die flach abstrahlt.

Von 12db gerechnet: Kugel mit 6371 km Radius, Spiegelung in einem Punkt. Die reale Brechung verläuft über eine Strecke, die Werte sind deshalb Größenordnungen. ITU-R P.533 begrenzt den längsten Sprung bei der Berechnung der Basis-MUF auf 4000 km.

Für die Nahverbindung gilt das Gegenteil. Bei NVIS, der Steilstrahlung im Umkreis von wenigen hundert Kilometern, liegt die obere Grenze in der Nähe von foF2. Je nach Entfernung und Einstrahlwinkel kann sie etwas darüber liegen. KC2G nennt als Faustregel: Steigt foF2 auf 7 MHz und mehr, eignet sich 40 m für Verbindungen in der Nähe. Fällt foF2 unter 3 MHz, verschwinden auf 80 m die nahen Stationen, entfernte bleiben hörbar.

Wie die MUF gemessen wird

Kurz gesagt: Eine Ionosonde sendet senkrecht nach oben und durchläuft dabei einen Frequenzbereich. Aus den Echos entsteht ein Ionogramm, aus dem ein Programm foF2, M(3000)F2 und MUF(3000) automatisch abliest.

Die Ionosonde arbeitet wie ein Echolot nach oben. Das Verfahren geht auf Gregory Breit und Merle Tuve zurück, die es 1925 entwickelten. Heutige Geräte vom Typ Digisonde werten ihre Ionogramme mit dem Programm ARTIST aus und schicken die Werte an das Datenzentrum GIRO.

In Mitteleuropa liefern unter anderem diese Stationen laufend Werte:

Automatisch abgelesen heißt nicht immer richtig

Jede automatische Auswertung bekommt einen Vertrauenswert von 0 bis 100. Eine Untersuchung von Themens, Reid und Elvidge (2022) an knapp 35.000 von Hand geprüften Ionogrammen zeigt: Für foF2 sind schon Werte ab etwa 50 verlässlich, mit Ausnahme der 55. Bei anderen Größen wie der Höhe der Schicht reicht das nicht, und selbst 100 ist keine Garantie. Die MUF(3000) hat die Studie nicht eigens untersucht.

Die Tabelle oben nimmt deshalb nur Messungen mit einem Vertrauenswert ab 50 und ohne die 55 in den Vergleich und verlangt zusätzlich einen M-Faktor zwischen 2,0 und 4,5. Beides sind Plausibilitätsregeln von 12db, keine Norm. Ein Beispiel, das sie abfangen: Dourbes meldete am 04.11.2026 um 06:30 UTC foF2 = 5,95 MHz und MUF(3000) = 9,8 MHz, also einen M-Faktor von 1,65. Das liegt weit außerhalb des Üblichen und hätte im Tagesvergleich wie ein Einbruch um 10 MHz ausgesehen. Falsch ist der Wert damit nicht bewiesen, dafür müsste man das Ionogramm selbst ansehen. Die Regel nimmt ihn nur aus dem Vergleich.

MUF-Karte richtig lesen

Kurz gesagt: Die MUF-Karte im Funkwetter zeigt die MUF(3000), gerechnet aus den Werten der Ionosonden. Die Zahlen in den Punkten sind die Werte der einzelnen Stationen, die Flächen dazwischen geschätzt.

Die Karte stammt von prop.kc2g.com. Die Daten kommen von Ionosonden in aller Welt über GIRO, dazwischen wird interpoliert. Weit weg von der nächsten Station ist die Farbe deshalb unsicherer. Blass gezeichnete Punkte haben einen niedrigen Vertrauenswert. Eine neue Karte entsteht alle 15 Minuten aus Daten, die laut Betreiber meist 5 bis 20 Minuten alt sind. Im Mittel siehst du also den Stand von vor etwa einer halben Stunde.

Die Farbe an einem Ort gilt für einen 3000 km langen Weg, dessen Mitte dort liegt. Für einen Sprung von Deutschland nach Spanien zählt also die Farbe über Frankreich, nicht die über deinem Wohnort. Liegt die MUF(3000) über der Frequenz eines Bands, ist der weite Einzelsprung auf diesem Band möglich:

Die Schwelle ist die untere Bandgrenze. Ob du die Verbindung tatsächlich bekommst, hängt zusätzlich an Absorption, Leistung, Antenne und Störpegel, siehe nächster Abschnitt.

Was die MUF nicht sagt

Kurz gesagt: Die MUF ist eine Obergrenze, kein Versprechen. Unten begrenzt die Absorption, oben ist die Raumwelle nicht ganz zu Ende, und in Vorhersagen ist sie ein Monatsmittel.

Mit Abstand zur MUF funken

Die Dämpfung in der D-Schicht sinkt mit steigender Frequenz. Deshalb sind Signale knapp unter der MUF oft stark. Dafür ist der Weg dort am empfindlichsten: Die MUF schwankt von Tag zu Tag und von Stunde zu Stunde. Für zuverlässige Verbindungen wählt man deshalb häufig eine Frequenz mit etwas Abstand zur MUF. Welche Frequenz tatsächlich am günstigsten ist, hängt von Strecke, Tageszeit, Absorption und Betriebsbedingungen ab.

Dafür gibt es die optimale Arbeitsfrequenz (FOT oder OWF). Nach ITU-R P.373 ist sie die Frequenz, die die Betriebs-MUF an 90 Prozent der Tage eines Monats übersteigt. Als einfache Faustregel gilt etwa 85 Prozent der MUF, ein universelles Optimum ist das nicht. Mit diesem Faktor rechnet auch der Fragenkatalog. Vorhersagen wie VOACAP geben die MUF als Monatsmedian an: An etwa der Hälfte der Tage liegt die tatsächliche Grenze darüber, an der anderen Hälfte darunter. Die Ionosonde misst dagegen den Wert dieses Augenblicks.

Sturm und schneller Sonnenwind

Ein geomagnetischer Sturm verändert vor allem foF2 und damit die MUF. Wie genau, hängt von Tageszeit, Jahreszeit, geografischer Breite und Art der Störung ab. Das australische Weltraumwetterzentrum beschreibt als häufigen Verlauf: Erst steigt die kritische Frequenz, später im Sturm sinkt sie. Gerade die Einbrüche muss man auf Kurzwelle einplanen. Ein Blick in die Tabelle oben zeigt, ob die MUF heute unter dem Wert von gestern liegt. Ein Rückgang allein beweist aber keinen Sturm, die Werte schwanken auch so von Tag zu Tag. Ob ein Sturm dahintersteckt, zeigen erst Kp-Index und Sonnenwind im Funkwetter.