Über die Ausbreitung von
Lang- und Mittelwellen


Die Ausbreitung der Lang- und Mittelwellen ist durch viele Einflüsse gekennzeichnet, wodurch die Empfangsverhältnisse starken Schwankungen unterworfen sind. Über die Reichweite eines Senders können daher nur grobe Angaben gemacht werden. Jener Bereich, in dem ein Sender jederzeit garantiert ohne Störungen empfangen werden kann, ist relativ klein, da eine hohe Feldstärke erforderlich ist, um alle möglichen Störungen garantiert überdecken zu können.
Die ITU gibt folgende Grenzwerte für den zuverlässigen Empfang von LW- und MW-Signalen an:
(Quelle: Regional Administrative LF/MF Broadcasting Conference für die Regionen 1 und 2, Genf 1975)
  MW
Bodenwelle
Tag
MW
Bodenwelle
Nacht
ländliche Gebiete
MW
Bodenwelle
Nacht
Städte
LW
Bodenwelle
Tag & Nacht
Nördliche gemäßigte
Zone
dB/1µVm 63 71 1)   65 77 77 1)   73
µV/m 1.413 3.548 1.778 7.079 7.079 4.467
Äquatorialzone
 
dB/1µVm 73 81   87 87  
µV/m 4.469 11.220   22.387 22.387  
Südliche gemäßigte
Zone
dB/1µVm 66 74   80 80  
µV/m 1.995 5.012   10.000 10.000  
1) Einige Flächenstaaten hielten auf Mittelwelle 65 dB bzw. auf Langwelle 73 dB als ausreichende Feldstärke für ländliche Gebiete
Die Reichweite von Lang- und Mittelwellen ist im Wesentlichen durch folgende Parameter bestimmt:
Sendeleistung und Antenne:
Der Versorgungsbereich eines LW- oder MW-Senders wird, von Ausnahmen abgesehen, durch die Reichweite der Bodenwelle bestimmt. Die – fast (siehe Mögel-Dellinger-Effekt weiter unten) – nur Nachts auftretende Raumwelle, die in wesentlich größeren Entfernungen einen Empfang ermöglicht, ist meist nur ein praktischer Nebeneffekt. Oft verursacht die Raumwelle aber große Probleme. Bei starken Sendern kann es in einem bestimmten Entfernungsbereich zu starken Interferenzen zwischen Raum- und Bodenwelle kommen, wodurch die Signalstärke stark schwankt. Durch spezielle Antennenkonstruktionen versucht man diesen Effekt gering zu halten.

Der Bairische Rundfunk verwendete in Ismaning auf 1602 bzw. 801 kHz lange Zeit zwei unterschiedliche Antennen bzw. in den 70er-Jahren eine umschaltbare Antenne für Tag- und Nachtbetrieb. In der Schweiz wurden früher sogar zwei unterschiedliche Sendeanlagen auf verschiedenen Frequenzen und benützt, die für Tagbetrieb (Beromünster 539/540 kHz) mit Bodenwelle und Nachtbetrieb (Sarnen 1568/1566 kHz) mit Raumwelle optimiert waren.

Gleichkanalsender:
Da im Lang- und Mittelwellenbereich nur eine sehr begrenzte Anzahl an Frequenzen zur Verfügung steht, müssen pro Kanal mehrere Sender untergebracht werden. Zu Zeiten, als die Lang- und Mittelwelle noch große Bedeutung in Europa hatten, führte das infolge einer ständigen Zunahme an Sendern und der Steigerungen der Sendeleistungen zu immer größeren gegenseitigen Beeinträchtigungen. Zur verlässlichen Trennung von Gleichkanalstörungen muss das Nutzsignal etwa 30 mal stärker als das Störsignal sein. Somit kann ein selbst starker Sender bei einem nahen Gleichkanalsender bei Nacht nur einem relativ kleinen Gebiet störungsfrei empfangen werden.
Frequenz:
Je größer die Wellenlänge wird, desto besser ist die Bodenwellenausbreitung ausgeprägt. Im LW-Bereich dominiert die Bodenwelle bei weitem, sodass die Raumwelle vernachlässigbar ist. Innerhalb des MW-Bereich zeigen sich zwischen 531 kHz und 1602 kHz starke Unterschiede. Frequenzen unter 1000 kHz eignen sich besonders zur Versorgung größerer Gebiete mit leistungsstarken Sendern per Bodenwelle. Sender auf Frequenzen speziell über 1300 kHz haben dagegen auch bei hohen Leistungen eine nicht besonders weit reichende Bodenwelle, wodurch hier eine Versorgung großer Gebiete bei Tag als ineffizient erscheint. Die hohen MW-Frequenzen sind dagegen ideal für die Versorgung weit entfernter Gebiete per Raumwelle geeignet, was früher viele – heute nur noch wenige – internationale Programmanbieter nutzten.
Topographie und Bodenleitfähigkeit:

Die Erde bildet einen Bestandteil bei nahezu allen LW- und MW-Sendeantennen, sodass die Eigenschaften des Erdbodens bei der Wellenausbreitung eine bedeutende Rolle spielen.

Die Bodenwelle breitet sich umso effektiver aus, je leichter sie – bildlich gesprochen – an der Landschaft entlang gleiten kann. Da es sich um elektromagnetische Felder handelt, erfolgt die Ausbreitung umso leichter, je größer die elektrische Leitfähigkeit des Bodens ist. Ideale Ausbreitungsbedingungen bietet Meerwasser, aber auch sumpfige Küstenniederungen bieten sehr gute Voraussetzungen. Wüstengebiete wirken sich dagegen für die Reichweite bei Tag ungünstig aus. In Gebirgsgegenden kommt zum ungünstigen felsigen Untergrund noch der Nachteil zu tragen, dass die MW-Sender meist in den feuchteren Talniederungen aufgestellt werden müssen und daher die Bodenwellen die elektrisch schlecht leitenden Gebirgskämme überwinden müssen. Daher sind LW- und MW-Sender zur Versorgung von gebirgigen Landstrichen wenig geeignet und wurden hier schon sehr frühzeitig durch UKW-Sender ersetzt. Man benötigt für eine Gebirgsregion zwar viele UKW-Sender, die aber geringe Leistung haben können und somit billige Sendeanlagen ermöglichen.


Karte von Telefunken mit der Bodenleitfähigkeit in Deutschland; Angaben in mS/m.

Die Bodenleitfähigkeit wird in Siemens pro Meter angegeben.
Oberflächentypus Dielektrizitätskonst. Leitf. [mS/m] Kommentar
Salzwasser 81 5000 exzellent
Süßwasser 80 1  
Weideland, leicht hügelig, leichter Boden 20 30 sehr gut
Flaches Land, sumpfig, dicht bewaldet 13 7 durchschnittlich
Weideland, mittel hügelig, einige Bäume 13 6 durchschnittlich
Weideland, schwerer Lehmboden 13 5 durchschnittlich
Steiniger Grund, Gebirge 12 2 schlecht
Sandig, trocken, eben 10 2 schlecht
Siedlungsgebiet 5 1 sehr schlecht
Dichte, hohe Bebauung, Industriegebiet 3 1 sehr schlecht
Wetter und Jahreszeit:

Da schon die Bodenleitfähigkeit von der Feuchtigkeit abhängig ist, ist auch nicht verwunderlich, dass feuchtes Wetter die Ausbreitung der Wellen verbessert.

Wesentlich stärker ausgeprägt ist jedoch der indirekte Einfluss der Jahreszeit. Die im Mittelwellenbereich üblicherweise nur nachts mögliche Raumwellenausbreitung entsteht dadurch, dass die Wellen an einer Schichte der Ionosphäre reflektiert werden. Dies Schichte entsteht infolge des Fehlens der Sonneneinstrahlung am Abend und zerfällt in den Morgenstunden wieder. Durch die geringe Sonneneinstrahlung in den nördlichen und südlichen Breitengraden der Erde jeweils im Winter passiert es, dass sich diese Schichte im Laufe des Tages nicht völlig zurückbildet und somit auch tagsüber eine – zwar etwas abgeschwächte – Raumwellenausbreitung möglich ist.

Sonderfall Mögel-Dellinger-Effekt bzw. High-Noon-Effekt:

Besonders im Sommer kann es tagsüber manchmal kurzzeitig (wenige Minuten bis einige Stunden) geschehen, dass auf Mittelwelle eine Raumwellenausbreitung möglich ist. Dies passiert, wenn in Folge einer hohen Sonnenaktivität ein Impuls intensiver Röntgenstrahlung von der Sonne kommend die Erde trifft und hier eine bis in tiefe Schichten der Ionosphäre reichende plötzliche Erhöhung der Ionenkonzentration bewirkt.

Häufig führt dies zu einem Totalausfall der Kurzwelle und wird Mögel-Dellinger-Effekt genannt. Die Kurzwellen können in diesem Fall die unteren Schichten der Ionosphäre nicht mehr durchdringen, womit auch keine Reflexion an den hohen Schichten der Ionosphäre statt findet.

Eine stark erhöhte Ionenkonzentration kann jedoch auch eine Reflexion der Mittelwellen an der D-Schicht der Ionosphäre bewirken, welche bei Tageslicht üblicherweise die Mittelwellen fast vollständig absorbiert. Da dies im Sommer um die Mittagzeit - wegen der schon dadurch gegebenen hohen Sonneneinstrahlung - öfters als zu anderen Zeiten auftritt, spricht man vom High-Noon-Effekt.

Elektrische Störungen:
Für dicht bebaute Gebiete gelten wesentlich höhere Werte für die erforderliche Mindestfeldstärke als für ländliche Regionen, da in den Städten vor allem elektrische Störimpulse häufig sind. In ländlichen Gebieten machen sich dagegen vor allem Störungen durch Gewitter im Sommer bemerkbar. Allerdings wurden für die gemäßigten Zonen der Erde wegen der relativ gesehen geringen Gewitterhäufigkeit deutlich niedrigere Grenzwerte für die Mindestfeldstärke angenommen. Man nimmt damit in Kauf und hält es für zumutbar, dass im Sommer zeitweise Knistern und Krachen durch Blitzentladungen auftritt. In den tropischen Regionen der Erde sind dagegen Störungen durch Blitzentladungen ständig vorhanden, wodurch insgesamt wesentlich höhere Mindestfeldstärken erforderlich sind, um einen störungsfreien Empfang zu ermöglichen.
 
Andere Einflüsse wie Störungen im Erdmagnetfeld infolge erhöhter Sonnenaktivität, die sich durch ein erhöhtes Grundrauschen bemerkbar machen, sind gegenüber den oben genannten Einflussgrößen für den Normalhörer ohne Bedeutung.
 
Aufgrund der vielfältigen und stark schwankenden Einflussgrößen ist es praktisch unmöglich, die Reichweite eines LW- bzw. MW-Senders zuverlässig zu berechnen. Die tatsächliche Reichweite muss daher im Nachhinein durch zahlreiche Feldmessungen im Einzugsgebiet der Sender ermittelt werden.
Im LW-Bereich ist eine ungefähre Berechnung durch die Dominanz der Bodenwelle noch am ehesten möglich. Aus früheren Zeiten sind einige empirische Formeln überliefert. Nachfolgend werden auf der halbempirischen Formel nach Austin-Cohen von 1912 bzw. 1920
E = 300/d * SQRT P * e^(-c*d/l^0,6)  
   
E = Feldstärke in mV/m c = 0,001  über Seewasser
d = Entfernung zum Sender in Kilometer c = 0,003  über feuchtem Land
P = Sendeleistung in Kilowatt c = 0,005  über trockenem Land
c = Dämpfungsfaktor c = 0,013  Fels, Wüste, bebautes Land
l = Wellenlänge in Kilometer  
beruhend die mittleren Reichweiten bei verschiedenen Sendeleistungen und Bodenleitfähigkeitswerten dargestellt. Da die so erzielten Ergebnisse nur für gewisse Idealbedingungen gelten und zu optimistisch erscheinen, wurde versucht, durch Veränderung der Formelparameter die Ergebnisse soweit anzupassen, dass sich eine ungefähre Deckung mit den Reichweitekurven der ITU ergibt.

Diagramm der ITU für die Reichweite der Bodenwelle der bei Bodenleitfähigkeit 10 mS/m, Dielektrizitätskonstante 4, bei einem Sender mit 1 kW effektiver Strahlungsleistung an einem idealen Hertzschen Dipol auf idealer Erde.
Mit folgender Formel wurden die beste Übereinstimmung auch im Mittelwellenbereich erzielt:
E = 300/d * SQRT P * e^(-c*d/l^1,2)  
   
E = Feldstärke in mV/m c = 0,001  über Seewasser
d = Entfernung zum Sender in Kilometer c = 0,003  über feuchtem Land
P = Sendeleistung in Kilowatt c = 0,005  über trockenem Land
c = Dämpfungsfaktor c = 0,013  Fels, Wüste, bebautes Land
l = Wellenlänge in Kilometer  
Praxisnahe Berechnung der Reichweite von LW- und MW-Sendern:
unter Zugrundelegung einer Feldstärke von 77 dB/1µVm (= 7.079 µV/m);
Entfernungen in Kilometern, wie mit obiger Formel berechnet
Leistung Untergrund

Frequenz [kHz]

200 500 700 1000 1300 1600
1 kW Seewasser 41 39 38 36 34 33
feuchtes Land 39 34 32 29 26 24
trockenes Land 37 31 28 24 22 20
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 32 23 20 16 14 12
5 kW Seewasser 89 81 76 70 64 60
feuchtes Land 81 65 58 50 44 39
trockenes Land 75 56 48 40 34 30
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 59 38 31 24 20 17
10 kW Seewasser 124 109 101 91 82 76
feuchtes Land 109 84 73 61 53 46
trockenes Land 98 70 59 48 40 35
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 74 45 36 28 23 19
50 kW Seewasser 256 205 181 155 135 121
feuchtes Land 205 138 115 92 77 66
trockenes Land 174 109 88 69 57 48
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 117 64 49 37 30 25
100 kW Seewasser 343 261 226 189 163 144
feuchtes Land 261 167 136 107 89 76
trockenes Land 217 128 102 79 64 54
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 139 73 56 41 33 28
300 kW Seewasser 529 370 310 252 212 184
feuchtes Land 370 218 173 133 109 92
trockenes Land 295 163 126 95 77 65
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 177 88 66 49 38 32
500 kW Seewasser 639 429 355 284 237 205
feuchtes Land 429 244 192 146 119 100
trockenes Land 336 179 138 104 83 69
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 196 95 71 52 41 34
1000 kW Seewasser 813 516 419 330 273 234
feuchtes Land 516 281 218 164 132 111
trockenes Land 396 203 155 115 92 76
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 223 105 78 57 44 37
2000 kW Seewasser 1015 612 489 379 311 264
feuchtes Land 612 320 246 183 146 122
trockenes Land 460 228 173 127 100 83
Gebirge, Wüste, Stadtgeb. 252 116 86 62 48 39
letzte Änderung: 15.02.2006

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