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Fresnel-Zone

Bild 1: Fresnel-Zone für eine Richtfunkverbindung

Für eine ungestörte Übertragung muss ein bestimmter Raum zwischen Sender und Empfänger frei von Hindernissen aller Art sein, da sich sonst Interferenzen der direkten Welle mit den von den Hindernissen reflektierten Wellen ergeben.
Der Raum um den direkten Funkstrahl, der hier besonders interessant ist, ist der Bereich bis zu einem Umweg von der halben Wellenlänge für die elektromagnetische Welle. Dieser Raum wird nach dem französischen Ingenieur Augustine Jean Fresnel, der dazu Versuche mit Lichtwellen gemacht hat, „1. Fresnel'sche Zone” genannt.

Bei dieser 1. Fresnel'schen Zone handelt es sich um ein gedachtes Rotationsellipsoid, in dessen Brennpunkten die beiden Antennen stehen und über dessen Rand der Umweg für das reflektierte Signal eine halbe Wellenlänge beträgt. Die Abmessungen der 1. Fresnel'schen Zone werden durch die Länge des Funkfeldes und die Wellenlänge bestimmt.
Die kleine Halbachse b des Rotationsellipsoides ergibt sich aus:

Ragen in diese Zone Hindernisse hinein, so führen die Reflexionen an diesen zur Abschwächung des Signales am Empfangsort.

Fresnel-Zone bei Radargeräten

Bei Radargeräten muss zusätzlich zu dem oben beschriebenen Rotationsellipsoid noch die Antennendrehung betrachtet werden. Die hier oft ebenfalls „Fresnel'sche Zonen” genannten Abschnitte auf der Erdoberfläche haben die Ausmaße, dass sich die Phasen der Wellen, die vom Ursprung durch den Anfang bzw. durch das Ende der Zone gehen, um 180° unterscheiden.

Fresnel-Zone bei Radargeräten

Bild 2: Fresnel-Zone bei Radargeräten

Die „1. Fresnel'sche Zone” ist also ein Kreis mit dem Standort des Radargerätes im Zentrum. Die weiteren Fresnel'schen Zonen sind kreisförmige Streifen um das Radargerät herum. Mit ausreichender Genauigkeit kann die Größe der Radien nach folgenden Formeln bestimmt werden:

R1 ≈ 0,72 h2 ; R2 ≈ 23,3 h2 h = Antennenhöhe über der Erdoberfläche
λ = Wellenlänge des Senders
(2)


λ λ

Auf die Reflektion der elektromagnetischen Wellen hat jeweils nur ein begrenzter Teil der Erdoberfläche Einfluss. Dieser Teil umfasst nur einige der Fresnel'schen Zonen und hat die Form einer Ellipse in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen. Wenn diese Ellipse genügend eben, glatt und physikalisch gleichartig ist, dann kann man die gesamte Oberfläche in dieser Richtung als gleichartige Ebene betrachten. Je weiter der Reflexionsbereich von der Antenne entfernt ist, desto größer die zulässige Höhe der Unebenheiten.