Kapitel 9: Sender und Empfänger¶

Lernziele¶

Nach diesem Kapitel solltest du:

die grundlegende Aufgabe eines Empfängers erklären können
die grundlegende Aufgabe eines Senders erklären können
Geradeausempfänger, Direktmischer und Überlagerungsempfänger unterscheiden können
das Blockschaltbild eines klassischen Superheterodynempfängers verstehen
die Aufgaben von HF-Vorstufe, Mischer, Oszillator, ZF-Verstärker, Filter, Demodulator und NF-Verstärker erklären können
verstehen, wie durch Mischung eine Zwischenfrequenz entsteht
eine einfache Zwischenfrequenz berechnen können
erklären können, was eine Spiegelfrequenz ist
verstehen, weshalb Vorselektion die Spiegelfrequenzunterdrückung verbessert
Empfindlichkeit und Selektivität unterscheiden können
Signal-Rausch-Verhältnis und Rauschzahl grundsätzlich verstehen
den Einfluss der Bandbreite auf das thermische Rauschen erklären können
AGC, Squelch, BFO, RIT, IF-Shift, Notch-Filter und Noise Blanker grundsätzlich einordnen können
den grundsätzlichen Aufbau eines analogen Senders erklären können
die Aufgaben von Frequenzaufbereitung, Modulator, Treiber, Endstufe und Ausgangsfilter erklären können
die Aufgabe einer ALC verstehen
das Grundprinzip eines SDR-Empfängers und SDR-Senders erklären können
analoge Verarbeitung und digitale Signalverarbeitung unterscheiden können
wichtige Eigenschaften von Sendern und Empfängern beurteilen können

Hinweis zu HB3 und HB9: Das BAKOM nennt Empfängertypen und Sendertypen, analoge und digitale SDR-Systeme, Blockdiagramme, Funktionen der einzelnen Stufen sowie Empfänger- und Sendereigenschaften ausdrücklich als Prüfungsstoff. Für HB3 sind die technischen und rechnerischen Fragen weniger komplex als für HB9. Die Kennzeichnung HB9-Vertiefung in diesem Lehrwerk ist eine didaktische Lernhilfe.

Formelzeichen und Symbole¶

Zeichen	Bedeutung	Einheit
\(f_E\)	Empfangsfrequenz	Hz
\(f_O\)	Oszillatorfrequenz	Hz
\(f_\mathrm{ZF}\)	Zwischenfrequenz	Hz
\(f_S\)	Spiegelfrequenz	Hz
\(B\)	Bandbreite	Hz
\(P_N\)	Rauschleistung	W
\(P_S\)	Signalleistung	W
\(U_N\)	Rauschspannung	V
\(U_S\)	Signalspannung	V
\(T_K\)	absolute Temperatur	K
\(k\)	Boltzmann-Konstante	Ws/K
SNR	Signal-Rausch-Verhältnis	dB
\(F\)	Rauschfaktor	keine
\(n_F\)	logarithmische Rauschzahl	dB
\(\eta\)	Wirkungsgrad	keine

Der rote Faden¶

Eine Funkverbindung besteht vereinfacht aus:

Information → Sender → Antenne → Funkwelle → Antenne → Empfänger → Information

Der Sender hat die Aufgabe:

aus einer Information ein geeignetes Hochfrequenzsignal zu erzeugen und ausreichend zu verstärken

Der Empfänger hat die umgekehrte Aufgabe:

aus sehr vielen an der Antenne vorhandenen Signalen das gewünschte herauszufiltern, zu verstärken und die Information zurückzugewinnen

Die wichtigste Herausforderung des Empfängers lautet deshalb:

das richtige schwache Signal aus vielen anderen Signalen und aus Rauschen herauslösen

Die wichtigste Herausforderung des Senders lautet:

ein stabiles, sauberes und ausreichend starkes Signal zu erzeugen, ohne unerwünschte Frequenzen abzustrahlen

Teil 1: Der Empfänger¶

Was macht ein Empfänger?¶

An einer Empfangsantenne liegt normalerweise nicht nur das gewünschte Signal an.

Gleichzeitig können vorhanden sein:

andere Amateurfunkstationen
Rundfunksender
Mobilfunk- und Funkdienste
atmosphärisches Rauschen
galaktisches Rauschen
elektronische Störungen
interne Rauschanteile des Empfängers

Der Empfänger muss aus diesem Gemisch das gewünschte Signal auswählen.

Vereinfacht:

Antenne → auswählen → verstärken → demodulieren → wiedergeben

Der einfachste Empfänger¶

Ein sehr einfacher Empfänger kann aus:

abgestimmtem Eingangskreis
Demodulator
NF-Verstärker

bestehen.

Wird das empfangene Hochfrequenzsignal direkt auf seiner Empfangsfrequenz verarbeitet und demoduliert, spricht man grundsätzlich von einem:

Geradeausempfänger

Geradeausempfänger¶

Beim Geradeausempfänger wird das gewünschte Signal auf seiner ursprünglichen Empfangsfrequenz:

ausgewählt
gegebenenfalls verstärkt
direkt demoduliert

Vereinfacht:

Antenne → HF-Filter → HF-Verstärker → Demodulator → NF-Verstärker

Ein Vorteil ist der relativ einfache Aufbau.

Ein Nachteil besteht darin, dass:

Verstärkung
Filterung
Abstimmung

über einen grossen Frequenzbereich schwieriger konstant zu realisieren sind.

Direktmischempfänger¶

Ein:

Direktmischempfänger

beziehungsweise:

Direct Conversion Receiver

mischt das empfangene Hochfrequenzsignal unmittelbar auf eine sehr tiefe Frequenz beziehungsweise direkt in den NF-Bereich herunter.

Vereinfacht:

Antenne → Vorselektion → Mischer → NF-Filter → NF-Verstärker

Der lokale Oszillator arbeitet dabei nahe an der Empfangsfrequenz.

Beispiel Direktmischung¶

Ein CW-Signal liegt bei:

\[ 7{,}155,000\ \mathrm{MHz} \]

Der lokale Oszillator arbeitet bei:

\[ 7{,}155,700\ \mathrm{MHz} \]

Die Differenz beträgt:

\[ 700\ \mathrm{Hz} \]

Durch die Mischung entsteht unter anderem ein NF-Signal von:

\[ 700\ \mathrm{Hz} \]

Dieses kann über Kopfhörer hörbar gemacht werden.

Der Überlagerungsempfänger¶

Der klassische:

Superheterodynempfänger

oder kurz:

Superhet

setzt die Empfangsfrequenz durch Mischung auf eine feste:

Zwischenfrequenz

um.

Vereinfacht:

Antenne → Vorselektion/HF-Verstärker → Mischer → ZF-Filter/ZF-Verstärker → Demodulator → NF-Verstärker → Lautsprecher

Zusätzlich benötigt der Mischer einen:

lokalen Oszillator

Warum eine Zwischenfrequenz?¶

Angenommen, ein Empfänger soll alle Frequenzen von:

\[ 1{,}8\ \mathrm{MHz} \]

bis:

\[ 30\ \mathrm{MHz} \]

empfangen.

Würde die gesamte scharfe Filterung immer direkt auf der jeweiligen Empfangsfrequenz stattfinden, müssten sehr gute Filter über diesen gesamten Bereich mitgestimmt werden.

Beim Superhet wird das gewünschte Signal dagegen auf eine feste Frequenz umgesetzt.

Auf dieser festen Zwischenfrequenz können:

stabile Verstärker
schmale Filter
definierte Bandbreiten

verwendet werden.

Das war historisch einer der grossen Vorteile des Überlagerungsempfängers.

Das Blockschaltbild eines klassischen Empfängers¶

Ein vereinfachter Superhet besteht aus:

Antenneneingang
Vorselektion
HF-Vorstufe
Mischer
lokaler Oszillator
ZF-Filter
ZF-Verstärker
Demodulator
NF-Filter beziehungsweise NF-Verstärker
Lautsprecher oder Kopfhörer

Nicht jeder Empfänger besitzt jede Stufe exakt in dieser Form.

Das Grundprinzip ist jedoch sehr wichtig.

Vorselektion¶

Die:

Vorselektion

ist ein Filter am Empfängereingang.

Sie lässt den gewünschten Frequenzbereich passieren und dämpft möglichst viele unerwünschte Frequenzen bereits vor den empfindlichen Empfängerstufen.

Sie kann beispielsweise aus:

abgestimmten LC-Kreisen
Bandpassfiltern
schaltbaren Filterbänken

bestehen.

Warum ist Vorselektion wichtig?¶

Eine gute Vorselektion kann:

starke ausserbandige Signale dämpfen
Übersteuerung verhindern
Intermodulationsprobleme vermindern
Spiegelfrequenzen unterdrücken
den nachfolgenden Empfänger entlasten

Ein sehr empfindlicher Empfänger ohne ausreichende Vorselektion muss deshalb nicht automatisch ein guter Empfänger sein.

HF-Vorstufe¶

Die HF-Vorstufe befindet sich nahe am Empfängereingang.

Ihre Aufgaben können sein:

sehr schwache Nutzsignale verstärken
möglichst wenig zusätzliches Rauschen erzeugen
Anpassung zwischen Antenne und nachfolgenden Stufen
zusätzliche Selektion

Besonders auf höheren Frequenzen ist eine rauscharme erste Verstärkerstufe wichtig.

Warum die erste Stufe besonders wichtig ist¶

Rauschen, das bereits am Anfang des Empfängers hinzugefügt wird, kann später nicht mehr entfernt werden.

Die ersten Empfängerstufen bestimmen deshalb wesentlich:

Rauschzahl
Empfindlichkeit

des gesamten Systems.

Ein rauscharmer Vorverstärker wird bei längeren verlustbehafteten Leitungen deshalb möglichst:

nahe an der Antenne

angebracht.

Dann wird das schwache Signal verstärkt, bevor es durch die Speiseleitung weiter abgeschwächt wird.

Der Mischer¶

Ein Mischer ist eine nichtlineare Schaltung.

Er erhält mindestens zwei Frequenzen:

Empfangssignal \(f_E\)
Oszillatorsignal \(f_O\)

Am Ausgang entstehen unter anderem:

Summe
Differenz

der beiden Frequenzen.

Also grundsätzlich:

\[ f_\mathrm{sum} = f_E+f_O \]

und:

\[ f_\mathrm{diff} = |f_E-f_O| \]

Eine der entstehenden Frequenzen wird als:

Zwischenfrequenz

weiterverarbeitet.

Zwischenfrequenz¶

Für den üblichen Fall einer Differenzmischung gilt:

\[ f_\mathrm{ZF} = |f_E-f_O| \]

Beziehungsweise muss der lokale Oszillator so eingestellt werden, dass die gewünschte Zwischenfrequenz entsteht.

Beispiel Zwischenfrequenz¶

Die gewünschte Empfangsfrequenz beträgt:

\[ f_E = 7{,}100\ \mathrm{MHz} \]

Der lokale Oszillator arbeitet bei:

\[ f_O = 7{,}555\ \mathrm{MHz} \]

Dann:

\[ f_\mathrm{ZF} = |7{,}100-7{,}555| \]

\[ f_\mathrm{ZF} = 0{,}455\ \mathrm{MHz} \]

also:

\[ f_\mathrm{ZF} = 455\ \mathrm{kHz} \]

Hohe und tiefe Oszillatorlage¶

Der lokale Oszillator kann grundsätzlich:

oberhalb

oder:

unterhalb

der Empfangsfrequenz liegen.

Hohe Oszillatorlage¶

\[ f_O>f_E \]

Tiefe Oszillatorlage¶

\[ f_O<f_E \]

Entscheidend ist, dass die gewünschte Zwischenfrequenz entsteht.

Die Spiegelfrequenz¶

Der Mischer kann nicht erkennen, welches von zwei möglichen Eingangssignalen die gewünschte Frequenz ist, wenn beide gemeinsam mit dem Oszillator dieselbe Zwischenfrequenz erzeugen.

Dadurch entsteht das Problem der:

Spiegelfrequenz

Beispiel Spiegelfrequenz¶

Unser Empfänger soll empfangen:

\[ f_E = 7{,}100\ \mathrm{MHz} \]

mit:

\[ f_\mathrm{ZF} = 455\ \mathrm{kHz} \]

Der Oszillator liegt oberhalb:

\[ f_O = 7{,}555\ \mathrm{MHz} \]

Ein unerwünschtes Signal bei:

\[ 8{,}010\ \mathrm{MHz} \]

liefert ebenfalls:

\[ |8{,}010-7{,}555| = 0{,}455\ \mathrm{MHz} \]

also dieselbe Zwischenfrequenz.

Damit könnte der Empfänger ohne ausreichende Vorselektion beide Signale verarbeiten.

Die Frequenz:

\[ 8{,}010\ \mathrm{MHz} \]

ist die Spiegelfrequenz.

Berechnung der Spiegelfrequenz¶

Bei hoher Oszillatorlage gilt:

\[ f_S = f_E = + = 2f_\mathrm{ZF} \]

Bei tiefer Oszillatorlage:

\[ f_S = f_E - 2f_\mathrm{ZF} \]

Die aktuelle BAKOM-Formelsammlung enthält diese Beziehungen.

Warum hilft eine hohe erste Zwischenfrequenz?¶

Der Abstand zwischen Nutz- und Spiegelfrequenz beträgt:

\[ 2f_\mathrm{ZF} \]

Eine höhere erste Zwischenfrequenz vergrössert deshalb den Abstand zur Spiegelfrequenz.

Dadurch kann die Eingangsvorselektion die Spiegelfrequenz leichter unterdrücken.

Eine niedrige Zwischenfrequenz besitzt dagegen Vorteile bei der Realisierung sehr schmaler Filter.

Daraus entstand historisch der:

Doppelüberlagerungsempfänger

Doppelüberlagerung¶

Bei einem Doppel-Superhet wird das Signal zweimal umgesetzt.

Beispielsweise:

Empfangsfrequenz → hohe erste ZF → tiefe zweite ZF → Demodulator

Die hohe erste Zwischenfrequenz erleichtert:

Spiegelfrequenzunterdrückung

Die tiefere zweite Zwischenfrequenz erleichtert:

schmale Selektion

Moderne Empfänger können mehrere Umsetzungen verwenden oder diese Funktionen teilweise digital realisieren.

ZF-Filter¶

Das Zwischenfrequenzfilter bestimmt wesentlich, wie breit der Empfänger empfängt.

Für verschiedene Betriebsarten werden unterschiedliche Bandbreiten benötigt.

Beispielsweise benötigt:

CW

eine wesentlich kleinere Empfangsbandbreite als:

FM-Sprechfunk

Je schmaler das Filter, desto besser können nahe Nachbarsignale unterdrückt werden.

Zu schmale Filter können jedoch auch Teile des gewünschten Signals abschneiden.

ZF-Verstärker¶

Die Zwischenfrequenzverstärker verstärken das ausgewählte Signal.

Da die ZF fest ist, können diese Stufen auf eine genau definierte Frequenz optimiert werden.

In klassischen Empfängern entsteht ein grosser Teil der gesamten Verstärkung im ZF-Bereich.

Demodulator¶

Der Demodulator gewinnt die ursprüngliche Information aus dem modulierten Hochfrequenzsignal zurück.

Je nach Betriebsart benötigt man unterschiedliche Verfahren.

Beispiele:

AM-Demodulator
FM-Diskriminator
Produktdetektor für SSB
BFO beziehungsweise Produktdetektor für CW

Die Modulationsverfahren werden in Kapitel 10 ausführlich behandelt.

BFO¶

BFO bedeutet:

Beat Frequency Oscillator

Bei:

SSB
CW

fehlt am Empfängerausgang eines einfachen Demodulators ein geeigneter Träger beziehungsweise eine hörbare Differenzfrequenz.

Der BFO stellt ein zusätzliches Oszillatorsignal bereit.

Bei SSB ermöglicht es die Rückgewinnung der Sprache.

Bei CW erzeugt die Mischung einen hörbaren Ton.

Beispiel CW¶

Ein CW-Signal wird im Empfänger mit einem leicht versetzten BFO-Signal gemischt.

Beträgt der Frequenzunterschied:

\[ 700\ \mathrm{Hz} \]

entsteht ein hörbarer:

\[ 700\ \mathrm{Hz} \]

Ton.

Ohne diese Frequenzdifferenz wäre ein ideal unmodulierter CW-Träger im Lautsprecher nicht als Ton hörbar.

NF-Verstärker¶

Nach der Demodulation liegt die zurückgewonnene Information im Niederfrequenzbereich.

Die NF-Stufe:

filtert
verstärkt
treibt Lautsprecher oder Kopfhörer

Beim Datenempfang kann das Signal stattdessen einer digitalen Verarbeitung zugeführt werden.

Empfindlichkeit¶

Die:

Empfindlichkeit

beschreibt, wie schwach ein Eingangssignal sein darf, damit der Empfänger es noch mit einer definierten Qualität wiedergeben kann.

Eine Angabe allein wie:

\[ 0{,}25\ \mathrm{\mu V} \]

ist unvollständig.

Man benötigt zusätzlich beispielsweise ein gefordertes:

Signal-Rausch-Verhältnis

Beispiel¶

Eine Angabe:

\[ 0{,}25\ \mathrm{\mu V} \]

bei:

\[ 10\ \mathrm{dB} \]

SNR bedeutet:

Bei einem Eingangssignal von 0,25 µV erreicht der Empfänger unter den angegebenen Messbedingungen ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10 dB.

Selektivität¶

Die:

Selektivität

beschreibt, wie gut ein Empfänger das gewünschte Signal von benachbarten Frequenzen trennen kann.

Sie wird wesentlich beeinflusst durch:

Vorselektion
ZF-Filter
digitale Filter
Filterflanken

Nicht verwechseln¶

Empfindlichkeit

→ Wie schwach darf das gewünschte Signal sein?

Selektivität

→ Wie gut kann es von benachbarten Signalen getrennt werden?

Ein empfindlicher Empfänger kann trotzdem schlecht sein¶

Ein Empfänger könnte extrem schwache Signale erkennen, aber bei einem starken Sender einige Kilohertz daneben vollständig überfordert sein.

Für einen guten Empfänger sind deshalb mehrere Eigenschaften wichtig:

Empfindlichkeit
Selektivität
Grosssignalfestigkeit
Dynamikbereich
Rauschzahl
Frequenzstabilität

Dynamikbereich¶

Der:

Dynamikbereich

beschreibt vereinfacht den Bereich zwischen sehr schwachen noch nutzbaren Signalen und sehr starken Signalen, die der Empfänger noch ohne unerwünschte Effekte verarbeiten kann.

Im Amateurfunk ist das besonders wichtig.

Auf einem Band können gleichzeitig vorhanden sein:

extrem schwache DX-Signale
sehr starke lokale Stationen

Ein guter Empfänger muss mit beiden umgehen können.

Übersteuerung¶

Ist ein Eingangssignal zu stark, können Empfängerstufen ausserhalb ihres linearen Bereichs arbeiten.

Mögliche Folgen:

Verzerrungen
Intermodulation
scheinbare Signale
Blocking
Verlust schwacher Nutzsignale

Deshalb ist:

maximale Verstärkung

nicht immer die beste Einstellung.

Abschwächer¶

Viele Empfänger besitzen einen:

Attenuator

beziehungsweise Abschwächer.

Dieser reduziert das Eingangssignal beispielsweise um:

\[ 10\ \mathrm{dB} \]

oder:

\[ 20\ \mathrm{dB} \]

Bei starken Eingangssignalen kann der Empfang dadurch paradoxerweise:

besser

werden.

Der Empfänger wird weniger übersteuert.

Vorverstärker¶

Das Gegenteil ist ein:

Preamp

beziehungsweise HF-Vorverstärker.

Er kann bei sehr schwachen Signalen helfen, besonders wenn:

das externe Rauschen gering ist
nachfolgende Leitungen Verluste verursachen
die Empfängerrauschzahl relevant ist

Auf rauschstarken Kurzwellenbändern bringt zusätzliche Vorverstärkung dagegen häufig keinen Vorteil.

Thermisches Rauschen¶

Jeder Widerstand oberhalb des absoluten Nullpunktes erzeugt thermisches Rauschen.

Die Rauschleistung beträgt:

\[ P_N = kT_KB \]

Dabei gilt:

\(P_N\) = Rauschleistung
\(k\) = Boltzmann-Konstante
\(T_K\) = absolute Temperatur in Kelvin
\(B\) = Bandbreite

Der wichtigste Zusammenhang¶

Aus:

\[ P_N=kT_KB \]

folgt:

Je grösser die Empfangsbandbreite, desto grösser die thermische Rauschleistung.

Deshalb kann ein schmaleres Filter bei einem schmalbandigen Signal das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern.

Beispiel Bandbreite¶

Vergleichen wir:

\[ B_1 = 3,000\ \mathrm{Hz} \]

mit:

\[ B_2 = 300\ \mathrm{Hz} \]

Das Verhältnis beträgt:

\[ 10 \]

Damit unterscheidet sich die thermische Rauschleistung um:

\[ 10\ \mathrm{dB} \]

Eine zehnmal kleinere Bandbreite enthält idealisiert also 10 dB weniger thermische Rauschleistung.

Das Nutzsignal muss dabei natürlich weiterhin in die gewählte Bandbreite passen.

Signal-Rausch-Verhältnis¶

Das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Rauschen wird als:

Signal-Rausch-Verhältnis

beziehungsweise:

SNR

bezeichnet.

Für Leistungen:

\[ \mathrm{SNR} = 10\cdot\lg\left(\frac{P_S}{P_N}\right) \]

Für entsprechende Spannungsverhältnisse:

\[ \mathrm{SNR} = 20\cdot\lg\left(\frac{U_S}{U_N}\right) \]

Ein grösserer positiver SNR-Wert bedeutet:

Nutzsignal deutlicher gegenüber dem Rauschen

Rauschzahl¶

Ein realer Empfänger fügt dem Signal zusätzliches eigenes Rauschen hinzu.

Der:

Rauschfaktor

ist:

\[ F = \frac{(S/N)_\mathrm{Eingang}}{(S/N)_\mathrm{Ausgang}} \]

Die logarithmische:

Rauschzahl

lautet:

\[ n_F = 10\cdot\lg(F) \]

beziehungsweise:

\[ n_F = 10\cdot\lg\left(\frac{\mathrm{SNR}_\mathrm{Eingang}}{\mathrm{SNR}_\mathrm{Ausgang}}\right) \]

Gute oder schlechte Rauschzahl?¶

Eine ideale rauscharme Stufe würde das Signal-Rausch-Verhältnis nicht verschlechtern.

Dann wäre:

\[ F=1 \]

und:

\[ n_F=0\ \mathrm{dB} \]

Ein realer Empfänger besitzt eine Rauschzahl:

\[ n_F > 0\ \mathrm{dB} \]

Je kleiner die Rauschzahl, desto besser bezüglich intern hinzugefügtem Rauschen.

AGC¶

AGC bedeutet:

Automatic Gain Control

beziehungsweise automatische Verstärkungsregelung.

Ein Empfänger muss Signale verarbeiten, deren Pegel sich um viele Grössenordnungen unterscheiden können.

Die AGC reduziert bei starken Signalen automatisch die Verstärkung.

Dadurch bleibt der Ausgangspegel besser kontrollierbar.

Warum ist AGC nützlich?¶

Ohne AGC könnte:

ein schwaches Signal kaum hörbar sein
eine starke Station plötzlich extrem laut werden

Bei Kurzwellen-Fading verändert sich die Empfangsfeldstärke ausserdem laufend.

Die AGC kann diese Schwankungen teilweise ausgleichen.

AGC schnell und langsam¶

Viele Empfänger bieten unterschiedliche Regelzeiten.

Beispielsweise:

FAST

→ schnelle Rückregelung

SLOW

→ langsamere Regelung

Welche Einstellung sinnvoll ist, hängt von:

Betriebsart
Signal
persönlicher Präferenz

ab.

S-Meter¶

Ein S-Meter zeigt eine vom Empfänger abgeleitete Signalstärke an.

Die Anzeige basiert häufig auf der AGC beziehungsweise einer internen Pegelmessung.

Wichtig:

S-Meter verschiedener Funkgeräte müssen nicht exakt gleich anzeigen.

Die Anzeige ist kein Ersatz für eine kalibrierte Feldstärkemessung.

Squelch¶

Squelch bedeutet:

Rauschsperre

Ist kein ausreichend starkes Signal vorhanden, wird die NF-Ausgabe stummgeschaltet.

Dadurch hört man im FM-Betrieb nicht permanent das typische Empfängerrauschen.

Sobald ein geeignetes Signal erkannt wird, öffnet der Squelch.

Squelch und AGC nicht verwechseln¶

AGC¶

regelt die:

Verstärkung

Squelch¶

schaltet die:

Audioausgabe

bei fehlendem Signal stumm.

RIT¶

RIT bedeutet:

Receiver Incremental Tuning

Damit kann die Empfangsfrequenz geringfügig verändert werden, ohne die eigene Sendefrequenz zu verändern.

Dies ist beispielsweise hilfreich, wenn die Gegenstation leicht neben der eigenen Empfangsfrequenz liegt.

IF-Shift¶

IF bedeutet:

Intermediate Frequency

beziehungsweise Zwischenfrequenz.

Mit:

IF-Shift

kann die Lage des Empfangsfilters relativ zum Signal verändert werden.

Dadurch kann beispielsweise ein störendes Signal am Rand des Durchlassbereiches stärker unterdrückt werden.

Notch-Filter¶

Ein:

Notch-Filter

beziehungsweise Kerbfilter unterdrückt einen sehr schmalen Frequenzbereich.

Damit kann beispielsweise ein einzelner störender Pfeifton innerhalb des Empfangsbandes abgeschwächt werden.

Noise Blanker¶

Ein:

Noise Blanker

soll kurze impulsartige Störungen vermindern.

Typische Ursachen können sein:

Zündfunken
Schaltimpulse
bestimmte elektrische Störquellen

Der Empfänger erkennt starke kurze Impulse und unterdrückt beziehungsweise überbrückt sie.

Ein Noise Blanker ist dagegen kein allgemeiner Filter gegen jedes Rauschen.

Noise Reduction¶

Moderne Geräte besitzen häufig zusätzlich eine digitale:

Noise Reduction

Sie versucht mittels Signalverarbeitung Rauschanteile vom Nutzsignal zu unterscheiden.

Das ist etwas anderes als der:

Noise Blanker

Nicht verwechseln¶

Funktion	Hauptaufgabe
Noise Blanker	impulsförmige Störungen
Noise Reduction	kontinuierliches Rauschen mittels Signalverarbeitung
Notch	schmaler einzelner Störton
IF-Shift	Empfangsfilter relativ zum Signal verschieben

Teil 2: SDR-Empfänger¶

Was bedeutet SDR?¶

SDR bedeutet:

Software Defined Radio

Bei einem SDR werden Funktionen, die früher ausschliesslich mit analogen Schaltungen realisiert wurden, teilweise oder weitgehend durch:

digitale Signalverarbeitung

übernommen.

Dazu können gehören:

Mischen
Filtern
Demodulation
AGC
Notch-Filter
Noise Reduction
Spektrumanzeige

ADC¶

Damit ein analoges HF-Signal digital verarbeitet werden kann, muss es zunächst digitalisiert werden.

Dazu dient ein:

ADC

Analog-to-Digital Converter.

Er wandelt die momentane analoge Spannung in digitale Zahlenwerte um.

Einfaches SDR-Blockschaltbild¶

Ein moderner direkt abtastender SDR-Empfänger kann vereinfacht aufgebaut sein als:

Antenne → Eingangsfilter → HF-Verstärker → ADC → digitale Signalverarbeitung → Audio

Die digitale Verarbeitung übernimmt danach beispielsweise:

Frequenzauswahl
Mischen
Filterung
Demodulation

Nicht jedes SDR tastet die Antennenfrequenz direkt ab¶

SDR ist ein Funktionsprinzip und keine einzige fest vorgeschriebene Schaltung.

Ein SDR kann vor dem ADC durchaus besitzen:

analoge Filter
Vorverstärker
Mischer
Zwischenfrequenzen

Entscheidend ist, dass wesentliche Funkfunktionen digital beziehungsweise softwaredefiniert realisiert werden.

Digital Down Converter¶

In vielen digitalen Empfängern wird ein gewünschter Frequenzbereich rechnerisch auf eine niedrigere Frequenz umgesetzt.

Dies wird häufig als:

DDC

Digital Down Converter

bezeichnet.

Dabei können digital kombiniert werden:

Oszillator
Mischer
Filter
Abtastratenänderung

Warum braucht auch ein SDR analoge Eingangsschaltungen?¶

Ein ADC besitzt einen begrenzten:

Dynamikbereich

Trifft ein extrem starkes ausserbandiges Signal auf den ADC, kann dieser übersteuert werden.

Deshalb bleiben auch bei einem SDR wichtig:

Eingangsfilter
Vorselektion
geeignete Verstärkung
Abschwächer

Software kann eine bereits übersteuerte ADC-Stufe nicht nachträglich reparieren.

Wasserfall und Spektrum¶

Ein SDR kann einen grösseren Frequenzbereich gleichzeitig darstellen.

Spektrum¶

zeigt:

Amplitude über Frequenz

Wasserfall¶

zeigt zusätzlich:

Frequenz und Signalstärke über die Zeit

Dadurch können beispielsweise:

Bandbelegung
Störungen
breite und schmale Signale
Drift

visuell erkannt werden.

Teil 3: Der Sender¶

Aufgabe des Senders¶

Der Sender muss aus:

Sprache
CW
Daten
Bild
anderen Informationen

ein geeignetes Hochfrequenzsignal erzeugen.

Dieses Signal muss:

auf der richtigen Frequenz liegen
die gewünschte Modulation besitzen
ausreichend verstärkt werden
spektral sauber sein

Danach gelangt es über die Speiseleitung zur Antenne.

Vereinfachtes Senderblockschaltbild¶

Ein klassischer Sender kann vereinfacht aus folgenden Baugruppen bestehen:

Informationsquelle
NF- beziehungsweise Basisbandverarbeitung
Modulator
Frequenzaufbereitung
Mischer beziehungsweise Frequenzumsetzer
Treiber
Leistungsendstufe
Ausgangsfilter
Antenne

Je nach Senderarchitektur können einzelne Stufen:

kombiniert
mehrfach vorhanden
vollständig digital realisiert

sein.

Informationsquelle¶

Die Information kann beispielsweise stammen von:

Mikrofon
Morsetaste
Computer
TNC
digitalem Modem
Sensor

Das resultierende Signal wird zunächst aufbereitet.

Mikrofonverstärker¶

Bei Sprechfunk liefert ein Mikrofon zunächst ein relativ kleines Niederfrequenzsignal.

Dieses wird:

verstärkt
gegebenenfalls gefiltert
eventuell komprimiert

bevor es dem Modulator zugeführt wird.

Eine zu starke NF-Verstärkung kann den nachfolgenden Sender übersteuern.

Frequenzaufbereitung¶

Ein Sender benötigt eine sehr stabile Hochfrequenz.

Historisch wurden unter anderem verwendet:

Quarzoszillatoren
VFO
Frequenzvervielfacher

Moderne Geräte verwenden häufig:

PLL
DDS
digitale Synthesizer

Die Details der Oszillatoren und PLL werden in Kapitel 11 behandelt.

VFO¶

VFO bedeutet:

Variable Frequency Oscillator

Ein VFO erzeugt eine einstellbare Frequenz.

Bei älteren Funkgeräten wurde die Abstimmfrequenz häufig direkt oder indirekt durch einen analogen VFO bestimmt.

Ein wichtiger Qualitätsfaktor ist dessen:

Frequenzstabilität

Quarzoszillator¶

Ein Quarzoszillator besitzt typischerweise eine wesentlich höhere Frequenzstabilität als ein einfacher frei schwingender LC-Oszillator.

Sein Nachteil ist, dass seine Frequenz ohne zusätzliche Schaltungen nur in engen Grenzen veränderbar ist.

PLL¶

PLL bedeutet:

Phase Locked Loop

Eine PLL vergleicht die Phase beziehungsweise Frequenz eines Oszillators mit einer Referenz.

Durch Regelung kann der Oszillator stabil an diese Referenz gekoppelt werden.

Moderne Synthesizer können damit sehr viele stabile Frequenzen erzeugen.

Die genaue Schaltungstechnik einer PLL wird in Kapitel 11 vertieft.

Modulator¶

Der:

Modulator

verbindet die Information mit dem Hochfrequenzsignal.

Je nach Verfahren wird beispielsweise verändert:

Amplitude
Frequenz
Phase

Die einzelnen Modulationsverfahren folgen in Kapitel 10.

Mischer im Sender¶

Auch ein Sender kann Mischer enthalten.

Ein Signal kann beispielsweise zunächst auf einer günstigen festen Zwischenfrequenz erzeugt und danach auf die gewünschte Sendefrequenz umgesetzt werden.

Das Grundprinzip ist dasselbe wie beim Empfänger:

Mischung erzeugt Summen- und Differenzfrequenzen.

Danach wird die gewünschte Frequenz herausgefiltert.

Pufferstufe¶

Eine:

Pufferstufe

entkoppelt verschiedene Baugruppen voneinander.

Beispielsweise soll eine nachfolgende Stufe die Frequenz eines empfindlichen Oszillators möglichst nicht beeinflussen.

Vereinfacht:

Oszillator → Puffer → weitere Senderstufen

Dadurch verbessert sich unter anderem die Frequenzstabilität.

Treiber¶

Die Ausgangsleistung des Modulators beziehungsweise Mischers genügt normalerweise nicht, um direkt die Senderendstufe voll anzusteuern.

Deshalb wird häufig eine:

Treiberstufe

verwendet.

Sie liefert die notwendige Steuerleistung für die Endstufe.

Senderendstufe¶

Die:

HF-Endstufe

beziehungsweise:

Power Amplifier, PA

erhöht die Hochfrequenzleistung auf die gewünschte Senderleistung.

Beispiele:

\[ 5\ \mathrm{W} \]

für ein portables Gerät

oder:

\[ 100\ \mathrm{W} \]

für einen typischen Amateurfunktransceiver.

Andere Anlagen können deutlich andere Leistungen besitzen.

Linearität¶

Bei Modulationsarten, bei denen die momentane Amplitude Information trägt, muss die Endstufe das Signal ausreichend:

linear

verstärken.

Dies ist beispielsweise bei:

SSB
AM

wichtig.

Eine übersteuerte Endstufe erzeugt:

Verzerrungen
zusätzliche Frequenzanteile
Splatter

Wirkungsgrad der Endstufe¶

Die Endstufe wandelt Gleichstromleistung in Hochfrequenzleistung um.

Der Wirkungsgrad lautet grundsätzlich:

\[ \eta = \frac{P_\mathrm{ab}}{P_\mathrm{zu}} \]

Ein Teil der zugeführten Leistung wird als:

Wärme

verloren.

Deshalb benötigen Senderendstufen je nach Leistung:

Kühlkörper
Lüfter
Temperaturüberwachung

Beispiel¶

Eine Endstufe nimmt:

\[ 200\ \mathrm{W} \]

Gleichstromleistung auf.

Sie liefert:

\[ 100\ \mathrm{W} \]

HF-Leistung.

Dann:

\[ \eta = \frac{100}{200} \]

\[ \eta = 0{,}5 \]

also:

\[ 50% \]

Die restlichen:

\[ 100\ \mathrm{W} \]

werden überwiegend als Verlustwärme umgesetzt.

Ausgangsfilter¶

Eine nichtlineare Leistungsverstärkung kann Oberwellen erzeugen.

Deshalb befindet sich am Senderausgang typischerweise ein geeignetes:

Tiefpassfilter
Bandpassfilter

Das Filter soll:

gewünschte Sendefrequenz passieren lassen

und:

unerwünschte Oberwellen dämpfen

Oberwellen¶

Oberwellen sind ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz.

Sendet ein Sender beispielsweise auf:

\[ 14\ \mathrm{MHz} \]

liegt die zweite Harmonische bei:

\[ 28\ \mathrm{MHz} \]

die dritte bei:

\[ 42\ \mathrm{MHz} \]

und so weiter.

Solche unerwünschten Aussendungen müssen ausreichend unterdrückt werden.

Ausgangsfilter repariert keine Übersteuerung¶

Ein Ausgangstiefpass kann Oberwellen ausserhalb des Nutzbandes vermindern.

Es kann jedoch kein breit gewordenes SSB-Signal innerhalb des gleichen Frequenzbereichs reparieren.

Bei:

Splatter durch Übersteuerung

muss die Ursache beseitigt werden.

Beispielsweise:

Mikrofonverstärkung reduzieren
ALC korrekt betreiben
Verstärker nicht übersteuern

ALC¶

ALC bedeutet:

Automatic Level Control

beziehungsweise automatische Leistungsregelung.

Sie hilft, die Senderaussteuerung innerhalb des vorgesehenen Bereichs zu halten.

Bei korrekter Anwendung kann sie verhindern, dass Senderstufen unnötig übersteuert werden.

ALC ist jedoch kein Ersatz für eine grundsätzlich korrekte:

Mikrofoneinstellung
Endstufenauslegung
Antennenanpassung

Schutz bei schlechtem SWR¶

Moderne Sender überwachen häufig:

Vorlaufleistung
Rücklaufleistung
Endstufentemperatur
Stromaufnahme

Bei starkem Fehlabschluss kann die Steuerung die Ausgangsleistung reduzieren.

Dies schützt die Endstufe.

Es bedeutet jedoch nicht, dass ein schlechtes Antennensystem dadurch gut funktioniert.

Sendereigenschaften¶

Ein guter Sender wird nicht nur durch hohe Ausgangsleistung definiert.

Wichtige Eigenschaften sind:

Frequenzgenauigkeit
Frequenzstabilität
Ausgangsleistung
spektrale Reinheit
Oberwellenunterdrückung
Nebenaussendungen
Modulationsqualität
belegte Bandbreite
Linearität
Wirkungsgrad

Frequenzstabilität¶

Ein Sender soll während des Betriebs möglichst auf der eingestellten Frequenz bleiben.

Frequenzänderungen können entstehen durch:

Temperatur
Versorgungsspannung
mechanische Einflüsse
Bauteilalterung
unzureichende Oszillatorstabilität

Bei schmalbandigen Betriebsarten ist hohe Stabilität besonders wichtig.

Spektrale Reinheit¶

Ein idealer unmodulierter Sender würde nur die gewünschte Frequenz erzeugen.

Ein realer Sender kann zusätzlich erzeugen:

Oberwellen
Mischprodukte
Phasenrauschen
Nebenlinien
unerwünschte Modulationsprodukte

Ein gutes Senderkonzept versucht diese möglichst gering zu halten.

Phasenrauschen¶

Ein realer Oszillator besitzt kein mathematisch unendlich schmales Spektrum.

In seiner unmittelbaren Umgebung können Rauschanteile auftreten.

Dies wird als:

Phasenrauschen

bezeichnet.

Bei einem starken Sender kann schlechtes Phasenrauschen den Empfang schwacher Stationen auf benachbarten Frequenzen erschweren.

Teil 4: SDR-Sender¶

Digitale Signalaufbereitung¶

Bei einem SDR-Sender können Funktionen wie:

Modulation
Filterung
Frequenzumsetzung
Pegelregelung

digital berechnet werden.

Das digitale Signal wird anschliessend in ein analoges Signal umgewandelt.

DAC¶

DAC bedeutet:

Digital-to-Analog Converter

Er wandelt digitale Zahlenwerte in eine analoge Spannung beziehungsweise ein analoges Signal um.

Ein vereinfachter SDR-Sender kann deshalb aufgebaut sein als:

Mikrofon/Daten → ADC → DSP → DAC → HF-Stufen → Endstufe → Ausgangsfilter → Antenne

Je nach Architektur kann die digitale Verarbeitung bereits direkt ein hochfrequentes Signal beziehungsweise eine geeignete Zwischenfrequenz erzeugen.

Auch ein SDR braucht analoge HF-Technik¶

Software ersetzt nicht:

Leistungsendstufe
Ausgangsfilter
Anpassung
Antenne

Ein 100-W-SDR muss weiterhin physikalisch:

\[ 100\ \mathrm{W} \]

HF-Leistung erzeugen.

Auch ein digital erzeugtes Signal kann:

übersteuert
verzerrt
unsauber gefiltert

werden.

Teil 5: Der Transceiver¶

Sender und Empfänger in einem Gerät¶

Die meisten modernen Amateurfunkgeräte sind:

Transceiver

Das Wort setzt sich zusammen aus:

Transmitter

und:

Receiver

Also:

Sender + Empfänger

Viele Baugruppen können gemeinsam genutzt werden.

Gemeinsam genutzte Baugruppen¶

Beispielsweise:

Frequenzsynthesizer
Bedienung
DSP
Filter
Antennenanschluss
Steuerprozessor

Die Umschaltung zwischen Senden und Empfangen erfolgt durch entsprechende:

TX/RX-Umschaltungen

T/R-Schalter¶

Beim Senden liegt am Antennenanschluss möglicherweise eine Leistung von:

\[ 100\ \mathrm{W} \]

Beim Empfang muss derselbe Empfänger Signale von nur:

\[ \mathrm{\mu V} \]

oder weniger verarbeiten.

Der empfindliche Empfängereingang muss deshalb beim Senden zuverlässig von der hohen Senderleistung getrennt werden.

Dies übernimmt eine:

Sende-Empfangs-Umschaltung

Vollduplex und Halbduplex¶

Halbduplex¶

Senden und Empfangen erfolgen abwechselnd.

Das ist bei den meisten normalen Amateurfunk-QSOs der Fall.

Vollduplex¶

Senden und Empfangen erfolgen gleichzeitig.

Dies kann beispielsweise beim Satellitenbetrieb sehr nützlich sein.

Das Funkgerät benötigt dafür entsprechend getrennte Signalwege und ausreichende Isolation.

Drei Dinge, die man nicht verwechseln darf¶

Empfindlichkeit und Selektivität¶

Begriff	Bedeutung
Empfindlichkeit	wie schwach ein Signal sein darf
Selektivität	wie gut benachbarte Frequenzen getrennt werden

AGC und Squelch¶

Begriff	Aufgabe
AGC	Verstärkung automatisch regeln
Squelch	Audio bei fehlendem Signal stummschalten

Mischer und Modulator¶

Begriff	Grundaufgabe
Mischer	Frequenzen umsetzen
Modulator	Information auf einen Träger übertragen

ZF und Spiegelfrequenz¶

Begriff	Bedeutung
Zwischenfrequenz	gewünschte feste Verarbeitungsfrequenz
Spiegelfrequenz	unerwünschte Eingangsfrequenz, die dieselbe ZF erzeugt

Filter und Verstärker¶

Filter

→ bestimmt, welche Frequenzen passieren

Verstärker

→ erhöht den Signalpegel

Klassischer Empfänger und SDR im Vergleich¶

Funktion	klassischer Empfänger	SDR
Vorselektion	analog	meist weiterhin analog
Verstärkung	analog	analog und digital
Mischung	analoger Mischer	analog oder digital
Filterung	LC-, Quarz-, Keramikfilter	teilweise oder weitgehend DSP
Demodulation	analoge Schaltung	Software/DSP
Spektrumanzeige	Zusatzgerät	häufig integriert
AGC	analoge Regelung	häufig digital

Die Grenzen sind in modernen Geräten fliessend.

Viele Funkgeräte sind Mischformen aus analoger HF-Technik und digitaler Signalverarbeitung.

Klassischer Sender und SDR-Sender im Vergleich¶

Funktion	klassischer Sender	SDR-Sender
Modulation	analoge Schaltung	häufig DSP
Frequenzaufbereitung	Oszillator, PLL	Synthesizer, DSP
Filterung	analog	digital und analog
Endverstärkung	analog/HF-Leistungstechnik	weiterhin physische HF-Endstufe
Ausgangsfilter	analog	weiterhin erforderlich

Der gesamte Signalweg¶

Empfangen¶

Funkwelle

→ Antenne

→ Vorselektion

→ HF-Verstärkung

→ Frequenzumsetzung beziehungsweise Digitalisierung

→ Selektion

→ Demodulation

→ NF beziehungsweise digitale Information

Senden¶

Information

→ Signalaufbereitung

→ Modulation

→ Frequenzaufbereitung

→ Verstärkung

→ Ausgangsfilter

→ Antenne

→ Funkwelle

HB9-Vertiefung: Rauschleistung¶

Die aktuelle BAKOM-Formelsammlung enthält:

\[ P_N = kT_KB \]

mit:

\[ k = 1{,}38\times10^{-23}\ \mathrm{Ws/K} \]

Die thermische Rauschleistung wächst linear mit:

absoluter Temperatur
Bandbreite

HB9-Vertiefung: Bandbreitenänderung¶

Für zwei Bandbreiten gilt für die Änderung der Rauschleistung:

\[ \Delta p_N = 10\cdot\lg\left(\frac{B_1}{B_2}\right) \]

Wird die Bandbreite beispielsweise von:

\[ 2,400\ \mathrm{Hz} \]

auf:

\[ 600\ \mathrm{Hz} \]

verkleinert, beträgt das Verhältnis:

\[ 4 \]

Damit:

\[ \Delta p_N = 10\lg(4) \]

\[ \Delta p_N \approx 6{,}0\ \mathrm{dB} \]

Die thermische Rauschleistung sinkt also um ungefähr 6 dB.

HB9-Vertiefung: Spiegelfrequenz¶

Für hohe Oszillatorlage:

\[ f_S = f_E = + = 2f_\mathrm{ZF} \]

Für tiefe Oszillatorlage:

\[ f_S = f_E - 2f_\mathrm{ZF} \]

Diese Formeln sollten nicht nur auswendig gelernt werden.

Man sollte verstehen, warum beide Frequenzen gemeinsam mit dem lokalen Oszillator dieselbe Zwischenfrequenz erzeugen.

Lernschema Empfänger¶

Bei einer Empfängerfrage gehe in dieser Reihenfolge vor:

Welche Empfangsfrequenz?
Welche Empfängerarchitektur?
Wo erfolgt die Selektion?
Gibt es einen Mischer?
Welche Oszillatorfrequenz?
Welche Zwischenfrequenz?
Gibt es eine Spiegelfrequenz?
Welche Filter bestimmen die Bandbreite?
Wie erfolgt die Demodulation?
Geht es um Empfindlichkeit oder Selektivität?
Ist der Empfänger durch starke Signale übersteuert?
Welche Zusatzfunktion hilft bei der konkreten Störung?

Lernschema Sender¶

Bei einer Senderfrage:

Welche Information soll übertragen werden?
Welche Modulationsart?
Wie wird die Sendefrequenz erzeugt?
Wo erfolgt die Modulation?
Ist eine Frequenzumsetzung erforderlich?
Welche Stufe liefert die Treiberleistung?
Welche Stufe liefert die Senderausgangsleistung?
Ist lineare Verstärkung erforderlich?
Welche Ausgangsfilter sind vorhanden?
Ist das Signal spektral sauber?
Wird die Endstufe korrekt ausgesteuert?

Die wichtigsten Formeln auf einen Blick¶

Zwischenfrequenz bei Differenzmischung:

\[ f_\mathrm{ZF} = |f_E-f_O| \]

Spiegelfrequenz bei hoher Oszillatorlage:

\[ f_S = f_E = + = 2f_\mathrm{ZF} \]

Spiegelfrequenz bei tiefer Oszillatorlage:

\[ f_S = f_E - 2f_\mathrm{ZF} \]

Thermische Rauschleistung:

\[ P_N = kT_KB \]

Signal-Rausch-Verhältnis für Leistungen:

\[ \mathrm{SNR} = 10\cdot\lg\left(\frac{P_S}{P_N}\right) \]

Signal-Rausch-Verhältnis für Spannungen:

\[ \mathrm{SNR} = 20\cdot\lg\left(\frac{U_S}{U_N}\right) \]

Rauschfaktor:

\[ F = \frac{(S/N)_\mathrm{Eingang}}{(S/N)_\mathrm{Ausgang}} \]

Rauschzahl:

\[ n_F = 10\cdot\lg(F) \]

Wirkungsgrad:

\[ \eta = \frac{P_\mathrm{ab}}{P_\mathrm{zu}} \]

Merksätze¶

Ein Empfänger muss das gewünschte Signal auswählen, verstärken und demodulieren.

Ein Sender muss ein sauberes moduliertes Hochfrequenzsignal erzeugen und verstärken.

Beim Superhet wird die Empfangsfrequenz auf eine feste Zwischenfrequenz umgesetzt.

Ein Mischer erzeugt unter anderem Summen- und Differenzfrequenzen.

Eine Spiegelfrequenz kann dieselbe Zwischenfrequenz wie das gewünschte Signal erzeugen.

Die Vorselektion hilft, Spiegelfrequenzen und starke unerwünschte Signale zu unterdrücken.

Empfindlichkeit beschreibt schwache Signale, Selektivität die Trennung benachbarter Signale.

Die ersten Empfängerstufen bestimmen wesentlich die Rauschzahl.

Eine grössere Empfangsbandbreite bedeutet mehr thermisches Rauschen.

AGC regelt die Verstärkung.

Squelch schaltet die NF bei fehlendem Signal stumm.

Ein BFO wird insbesondere für SSB- und CW-Empfang benötigt.

Ein Notch-Filter unterdrückt einen schmalen Störton.

Ein Noise Blanker bekämpft vor allem impulsförmige Störungen.

Auch ein SDR benötigt eine saubere analoge HF-Eingangsstufe.

Software kann einen bereits übersteuerten ADC nicht reparieren.

Die Senderendstufe erzeugt die notwendige HF-Ausgangsleistung.

Ein Ausgangsfilter unterdrückt unerwünschte Oberwellen.

Ein Ausgangsfilter repariert keine durch Übersteuerung verursachte breite Modulation.

ALC hilft, die Senderaussteuerung innerhalb des vorgesehenen Bereiches zu halten.

Ein guter Sender wird nicht nur nach Leistung, sondern auch nach spektraler Reinheit beurteilt.

Selbstkontrolle¶

Versuche die Fragen zuerst ohne Nachschlagen zu beantworten.

Was ist die grundlegende Aufgabe eines Empfängers?
Was unterscheidet einen Geradeausempfänger von einem Superhet?
Welche Aufgabe besitzt ein Mischer?
Was bedeutet Zwischenfrequenz?
Ein Empfänger arbeitet auf 7,100 MHz und sein Oszillator auf 7,555 MHz. Wie gross ist die ZF?
Warum kann bei einem Superhet eine Spiegelfrequenz auftreten?
Wo sollte die Spiegelfrequenz möglichst unterdrückt werden?
Was ist der Unterschied zwischen Empfindlichkeit und Selektivität?
Warum ist die erste rauscharme Empfängerstufe besonders wichtig?
Was geschieht mit der thermischen Rauschleistung, wenn die Bandbreite vergrössert wird?
Welche Aufgabe besitzt die AGC?
Was macht der Squelch?
Wofür wird ein BFO benötigt?
Was macht ein Notch-Filter?
Was ist der Unterschied zwischen Noise Blanker und Noise Reduction?
Was bedeutet SDR?
Welche Aufgabe besitzt ein ADC?
Warum braucht auch ein direkt abtastender SDR ein Eingangsfilter?
Was ist die grundlegende Aufgabe eines Senders?
Welche Aufgabe besitzt die HF-Endstufe?
Warum befindet sich am Senderausgang ein Filter?
Was ist eine Oberwelle?
Was geschieht bei Übersteuerung einer linearen Senderendstufe?
Welche Aufgabe besitzt die ALC?
Was ist ein Transceiver?

Antworten¶

Das gewünschte Signal aus den an der Antenne vorhandenen Signalen auswählen, verstärken und die Information zurückgewinnen.
Beim Geradeausempfänger wird das Signal auf der Empfangsfrequenz verarbeitet und demoduliert. Beim Superhet wird es zunächst auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt.
Er erzeugt aus zwei Eingangssignalen unter anderem Summen- und Differenzfrequenzen.
Eine feste Frequenz, auf welche das gewünschte Empfangssignal zur weiteren Verarbeitung umgesetzt wird.
\(f_\mathrm{ZF} = |7{,}100-7{,}555| = 0{,}455\ \mathrm{MHz}\)

also:

\[ 455\ \mathrm{kHz} \]

Weil neben der gewünschten Empfangsfrequenz eine zweite Eingangsfrequenz gemeinsam mit dem lokalen Oszillator dieselbe Zwischenfrequenz erzeugen kann.
Möglichst bereits in der Eingangsvorselektion.
Empfindlichkeit beschreibt, wie schwach ein Nutzsignal sein darf. Selektivität beschreibt die Trennung von Signalen auf benachbarten Frequenzen.
Weil dort hinzugefügtes Rauschen von späteren Verstärkern nicht wieder entfernt werden kann.
Sie steigt.
Sie regelt die Empfängerverstärkung automatisch abhängig vom Signalpegel.
Er schaltet die NF-Ausgabe bei fehlendem beziehungsweise zu schwachem Signal stumm.
Insbesondere zur Demodulation beziehungsweise hörbaren Umsetzung von SSB und CW.
Es dämpft einen sehr schmalen Frequenzbereich, beispielsweise einen störenden Pfeifton.
Ein Noise Blanker bekämpft kurze Impulsstörungen. Noise Reduction versucht kontinuierliche Rauschanteile mittels Signalverarbeitung zu vermindern.
Software Defined Radio.
Er wandelt ein analoges Signal in digitale Zahlenwerte um.
Um starke unerwünschte Signale zu dämpfen und eine Übersteuerung des ADC zu vermeiden.
Aus der zu übertragenden Information ein geeignetes, stabiles und sauberes Hochfrequenzsignal zu erzeugen und ausreichend zu verstärken.
Sie erzeugt die notwendige HF-Ausgangsleistung.
Um insbesondere unerwünschte Oberwellen und andere ausserhalb des gewünschten Bereiches liegende Signalanteile zu dämpfen.
Ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz.
Es entstehen Verzerrungen und zusätzliche unerwünschte Frequenzanteile, beispielsweise Splatter.
Sie hilft, die Senderaussteuerung innerhalb des vorgesehenen Bereiches zu regeln.
Ein Gerät, das Sender und Empfänger kombiniert.

Prüfungsbezug HB3 und HB9¶

Die aktuellen BAKOM-Prüfungsvorschriften verlangen ausdrücklich Kenntnisse zu:

Empfänger¶

Empfängertypen
analoge Empfänger
digitale Empfänger beziehungsweise SDR
Blockdiagramme
Funktionen der einzelnen Stufen
Empfängereigenschaften

Sender¶

Sendertypen
analoge Sender
digitale Sender beziehungsweise SDR
Blockdiagramme
Funktionen der einzelnen Stufen
Sendereigenschaften

Zusätzlich gehören zum aktuellen Prüfungsstoff unter anderem:

Verstärker
Filter
Modulatoren
Demodulatoren
Oszillatoren
Schwingkreise
SDR-Grundlagen
PLL

Die aktuelle BAKOM-Formelsammlung enthält für den Empfänger insbesondere:

Zwischenfrequenz
Spiegelfrequenz
thermisches Rauschen
Signal-Rausch-Verhältnis
Rauschfaktor
Rauschzahl

Ältere schweizerische Prüfungsunterlagen enthalten typische Aufgaben zu:

Geradeaus- und Überlagerungsempfänger
HF-Vorstufe
AGC
BFO
RIT
IF-Shift
Notch-Filter
Squelch
Empfindlichkeit
Signal-Rausch-Verhältnis
ALC
Pufferstufen
Senderfilter

Diese älteren Fragen sind keine verbindliche aktuelle Prüfungsgrundlage, zeigen aber typische technische Zusammenhänge, die auch unter dem heutigen BAKOM-Prüfungsstoff weiterhin relevant sind.

Für HB9 sollte zusätzlich sicher verstanden werden:

Berechnung von Zwischen- und Spiegelfrequenz
Zusammenhang zwischen Bandbreite und Rauschleistung
Signal-Rausch-Verhältnis
Rauschzahl
Dynamikbereich und Übersteuerung
Funktion moderner SDR-Signalwege

Die Modulationsverfahren und Betriebsarten folgen in Kapitel 10.

← Kapitel 8: Funkwellenausbreitung

↑ Zurück zum Inhaltsverzeichnis

Kapitel 10: Modulation und Betriebsarten →