(* = HB3 Stoff, die Kennzeichnung der für HB3 wichtigen Teile mit einem Stern (*) ist eine wertvolle Hilfe beim praktischen Studium).

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1 Inhalt (* = HB3 Stoff, die Kennzeichnung der für HB3 wichtigen Teile mit einem Stern (*) ist eine wertvolle Hilfe beim praktischen Studium). 11 EMPFANGSTECHNIK Warum eine Lizenzprüfung?* Ist Selbstbau immer noch aktuell? Was ist Radio?* Detektorradio* Geradeaus-Empfänger* Rückkopplungs-Audion und Direktmischer Der Überlagerungsempfänger* Superhet* HF-Vorverstärker* Oszillator Mischstufe Der Trick des Superhets Spiegelfrequenz Einfluss der Spiegelfrequenz Der Doppelsuper PLL-Frequenzaufbereitung Kreuzmodulation, Intermodulation Rauschen RX-Empfindlichkeit, Rauschabstand Noise Figure, Rauschzahl SINAD Gross-Signalfestigkeit Intercept-Point IP 3, Intermodulationsfestigkeit ZF-Verstärker S-Meter S-Werte Tabelle S-Wert und Sendeleistung Die SSB-Demodulation Produktedetektoren, Balancemischer BFO (Beat frequency oscillator)* Welches Seitenband?* FM-Demodulation, Begrenzer* 40 ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/6 -

2 11.11 Der NF-Verstärker Klirrfaktor* Software Defined Radio (SDR) Moderne Schaltungstechnik QSO QSO-Grundsätze Empfangsrapport, RST-System QSO-Aufbau ILT-Muster-QSO Gerätetechnik RIT (Receive Incremental Tuning, Clarifier Empfänger Feinverstimmung)* IF-Shift (Intermediate Frequency Shift, Regelbare ZF-Bandbreite)* VBT (Variable Bandwith Tuning) AGC und AVC (Automatische Verstärkungsregelung*) Noise Blanker (NB, Störaustaster)* Notch-Filter (Kerbfilter)* Selectivity (Nachbarkanalselektivität) ANL (Automatic Noise Limiter, Automatischer Störbegrenzer) Neutralisation Squelch* Schon geübt mit dem ILT-App?* Hausaufgaben* Musterlösungen* Stichwortverzeichnis* 62 ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/7 -

3 11.2 Was ist Radio?* Viele Leute sagen ein Radio, wenn Sie einen Rundfunkempfänger meinen. Früher war auch noch die Bezeichnung Radioapparat üblich. Ein Empfänger für unterwegs ist dann ein Taschenradio, ein Reiseradio oder ein Transistorradio, manchmal noch kürzer (und noch falscher) ein Transistor. Radio oder Rundfunk ist aber mehr, nämlich eine Kette von Einrichtungen, um Sprache (oder Musik) über weite Entfernungen vielen Menschen hörbar zu machen. Dazu sind die Schallwellen mehrfach in andere Schwingungsformen umzusetzen (in Hochfrequenz, in HF) und in den freien Raum abzustrahlen. Schliesslich sind solche Ausstrahlungen von geeigneten Einrichtungen (Antennen) wieder aufzufangen (an einem vom Sender mehr oder weniger weit entfernten Ort), zu verstärken und wieder in Schallwellen umzuwandeln. Bild 11-1 gibt eine schematische Übersicht eines solchen Vorgangs. Mikrofon Lautsprecher Tonfrequenz- Wechselstrom NF HF Sender elektromagentische Wellen HF NF Empfänger Schallwellen Schallwellen Hochfrequenzwechselstrom Empfangsantenne Sendeantenne Tonfrequenzwechselstrom Bild 11-1: Radio ist mehr als nur das Gerät. Beim Amateurradio ist es im Prinzip gleich, wenn auch hier zum Beispiel keine Musik übertragen werden darf (wegen der dafür notwendigen grösseren Bandbreite) und der Sender meist einfacher aufgebaut ist, wie ein Rundfunksender. Auch wird ein Amateurradio-Sender eine geringere Ausgangsleistung aufweisen, wie sein grösserer (Rundfunk)Bruder. Aber die grundsätzlichen Mechanismen sind bei beiden Sendearten in etwa die gleichen. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/10 -

4 11.3 Detektorradio* Viele erinnern sich vielleicht noch daran, dass Sie in Ihrer Jugendzeit einen Detektor gebaut hatten. Diese damals recht abenteuerliche Zusammenschaltung einiger Bauteile in einer Zigarrenkiste oder einer Seifenschachtel war aber bereits die Grundform oder Urform eines Radios oder Rundfunkempfängers. Wenn damals aus dem Kopfhörer die ersten Töne erklangen, bekam man glänzende Augen und rote Ohren und kam aus dem Staunen nicht mehr heraus. Viele haben weiter an diesen Dingen herumstudiert und die Technik oder die Elektronik zu Ihrem Lebensinhalt oder Beruf gemacht. So erging es auch dem Autor der ILT-Amateurfunktechnik, Ludwig F. Drapalik, HB9CWA. Er hat bereits im zarten Alter von 8 Jahren (!) seinen ersten Detektor-Empfänger selbst gebaut, der sogar funktioniert hat. Die Faszination Radio hat ihn seither nie mehr losgelassen! Andere haben sich andern Dingen zugewendet und das kleine Radio schnell einmal vergessen. Nun, wir wollen uns hier im Rahmen dieses ILT-Studiums ein wenig eingehender damit befassen Geradeaus-Empfänger* Wer bei den bisherigen Lektionen gut aufgepasst hat (und das tut doch sicherlich jeder ILT- Schüler...), der wird sich eine Schaltung zum Empfang von Radiowellen (HF-Schwingungen) praktisch selber ausdenken können. Bild 11-2 zeigt eine solche Schaltung. Antenne D L p C p C H Bild 11-2: Schaltung eines Detektorempfängers. Für amplitudenmodulierte Sender (zum Beispiel Rundfunksender, bei uns früher Radio Beromünster = 529 khz) kann man die HF-Spannung bei genügend grosser Amplitude mit der Diode D ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/11 -

5 11.4 Der Überlagerungsempfänger* In Bild 11-6 ist das Prinzip eines solchen Empfängers gezeigt. unterschiedliche Frequenzen der einzelnen Sender Umwandlung in eine feste Zwischenfrequenz f Z Zf- Verstärker zum Demodulator Bild 11-6: Prinzip des Überlagerungsempfängers. Die Abstimmkreise sind fest auf eine Zwischenfrequenz (ZF) eingestellt und bestehen nur aus Festkondensatoren und Spulen mit grosser Güte und günstiger Bandbreite. So ergibt sich für alle Empfangsfrequenzen eine gleich grosse Verstärkung und eine gleich mässige Trennschärfe für diese Zwischenfrequenz Superhet* Beim Überlagerungsempfänger bedient man sich eines Modulations- oder Mischeffekts. Dabei wird die Empfangsfrequenz mit einer im Empfänger selbst erzeugten Oszillatorfrequenz gemischt. Früher sagte man dazu, die Oszillatorfrequenz werde der Empfangsfrequenz überlagert. Das sinngemässe englische Fachwort für Überlagerungsempfänger heisst Superheterodyne-Empfänger. Daraus ergab sich die Abkürzung Superhet oder noch kürzer Super für diese Schaltungsart. Das Super ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/16 -

6 Spiegelfrequenz Superhets haben ausser ihren gewaltigen Vorteilen (bessere Trennschärfe, gleichmässige Verstärkung in allen Bereichen, hoher Bedienungskomfort, einfachere Herstellung, weniger Abgleich) auch typische Störerscheinungen, die den Geradeausempfängern fehlen. Betrachten wir doch mal Bild f e = 529 khz (Beromünster) f ZF = 455 khz f OSZ = 984 khz f S = 1439 khz ZF Oszillator f Bild 11-9: Entstehung der Spiegelfrequenz fs. Da wird gezeigt, dass bei einer Eingangsfrequenz fe von 529 khz (ex. Beromünster) und einer Oszillatorfrequenz fo von 984 khz sich eine Zwischenfrequenz fzf von 455 khz bildet. Durch eine Addition von fzf und fo entsteht nun eine weitere Frequenz fs von 1439 khz. Diese unerwünschte zweite Frequenz wird Spiegelfrequenz genannt, da sie spiegelbildlich zum Oszillator erscheint. Also wird fs: f f f S 0 ZF (11-1) oder: fs f f (11-2) 0 ZF oder mit der Eingangsfrequenz: ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/20 -

7 11.8 S-Meter Die in der KW-Technik übliche Angabe der Feldstärken in S-Stufen bezieht sich auf den Wert von S9, der früher bei KW-Geräten einer Eingangsspannung Ue von 100 V an 50 entsprach. Der Abstand unterhalb S9 zwischen den einzelnen S-Stufen beträgt 6 db (Faktor 2), oberhalb S9 dagegen 20 db (Faktor 10). Bei modernen Geräten geht man bei UKW-Transceivern von einem Wert von 10 μv bei S9 aus. Bei modernen KW-Geräten entsprechen 50 μv dem Wert S9. In der Regel sind alle neuen Geräte, die man auf dem Amateurfunk-Markt kaufen kann dieser modernen Kategorie zugeordnet. Die meisten Gerätehersteller geben (zumindest in den ausführlicheren) Serviceunterlagen genau an, wie nun das S-Meter wirklich kalibriert ist. Die wichtigste Aufgabe des S-Meters ist ohnehin der Vergleichswert der S-Stufen einzelner empfangener Stationen. Dieser Vergleichswert interessiert mehr als der absolute Wert. Bild 11-15: Skala eines S-Meters in einem Transceiver. Das S-Meter hat neben der S-Meter-Skala meist noch weitere Skalen für den Sendebetrieb wie: SWR, Ausgangsleistung (Po), ALC und Compressor. (Bild QST). Die S-Meter-Werte eignen sich also vorwiegend dazu, relative Urteile darüber abzugeben, welcher Sender bei einem Vergleich am Empfängereingang die grössere Eingangsspannung erzeugt, also als stärker empfunden wird. Je grösser das Eingangssignal ist, desto besser empfindet man die Signalstärke. Für alle, die es genau wissen wollen hier eine Tabelle der verschiedenen S-Werte (S- Werte-Tabelle). Alle Werte gelten für eine Eingangsspannung Ue an 50. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/34 -

8 11.9 Die SSB-Demodulation Wir haben bereits in Lektion 10 bei der Behandlung der Sender gesehen, dass aus Gründen der Leistungs-Ökonomie heute im Amateurfunk vorwiegend SSB-Modulation angewendet wird. (Abgesehen vom 2 m- und 70 cm-kanal-funk, wo FM verwendet wird). Wie schon beim Sender ist auch im Empfänger, vor allem in der Demodulation der Aufwand aber entsprechend grösser. Nur mit einer einfachen Detektorschaltung lässt sich leider kein SSB-Signal demodulieren. Wir haben gesehen, dass die gesamte Information in nur einem Seitenband vorhanden ist. Um nun aus einem solchen Seitenband die niederfrequente Information zu lösen, muss man auch empfangsseitig eine Mischung vornehmen, um das Modulations-Frequenzspektrum aus der HF-Lage, die zur Übertragung innerhalb eines der Amateurfunkbänder notwendig war, wieder in eine hörbare NF- Lage zurückzuversetzen. Hierzu bildet man das Produkt aus dem empfangenen Seitenband (bereits zur ZF-Frequenz aufbereitet) und einem im Empfänger im Demodulator erzeugten Signal (der Trägerfrequenz) Produktedetektoren, Balancemischer Im SSB-Demodulator muss demnach ein Träger zugesetzt werden, da er ja beim Modulationsvorgang im Sender unterdrückt wurde. Man kann zu diesem Zweck auch die Ringmischerschaltung verwenden, wie sie beim Sender besprochen worden ist. Eine andere Schaltung zeigt Bild 11-16:. Grundsätzlich sind als Produktedetektoren alle Arten von Mischstufen geeignet. Wichtig ist jedoch der Umstand, dass solche Schaltungen bevorzugt werden sollen, bei denen durch eine symmetrische Einspeisung der Trägerfrequenz (ft) dieser Zusatzträger direkt wieder unterdrückt wird. Der Träger wird ja nur zur Demodulation gebraucht, in der erhaltenen NF-Frequenz ist er natürlich unerwünscht. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/37 -

9 BFO (Beat Frequency Oscillator)* Wir haben im Bild gesehen, dass im SSB-Demodulator der fehlende Träger durch einen Hilfsoszillator erzeugt und wieder zugesetzt werden muss. Dazu wird ein BFO verwendet, auch Überlagerungsoszillator genannt. Der BFO liefert also in den Betriebsarten CW und SSB die zur Demodulation fehlende Trägerfrequenz. Dabei ist keine exakte Übereinstimmung der Phase mit dem ursprünglichen Trägersignal erforderlich, wenn geringe Verzerrungen in Kauf genommen werden können Welches Seitenband?* All die schöne SSB-Theorie scheint zunächst sinnlos zu sein, wenn man beim Empfang nicht weiss, auf welchem Seitenband der gewünschte Sender seine Modulation ausstrahlt. Demoduliert man nämlich das falsche Seitenband hört man aus dem Lautsprecher nur unverständliches Gestammel. Um diese Zweifel zu beseitigen hat man schlicht und einfach beschlossen alle Sendungen unterhalb 10 MHz (das heisst im 160 m-, im 80 m- und im 40 m Band) im unteren Seitenband auszustrahlen. Alle Sendungen über 10 MHz (also im 20 m-, im 15 m- und im l0 m-band und beim 2 m- und 70 cm-band) sind im oberen Seitenband abzustrahlen. Durch diese weltweit gültige Norm sind alle Probleme ausgeschlossen. (Wäre das mit der Normierung nur überall so einfach wie im Amateurfunk...) Für erfahrene Funkamateure ist es allerdings eine Frage von Sekunden, um mit geübtem Ohr festzustellen, wenn die Gegenstation ein falsches Seitenband benutzt. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/39 -

10 11.10 FM-Demodulation, Begrenzer* Zum Verständnis der FM-Demodulation muss man sich nochmals die FM-Modulation ins Gedächtnis zurückrufen (oder in Lektion 10 nachschlagen). Danach ist bei der FM-Modulation die Lautstärke des Modulationsinhaltes im Frequenzhub enthalten, während die NF durch die Anzahl der Frequenzwechsel (Änderung der Nulldurchgangszahl pro Zeiteinheit) bestimmt wird. Es gibt verschiedene Schaltungen zur Demodulation von FM. Einige verwandeln zuerst die FM in eine AM-Schwingung, um dann konventionell zu demodulieren. Eine andere oft gebrauchte Schaltung heisst Ratiodetektor oder Verhältnisdiskriminator. Bild zeigt das Prinzip einer solchen Schaltung für die interessierten ILT-Schüler. C K D 1 C p C S Dr C 1 R 1 C 3 C 2 R 2 D 2 R 3 NF C 4 Bild 11-18: Ratiodetektor für FM-Demodulation. Die Details müssen an der Lizenzprüfung natürlich nicht hergebetet werden, aber vielleicht entdeckt dieser oder jener Schüler einmal in einem Industriegerät einmal eine solche Schaltung. Dann weiss er wenigstens dem Sinn nach wie so etwas funktioniert. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) - 11/40 -