(* = 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). 10 SENDETECHNIK Informationen drahtlos übermitteln* Die Sende- (Modulations)arten* CW, das letzte Abenteuer des Amateurfunks?* Bandbreite bei CW (A1A)* ILT-Morsekurs - Das beste Morsestudium Telefonie* RTTY Etwas Nachrichtentechnik Baudot-Code CCITT Nr Fax ATV SSTV Packet Radio, Amtor und Pactor Modulationstheorie* Amplitudenmodulation (AM)* Multiplikative Mischung, AM-Bandbreite* AM-Leistungsbetrachtung* AM-Leistungsberechnung Einseitenbandmodulation (SSB)* Seitenbänder, SSB-Bandbreite, Bandbreitenvergleich AM-SSB* Unterdrückter Träger* SSB-Frequenzversatz* SSB-Hüllkurven* Weitere Vorteile von SSB* Frequenzmodulation (FM)* Frequenzhub* FM-Modulator, FM-Bandbreite* Frequenzdrift bei FM* Oszillator* Prinzipschaltung* Meissner-Oszillator Hartley-Oszillator Colpitts-Oszillator Obertonoszillator Quarz-Oszillator* Ppm (parts per million)* 48 ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/6 -

2 Synthesizer-Prinzip (PLL) Frequenzvervielfacher* CW-Sender, Pufferstufe* Funkenlöschung* Treiberstufe SSB-Aufbereitung Seitenbandfilter* Sendermischung HF-Leistungsverstärkung Inputleistung Wirkungsgrad* PEP (Peak Envelope Power)* Senderendstufe* Pi-Filter ( -Filter)* Transverter Gerätetechnik ALC (Automatic Level Control) Automatische Leistungsregelung* RF-Gain (HF-Verstärkung) Drive (Treiberstufenabstimmung) Plate (Endstufenabstimmung) Load (Antennenabstimmung) VOX-Steuerung (Voice Operated Transmitter)* Speech Processor (Sprach Prozessor, Compressor)* Clipper Splatter* Zuerst mal Marschhalt Hausaufgaben Musterlösungen Stichwortverzeichnis 69 ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/7 -

3 10 Sendetechnik 10.1 Informationen drahtlos übermitteln* In der Funktechnik wollen wir Funkamateure Informationen drahtlos übermitteln. Diese Informationen oder Nachrichten können sein: Sprache (Telefonie), Morsezeichen (Telegraphie) Bildfunk (FAX, SSTV, ATV), Fernschreib- oder digitale Signale (RTTY, Amtor, Packet Radio, Mailbox). Allen diesen Betriebsarten ist gemeinsam, dass die Nachricht alleine nicht über eine grosse Distanz (drahtlos) übertragen werden kann. Anderseits haben hochfrequente Sinusschwingungen wohl die Eigenschaft, sich drahtlos durch die Luft fortzubewegen, sind aber für sich alleine ohne Informationsgehalt. Also nützt man beide spezifischen Eigenschaften der beiden Signalarten aus und führt sie zusammen. Dabei wird das Nachrichten-Inhaltssignal vom Mikrofon, von der Morsetaste, von der Fern- Schreibmaschine (RTTY), vom Amtor- oder Packet-Radio-Computer oder von der Fernsehkamera auf das Trägersignal aufmoduliert und gelangt mit ihm in einer Art Hucke-Pack zum QSO-Partner (QSO = Abkürzung im Q-Code für Funkgespräch, siehe auch BAKOM-Reglement). Empfangsseitig wird dann das modulierte Hochfrequenzsignal zunächst soweit verstärkt bis der Informationsinhalt im Demodulator vom Träger getrennt werden kann und schliesslich am Empfängerausgang in seiner ursprünglichen Form zur Verfügung steht Die Sende- (Modulations)arten* Im Amateurfunk werden Informationen auf verschiedene Weise übertragen, es gibt deshalb verschiedene Modulationsarten. Da natürlich auf einer Übertragungsstrecke die Art der Modulation sowie die Art der Demodulation die gleiche sein muss, um eine Information einwandfrei übertragen zu können, ist die Modulation in all ihren Parametern international geregelt. Im BAKOM- Reglement sind diese Normen zusammengefasst. Es wird dringend empfohlen, sich diese Bezeichnungen zu merken, es sind dies beliebte Prüfungsthemen... ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/8 -

4 RTTY Bei der Fernschreibtelegraphie (RTTY = radio teletype) werden ebenfalls mit Hilfe eines Zeichencodes (Baudot, ASCII) Buchstaben, Ziffern oder Zeichen übertragen, die dann auf einem Sichtgerät (Fernschreiber oder Computer-Terminal) sichtbar gemacht werden oder mit Hilfe eines Druckers ausgedruckt werden können. Die Modulation erfolgt in FSK oder AFSK. Fernschreib-Sendungen werden in F1B übertragen Etwas Nachrichtentechnik Zum weiteren Verständnis sind einige Grundzüge aus der Nachrichtentechnik erforderlich. Selbstverständlich sind diese Details für die Lizenzprüfung nicht notwendig, sie dienen nur dem erweiterten Verständnis. Für die funktechnische Übertragung von Informationen in Schriftform verwendet man auf der Sendeseite normalerweise eine Tastatur, auf der Empfängerseite einen Bildschirm und/oder einen Drucker. Heute verwendet man kaum noch elektromechanische Fernschreiber, sondern fast ausschliesslich Computer. Jedoch hat man die Art der Übertragung so gelassen, um eine Kompatibilität mit den Fernschreibmaschinen zu erhalten. Früher hat man elektromechanische Fernschreiber verwendet, bei denen durch Drücken eines Tastenhebels fünf Kontakte betätigt wurden. So wurden die fünf Bits der einzelnen Zeichen erzeugt. Da die Übertragung der Signale über eine einzelne Leitung erfolgt, müssen die Zustände der fünf Kontakte nacheinander (seriell) übertragen werden. Auf der Empfängerseite werden die für ein auszudruckendes Zeichen zeitlich nacheinander eintreffenden Signalschritte zwischengespeichert um nach erfolgter Dekodierung die Zeichenausgabe zu ermöglichen. Zu den 5 Daten-Bits (Information) folgen pro Zeichen je ein Start und ein Stopp-Bit. Das macht man wegen der besseren Synchronisation der Modulation und Demodulation. Mit einem 5-Bit Signal lassen sich 32 verschiedene Zeichen darstellen ( X ) ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/13 -

5 le um die Frequenzshift geschaltet. Die Shift (doppelter Hub) beträgt im Kurzwellenbereich 170 Hz, während für den UKW-RTTY-Betrieb 850 Hz üblich sind. Die Bandbreite wird wie bei normaler Frequenzmodulation ( ) nach folgender Formel berechnet: B FM 2 f f max 10-c B FSK = Bandbreite des FSK-Signals f = Hub f max = oberste Umschalt Frequenz in Hz (z.b. 50 Hz [= 50 Bd [Baud]) Das gilt grundsätzlich auch für FSK. Allerdings wird hier nicht der Hub, sondern die Shift verwendet. Der Hub entspricht der Hälfte der Shift. Wegen der Rechtecksignale ist die höchste Frequenz 1.6-mal so hoch wie die Baudrate. f BFSK 2 1, 6 v 2 ü 10-d B FSK = Bandbreite des FSK-Signals f = Shift (bei Kurzwelle 170 Hz, bei UKW 850 Hz) v ü = Übertragungsgeschwindigkeit in Bd (siehe Formel 10-b) ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/17 -

6 10.3 Amplitudenmodulation (AM)* Bei der Amplitudenmodulation wird die Amplitude UT eines Trägers mit der Frequenz T (Kreisfrequenz) im Rhythmus der Frequenz des Modulationssignals M (Ton) und dessen Amplitude UM (Lautstärke) gesteuert (moduliert). In Bild 10-3 ist dieser Vorgang graphisch dargestellt. U M M t 2 U M U T T t 2 U T U TM U M T t 2 U T U M Bild 10-3: Modulationssignal (oben), Träger (Mitte) und amplitudenmoduliertes Signal (unten). Für interessierte sind nachfolgend noch die mathematischen Beschreibungen der Signale dargestellt. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/22 -

7 10.4 Einseitenbandmodulation (SSB)* Um für die Einseitenbandmodulation (Single Sideband = SSB) den richtigen Einstieg zu erhalten, betrachten wir das Frequenzspektrum (Bild 10-6) für einen AM-Sender, der eine Trägerfrequenz von 3,6 MHz aufweist, die mit einem Ton von 3 khz moduliert wird. U f M f M US f T OS f Bild 10-6: Frequenzspektrum eines AM-Senders Seitenbänder, SSB-Bandbreite, Bandbreitenvergleich AM-SSB* Nach der Modulation enthält das Spektrum (Bild 10-6) 3 Frequenzen. Nämlich den Träger von 3,6 MHz, die obere Seitenfrequenz (hier mit OS = oberes Seitenband bezeichnet) mit 3,603 MHz und die untere Seitenfrequenz (hier mit US = unteres Seitenband bezeichnet) von 3,597 MHz. Wird der Träger überdies mit einem NF-Band moduliert, so entstehen sogenannte Seitenbänder, die wiederum frequenzsymmetrisch zum Träger erscheinen. Das niederfrequentere wird unteres Seitenband (US, oder gebräuchlicher LSB = Lower Sideband) genannt. Das hochfrequentere Band dagegen OS, oder ebenfalls gebräuchlicher USB (Upper Sideband). Jedes dieser Seitenbänder enthält in Bezug zum Träger die aufmodulierte Information. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/31 -

8 Frequenzhub* Bei der Frequenzmodulation wird die Amplitude des aufmodulierten NF-Signals durch den Frequenzhub (Frequenzauslenkung) dargestellt. Oder anders gesagt ist der Änderungsbetrag ft (hier 89,9...90,1 MHz) wird mit Frequenzhub bezeichnet. Macht man die NF-Amplitude nur halb so gross, dann wird auch der Hub halbiert. Er beträgt dann im Zahlenbeispiel 0,05 MHz = 50 khz. Die HF-Bandbreite liegt also zwischen 89,95 MHz und 90,05 MHz. Wie wirkt sich nun die Frequenz des NF-Signals bei der Modulation aus? Steuert man mit einem Ton von 800 Hz aus, dann wird 800-mal in der Sekunde der Frequenzhub durchlaufen. Bei einem Ton von Hz erfolgt dies mal in der Sekunde. Die Frequenz des aufmodulierten NF- Signals wird durch die Häufigkeit der Frequenzänderung dargestellt. Merke: Für FM gilt also: 1. Je grösser die niederfrequente Lautstärke (oder der Dynamikumfang) ist, desto grösser ist die Frequenzänderung (auch Frequenzauslenkung genannt) oder der Frequenzhub (des HF-Signals). 2. Die Frequenz des aufmodulierten NF-Signals wird durch die Häufigkeit der Frequenzänderung oder des Frequenzhubs pro Sekunde dargestellt. 3. Die Senderamplituden des frequenzmodulierten HF-Signals bleiben immer konstant FM-Modulator, FM-Bandbreite* FM erfordert einen besonderen Modulator im Sender. Man kann sich ihn in Gedanken so vorstellen, dass eine Kapazitätsdiode parallel zur Abstimmkapazität des Schwingkreises liegt. Die Mikrofonspannung steuert nun die Sperrschichtkapazität derart, dass sich im gleichen Rhythmus die Senderfrequenz verstimmt. Je lauter man spricht, desto grösser wird die Kapazitätsänderung und damit der Frequenzhub. Wenn man die Verhältnisse bei der FM-Modulation etwas näher betrachten will, so eignet sich das Frequenzspektrum-Diagramm recht gut dazu. Wird eine Trägerfrequenz (hier mit A0 bezeichnet) ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/37 -

9 10.6 Oszillator* Doch bevor wir uns der SSB-Aufbereitung zuwenden, müssen wir noch das Herz eines jeden Senders kennenlernen: den Oszillator. Der Oszillator ist ein Gebilde aus elektronischen Bauteilen, das Sinusschwingungen einer bestimmten Frequenz erzeugen kann. Dabei wird vom Ausgang einer Verstärkerschaltung ein Teil des Ausgangssignals derart auf den Eingang zurückgekoppelt, dass die Schaltung zu schwingen beginnt. k v Bild 10-12: Grundprinzip eines Oszillators. In Bild bedeutet k das Koppelglied und v die Verstärkerstufe. Weil die zurückgeführte Spannung gleichphasig auf den Eingang zurückgeführt wird, addieren sich die beiden Spannungen. Dabei lautet die Schwingbedingung k 1 oder k v 1 v (10-12) k = Kopplungsfaktor v = Verstärkung der Stufe ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/40 -

10 Frequenzvervielfacher* Es soll hier noch eine Schaltung kurz erwähnt werden, die früher eine grosse Rolle gespielt hat, der Frequenzvervielfacher Das ist eine Baugruppe (Diode, Verstärker) mit nichtlinearer Kennlinie, deren Ausgangsschwingkreis auf ein Vielfaches der Eingangsfrequenz abgestimmt ist. Bild 10-22: Prinzip-Schgaltbild eins Frequenzvervielfachers. Die Amateurfunkfrequenzen ( ) sind oft ein Vielfaches von 3,5 MHz. Deshalb lassen sich so relativ einfach mit einer einzigen Quarz-Referenz alle benötigten Frequenzen erzeugen. Die Vervielfacher (zb. werden oft durch digitale Stufen realisiert. Die Bedeutung des Frequenzvervielfachers ist heute für Amateurfunk-Anwendungen im Zeitalter der PLL-Schaltungen etwas zurück gegangen CW-Sender, Pufferstufe* Obwohl natürlich an den Ausgang eines Oszillators eine Antenne und an den Eingang eine Morsetaste gelegt werden könnte, um einen einfachen Sender zu erhalten, werden meist noch einige Stufen dazugeschaltet, um damit die Stabilität eines solchen Senders zu erhöhen. Der CW-Sender (mit Morsetaste) kommt ohne Modulationsstufe aus, da das HF-Signal lediglich mit Hilfe einer Morsetaste getastet wird (Bild 10-23). ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/50 -

11 10.8 SSB-Aufbereitung Bis auf ganz wenige Ausnahmen gehört der SSB-Sender oder der SSB-Transceiver (= ein Sende- Empfänger) zur Standardausrüstung einer KW-Amateurfunkstation, so dass man sich innerhalb der Sendertechnik allein auf die Beschreibung dieser Modulationsart beschränken kann. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass SSB auch im 2m- und 70cm-Band gebräuchlich ist. Damit werden vor allem sogenannte DX-Verbindungen (Weitverkehrsverbindungen) getätigt, während sonst in diesen Bereichen vor allem die FM-Modulation üblich ist (UKW-Kanalfunk). Bereits 1923 erhielt der Amerikaner John R. Carson ein Patent für ein Doppelseiten- und Einseiten- Sende-Empfangssystem, das schon damals aus den typischen Bausteinen bestand, zu denen der Balancemodulator im Sender und der Produktedetektor im Empfänger gehören. Bereits im 2. Weltkrieg führten die Amerikaner und Engländer SSB-Versuche und SSB-Sendungen im KW-Bereich durch. Die Amateure begannen Ende der 40er Jahre damit. Bild zeigt das Blockschaltbild für die Aufbereitung des SSB-Signals nach der Filtermethode. Nf-Verstärker Seitenband- Filter Sender- Mischer Linear- Endstufe Balance- Mischer DSB v f 0 f SSB PA f 0 = 9,0 MHz 9,0015 MHz OS US 8,9985 MHz Träger- Oszillator VFO Bild 10-26: SSB-Aufbereitung nach der Filtermethode. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/53 -

12 10.11 Gerätetechnik ILT-Techniklehrer Kurt Müller, HB9LEW hat hier einige Begriffe aus der Gerätetechnik zusammengestellt, die an der kommenden Lizenzprüfung vorkommen können. Es sind aber auch Begriffe, die man bei manchem modernen Gerät antreffen kann ALC (Automatic Level Control) Automatische Leistungsregelung* Die ALC-Schaltung ist eine Sendeleistungsregelung gegen Übersteuerung. Sie soll in der Amateurfunktechnik die Übersteuerung der Endstufe verhindern, um so starke Signalverzerrungen zu vermeiden. Sie hält den Mittelwert der Sendeleistung über einen bestimmten Bereich konstant. Schaltungstechnisch gewinnt man ab einen bestimmten Ausgangssignalpegel eine Regelspannung, mit der die Verstärkung der Sendevorstufe reduziert wird RF-Gain (HF-Verstärkung) Der RF-Gain-Regler dient zur Einstellung der HF-Verstärkung des Empfangsteils. Bei sehr stark einfallenden Signalen ist der Regler zur Vermeidung von Übersteuerungen zurückzudrehen Drive (Treiberstufenabstimmung) Mit dem Driveregler lässt sich der Anodenkreis der Treiberröhren bei Sendebetrieb abstimmen. Er beeinflusst gleichzeitig auch die Antennen- und Mischspulen des Empfangsteils. Bei optimaler Treiberstufenabstimmung für Sendebetrieb ist auch die korrekte Vorkreisabstimmung beim Empfang gewährleistet Plate (Endstufenabstimmung) Mit dem Plate-Regler lässt sich der Anodenkreis der Sender-Endstufenröhren abstimmen. ILT-Schule Amateurfunk (Vers ) 10/64 -