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Amateurfunk-Lehrgang Klasse A
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Kapitel 18: Gerätetechnik

In diesem Kapitel geht es um die Praxis von Empfängern und Transceivern, um deren Eigenschaften, die Zusammenschaltung mit Vorsatzgeräten. Diese Kenntnisse sollen Sie in die Lage versetzen, beim Kauf von Funkgeräten auf Qualitätsmerkmale achten zu können.

Übersicht

Bild 18-1: Kurzwellen-Kommunikationsempfänger

Der Empfangsamateur (SWL, short wave listener) oder der noch nicht lizenzierte Funkamateur wird sich zunächst einen guten Empfänger zulegen wollen. Worauf muss man bei der Beurteilung eines Empfängers achten?

Die Empfänger sind von unterschiedlicher Qualität, was sich natürlich auch auf den Preis auswirkt. Das wichtigste Kriterium für einen SWL, der auch den Amateurfunk abhören will, ist das Vorhandensein eines guten Demodulators für SSB.

 

Die Empfindlichkeit

Eine sehr wichtige Eigenschaft eines Empfängers ist die Empfindlichkeit. Im Prinzip besagt diese, wie stark ein Signal empfangen werden muss, dass es über dem Geräuschpegel liegt, den der Empfänger selbst produziert. Das thermische Rauschen ist eines dieser störenden Geräusche.
Jedes Elektronik-Bauelement verursacht durch Unregelmäßigkeiten der Elektronenbewegungen ein so genanntes „thermisches Rauschen“. Es sind kleinste Spannungen mit einem sehr breitbandigen Frequenzgemisch, die sich bei Umwandlung in eine akustische Leistung und Abstrahlung mit einem Lautsprecher genau so anhören, wie das Rauschen eines Wasserfalls.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-2: Rauschabstand

Der Rauschabstand ist das Verhältnis von Nutzleistung (Signalleistung) zu Rauschleistung (Störleistung). Er wird meist in Dezibel (dB) angegeben. Ist der Rauschabstand 0 dB, ist der Rauschpegel gleich groß wie der Signalpegel und ein Morse- oder Sprachsignal im Normalfall unlesbar.
Für eine untere Sprachverständlichkeit benötigt man zirka 10 dB Rauschabstand (zehnfache Leistung), für Morsetelegrafie genügen 6 dB (vierfache Leistung).

Der Rauschabstand wird in den Prospekten abgekürzt mit S/N (signal to noise) oder mit S+N/N (signal plus noise to noise), also das Signal + Rauschen zum Rauschen allein. So wird in der Praxis meistens gemessen. Gelegentlich wird die Abkürzung SINAD (signal, noise and distortion) verwendet, was soviel bedeutet wie Signal plus Rauschen plus Verzerrungen zu Rauschen plus Verzerrungen.

Die verursachte Rauschleistung PR an einem passiven Widerstand ist abhängig von der Temperatur und der übertragenen Bandbreite. Dazu gibt es folgende Formel, die hier aber nur für die Erläuterung weiterer Eigenschaften wiedergegeben wird. Sie brauchen damit nicht rechnen zu können.

Mit der oberen Formel berechnet man die Rauschleistung und mit der unteren die Rauschspannung bei Anpassung.

Beispiel
Wie groß ist die an einem idealen angepassten Empfänger mit dem Eingangswiderstand von 50 Ohm entstehende Rauschspannung, wenn der Empfänger eine Bandbreite von 3 kHz hat?

Die Zahl 293 ist die absolute Temperatur in Kelvin, die sich aus der Zimmertemperatur (angenommen 20° C) plus 273 (absoluter Nullpunkt -273 °C) ergibt. Daraus ergibt sich die Grenzempfindlichkeit. Wenn der Empfänger kein Eigenrauschen hätte, würde ein Signal von 25 nV (Nanovolt!) genau so laut erscheinen wie das Rauschen. Besser geht’s nicht!

Prüfungsfrage

TB707  Die Leistung eines gleichmäßig über einen Frequenzbereich verteilten Rauschens ist
umgekehrt proportional zur Empfängerempfindlichkeit.
proportional zum Signal-Rauschabstand.
proportional zur Bandbreite.
umgekehrt proportional zum Eingangswiderstand.

 

Die Abhängigkeit des thermischen Rauschens von der Bandbreite des Empfängers kann in der Praxis genutzt werden. Man sollte den Empfänger immer auf die minimal nötige Bandbreite einstellen. Ein Beispiel zeigt die folgende Prüfungsaufgabe.

Prüfungsfrage

TB708  Wie verhält sich der Pegel des thermischen Rauschens am Empfängerausgang, wenn von einem Quarzfilter mit einer Bandbreite von 2,5 kHz auf ein Quarzfilter mit einer Bandbreite von 0,5 kHz mit gleicher Durchlassdämpfung und Flankensteilheit umgeschaltet wird? Der Rauschpegel
erhöht sich um etwa 7 dB.
verringert sich um etwa 20 dB.
verringert sich um etwa 7 dB.
erhöht sich um etwa 20 dB.

Lösung:

Da die Rauschleistung proportional der Bandbreite ist, sinkt die Rauschleistung auf ein Fünftel.

Das Rauschen am Empfängerausgang wird also um 7 dB geringer.

Hier genügt eine Abschätzung: 20 dB wäre ein Hundertstel der Leistung (10 dB bedeutet zehnfach).

 

Die Rauschzahl F

Jedes elektronische Bauelement im Empfänger produziert ein Eigenrauschen, das sich am Ausgang dem verstärkten Signal überlagert. Die Rauschzahl F gibt das Verhältnis des Rauschabstands am Empfängereingang zum Rauschabstand am Demodulatoreingang an. Mit diesem „Rauschfaktor“ F müssen also die Rauschformeln erweitert werden.

Gibt ein Hersteller für einen Empfänger als Empfindlichkeit eine Rauschzahl F=3 an, so bedeutet dies, dass der Empfänger dreimal so viel Leistung (oder ) mal so viel Spannung benötigt wie die theoretische Grenzempfindlichkeit.

Häufig wird dieser Wert noch in dB umgerechnet. Dieser Wert wird dann als Rauschzahl F bezeichnet.

Die Rauschzahl F (noise figure) in dB gibt an, um wie viel das Signal-Rausch-Verhältnis am Demodulatoreingang schlechter wird, als am Empfängereingang.

Aufgabe
Ein UKW-Empfänger hat eine Rauschzahl (noise figure) von 4 dB. Der Signal-Rauschabstand am Eingang beträgt 20 dB. Wie groß ist das Signal-Rausch-Verhältnis am Demodulatoreingang des Empfängers?

Lösung: 20 dB - 4 dB = 16 dB

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist geringer (schlechter) geworden.

Prüfungsfrage

TF440  Was bedeutet Signal-Rauschabstand (S/N) bei einem VHF-Empfänger?
Er gibt an, um wie viel dB das Rauschsignal stärker ist als das Nutzsignal.
Er gibt an, wieviel dB stärker das Nutzsignal zum Rauschsignal ist.
Es ist der Abstand in Kilohertz zwischen Empfangssignal und Störsignal.
Es ist der Abstand in Kilohertz zwischen Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz.

Prüfungsfrage

TF441  Was bedeutet die Rauschzahl F=2 bei einem UHF-Vorverstärker? Das Ausgangssignal des Verstärkers hat ein
um 6 dB geringeres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um 3 dB höheres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um 3 dB geringeres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um 6 dB höheres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.

Tipp: Rauschzal F=2 bedeutet, dass doppelte Leistung (3 dB) benötigt wird.

Prüfungsfrage

TF442  Was bedeutet die Rauschzahl von 1,8 dB bei einem UHF-Vorverstärker? Das Ausgangssignal des Vorverstärkers hat ein
um 1,8 dB geringeres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um 1,8 dB höheres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um etwa 151 % höheres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.
um etwa 66 % geringeres Signal-Rauschverhältnis als das Eingangssignal.

Tipp: Das Signal-Rausch-Verhältnis ist um 1,8 dB etwas geringer (schlechter) geworden.

Solange die von der Antenne aufgenommene Rauschspannung größer bleibt als das vom Empfänger hervorgerufene Rauschen, ist die Empfindlichkeit der gesamten Anlage nur durch das Außenrauschen bestimmt. Dies ist im Lang-, Mittel- und Kurzwellengebiet der Fall.

Im Kurzwellenbereich nimmt das Außenrauschen erst oberhalb 10 MHz stark ab. Im Kurzwellenbereich bestimmen das atmosphärische Rauschen und die durch Maschinen und Geräte entstandenen Störungen die Rauschzahl des Empfangssystems. Bei Kurzwellenempfängern ist eine Rauschzahl unter 10 dB nicht sinnvoll.

Die Angabe der Empfindlichkeit durch die Rauschzahl wird deshalb erst bei Frequenzen oberhalb von 30 MHz, aber nicht bei Frequenzmodulation angewendet. Besonders bei Satelliten-Konvertern findet man diese Rauschzahl in dB. Dadurch, dass die Empfangsantenne nach oben ausgerichtet ist, bestimmt das Rauschen des Weltraums (galaktisches Rauschen) die Empfindlichkeit.

Bei Empfängern für den Lang-, Mittel- oder Kurzwellenbereich und auch bei FM wird die Empfindlichkeit eines Empfängers durch die so genannte Betriebsempfindlichkeit angegeben. Sie gibt die Spannung des kleinsten Signals an, das am Eingang anliegen muss, damit am Empfängerausgang für die betreffende Betriebsart der angegebene Störabstand entsteht.

Beispielsweise wird eine Empfindlichkeit von 0,25 µV für 10 dB Rauschabstand angegeben. Im Kurzwellenbereich braucht die Empfindlichkeit nicht unter 1 µV bei 10 dB Rauschabstand zu liegen, da das Außenrauschen sowieso darüber liegt.

Prüfungsfrage

TF439  Ein Empfänger liefert bei einem Eingangssignal von 0,25 µV ein Ausgangssignal mit einem Signal-Geräuschabstand von 10 dB. Wie wird diese Eigenschaft angegeben?
Durch den Interception Point IP3 = 10 bei 0,25 µV 
Durch die Grenzempfindlichkeit von 0,25 µV bei 10 dB Rauschen
Durch die Rauschzahl F = 10 für 0,25 µV
Durch die Empfindlichkeitsangabe 0,25 µV für
S/N=10 dB

 

Die erste Stufe im Empfangssystem bestimmt die Rauschzahl und damit die Empfindlichkeit. Denn das Rauschen der ersten Stufe wird von allen weiteren Stufen mitverstärkt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-3: Einsatz eines Vorverstärkers zur Verbesserung des Rauschabstands

Ein vorhandener Vorverstärker (VV) für 144 MHz oder für 430 MHz, oder erst recht für das 23-cm-Band, muss möglichst nah an der Antenne montiert werden, damit das Kabel zwischen Antenne und Empfängereingang mit seiner Dämpfung die Rauschzahl nicht verschlechtert.

Beispiel
Vor einem Empfänger im 70-cm-Band befindet sich zwischen Antenne und Empfängereingang ein Kabel mit 2 dB Dämpfung. Der Empfänger selbst hat eine Rauschzahl von 2,5 dB. Hiermit verschlechtert sich die Rauschzahl auf 4,5 dB. Nun wird oben an der Antenne ein Vorverstärker mit einer Rauschzahl von 1 dB eingefügt. Die Gesamtrauschzahl der Anlage bleibt fast bei 1 dB.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-4: LNC unmittelbar an der Antenne

Beispielsweise wird ein LNC (low noise converter) für den Satellitenfunk direkt in der Antenne montiert. Dort befindet sich außerdem die erste Mischstufe, die das Empfangssignal im Frequenzbereich heruntersetzt (Konverter), um die Kabeldämpfung zwischen Konverter und dem eigentlichem RX (Receiver) zu verringern.

Prüfungsfrage

TF102  Die Empfindlichkeit eines Empfängers bezieht sich auf die
Fähigkeit des Empfängers, schwache Signale zu empfangen.
Stabilität des VFO.
Bandbreite des HF-Vorverstärkers.
Fähigkeit des Empfängers, starke Signale zu unterdrücken.

Prüfungsfrage

TF214 An welcher Stelle einer Amateurfunkanlage sollte ein VHF-Vorverstärker eingefügt werden?
Möglichst unmittelbar vor dem Empfängereingang
Möglichst direkt an der Antenne.
Zwischen Senderausgang und Antennenkabel
Zwischen Stehwellenmessgerät und Empfängereingang

 

Die Empfindlichkeit kann durch starke HF-Signale in der Nähe der Empfangsfrequenz beeinträchtigt werden. Diese starken Signale können den ZF-Verstärker passieren und eine Regelspannung (siehe Abschnitt HF-Regelung) erzeugen.

 

Prüfungsfrage

TF434  Die Empfindlichkeit eines Empfängers kann durch
zu starke NF-Filterung beeinträchtigt werden.
gute Erdung verbessert werden.
starke HF-Signale auf einer nahen Frequenz beeinträchtigt werden.
fehlerhafte Einstellung des BFO beeinträchtigt werden.

 

Die Selektivität

Selektivität oder Trennschärfe bedeutet, wie gut ein Empfänger das gewünschte Signal von den benachbarten Signalen trennen kann. Verantwortlich ist die Durchlasskurve des ZF-Filters.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-5: Verschiedene Selektionskurven

Der Empfänger mit der Selektionskurve B hat natürlich die besseren Eigenschaften. Man kann die Selektionskurve durch den Shapefaktor beschreiben. Dieser Formfaktor gibt des Verhältnis der Bandbreite bei -60 dB zur Bandbreite bei -6 dB an.

Aufgabe
Bei einem Transceiver wird für den Empfänger bei SSB für -6 dB eine Bandbreite von 2,3 kHz und bei
-60 dB von 3,3 kHz angegeben. Wie groß ist der Shapefaktor?

Lösung: Der Formfaktor der Durchlasskurve (Shapefaktor) beträgt 3,3 kHz geteilt durch 2,3 kHz gleich 1,44.

Prüfungsfrage

TF410  Das folgende Bild zeigt die Durchlasskurve eines Empfängerfilters.

    Es ist besonders für den Empfang von

CW-Signalen geeignet.
SSB-Signalen geeignet.
Breitbandfernsehsignalen geeignet.
breitbandigen FM-Signalen geeignet.

Prüfungsfrage

TF411  In dem dargestellten Diagramm beträgt die Grenzbandbreite bei -60 dB etwa

 

4 kHz.
5,6 kHz.
6 kHz.
2,5 kHz.

 

Prüfungsfrage

TF308 Welche ungefähren Werte sollte die Bandbreite der ZF-Verstärker eines Amateurfunk-Empfängers für folgende Sendearten aufweisen: J3E, F1B (RTTY Shift 170 Hz), F3E?
J3E : 2,2 kHz,   F1B : 500 Hz,   F3E : 12 kHz
J3E : 6 kHz,      F1B : 1,5 kHz,  F3E : 12 kHz
J3E : 2,2 kHz,   F1B : 500 Hz,   F3E : 3,6 kHz
J3E : 3,6 kHz,   F1B : 170 Hz,   F3E : 120 kHz

 

Prüfungsfrage

TF406  Welcher der folgenden als Bandpass einsetzbaren Bauteile verfügt am ehesten über die geringste Bandbreite?
Der RC-Bandpass
Der LC-Bandpass
Der Keramikresonator
Der Quarzkristall

 

Die HF-Regelung

Alle gut aufnehmbaren Signale zwischen S5 und weit über S9 sollen auch bei SSB ungefähr gleich laut aus dem Lautsprecher kommen. Bei 40 dB Unterschied ist dies ein Leistungsverhältnis von 10 000. Also würde das stärkere Signal 10000mal mehr NF-Leistung erzeugen, wenn der Empfänger dies nicht ausgleichen würde. Dieser Ausgleich geschieht mit der AGC (automatic gain control), was soviel wie automatische Lautstärkeregelung bedeutet.

Dazu wird hinter dem Demodulator eines Empfängers die Höhe des Pegels „gemessen“ und je nach Stärke werden die Verstärkerstufen auf entsprechende Verstärkung geregelt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-6: AGC, HF-Regler und Squelch

Ein Transceiver hat üblicherweise einen Einstellknopf „RF-gain“ (Hochfrequenzverstärkung), den man auch HF-Regler nennt. Mit diesem Einstellknopf gibt man eine zusätzliche Gleichspannung auf den AGC-Verstärker und täuscht dem Gerät damit ein stärkeres Signal vor. Die Verstärkung wird dadurch heruntergeregelt.

Eine etwas andere Wirkung hat die Rauschsperre (Squelch). Man gibt eine Gleichspannung auf den NF-Verstärker. Solange die AGC nicht größer ist, als die eingestellte Squelch-Spannung, sperrt der NF-Verstärker und lässt keine Signale durch. Dadurch kann man der Empfänger auf Empfang eingeschaltet lassen, ohne dass ein lästiges Hintergrundrauschen stört. Erst wenn ein lesbareres Signal die eingestellte Schwelle überschreitet, kann man das Signal hören. Der Squelch wird überwiegend in der Betriebsart FM eingesetzt.

Prüfungsfrage

TF302  Welche Signale steuern gewöhnlich die Empfängerstummschaltung (Squelch)?
Es ist das HF-Signal der Eingangsstufe.
Die ZF- oder NF-Signale.
Es ist das HF-Signal des VFO.
Es ist das ZF-Signal des BFO.

Prüfungsfrage

TF303  Was bewirkt die AGC (automatic gain control) bei einem starken Eingangssignal? Sie reduziert die
Verstärkung der HF-und ZF-Stufen.
Amplitude des VFO.
Amplitude des BFO.
Höhe der Versorgungsspannungen.

Prüfungsfrage

TF325 Was bedeutet an einem Abstimmelement eines Empfängers die Abkürzung AGC?
Automatische Gleichlaufsteuerung
Hilfspegelbegrenzung
Automatische Verstärkungsregelung.
Wechselstromverstärkung

Prüfungsfrage

TF422  Um Schwankungen des NF-Ausgangssignals durch Schwankungen des HF-Eingangssignals zu verringern, wird ein Empfänger mit
einer NF-Vorspannungsregelung ausgestattet.
einer NF-Pegelbegrenzung ausgestattet.
NF-Filtern ausgestattet.
einer automatischen Verstärkungsregelung ausgestattet.

Prüfungsfrage

TF424  Bei Empfang eines sehr starken Signals verringert die AGC
die Verstärkung der HF- und ZF-Stufen.
die Versorgungsspannung des VFO.
eine Verstärkung der NF-Stufen.
eine Filterreaktion.

 

Prüfungsfrage

TG406  Wenn das Grundrauschen auf einer Frequenz im FM-Betrieb ausgeblendet werden soll, verstellt man
den Squelch.
die VOX.
die RIT.
das Passband-Tuning.

 

 

Störungsverminderung

Um Störsignale dämpfen zu können, verwenden einige Transceiver eine sogenannte Passband-Tuning (IF-Shift, ZF-Shift). Diese ZF-Verschiebung erlaubt es, die Mittenfrequenz des Empfangsfrequenzbandes so zu verschieben, dass ein Störträger durch die steile Flanke des ZF-Filters gedämpft werden kann, ohne dass die korrekte Überlagerungsfrequenz bei CW oder SSB verfälscht wird.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-6: Passband-Tuning (ZF-Shift)

Im Bild A sind gewünschtes Empfangssignal und Störsignal in der Durchlassbandbreite des ZF-Filters. Wird die Filterkurve verschoben, kann wie im Fall B gezeigt wird, das Störsignal aus der Filterkurve gelangen und dadurch gedämpft werden.

Dies funktioniert nur korrekt, wenn gleichzeitig die Überlagerungsfrequenz (BFO) in der richtigen Weise mit verschoben wird, damit die Frequenzlage der Modulation bei SSB oder die Tonhöhe bei CW erhalten bleibt.

Schaltungstechnisch wird dafür das ZF-Signal mit einer ersten Mischstufe in einen anderen Frequenzbereich verschoben und dann mit der gleichen veränderbaren Oszillatorfrequenz wieder in den ursprünglichen ZF-Bereich zurück gemischt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-7: Arbeitsweise der Passband-Tuning

Eine einstellbare Bandbreite erreicht man mit der Variable Bandwidth Tuning VBT, auf Deutsch: Bandbreiteneinstellung. Diese erlaubt die stufenlose Einstellung ohne eine große Anzahl verschiedener teurer Filter. Durch eine der ZF-Shift ähnliche Schaltung werden die Durchlasskurven von zwei steilflankigen Filtern so gegeneinander verschoben, dass die effektive Durchlasskurve nur aus der Überdeckungszone der beiden Filter besteht.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-8: Prinzip der Bandbreiteneinstellung

Die Schaltung für die Variable Bandwidth Tuning VBT ähnelt der von Passband-Tuning mit einem gemeinsamen Oszillator und zwei Mischstufen. Allerdings sind zwei gleiche Filter hinter die Mischstufen geschaltet.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-9: Schaltung der VBT

Häufig tauchen bei einer Funkverbindung irgendwelche Störträger mit konstanter Frequenz auf, die beispielsweise durch Intermodulation entstehen. Solche einzelnen Störsignale können mit einem Notchfilter (notch = Kerbe) ausgelöscht werden. Dieses Kerbfilter erzeugt gewissermaßen ein Loch im Durchlassband der ZF.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-10: Wirkungsweise des Notchfilters

In der modernen DSP-Technik (digital signal processing) lassen sich gleichzeitig mehrere Störfrequenzen auskerben („Notchen“). Dabei wird das Niederfrequenzsignal digitalisiert und dann auf Wunsch konstante Frequenzen herausgerechnet, die dadurch gedämpft werden.

Prüfungsfrage

TF320  Welche Baugruppe könnte in einem Empfänger gegebenenfalls dazu verwendet werden, um einen schmalen Frequenzbereich zu unterdrücken, in dem Störungen empfangen werden?
Notchfilter
Dämpfungsglied
Hochpass
Sperrfilter

Prüfungsfrage

TF326  Welches Diagramm stellt den Frequenzverlauf eines Empfänger-Notchfilters dar?
x

 

Ein Störbegrenzer bei Amplitudenstörungen, die beispielsweise durch Zündfunken von Motoren, statische Entladungen bei Gewittern, Elektrozäunen usw. entstehen ist der Audio Noise Limiter ANL. Er begrenzt die Spitzenspannung auf den jeweiligen maximalen NF-Pegel.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-11: Wirkung des Störbegrenzers

Während der Störbegrenzer den Pegel der Störungen nur auf die maximale Lautstärke des NF-Signals begrenzt, ist der Störaustaster (noise blanker NB) viel wirksamer, da er für die Zeit der Störungen die Lautstärke vollkommen auf Null reduziert. Er sperrt für die Zeit der Störungen die ZF oder die NF des Empfängers komplett.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-12: Wirkung des Störaustasters

Der Störaustaster ist zwar wesentlich wirksamer als der Störbegrenzer, jedoch ist der Schaltungsaufwand viel höher, wie man an folgender Blockschaltung erkennen kann. Es werden die Störimpulse herausgefiltert (selektiert), verstärkt und damit eine Torschaltung gesteuert, die das ZF-Signal für die Dauer der Störimpulse sperrt. Die Dämpfung der Störimpulse ist also beim Störaustaster viel stärker als beim Störbegrenzer.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-13: Blockschaltung eines ZF-Störaustasters

 

Die Großsignalfestigkeit

Ein sehr wichtiges Gütekriterium für einen Empfänger ist die Großsignalfestigkeit. Über die Antenne eines Empfängers gelangen gleichzeitig so viele Signale, aus denen das gewünschte Signal herausgefiltert werden muss. Eine gute Trennschärfe ist eine wichtige Voraussetzung. Diese wird durch die Steilflankigkeit des Filters im ZF-Verstärker bestimmt (siehe Lektion 10).

Aber selbst bei einem sehr guten Filter tritt das Problem auf, dass starke Signale vor der ZF-Stufe sich gegenseitig beeinflussen und dabei Mischprodukte erzeugen, die in den ZF-Bereich gelangen. Dort kann auch das beste Filter diese nicht mehr vom Nutzsignal trennen.

Das Problem liegt in der ersten Mischstufe. Um die Zwischenfrequenz erzeugen zu können, muss die Mischstufe zwei Signale miteinander multiplizieren wie bei einem Modulator (Lektion 2). Reine Frequenzmultiplikatorschaltungen sind sehr aufwendig. Deshalb verwendet man häufig nur eine Multiplikation durch „Spiegelung“ an einer quadratischen Kennlinie (additive Mischstufe) nach dem Prinzip

(a + b)2 = a2 + 2 a . b + b2

Der mittlere Term bewirkt die Multiplikation. Häufig aber sind die Kennlinien der verwendeten Bauelemente nicht rein quadratisch, sondern enthalten kubische Anteile (x3 oder 3. Ordnung). Es entstehen neue Produkte aus 2a ± b oder 2b ± a oder in Frequenzen ausgedrückt 2 f1 ± f2 oder 2 f2 ± f1. Bei nichtlinearen Kennlinien treten auch Anteile mit x5, 5. Ordnung oder x7, 7. Ordnung auf, wobei folgende Frequenzen entstehen. (Für die Intermodulation sind nur die Differenzen wichtig.)

Beispiel:
Im 40-m-Band befinden sich in der Nähe des Amateurfunkbereiches zwei starke Rundfunkstationen. f1 = 7,100 MHz und f2 = 7,130 MHz. Berechnen Sie die Differenzen aus dritter, fünfter und siebter Ordnung.

Lösung:

Trägt man diese Frequenzen in ein Diagramm ein, erkennt man, dass nun neue Frequenzen entstanden sind, die in den Amateurfunkbereich fallen. Diese neuen Frequenzen nennt man Intermodulationsprodukte, die Erscheinung heißt Intermodulation. Eine Reduzierung von Intermodulationsprodukten, die durch außerhalb der Amateurfunkbänder liegende, starke Sender erzeugt werden, kann durch passive, steilflankige Filter vor der ersten HF-Stufe erreicht werden, die nur noch Signale innerhalb des Bandes durchlassen.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-14: Intermodulationsspektrum

Wie stark diese Intermodulationsprodukte unterdrückt sind, hängt von der Linearität des Eingangsverstärkers beziehungsweise von der Mischstufe des Empfängers ab. In obigem Bild wurde angenommen, dass beispielsweise die Intermodulationsprodukte dritter Ordnung 50 dB schwächer sind als die Sendersignale (IMA3 = Intermodulationsabstand 3. Ordnung).

Dieser Intermodulationsabstand ist aber auch abhängig von der Stärke der Sendersignale. Deshalb hat der IMA keine große Aussagekraft für die Güte eines Empfängers. Der IMA wird immer kleiner, je größer die zwei sich mischenden Sendersignale sind. Bei einer bestimmten Stärke der Sendersignale ist der Intermodulationsabstand null. Diesen Punkt bezeichnet man als „Interception Point“ IP. Er wird üblicherweise auf die stärkeren Intermodulationsprodukte dritter Ordnung bezogen und heißt dann IP3 (englisch: 3rd order IP). Er besagt, wie stark in dBm zwei Sendersignale sein dürfen, bis der Intermodulationsabstand zu null geworden ist. Wenn dieser ehrlich angegeben wird, ist er eine gute Aussage über das Großsignalverhalten eines Empfängers.

Für den Empfang selbst interessiert aber der wirkliche Intermodulationsabstand IMA. Diesen kann man verbessern, indem die ankommenden Signale dämpft. Allerdings dämpft man damit auch das Nutzsignal. Aber ein störungsfreier Empfang ist wichtiger als die absolute Signalstärke.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-15: Abhilfe bei Intermodulation und Kreuzmodulation

Eine weitere Empfangsstörung ist die Kreuzmodulation. Diese tritt gelegentlich im VHF- oder UHF-Bereich auf und äußert sich folgendermaßen. Bei Empfang einer Station vorwiegend in der Betriebsart FM hört man plötzlich ein zweites Signal einer anderen Station vollkommen verständlich und unverzerrt im Hintergrund. Durch Übersteuerung der Eingangsstufe oder der ersten Mischstufe kann es vorkommen, dass die Modulation des Senders auf den Träger eines anderen übertragen und schließlich mit diesem Träger auch demoduliert wird. Abhilfe wie bei Intermodulation: Eingangssignal dämpfen.

Prüfungsfrage

TF107  Wie groß sollte die Bandbreite des Filters für die 1. ZF in einem durchstimmbaren Empfänger sein?
Sie muss den vollen Abstimmbereich des Empfängers umfassen.
Mindestens so groß wie die doppelte Bandbreite der jeweiligen Betriebsart.
Mindestens so groß wie das breiteste zu empfangende Amateurband.
Mindestens so groß wie die größte benötigte Bandbreite der vorgesehenen Betriebsarten.

Prüfungsfrage

TF437  Welche Empfängereigenschaft beurteilt man mit dem Interception Point IP3?
Das Signal-Rausch-Verhältnis
Die Trennschärfe
Die Grenzempfindlichkeit
Die Großsignalfestigkeit

Prüfungsfrage

TF438  Wodurch erreicht man eine Verringerung von Intermodulation und Kreuzmodulation beim Empfang?
Einschalten eines Dämpfungsgliedes vor den Empfängereingang.
Einschalten des Vorverstärkers
Einschalten des Noise-Blankers
Passband-Tuning

Prüfungsfrage

TF435  Was ist die Hauptursache für Intermodulationsprodukte in einem Empfänger?
Es wird ein unlineares Quarzfilter verwendet.
Der Empfänger ist nicht genau auf den Kanal eingestellt.
Es sind Nichtlinearitäten in den HF-Stufen.
Es wird ein zu hochwertiger Preselektor verwendet.

 

Der Transceiver

Bild 18-16: Kurzwellen/VHF/UHF-Transceiver (Bausatz K2 von Elecraft®)

 

Die Leistung

Moderne Kurzwellen-Transceiver haben Sender mit Ausgangsleistungen von 100 bis 200 Watt. QRP-Transceiver für Kurzwelle haben Leistungen von 10 bis 20 Watt. UKW-Transceiver haben meistens Leistungen zwischen 10 und 50 Watt.

Von der maximalen Ausgangsleistung sollte man seine Kaufentscheidung nicht abhängig machen. Häufig wird man sich später noch eine Linearendstufe kaufen oder bauen, die mit einer Eingangsleistung von 50 bis 100 Watt bei Kurzwellen-Endstufen bzw. 10 Watt bei UKW-Endstufen schon die volle Ausgangsleistung liefert.

 

Betriebsarten

Prüfungsfrage

TG402  In welcher der folgenden Antworten sind Betriebsarten aufgezählt, die man bei einem üblichen Kurzwellentransceiver einstellen kann?
USB, LSB, Amtor, Pactor, CW
USB, LSB, FM, SSTV, CW
USB, PSK31, FM, SSTV, CW
USB, LSB, FM, RTTY, CW

Übliche Betriebsarten eines Kurzwellen-Transceivers sind SSB (LSB, USB), CW, RTTY und FM. UKW-Transceiver gibt es in zwei Ausführungen: FM und Allmode. Der Allmode-UKW-Transceiver hat außer FM noch die Betriebsarten SSB und CW.

Moderne Transceiver sind für digitale Betriebsarten eingerichtet. Sie besitzen einen AFSK-Eingang für PSK31, RTTY, SSTV, Pactor oder Packet Radio. UKW-Transceiver für die Betriebsarten FM und digitale Betriebsarten (FAX, SSTV, Packet Radio) werden Datentransceiver genannt.

 

Frequenzbereiche

Natürlich soll ein Kurzwellen-Transceiver den gesamten Frequenzbereich von 160 m bis 10 m umfassen. Ältere Geräte enthalten das 160-m-Band nicht oder es fehlen die so genannten WARC-Bänder 30 m, 17 m, 12 m, die erst später für den Amateurfunk freigegeben wurden.

Bei UKW-Transceivern hat sich die Kombination von 2-m- und 70-cm-Transceiver durchgesetzt. Moderne Mobil-Transceiver vereinigen bereits Kurzwelle und Ultrakurzwelle in einem Gerät.

Bild 18-17: Mobil-Transceiver mit Menütechnik

Dieser Mobil-Transceiver von ICOM beispielsweise vereinigt alle Kurzwellenbänder, plus VHF 50 MHz, plus 2-m-Band und 70-cm-Band für alle Betriebsarten einschließlich Packet Radio und liefert bei einer Größe eines Autoradios eine Ausgangsleistung von 100 W.

Im Kurzwellenbereich haben die Empfänger meistens einen durchgehenden Frequenzbereich von 100 kHz (Langwelle) bis 30 MHz. Die Sender sind aber auf die Amateurfunkbänder beschränkt, um einem Missbrauch vorzubeugen.

Üblich ist heute die so genannte Menütechnik. Man hat nicht mehr für jede Einstellung einen Knopf oder eine Taste, sondern Multifunktionstasten, die ihre Funktion je nach Einstellung verändern. Damit ist die immer kleiner werdende Frontplatte nicht mehr mit Knöpfen und Schaltern überladen.

 

Frequenzanzeige

Bei den älteren, analog anzeigenden Transceivern konnte man die Frequenz nicht viel genauer als ±100 Hz einstellen. Die Linearität dieser analogen Anzeige ist nicht hundertprozentig. Zur Überprüfung der Frequenzanzeige solcher Empfänger baute man zuschaltbare quarzgesteuerte Frequenzmarken-Generatoren in den Empfänger ein.

Diese erzeugen üblicherweise alle 100 Kilohertz ein „Marker“-Signal. Man konnte mit dieser Hilfe die Analogskala für diese Frequenzen kalibrieren, in der Hoffnung, dass dazwischen die Linearität gut genug war. Vor allem waren diese Marken für die Beachtung der Bandgrenzen wichtig.

Prüfungsfrage

TF107  Womit kann die Frequenzanzeige eines durchstimmbaren Empfängers möglichst genau geprüft werden?
Mit einem LC-Oszillator (Dipmeter)
Mit einem quarzgesteuerten Frequenzmarken-Generator.
Mit den Oberschwingungen eines 50-Hz-Gleichrichters
Mit einem RC-Oszillator

 

Heutzutage hat man nur noch Digitalanzeigen. Manche Geräte können bis auf 1 Hertz genau die Frequenz anzeigen, andere nur bis 10 Hz. Allerdings sagt eine 1-Hz-Anzeige nicht, dass die Frequenz auch auf 1 Hz genau ist. Beachten Sie die Angaben des Herstellers über die Frequenzgenauigkeit, die in ppm (siehe Lektion 1) angegeben wird.

Prüfungsfrage

TF431  Die Ungenauigkeit der digitalen Anzeige eines Empfängers beträgt 0,01 %. Bei welcher Entfernung zur unteren Bandgrenze ist im 10-m-Bereich noch gewährleistet, dass der Träger sich innerhalb des zugelassenen Bandes befindet?
28 kHz
280 Hz
28 MHz
2800 Hz

Hinweis: So schlecht, wie in diesem Beispiel, ist heutzutage kein Transceiver mehr.

 

RIT oder Split-Betrieb

Manchmal benötigt man in Gesprächsrunden eine Empfängerfeinverstimmung, ohne dass sich die Sendefrequenz dabei ändert, denn nicht immer sind alle Stationen exakt auf der gleichen Frequenz. Diese Frequenzveränderung von zirka maximal 10 kHz am Empfänger nennt man "Receiver Incremental Tuning" (RIT) oder auch "Clarifier". Beim normalen Funkbetrieb sollte man darauf achten, dass die RIT beim Beginn der Funkverbindung ausgeschaltet ist, damit man nicht auf der falschen Frequenz anruft.

Moderne Transceiver haben zwei VFOs. Damit ist Split-Funkbetrieb möglich. Besonders bei DXpeditionen sendet die DX-Station auf einer anderen Frequenz als die anrufenden Stationen. Der OP sagt dann im Laufe des QSOs, dass man beispielsweise im Frequenzbereich .280-.300 anrufen soll, während er selbst auf .250 sendet.

Prüfungsfrage

TG403  Wenn man beim Funkbetrieb die Empfangsfrequenz gegenüber der Senderfrequenz geringfügig verstellen möchte, kann man
die PTT einschalten.
das Passband-Tuning verstellen.
das Notchfilter einschalten.
die RIT bedienen.

 

Der Kompressor

Beim Sendebetrieb möchte man besonders bei DX-Funkbetrieb eine immer volle Aussteuerung des Senders auch bei leiseren Sprachsignalen erreichen. Dazu haben manche Transceiver einen Speech Processor. Dieser hebt automatisch bei leiseren Signalen die Verstärkung des Modulationsverstärkers an und reduziert diese wieder bei lauteren Passagen.

Die Geschwindigkeit, mit der dieser Prozessor die Verstärkung regelt, kann am Transceiver eingestellt werden. Bei einer geringen Zeitkonstante wird beim normalen Sprechen zwischen den Lauten bereits geregelt, wodurch die Modulation verfälscht wird. Bei schlechten Ausbreitungsverhältnissen ist diese Einstellung empfehlenswert, nicht aber beim normalen QSO mit Signalen über S9.

Ein Kompressor verhindert eine Übersteuerung des Senders nicht. Es wird nur der mittlere Lautstärkepegel angehoben.

 

Der Clipper

Ganz anders arbeitet ein Clipper, obwohl die gleiche Wirkung erzielt wird, nämlich den mittleren Modulationsgrad zu erhöhen. Bei richtiger Einstellung aber wird beim Clipper der Sender immer voll ausgesteuert, ohne dass er übersteuert werden kann. Dies geschieht durch Begrenzung des Signals mit anschließender Unterdrückung der entstehenden Oberwellen durch einen Tiefpass.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-18: Wirkungsweise des konventionellen Clippers

Wenn man ein Signal, wie es in Bild A dargestellt ist, einem Begrenzer zuführt, werden alle Signale ab einer bestimmten Höhe begrenzt. Scharfe Kanten eines Signals aber bedeuten, dass Oberwellen entstehen, welche die Bandbreite des Signals erhöhen würden. Deshalb wird das Signal über einen Tiefpassverstärker geschickt. Damit werden die Ecken wieder abgerundet.

Man sieht im Bild C im Vergleich zu Bild A, dass im Prinzip die leisen Signale angehoben worden sind. Wegen der Begrenzung kann das Signal auch bei noch so lautem Sprechen nicht größer werden und den Sender übersteuern.

Allerdings ist die große Amplitude doch etwas breiter geworden und das Signal klingt ein wenig „hart“. Diese Modulation ist nur für Extremfälle bei schlechten Bedingungen geeignet. Bei normalen Ausbreitungsbedingungen und guten Signalen sollte man den Clipper ausschalten.

 

DSP - Digitale Signalverarbeitung

Im modernen Zeitalter der digitalen Signalverarbeitung gibt es einen Clipper, der das Signal nicht mehr so stark verfälscht. DSP kommt von Digital Signal Processing und bedeutet Digitale Signalverarbeitung. Es wird das analoge NF-Signal zunächst in ein digitales Signal umgewandelt, verarbeitet und wieder in ein analoges Signal zurückverwandelt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-19: Prinzip von DSP

DSP kann überall in der NF-Technik und auch im ZF-Bereich angewendet werden. Ein Beispiel ist der Clipper in DSP-Technik. Bei einem DSP-Clipper werden leise Signale mehr verstärkt als laute und das bei jeder einzelnen Signalschwingung. Es wird das digitalisierte Signal für wenige Millisekunden in einen Speicher gebracht. Dort wird von jeder einzelnen Halbwelle der Scheitelwert bestimmt und mit einem Multiplizierer alle Werte einer Halbwelle entsprechend mehr oder weniger verstärkt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht

Bild 18-20: Blockschaltbild DSP-Clipper

Bei dieser Art des Clippers bleibt jede einzelne Sinusschwingung weiterhin sinusförmig. Es entstehen keine Verzerrungen durch Begrenzung und damit auch keine Oberwellen. Ein Tiefpass ist nicht nötig. Bei einem DSP-Clipper bleibt die Sprachqualität gut. Die Gegenstationen vermuten nicht den Einsatz eines Clippers.

Der Sender kann nun auf optimale Aussteuerung eingestellt werden. Die Aussteuerung ist fast unabhängig von der Mikrofonlautstärke. Wie bei jedem Clipper erhöht sich die mittlere Sendeleistung und damit die Lautstärke beim Empfänger, ohne dass die Senderspitzenleistung erhöht wird.

DSP wird nicht nur beim Sender zur Signalkomprimierung eingesetzt, sondern kann auch im Empfänger mannigfaltige Aufgaben übernehmen. Beispielsweise kann störendes Rauschen oder ein störender Träger herausgerechnet werden (noise filter oder noise blanker). Oder man erreicht damit eine zusätzliche Filterwirkung, indem hohe oder niedrige Tonfrequenzen vermindert werden.

Prüfungsfrage

TF501  Folgendes Blockschaltbild stellt das Prinzip einer DSP-Signalverarbeitung dar. Welche Aufgabe haben die beiden Blöcke 1 und 2?

 

(DSP ... Digital Signal Processing)

1: DA-Wandler, 2: AD-Wandler
1: AD-Wandler, 2: DA-Wandler
beides DA-Wandler
beides AD-Wandler

Prüfungsfrage

TF502  Wozu kann eine DSP-Signalverarbeitung bei einem Amateurfunkgerät beispielsweise dienen?
Zur weitgehenden Unterdrückung von Störgeräuschen oder zur Dynamikkompression.
Zur digitalen Erzeugung der Empfänger-Regelspannung aus dem Audiosignal.
Zur direkten Modulation der Sendeendstufen und zur Unterdrückung von unerwünschten Aussendungen.
Zur Beseitigung von Spiegelfrequenzen und zur weitgehenden Unterdrückung von Nebenaussendungen.

 

Prüfungsfrage

TF503  Wozu eignet sich eine DSP-Signalverarbeitung in einem Empfänger? Sie eignet sich
als Digital-Analog-Wandler.
als Frequenzfilter.
zur Sprachausgabe.
zur Unterdrückung der Spiegelfrequenzen.

 

Prüfungsfrage

TF504  Wofür ist die DSP in einem Transceiver geeignet? Eine DSP eignet sich beispielsweise
als Signalfeinverstimmung zwischen Sender und Empfänger.
zur Frequenzstabilisierung.
zur Speicherung von Frequenzen.
als Frequenzfilter oder als Dynamikkompressor.

 

 

VOX — PTT

VOX ist eine Abkürzung für Voice Control und bedeutet Sprachsteuerung. Damit ist gemeint, dass man den Transceiver von Empfang auf Senden einfach dadurch umschalten kann, dass man in das Mikrofon spricht. Aus der verstärkten Mikrofonspannung wird ein Steuersignal gewonnen, mit dem der Transceiver umgeschaltet wird.

PTT bedeutet Push To Talk, was übersetzt etwa heißt: „Drücke, um zu sprechen“. In ein Mikrofon für Amateurfunkgeräte ist häufig ein Umschalter eingebaut, auf den man drücken muss, um den Transceiver von Empfang auf Sendung umzuschalten.

Für ein flüssiges Gespräch, bei dem abwechselnd immer nur ein Satz gesprochen wird, eignet sich die VOX recht gut. Bei längeren Durchgängen sollte man besser die PTT benutzen, um das häufig nicht zu überhörende Umschalten des Transceivers zu vermeiden. Die Abfallzeitkonstante der VOX lässt sich üblicherweise einstellen. Man sollte diese an seine Sprechgewohnheiten anpassen.

Eine „Anti-VOX-Schaltung“ bewirkt, dass die VOX nicht durch ein über den Lautsprecher rückgekoppeltes NF-Signal ausgelöst werden kann. Die Anti-VOX muss sorgfältig eingestellt werden. Sie ist abhängig vom Aufstellungsort des Lautsprechers.

Bei Telegrafie schaltet die VOX beim Tasten auf Senden und gibt in den Tastpausen nach einer einstellbaren Verzögerungszeit den Empfänger frei. Man nennt dies auch Semi-Break-In (Semi-BK). Die Umschaltspannung wird aus dem Mithörtonerzeuger gewonnen. Wird der Transceiver bei Telegrafie nicht auf VOX-Betrieb gestellt, muss zum Umschalten die PTT verwendet werden.

Prüfungsfrage

TG404  Wie wird die Taste am Mikrofon bezeichnet, mit der ein Transceiver auf Sendung geschaltet werden kann?
SSB
RIT
VOX
PTT

Prüfungsfrage

TG405  Wie wird der Funkbetrieb bezeichnet, mit der ein Transceiver allein durch die Stimme auf Sendung geschaltet werden kann?
SSB-Betrieb
RIT-Betrieb
PTT-Betrieb
VOX-Betrieb

 

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Dieser Lehrgang basiert auf dem aktuellen Prüfungsfragenkatalog der Bundesnetzagentur. Alle darin vorkommenden Themen wie Grundlagen der Elektrotechnik, Elektronik sowie Sender- und Empfängertechnik, Übertragungstechnik, Antennentechnik und Messtechnik aus dem Gebiet "Technische Kenntnisse" werden ausführlich erläutert. Die Erfahrung mit praktischen Lehrgängen wird genutzt, um den Prüfling in die Lage zu versetzen, jede Frage aus dem Fragenkatalog richtig zu beantworten. Dieses Buch ist auch sehr gut für das Selbststudium geeignet. Dieser Lehrgang baut auf dem Lehrgang für die Klasse E auf. Sie sollten also erst den Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse E durchgearbeitet haben oder zumindest bei Verweisen dort nachlesen können.
Letztes Update: 17.02.2017 (by DJ4UF@DARC.de)