In diesem Kapitel geht es anhand von Blockschaltbildern darum, wie Sender und Empfänger prinzipiell aufgebaut sind.

Inhaltsübersicht

• Blockschaltsymbole
• Senderprinzipien
• Frequenzvervielfacherprinzip
• Einfachmischprinzip
• Balance-Mischer (SSB)
• Mehrfachmischprinzip
• Phasenregelkreise (PLL)
• VCO-Prinzip
• PLL mit Mischstufen
• Der Empfänger
• Doppelsuper
• Direktüberlagerungsempfänger
• Empfänger mit PLL (VCO)
• Konverter
• Transverter

Blockschaltsymbole

In diesem Kapitel wird eine Reihe von Blockschaltbildern gebraucht. Es folgt eine kleine Auswahl von gebräuchlichen Symbolen für die Sender- und für die Empfängertechnik. Es gibt sehr viel mehr davon.

Beim Blockschaltbild für den HF-Generator (Oszillator) lässt man gelegentlich die drei Wellenlinien weg, wenn es eindeutig ist, dass der gezeichnete Block kein Gleichspannungsgenerator (Netzteil) sein kann. Oder man lässt das G weg und zeichnet nur die drei Wellenlinien, manchmal in Kombination mit einem Quarz, wenn man einen Quarzoszillator darstellen möchte. Das Prinzip der Symbolik beim Tiefpass ist: Obere Frequenzen sperren (durchgestrichen), untere durchlassen. Entsprechend gibt es auch einen Hochpass. Dabei ist die untere Wellenlinie durchgestrichen. Ein Frequenzumformer kann ein Frequenzteiler oder ein Frequenzvervielfacher sein.
Manchmal schreibt man einfach nur Zahlen hinein, beispielsweise links eine 4 rechts eine 1. Dann ist es ein Frequenzteiler 4 zu 1. Links eine 1, rechts eine 3 wäre ein Frequenzverdreifacher.

Nach der neuesten DIN-Norm zeichnet man Antennen nach oben offen. Die Wirkungsrichtung der HF wird bei Bedarf mit einem Pfeil gekennzeichnet. Bei einer Empfangsantenne wäre der Pfeil anders herum. Ohne Pfeil ist es eine Sende- oder Empfangsantenne.

Der Sender

Zunächst muss eine hochfrequente Trägerschwingung erzeugt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines „Oszillators“ (Lektion 7). Meist wird die sinusförmige Frequenz nicht direkt auf der eigentlichen Senderfrequenz erzeugt, sondern diese entweder durch Frequenzvervielfachung oder durch Frequenzmischung in den gewünschten Frequenzbereich gebracht. Dieses Signal wird dann in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (Lektion 6) verstärkt und über Hochfrequenzleitungen (Lektion 10) der Antenne (Lektion 9) zugeführt.

In folgenden Blockschaltbildern (Bild 13-3) sind die grundsätzlichen Prinzipien der Senderfrequenzaufbereitung gegenübergestellt. Die stark gerahmten Blöcke stellen die Prinzipien der Senderfrequenzaufbereitung dar. Während bei Telegrafiesendern und bei FM-Sendern beide Prinzipien möglich sind, kann die Frequenzaufbereitung bei SSB-Sendern nur durch Mischung erfolgen.

In der Übersicht Bild 13-3 sind auch die Modulationsprinzipien zu erkennen. Beim Telegrafiesender (CW) braucht nur ein- und ausgeschaltet zu werden. Man tastet nicht den Oszillator, sondern die darauf folgende Pufferstufe. Bei einem FM-Sender wird der Oszillator moduliert, und bei SSB erfolgt die Modulation in einem Balancemodulator.

Das Frequenzvervielfacherprinzip

Früher - vor dem Jahr 1982 - als die Funkamateure im Kurzwellenbereich nur die „klassischen“ Amateurfunkbänder zur Verfügung hatten, gab es folgende Frequenzbereiche, welche noch heute den Schwerpunkt des Amateurfunkverkehrs bilden.

Es fällt auf, dass zumindest der jeweilige Bandanfang der Kurzwellenbänder zwischen 3,5 und 28 MHz im Frequenzbereich immer das Doppelte oder Dreifache der Frequenz beträgt. Der Grund war damals, dass Oberwellen des normalerweise selbst gebauten Senders nur die Funkamateure selbst stören konnten und nicht in einen fremden Bereich fielen. Auch die dreifache Frequenz vom 2-m-Band fällt in das 70-cm-Band.

Bei einem Selbstbausender für alle zugelassenen Kurzwellenbänder machte man es damals so, dass man einen stabilen Oszillator für 3,5 MHz baute und dann für die anderen Kurzwellenbänder jeweils Frequenzverdoppler oder Frequenzverdreifacher dahinter schaltete. Ein Sender für alle Kurzwellenbereiche sah im Blockschaltbild folgendermaßen aus.

Steht der Stufenschalter wie im Bild gezeichnet ganz unten, wird die erzeugte Senderfrequenz im 80-m-Band (3,5 MHz) direkt zum Senderverstärker geleitet. Schaltet man eine Stufe höher, geht das Signal über einen Frequenzverdoppler (f / 2f). Man erhält 7 MHz.

ehemalige Prüfungsfrage

TG103  Das Blockschaltbild stellt einen Mehrbandsender dar. Welche Frequenz entsteht am Ausgang X, wenn der VFO auf 3,51 MHz eingestellt ist?
	3,55 MHz
	7,02 MHz
	21,06 MHz
	14,04 MHz

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

ehemalige Prüfungsfrage

TG104  Am Ausgang X dieser Senderaufbereitung wird eine Frequenz von 21,360 MHz gemessen. Welche Frequenz hat der VFO?
	5,340 MHz
	4,272 MHz
	7,120 MHz
	3,560 MHz

Lösungshinweis (hier klicken zum Anzeigen):

Dieses Prinzip der Frequenzvervielfachung wird auch bei FM-Sendern angewendet, die mit einem Quarzoszillator arbeiten. Grundtonquarze gibt es nur bis ca. 15 MHz. Um eine Frequenz von 144 oder 432 MHz zu erreichen, verdoppelt oder verdreifacht man diese Frequenz mehrfach. Dabei gibt es verschiedene Kombinationsmöglichkeiten, beispielsweise ausgehend von 6 MHz:

6 - 12 - 24 - 48 - 144 - 432
6 - 12 - 36 - 72 - 144 - 432

ehemalige Prüfungsfrage

TG105  Welche Schaltungen sind bei den Stufen " A " und " B " des dargestellten Senders erforderlich?
	Je ein Frequenzverdreifacher.
	Ein Frequenzverdreifacher und ein Frequenzverdoppler.
	Ein Frequenzvervierfacher und ein Frequenzverdoppler.
	Ein Oberwellenmischer und eine Treiberstufe.

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

TG221  Auf welcher Frequenz muss der Quarzoszillator schwingen, damit nach dem Blockschaltbild von der PA die Frequenz 145 MHz verstärkt wird?
	20,714285 MHz
	36,250000 MHz
	12,083333 MHz
	24,166666 MHz

Bei FM-Sendern vervielfacht sich auch der Hub der Frequenzmodulation mit dem Vervielfachungsfaktor.

Beispiel

Lösung: Es ergeben sich durch Verdopplungen und Verdreifachungen beispielsweise folgende Frequenzen:
Quarzfrequenz plus Hub = 6,000125 MHz

6,000125 (x2) ->> 12,000250 (x3) ->> 36,000750 (x2) ->> 72,001500 (x2) ->> 144,003000 MHz.

Es wird also ein Frequenzhub von 3 kHz erreicht. (Die 3 steht an 3. Stelle hinter dem Komma, also Kilohertz.) Aus 125 Hz sind 3 kHz Hub geworden, also 24 mal so viel. Die Frequenz selbst ist von 6 MHz auf 144 MHz vervielfacht worden, also auch vervierundzwanzigfacht.

ehemalige Prüfungsfrage

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Damit der Ausgangsfrequenzhub nicht beliebig groß werden kann, muss der Hub beim Oszillator begrenzt werden. Man macht dies dadurch, dass man die Niederfrequenzspannung in der Amplitude begrenzt, beispielsweise durch die Antiparallelschaltung mit zwei Dioden.

ehemalige Prüfungsfrage

TG102  Diese Schaltung ermöglicht
	die HF-Pegelbegrenzung und -einstellung bei FM-Funkgeräten.
	die Hubbegrenzung und -einstellung bei FM-Funkgeräten.
	die Erzeugung von Amplitudenmodulation.
	die Erzeugung von Phasenmodulation.

Das Einfachmischprinzip

Bei SSB-Sendern kann man das Prinzip der Frequenzvervielfachung nicht anwenden, weil dann die Seitenbänder auch einen der Vervielfachung entsprechenden Abstand vom Träger hätten. Nach der Demodulation wäre das Signal nicht mehr verständlich.

Beispiel
Ein SSB-Sender mit der (unterdrückten) Trägerfrequenz von 14 200 kHz (14,2 MHz) sei mit den Frequenzen
f1 = 1 kHz und f2 = 2 kHz im oberen Seitenband moduliert.
a) Welche Ausgangsfrequenzen ergeben sich?
b) Welche Ausgangsfrequenzen ergeben sich bei einer Frequenzverdopplung auf 28 MHz?
Lösung: Das Ausgangssignal hat die Frequenzen 14201 und 14202 kHz (Summe Träger plus NF). Wenn dieses Signal frequenzverdoppelt wird, entstehen die Frequenzen 28402 und 28404 kHz. Setzt man nun den unterdrückten Träger von 28200 kHz bei der Demodulation wieder dazu, haben die Seitenbänder einen Abstand von 2 bzw. 4 kHz anstatt 1 und 2 kHz. Die Töne sind in der Frequenz doppelt so hoch geworden, Sprache würde man nicht mehr verstehen können.

Um bei SSB-Sendern von einer Modulator-Festfrequenz auf die gewünschte Endfrequenz zu kommen, wendet man das Prinzip der Frequenzmischung an. Hierbei wird die Modulationsfrequenz nicht beeinflusst. Bei SSB-Sendern benutzt man eine Frequenzaufbereitung mit einem Seitenbandfilter um 9 MHz (siehe Abschnitt Balance-Mischer). Mit einem Mischer soll nun das modulierte 9-MHz-Signal auf die gewünschten Endfrequenzen gebracht werden. Eine Mischstufe hat folgende Eigenschaften (Bild 13-6).

Am Ausgang einer Mischstufe entstehen neue Frequenzen, unter anderem die Summe und die Differenz der beiden gemischten Frequenzen. Eine Mischstufe verhält sich wie ein Modulator, bei dem auch die Summe und die Differenz von Träger- und Informationsfrequenz entstehen. Der Unterschied zu einem Modulator ist, dass es sich hier bei beiden Frequenzen um Hochfrequenz handelt. Beim Modulator ist eine Frequenz die Hochfrequenz und die andere die Niederfrequenz. Hinter einem schmalen Bandpass kann man dann eine der neu entstandenen Frequenzen aussieben.

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

TG226  Welche wesentlichen Ausgangsfrequenzen erzeugt die in der Abbildung dargestellte Stufe?
	21,4 und 105,4 MHz
	42 und 63,4 MHz
	21 und 63,4 MHz
	10,7 und 52,7 MHz

ehemalige Prüfungsfrage

Macht man eine der beiden Generatorfrequenzen einstellbar, erhält man eine einstellbare Ausgangsfrequenz. Den Oszillator mit der einstellbaren Frequenz bezeichnet man als VFO (variable frequency oscillator). Mischt man nun die Frequenzen eines VFO mit der Festfrequenz eines Quarzoszillators (CO, crystal oscillator), erhält man wieder eine variable Ausgangsfrequenz.

Beispiel
Ein 9-MHz-Quarzoszillator wird mit einem VFO mit dem Frequenzbereich von 5,0 bis 5,5 MHz gemischt. Welche Ausgangsfrequenzen entstehen?

Lösung: Es entstehen folgende Frequenzen:
9 + 5,0 = 14,0 9 + 5,5 = 14,5
9 - 5,0 = 4,5 9 - 5,5 = 3,5
Das sind Frequenzbereiche 14,0 bis 14,5 MHz und 3,5 bis 4 MHz. Teile davon sind das 20-m-Band oder das 80-m-Band.

Aufgabe
Welchen Frequenzbereich müsste ein VFO haben, damit bei Mischung mit 9 MHz genau der Frequenzbereich für das 15-m-Band entsteht?

Lösung: Aus der Frequenztabelle vom Anfang dieser Lektion entnehmen Sie für das 15-m-Band den Frequenzbereich 21,0 MHz bis 21,45 MHz. Davon 9 MHz subtrahiert ergibt 12,0 bis 12,45 MHz. Für jedes Amateurfunkband ist also ein eigener VFO mit anderen Frequenzbereichen notwendig. Dies ist sehr aufwändig.

Balance-Mischer

Nach dem gleichen Prinzip der Mischung funktioniert ein Balance-Mischer für die SSB-Aufbereitung.

Nehmen wir einmal an, der Niederfrequenzbereich vom Mikrofon geht von 0,3 bis 2,7 kHz, wie es im Amateurfunk üblich ist. Der Schalter in Bild 13-7 steht auf USB. Die Quarzfrequenz sei 8,9985 MHz.

Aufgabe
Berechnen Sie den Frequenzbereich am Ausgang des Mischers.
Lösung: Summen
8,9985 MHz + 0,0003 MHz = 8,9988 MHz
8,9985 MHz + 0,0027 MHz = 9,0012 MHz
Differenzen
8,9985 MHz - 0,0003 MHz = 8,9982 MHz
8,9985 MHz - 0,0027 MHz = 8,9958 MHz

Ein typisches 9-MHz-SSB-Filter (gestrichelte Kurve in Bild 13-8) hat eine Bandbreite von 2,4 kHz (±1,2 kHz). Im Bild A erkennt man, dass die Summe (oberes Seitenband) genau durchgelassen wird.

Rechnen Sie einmal aus, welche Seitenbandfrequenzen entstehen, wenn der Quarz auf 9,0015 MHz umgeschaltet wird. Anschließend schicken Sie dieses DSB-Signal wieder durch das gleiche 9-MHz-Filter. Sie erhalten Bild B, also das untere Seitenband (LSB, lower side band).

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

TG101  Dieses Blockschaltbild zeigt einen SSB-Sender. Wel­che Stufe muss beim " ? " arbeiten?
	Ein ZF-Notchfilter als Seitenbandsperre
	Ein USB-Hochpass als Trägerfrequenzsperre
	Ein LSB-Tiefpass als Trägerfrequenzsperre
	Ein Quarzfilter als Seitenbandsperre

ehemalige Prüfungsfrage

TG106  Die folgende Blockschaltung zeigt eine SSB-Aufbereitung mit einem 9-MHz-Quarzfilter.
Welche Frequenz wird in der Schalterstellung USB mit der NF gemischt?
	8,9970 MHz
	8,9985 MHz
	9,0000 MHz
	9,0030 MHz

ehemalige Prüfungsfrage

TG107  Welches Schaltungsteil ist in der folgenden Blockschaltung am Ausgang des NF-Verstärkers angeschlossen?
	Ein Balancemischer
	Ein symmetrisches Filter
	Ein Ringdemodulator
	Ein unsymmetrischer Mischer

ehemalige Prüfungsfrage

TG108  Die typische Bandbreite des in der Blockschaltung dargestellten NF-Verstärkers ist
	ca. 1000 Hz.
	ca. 6 kHz.
	ca. 2,5 kHz.
	ca. 9,0 MHz.

ehemalige Prüfungsfrage

TG202   Welcher Frequenzgang ist am besten für den Mikrofonverstärker eines Sprechfunkgeräts geeignet?

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

Das Mehrfachmischprinzip

Bei der Mehrfachfrequenzmischung (zum Beispiel zweifach) arbeitet man mit einem einzigen, also nicht umschaltbaren VFO (G2) für alle Kurzwellenbänder. Dadurch kann für den Oszillator in Bezug auf Linearität und Frequenzstabilität ein hoher Aufwand getrieben werden. Durch Mischung mit der konstanten Trägerfrequenz (SSB-Filterfrequenz aus G1) entsteht ein neuer Frequenzbereich, den man Zwischenfrequenz nennt. Durch eine weitere Mischung wird dieser in den gewünschten Frequenzbereich gebracht.

Dieses Zweifachmischprinzip soll an einem seinerzeit weit verbreiteten Transceiver von Heathkit etwas genauer erläutert werden. Der SB101 arbeitete mit einer Filterfrequenz zur Trägerunterdrückung mit 3,395 MHz und einem VFO-Frequenzbereich von 5,0 bis 5,5 MHz. Die sich ergebende Zwischenfrequenz von 8,395 bis 8,895 MHz musste mit Hilfe eines umschaltbaren Quarzoszillators in den gewünschten Frequenzbereich gemischt werden.

Beispiel
Welchen Frequenzbereich muss der Quarzoszillator CO haben, wenn ein Ausgangsfrequenzbereich von 3,5 bis 4,0 MHz entstehen soll?

Lösung: 4,0 + 8,395 = 12,395

Wenn die VFO-Frequenz 5,0 MHz eingestellt ist, entsteht eine ZF von 8,395 MHz. Diese mit 12,395 MHz gemischt, ergibt als Differenz 4,0 MHz. Ist der VFO aber auf 5,5 MHz eingestellt, ergibt sich als ZF 8,895 MHz. Diese mit 12,395 MHz gemischt, ergibt als Differenz 3,5 MHz.
12,395 MHz - 8,895 MHz = 3,5 MHz

Es konnte mit diesem Sender also das gesamte 80-m-Band sogar mit etwas Reserve überstrichen werden.

Phasenregelkreise PLL

Wie Sie gleich noch erfahren werden, besteht eine PLL-Schaltung (phase-locked-loop) aus einem durch eine Spannung in der Frequenz steuerbaren Oszillator (VCO = voltage controlled oscillator) und einer Regelschleife (loop), die durch einen Phasenvergleicher (phase comparator) geregelt wird.

Der VCO

Das Herz der PLL ist der frei schwingende Oszillator, der mit einer Gleichspannung in der Frequenz verändert werden kann (VCO). Wie in Bild 13-11 zu sehen ist, wird eine Diode als veränderbare Kapazität geschaltet (Kapazitätsdiode: Siehe Lektion 5).

Wenn in obiger Schaltung die von außen zugeführte Gleichspannung positiver wird, erhält die Kapazitätsdiode mehr Sperrspannung und ihre Kapazität wird kleiner. Dadurch erhöht sich die Frequenz des Schwingkreises und damit des VCO. Die Größe der Frequenzänderung pro Volt Regelspannungsänderung nennt man Regelempfindlichkeit.

ehemalige Prüfungsfrage

Um die Frequenz stabil zu halten, wird der VCO in eine Regelschleife (PLL) eingebunden. Dazu wird die Ausgangsfrequenz einem Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor n_p zugeführt. Diese Teilerfunktion wird in neueren Geräten oft von einem Mikroprozessor gesteuert. Die heruntergeteilte Frequenz wird in einem Phasenvergleicher Δφ mit einer von einem Quarz abgeleiteten Frequenz verglichen.

Der Phasenvergleicher liefert ein Korrektursignal, wenn die Frequenzen (Phasen) beider Signale nicht übereinstimmen. Dies funktioniert so: Vom Frequenzteiler kommt ein Rechtecksignal, wie es im folgenden Bild B dargestellt ist. Vom Quarzgenerator kommt das Referenzsignal A.

Wenn beide Signale in der Frequenz genau übereinstimmen, stehen die Flanken der Rechtecke genau übereinander (die Phasen stimmen überein). Der Phasenvergleicher wird vom Signal A auf "ein" und vom Signal B wieder auf "aus" geschaltet (ähnlich einer bistabilen Kippstufe). Am Ausgang entsteht das Signal C mit gleich langen Zeiten für "ein" und "aus".

Ein nachgeschalteter Tiefpass (Integrierstufe) macht daraus eine Gleichspannung, die in diesem Fall genau der halben Maximalspannung entspricht (gestrichelte Linie). Diese Gleichspannung liegt dann am Steuereingang des VCO und bestimmt die Frequenz.

Wird nun aus irgendeinem Grund die Frequenz des VCO beispielsweise höher, so ergeben sich Diagramme, wie sie im Bild 13-14 zu sehen sind. Die ansteigende Flanke von A schaltet den Phasenvergleicher "EIN", die abfallende Flanke des Signals vom Quarzgenerator B schaltet ihn "AUS". Bei der nächsten ansteigenden Flanke von A (gestrichelte Linie) wird bereits wieder eingeschaltet.

Dadurch entsteht am Ausgang des Phasenvergleichers ein Rechtecksignal, bei dem die Pausen kürzer werden. Der Mittelwert dieser Rechteckspannung wird höher und diese höhere Gleichspannung muss den VCO nun so steuern, dass seine Frequenz wieder niedriger wird, bis die Phasen von A und B wieder genau übereinstimmen. So wird also die Frequenz konstant gehalten.

Achtung! In den Prüfungsfragen der BNetzA ist die PLL-Schleife genau anders herum gezeichnet worden. Achten Sie auf die Wirkungspfeile!

ehemalige Prüfungsfrage

TD701  Welche der nachfolgenden Aussagen ist richtig, wenn die im Bild dargestellte Regelschleife in stabilem Zustand ist?
	Die Frequenz an Punkt A ist höher als die Frequenz an Punkt B.
	Die Frequenzen an den Punkten A und B sind gleich.
	Die Frequenzen an den Punkten A und C sind gleich.
	Die Frequenz an Punkt B ist höher als die Frequenz an Punkt C.

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses muss immer ein Kompromisswert sein. Wenn man eine gute Glättung haben möchte, braucht man eine lange Zeitkonstante, aber dann kann es sein, dass der VCO nicht schnell genug einrastet, wenn man die Frequenz ändert.

ehemalige Prüfungsfrage

Achtung! In den Prüfungsfragen der BNetzA ist die PLL-Schleife genau anders herum gezeichnet worden. Achten Sie auf die Wirkungspfeile in folgender Aufgabe!

ehemalige Prüfungsfrage

TD706  Die Frequenz am Punkt A beträgt 12,5 kHz. Es sollen Ausgangsfrequenzen im Bereich von 12,000 MHz bis 14,000 MHz erzeugt werden. Welchen Bereich muss der Teilerfaktor umfassen?
	300 bis 857
	300 bis 1120
	960 bis 857
	960 bis 1120

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Ich behaupte: Wenn diese Frequenz aus der Aufgabe TD707 verzwölffacht wird, um von 12 MHz auf 144 MHz zu kommen, verzwölffacht sich das Kanalraster.

Beispiel
Auf welchen Wert steigt in Aufgabe TD707 die Ausgangsfrequenz, wenn der Teiler auf 961 geändert wird?
Lösung:
961 · 12,5 kHz = 12,0125 MHz
Wird diese Frequenz verzwölffacht, entsteht die Frequenz 144,150 MHz, also 150 kHz mehr. Das sind 12 mal 12,5 kHz.

Frage
Wie groß müsste das Kanalraster im 12-MHz-Bereich sein, wenn bei 144 MHz ein Raster von 25 kHz entstehen soll?

Antwort: Der Vervielfachungsfaktor von 12 auf 144 MHz ist 12. 25 kHz geteilt durch 12 sind 2083,333 Hz.

Frage
Welche Frequenz müsste der Quarzgenerator liefern, damit dieses Kanalraster entsteht?
Behauptung: Auch 2,0833333 kHz!

Frage
Wie groß muss der Teilerfaktor sein bei 12,000 MHz?

Antwort: 5760
Probe: Der Teilerfaktor wird auf 5761 gestellt. Mal 2,0833333 kHz ergibt es 12002,08314 kHz und mal 12 sind es 144,02499 MHz, also praktisch 25 kHz höher.

Man darf also behaupten:
Die Frequenz am Phasenvergleicher entspricht dem Kanalraster am Ausgang des VCO.

ehemalige Prüfungsfrage

TD707  Wie groß muss bei der folgenden Schaltung die Frequenz an Punkt A sein, wenn bei der versechsfachten Ausgangsfrequenz ein Kanalabstand von 25 kHz benötigt wird?
	ca. 4,167 kHz
	25 kHz
	300 kHz
	150 kHz

Im diesem Bild ist eine moderne PLL-Schaltung dargestellt. Der Mikroprozessor gibt den Teilerfaktor an den programmierbaren Teiler n_p. Man erkennt auch, dass der Quarz nicht direkt die Vergleichsfrequenz erzeugt, sondern ebenfalls über einen, allerdings festen, Teiler arbeitet.

Aufgabe
Der Phasenvergleicher in Bild 13-16 arbeitet mit einer Vergleichsfrequenz von 2,0833333 kHz (siehe obiges Beispiel). Der Quarz hat eine Frequenz von 4,000 MHz. Welchen Teilerfaktor muss n_Q haben?

Lösung: \[ n_Q = \frac{4000 \ \text{kHz}}{2{,}0833333 \ \text{kHz}} = \mathbf{1920} \]

PLL-Schleifen mit Mischstufe

Dieses Prinzip der Frequenzaufbereitung findet man heutzutage in allen modernen Funkgeräten. Diese programmierbaren Frequenzen werden anschließend mit Quarzfrequenzen oder weiteren PLL-Oszillatoren auf die gewünschte Endfrequenz gemischt.

In obigem Bild 13-17 ist ein Blockschaltbild eines modernen Transceivers vorgestellt, der mit zwei PLL-Oszillatoren arbeitet. Die PLL-Schleife mit VCO1 rastet in 100-Hz-Schritten. Die einstellbaren 2 bis 2,999 MHz werden mit 65 MHz gemischt, so dass als Summe 67 bis 67,999 MHz zur Verfügung stehen. Die PLL-Schleife mit VCO2 rastet in 1-MHz-Schritten (Megahertz-Bereich) und kann von 6 bis 32 MHz eingestellt werden. Durch Mischung mit 67 bis 67,999 MHz ergeben sich am Ausgang dieser PLL-Schleife 73 bis 99,999 MHz. Diese werden durch Differenzbildung mit 70 MHz in den gewünschten Kurzwellenbereich von 3 bis 29,999 MHz gemischt.

ehemalige Prüfungsfrage

TG110   Im folgenden Blockschaltbild ist die Frequenzaufbereitung für einen Amateurfunk-Transceiver dargestellt.
Welche Frequenz erzeugt der Sender, wenn VCO1 auf 2,651 MHz eingestellt und VCO2 auf 6 MHz eingerastet ist?
	6,651 MHz
	3,651 MHz
	8,651 MHz
	14,351 MHz

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ehemalige Prüfungsfrage

TG111  Im folgenden Blockschaltbild ist die Frequenzaufbereitung für einen Amateurfunk-Transceiver dargestellt.
Auf welcher Frequenz muss der VCO2 eingerastet haben, wenn eine Ausgangsfrequenz von 14,351 MHz abgegeben wird?
	2,351 MHz
	17,000 MHz
	6,000 MHz
	6,351 MHz

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Der Empfänger

Der Empfänger hat die Aufgabe, aus den von der Antenne aufgefangenen Signalen die gewünschte Frequenz auszufiltern und dieses Signal zu demodulieren. Um die notwendige „Trennschärfe“ zu erhalten, werden zwei grundsätzlich verschiedene Empfängerprinzipien angewendet: das Geradeausprinzip und das Mischprinzip. Beide Prinzipien wurden bereits im Lehrgang zur Klasse E in der Lektion 15 erläutert. Wir werden hier nur die Prüfungsfragen besprechen, die mit diesen Themen zusammen hängen und dann weitere moderne Empfängerkonzepte vorstellen.

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ehemalige Prüfungsfrage

TF201  In dieser Schaltung können bei einer Empfangsfrequenz von 145,6 MHz und einer Oszillatorfrequenz von 134,9 MHz Spiegelstörungen auftreten. Berechnen Sie diese Spiegelfrequenz.
	156,3 MHz
	134,5 MHz
	124,2 MHz
	280,5 MHz

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Im folgenden Bild 13-19 sei noch einmal das Prinzip des Spiegelfrequenzempfangs dargestellt. Symmetrisch zum Oszillator liegen Eingangs- und Spiegelfrequenz im Abstand der Zwischenfrequenz.

In Aufgabe TF205 liegt die Oszillatorfrequenz unterhalb der Eingangsfrequenz. Der Abstand zwischen beiden ist die Zwischenfrequenz \[ f_z = 145{,}6 \ \text{MHz} - 134{,}9 \ \text{MHz} = 10{,}7 \ \text{MHz} \] In weiteren 10,7 MHz tiefer liegt die Spiegelfrequenz \[ f_{sp} = 134{,}9 \ \text{MHz} - 10{,}7 \ \text{MHz} = 124{,}2 \ \text{MHz} \]

ehemalige Prüfungsfrage

TF202  In der folgenden Schaltung können bei einer Empfangs­frequenz von 28,3 MHz und einer Oszillatorfrequenz von 39 MHz Spiegelfrequenzstörungen bei
	67,3 MHz auftreten.
	39 MHz auftreten.
	49,7 MHz auftreten.
	17,6 MHz auftreten.

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Doppelsuper

Folgendes Bild zeigt die Standardschaltung eines Zweifach-überlagerungsempfängers (Doppelsuper) alter Bauart.

Ein Hochfrequenzverstärker mit Vorfilter sorgt für die nötige Spiegelfrequenzunterdrückung und Empfindlichkeit. Mit dem VFO wird im ersten Mischer die Eingangsfrequenz auf die erste relativ hohe Zwischenfrequenz herunter gesetzt. Diese soll eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung bewirken. Die Bandbreite dieses Verstärkers muss mindestens die breitbandigste Betriebsart des Empfängers (FM) durchlassen können. Gern werden dort 10,7-MHz-Filter eingesetzt.

Von dort wird für eine gute Trennschärfe auf eine zweite niedrige Zwischenfrequenz herunter gemischt. Weil die erste Zwischenfrequenz bereits konstant ist, kann man mit einem Quarzoszillator fester Frequenz (crystal oscillator CO) mischen. Der BFO (beat frequency oscillator) bietet den nötigen Trägerzusatz bei SSB- oder CW-Empfang. Mehr dazu in der vorigen Lektion unter „Produktdetektor“.

ehemalige Prüfungsfrage

TF203  Folgende Schaltung stellt einen Doppelsuper dar.
Welche Funktion haben die drei mit X, Y und Z gekennzeichneten Blöcke?
	X und Y sind Mischer, Z ist ein Produktdetektor
	X ist ein Mischer, Y ist ein Produktdetektor, Z ist ein Mischer
	X und Y sind Produktdetektoren, Z ist ein HF-Mischer
	X und Y sind Balancemischer, Z ist ein ZF-Verstärker

ehemalige Prüfungsfrage

TF204  Folgende Schaltung stellt einen Doppelsuper dar.
Welche Funktion haben die drei mit X, Y und Z gekennzeichneten Blöcke?
	X ist ein BFO, Y ist ein CO und Z ein VFO
	X ist ein VFO, Y ist ein BFO und Z ein CO
	X ist ein VFO, Y ist ein CO und Z ein BFO
	X ist ein BFO, Y ist ein VFO und Z ein CO

ehemalige Prüfungsfrage

TF205  Ein Doppelsuper hat eine erste ZF von 10,7 MHz und ein zweite ZF von 460 kHz. Die Empfangsfrequenz soll 28 MHz sein.
Welche Frequenz ist für den VFO und für den CO erforderlich, wenn die Oszillatoren oberhalb des Nutzsignals schwingen sollen?
	Der VFO muss bei 38,70 MHz und der CO bei 12,24 MHz schwingen.
	Der VFO muss bei 10,24 MHz und der CO bei 17,30 MHz schwingen.
	Der VFO muss bei 38,70 MHz und der CO bei 11,16 MHz schwingen.
	Der VFO muss bei 28,46 MHz und der CO bei 11,16 MHz schwingen.

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

ehemalige Prüfungsfrage

BFO siehe auch Lektion 12

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

ehemalige Prüfungsfrage

RX mit sehr hoher ZF

Heutzutage sind Empfänger mit einer sehr hohen ersten Zwischenfrequenz üblich, damit die Spiegelfrequenz soweit weg liegt, dass man mit einem Tiefpass für den Kurzwellenbereich zur Spiegelfrequenzunterdrückung auskommt. Diese erste ZF muss möglichst mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Empfangsfrequenz. Bei 30 MHz wären es also 60 MHz ZF-Mittenfrequenz.

Nach der Filterung in dieser ersten ZF (roofing filter) wird für eine gute Trennschärfe auf die zweite niedrigere ZF herunter gemischt. Man wählt gern den 9-MHz-Bereich, weil es dafür gute Quarzfilter gibt. Ein solcher Empfänger wurde bereits im Lehrgang Klasse E vorgestellt. Hier sehen Sie noch einmal das Blockschaltbild.

Aufgabe
Berechnen Sie dazu die Spiegelfrequenz für eine Eingangsfrequenz von 14,2 MHz bei 53 bis 80 MHz VFO-Frequenz.
Lösung:

An diesem Beispiel erkennt man, dass der Spiegelfrequenzbereich weit oberhalb vom Kurzwellenbereich ist, nämlich um 100 MHz höher.

ehemalige Prüfungsfrage

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TF209  Welchen Vorteil haben Kurzwellen-Empfänger mit einer sehr hohen ZF-Frequenz (z.B. 50 MHz)?
	Filter für 50 MHz haben eine höhere Trennschärfe.
	Die Spiegelfrequenz liegt sehr weit außerhalb des Empfangsbereichs.
	Ein solcher Empfänger hat eine höhere Großsignalfestigkeit.
	Man erhält einen Empfänger für Kurzwelle und gleichzeitig für Ultrakurzwelle.

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TF210  Welchen Frequenzbereich kann der VFO des im folgenden Blockschaltbild gezeichneten HF-Teils eines Empfängers haben?
	20 bis 47 MHz oder 47…74 MHz
	20 bis 47 MHz oder 53…80 MHz
	23 bis 41 MHz oder 53…80 MHz
	23 bis 41 MHz oder 47…74 MHz

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TF211  Welchen Frequenzen können die drei Oszillatoren des im folgenden Blockschaltbild gezeichneten Empfängers haben, wenn eine Frequenz von 3,65 MHz empfangen wird? Bei welcher Antwort sind alle drei Frequenzen richtig?
	VFO: 46,35 MHz;   CO1: 41 MHz;   CO2: 9,455 MHz
	VFO: 23,65 MHz;   CO1: 59 MHz;   CO2: 8,545 MHz
	VFO: 46,35 MHz;   CO1: 41 MHz;   CO2: 9,545 MHz
	VFO: 46,35 MHz;   CO1: 51 MHz;   CO2: 9,455 MHz

Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

Der Direktüberlagerungsempfänger

Ein sehr einfacher Empfänger ganz ohne Zwischenfrequenz wird manchmal für Selbstbauprojekte verwendet. In meinem damaligen Amateurfunklehrgang Teil 3 vom Frech-Verlag von 1984 wurde solch ein Direktüberlagerungsempfänger vorgestellt. Einen Bausatz gab es als DARC-JR08.

Die Bezeichnung „Überlagerungsempfänger“ ist eigentlich etwas unglücklich, denn es handelt sich eigentlich um einen Geradeausempfänger ohne HF-Verstärkung, der nur aus einem Produktdetektor als Demodulator besteht. Über den VFO wird praktisch direkt auf der Empfangsfrequenz der notwendige Träger für die SSB-Demodulation zugeführt. Ich werde diesen Empfänger als Projekt gelegentlich auf meine Homepage setzen unter www.amateurfunklehrgang.de (Projekt). Der Empfang mit diesem Empfänger war seinerzeit verblüffend gut. Ein Nachbau lohnt sich.

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Erläuterung: Siehe Text oberhalb!

Empfänger mit PLL

Die Frequenzaufbereitung mit PLL wurde weiter oben bereits ausführlich besprochen. Der Empfänger arbeitet wie ein Sender mit Frequenzmischung, um die Eingangsfrequenz bis zur Demodulationsstufe herunter zu mischen. Als letzte Zwischenfrequenz wird meistens 455 bis 475 kHz gewählt. Es wird am Beispiel des bekannten Empfängers NRD 505 ein interessantes Konzept vorgestellt, das auch in anderen Empfängern in ähnlicher Weise vorhanden ist.

Die angegebenen Frequenzen (in MHz) wurden etwas gerundet. Als zweite ZF wird in der Praxis nicht 0,5 MHz, sondern tatsächlich 455 kHz verwendet. Die Besonderheit dieses Empfängers ist die Frequenzaufbereitung. Aus einem 10-MHz-Quarzoszillator werden durch Frequenzteilung die Frequenzen 5 MHz, 1 MHz und 100 Hz gewonnen. Die Frequenzen 1 MHz und 100 Hz werden als Vergleichsfrequenzen für die Phasenvergleicher dieser PLLs verwendet. Damit lässt sich der VCO1 für die feine Frequenzeinstellung in 100-Hz-Schritten einrasten. Der VCO2 ist der PLL-Oszillator für den groben Frequenzbereich im 1-MHz-Raster. Er bekommt sein Signal von einem programmierbaren Frequenzteiler n_p. n_p liefert nur ganze MHz zwischen 3 und 32 MHz.

Angenommen, es soll eine Frequenz von 15,0 MHz empfangen werden. Der VCO2 muss eine Frequenz von 70,5 MHz + 15,0 MHz = 85,5 MHz liefern. Er wird mit 67,5 MHz (Bereichsanfang) + 18 MHz synchronisiert. Der VFO steht dementsprechend auf 2,5 MHz.

Soll eine Frequenz von 15,1 MHz empfangen werden, steht der VFO auf 2,6 MHz. Damit ergeben sich am Ausgang von VCO1 nun 67,6 MHz und bei unverändert eingestelltem VCO2 an seinem Ausgang 85,6 MHz. Diese ergeben mit 15,1 MHz gemischt wieder 85,6 - 15,1 = 70,5 MHz Zwischenfrequenz.

Aufgabe
Versuchen Sie einmal selbst herauszubekommen, auf welchen Frequenzen die beiden VCOs und der VFO eingestellt sind, wenn folgende Frequenzen (1. Spalte) empfangen werden sollen.

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TF213  Dies ist das Blockschaltbild eines modernen Empfängers mit PLL-Frequenzaufbereitung.
Es soll eine Frequenz von 15,0 MHz empfangen werden. Welche Frequenzen liefern VCO1 und VCO2, wenn der programmierbare Frequenzvervielfacher np dabei 18 MHz liefert?
	VCO1:  67,5 MHz,      VCO2:   87,5 MHz
	VCO1:  68,5 MHz,      VCO2:   85,5 MHz
	VCO1:  85,5 MHz,      VCO2:   67,5 MHz
	VCO1:  67,5 MHz,      VCO2:   85,5 MHz

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Der Konverter

Ein vorhandener Kurzwellenempfänger lässt sich als ZF-Verstärker, Demodulator und NF-Verstärker für den Empfang von Ultrakurzwellen (2-m-Band) verwenden, indem man einen Frequenzumsetzer (Konverter) dazwischen schaltet. Soll zum Beispiel das 2-m-Band von 144-146 MHz empfangen werden, benötigt man für den Mischer eine Oszillatorfrequenz von 116 MHz, die man durch Verdreifachung aus 38,667 MHz erhält. Mischt man 144 MHz mit 116 MHz, erhält man 28 MHz. Stellt man den Kurzwellenempfänger (RX im Bild) auf 30 MHz, empfängt man 146 MHz (146-116 = 30).

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TF208  Diese Schaltung stellt
	einen 2-m-Transverter zur Vorschaltung vor einen KW-Empfänger dar.
	Teile von Empfangsstufen eines 10-m-Band-Empfängers dar.
	einen 2-m-Konverter für einen KW-Empfänger dar.
	Teile der Senderaufbereitung für das 10-m-Band dar.

Für das 70-cm-Band gibt es nach diesem Empfangsprinzip ein Problem, wenn man wirklich nur einen Empfänger für den Amateurfunkbereich des 10-m-Bandes hat, also nur 28 bis 30 MHz empfangen kann. Für das 2-m-Band passt es gerade, denn das 2-m-Band ist auch nur zwei Megahertz breit. Aber das 70-cm-Band geht von 430 MHz bis 440 MHz. Das sind 10 MHz Breite!

Man löst das Problem, indem man den Quarzoszillator des Konverters umschaltet und die Injektionsfrequenz so auswählt, dass jeweils ein 2 MHz breiter Bereich des 70-cm-Bandes in den 2 MHz breiten Bereich des 10-m-Bandes konvertiert wird.

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TF206  Welche beiden Frequenzen muss der Quarzoszillator erzeugen, damit im 70-cm-Bereich die oberen 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz fosz soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.
	45,556 und 45,778 MHz
	45,333 und 45,556 MHz
	45,111 und 45,333 MHz
	44,889 und 45,111 MHz

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TF207  Welche beiden Frequenzen muss der Quarzoszillator erzeugen, damit im 70-cm-Bereich die unteren 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz fosz soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.
	45,111 und 45,333 MHz
	44,444 und 44,667 MHz
	44,889 und 45,111 MHz
	44,667 und 44,889 MHz

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Der Transverter

Das Prinzip der Frequenzumsetzung durch Mischung nutzt man bei einem Transverter (transmitter converter) aus. Angenommen, es sei ein Kurzwellensender für den Frequenzbereich 28,0 bis 30,0 MHz vorhanden. Wenn man nun dessen Frequenzbereich mit 116 MHz mischt, erhält man als Summe 144,0 bis 146,0 MHz, also genau den Frequenzbereich für das 2-m-Band.

Transceiver-Konverter

Ein Konverter für Sendung und Empfang wird ebenfalls Transverter genannt. Es ist sozusagen ein Transceiver-Konverter.

Im Empfangsfall wird die Frequenz 144 MHz auf 28 MHz, bzw. 146 MHz auf 30 MHz heruntergesetzt. Der Empfänger des Transceivers (TRX) muss also den Frequenzbereich 28 bis 30 MHz aufweisen. Im Sendefall (die Schalter sind nach unten gestellt) werden die 28 bis 30 MHz in den Bereich 144 bis 146 MHz umgesetzt.

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TF212  Diese Blockschaltung stellt
	einen Empfangskonverter für das 2-m-Band dar.
	einen Transverter für das 2-m-Band dar.
	einen Vorverstärker für das 10-m-Band dar.
	einen Transceiver für das 10-m-Band dar.

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!

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Copyright-Hinweis:
	Dieser DARC-Online-Lehrgang wurde mit freundlicher Genehmigung des Autors Eckart K. W. Moltrecht aus seinen Büchern "Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis" aus dem VTH-Verlag (möglicherweise einer älteren Auflage!) für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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Letzte Bearbeitungen:
06.11.2016 DK2DQ, 29.09.2017 DJ4UF, 04.04.2020 DH8GHH
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