3

Der Mittelwellenempfänger

1.0 Drahtlose Nachrichtenübertragung

Mit Hilfe der Funktechnik ist es möglich, Informationen drahtlos zu übermitteln. Der

Sender setzt dabei das zu übertragende Signal (z.B. Sprache und Musik) in elektrische

Schwingungen um und bereitet sie für den Transport auf (s. Modulation). Die aufberei-

teten elektromagnetischen Wellen werden nun drahtlos gesendet. Der Empfänger macht

nun die empfangenen Signale wieder hörbar.

1.1 Sendertechnik

Die Sendestation wandelt die Informationen in elektrische Schwingungen um. Es ent-

steht ein Niederfrequenz-Signal (NF). Beim NF-Signal ist die Anzahl der Schwingun-

gen relativ gering: Es hat nur eine Frequenz von 16 ­ 20000 Hz. Jedoch ist es erst mit

Frequenzen von über 100 kHz möglich, elektromagnetische Schwingungen abzustrahlen

und später diese wieder zu empfangen. Das zu übertragende NF-Signal wird daher einer

sogenannte Trägerwelle (HF = Hochfrequenz) überlagert. Bei Mittelwellensendern be-

trägt diese Frequenz etwa 520 ­ 1602 kHz (Langwelle: 151 ­ 281 kHz). Es gibt ver-

schiedene Modulationsarten:

Amplitudenmodulation (AM): Bei diesem Verfahren wird die Höhe der HF-

Amplituden, also der Tragerwelle im Takt der Niederfrequenz moduliert. Die Amplitu-

denmodulation benutzt man im Mittelwellen- und Langwellenbereich.

Abb. 1

NF-Signal

Abb. 2

HF-Träger

Abb. 3

AM-moduliertes

Signal

Frequenzmodulation (FM): Im Gegensatz zur Amplitudenmodulation ändert sich bei

dieser Methode die Amplitude nicht. Die Frequenz der Trägerwelle wird nun im Takt

der Tonschwingung verändert. Die Frequenzmodulation ist weniger anfällig für Störun-

---

4

gen (wie z.B. elektrostatische Entladungen) und wird deshalb im UKW-Rundfunk ver-

wendet.

Neben diesen beiden Modulationsarten gibt es noch die Phasenmodulation, die beson-

ders bei Farbfernsehübertragungen, Richt-, Satelliten- und Mobilfunk gebraucht wird.

Evtl. Bandbreite

Auf der Senderseite befindet sich ein offener

Schwingkreis (s. 2.02 ,,Der elektromagnetische

Schwingkreis"). Dieser entsteht, wenn man die Plat-

ten des Kondensators eines Parallelschwingkreises

Abb. 4

Entstehung des offenen

Schwingkreises

wie abgebildet auseinanderzieht. Die elektrischen

Feldlinien lassen sich nun nicht wie bei einem geschlossenen Schwingkreis zwischen

den Kondensatorplatten nachweisen. Sie breiten sich nach allen Seiten hin aus. Je nach

Polung und Stromstärke verändern sich nun auch die elektrischen Feldlinien. Neben

den elektrischen Kräften sind jedoch auch magnetische Kräfte vorhanden. Im Gegensatz

zu einem geschlossenen Schwingkreis, bei dem sich die magnetischen Kräfte, die die

Hin- und Rückleitung umgeben und sich in

einiger Entfernung aufheben, dehnen sich die

magnetischen Feldlinien ungehindert nach

allen Seiten aus, da hier ja keine

stromführende Rückleitung vorhanden ist.

Abb. 5

magnetische Kräfte im geschlos-

Die elektromagnetischen Wellen breiten sich

senen und offenen Schwingkreis

mit Lichtgeschwindigkeit aus. Bestimmend für

den Wellenlängenbereich ist nun die Frequenz des Trägersignals:

mit

Beispielsweise beträgt die Wellenlänge für eine Frequenz von 1 MHz:

c

300000

km

s

=

=

= 3

,

0

km

= 300

m

f

1000000

s

Die Unterscheidung der verschiedenen Frequenzbereiche sind in der Tabelle auf der

folgenden Seite zusammengefaßt.

Schneiden die Kraftlinien nun die Empfangsantenne, so wird dort eine Spannung indu-

ziert, die dann dem geschlossenen Schwingkreis zugeführt wird.

---

5

Frequenzbereich

Wellenlängenbereich

Anwendungsbereich

30 ­ 300 kHz

LF

10000 m - 1000 m LW

Funknavigation, Langwellen-Rundfunk

300 kHz - 3 MHz MF

1000 m - 100 m

MW

Funkpeilung, Mittelwellen-Rundfunk,

See-Sprechfunk

3 ­ 30 MHz

HF

100 m - 10 m

KW

Kurzwelen-Rundfunk, Amateurfunk,

CB-Sprechfunk

30 ­ 300 MHz

VHF 10 m - 1 m

m-Wellen

Fernsehkanäle, UKW-Rundfunk, Flug-

funk

300 MHz ­ 3 GHz UHF 1 m - 10 cm

dm-Wellen Satellitenfunk, Fernsehkanäle, Radar

3 ­ 30 GHz

SHF 10 cm - 1 cm

cm-Wellen Nachrichten-Satelliten, Funkastronomie

Tabelle 1

Einteilung und Anwendung der Radiowellen

Evtl. Ausbreitung der Wellen Metzler S. 285 (Raumwelle)

2.0 Der Empfänger

Die Aufgabe des Empfängers besteht nun darin, aus den von der Antenne aufgefange-

nen Signalen die gewünschte Frequenz herauszufiltern und die Informationen hörbar zu

machen.

Der einfachste Empfänger (Detektorempfänger) besteht

dabei aus der Antenne, die die Radiowellen empfängt, dem

Schwingkreis, der eine bestimmte Frequenz herausfiltert,

einem Demodulationsglied, der das NF-Signal vom Träger

trennt und einem Kopfhörer, der dieses hörbar macht.

Abb. 6

Schaltbild des von

mir gebauten Detektoremp-

fängers

2.01 Die Antenne

Wie oben schon beschrieben wird in dem von der Erde isolierten Metallgebilde eine

Spannung induziert, die nun dem geschlossenen Schwingkreis zugeleitet wird. Im güns-

tigsten Fall sollte die Antenne ein Viertel der Wellenlänge betragen. Bei einer Frequenz

von 1 MHz, bei der die Wellenlänge 300 m beträgt, sollte die Antenne also 75 m lang

sein. Aus räumlichen Gründen kann hier aber eine Spule in die Antennenzuleitung

schalten, um eine elektrische Antennenverlängerung vorzunehmen.

---

6

2.02 Der elektromagnetische Schwingkreis

Der Schwingkreis besteht aus einer Spule und einem Kondensator. Man unterscheidet

den Reihen- und den Parallelschwingkreis. Im folgenden soll nur auf den Parallel-

schwingkreis eingegangen werden.

Dieser Schwingkreis besteht aus dem Kondensator C, der mit

der Spule L parallel geschaltet ist. Wenn der Schalter auf

Stellung B steht, so wird der Kondensator aufgeladen. Wird

nun auf Schalterstellung A umgeschaltet, so entlädt sich der

Abb. 7

Parallelschwing-

kreis

Kondensator. Dabei fließt ein Strom durch die Spule und ein

magnetisches Feld wird aufgebaut. Ist der Kondensator entladen, so bricht das Magnet-

feld zusammen und induziert dabei einen Strom, der den Kondensator entgegengesetzt

auflädt. Ist das Magnetfeld abgebaut, hört der Induktionsstrom also auf, so entlädt sich

der Kondensator wieder. In der Spule entsteht so ein Magnetfeld entgegengesetzter Po-

lung, das beim Zusammenbrechen wiederum einen Induktionsstrom erzeugt. Der Kon-

densator wird also wie ursprünglich aufgeladen.

Die Energie pendelt im Schwingkreis zwischen Kondensator und Spule hin und her. Sie

tritt abwechselnd als elektrische oder magnetische Energie auf. Die vorliegende Schal-

tung erzeugt also elektro-magnetische Schwingungen.

Der vorhandene Energieverlust wird im Empfänger ausgeglichen und eine ungedämpfte

(harmonische) Schwingung entsteht.

Evtl. Bild

Die Frequenz dieser Schwingung ist abhängig von der Kapazität und Induktivität:

Wechselstrom Xc, Xl S. 302 Spannung an C und L

Kondensator und Spule haben denselben Wechselstromwiderstand, da sie ja dieselbe

Spannung haben, und der Strom im Stromkreis überall gleich groß ist. Daraus ergibt

sich, daß

X

=

X

. Während bei steigender Frequenz auch der Blindwiderstand der

L

C

Spule steigt, so fällt dieser beim Kondensator. Bei einer einzigen Frequenz, der sog.

Resonanzfrequenz, haben Kondensator und Spule denselben Widerstand. Dies ist die

Frequenz, mit der der Strom pendelt:

1

1

1

X

=

1

L

;

X

=

X

=

X

L

=

2

=

4 2

f

2 =

L

C

C

L

C

C

C

L

C

L

1

f

=

Thomsonsche Schwingungsformel

2

C

L

Folgende Daten treffen auf den gebauten Empfänger zu:

---

7

C

= 300

pF C

= 500

pF n

= 100

Windungen l

= 4

cm r

=

5

,

7

mm

1

2

Daraus ergibt sich die Induktivität

A n

2

-

100

,

0 0075

7

Vs

2

2

m

2

L

-5

= µ µ

= 4 10

1

= 55

,

5

10

H

0

r

l

Am

,

0 04

m

Nach der Thomsonschen Schwingungsformel errechnet sich nun die Frequenz folgen-

dermaßen:

1

1

f

=

=

=

755

,

1233425

s

1- = ,

1 2

MHz

1

2

LC

-

Vs

-

As

2

55

,

5

10 5

300 10 12

A

V

bei 300 pF bzw.

1

f

=

=

,

955407 4818

s

1

- = 955

,

0

MHz

2

-

Vs

-

As

2

55

,

5

10 5

500 10 12

A

V

bei 500 pF. Durch Einstellen des Drehkondensators empfängt dieses Gerät also Sender

mit einer Frequenz von 0,955 MHz bis 1,2 MHz. Eine weitere Einstellung kann durch

Änderung der Permeabilitätszahl vorgenommen werden. Schiebt man beispielsweise

einen Eisenkern ( µ bis 5000) vollständig in die Spule, so beträgt die Induktivität

r

L

= ,

0 2755

H

und somit die Frequenz bei 300pF

f

=

3

,

17443

Hz

bzw.

1

f

=

5

,

13511

Hz

bei 500 pF.

2

Keine Batterie

2.03 Die Demodulation

Das durch den Schwingkreis herausgefilterte Signal besteht jedoch aus dem NF- und

dem HF-Signal. Im nächsten Schritt muß nun das NF-Signal, also die reine Information,

vom Träger isoliert werden.

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