Frequenz- und Phasenmodulation Klasse A

Bei FM steuert die Modulation die Frequenz. Dabei gilt: Die AMPLITUDE des Modulationssignals bestimmt, WIE WEIT die Trägerfrequenz ausschlägt (den Hub) — die FREQUENZ des Modulationssignals bestimmt, WIE OFT das geschieht.

Kniff: Zwei Größen, zwei Wirkungen. Hier ist nach der Frequenz des Modulationssignals gefragt, also nach dem "wie oft". Die Antwort mit "wie weit sich die Trägerfrequenz ändert" beschreibt den Hub und gehört zur Amplitude.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Wie schnell sich die Trägeramplitude ändert. – Die Amplitude des Trägers bleibt bei FM konstant. Genau das ist der Unterschied zu AM.
• Wie weit sich die Trägeramplitude ändert. – Auch hier: Bei FM ändert sich die Amplitude nicht.
• Wie weit sich die Trägerfrequenz ändert. – Das ist der Hub, und den bestimmt die Amplitude des Modulationssignals — nicht seine Frequenz.

Zündfunken erzeugen kurze Impulse, und die wirken sich auf die Amplitude aus. Ein Verfahren, dessen Information nicht in der Amplitude steckt, ist dagegen weitgehend unempfindlich.

Kniff: Der FM-Empfänger begrenzt das Signal vor dem Demodulator — er schneidet alle Amplitudenschwankungen einfach ab. Was danach kommt, wertet nur noch die Frequenz aus.

Warum die anderen nicht stimmen:

• CW-Morsetelegrafie, weil hier die wichtige Information in der Amplitude von zwei Seitenbändern liegt. – Bei CW liegt die Information gerade in der Amplitude — Ton an oder aus. Ein Knacken klingt wie ein Zeichen.
• SSB-Sprechfunk, weil hier die wichtige Information in der Amplitude eines Seitenbandes enthalten ist. – Auch hier steckt die Information in der Amplitude. Die Begründung in der Antwort ist richtig, aber sie belegt das Gegenteil.
• AM-Sprechfunk, weil hier die wichtige Information in den Amplituden der beiden Seitenbänder enthalten ist. – Amplitudenmodulation ist die empfindlichste von allen gegenüber Impulsstörungen.

Eine Kapazitätsdiode im Schwingkreis ändert ihre Kapazität mit der angelegten Spannung. Legt man die Niederfrequenz daran, wandert die Frequenz im Takt der Modulation — das ist Frequenzmodulation.

Kniff: Was verändert wird, bestimmt die Modulationsart. Die Kapazitätsdiode greift in den frequenzbestimmenden Kreis ein, also entsteht FM. Für AM müsste man die Amplitude beeinflussen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Amplitudenmodulation zu erzeugen. – Dazu müsste die Betriebsspannung oder die Verstärkung einer Stufe im Takt der Modulation verändert werden, nicht die Kapazität im Schwingkreis.
• Einseitenbandmodulation zu erzeugen. – SSB entsteht aus Balancemischer und Filter. Mit einem verstimmten Oszillator lässt sich das nicht erzeugen.
• Zweiseitenbandmodulation zu erzeugen. – Auch das braucht einen Balancemischer. Ein verstimmbarer Oszillator liefert FM.

Nach Carson ist die Bandbreite B = 2 · (Hub + höchste Modulationsfrequenz). Die Modulationsfrequenz geht also unmittelbar in die Breite ein.

Kniff: Beide Größen zusammen bestimmen die Bandbreite — nicht nur der Hub. Deshalb wird im Mikrofonweg eines FM-Senders die Niederfrequenz nach oben begrenzt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• dass Verzerrungen auf Grund gegenseitiger Auslöschung der Seitenbänder auftreten. – Bei FM löschen sich keine Seitenbänder aus. Es entstehen mehrere Paare, deren Stärke vom Modulationsindex abhängt.
• dass Verzerrungen auf Grund unerwünschter Unterdrückung der Trägerfrequenz auftreten. – Der Träger kann bei bestimmten Modulationsindizes tatsächlich verschwinden, aber das ist keine Verzerrung und nicht die Folge einer zu hohen Modulationsfrequenz.
• dass die Sendeendstufe übersteuert wird. – Die Amplitude bleibt bei FM konstant. Die Endstufe merkt von der Modulation nichts.

Der FM-Demodulator setzt Frequenzabweichung in Spannung um. Mehr Hub heißt mehr Abweichung, also mehr Niederfrequenz am Ausgang — und das hört man als größere Lautstärke.

Kniff: Hub ist bei FM das, was Modulationsgrad bei AM ist. Zu wenig Hub klingt leise, zu viel wird breit und stört die Nachbarn.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Eine geringere Lautstärke – Richtung verdreht. Mehr Hub ergibt mehr Ausgangsspannung.
• Eine Verringerung des Signal-Rausch-Abstandes – Genau umgekehrt: Mehr Hub verbessert den Störabstand — das ist der bekannte FM-Gewinn. Er wird nur mit mehr Bandbreite bezahlt.
• Eine größere Sprachkomprimierung – Kompression geschieht im Niederfrequenzteil, mit dem Hub hat sie nichts zu tun.

Mehr Hub bedeutet nach Carson mehr Bandbreite. Wird der Hub zu groß, reicht das Signal in den Nachbarkanal hinein.

Kniff: Bei FM merkt der eigene Empfänger davon zunächst nichts — es klingt nur lauter. Bemerkt wird es von den anderen auf dem Nachbarkanal, und deshalb ist der Hub begrenzt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• zur Verminderung der Ausgangsleistung. – Die Leistung bleibt bei FM konstant, gleich wie stark moduliert wird.
• zu unerwünschter Begrenzung des Trägerfrequenzsignals. – Begrenzt wird bei FM absichtlich im Empfänger, und zwar in der Amplitude. Mit zu großem Hub hat das nichts zu tun.
• zur Auslöschung der Seitenbänder. – Seitenbänder löschen sich bei FM nicht aus. Sie werden mehr und reichen weiter.

Stärkere Ansteuerung des Modulators bedeutet mehr Hub, und mehr Hub bedeutet nach Carson mehr Bandbreite.

Kniff: Bei FM wirkt sich Übersteuerung in der BREITE aus, bei SSB in der Verzerrung. Die Amplitude bleibt bei FM gleich — deshalb bekommt weder die Endstufe noch das Netzteil etwas davon mit.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Übersteuerung der HF-Endstufe. – Die Amplitude ändert sich bei FM nicht. Die Endstufe arbeitet unverändert weiter.
• Überlastung des Netzteils. – Die Stromaufnahme bleibt gleich, denn die Leistung ändert sich nicht.
• Verzerrung des HF-Sendesignals. – Das ist die Folge bei AM und SSB. Bei FM wird das Signal breiter, nicht verzerrt.

Carson-Formel: B = 2 · (Hub + höchste Modulationsfrequenz). Beide Größen werden addiert, und erst die Summe wird verdoppelt.

Lösungsweg:

1. Hub + Modulationsfrequenz = 2,5 kHz + 2,7 kHz = 5,2 kHz
2. B = 2 · 5,2 kHz
3. B = 10,4 kHz

Kniff: Erst addieren, dann verdoppeln. Wer die Reihenfolge vertauscht oder eine der beiden Größen vergisst, landet auf einer der falschen Antworten.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 2,5 kHz – Das ist der Hub allein. Weder addiert noch verdoppelt.
• 12,5 kHz – Das ist das übliche Kanalraster für Schmalband-FM — die Zahl steht nicht in der Aufgabe und ergibt sich auch nicht aus ihr.
• 5,5 kHz – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen. Die Summe der beiden Werte wäre 5,2 kHz, und die muss noch verdoppelt werden.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AE308

Wieder Carson: B = 2 · (Hub + Modulationsfrequenz). Die Trägerfrequenz von 145 MHz spielt dabei keine Rolle.

Lösungsweg:

1. Hub + Modulationsfrequenz = 1,8 kHz + 2 kHz = 3,8 kHz
2. B = 2 · 3,8 kHz
3. B = 7,6 kHz

Kniff: Die 145 MHz stehen nur da, um abzulenken. In die Carson-Formel geht die Trägerfrequenz nicht ein — die Bandbreite eines FM-Signals ist auf 2 m genauso groß wie auf 80 m.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 12 kHz – Das ist der übliche Wert für Schmalband-FM mit vollem Hub. Aus diesen Zahlen ergibt er sich nicht.
• 5,8 kHz – Zu dieser Zahl führt keine der üblichen Verwechslungen — eine Blindantwort.
• 3,8 kHz – Das ist die Summe aus Hub und Modulationsfrequenz, aber ohne die Verdopplung. Ein Schritt zu früh aufgehört.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AE309

Im 12,5-kHz-Raster muss das ganze Signal in diesen Kanal passen. Nach Carson ist die belegte Bandbreite B ≈ 2 · (Hub + höchste NF-Frequenz). Bei rund 3 kHz Sprachbandbreite bleiben für den Hub höchstens gut 3 kHz — üblich sind 2,5 kHz, mit etwas Reserve.

Lösungsweg:

1. Kanalraster: 12,5 kHz
2. Carson: B ≈ 2 · (Hub + 3 kHz) muss unter 12,5 kHz bleiben
3. Also Hub + 3 kHz ≤ 6,25 kHz, der Hub höchstens 3,25 kHz
4. Üblich sind 2,5 kHz: 2 · (2,5 + 3) kHz = 11 kHz — passt mit Reserve in den Kanal

Kniff: Der Hub ist immer deutlich kleiner als das Kanalraster — sonst passte das Signal nicht hinein. Wer Hub und Kanalbreite gleichsetzt, greift zu 12,5 kHz.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 25 kHz. – Das ist das alte, breite Kanalraster — und als Hub wäre es das Zehnfache des Zulässigen.
• 12,5 kHz. – Das Kanalraster selbst als Hub genommen. Das Signal wäre dann mehr als doppelt so breit wie sein Kanal.
• 6,25 kHz. – Die halbe Kanalbreite. Nach Carson muss davon noch die höchste NF-Frequenz (rund 3 kHz) abgezogen werden — für den Hub bleiben dann höchstens gut 3 kHz.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AE310

Carson rückwärts: Aus B = 2 · (Hub + f) wird f = B/2 − Hub.

Lösungsweg:

1. B / 2 = 10 kHz / 2 = 5 kHz
2. f = 5 kHz − 2,5 kHz
3. f = 2,5 kHz

Kniff: Erst halbieren, dann den Hub abziehen. Wer die Reihenfolge vertauscht, rechnet an der Aufgabe vorbei.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 2 kHz – Damit bliebe die Bandbreite bei 9 kHz — zulässig, aber nicht der höchste mögliche Wert. Gefragt ist das Maximum.
• 1,5 kHz – Ergäbe nur 8 kHz Bandbreite. Ebenfalls unter der Grenze, aber nicht die Antwort auf die Frage.
• 3 kHz – Ergäbe 11 kHz und läge damit über der Vorgabe von 10 kHz.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AE311

Dieselbe Umstellung, nur nach dem Hub aufgelöst: Hub = B/2 − f.

Lösungsweg:

1. B / 2 = 10 kHz / 2 = 5 kHz
2. Hub = 5 kHz − 2,7 kHz
3. Hub = 2,3 kHz

Kniff: Dieselbe Rechnung wie AE311, nur sind die beiden Rollen vertauscht. Halbieren, dann die Modulationsfrequenz abziehen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 4,6 kHz – Das Doppelte des richtigen Werts. Damit läge die Bandbreite bei 14,6 kHz.
• 7,7 kHz – Hier wurde addiert statt abgezogen: 5 + 2,7. Die Bandbreite wäre dann über 20 kHz.
• 12,7 kHz – Die 10 kHz und die 2,7 kHz addiert, ohne zu halbieren.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AE312

PM steht für Phasenmodulation: Verändert wird die Phasenlage des Trägers, nicht seine Amplitude und nicht unmittelbar seine Frequenz.

Kniff: PM und FM sind eng verwandt — eine Phasenänderung ist immer auch eine kurzzeitige Frequenzänderung. Im Empfänger lassen sich beide mit demselben Demodulator aufnehmen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Die Amplitude eines Trägersignals wird anhand eines zu übertragenden Signals verändert. – Das ist AM. P steht für Phase.
• Die Richtung eines Trägersignals wird anhand eines zu übertragenden Signals verändert. – Eine Richtung lässt sich nicht modulieren — das ist keine Eigenschaft des Signals, sondern der Antenne.
• Die Polarisation eines Trägersignals wird anhand eines zu übertragenden Signals verändert. – Die Polarisation hängt von der Antenne ab. Als Modulationsart ist sie im Amateurfunk nicht gebräuchlich.