Sender und Senderstufen Klasse A

Beim Mischen entstehen Summe und Differenz. 5,3 MHz und 9 MHz ergeben zusammen genau 14,3 MHz — das Bandfilter wählt daraus die Summe aus.

Lösungsweg:

1. Gebraucht: 14,3 MHz aus 5,3 MHz
2. 14,3 MHz − 5,3 MHz = 9 MHz
3. Mischer mit 9-MHz-Oszillator, Bandfilter wählt die Summe

Kniff: Erst nachrechnen, welche Frequenz fehlt: 14,3 − 5,3 = 9. Steht diese Zahl in einer Antwort, ist sie die richtige. Durch Vervielfachen allein kommt man nicht hin, denn 14,3 ist kein ganzzahliges Vielfaches von 5,3.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Ein Phasenvergleicher, ein Oberwellenmischer und ein Hochpass. – Ein Phasenvergleicher gehört in eine Regelschleife und erzeugt keine neue Frequenz. Und ein Hochpass könnte Summe und Differenz nicht sauber trennen.
• Ein Vervielfacher, ein selektiver Verstärker und ein Tiefpass. – Vervielfachen ergibt nur ganzzahlige Vielfache: 10,6 oder 15,9 MHz. 14,3 ist nicht darunter.
• Ein Frequenzteiler durch 3, ein Verachtfacher und ein Notchfilter. – 5,3 durch 3 mal 8 ergibt 14,13 MHz — nicht 14,3. Und ein Notchfilter entfernt eine Frequenz, statt eine auszuwählen.

Der Balancemischer hebt den Träger in seiner Symmetrie auf. Übrig bleiben genau die beiden Seitenbänder — also ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger.

Kniff: Doppelseitenband mit unterdrücktem Träger ist der Normalausgang eines Balancemischers. Kein anderer Mischertyp bringt das ohne zusätzliche Filter zustande.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Ein Mischer mit einer Varaktordiode – Eine Kapazitätsdiode verstimmt einen Schwingkreis. Damit erzeugt man Frequenzmodulation, nicht ein Zweiseitenbandsignal.
• Ein quarzgesteuerter Mischer – Der Quarz bestimmt nur die Frequenz des Hilfsoszillators. Über die Symmetrie und damit über die Trägerunterdrückung sagt er nichts aus.
• Ein Mischer mit einem einzelnen FET – Eine einzelne, unsymmetrische Stufe. Der Träger erscheint voll am Ausgang.

Zwei Schritte: Der Balancemodulator entfernt den Träger, das Seitenbandfilter entfernt eines der beiden Seitenbänder. Was bleibt, ist SSB.

Kniff: Beide Schritte brauchen eigene Bauteile. Der Saug- oder Sperrkreis in den falschen Antworten wäre viel zu stumpf: Der Träger liegt unmittelbar am Rand des Seitenbandes, dazwischen liegen nur wenige hundert Hertz.

Warum die anderen nicht stimmen:

• In einem Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. In einem Frequenzteiler wird ein Seitenband abgespalten. – Ein Frequenzteiler teilt eine Frequenz, er trennt keine Seitenbänder. Dafür braucht es ein Filter.
• In einem Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. Ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Saugkreis filtert den Träger aus. – Den Träger hat der Balancemodulator schon entfernt — dieser Schritt wäre überflüssig. Und das eine Seitenband bliebe übrig, es wäre also gar kein SSB.
• In einem Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. Ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Sperrkreis filtert den Träger aus. – Derselbe Fehler: Der Träger ist bereits weg, und das zweite Seitenband wird nicht entfernt.

SSB entsteht durch zweimaliges Wegnehmen: erst der Träger, dann ein Seitenband. Hinzugefügt wird nichts.

Kniff: Beide Halbsätze müssen stimmen. "Unterdrückt" und "ausgefiltert" gehören zusammen — überall, wo "hinzugesetzt" steht, ist die Antwort falsch.

Warum die anderen nicht stimmen:

• der Träger hinzugesetzt und ein Seitenband ausgefiltert. – Der Träger wird gerade weggenommen. Mit Träger wäre es AM mit einem Seitenband, nicht SSB.
• der Träger unterdrückt und ein Seitenband hinzugesetzt. – Ein Seitenband entsteht beim Modulieren von selbst, es wird nicht hinzugefügt. Eines von beiden muss weg.
• der Träger unterdrückt und beide Seitenbänder ausgefiltert. – Dann bliebe gar nichts übrig. Genau ein Seitenband trägt die Information.

Kniff: Die Stelle im Signalweg verrät die Antwort. Der Balancemodulator davor liefert zwei Seitenbänder ohne Träger; SSB entsteht erst, wenn eines davon wegfällt. Die beiden Seitenbänder stoßen aber unmittelbar aneinander — sie sind nur um das Doppelte der tiefsten NF-Frequenz auseinander, einige hundert Hertz bei mehreren Megahertz Trägerfrequenz. So steilflankig ist nur ein Quarzfilter, und es muss als Bandpass das gewünschte Seitenband durchlassen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• RC-Hochpass zur Unterdrückung des unteren Seitenbands. – Ein RC-Hochpass fällt mit 6 dB je Oktave ab. Die beiden Seitenbänder liegen aber nur wenige hundert Hertz auseinander — bezogen auf die Trägerfrequenz ein Bruchteil eines Promille. Davon merkt ein RC-Glied nichts.
• RL-Tiefpass zur Unterdrückung des oberen Seitenbands. – Dieselbe Größenordnung spricht dagegen: eine einzige Spule mit Widerstand trennt keine zwei Seitenbänder, die dicht an derselben Trägerfrequenz liegen. Ein Tiefpass bräuchte dazu eine Flanke von einigen hundert Hertz Breite.
• ZF-Notchfilter zur Unterdrückung des unerwünschten Seitenbands. – Ein Notch ist eine schmale Sperrstelle für eine einzelne Frequenz. Das unerwünschte Seitenband ist aber ein ganzes Band von mehreren Kilohertz Breite; eine Kerbe darin lässt die Ränder stehen.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AF305

Kniff: Am Ausgang des NF-Verstärkers steht der Kreis mit dem Kreuz — das Zeichen für Mischen, nicht für Filtern. Der Beweis steht in der Beschriftung dahinter: aus der Leitung kommt DSB, also Zweiseitenband ohne Träger. Wer nur multipliziert und dabei den Träger auslöscht, ist ein Balancemischer. Die Beschriftung DSB gehört zur Leitung, nicht zum nächsten Kasten.

Warum die anderen nicht stimmen:

• DSB-Filter – DSB steht an der Leitung nach dem Mischer und benennt das Signal, nicht ein Bauteil. Der Filterkasten kommt erst danach und macht aus DSB das SSB-Signal, schneidet also ein Seitenband weg.
• Dynamikkompressor – Ein Kompressor wäre ein reiner Niederfrequenzbaustein und bekäme keine Oszillatorfrequenz zugeführt. In den Kreis mit dem Kreuz läuft aber von unten f_OSZ hinein, und heraus kommt DSB — ein Kompressor erzeugt keine Seitenbänder.
• symmetrisches Filter – Ein Filter wird mit Wellenlinien gezeichnet, so wie der Kasten weiter rechts. Der Block am NF-Verstärker trägt den Kreis mit dem Kreuz und hat einen zweiten Eingang für f_OSZ; ein Filter hat nur einen Eingang.

Lösungsweg:

1. Filtermitte: 9,0000 MHz (fest)
2. Stellung LSB: Träger 9,0015 MHz, das sind 1,5 kHz über der Filtermitte
3. Stellung USB: derselbe Abstand unterhalb: 9,0000 MHz − 1,5 kHz
4. f_OSZ = 8,9985 MHz

Kniff: Das Quarzfilter liegt fest bei 9 MHz; umgeschaltet wird nur der Träger. Aus dem Mischer kommen beide Seitenbänder symmetrisch um f_OSZ, und das Filter schneidet das ab, was daneben liegt. Liegt der Träger 1,5 kHz über der Filtermitte, bleibt das untere Seitenband übrig — das ist die Stellung LSB mit dem angeschriebenen Quarz. Für USB muss der Träger um denselben Betrag auf die andere Seite der Filtermitte.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 8,9970 MHz – Mit dem doppelten Abstand nach unten gerechnet: 9,0000 − 3 kHz (oder 9,0015 − 4,5 kHz). Gespiegelt wird aber um die Filtermitte, also nur um dieselben 1,5 kHz.
• 9,0000 MHz – Das ist die Filtermitte selbst. Dort liegen beide Seitenbänder im Durchlassbereich, das Filter kann keines abschneiden — heraus käme DSB statt SSB.
• 9,0030 MHz – Um 1,5 kHz verschoben, aber in dieselbe Richtung weiter nach oben statt auf die andere Seite. Der Träger liegt dann noch weiter über dem Filter; vom unteren Seitenband bliebe nur ein beschnittener Rest im Filter — ein oberes Seitenband entsteht so nicht.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AF307

Kniff: Der Ring ist symmetrisch aufgebaut, und der Einstellwiderstand in der Trägerleitung ist genau dafür da, diese Symmetrie fein abzugleichen. Bei Symmetrie hebt sich der Träger am Ausgang auf, während die Mischprodukte übrig bleiben — Träger unterdrückt, beide Seitenbänder vorhanden. Das ist Zweiseitenband-AM ohne Träger. Ein Seitenband zu entfernen wäre der nächste Schritt und bräuchte ein steiles Filter, das hier fehlt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• LSB-Signalen. – Der Ringmodulator liefert beide Seitenbänder. Um das untere allein zu behalten, müsste ein steilflankiges Seitenbandfilter folgen; der einfache Schwingkreis am Ausgang liegt auf der Trägerfrequenz und kann die beiden Seitenbänder nicht trennen.
• frequenzmodulierten Signalen. – Für FM müsste die Frequenz gezogen werden, etwa über eine Kapazitätsdiode im Oszillatorkreis. Hier wird das Trägersignal von außen eingespeist und die Dioden können nur seine Amplitude beeinflussen.
• phasenmodulierten Signalen. – Auch dafür bräuchte es ein von der NF gesteuertes Phasenglied. Der Ring schaltet nur um und ändert damit Amplitude und Vorzeichen, nicht die Phase eines durchlaufenden Trägers — der Träger ist am Ausgang sogar unterdrückt.

Kniff: Der Träger kommt am Schleifer von R₁ herein und teilt sich von dort auf die obere und die untere Hälfte des Diodenrings auf. Beide Hälften sollen ihn gleich groß und gegenphasig sehen, dann hebt er sich im Ausgangskreis auf und übrig bleiben nur die beiden Seitenbänder. Gleich groß stellt man mit R₁ ein (Betrag), gleiche Phase mit C₁, der die unvermeidlichen Streukapazitäten der einen Hälfte ausgleicht. Zwei Einsteller, weil eine Auslöschung immer beides braucht: Betrag und Phase.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie dienen zum Ausgleich von Frequenzgangs- und Laufzeitunterschieden. – Das ist die Aufgabe von Entzerrern und Allpässen im NF-Zweig, etwa bei der Phasenmethode. Ein einzelner Stellwiderstand und ein Drehkondensator im Trägerzweig können keinen Frequenzgang geradebiegen.
• Sie dienen zur Einstellung des Frequenzhubes mit Hilfe der ersten Trägernullstelle. – Frequenzhub und erste Trägernullstelle gehören zur Frequenzmodulation. Hier gibt es keine; ein Ringmodulator erzeugt ein DSB-Signal, und die Elemente liegen im Trägerzweig.
• Sie dienen zur Einstellung des Modulationsgrades des erzeugten DSB-Signals. – Ein Modulationsgrad setzt einen vorhandenen Träger voraus. Beim DSB-Signal des Balancemodulators ist der Träger gerade weg — R₁ und C₁ sorgen dafür, dass er möglichst vollständig verschwindet, und stellen kein Verhältnis zu ihm ein.

Kniff: Auf die Polung schauen: der Katodenstrich liegt oben, am Knoten mit der positiven Spannung. Die Diode ist damit gesperrt und leitet nie. Eine gesperrte Diode ist aber kein toter Bauteil, sondern eine Kapazität, die mit der Sperrspannung ihren Wert ändert. Die NF verschiebt diese Sperrspannung, die Kapazität wandert mit und zieht den Schwingkreis in der Frequenz — das ist Frequenzmodulation. Die Drossel am Eingang hält die HF aus der NF-Leitung heraus, der Widerstand nach + liefert die Sperrspannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie stabilisiert die Betriebsspannung für den Oszillator, um diesen von der Stromversorgung der anderen Stufen zu entkoppeln. – Zum Stabilisieren müsste die Diode im Durchbruch arbeiten und quer über der Betriebsspannung liegen, also vom Pluspunkt nach Masse. Sie liegt aber hinter einem Koppelkondensator am Signalknoten, und durch den Widerstand fließt nur der winzige Sperrstrom. Entkoppelt wird hier nichts.
• Sie begrenzt die Amplituden des Eingangssignals und vermeidet so die Übersteuerung der Oszillatorstufe. – Begrenzen könnte nur eine Diode, die leitet — dafür bräuchte es zwei gegensinnig gepolte Dioden oder eine in Durchlassrichtung. Diese eine ist gesperrt und bleibt es; sie schneidet nichts ab.
• Sie dient zur Erzeugung von Amplitudenmodulation in Abhängigkeit von den Frequenzen im Basisband. – Die Diode sitzt am Schwingkreis, der die Frequenz bestimmt, und verändert dessen Kapazität. Damit wandert die Frequenz, nicht die Amplitude. Für AM müsste die NF die Amplitude des Trägers steuern — hier ändert sie nur seine Frequenz.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AF310

Vervielfachen heißt Oberschwingungen erzeugen und die gewünschte auswählen. Oberschwingungen entstehen nur in einer nichtlinearen Stufe — dort wird die Kurvenform verzerrt.

Kniff: Es ist derselbe Vorgang, der bei einer Endstufe unerwünscht ist: Verzerrung erzeugt Vielfache. Hier wird sie absichtlich herbeigeführt und das gewünschte Vielfache herausgefiltert.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Das jeweils um plus und minus 90° phasenverschobene Signal wird einem additiven Mischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt. – Ein Mischer aus zwei phasenverschobenen Fassungen desselben Signals ergibt Summe und Differenz — die Differenz wäre null, die Summe die doppelte Frequenz. Als allgemeines Vervielfachungsverfahren taugt das nicht.
• Das jeweils um plus und minus 90° phasenverschobene Signal wird einem multiplikativen Mischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt. – Dasselbe Problem: Damit ließe sich allenfalls verdoppeln, nicht beliebig vervielfachen.
• Das Signal wird gefiltert und einem Ringmischer zugeführt, der die gewünschte Oberschwingungen erzeugt. – Der Ringmischer unterdrückt gerade die unerwünschten Produkte. Zum Erzeugen von Oberschwingungen ist er der falsche Baustein.

Kniff: Zwei Zahlen in der Zeichnung verraten alles: 288 MHz sind genau 3 · 96 MHz. Dazu passt die Basis, die nur über 3,3 kΩ an Minus liegt und damit keine Vorspannung in den leitenden Bereich erhält — der Transistor arbeitet im C-Betrieb und liefert kurze Stromspitzen, die reich an Oberwellen sind. Der abgestimmte Kollektorkreis greift davon die dritte heraus.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Frequenzteiler – Ein Teiler gäbe eine niedrigere Frequenz ab, etwa 48 oder 32 MHz. Hier steht am Ausgang die dreifache Eingangsfrequenz, und Zählstufen oder Kippschaltungen sind nicht vorhanden.
• Oszillator – Ein Oszillator erzeugt seine Frequenz selbst und braucht keinen Eingang. Hier werden 96 MHz von links eingespeist, und vom Ausgangskreis führt keine Rückkopplung auf die Basis.
• Selbstschwingende Mischstufe – Dafür müsste die Stufe zusätzlich selbst schwingen, also einen eigenen frequenzbestimmenden Kreis mit Rückkopplung an der Basis haben. Es gibt nur die eine zugeführte Frequenz, und der Ausgang ist genau deren dritte Oberwelle — nichts, was aus einer Mischung mit einer zweiten Frequenz entstünde.

Ein Vervielfacher arbeitet absichtlich nichtlinear und ist deshalb voller Oberschwingungen — nicht nur der gewünschten. Diese Frequenzen dürfen nicht nach außen gelangen.

Kniff: Was innen entsteht, darf nicht hinaus. Abschirmen ist deshalb keine Feinheit, sondern Voraussetzung — die ungewollten Vielfachen liegen oft mitten in anderen Bändern.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sie sollten unbedingt im linearen Kennlinienabschnitt betrieben werden – Dann entstünden gar keine Oberschwingungen und die Stufe könnte nicht vervielfachen. Nichtlinearität ist hier gewollt.
• Sie sollten am Ausgang ein Hochpassfilter für das vervielfachte Signal besitzen. – Ein Hochpass ließe alle höheren Vielfachen mit durch. Gebraucht wird ein Bandpass, der genau das gewünschte auswählt.
• Sie sollten sehr gut gekühlt werden. – Vervielfacher arbeiten mit kleinen Leistungen. Wärme ist dort kein Thema.

Bei einer Vervielfacherkette entsteht hinter jeder Stufe ein eigener Zwischenstand. Eine Störung kann auf jedem dieser Zwischenstände abgestrahlt werden — nicht nur am Ende.

Lösungsweg:

1. 144 MHz / 12 MHz = 12, also muss ein Zwischenstand bei 12-fach liegen
2. 2 · 2 · 3 = 12 — Zwischenstufen: 24, 48, 144 MHz
3. danach · 3 = 432 MHz
4. Die anderen Reihenfolgen ergeben 24/72/216 oder 36/72/216 oder 36/108/216 — nie 144

Kniff: Die Reihenfolge der Faktoren entscheidet, obwohl das Produkt immer gleich ist. Gesucht ist die Kette, bei der unterwegs einmal genau 144 MHz entsteht — also 12 mal 12.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Grundfrequenz ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 3 ⋅ 2 – Zwischenstände: 24, 72, 216 MHz. 144 MHz kommt darin nicht vor.
• Grundfrequenz ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 2 – Zwischenstände: 36, 72, 216 MHz. Auch hier kein 144 MHz.
• Grundfrequenz ⋅ 3 ⋅ 3 ⋅ 2 ⋅ 2 – Zwischenstände: 36, 108, 216 MHz. Ebenfalls nicht dabei.

Ausführlicher Rechen- bzw. Lösungsweg im Lehrgang des DARC: 50ohm.de/AF314