diff --git a/contents/sections/9600_port.md b/contents/sections/9600_port.md new file mode 100644 index 0000000..844f25c --- /dev/null +++ b/contents/sections/9600_port.md @@ -0,0 +1,26 @@ +--- + +Viele Funkgeräte verfügen über einen sogenannten DATA-Anschluss, der häufig auch als *DATA* oder *9600 Baud* gekennzeichnet ist, wie in Abbildung [ref:e_9600_port] dargestellt. Dieser Port wurde ursprünglich für Packet-Radio-Anwendungen entwickelt, die heute weitgehend durch HAMNET abgelöst wurden. Nichtsdestotrotz lässt sich dieser Anschluss auch für andere Verfahren nutzen, etwa für das digitale Sprachübertragungsverfahren M17. In diesem Fall wird ein entsprechendes Modem – oft auch als TNC bezeichnet – angeschlossen, wie in Abbildung [ref:m17_tnc] dargestellt. + + +[photo:303:e_9600_port:Funkgerät mit DATA-Port] +[photo:185:m17_tnc:Module M17 ein TNC für das M17 Übertragungsverfahren] + + +Der 9600-Baud-Anschluss bietet eine direkte Verbindung zum Modulator und Demodulator des Transceivers, um die Signale mit hoher Präzision und geringen Verzerrungen zu verarbeiten. Er umgeht den Audiopfad des Transceivers, der normalerweise für Sprachübertragung optimiert ist und daher bei digitalen Signalen Einschränkungen hat. Für höhere Datenraten, wie sie z. B. im 9600-Baud-Packet-Radio (AX.25-Protokoll) verwendet werden, ist es notwendig, den gesamten Audiopfad mit seinen begrenzten Frequenzgang und Filterungen zu umgehen (z.B. Mikrofonfilter und Vorverstärker). Der Audio-Pfad eines Transceivers ist normalerweise auf Sprachsignale abgestimmt und hat eine eingeschränkte Bandbreite, die oft zwischen 300 und 3000 Hz liegt. Diese Bandbreite reicht nicht aus, um 9600 Baud zuverlässig zu übertragen, da eine so hohe Rate eine größere Signalbreite benötigt. Über den Datenanschluss werden die Signale ohne die Filter, DSP-Verarbeitung und den De-Emphasis-Prozess übertragen, die im Audiopfad vorhanden sind. Das reduziert Verzerrungen und Latenzen, was für digitale Übertragungen kritisch ist, um die Fehlerquote zu minimieren. + +Zusammengefasst: Der 9600-Baud-Anschluss ist speziell dafür gedacht, digitale Daten direkt und ohne die Einschränkungen des Audio-Wegs zu verarbeiten, was für zuverlässige und effiziente Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung erforderlich ist. + + +--- + +In den Folgenden Fragen wird ein FM transceiver verwendet. Zum Senden sollten der DATA-Port vor den FM-Modulator angeschlossen werden und beim Empfang nach dem FM-Demodulator. + +[question:EF309] +[question:EF219] + + +Warum eigentlich 9600 Baud? + +Das 9600 Baud (9,6 kbit/s, wenn eine Modulation mit einem Bit pro Symbol verwendet wird) ist eine gängige Geschwindigkeit für digitale Kommunikation im Amateurfunk, insbesondere im Packet-Radio. Diese Datenrate stellt einen Kompromiss zwischen erreichbarer Geschwindigkeit und der technischen Machbarkeit im VHF/UHF-Frequenzbereich dar, wo die meisten FM-Transceiver arbeiten. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/N_Ende.md b/contents/sections/N_Ende.md new file mode 100644 index 0000000..1e7cd1a --- /dev/null +++ b/contents/sections/N_Ende.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Gratulation! Du hast den Kurs nun erfolgreich abgeschlossen. Falls noch nicht geschehen, solltest du dich jetzt gezielt mit einer Lern-App oder einem Prüfungstrainer auf die Amateurfunkprüfung vorbereiten. Der DARC bietet hierfür z. B. die Trainingsapp [50ohm](https://app.darc.de) an. Auch die Anmeldung zur Prüfung solltest du möglichst zeitnah vornehmen, da die verfügbaren Termine häufig begrenzt sind. Alle wichtigen Informationen zur Anmeldung und zum Ablauf der Prüfung findest du im Menüpunkt [Prüfung](https://50ohm.de/pruefung.html). Nach bestandener Prüfung bei der Bundesnetzagentur kannst du anschließend dein persönliches Rufzeichen beantragen und offiziell am Amateurfunkbetrieb teilnehmen. + + +[photo:329:n_team:50ohm.de-Team] + + +Dieser Kurs wurde dir kostenlos vom DARC e. V. zur Verfügung gestellt und von vielen ehrenamtlichen [Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern erarbeitet](https://50ohm.de/infos.html#contributors). Der DARC ist der größte Amateurfunkverband in Deutschland und vertritt die Interessen der Funkamateurinnen und Funkamateure gegenüber Behörden, Politik und anderen Funkdiensten. Eine [Mitgliedschaft im DARC](https://www.darc.de/mitgliedschaft/mitglied-werden/) bedeutet, diese Arbeit aktiv mitzutragen: von Ausbildung und Nachwuchsförderung über technische Entwicklung bis hin zur Sicherung unserer Frequenzen und Betriebsarten. Wer Amateurfunk langfristig erhalten und weiterentwickeln möchte, findet im DARC die gemeinsame organisatorische Basis dafür. Wir würden uns freuen, wenn du dich in Zukunft in unserem Verein engagierst und gemeinsam mit uns die Community voranbringst. + +Am einfachsten findest du Kontakt zu anderen Funkamateuren in deiner Nähe, indem du nach einem DARC-Ortsverband (OV) suchst. Auf dieser [Seite](https://50ohm.de/ov) kannst du den nächstgelegenen OV anhand deiner Postleitzahl finden. Jeder Ortsverband besitzt einen sogenannten *Distriktsortskenner* (DOK), zum Beispiel *B17* oder *D23*. Dabei steht der Buchstabe für den Distrikt, die Zahl für die laufende Nummer des Ortsverbands innerhalb dieses Distrikts. Der DARC ist insgesamt in [24 Distrikte](https://www.darc.de/der-club/distrikte/) gegliedert. Die Mitglieder vor Ort können dir den Einstieg ins Hobby erleichtern und viele praktische Fragen beantworten. Darüber hinaus gibt es auch online zahlreiche Möglichkeiten zum Austausch, etwa den [DARC-Chat](https://chat.darc.de), den [DARC-Treff](https://treff.darc.de) oder die eigene [Mastodon-Instanz](https://social.darc.de), über die du dich mit anderen Funkamateuren vernetzen kannst. + +Sobald du deine Prüfung geschafft hast, eröffnet sich eine Vielzahl spannender Spielfelder, in denen du dich austoben kannst. Von Contesten über Selbstbau, Notfunk oder Portabel- und Outdoorfunk – um nur einige zu nennen – gibt es zahlreiche Aktivitäten, mit denen du dich als frisch gebackene Funkamateurin oder Funkamateur beschäftigen kannst. Dabei gilt oft die Devise: *Nach der Prüfung ist vor der Prüfung*, denn es gibt noch sehr viel zu entdecken und zu lernen, weit über den reinen Prüfungsstoff hinaus. Der DARC unterstützt dabei auch durch verschiedene Weiterbildungs- und Austauschformate, wie zum Beispiel den [Dienstags-Treff](https://treff.darc.de) oder das [AFUBarcamp](https://afubarcamp.de). Darüber hinaus bieten DARC-Veranstaltungen wie die *HAM RADIO* in Friedrichshafen am Bodensee mit über 10.000 gleichgesinnten Besucherinnen und Besuchern oder der *Funk.Tag* in Kassel hervorragende Möglichkeiten zum persönlichen Austausch und zum Kennenlernen der Amateurfunk-Community. Eine weitere schöne Gelegenheit, möglichst viele Bereiche des Amateurfunks auszuprobieren, ist die jährliche [HAM-Challenge](https://www.hamchallenge.org). + +Viel Spaß mit deinem neuen Hobby wünschen stellvertretend für das *50ohm.de-Team* + +Lars DC4LW und Matthias DL9MJ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/abtasttheorem.md b/contents/sections/abtasttheorem.md new file mode 100644 index 0000000..068f487 --- /dev/null +++ b/contents/sections/abtasttheorem.md @@ -0,0 +1,16 @@ + +Sehen wir uns nun den Prozess des Samplings mal etwas genauer an und rufen uns noch einmal das vorgenannte Beispiel der Kamera, die in bestimmten Abständen Bilder einer Szene aufnimmt, ins Gedächtnis. Nehmen wir zum Beispiel an, dass unsere Kamera 24 Bilder pro Sekunde einer bestimmten Szene aufnimmt. Wenn man sich nun z. B. vorstellt, dass wir einen Läufer beim Laufen filmen, so werden wir feststellen, dass zwischen den einzelnen Bildern immer eine ruckartige Bewegung der Beine und des Körpers unseres Läufers gegenüber dem vorigen Bild stattfindet. Lassen wir die Bilder zeitlich schnell hintereinander ablaufen, entsteht ein optisch kontinuierlicher Bewegungsablauf. Die Information, die wir bei 24 Bildern pro Sekunde erfassen, ist jedoch zeitlich begrenzt (merke: zeitdiskret). Was wäre wenn nun zwischen 2 aufeinanderfolgenden Bildern plötzlich eine Fliege schnell vor der Linse unserer Kamera hindurchfliegt? Würden wir dies noch wahrnehmen können? Dies hängt davon ab, ob die Fliege den richtigen Zeitpunkt zwischen zwei Bildern für ihren Durchflug wählt. Würde sie erst nach Aufnahme eines Bildes in den Sichtbereich der Kamera kommen und diesen vor Aufnahme des darauffolgenden Bildes bereits wieder verlassen haben, so könnten wir dieses Ereignis in den von uns aufgenommenen Bildern nicht nachvollziehen. Es bliebe uns Information verborgen. + +Genauso verhält es sich mit dem Sampling bei analogen Signalen. Werden diese mit einer bestimmten Abtastrate erfasst (gesampelt), so können wir zeitlich schnelle Änderungen des Signals zwischen 2 Samples ggf. nicht mehr erfassen. Sampling bedeutet somit auch immer einen Verlust an zeitlicher Information. Nun kann man sich überlegen, welche zeitliche Auflösung erforderlich ist, um ein analoges Signal einer bestimmten Frequenz (Wechsel der Signalamplitude pro Sekunde) noch ohne Verlust von Information (alle Wechsel sollen erfasst werden) abzutasten. Hierfür kann man folgende Überlegung anstellen. Um mindestens jeden Wechsel des Signals einwandfrei erfassen zu können, muss man (wie bei unserem vorgenannten Beispiel mit der Kamera), in der Lage sein sicherzustellen, dass mindestens vor und nach jedem Wechsel des Signals ein Sample genommen wird. Im Fall unserer Fliege, die durch das Bild fliegt, wäre die Voraussetzung, dass die Fliege nur so schnell durch das Bild fliegen darf, dass sie mindestens auf 2 Bildern zu sehen ist. Ansonsten könnte man nicht sagen, von wo sie durch das Bild geflogen ist und in welche Richtung. Ist diese Voraussetzung nicht erfüllt, entgeht uns diese Information. Man spricht in diesem Fall auch davon, dass eine fehlerfreie Rekonstruktion nicht möglich ist. + +Man kann mathematisch zeigen, dass für die Erfassung eines Signals mit der höchsten vorkommenden Frequenz $f_\mathrm{max}$ die Abtastrate mehr als das Doppelte, also etwas mehr als $2 \cdot f_\mathrm{max}$, betragen muss, damit wir unser Signal wieder einwandfrei rekonstruieren können. Ansonsten treten sogenannte Alias-Effekte, bzw. Aliasing-Effekte auf. Diese Erkenntnis nennt sich in der digitalen Signalverarbeitung auch Abtasttheorem und ist nach dessen Entdeckern Nyquist und Shannon auch als Nyquist-Shannon-Abtasttheorem bekannt. + +[question:AF617] + +[question:AF616] + +[question:AF618] + +Nehmen wir ein praktisches Beispiel wie im Fall unseres CD-Players, der mit einer Abtastrate von z. B. 44,1 ksps arbeitet. Wenn man das Abtasttheorem wie oben beschrieben zugrunde legt, bedeutet dies, dass mit einer Abtastrate von 44,1 ksps nur Frequenzen unterhalb von 22,05 kHz abgebildet werden können. Somit können Frequenzen bis ca. 22 kHz noch korrekt abgebildet werden. Dies entspricht dem HiFi-Frequenzbereich von guten Stereoanlagen. Merke: Die Abtastfrequenz sollte daher immer knapp über dem 2-Fachen der maximal zu verarbeitenden Frequenz des Eingangssignals liegen. + +[question:AF619] diff --git a/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_1.md b/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_1.md new file mode 100644 index 0000000..2c07db6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_1.md @@ -0,0 +1,22 @@ +Häufig wird die Strahlungsleistung allerdings gar nicht auf den Halbwellendipol bezogen, sondern auf einen sogenannten *Kugelstrahler*, der fachsprachlich auch als *isotroper Strahler* bezeichnet wird. + +Beim isotropen Strahler handelt es sich um eine Antenne, die nur in der Theorie existiert. Sie ist unendlich klein - kleiner als ein Stecknadelkopf. Die Funkwellen werden von dieser theoretisch in alle Richtungen mit gleicher Stärke abgestrahlt. Der isotrope Strahler hat also keine Hauptstrahlrichtung. + + +[picture:751:n_Kugelstrahler:Isotroper Strahler in der Mitte einer Kugel, der an allen Stellen der Kugeloberfläche die gleiche Strahlungsleistung erzeugt] + + +Wird die Strahlungsleistung auf den isotropen Strahler bezogen angegeben, dann spricht man von der "äquivalenten isotropen Strahlungsleistung". Dies wird nach dem englischen Begriff "equivalent isotropic radiated power" mit EIRP abgekürzt. + +--- + +Die Berechnung erfolgt bei EIRP vom Prinzip her genauso wie bei ERP: Hat eine Antennen einen Gewinnfaktor von 3 bezogen auf den isotropen Strahler, dann strahlt diese Antenne in Hauptstrahlrichtung dreimal so stark wie ein isotroper Strahler in jede beliebige Richtung. Gibt man 5 W Sendeleistung in eine Antenne mit einem Gewinnfaktor von 3 gegenüber dem isotropen Strahler ein, dann hat diese eine Strahlungsleistung von 15 W EIRP. + + +Ein Halbwellendipol hat übrigens einen Gewinnfaktor von 1,64 gegenüber dem isotropen Strahler. Mit diesem Wert kann man auch zwischen dem Gewinnfaktor bezogen auf den Halbwellendipol und dem Gewinnfaktor bezogen auf den isotropen Strahler umrechnen. Hat eine Antenne einen Gewinnfaktor von 2 gegenüber dem Halbwellendipol, hat sie einen Gewinnfaktor von $2 \cdot 1,64 = 3,28$ gegenüber dem Kugelstrahler. + + +[question:NG402] + + + diff --git a/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_2.md b/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_2.md new file mode 100644 index 0000000..507ddac --- /dev/null +++ b/contents/sections/aequivalente_isotrope_strahlungsleistung_eirp_2.md @@ -0,0 +1,201 @@ +In der Klasse N haben wir bereits den isotropen Strahler (vgl. Abbildung [ref:e_Kugelstrahler]) kennengelernt. Der isotrope Strahler ist keine reale Antenne, er ist ein physikalisches Modell für einen Strahler, der die Energie in alle Richtungen des Raumes gleichmäßig abstrahlt. + +Die Äquivalente Isotrope Strahlungsleistung (EIRP) einer realen Antenne bezieht sich auf den isotropen Strahler. Mit anderen Worten, die Strahlungsleistung einer realen Antenne wird mit der Strahlungsleistung des isotropen Strahlers verglichen. Für die abgestrahlte Leistung ist nur die Energie relevant, die tatsächlich an der Antenne ankommt. Durch Kabeldämpfung etc. kann die Leistung des Senders in der realen Welt nicht vollständig der Antenne zugeführt werden. Diese verlorene Leistung darf nicht in die Berechnung der Stahlungsleistung eingehen. Der Antennengewinn in der Vorzugsrichtung ist natürlich Teil der Rechnung. In Formeln bedeutet das: + +$P_\text{EIRP} = (P_\text{Sender} - P_\text{Verluste}) \cdot G_\text{Antenne}$ + +Wobei $G$ hier den Antennengewinn darstellt. EIRP also ist das Produkt aus der Leistung, die unmittelbar der Antenne zugeführt wird, und ihrem Gewinn in einer Richtung, bezogen auf den isotropen Strahler. + + +[picture:751:e_Kugelstrahler:Isotroper Strahler in der Mitte einer Kugel, der an allen Stellen der Kugeloberfläche die gleiche Strahlungsleistung erzeugt] + + + +Vor der Prüfung sollte man sich gut mit seinem Taschenrechner vertraut machen. Die Berechnungen und die Formeln bei den verschiedenen Fragen sollten immer wieder geübt werden, damit man das Gerät und die Rechenschritte in der Prüfung sicher beherrscht. + + +[question:EG501] + +Bei der nächsten Frage ist unbedingt auf die Rechenzeichen zu achten. Die Verluste werden von der Sendeleistung *subtrahiert* und danach mit dem Gewinnfaktor ($G_{Antenne}$) *multipliziert*. Da die EIRP berechnet werden soll, muss der Bezug auf den isotropen Strahler erfolgen. + +[question:EG502] + +--- + +Im Kapitel zu Dezibel haben wir gelernt, dass es sinnvoll ist, mit dB-Werten zu rechnen, da sich viele Berechnungen dadurch deutlich vereinfachen. Verstärkungen und Dämpfungen lassen sich in Dezibel einfach addieren beziehungsweise subtrahieren. Abbildung [ref:e_verstaerkung_daempfung] zeigt eine Funkanlage mit mehreren Verstärkungs- und Dämpfungsgliedern. Die Gesamtverstärkung dieser Anlage ergibt sich durch Addition der einzelnen Beiträge zu $\qty{-2}{\dB} + \qty{6}{\dB} - \qty{3}{\dB} + \qty{2}{\dB} = \qty{3}{\dB}$, was einem Leistungsfaktor von 2 entspricht. + + +[picture:439:e_verstaerkung_daempfung:Verstärkungen und Dämpfungen in einer Funkanlage] + + +--- + +Die folgenden Fragen erfordern die Berechnung der EIRP. Hierfür kann entweder direkt eine Formel verwendet werden, oder die Aufgaben lassen sich – mit etwas Übung – vollständig im Kopf lösen. Im Folgenden möchten wir daher meist beide Vorgehensweisen aufzeigen. + +Die Formel zur Berechnung der EIRP ergibt sich aus der Formelsammlung und lautet: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}}$ + + +Man erhält die Formel für $P_\text{EIRP}$, indem man die Gewinnformel aus der Formelsammlung entsprechend umstellt: + +$g = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right) \unit{\dB}$ + +Da zusätzlich eine Dämpfung $a$ berücksichtigt werden muss, wird diese vom Antennengewinn abgezogen. Für $P_1$ setzen wir die Senderleistung $P_\text{Sender}$ ein, da sie die Eingangsleistung darstellt, und für $P_2$ entsprechend $P_\text{EIRP}$, da dies die resultierende Ausgangsleistung ist. + +$g-a = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{P_\text{EIRP}}{P_{Sender}}\right) \unit{\dB} \quad\quad\quad | : \qty{10}{\dB}$ + +Wir teilen auf beiden Seiten durch $\qty{10}{\dB}$: + +$\frac{g-a}{\qty{10}{\dB}} = \log_{10}\left(\frac{P_\text{EIRP}}{P_{Sender}}\right) \quad\quad\quad | 10^x$ + +Danach wenden wir auf beiden Seiten $10^x$ an um den Logarithmus aufzulösen: + +$10^{\frac{g-a}{\qty{10}{\dB}}} = \frac{P_\text{EIRP}}{P_{Sender}} \quad\quad\quad | \cdot P_{Sender}$ + +Durch Multiplikation von P_{Sender} ergibt sich die benötigte Formel: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}}$ + + +Dabei ist $g_i$ der Antennengewinn bezogen auf den isotropen Strahler, während $a$ die Dämpfung durch Kabel und Anpassgeräte beschreibt. + +[question:EG503] + +Der erste Rechenweg nutz die oben angesprochene Formel. Da es keine Leistungsverluste gibt ist die Dämpfung $a=0$ und die Formel vereinfacht sich zu: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}}= \qty{250}{\milli\watt} \cdot 10^{\frac{\qty{26}{dBi}}{\qty{10}{\dB}}}= \qty{250}{\milli\watt} \cdot 398 \approx \qty{100}{\watt}$ + +--- + +Der zweite mögliche Rechenweg nutzt die Tatsache, dass man dB-Werte "zerlegen" kann. In der Frage beträgt der Antennengewinn $g = \qty{26}{dBi}$. In der Formelsammlung findet sich in Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] eine Übersicht über Leistungsfaktoren für wichtige dB-Werte. Für $\qty{26}{\dB}$ gibt es dort keinen direkten Eintrag. Da sich Pegel in Dezibel jedoch addieren lassen, kann man den Wert sinnvoll aufteilen: + +$\qty{26}{\dBi} = \qty{20}{\dBi} + \qty{6}{\dBi}$ + + +| c:dB | c:≈ Leistungsfaktor | +| 0 | 1 | +| 1,5 | $\sqrt{2} = 1,41$ | +| 2,15 | 1,64 | +| 3 | 2 | +| 5 | $\sqrt{10} = 3,16$ | +| 6 | 4 | +| 10 | 10 | +| 20 | 100 | +[table:e_dezibel_leistungsfaktoren:Wichtige Leistungsfaktoren in dB] + + +Für $\qty{20}{\dB}$ ist in der Tabelle ein Leistungsfaktor von 100 angegeben, für $\qty{6}{\dB}$ ein Faktor von 4. Damit lässt sich die äquivalente isotrope Strahlungsleistung sehr einfach berechnen: + +$P_\text{EIRP} = \qty{250}{\milli\watt} \cdot 100 \cdot 4 = \qty{100}{\watt}$ + +Die richtige Antwort ist also 100 W EIRP. + +Bei der nächsten Frage können wir genauso vorgehen wie bei der vorhergehenden Frage. + +[question:EG504] + +--- + +Für viele Funkamateure ist es schwierig den notwendigen Sicherheitsabstand bei einer Sendeleistung von z.B. $\qty{100}{\watt}$ einzuhalten. Der QRP-Betrieb ist in diesen Fällen eine Lösung. Bleibt man mit der Strahlungsleistung unter der 10-W-EIRP-Grenze, kann die Anzeige einer ortsfesten Amateurfunkanlage nach § 9 BEMFV entfallen. Auch bei einem nicht-QRP-Gerät kann man die Ausgangsleistung auf einen bestimmten Wert reduzieren, wie in Abbildung [ref:e_ausgangsleistung_ic] dargestellt. + + +[photo:229:e_ausgangsleistung_ic:Bei vielen Transeiver lässt sich die Ausgangsleistung stufenlos, oder wie hier beim IC-705 in kleinen Schritten einstellen.] + + +[question:EG511] + +Die in dieser Frage angegebene Vertikalantenne hat einen Gewinn von $g=\qty{5,15}{\dBi}$, die Kabelverluste werden vernachlässigt d.h. $a = 0$. Hätte die Antenne keinen Gewinn ($\qty{0}{\dBi}$) müsste die Sendeleistung einfach auf maximal $\qty{10}{\watt}$ beschränkt werden. Die Strahlungsleistung wäre dann nur $\qty{10}{\watt}$ EIRP. Da aber ein Antennengewinn von $\qty{5,15}{\dBi}$ vorhanden ist, muss die Sendeleistung entsprechend abgesenkt werden. Die Sendeleistung muss mindesten $\qty{5,15}{\dBi}$ geringer als $\qty{10}{\watt}$ sein. + +Auch hier gibt es wieder zwei mögliche Rechenwege. Beginnen wir mit dem Weg über die bekannte Formel. In dieser Aufgabe ist jedoch nicht die Strahlungsleistung $P_\text{EIRP}$ gesucht, sondern die Sendeleistung $P_\text{Sender}$. Daher müssen wir die Formel entsprechend umstellen: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}} \quad\quad\quad | : 10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}}$ + +So ergibt sich: + +$ P_\text{Sender} = \frac{P_\text{EIRP}}{10^{\frac{g_i-a}{\qty{10}{\dB}}}} $ + +Wir setzen die Werte ein: + +$ P_\text{Sender} = \frac{\qty{10}{\watt}}{10^{\frac{\qty{5,15}{\dBi}}{\qty{10}{\dB}}}} = \frac{\qty{10}{\watt}}{3,27} \approx \qty{3,05}{\watt} $ + +Die Berechnung mit dem Taschenrechner ergibt $\qty{3,05}{\watt}$. Mit einer Begrenzung auf $\qty{3}{\watt}$ hält man den Grenzwert von kleiner $\qty{10}{\watt}$ EIRP ein. + +Der Zweite Rechenweg geht wieder über die Zerlegung der dB-Werte. Schaut man sich den Wert $g=\qty{5,15}{\dBi}$ an so erkennt man, dass man diesen Wert in + +$\qty{5,15}{\dBi} = \qty{3}{\dBi} + \qty{2,15}{\dBi}$ + +zerlegen kann. In der Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] findet man den Faktor für $\qty{2,15}{\dBi}$ als $1,64$. Somit ergibt sich für die maximale Sendeleistung: + +$P_{Sender} = \frac{\qty{10}{\watt}}{2\cdot 1,64} = \frac{\qty{10}{\watt}}{3.28} \approx \qty{3}{\watt}$ + +Wie zu erwarten kommen wir hier zum gleichen Ergebnis. Mit $\qty{3}{\watt}$ ist man auf der sicheren Seite. + +Die nächste Frage könnte man wieder mit der Formelsammlung lösen, in dem man für $a=\qty{1}{\dB}$ einsetzt, aber es geht ganz einfach im Kopf. + +[question:EG505] + +Wie ganz am Anfang des Abschnitts beschrieben, wird für die Strahlungsleistung EIRP der Antennengewinn ($\qty{11}{\dBi}$) und die Leistung berücksichtigt, die tatsächlich an der Antenne ankommt. Die Sendeleistung wird durch das Kabel um $\qty{1}{\dB}$ gedämpft, das gesamte Antennensystem hat real einen Gewinn von $\qty{10}{\dBi}$. In unserer Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] in der Formelsammlung wird für $\qty{10}{\dB}$ der Faktor $10$ angegeben. Aus der Sendeleistung von $\qty{100}{\watt}$ wird eine Strahlungsleistung von $\qty{1000}{\watt}$. + +Für die nächste Frage muss man darauf achten, dass eine Dipol-Antenne verwendet wird. Auch sie kann ganz einfach im Kopf gerechnet werden. + +[question:EG506] + +Der Gewinn einer Dipol-Antenne gegenüber dem Kugelstrahler beträgt $\qty{2,15}{\dB}$. Dies entspricht dem Faktor von $1,64$. Dies steht auch in der Formelsammlung: + +$P_{EIRP} = P_{ERP} + \qty{2,15}{\dB}$ + +bzw als Faktor: + +$P_{EIRP} = P_{ERP} \cdot 1,64$ + +Wobei $P_{ERP}$ die Strahlungsleistung bezogen auf den Dipol darstellt. + +Der Gewinn des Dipols beträgt $\qty{2,15}{\dB}$, das entspricht hier exakt der Kabeldämpfung in der Frage. Beiden gleichen sich damit aus. Die Dipolantenne strahlt $\qty{75}{\watt}$ EIRP ab. + +In der nächsten Frage ist auch wieder ein Dipol als Antenne vorgegeben. + +[question:EG507] + +Gesucht ist die äquivalente isotrope Strahlungsleistung $P_\text{EIRP}$. Zunächst muss die Kabeldämpfung berücksichtigt werden. Eine Dämpfung von $\qty{10}{\dB}$ entspricht einem Leistungsverhältnis von $0,1$. Mit diesem Dämpfungsfaktor sowie dem Antennengewinnfaktor des Dipols von $1,64$ lässt sich die Strahlungsleistung anschließend berechnen. + +$P_\text{EIRP} = \qty{100}{\watt} \cdot 0,1 \cdot 1,64 = \qty{16,4}{\watt}$ + + +Für die nächste Frage findet sich in der Formelsammlung auch direkt eine Anwendbare Formel. Da wir eine Richtantenne haben deren Gewinn auf den Dipol angegeben ist (ERP) muss für die Berechung von $P_{EIRP}$ noch $\qty{2,15}{\dB}$ addiert werden: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}}$ + +[question:EG508] + +--- + +Durch Einsetzen in die Formel kann man die Frage schnell lösen. Es geht aber auch hier im Kopf. Rechnen wir den Gesamtgewinn des Systems aus und zerlegen das wieder entsprechend: + +$\qty{-2}{\dB} + \qty{5}{\dB} + \qty{2,15}{\dB} = \qty{3}{\dB} + \qty{2,15}{\dB}$ + +Nun können wir die Faktoren wieder aus der Tabelle ablesen: + +$P_\text{EIRP} = \qty{5}{\watt} \cdot 2 \cdot 1,64 = \qty{16,4}{\watt}$ + +Auch die nächste Frage kann genauso gelöst werden. Man muss nur darauf achten, dass der Gewinn bezogen auf den Dipol gegeben ist. + +[question:EG509] + +Wir rechnen wieder den Gesamtgewinn aus und zerlegen: + +$\qty{-1}{\dB} + \qty{11}{\dB} + \qty{2,15}{\dB} = \qty{10}{\dB} + \qty{2,15}{\dB}$ + +Nun können wir die Faktoren wieder aus der Tabelle ablesen: + +$P_\text{EIRP} = \qty{0,6}{\watt} \cdot 10 \cdot 1,64 = \qty{9,8}{\watt}$ + +In der nächsten Frage ist eine Antenne mit einem Gewinn von $\qty{0}{\dB}$ auf den Dipol bezogen angegeben. Das bedeutet nichts anderes als, dass es sich bei dieser Antenne um einen Dipol handelt. + +[question:EG510] + +Hier kann wieder die Folmel aus der Formelsammlung verwendet werden: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} = \qty{8,5}{\watt} \cdot 10^{\frac{0\qty{-1,5}{\dB}+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} = \qty{9,9}{\watt}$ + +Im Kopf kann man es auch überschlagen: Rechnet man wieder den Gesamtgewinn des Systems aus, so beträgt dieser nur $\qty{0,65}{\dB}$, also nicht einmal $\qty{1}{\dB}$. $\qty{1}{\dB}$ entspricht, laut unserer Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren], einem Faktor von $1,26$. Der Zielwert muss also zwischen $\qty{8,5}{\watt}$ und $\qty{10,71}{\watt}$ liegen. Nur die $\qty{9,9}{\watt}$ kommen also in Frage. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/afsk.md b/contents/sections/afsk.md new file mode 100644 index 0000000..4613d19 --- /dev/null +++ b/contents/sections/afsk.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Eine Sonderform der digitalen Modulation stellt das Audio Frequency Shift Keying (AFSK) dar. Im Gegensatz zu ASK steht hier das "A" nicht für Amplitude, sondern für Audio, also für hörbare Frequenzen (Niederfrequenz): Es wird eine Frequenzumtastung (FSK) im Bereich deutlich unter 20 kHz durchgeführt. Oftmals wird der Bereich von ca. 300 Hz bis 2700 Hz genutzt. + +Ein so erzeugtes AFSK-Signal kann genauso wie menschliche Sprache übertragen werden, sei es per Telefon oder per Sprechfunkgerät. Für eine Aussendung per Funk muss eine weitere Modulation stattfinden, beispielsweise per FM, AM oder SSB. Wird SSB eingesetzt, so ist das Signal auf dem Band nicht mehr von einem FSK-Signal zu unterscheiden. + + +*APRS* (Automatic Packet Reporting System) ist ein digitales Verfahren im Amateurfunk, mit dem Positions-, Status- und Kurznachrichten von Funkamateuren automatisch per Funk übertragen, weitergeleitet und häufig auch über das Internet dargestellt werden, vgl. [APRS.fi](50ohm.de/aprs). Auf $\qty{144,800}{\mega\hertz}$ nutzen Funkamateure AFSK mit FM-Funkgeräten für APRS-Aussendungen, die von Digipeatern weitergeleitet werden. + + +AFSK erreicht meist nur geringe Datenübertragungsraten. Es können also nur wenige Daten pro Zeit übertragen werden. Dafür funktioniert es mit fast jedem Funkgerät. Mikrofon- und Lautsprecheranschluss genügen. Bei APRS auf 144,800 MHz verwendet man beispielsweise eine Datenübertragungsrate von 1200 Bits pro Sekunde. + +[question:EE408] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/agc_1.md b/contents/sections/agc_1.md new file mode 100644 index 0000000..b7e80fb --- /dev/null +++ b/contents/sections/agc_1.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Die Automatische Verstärkungsregelung *(Automatic-Gain-Control, kurz AGC)* sorgt in Empfängern dafür, dass das NF-Ausgangssignal (Empfangslautstärke) auch bei schwankendem HF-Eingangssignal am Empfänger (z.B. wegen Fading) nahezu konstant bleibt und Lautstärke-Schwankungen verringert werden. Hierbei wird der Empfangspegel am Ausgang des Empfängerzweigs erfasst und die HF-Verstärkung ensprechend geregelt, so dass die Empfangslautstärke nach der Demodulation hierdurch beeinflusst werden kann. Hierbei ist die AGC nicht zu verwechseln mit der ALC (Automatic-Level-Control), welche sich im Sendezweig befindet. + + +[picture:1055:e_agc:AGC im Überlagerungsempfänger] + + +--- + +Die AGC kann, je nach Empfängerausstattung, bzgl. Ihres Ansprechverhaltens (Ansprechzeit, Abfallzeit) angepasst werden. Übliche Bezeichnungen hierfür sind AGC Slow, AGC Normal, AGC Fast, welche das zeitliche Ansprechverhalten skizzieren. Die Einstellung AGC-Slow oder Normal ist hierbei normalerweise für SSB-Betrieb sinnvoll. Bei Betrieb in Telegrafie (CW) ist normalerweise die Einstellung AGC-Fast oder Normal sinnvoll, damit hierbei starke Signale nicht schwache Signale überdecken können und die Regelung schnell nachführt. Für digitale Übertragungsverfahren kann es ggf. sinnvoll sein die AGC zu deaktivieren. + +[question:EF211] +[question:EF212] + + +Die AGC kann bei manchen Empfängern auch komplett deaktiviert werden. Dann ist eine Steuerung der HF-Verstärkung z.B. manuell durch Veränderung des RF-Gain-Reglers möglich. Dies ist jedoch nur für besondere Anwendungen (z.b. Übersteuerung des HF-Eingangsteils aufgrund von starken Signalen) sinnvoll, sowie ggf. für digitale Übertragungsverfahren. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/agc_2.md b/contents/sections/agc_2.md new file mode 100644 index 0000000..791aa20 --- /dev/null +++ b/contents/sections/agc_2.md @@ -0,0 +1,4 @@ +Bei starken Eingangssignalen wird durch die AGC die Verstärkung von Verstärkerstufen im Empfängerzweig reduziert und bei schwachen Eingangssignalen entsprechend erhöht. Hierdurch wird die Amplitude des demodulierten Signals und damit die Lautstärke des NF-Signals konstant gehalten. +Ohne eine AGC würden starke Signale die NF übersteuern und schwache Signale nur sehr leise in der NF hörbar sein. Die NF-Lautstärke müsste immer von Hand nachgeregelt werden. Die AGC gleicht somit die Dynamik des Empfangssignals aus und passt die Empfindlichkeit des Empfängerzweiges in Abhängigkeit der HF-Eingangssignale dynamisch an. + +[question:AF224] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/akku.md b/contents/sections/akku.md new file mode 100644 index 0000000..69b68ce --- /dev/null +++ b/contents/sections/akku.md @@ -0,0 +1,90 @@ +Neben den bekannten Bleiakku (Pb), Nickel-Metallhydrid (NiMH) verwenden auch wir in der Funktechnik z.B. bei Portabelbetrieb immer mehr Lithium-Eisen-Phosphat-Mischungen (LiFePO4). Doch schauen wir uns erstmal ein Akku und dessen Aufschriften in Abbildung [ref:a_akku_lifepo4] an. + +% TODO Bild LiFePO4 einfügen +[photo:175:a_akku_lifepo4:LiFePO4] + +* Kapazität: 4200 mAh +* Spannung: 4S1P / 13,2 V +* Entladung: 30C Constant / 40C Burst +* Balance Stecker: JST-XH +* Entlastung Stecker: 5.5mm Kugel-Stecker + +Die für uns wichtigsten Kenndaten sind die Nennspannung 13,2 V und die Verschaltung 4S1P. Das bedeutet, dass sich die Nennspannung von 13,2 V aus 4 in Serie bzw. Reihe und 1 mal parallel, also alle 4 in Serie geschalten sind. Überlicherweise besitzen LiFePO4 eine Zellnennspannung von 3,2 V bis 3,3 V. Und somit ergibt sich 3,3 V · 4 = 13,2 V · 1 = 13,2 V. + +--- + + +| l: Zellspannung | l: Bemerkung | +| 3,3 V | Nennspannung | +| 2,5 V | min. Spannung | +| 3,6 V | max. Spannung | +[table:a_akku_lifepo4spannung:LiFePO4 Zellspannung] + + + +Beachte bei dem Einsatz von einem LiFePO4 als 4S1P verschalten, dass Spannungen zwischen 10 V bis 14,4 V anliegen können. Nicht jedes Funkgerät kann mit diesen Spannungen arbeiten. + + +Bei einem 4S2P sind insgesamt 8 Zellen verbaut. 4 in Serie und das 2 mal parallel. Dies würde dann eine Spannung von 13,2 V aber eine Kapazität von 8400 mAh ergeben. + +Bei dem Beispiel-Akku sind 4200 mAh angegeben. Dies entspricht 4,2 Ah. Das würde theoretisch bedeuten, wir können unseren Akku 1 h lang mit 4,2 A oder 2h lang mit 2,1 A usw. belasten. +$t=\frac{Q}{I}$ +$t=\frac{4,2Ah}{1A} =1 h$ +Wenn die Kapazität Q in As zu berechnen ist, dann erfolgt die Umrechnung dadurch, dass die Angabe Stunden (h) durch 3600 s ersetzt wird. Daraus ergibt sich 4,2 A * 3600 s = 15120 As. +Nun wollen wir aber auch wissen, wie viel elektrische Energie in dem Akku gespeichert ist. Energie (Wh) ist die Ladung Q (Ah) des Akkus multipliziert mit der Gesamtspannung U in Volt. + +1 Wh = 1 Ah · 1 V + +Für unser Beispiel berechnen wir 4,2 Ah · 13,2 V = 55,44 Wh als gespeicherte Energie. +Die Entladung dieses Akkus kann mit einem konstanten Entladestrom von "30 C" erfolgen. Das bedeutet, dass der Akku mit 30 · Kapazität Q entladen werden kann. +Endladestrom = 30 · 4200 mA = 126 A +Das ist allerdings nur ein theoretisch möglicher Wert, da unser Akku somit innerhalb von 108 s entladen wäre. Auch der Kabelquerschnitt ist dabei zu berücksichtigen. +Bei Reihen- bzw. Serienschaltung von Akkus, wie in Abbildung [ref:a_akku_4S1P] addieren sich die Spannungen und die Kapazität bleibt gleich. + +% TODO Bild Reihenschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex +[photo:176:a_akku_4S1P:Reihenschaltung] + +Bei der Paralellschaltung wie in Abblidung [ref:a_akku_4S2P] bleibt die Spannung gleich und die Kapazitäten addieren sich. + +% TODO Bild Paralellschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex +[photo:177:a_akku_4S2P:Parallelschaltung] + +--- + +Wichtig ist jedoch, dass wir nur Zellen/ Akkus mit gleichen Daten zusammenschalten, da sich die Zellen gegenseitig beeinflussen und sonst beschädigt werden können. +Insbesondere bei den aktuellen Lithium-Akkumulatoren ist es sinnvoll eine Überwachungseinrichtung (Balancer, Batteriemonitor) zu verbauen. Dieser sorgt u.a. für den notwendigen Ausgleich der Zellspannungen und für eine optimale Ladung. In der Abb. [ref:a_akku_lifepo4_anschluss] + +% TODO Bild Infobox Anschluss Akku liegt bei DG1HXJ als .tex + +[photo:178:a_akku_lifepo4_anschluss:LiFePO4 Anschlüsse] + +[question:AB210] + +Die Akku-Nennkapazität Q wird auch als Ladung bezeichnet und, wie bereits bekannt, in Ah oder mAh angegeben. + +------ + +[question:AB209] +Die Gesamtspannung ist die Summe der Zellenspannungen. Die Gesamtladung entspricht der Ladung einer Zelle. + + +[question:AB211] + +Zuerst muß die entnehmbare Ladungsmenge von 90 % ermittelt werden. +Die Entladezeit t ergibt sich aus: $t=\frac{Q}{I}$ + + +[question:AB501] +Die im Akku gespeicherte Energie in Wh oder VAh ergibt sich aus der Multiplikation der Akkuspannung U (V) mit der Ladung Q (Ah). +Beispiel: +1 V * 1Ah = 1 Wh + + + Lösungshilfe: + + AB 209: 6 * 2 V = 12 V / 10 Ah + AB 210: Nennkapazität + AB 211: 90% = 54 Ah; 54 Ah / 0,8 A = 67,5 h oder 67 Stunden und 30 Minuten + AB 501: 12 V * 5 Ah = 60,0 Wh + + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/alc.md b/contents/sections/alc.md new file mode 100644 index 0000000..2acf0e4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/alc.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Die *Automatic-Level-Control (ALC)* regelt die Aussteuerung der Senderendstufe des Funkgerätes und reduziert bei deren Übersteuerung die Amplitude des Signals im Sendezweig. Hierbei ist die ALC nicht zu verwechseln mit der AGC (Automatic-Gain-Control), welche sich im Empfängerzweig befindet (siehe Abbildung [ref:e_alc]). + + +[picture:914:e_alc:Automatic-Level-Control in einem Sender] + + +Die ALC erfasst die Ausgangsleistung der Senderendstufe und vergleicht diese mit einem vorgegebenen maximalen Wert. Bei Überschreiten dieses Grenzwertes gibt die ALC eine entsprechende Regelspannung an die vorgelagerte HF-Verstärkerstufe im Sendezweig und reduziert damit die Amplitude des Sendesignals. + +Solange die ALC-Anzeige nicht anspricht, kann davon ausgegangen werden, dass die Regelung nicht eingreift und der Sender nicht durch ein zu starkes NF-Signal übersteuert wird. Sobald die ALC Anzeige reagiert, kann davon ausgegangen werden, dass die Regelung, zumindest teilweise, aktiv wird. + +Bei SSB-Aussendungen ist ein geringfügiges Ansprechen der ALC durchaus erwünscht, da hierdurch Lautstärkeschwankungen der Stimme ausgeglichen werden und eine optimale Nutzung der verfügbaren Sendeleistung stattfindet. Viele Transceiver besitzen eine entsprechende ALC-Anzeige, auf der meist ersichtlich ist, bis zu welchem Grad die ALC reagieren kann (grüner Bereich) und ab welchem Bereich eine zu starke Aussteuerung stattfindet, die die ALC nicht mehr verzerrungsfrei kompensieren kann (roter Bereich). + + +[picture:915:e_alc_trx:ALC im Display eines Funkgeräts] + + + +Praktisch kann man den optimalen Punkt, an dem die ALC grade noch nicht aussteuert durch langsames Erhöhen der NF-Aussteuerung bis zu dem Punkt, an dem die ALC anspricht finden. Im Anschluss dreht man die NF-Aussteuerung wieder etwas zurück, so dass die ALC grade nicht mehr anspricht und die Sendeleistungs-Anzeige noch die gewünschte Ausgangsleistung anzeigt (evtl. etwas weniger). + + +--- + +Bei Aussendungen mit digitalen Übertragungsverfahren wie z. B. FT8 oder WSPR ist das Ansprechen der ALC oft ein Hinweis darauf, dass das Audiosignal vom PC zu stark ist und übersteuert wird. Das kann zu unerwünschtem *Splatter* auf dem Band führen. Deshalb sollte das Audiosignal bei diesen Übertragungsverfahren stets sorgfältig kontrolliert werden. + + +Das [Handbuch](https://50ohm.de/wsjtx) der Software WSJTX gibt hierzu eine gute Empfehlung: Im ersten Schritt sollte man durch Drücken der TUNE-Taste den Transceiver in den Sendemodus schalten, um einen gleichmäßigen Ton zu erzeugen. Dieser Ton lässt sich mit der Monitor-Funktion des Geräts durch Hören überprüfen oder im Wasserfall des TRX optisch kontrollieren. Dabei sollten keine Verzerrungen, Klicks oder andere Störungen auftreten. Anschließend stellt man den PWR-Regler von seinem Maximum langsam nach unten, bis der HF-Ausgang des Senders leicht abfällt – dies gilt allgemein als gutes Niveau für die Audioaussteuerung. Auch die ALC-Anzeige sowie die Ausgangsleistung des Transceivers können dabei helfen, den optimalen NF-Signalpegel zu finden. + + +[question:EF305] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/am.md b/contents/sections/am.md new file mode 100644 index 0000000..b74de83 --- /dev/null +++ b/contents/sections/am.md @@ -0,0 +1,34 @@ +Bei der Amplitudenmodulation (AM) wird ein Modulationssignal, z. B. ein Sprachsignal, durch Änderung der Amplitude auf den Träger aufmoduliert. Die Frequenz des Trägers wird bei AM nicht beeinflusst, sondern bleibt unverändert. + +Den einfachsten und zugleich extremsten Fall haben wir mit der Übertagung von Morsezeichen mittels Continuous Wave (CW) schon kennengelernt. Das Ein- und Ausschalten des Trägers im Rhythmus der Bedienung der Morsetaste kann man auch als Wechsel zwischen minimaler und maximaler Amplitude beschreiben. + +Um ein Sprachsignal mittels AM zu modulieren, wird auch der Bereich zwischen minimaler und maximaler Amplitude genutzt. Im Wasserfalldiagramm in Abbildung [ref:n_Wasserfall0] sehen wir ein amplitudenmoduliertes Sprachsignal. Man kann in der Mitte deutlich den Träger als schmale Linie mit konstanter Frequenz erkennen. Links und rechts vom Träger sieht man allerdings auch etwas, obwohl die Frequenz des Trägers gar nicht beeinflusst wurde! + + +[picture:716:n_Wasserfall0:Signal eines AM-Rundfunksenders (Sprache / Musik)] + + +Dieser unerwartete Effekt entsteht dadurch, dass sich durch die Änderung der Amplitude die Form des Trägers ändert und er nicht mehr einer reinen Sinusschwingung entspricht. Die zusätzlichen Frequenzen bezeichnen wir als *Seitenbänder*. In diesen steckt die übertragene Information, also z. B. die Sprache. In Abbildung [ref:n_seitenband] sehen wir eine übliche symbolhafte Darstellung von AM mit dem Träger in der Mitte und den beiden Seitenbändern links und rechts davon. + + +[picture:476:n_seitenband:Symbolische Darstellung eines amplitudenmodulierten Signals mit Träger und Seitenbändern] + + + +*Warum entstehen bei AM zusätzliche Frequenzen neben dem Träger?* Das lässt sich erklären, wenn man versteht, was in einem Amplitudenspektrum oder Wasserfalldiagramm genau dargestellt wird: Es zeigt für jede Frequenz an, wie groß die Amplitude ist. Genauer müssen wir sagen: Es zeigt für alle möglichen Sinusschwingungen mit verschiedenen Frequenzen an, wie stark deren Amplitude ist. Wenn also die Anzeige z. B. bei 144,3 MHz ausschlägt, dann wird eine reine Sinusschwingung mit einer Frequenz von 144,3 MHz gemessen. Schlägt die Anzeige aber beispielsweise gleichzeitig bei 144,300 Hz und bei 144,301 MHz aus, dann wurden zwei Sinusschwingungen gemessen. + +Betrachten wir mit diesem Wissen noch einmal die AM-Sendung im Wasserfalldiagramm. Wir können jetzt erkennen, dass viele verschiedene Frequenzen zwischen 144,250 und 144,350 MHz mit unterschiedlicher Amplitude auftreten. Es sind also viele verschiedene Sinusschwingungen gleichzeitig messbar. + +[picture:738:n_seitenband_frequenzen_einzeln:Mehrere Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz] + +Es bleibt die Frage, wieso aus einer einzigen Sinusschwingung, die man durch Modulation verformt, plötzlich mehrere Sinusschwingungen werden. Um dies zu beantworten, schauen wir uns den Weg andersherum an. Wenn man mehrere Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz hat und diese aufsummiert, entsteht eine "verformte" Schwingung! + +[picture:739:n_seitenband_frequenzen_addiert:Summe mehrerer Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz] + +Es sind einfach zwei verschiedene Sichtweisen. Man kann es entweder als verformte Schwingung auffassen oder eben als Summe mehrerer Sinusschwingungen. Und das ist der Grund, warum die Änderung der Amplitude eines Trägers dazu führt, dass man weitere Frequenzen neben dem Träger im Wasserfalldiagramm sieht. + + +[question:NE202] +[question:NE206] + +Übrigens ist die von AM belegte Bandbreite doppelt so hoch wie die höchste Frequenz des Modulationssignals. Bei unserem Beispiel aus dem vorherigen Abschnitt war die höchste Frequenz 2700 Hz. Entsprechend würde dieses Signal als AM-Sendung eine Bandbreite von 5400 Hz belegen. diff --git a/contents/sections/am_2.md b/contents/sections/am_2.md new file mode 100644 index 0000000..d5acaa5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/am_2.md @@ -0,0 +1,14 @@ +Je nachdem wie stark eine Modulation einem AM-Träger aufgeprägt wird, wird dessen maximale Amplitude entsprechend stärker oder schwächer beeinflusst. Ohne Modulation wird lediglich das HF-Signal des Trägers mit konstanter Amplitude übertragen. Mit beginnender Modulation wird der HF-Träger immer stärker positiv und negativ beeinflusst. Das Verhältnis zwischen aufmodulierter NF (NF-Hüllkurve) und dem HF-Träger bestimmt hierbei den *Modulationsgrad*. +Der maximal mögliche Modulationsgrad (m=1 oder 100%) ist dann erreicht, wenn der HF-Träger zwischen seinem maximal möglichen Wert und null (vollständig unterdrückt) durch die aufmodulierte NF unverzerrt (linear) ausgesteuert wird. Sobald der Modulationsgrad größer als m=1 oder 100% wird, entstehen Verzerrungen, welche durch zeitweise vollständige Unterdrückung der Trägeramplitude entstehen können. +Um Verzerrungen und somit Seitenband-Splatter bei AM-Modulation zu vermeiden, darf der Modulationsgrad des AM-Signals maximal 100% betragen. + +Der Modulationsgrad berechnet sich nach folgender Formel (zu finden in der Formelsammlung): + +$m = \frac{\hat{U}_{mod}}{\hat{U}_{T}}$ + +%TODO: Bild einfügen zu Modulationsgrad und Messung der entsprechenden Berechnungsgrößen + +[question:AE201] +[question:AE202] +[question:AE203] +[question:AE204] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/amateurfunkbaender.md b/contents/sections/amateurfunkbaender.md new file mode 100644 index 0000000..cf46949 --- /dev/null +++ b/contents/sections/amateurfunkbaender.md @@ -0,0 +1,31 @@ +Für den Funkbetrieb ist es wichtig zu wissen, welche Frequenzbereiche durch Funkamateure genutzt werden dürfen. Dies lässt sich aus der [Anlage 1 der AFuV](https://50ohm.de/a1) ablesen. Damit sollten die folgenden Fragen leicht zu beantworten sein. Die Anlage 1 der AFuV liegt während der Prüfung als Hilfsmittel bereit. + + +Für diese Fragen ist wirklich kein Auswendiglernen oder Ausrechnen erforderlich: Man muss nur überprüfen, welcher der in der Prüfungsfrage angegebenen Werte in der Liste der Anlage 1 auftaucht. Dieser Wert ist dann die richtige Antwort. Die Werte können sich, wie z.B. beim $\qty{100}{\meter}$-Band, auch aus mehreren Einträgen zusammensetzen. + + + +[picture:749:amateuerfunkbaender_2:Frequenzbereiche im Amateurfunk unter 300 MHz] + + +[question:VD709] +[question:VD710] +[question:VD711] +[question:VD712] +[question:VD713] +[question:VD714] +[question:VD715] +[question:VD716] +[question:VD717] +[question:VD718] + + +[picture:750:amateuerfunkbaender_1:Frequenzbereiche im Amateurfunk über 300 MHz] + + +[question:VD719] +[question:VD720] +[question:VD721] +[question:VD722] + + diff --git a/contents/sections/amateurfunkdienst.md b/contents/sections/amateurfunkdienst.md new file mode 100644 index 0000000..9ad57c9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/amateurfunkdienst.md @@ -0,0 +1,18 @@ +Funkdienste (Services) sind in den Radio Regulations (RR) international definiert. Dazu zählt zum Beispiel der Seefunk (Maritime Service), der Rundfunk (Broadcasting Service), aber auch der Amateurfunk (Amateur Service). Funkanwendungen mit Allgemeinzuteilung (CB-Funk, WLAN etc.) können auch international geregelt sein, sie sind aber kein Funkdienst nach den Radio Regulations (RR) der ITU. + +[question:VA101] + +Da auch der Amateurfunk ein offizieller Funkdienst ist, beinhaltet er sinn- und verantwortungsvolle Aufgaben. Das Spektrum geht von der Ausbildung, über technische Studien, bis zu der Kommunikation von Funkamateuren untereinander. Der letzte Punkt sollte nicht unterschätzt werden. Unsere Funkverbindungen fördern die Völkerverständigung. Auch der Amateurfunk über Satelliten unterscheidet sich beim Zweck nicht vom übrigen Amateurfunk. + +[question:VA102] +[question:VA103] + +Als kleine Aufgabe vergleichen wir die vorstehende, internationale Definition des Amateurfunks mit der entsprechenden Passage im § 2 Absatz 2 des Amateurfunkgesetzes (AFuG): + +"Im Sinne dieses Gesetzes ist (der) Amateurfunkdienst ein Funkdienst, der von Funkamateuren untereinander, zu experimentellen und technisch-wissenschaftlichen Studien, zur eigenen Weiterbildung, zur Völkerverständigung und zur Unterstützung von Hilfsaktionen in Not- und Katastrophenfällen wahrgenommen wird; der Amateurfunkdienst schließt die Benutzung von Weltraumfunkstellen ein. Der Amateurfunkdienst und der Amateurfunkdienst über Satelliten sind keine Sicherheitsfunkdienste, ..." + +% Wozu dient der Amateurfunk national +Man kann gut erkennen, dass sich die Definitionen für den Amateurfunk in den RR und im AFuG im Kern nicht unterscheiden. Es schadet nicht, die Stelle im AFuG nachzulesen, denn es ist immer gut, den Gesetzestext im Original zu kennen. + +[question:VC102] + diff --git a/contents/sections/amateurfunkstelle.md b/contents/sections/amateurfunkstelle.md new file mode 100644 index 0000000..9b9a1f2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/amateurfunkstelle.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Es ist natürlich auch geregelt, was eigentlich genau als Amateurfunkstelle bezeichnet wird. Dazu schauen wir uns aber zuerst an, wie der Begriff Funkstelle international definiert wird. Die Radio Regulations (RR) legen fest, dass eine Funkstelle nicht nur aus dem Empfänger und dem Sender an einem Ort besteht, sondern auch jede Zusatzeinrichtung dazugehört, die zum Betrieb erforderlich ist. + +[question:VA201] + +Die allgemeine Definition einer Funkstelle der Radio Regulations (RR) gilt auch für Amateurfunkstellen. Die Radio Regulations legen daher die Amateurfunkstelle ganz einfach als "eine Funkstelle des Amateurfunkdienstes" fest. + +[question:VA202] + +Für die nationale Definition der Amateurfunkstelle vergleichen wir wieder das Amateurfunkgesetz (AFuG), und zwar § 2 Absatz 3: + +"Im Sinne dieses Gesetzes ist ... eine Amateurfunkstelle eine Funkstelle, die aus einer oder mehreren Sendefunkanlagen und Empfangsfunkanlagen einschließlich der Antennenanlagen und der zu ihrem Betrieb erforderlichen Zusatzeinrichtungen besteht und die auf mindestens einer der im Frequenznutzungsplan für den Amateurfunkdienst ausgewiesenen Frequenzen betrieben werden kann." + +Die Definion einer Amateurfunkstelle ist uns bereits bei den Radio Regulations (RR) begegnet. Auch hier gibt es keine grundsätzlichen Unterschiede zu unserem Amateurfunkgesetz (AFuG). Eine Amateurfunkstelle besteht aus einer oder mehreren Sende- und Empfangsfunkanlagen einschließlich der Antennenanlagen und der zu ihrem Betrieb erforderlichen Zusatzeinrichtungen. Die Funkstelle muss auf mindestens einer Amateurfunkfrequenz betrieben werden können. + +[question:VC103] + +Bemerkenswerterweise wird an keiner Stelle im deutschen Amateurfunkrecht auf den Inhalt von Aussendungen eingegangen. Hier unterstellt der Gesetzgeber einen verantwortungsvollen Umgang der Funkamateure untereinander. International sieht das allerdings anders aus: Nach den Radio Regulations (RR) soll der Inhalt bei internationalen Verbindungen auf Amateurfunkthemen und Bemerkungen persönlicher Art beschränkt werden. Diese Vorgabe wurde nicht in das deutsche Recht übernommen. Für unsere Funkpartner in anderen Staaten kann es aber sehr wohl entsprechende nationale Vorschriften geben. Dies müssen wir beachten. + +Es muss auch stets klar sein, dass der Inhalt einer Funkverbindung von jedem mitgehört werden kann und darf. Alle Äußerungen sind öffentlich gesprochene Worte. Daher sollte man sich bewusst ausdrücken und stets fair und höflich bleiben. Im Gegensatz dazu ist das nicht öffentlich gesprochene Wort besonders geschützt, worauf wir noch eingehen werden. + +[question:VA302] diff --git a/contents/sections/amplitude_periode.md b/contents/sections/amplitude_periode.md new file mode 100644 index 0000000..1cb7b09 --- /dev/null +++ b/contents/sections/amplitude_periode.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Den maximalen Abstand von der Nulllinie bis zum höchsten oder tiefsten Punkt der Wechselspannung nennt man wie in Abbildung [ref:amplitude_periode_amplitudee] dargestellt *Amplitude*. + + +[picture:726:amplitude_periode_amplitudee: Amplitude einer Sinusschwingung] + + +[question:NB404] + + +Die zeitlichen Verläufe von Schwingungen kann man gut mit einem *Oszilloskop* darstellen. Auf dem Bildschirm wird waagerecht die Zeit und senkrecht die Spannung von Schwingungen angezeigt. Diese bildliche Darstellung nennt man *Oszillogramm*. + + +--- + +Eine Sinusschwingung besteht aus einer positiven und einer negativen Halbwelle (Abbildung [ref:amplitude_periode_halbwellen]). Dafür benötigt die Sinusschwingung eine gewisse Zeit ($t$). Die Zeitspanne vom Beginn einer positiven Halbwelle bis zum Ende der darauffolgenden negativen Halbwelle nennt man *Periode* oder auch Periodendauer (Abbildung [ref:amplitude_periode_perioden]). Nach Ablauf einer Periode beginnt der Vorgang von Neuem. + + +[picture:727:amplitude_periode_halbwellen:Positive und negative Halbwellen einer Sinusschwingung] + + + +[picture:728:amplitude_periode_perioden:Perioden einer Sinusschwingung] + + +[include:applet_sinus_amplitude_und_periode] + +[question:NB405] + +Wie wir gerade gelernt haben, entspricht eine Periode genau einer Schwingung. Und wir erinnern uns: Eine Schwingung pro Sekunde entspricht genau 1 Hz. Kombiniert man dieses Wissen, sollte die folgende Frage beantwortbar sein. + +[question:NA213] + + diff --git a/contents/sections/analog_digital_umsetzer.md b/contents/sections/analog_digital_umsetzer.md new file mode 100644 index 0000000..c58a517 --- /dev/null +++ b/contents/sections/analog_digital_umsetzer.md @@ -0,0 +1,19 @@ + +Sehen wir uns im Folgenden die Funktion des A/D-Umsetzers genauer an. Aus der Lektion Abtasttheorem wissen wir, dass wir, um die Information eines Signals ohne Informationsverluste abtasten zu können, mindestens mit etwas mehr als der doppelten Frequenz, die unser abzutastendes Signal enthält, abtasten müssen. Nun empfangen wir über eine Antenne in der Regel allerlei Signale - auch solche, die sich über der maximalen Frequenz, die wir verarbeiten wollen, befinden. Was passiert nun, wenn solche Signale auf den A/D-Umsetzer treffen? Rufen wir uns hierzu noch einmal das Beispiel mit der Fliege, die durchs Bild fliegt, ins Gedächtnis. Diese Signale können aufgrund der hierfür zu niedrigen Abtastfrequenz nicht mehr erfasst werden und erscheinen in unseren Samples als fehlerhaft erfasste Frequenzen. Diese nennen sich auch Aliases (zu Deutsch in etwa Pseudonyme). Ein Signal leicht oberhalb der maximalen Eingangsfrequenz würde als Alias mit einer Frequenz leicht unterhalb der maximalen Eingangsfrequenz unseres A/D-Umsetzers erscheinen und somit ein Signal darstellen, das es eigentlich gar nicht gibt. Um dies zu verhindern, müssen wir vor dem Eingang des A/D-Umsetzers ein Antialiasing-Filter (in der Regel ein Tiefpassfilter oder Bandpassfilter) schalten, so dass unerwünschte Frequenzen, die zu Aliases führen könnten, wirksam unterdrückt werden, bevor das Signal den A/D-Umsetzer erreicht. + +Der A/D-Umsetzer benötigt für seine Aufgabe zudem einen Taktgenerator, welchen man auch Abtastratengenerator nennt, damit er in zeitlichen Abständen Samples des Eingangssignals generieren kann, die er dann als digitalen Datenstrom an weitere Teile einer Schaltung weitergeben kann. Die Taktrate kann fest eingestellt sein oder durch Kontrollinformationen z. B. von einem Mikrocontroller gesteuert werden. + +[question:AF620] + +Da ein A/D-Umsetzer stets mit einer begrenzten Zahl an möglichen digitalen Werten, welche die Größe des analogen Eingangssignals darstellen können, arbeitet, erfolgt die Erfassung der Amplitudenwerte in Stufen. Wir erinnern uns an das Beispiel mit dem Dimmer und Stufenschalter zuvor. Dadurch, dass das analoge Eingangssignal nun nur in bestimmten Stufen erfasst werden kann, kommt es zu Quantisierungsfehlern. + +[question:AF607] + +Die Anzahl der möglichen Stufen eines A/D-Umsetzers wird auch als dessen Auflösung bezeichnet. Man gibt diese Anzahl oft in Bit an. Kann ein Umsetzer 256 Stufen (beispielsweise von -128 bis +127) unterscheiden, hat er 8 Bit. Ein 16-Bit-Umsetzer kann bereits 65536 Stufen unterscheiden. Hierbei werden in der Regel die Hälfte der Werte für den positiven Signalbereich und die andere Hälfte der Werte für den negativen Signalbereich verwendet. + +[question:AF608] + +Eine weitere wichtige Eigenschaft eines A/D-Umsetzers besteht darin, das Eingangssignal möglichst exakt zu erfassen und dabei Fehler in den Zeitabständen zwischen einzelnen Samples zu vermeiden. Entscheidend hierfür ist ein möglichst stabiler Abtastratengenerator, der einen exakten zeitlichen Takt für den A/D-Umsetzer erzeugt. Leider ist dies technisch oft mit hohem Aufwand verbunden, weshalb es immer zu einem geringen Unterschied zwischen den Signalflanken des Takts kommen kann. Dies nennt man auch Jitter (zu Deutsch in etwa Zittern). Im Ergebnis führt dies zu zusätzlichem Rauschen im Abtastergebnis (dem digitalen Datenstrom) des A/D-Umsetzers. + +[question:AF621] + diff --git a/contents/sections/analog_vs_digital.md b/contents/sections/analog_vs_digital.md new file mode 100644 index 0000000..783b53d --- /dev/null +++ b/contents/sections/analog_vs_digital.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Bei der Informationsübertragung unterscheidet man grundsätzlich zwischen *analogen* und *digitalen* Verfahren. Digital bedeutet, dass etwas in Stufen erfolgt, also nur bestimmte Werte annehmen kann und keine Werte dazwischen kennt (Abbildung [ref:n_digital_einleitung_digitales_signal]). Analog hingegen steht dafür, dass etwas kontinuierlich ist, also auch beliebige Zwischenwerte annehmen kann [ref:n_digital_einleitung_analoges_signal]). + + +[picture:411:n_digital_einleitung_digitales_signal:Digitales Signal (abgestuft)] + + + +[picture:408:n_digital_einleitung_analoges_signal:Analoges Signal (kontinuierlich)] + + +Im Funk kann eine digitale Übertragung z. B. dadurch erreicht werden, dass die Amplitude des gesendeten Trägers nur auf bestimmte Stufen gesetzt wird, beispielsweise 25%, 50%, 75%, 100% der Maximalstärke, aber nicht dazwischen. Viele im Alltag übliche Übertragungsverfahren arbeiten mittlerweile digital, beispielsweise WLAN, LTE oder DVB. + +% +%Der Vorteil digitaler Verfahren liegt darin, dass kleine Fehler bei der Übertragung auf der Empfängerseite ausgeglichen werden können. Wird beispielsweise durch eine Störung eine Amplitude nicht als 25% der Maximalstärke gemessen, sondern als 29%, dann kann man annehmen, dass die Amplitude eigentlich 25% gewesen sein sollte und den Wert berichtigen. +% diff --git a/contents/sections/anschrift.md b/contents/sections/anschrift.md new file mode 100644 index 0000000..1fb3e8d --- /dev/null +++ b/contents/sections/anschrift.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Änderung beim Namen oder bei der Anschrift sind nachträglich, also nachdem die Änderung vollzogen wurde, der BNetzA mitzuteilen - aber dann unverzüglich. Damit die BNetzA einen jederzeit per Post erreichen kann, muss die Behörde stets die aktuelle Anschrift kennen. + +[question:VD113] + +Wenn man sich nicht sicher ist, ob man den Namen eines deutschen Funkpartners richtig verstanden hat, kann man auf der Internetseite der BNetzA nach dem Rufzeichen suchen. Dort bekommt man neben dem Rufzeichen den Namen angezeigt. Ebenfalls wird die Anschrift angezeigt, sofern der Funkamateur keinen Widerspruch gegen die Veröffentlichung eingelegt hat. Dieselben Informationen finden sich auch in der Rufzeichenliste, die als PDF-Dokument heruntergeladen werden kann. + +Als kleine Aufgabe kann man nach einem bekannten Rufzeichen in beiden Quellen suchen: +* [Online-Suche nach Rufzeichen](https://50ohm.de/rza) +* [Rufzeichenliste als PDF-Dokument](https://50ohm.de/rzl) + +[question:VD114] diff --git a/contents/sections/antenne_laenge_resonanz.md b/contents/sections/antenne_laenge_resonanz.md new file mode 100644 index 0000000..5aa2dfb --- /dev/null +++ b/contents/sections/antenne_laenge_resonanz.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Wie wir bei der $5/8 \lambda$-Antenne gesehen haben, werden Drahtlängen nicht immer so gewählt, dass sie von sich aus resonant sind. Grundsätzlich können Antennen beliebige Längen aufweisen, sofern man diese entsprechend an die Speiseleitung anpasst. Dies kann z.B. durch ein Anpassgerät bzw. Tuner erfolgen. + +[question:EG102] + +--- + + +[picture:562:e_antenne_laenge_resonanz:Ein Faltdipol] + + +Der Faltdipol stellt im Prinzip eine plattgedrückte Ganzwellenschleife dar. Die Gesamtlänge des Drahtes beträgt also genau eine Wellenlänge. + +[question:EG110] + +Die folgende Frage lässt sich leicht mit der Formelsammlung beantworten, in dem man die Frequenz in die Wellenlänge umrechnet und mit dem Faktor $\frac{5}{8}$ multipliziert. + +[question:EG109] + +$\lambda = \frac{\qty{300}{\mega\meter\per\second}}{\qty{28,5}{\mega\hertz}} \cdot \frac{5}{8} = \qty{6.58}{\meter}$ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennen.md b/contents/sections/antennen.md new file mode 100644 index 0000000..454de7a --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennen.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Die Antenne bewirkt die eigentliche "Magie" des Funkens: Beim Senden gibt sie elektrische Schwingungen als Funkwellen ab, die sich in die Ferne ausbreiten. Umgekehrt erreichen die Funkwellen aus der Ferne die Antenne beim Empfang. Die Antenne nimmt die Funkwellen auf und leitet sie als elektrische Schwingungen über Antennenkabel zum Funkgerät weiter. + + +[photo:63:n_handfunk_antenne:So kann es in der Praxis aussehen - VHF/UHF-Handfunkgerät mit externer Antenne] + + + +[picture:657:n_trx_kabel_und_antenne:Schematische Darstellung einer Amateurfunkstation mit Funkgerät, Speiseleitung und Antenne] + + +% [picture:543:n_schaltzeichen_antenne:Schaltzeichen für die Antenne] + +[question:NG101] diff --git a/contents/sections/antennen_baurecht_haftung.md b/contents/sections/antennen_baurecht_haftung.md new file mode 100644 index 0000000..dad6f61 --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennen_baurecht_haftung.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Beim Aufbau von Antennen sind Vorschriften zu beachten, die sich von Bundesland zu Bundesland unterscheiden. Hier kann z. B. geregelt sein, ab welcher Windlast oder Höhe eines Antennenmastes eine Baugenehmigung erforderlich ist. Eventuell sind bestimmte Abstände zu den Nachbargrundstücken einzuhalten. Das örtliche Bauamt von Stadt oder Gemeinde kann darüber Auskunft erteilen. + + +[photo:83:n_antennen_hausdach:Antennenanlage für KW, VHF und UHF auf einem Hausdach] + + + +Mitglieder des DARC haben automatisch eine Haftpflichtversicherung für von ihnen betriebene Antennenanlagen, sofern sie vorschriftsmäßig aufgebaut sind. Die Versicherungsleistung ist bereits im Mitgliedsbeitrag enthalten. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +Es ist wichtig zu wissen, dass der Betreiber für seine Antennenanlage selbst voll verantwortlich ist und für Schäden gegenüber Dritten haftet! + +[question:VE602] +[question:VE707] diff --git a/contents/sections/antennen_beruehrung_1.md b/contents/sections/antennen_beruehrung_1.md new file mode 100644 index 0000000..b9c2f9e --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennen_beruehrung_1.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Hohe Wechselspannungen sind gefährlich, dies gilt selbstverständlich auch für hohe hochfrequente Wechselspannungen. Sie können Herzrhythmusstörungen, *Verbrennungen und andere Verletzungen* verursachen. Im Prinzip kann dies alles zum Tod führen. Ein Sendeantenne in Betrieb berührt man nicht! + + +Selbst in harmlosen Fällen wird man bei Berührung erschrecken oder verkrampfen. Die Konsequenz kann z.B. ein Sturz von der Leiter sein. Das wäre ein Sekundärunfall, wie wir bereits im Abschnitt *"Gefahren durch elektrischen Strom"* gelernt haben. + + +[question:EK202] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennen_beruehrung_2.md b/contents/sections/antennen_beruehrung_2.md new file mode 100644 index 0000000..0a144e3 --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennen_beruehrung_2.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Beim Senden entstehen auf jeder Antenne hohe Spannungen. Diese Spannungen sind nicht gleich verteilt. Beim klassischen Dipol bilden sich an beiden Enden Spannungsbäuche, von denen selbst bei geringen Sendeleistungen von wenigen Watt eine erhebliche Verletzungsgefahr ausgeht. + +Wo die Spannungsbäuche entstehen hängt vom Antennentyp ab (Monobandantenne, Mehrbandantenne u.a.). + +Eine Sendeantenne in Betrieb berührt man nicht! + +[question:AK204] + + +[picture:851:a_spannungsbauch:Wie beim klassischen Dipol bilden sich bei der endgespeisten Halbwellenantenne an beiden Enden Spannungsbäuche. Dort ist eine Berührung besonders gefährlich] +[picture:852:a_spannungsbauch_multiband:Eine endgespeiste Halbwellenantenne für das 80-m-Band kann ohne Probleme auch für das 20-m-Band genutzt werden. In diesem Fall bilden sich mehrere Spannungsbäuche aus. Deshalb ist Verletzungsgefahr nicht nur an den Antennenenden besonders hoch, das ist sie auch bei den Spannungsbäuchen dazwischen.] +Eine Sendeantenne in Betrieb berührt man nicht! + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennen_energieleitungen.md b/contents/sections/antennen_energieleitungen.md new file mode 100644 index 0000000..e1980a8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennen_energieleitungen.md @@ -0,0 +1,17 @@ +Während in Städten die elektrische Energiezufuhr in Wohngebäuden und in Häusern unsichtbar im Boden verlegt ist, findet man in ländlichen Gebieten manchmal noch offene Zuleitungen, sogenannte Freileitungen. Diese enden am Hausgiebel oder einem Dachständer (Abbildung [ref:n_Dachstaender]) auf dem Hausdach und führen so die elektrische Energie vom Stromnetz zu. Manchmal gibt es auch Freileitungen in Hausnähe, die noch wesentlich höhere Spannungen tragen können, wie z. B. Hochspannungsleitungen. + + +[photo:82:n_Dachstaender:Dachständer] + + +--- + +Antennen müssen immer von elektrischen Freileitungen entfernt sein. Sie dürfen solche elektrischen Leitungen unter keinen Umständen berühren, da sonst gefährlich hohe Spannungen in die Funkanlage gelangen können. + + +Wenn eine Antenne eine Energieversorgungsleitung berührt, besteht akute Gefahr von lebensgefährlichen Stromschlägen! + + +Nicht nur beim Aufbau von Antennen muss ausreichend Abstand von Freileitungen eingehalten werden. Es muss auch unbedingt vermieden werden, dass sich Drähte oder Teile der Antenne zum Beispiel bei einem Sturm lösen und dann in Kontakt mit solchen Leitungen kommen oder auf Personen herunterfallen können. + +[question:NK311] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennenformen_2.md b/contents/sections/antennenformen_2.md new file mode 100644 index 0000000..409920b --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennenformen_2.md @@ -0,0 +1,132 @@ +In der Klasse N aben wir bereits einige Antennenformen kennen gelernt. In der Klasse E wollen wir nun die Eigenschaften der verscheidenen Antennen genauer besprechen. Mittengespeiste Dipole sind *symmetrische Antennen*. Unter einer symmetrischen Antenne verstehen wir eine Antenne, die im Idealfall im Betrieb an beiden Polen (z. B. den Einspeisepunkten jedes Schenkels eines Dipols) bis auf das Vorzeichen die gleiche Spannung gegenüber Erde aufweist. Dies ist bei Dipolen einschließlich Faltdipol und auch den darauf basierenden Yagi-Uda-Antennen der Fall. Eine Groundplane-Antenne hingegen weist am Anschlusspunkt der Radiale idealerweise Erdpotential auf (also eine Spannung von Null gegenüber der Erde) und zählt damit nicht zu den symmetrischen Antennen. + + +Auch bei Kabeln zur Signalübertragung, z. B. der Speiseleitung einer Antenne, unterscheidet man zwischen *symmetrischen und asymmetrischen Kabeln*. Auch hier bezieht sich die Symmetrie auf die im Idealfall vorherrschenden elektrischen Spannungen gegenüber Erde. Bei einem Koaxialkabel sollten zwar die Ströme symmetrisch sein, jedoch nur der Innenleiter Spannung gegenüber Erde führen. Koaxialkabel gehören daher zu den asymmetrischen Speiseleitungen. Wie wir später lernen werden, sollten diese asymmetrischen Speiseleitungen nur mittels eines sogenannten Symmetrierglieds (Balun) an eine symmetrische Antenne angeschlossen werden. + + +[question:EG213] + +--- + +Eine beliebte Antennenbauform ist ein insgesamt etwa eine Wellenlänge langer Draht in Form eines Kreises, eines Quadrates, eines Dreiecks oder einer ähnlichen Form. Man spricht dann von sogenannten Ganzwellen-*Schleifenantennen*. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus sehr beliebt ist die sogenannte Delta-Loop-Antenne, welche, wie das große Delta (Δ) aus dem griechischen Alphabet, die Form eines Dreiecks hat. + + +[picture:311:e_delta_loop:Beispiel für eine Delta-Loop-Antenne] + + +[question:EG101] + + +Auf die genaue *Form* kommt es bei den Ganzwellen-Schleifenantennen nicht an, sofern die Drahtlänge etwa einer Wellenlänge entspricht. Je nach Form können sich jedoch andere Speisewiderstände oder geringfügig bessere oder schlechtere Antennengewinne ergeben. + + +--- + +Von den Ganzwellen-Schleifenantennen zu unterscheiden sind die sogenannten *magnetischen Ringantennen* (Magnetic-Loops), die in Bezug auf die Wellenlänge viel kleinere Abmessungen aufweisen und ein magnetisches Nahfeld erzeugen (vgl. Abbildung [ref:e_mag_loop]). + + +[picture:977:e_mag_loop:Beispiel für eine Magnetic-Loop-Antenne] + + +[question:EG105] + + +Obwohl solche magnetischen Ringantennen grundsätzlich auch für den Sendebetrieb geeignet sind, ist es schwierig, einen hohen *Wirkungsgrad* zu erzielen. Wirkungsgrade zwischen 1% und 10% sind bei Magnetantennen im Sendebetrieb üblich. Dennoch können diese Magnetic-Loops gegenüber anderen Antennen Vorteile bieten: Neben dem kompakten Aufbau stören sie sich oft weniger an im Nahfeld befindlichen elektrisch leitfähigen oder dämpfenden Gegenständen, z. B. Mauern oder Dachziegeln bei Montage im Innenraum oder unter einem Hausdach. + + +--- + +*Endgespeiste Antennen* werden von einem Ende her gespeist. Meist beträgt ihre Länge eine halbe Wellenlänge. Man spricht dann auch von einem endgespeisten Halbwellendipol (englisch: end fed half wave, EFHW). Eine solche Antenne benötigt eine im Verhältnis zum Strom deutlich höhere Spannung, welche durch ein entsprechendes Anpassglied, z. B. einen Fuchskreis erzeugt werden kann. Endgespeiste Halbwellendipole, die mit einem Fuchskreis angepasst werden, bezeichnet man entsprechend als Fuchsantenne. + +[question:EG104] +[question:EG103] + + +[picture:310:e_fuchsantenne:Beispiel für eine Fuchs-Antenne] + + + +Der Fuchskreis bzw. die Fuchs-Antenne ist benannt nach *Dr. Josef Fuchs* (Amateurfunkrufzeichen OE1JF, UO1JF und EAAA), der diese im Jahre 1927 auch patentieren ließ. + + + +Auch eine endgespeiste Antenne benötigt ein *Gegengewicht*, z. B. in Form eines $\lambda / 4$-Drahtes oder einer anderen Form der HF-Erdung. Allerdings sind die auftretenden Ströme bei EFHWs am Speisepunkt deutlich kleiner, weshalb auch eine weniger gute Erdung ausreichend sein kann, z. B. ein kurzes Drahtende von nur einem zehntel oder gar zwanzigstel der Wellenlänge. Manchmal dienen sogar nur der Schirm der Speiseleitung oder andere (eigentlich anderen Zwecken dienende) Metellelemente als Erdung. + +Nicht zu Verwechseln mit den endgespeisten Halbwellendipolen sind die endgepeisten *Langdrahtantennen*, bei denen die Länge deutlich über einer Wellenlänge liegt. Die Verwechselung rührt daher, dass endgespeiste Halbwellendipole oft auch auf höheren Frequenzen betrieben werden, wodurch sie für diese Frequenzen dann de-facto eine Langdrahtantenne darstellen. + + +--- + +Die Richtwirkung einer Antenne kann man in einem sogenannten Strahlungsdiagramm darstellen. Hierbei wird für eine Ebene in jede Richtung der Gewinn bzw. die Feldstärke oder Strahlungsleistung aufgetragen. Je weiter der Graphenverlauf vom Mittelpunkt entfernt ist, umso größer der Gewinn bzw. umso höher die Feldstärke und Strahlungsleistung im Fernfeld. Falls keine Skala mit Winkeln verwendet wird, stellt man auch oft die mechanische Anordnung der Antenne im selben Diagramm dar, um zu verdeutlichen, welche Richtung im Diagramm welcher Richtung in Bezug auf die Antennenanordnung entspricht. + +Ein Dipol strahlt nicht, wie man irrigerweise vermuten könnte, in Richtung des Drahtes, sondern rechtwinklig davon ab. In einer Ebene betrachtet und aufgetragen als Strahlungsdiagramm ergeben sich entsprechende Keulen (z. B. links und rechts) neben dem Dipol (vgl. Abbildung [ref:e_dipol_strahlungsdiagramm]). Ein vertikal aufgehanger Dipol strahlt also z. B. nach links und rechts sowie nach vorne und hinten ab. Da das Strahlungsdiagramm nur eine Ebene betrachtet, sieht man z. B. nur eine Keule für die Abstrahlung nach links und eine Keule für die Abstrahlung nach rechts. Je nach Skala können diese Keulen kreisförmig aussehen. + + +[picture:1045:e_dipol_strahlungsdiagramm:Beispiel für die Abstrahlung des Dipols] + + + +Eine im Querschnitt *kreisförmige Keule* ergibt sich bei einer Skala, die linear zur Feldstärke ist, dann wenn ein stark verkürzter Dipol (hertzscher Dipol) betrachtet wird. Ein Halbwellendipol hat eigentlich einen etwas höheren Gewinn entsprechend einer etwas schmaleren Keule. Dennoch finden wir in den Prüfungsfragen eine kreisförmige Darstellung, die so nur näherungsweise stimmt. Bei einer Skala, die linear zur Strahlungsleistung in der jeweiligen Richtung wäre, müsste die Keule sogar noch schmaler ausfallen. +% TODO: ggf. Fragenbild korrigieren + + +[question:EG215] +[question:EG214] + +--- + +Aufgrund der zum Dipol senkrechten Abstrahlcharakteristik kann ein vertikal montierter Halbwellendipol entsprechend eine flache Abstrahlung ermöglichen, die z. B. im DX-Betrieb aber auch bei Kontakten über Direkt- oder Bodenwelle erwünscht sein kann. + +[question:EG219] + + +[photo:316:e_vertikaldipol:Vertikaler $\frac{\lambda}{2}$-Dipol] + + +--- + +Einen Spezialfall einer Vertikalantenne stellt die gegen Erde (oder einer Fahrzeugkarosserie) erregte $5/8 \lambda$-Antenne dar (vgl. Abbildung [ref:e_fuenf_achtel]). Hier ist die Länge gerade so gewählt, dass sich ein optimaler Gewinn ergibt. + +[question:EG108] + + +[picture:650:e_fuenf_achtel:$5/8 \lambda$-Antenne] + + +--- + +Auch eine Groundplane-Antenne strahlt rechtwinklig zum Strahler (nicht zu den Radialen) ab. Da das Strahlungsdiagramm die Groundplane-Antenne oft von oben betrachtet, ergibt sich nahezu ein Rundstrahler, der in alle Himmelsrichtungen nahezu den gleichen Gewinn aufweist (vgl. Abbildung [ref:e_ground_plane_abstrahlung]). Die Radiale haben nur geringen Einfluss und können das Strahlungsdiagramm leicht "verbeulen", was einem geringfügig abweichenden Gewinn in bestimmten Richtungen entspricht. + + +[picture:1045:e_ground_plane_abstrahlung:Abstrahlung Groundplane-Antenne] + + +[question:EG216] + + +Auch wenn das Strahlungsdiagramm einer Groundplane-Antenne mit Radialen leicht *"verbeult"* ist, ist diese Abweichung in der Theorie viel kleiner als oftmals dargestellt. Daher ist eine Groundplane-Antenne tatsächlich ein beinahe idealer Rundstrahler in der Ebene. + + +--- + +Richtantennen (z.B. die Yagi-Uda-Antenne) zeichnen sich dadurch aus, dass der Gewinn in einer Richtung deutlich höher ist, als in anderen Richtungen, wie in Abbildung [ref:e_richtantenne_abstrahlung] dargestellt. + +[question:EG217] + + +[picture:1047:e_richtantenne_abstrahlung:Abstrahlung Richtantenne] + + +--- + +Bei höheren Frequenzen z. B. im UHF-Bereich oder darüber hinaus kommen auch Hornstrahler oder Parabolantennen (vgl. [ref:e_parabolantenne]) zum Einsatz. Ebenso finden sich auf Leiterplatten kleinerer Geräte Patchantennen. All diese Antennenbauformen sind für den Kurzwellenbereich unüblich, da sie unhandliche Größen erreichen würden. Deshalb bleiben für die folgenden Fragen nur noch Langdraht-Antenne, Yagi-Uda-Antenne, Dipol-Antenne, Windom-Antenne, Delta-Loop-Antenne übrig. + +[question:EG106] + + +[picture:850:e_parabolantenne:Parabolantenne] + + +Die Sperrtopfantenne besteht aus einem $\lambda / 4$-langen Topf, der als Symmetrierglied bzw. Mantelwellensperre wirkt. Mit diesem Wissen lässt sich die folgende Frage beantworten, denn sowohl ein Sperrtopf als auch eine Kreuz-Yagi-Uda wären ebenso wie Parabolspiegel im 80 m-Band unhandlich groß. + +[question:EG107] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennenformen_3.md b/contents/sections/antennenformen_3.md new file mode 100644 index 0000000..b14045a --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennenformen_3.md @@ -0,0 +1,67 @@ +Wie wir bereits gelernt haben, kann ein Halbwellendipol auch an einem Ende gespeist werden. Der Speisewiderstand ist bei einer Drahtlänge von $\lambda / 2$ oder Vielfachen davon hochohmig (ca. $2000$ bis $2500 Ohm$). Eine Möglichkeit der Anpassung ist der bereits besprochene Fuchskreis. + +[question:AG419] + +--- + +Eine andere Möglichkeit ist ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von $ü = 1:7$. Da sowohl Spannung als auch Strom um den Faktor 7 multipliziert bzw. dividiert werden, ergibt sich für den Widerstand eine Transformation von $1:7^2 = 1:49$ entsprechend $(1 \cdot 50 Ohm) : (49 \cdot 50 Ohm) = 50 Ohm : 2450 Ohm$. +% TODO: LaTeX-Formel Ohm + + +Hinsichtlich der *Impedanztransformation* (Transformation des Widerstands) geht das Windungsverhältnis eines Transformators im Quadrat ein, d.h. ein Transformator mit einem Windungsverhältnis von 1:7 sorgt für eine 1:49-Impedanztransformation. Bei Baluns und Un-Uns ist oft ist nicht angegeben, ob es sich um das Windungs- oder das Impedanzverhältnis handelt. Es besteht also die Möglichkeit der Verwechselung. Üblich ist die Angabe des Impedanzverhältnisses. Bei einem Transformator mit einem Windungsverhältnis ($ü$) von 1:7 spricht man dann z. B. von einem 1:49-Un-Un. + + +Als Gegengewicht wird oft ein kurzes Drahtende (mindestens ein zwanzigstel der Wellenlänge) oder ein Teil der koaxialen Zuleitung verwendet. Eine Mantelwellensperre (Abkürzung MWS) verhindert, dass das weitere Zuleitungskabel zum Teil der Antenne wird. + +[question:AG123] +[question:AG124] + +Anstelle eines Fuchskreises oder Transformators kann auch eine Zweidrahtleitung der Länge $\lambda / 4$ verwendet werden. Dann spricht man von einer *Zeppelinantenne*. + +%TODO namensherkunft zeppelin + +[question:AG120] + +--- + +Ebenso wie bei einem endgespeisten Halbwellendipol kann auch bei anderen Antennenformen eine Speiseleitung mit abweichendem Wellenwiderstand zur Anpassung verwendet werden. Für die Klasse E haben wir bereits die Ganzwellen-Schleifen-Antennen kennengelernt; darunter auch die Delta-Loop und die Quad-Antenne. Eine Delta-Loop-Antenne hat bei gleichlangen Schenkeln eine Speiseimpedanz von etwa $100 Ohm$. Durch Einfügen einer $\lambda / 4$-Leitung mit einem Wellenwiderstand von $75 Ohm$ erfolgt eine Transformation auf die im Amateurfunk üblichen $50 Ohm$. + +[question:AG117] + + +Der optimale Wert für den Wellenwiderstand einer $\lambda / 4$-Speiseleitung, die zur Anpassung verwendet wird, errechnet sich aus dem *geometrischen Mittel* der beiden Impedanzen (z. B. $50 Ohm$ und $100 Ohm$ entsprechend $\sqrt{50 Ohm \cdot 100 Ohm} \approx 70,7 Ohm$. +% TODO: LaTex Formel + + +Führt man die Ganzwellenschleife als Quadrat aus, dann muss die Länge jeder Seite entsprechend ein Viertel der Wellenlänge betragen. + +[question:AG119] + + +Wie beim Dipol weicht die mechanische Länge einer Ganzwellen-Schleifenantenne von der elektrischen Länge ab. Im Gegensatz zum Verkürzungsfaktor bei Dipolen gibt es bei Ganzwellenschleifen hingegen überraschenderweise einen *Verlängerungsfaktor*, d.h. die Antenne muss wenige Prozent länger sein, als eine Wellenlänge im Freiraum wäre. + + +--- + +Da Frequenzbänder unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen zu unterschiedlichen Tages-, Jahres- und Sonnenzykluszeiten aufweisen, möchten Funkamateure gerne auf möglichst vielen Frequenzbändern Betrieb machen können. Zwei Beispiele für Multibandantennen sind die *G5RV-Antenne mit zwei gleichlangen Schenklen* und einer Zweidrahtleitung sowie die *asymmetrisch angeregte Windomantenne* bei denen sich durch geschickte Abmessungen viele Resonanzen und damit eine Nutzung auf möglichst vielen Amateurfunkbändern ergeben. + +[question:AG121] +[question:AG122] + +--- + +% TODO: Darstellung von $5/8 \lambda$ prüfen + +Dass eine Antenne resonant ist, bedeutet noch nicht, dass sie auch eine gute Abstrahlcharakteristik aufweist. Oftmals ist es gewünscht, eine möglichst flache Abstrahlung zu erreichen. Bei gegenüber Erde erregten Vertikalantennen ergibt sich eine Länge von ca. $5/8 \lambda$ als Optimum. + + +Ein einfacher Draht mit Erde als Gegenpol ist bei einer Länge von $5/8 \lambda$ nicht resonant. Resonanzen ergeben sich nur bei $1/4$, $3/4$, $5/4$ usw. Daher ist eine Anpassung notig. Dies wird in der Regel durch Einfügen einer Spule erreicht, welche die elektrische Länge von $5/8$ auf $6/8$ (also $3/4$) verlängert. Solche Spulen sieht man oft bei Antennen für den KFZ-Bereich. +% TODO: Bild VHF oder CB-KFZ-Antenne + + + +Das Optimum von $5/8 \lambda$ gilt nur für gegenüber Erde erregte Antennen. Betrachtet man beispielsweise mittengespeiste Dipole, die sich entweder im Freiraum oder vertikal, knapp über dem Erdboden befinden, dann liegt das Optimum bei $5/4 \lambda$. +% TODO: Frage ist falsch, siehe 2. Review von DL9JBE. + + +[question:AG223] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/antennengewinn.md b/contents/sections/antennengewinn.md new file mode 100644 index 0000000..a549aae --- /dev/null +++ b/contents/sections/antennengewinn.md @@ -0,0 +1,25 @@ +%TODO ggf. das Kapitel wo anders hinschieben + +Im Kapitel Dezibel wurde schon angedeutet, dass die Zusätze $\unit{\dBd}$ und $\unit{\dBi}$, die bei der Angabe von Antennengewinnen verwendet werden. In diesem Fall bezieht sich der Dezibelwert nicht auf eine Leistung oder Spannung, sondern auf einen bestimmten Referenzstrahler. Üblich sind dabei $\unit{\dBi}$, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler, sowie $\unit{\dBd}$, bezogen auf den Halbwellendipol. + +Der *Isotropstrahler* (vgl. Abbildung [ref:e_Kugelstrahler]) ist eine gedachte, hypothetische Antenne, die in alle Richtungen gleich stark abstrahlt. Weist eine real vorhandene Antenne eine Richtwirkung auf, so ist die Abstrahlung in bestimmten Richtungen stärker und in anderen Richtungen schwächer als sie beim hypothetischen Isotropstrahler wäre. + + +[picture:751:e_Kugelstrahler:Isotroper Strahler in der Mitte einer Kugel, der an allen Stellen der Kugeloberfläche die gleiche Strahlungsleistung erzeugt] + + +Den Gewinn in einer Richtung (z.B. der Hauptstrahlrichtung welche die Richtung mit dem maximalen Antennengewinn ist) gegenüber einem Isotropstrahler kann man in Dezibel $\unit{\dB}$ angeben. Anstelle von $\unit{\dB}$ schreibt man $\unit{\dBi}$, um zu verdeutlichen, dass man sich auf den Isotropstrahler bezieht. + +[question:EG220] + +Auch ein einfacher Halbwellendipol hat einen Gewinn, denn er strahlt senkrecht zum Leiter um $\qty{2,15}{\dB}$ stärker ab, als es ein Isotropstrahler tun würde. Entsprechend hat ein Halbwellendipol einen Gewinn von $\qty{2,15}{\dBi}$. + +Gelegentlich interessiert der Gewinn der über den Gewinn eines Halbwellendipols hinausgeht, also den Gewinn in Bezug auf einen Halbwellendipol. Diesen gibt man in $\unit{\dBd}$ an, wobei das $\text{d}$ für Dipol steht. Ein Halbwellendipol hat entsprechend einen Gewinn von $\qty{0}{\dBd}$. Antennen, die mehr Gewinn aufweisen, als ein Halbwellendipol haben einen Gewinn größer als $\qty{0}{\dBd}$ und Antennen mit weniger Gewinn als ein Halbwellendipol entsprechend weniger als $\qty{0}{\dBd}$. + +Vergleichen wir noch einmal den Gewinn eines Halbwellendipols angegeben als $\unit{\dBi}$ und angegeben als $\unit{\dBd}$: Der Halbwellendipol hat in Hauptstrahlrichtung einen Gewinn von $\qty{2,15}{\dBi}$, da er gegenüber dem Isotropstrahler $\qty{2,15}{\dB}$ stärker strahlt. In $\unit{\dBd}$ angegeben sind es jedoch $\qty{0}{\dBd}$. Die Angabe in $\unit{\dBi}$ ist stets um $\qty{2,15}{\dB}$ höher als die Angabe in $\unit{\dBd}$. + +Das steht auch in der Formelsammlung: + +$g_i = g_d + \qty{2,15}{\dB}$ + +[question:EG221] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/anti_alias_filter.md b/contents/sections/anti_alias_filter.md new file mode 100644 index 0000000..479439c --- /dev/null +++ b/contents/sections/anti_alias_filter.md @@ -0,0 +1,5 @@ + +Wie zuvor schon kurz angesprochen, muss vor dem A/D-Umsetzer ein entsprechendes Filter zur Unterdrückung von Signalanteilen höherer Frequenzen eingefügt werden. Man nennt ein solches Filter auch Antialiasingfilter. Als Filtertypen können hier sowohl Tiefpassfilter als auch Bandpassfilter Anwendung finden. Das Filter muss hierbei so beschaffen sein, dass Signalanteile, die sich oberhalb der halben Sampling-Frequenz befinden, wirksam unterdrückt werden. Wir erinnern uns, dass für die Abtastung eines Signals mehr als die doppelte Abtastfrequenz der zu erfassenden Signalfrequenz erforderlich ist. + +[question:AF622] +[question:AF623] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/anwendung_dac_adc.md b/contents/sections/anwendung_dac_adc.md new file mode 100644 index 0000000..ebc7da4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/anwendung_dac_adc.md @@ -0,0 +1,7 @@ +A/D- und D/A-Umsetzer werden in SDR-Empfängern und Transceivern an verschiedenen Stellen eingesetzt. Analoge Eingangssignale werden durch einen A/D-Umsetzer digitalisiert, anschließend digital verarbeitet, und dann mittels eines D/A-Umsetzers wieder in analoge Signale zur weiteren Verarbeitung oder Ausgabe rekonstruiert. Hierbei ist es natürlich möglich, dass ein Eingangssignal aufgrund seiner Größe nicht den vollen Wertebereich des A/D-Umsetzers und des anschließenden D/A-Umsetzers ausschöpft. Entsprechend wird dieses Signal dann auch nur auf einen kleineren Wertebereich der möglichen digitalen Stufen abgebildet. Ebenfalls denkbar ist, dass das Eingangssignal höhere Werte als der maximale Wertebereich des A/D- oder D/A-Umsetzers annehmen kann. In diesem Fall wird ein A/D-Umsetzer das Signal nur bis zur maximalen Eingangsspannung des Umsetzers korrekt abbilden können. Höhere Werte können dann nur noch mit dem Maximalwert des A/D-Umsetzers abgebildet werden. Man spricht in diesem Fall auch von Clipping (zu Deutsch Beschneidung) des Signals. Dies äußert sich in abgeschnittenen Anteilen in den maximalen Bereichen des Signals, die als Gerade mit dem maximalen Wert des A/D-Umsetzers verlaufen. + +Je höher die Auflösung eines A/D-Umsetzers und D/A-Umsetzers ist, desto "feiner" können Signalamplitudenwerte digital abgebildet und auch rekonstruiert werden. Eine niedrige Auflösung führt im Gegensatz dazu, dass Signale gestuft abgetastet bzw. rekonstruiert werden. + +[question:AF613] +[question:AF612] +[question:AF614] diff --git a/contents/sections/anzeige_ortsfester_amateurfunkanlagen.md b/contents/sections/anzeige_ortsfester_amateurfunkanlagen.md new file mode 100644 index 0000000..4cc4c3e --- /dev/null +++ b/contents/sections/anzeige_ortsfester_amateurfunkanlagen.md @@ -0,0 +1,64 @@ +Bevor wir auf die Strahlungsleistung eingegangen sind, haben wir besprochen, dass der Nachweis der Einhaltung der Personenschutzgrenzwerte erst dann erforderlich ist, wenn eine bestimmte Strahlungsleistung erreicht wird. Da wir jetzt wissen, was EIRP bedeutet, können wir diese jetzt auch beziffern: Für ortsfeste Amateurfunkstellen muss das Nachweisverfahren nur dann durchgeführt werden, wenn die Sendeanlage eine Strahlungsleistung von 10 W EIRP oder höher erreicht. + +[question:VE508] +[question:VE507] + +--- + +% Da für Klasse N die Strahlungsleistung ohnehin auf 10 W EIRP beschränkt ist, spielt das Nachweisverfahren eigentlich erst für Inhaber der Klassen E und A eine praktische Rolle. Da aber der Bereich Vorschriften auch in Klasse N bereits komplett geprüft wird, können wir es in keinem Fall vermeiden, uns mit den folgenden Fragen zum Nachweisverfahren zu beschäftigen. + + +*Spitzfindig* betrachtet muss man darauf hinweisen, dass Funkamateure der Klasse N berechtigt sind, Sendeanlagen mit bis zu 10 W EIRP zu betreiben und der Nachweis der Einhaltung der Personenschutzgrenzwerte bereits ab 10 W EIRP erforderlich ist. Würde man also eine Sendeanlage mit genau 10 W EIRP betreiben, wäre man verpflichtet, den Nachweis gegenüber der Behörde zu führen. In der Praxis sollte man den Maximalwert aber ohnehin nicht ausreizen, sondern zumindest geringfügig darunterbleiben. Dann vermeidet man, die zulässige Strahlungsleistung durch Messfehler oder andere Ungenauigkeiten versehentlich zu überschreiten. Zugleich besteht dann auch keine Pflicht, das Nachweisverfahren durchzuführen. + + +--- + + +[photo:79:n_Deckblatt_Anleitung:Deckblatt der Anleitung] + + +Die Anzeige über die Einhaltung der Personenschutzgrenzwerte für eine Amateurfunkstelle mit mehr als 10 Watt EIRP im Rahmen des Nachweisverfahrens zur Begrenzung elektromagnetischer Felder (BEMFV) ist bereits vor Aufnahme des Betriebs der Amateurfunkanlage bei der zuständigen Außenstelle der BNetzA einzureichen. + + +Die zuständige Außenstelle kann auf der [Webseite der Bundesnetzagentur](https://50ohm.de/so) ermittelt werden. + + +Wichtiger Kern des Nachweisverfahrens ist die Berechnung des sogenannten *Personenschutz-Sicherheitsabstands*, der auch als *standortbezogener Sicherheitsabstand* bezeichnet wird. Das ist der Abstand um eine Antenne herum, in dem die Grenzwerte zum Schutz von Personen *nicht* eingehalten werden. Es muss sichergestellt werden, dass sich während des Sendebetriebs keine unbefugten Personen in diesem Bereich aufhalten. Dies wird grundsätzlich dann angenommen, wenn sich dieser Bereich komplett auf dem eigenen Grundstück, im sogenannten *kontrollierbaren Bereich*, befindet. + +Außer der Anzeige, die aus einigen Formblättern besteht, ist eine *nachvollziehbare* zeichnerische Darstellung des standortbezogenen Sicherheitsabstands und des vom Betreiber der Amateurfunkstelle kontrollierbaren Bereiches beizufügen. Für das Erstellen der Anzeige stellt die BNetzA eine Anleitung zum Download bereit. + +[question:VE509] + +--- + + +Das Schlüsselwort für die richtige Antwort ist bei dieser und der nächsten Frage jeweils der Begriff "nachvollziehbar". + + +[question:VE512] + +Es müssen weitere technische Unterlagen erstellt werden, z. B. eine *nachvollziehbare* Dokumentation über die Einhaltung der Anforderungen, Antennendiagramme, Lagepläne, Bauzeichnung oder Skizze mit Bemaßung. Diese sind allerdings nicht mit der Anzeige einzureichen, sondern an der Amateurfunkstation bereitzuhalten und auf Verlangen der Bundesnetzagentur vorzulegen. + +[question:VE513] +[question:VD107] + +Alle erstellten Unterlagen müssen regelmäßig auf Aktualität geprüft werden. Wenn an der Amateurfunkanlage etwas so verändert wurde, dass sie nicht mehr den bisherigen Gegebenheiten entspricht, muss eine neue Anzeige eingereicht werden. Das trifft z. B. bei Aufbau eines weiteren Antennenmastes zu oder wenn durch einen Antennenwechsel oder höhere Sendeleistung ein größerer Abstand als bisher erforderlich wird. + +[question:VE514] +[question:VE510] + +--- + +Die Einhaltung der Grenzwerte und der sich ergebende Sicherheitsabstand für Personen ist entweder durch Berechnungen oder durch Feldstärkemessungen nachzuweisen und nachvollziehbar zu dokumentieren. Die Berechnung darf mit dem vereinfachten Bewertungsverfahren, per Fern- oder Nahfeldberechnung sowie mit der von der Bundesnetzagentur herausgegebenen Software "[Watt Wächter](https://50ohm.de/ww)" erfolgen. Die Berechnungsverfahren sind in einem bei der Behörde zum Download erhältlichen Dokument beschrieben. + + +[photo:80:n_Bewertungsverfahren:In diesem Dokument sind die Bewertungsverfahren beschrieben.] + + +[question:VE506] +[question:VE515] + +Manchmal senden Funkamateure auf mehreren Frequenzen gleichzeitig. Bei der Berechnung des Personenschutzabstands müssen deshalb alle zeitgleichen Aussendungen einer ortsfesten Amateurfunkstelle berücksichtigt werden. Wird dabei mit mehr als einer Antenne gleichzeitig gesendet, so müssen alle Antennen für den Personenschutzabstand zusammen betrachtet werden. Das ist immer dann der Fall, wenn sich die jeweiligen Sicherheitsabstände überschneiden. + +[question:VE516] +[question:VE517] diff --git a/contents/sections/ardf.md b/contents/sections/ardf.md new file mode 100644 index 0000000..b95cae0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ardf.md @@ -0,0 +1,30 @@ +Eine weitere Art von Wettbewerb ist das *Amateur Radio Direction Finding (ARDF)*. Es handelt sich dabei um Peilwettbewerbe, die im deutschsprachigen Raum meist als *Fuchsjagd* bezeichnet werden. Die "Füchse" sind kleine versteckte Sender, die von den Teilnehmern mittels Peilempfängern gefunden und zu Fuß angelaufen werden müssen. Gewonnen hat der Erste, der den Zielpunkt erreicht, nachdem er alle Füchse gefunden hat. + +Die Füchse senden in zeitlichem Wechsel - beispielsweise für eine Minute - jeweils ein anderes, spezielles Rufzeichen in CW-Morsetelegrafie aus. In der Tabelle [ref:ardf_morse_code] sind alle sechs Rufzeichen aufgeführt, die von der Bundesnetzagentur speziell für Fuchsjagdsender zugeteilt sind. + + +[photo:190:n_ardf_fuchs:ARDF-Fuchs im Wald mit Wimpel und Zeitnehmer] + + + +| l: Rufzeichen | l: Morse-Code | +| MO | [morse:mo] | +| MOE | [morse:moe] | +| MOI | [morse:moi] | +| MOS | [morse:mos] | +| MOH | [morse:moh] | +| MO5 | [morse:mo5] | +[table:ardf_morse_code:Rufzeichen der Fuchsjagdsender] + + + +Um die Rufzeichen der Fuchsjagdsender aufnehmen zu können, braucht man keine Morsetelegrafie zu beherrschen. Es werden ausschließlich Zeichen verwendet, die nur aus langen Tönen (M, O) bzw. nur aus kurzen Tönen (E, I, S, H, 5) bestehen. Diese werden so langsam gesendet, dass man mitzählen kann. + + +[question:BE313] +[question:BD109] + + +Eine besondere Variante der Fuchsjagd ist die *Mobilfuchsjagd*, bei der die Füchse aus Kraftfahrzeugen heraus gesucht werden. + + diff --git a/contents/sections/ask_fsk_afsk.md b/contents/sections/ask_fsk_afsk.md new file mode 100644 index 0000000..8f660eb --- /dev/null +++ b/contents/sections/ask_fsk_afsk.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Genauso wie es verschiedene analoge Modulationsverfahren (z. B. FM, AM, SSB) gibt, gibt es auch verschiedene digitale Modulationsverfahren. Die grundlegenden Möglichkeiten, ein Signal zu modulieren, also auf einen Hochfrequenzträger aufzuprägen, sind dieselben: Veränderung der Amplitude, der Frequenz oder der Phase des Trägers. + +Bei der Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK) wird im einfachsten Fall zwischen zwei Amplituden gewechselt. Dabei kann eine kleine Amplitude für ein Bit mit dem Wert 0 und eine große Amplitude für ein Bit mit dem Wert 1 stehen, wie in Abbildung [ref:e_ask] dargestellt. Es kann aber auch genau andersherum sein. Oftmals, beispielsweise bei CW, wird einfach zwischen aus- und eingeschaltetem Träger unterschieden. Dieser Sonderfall der ASK wird als On-Off-Keying (OOK) bezeichnet. Später zeigen wir noch Verfahren, bei denen zwischen mehr als zwei verschiedenen Amplituden umgeschaltet wird. + +[question:EE406] + + +[picture:700:e_ask:Amplitudenumtastung (Amplitude-shift Keying)] + + +--- + +Bei der Frequenzumstastung (Frequency Shift Keying, FSK) wechselt der Sender anstelle der Amplituden zwischen bestimmten Frequenzen, wie in Abbildung [ref:e_fsk] dargestellt. + + +[picture:703:e_fsk:Frequenzumtastung (Frequency-shift Keying)] + + +Die festgelegten Amplituden und Frequenzen zwischen denen umgeschaltet wird, werden als "Symbole" bezeichnet. + +[question:EE407] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/aufbau_empfaenger.md b/contents/sections/aufbau_empfaenger.md new file mode 100644 index 0000000..fe1bf30 --- /dev/null +++ b/contents/sections/aufbau_empfaenger.md @@ -0,0 +1,34 @@ +Schauen wir uns zunächst an, wie ein Empfänger aufgebaut ist. In Abbildung [ref:aufbau_empfaenger_blockdiagramm] gehen wir zur Vereinfachung nicht auf die Ebene einzelner Bauteile, sondern betrachten Blöcke, die eine bestimmte Funktion haben. Diese Darstellung nennt man Blockdiagramm. Sie dient in der Elektrotechnik dazu, komplexe Geräte in einer vereinfachten Übersicht darzustellen. Hierzu lässt man Details weg, die zum Verständnis des gesamten Gerätes nicht erforderlich sind. + + +[picture:736:aufbau_empfaenger_blockdiagramm:Blockdiagramm eines einfachen Empfängers] + + + +Der hier dargestellte Empfänger wird als Geradeausempfänger bezeichnet. Der Name kommt daher, dass das von der Antenne aufgenommene Signal in seiner Frequenz bis zum Demodulator nicht verändert wird. + + +--- + +Betrachten wir die einzelnen Blöcke des Empfängers der Reihe nach von links nach rechts im Detail: + +1. Antenne: [edition:N:Dieses Symbol kennen wir schon.] Die Antenne nimmt eine Vielzahl von Funkwellen auf und leitet sie als elektrische Schwingungen weiter. +2. Bandpassfilter: Um das gewünschte Signal herauszufiltern, folgt ein Bandpassfilter. Dieses lässt nur den gewünschten Frequenzbereich durch und sperrt alle anderen ungewünschten Frequenzen. +3. HF-Verstärker: Als nächstes folgt ein Verstärker, der das herausgefilterte Signal verstärkt. Es handelt sich hierbei um einen Hochfrequenz-Verstärker (HF-Verstärker), da das Signal eine hohe Frequenz aufweist, beispielsweise 144,3 MHz. +4. Demodulator: Das verstärkte Signal wird vom Demodulator weiter verarbeitet. Demodulation ist das Gegenstück zur Modulation. Während bei der Modulation ein Signal (z. B. ein Sprachsignal) auf einen Hochfrequenzträger moduliert wird, passiert bei der Demodulation das Gegenteil: Aus dem modulierten Hochfrequenzträger wird das ursprüngliche Signal zurückgewonnen. Wir haben dann beispielsweise wieder das Sprachsignal, das am Sender in das Mikrofon gesprochen wurde. Man spricht auch vom Niederfrequenz-Signal, kurz NF-Signal, da es vergleichsweise niedrige Frequenzen aufweist, bei einem Sprachsignal beispielsweise Frequenzen unter 20 kHz. +5. NF-Verstärker: Das demodulierte Signal wird dann verstärkt. Diesmal handelt es sich um einen Niederfrequenz-Verstärker (NF-Verstärker) zum Verstärken des Signals für den Lautsprecher. Das Symbol für den NF-Verstärker ist dasselbe wie für den Hochfrequenzverstärker. +6. Lautsprecher: Das Signal wird jetzt durch den Lautsprecher von einer elektrischen Schwingung in eine Schallwelle umgewandelt und somit wieder hörbar gemacht. + + +Beim *Bandpassfilter* symbolisieren die beiden durchgestrichenen Wellen, dass Frequenzen ober- und unterhalb des gewünschen Frequenzbereich gesperrt werden. Die mittlere Welle steht dafür, dass der gewünschte Frequenzbereich durchgelassen wird. + + + +Der *Demodulator* wird durch das Schaltzeichen der Diode dargestellt, die das wichtigste Bestandteil vieler Demodulatoren ist. Die Funktionsweise einer Diode wird später im Kapitel "Bauteile und Schaltkreise" erklärt. + + +[question:NF201] + +Je nachdem wie ein Empfänger genau aufgebaut ist, hat er unterschiedliche Eigenschaften. Eine wichtige Eigenschaft ist die Empfindlichkeit. Damit wird die Fähigkeit des Empfängers bezeichnet, schwache Signale zu empfangen. Je empfindlicher ein Empfänger ist, desto schwächere Signale kann er empfangen. + +[question:NF303] diff --git a/contents/sections/aufbau_sender.md b/contents/sections/aufbau_sender.md new file mode 100644 index 0000000..81d70e5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/aufbau_sender.md @@ -0,0 +1,31 @@ + +[picture:735:aufbau_sender:Blockdiagramm eines einfachen Senders] + + +In Abbildung [ref:aufbau_sender] wird gezeigt, aus welchen Komponenten man einen AM-Sender aufbauen kann. Einige der Blöcke kennen wir schon vom Empfänger, andere sind neu: +1. Mikrofon: Das Mikrofon wandelt die Schallwellen der Sprache in niederfrequente elektrische Schwingungen um. Man kann stattdessen aber auch, z. B. für digitale Übertragungsverfahren, das niederfrequente Signal vom Audio-Ausgang eines Computers verwenden. +2. Niederfrequenz-Verstärker: Das Signal vom Mikrofon bzw. Computer wird zunächst verstärkt. +3. Mischer: Der Mischer fügt den vom Oszillator (4) erzeugten Hochfrequenzträger mit der niederfrequenten Schwingung vom Mikrofon bzw. Computer zusammen. Das führt dazu, dass der Hochfrequenzträger mit dem Sprach- bzw. Datensignal amplitudenmoduliert wird. +4. Oszillator: Der Oszillator erzeugt die hochfrequente Schwingung mit der Frequenz, auf der gesendet werden soll, beispielsweise 29,5 MHz. +5. Bandpassfilter: Da der Mischer aufgrund seiner Funktionsweise neben den gewünschten Frequenzen auch weitere, unerwünschte Frequenzen erzeugt, müssen diese mit einem Bandfilter gesperrt werden. +6. Hochfrequenz-Verstärker: Das Hochfrequenzsignal wird nun verstärkt, damit es über die gewünschte Sendeleistung verfügt. +7. Tiefpassfilter: Da auch die Verstärkung unerwünschte Frequenzen erzeugen kann, muss jetzt nochmal gefiltert werden. +8. Antenne: Das Hochfrequenzsignal wird nun an die Antenne gegeben und von dieser als Funkwelle abgestrahlt. + +%[class:N] + +Wenn ein Mischer zwei Signale zusammenfügt, dann entspricht das mathematisch einer Multiplikation der beiden Signale. Daher findet sich auch das Malkreuz im Block-Symbol für den Mischer wieder. Wie ein Mischer genau funktioniert, ist Inhalt des Kurses für die Klasse A. + +%[/class] + +[question:NF401] +[question:NF403] + +Für die folgende Frage ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass ein Sender einen Oszillator und einen Mischer benötigt. + +[question:NF402] + +Eine Amateurfunkanlage muss nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik aufgebaut und betrieben werden. Das gilt natürlich auch ganz besonders für Sender. + +[question:VD106] + diff --git a/contents/sections/aurora_1.md b/contents/sections/aurora_1.md new file mode 100644 index 0000000..e284415 --- /dev/null +++ b/contents/sections/aurora_1.md @@ -0,0 +1,13 @@ + +[photo:217:e_aurora:Aurora am Notfunk Ausbildungswochenende im Mai 2024] + + +Wenn geladene Teilchen aus dem Sonnenwind in das Erdmagnetfeld einkoppeln, werden sie zu den Polen hin abgeleitet. Dort treffen sie auf die zunehmend dichtere Atmosphäre und ionisieren dort vor allem den Sauerstoff und Stickstoff der Hochatmosphäre bis herunter in eine Höhe von etwa 90 km, also den Bereich der E-Region. Die so angeregten Atome und Moleküle erzeugen dann zum einen die Lichterscheinungen der Polarlichter, zum anderen brechen sie Funkwellen. Das wird vorwiegend im VHF Bereich (6- und 2-Meter-Band) für DX-Verbindungen genutzt. + +Die brechenden Gebiete sind sehr dynamisch, der Signalweg der Funkwellen ändert sich daher ständig und massiv. Dies sorgt für rapide Signalschwankungen (Fading) und zudem eine frequenzmäßige Verbreiterung des Signals, den sogenannten Doppler-Spread. Deswegen sind Telefonie-Verbindungen schwierig, weil die Sprache dadurch schwer verständlich wird. Telegrafiesignale (CW) eignen sich besser, aber auch sie haben einen sehr rauen Ton, weswegen man im RST Signalrapport das "T" für die Beurteilung der Tonqualität ganz weglässt und stattdessen den Buchstaben "A" für "Aurora" gibt. + + +Ein Beispiel eines Aurora-CW-QSOs zwischen OH2MA und OH2LAK auf 50 MHz gibt es auf [Youtube](https://50ohm.de/acw). Hier kann man den sehr rauen und verauschten Ton der Morsezeichen hören. Ein SSB QSO gibt es auch auf [Youtube](https://50ohm.de/assb) zum Anhören. + + +[question:EH305] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/aurora_2.md b/contents/sections/aurora_2.md new file mode 100644 index 0000000..bffb8de --- /dev/null +++ b/contents/sections/aurora_2.md @@ -0,0 +1,17 @@ +In der Klasse E haben wir bereits Aurora kennengelernt: Wenn geladene Teilchen aus dem Sonnenwind in die Hochatmosphäre einkoppeln, entstehen zum einen Polarlichter, zum anderen werden Funkwellen gebrochen, was vor allem im VHF-Bereich (6 m und 2 m) für DX-Verbindungen genutzt wird. In der Klasse A gibt es hierzu noch weitere vertiefende Fragen. + +Dabei solltest du dir folgende Dinge merken: + +* Die Aurora findet in der E-Region (90 bis 130 km) in der Nähe der Pole statt. +* Geladene Teilchen der Sonne dringen in die Atmosphäre ein. +* Für uns in Europa ist die Polarregion im Norden. +* Am besten eignet sich CW für Aurora. +* Das Signal ist "flatternd" und "verbrummt“. + +[question:AH302] +[question:AH303] +[question:AH304] +[question:AH305] +[question:AH306] +[question:AH307] +[question:AH308] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ausbildungsfunk.md b/contents/sections/ausbildungsfunk.md new file mode 100644 index 0000000..949ebe0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ausbildungsfunk.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Wie wir in der Einleitung gelernt haben, dürfen nur Funkamateure auf den Amateurfunkfrequenzen senden. Davon gibt es eine Ausnahme, den Ausbildungsfunkbetrieb. Dieser erlaubt es Nicht-Funkamateuren zur Ausbildung unter unmittelbarer Anleitung und Aufsicht eines zugelassenen Funkamateurs der Klasse E oder A zu senden. + +[question:VD303] + +Der Auszubildende benutzt dabei das Rufzeichen des Ausbilders und hängt den Zusatz "/T" an. Gesprochen wird dieser Zusatz als "Stroke Trainee" oder einfach nur "Trainee". Ein Auszubildender von DG2RON sagt beispielsweise als Rufzeichen "DG2RON Trainee". Damit ist für andere erkennbar, dass ein Auszubildender funkt. + +[question:VD306] +[question:BD209] diff --git a/contents/sections/ausbildungsrufzeichen.md b/contents/sections/ausbildungsrufzeichen.md new file mode 100644 index 0000000..764944d --- /dev/null +++ b/contents/sections/ausbildungsrufzeichen.md @@ -0,0 +1,21 @@ +% +%[photo:57:n_ausbildungsrufzeichen_ausbildungsfunkbetrieb:Ausbildungsfunkbetrieb verbindet oft die Generationen] +% +% Wir haben leider kein gesichertes Einverständnis der Personen... TODO neues bild. + +Wie wir schon zu Beginn des Kurses gelernt haben, ist jeder in Deutschland zugelassene Funkamateur der Klassen E und A automatisch auch Ausbilder. Durch die Verwendung des Rufzeichenzusatz "/T" bzw. "/Trainee" wird jedes personengebundene Rufzeichen zu einem Ausbildungsrufzeichen. Dasselbe gilt für Rufzeichen von Klubstationen. Der Auszubildende darf damit Funkbetrieb unter Aufsicht und im Berechtigungsumfang des Ausbilders durchführen. + +[question:VD302] +[question:BD211] +[question:VD304] +[question:BD210] + +Der Ausbildungsfunkbetrieb ist für Personen vorgesehen, die nicht Inhaber eines entsprechenden Amateurfunkzeugnisses sind. Das Ausbildungsrufzeichen darf nicht vom Ausbilder selbst für eigene Aussendungen verwendet werden. Der Ausbildungsfunkbetrieb dient der praktischen Vorbereitung auf das Ablegen der fachlichen Prüfung zum Erwerb eines Amateurfunkzeugnisses. + +[question:VD301] + +Der Ausbilder muss sich stets in unmittelbarer Nähe des Auszubildenden aufhalten und ihn bei der Bedienung des Funkgerätes und der Betriebsabwicklung anleiten. Denn nur das Aufhalten in unmittelbarer Nähe ermöglicht es dem Ausbilder, regulierend in den Ausbildungsfunkbetrieb einzugreifen. Das kann im Extremfall auch das Abschalten des Senders bedeuten. Die Betreuung eines Auszubildenden über eine größere Entfernung oder per Funk, von einem anderen Standort aus, ist nicht gestattet. Denn hierbei ist die unmittelbare Anleitung und Aufsicht nicht gewährleistet. + +Wenn die BNetzA es verlangt, muss der Ausbilder der Behörde gegenüber Auskunft über "Art und Umfang" des Ausbildungsbetriebs geben. + +[question:VD305] diff --git a/contents/sections/ausgangsleistung.md b/contents/sections/ausgangsleistung.md new file mode 100644 index 0000000..7c2d8c2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ausgangsleistung.md @@ -0,0 +1,43 @@ +%[class:N] +Im vorherigen Kapitel haben wir bereits gelernt, dass für Funkamateure der Klasse N die Strahlungsleistung begrenzt ist, die eine Sendeantenne abgeben darf. Für die Klassen E und A hingegen ist auf den allermeisten Bändern nicht die Strahlungsleistung beschränkt, dafür aber die *Senderausgangsleistung*. Nur für einige wenige Frequenzbereiche gilt auch für die Klasse A eine Begrenzung der Strahlungsleistung. +%[/class] + +%[class:NEA] +%Die Leistung mit der Funkamateure senden dürfen, ist beschränkt. Für die allermeisten Bänder erfolgt dies über eine Beschränkung der Senderausgangsleistung. Nur für einige wenige Frequenzbereiche gilt auch für die Klasse A eine Begrenzung der Strahlungsleistung. +%[/class] + +Die Senderausgangsleistung ist die Leistung, die ein Funkgerät am Antennenausgang abgibt, bevor Zusatzgeräte durchlaufen werden, wie z. B. ein externes SWR-Meter oder Anpassgeräte. Sie wird als sogenannte *peak envelope power (PEP)* angegeben. [edition:NEA:Für die Klasse N ist abweichend nicht die Senderausgangsleistung, sondern die tatsächlich von der Antenne abgegebene Strahlungsleistungs maßgeblich. Wir werden darauf in einem späteren Kapitel zurückkommen, wenn wir uns im Zusammenhang mit dem Personenschutz die Strahlungsleistung von Antennen besprechen.] Viele Funkgeräte verfügen über ein *Power-Meter*, das die aktuelle Senderausgangsleistung anzeigt. Es ist beispielsweise mit "P" oder "PO" oder "PWR" beschriftet. + + +Um die peak envelope power (PEP) zu ermitteln, misst man - vereinfacht gesagt - am Senderausgang die durchschnittliche Leistung jeder einzelnen Periode der Hochfrequenzschwingung und verwendet dann den höchsten gemessenen Wert. In der Fachsprache nennt man dies die "effektive Wirkleistung am Ausgang einer Sendeendstufe während einer Periode der Hochfrequenzschwingung bei der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve". Der selten verwendete deutsche Begriff für PEP ist Hüllkurvenspitzenleistung. + + +[question:NF102] + +--- + +Die zulässige Senderausgangsleistung unterscheidet sich je nach Klasse und Frequenzbereich. Sie ist in der [Anlage 1 der Amateurfunkverordnung](https://50ohm.de/a1) festgelegt, die als Hilfsmittel bei der Prüfung vorliegt. + + +[photo:145:ausgangsleistung:Ausschnitt aus der Anlage 1 der Amateurfunkverordnung] + + +Um die zulässige Sendeleistung aus der Anlage 1 zu ermitteln, sucht man zunächst anhand der Spalte "Frequenzbereiche" die richtige Zeile heraus. Dann kann man in der Spalte "Maximale Leistung" den Wert für die drei Klassen ablesen. Findet sich für eine Klasse kein Eintrag, darf diese Klasse den Frequenzbereich nicht verwenden. + +Wir empfehlen, die folgenden Fragen anhand der Anlage 1 zu beantworten, um Übung beim Ablesen der richtigen Werte zu bekommen. + +[question:VD727] +[question:VD729] +[question:VD728] +[question:VD730] +[question:VD731] +[question:VD732] +[question:VD733] +[question:VD734] + +Für den Frequenzbereich von 1240 bis 1300 MHz gelten zusätzliche Regelungen, die nicht direkt in der Tabelle stehen. In der rechten Spalte "Zusätzliche Nutzungsbestimmungen gemäß B" kennzeichnen Zahlen ergänzende Angaben, die unter der Tabelle stehen. Für die folgende Frage ist der Punkt 11 zu beachten. + +[question:VD735] +[question:VD736] +[question:VD737] + diff --git a/contents/sections/automatische_empfangsberichte.md b/contents/sections/automatische_empfangsberichte.md new file mode 100644 index 0000000..bb0833f --- /dev/null +++ b/contents/sections/automatische_empfangsberichte.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Bei digitalen Übertragungsverfahren und auch bei CW können empfangene Rufzeichen automatisch an Internetplattformen übermittelt werden. Diese Plattformen sammeln die Empfangsberichte vieler Funkamateure und stellen sie beispielsweise auf Karten dar, die zeigen, von welchen Orten und auf welchen Bändern Signale empfangen wurden. Auf diese Weise lassen sich die aktuellen Ausbreitungsbedingungen sehr anschaulich beobachten. Funkamateure können solche automatischen Empfangsberichte nutzen, um die Reichweite ihrer eigenen Aussendungen zu überprüfen oder um ein besseres Verständnis für die momentane Funkwellenausbreitung zu gewinnen. Weiterhin besteht dabei auch die einfache möglichkeit zwei Antennen miteinander zu vergleichen. + + +[photo:322:e_wspr_reichweite:Testaussendung von DL0JMU mit einem selbstgebauten FPGA-basierten WSPR Sender im $\qty{40}{\meter}$-Band, bei $\qty{10}{\milli\watt}$] + + +WSPR steht für *Weak Signal Propagation Reporter Network* und ist ein spezieller QRP-Digimode, der ausschließlich zur Untersuchung der Ausbreitungsbedingungen entwickelt wurde. Im Gegensatz zu klassischen Übertragungsverfahren sind mit WSPR keine Zwei-Wege-QSOs möglich. Stattdessen werden sehr kurze, stark fehlerkorrigierte Signale mit extrem geringer Leistung ausgesendet. Die Übertragung erfolgt sehr langsam: Typischerweise sendet eine Station etwa eine Minute lang und empfängt anschließend mehrere Minuten. Die empfangenen Daten werden automatisch an zentrale Server übermittelt und können anschließend auf der Plattform [WSPRnet](50ohm.de/wsprn) grafisch ausgewertet werden, beispielsweise in Form von Weltkarten mit Empfangsberichten. + +Für CW-Signale gibt es das [Reverse-Beacon-Network](50ohm.de/rbn). CW-Signale werden von automatisierten Empfängern, sogenannten „Skimmer-Stationen“, aufgenommen und analysiert. Sobald ein Skimmer Dein Rufzeichen erkennt, erstellt er einen Empfangsbericht, der an die zentrale RBN-Datenbank gesendet wird. Diese Daten umfassen ebenfalls Signalstärke, Frequenz, und Standortinformationen. + +Neben WSPRnet und dem Reverse Beacon Network spielt [PSK-Reporter](50ohm.de/psk) eine wichtige Rolle bei der Sammlung und Verbreitung automatischer Empfangsberichte. PSK Reporter ist eine Plattform, die nicht nur für WSPR und CW, sondern für eine Vielzahl digitaler Übertragungsverfahren im Amateurfunk geeignet ist. Empfangsstationen weltweit können Signale empfangen, dekodieren und ihre Berichte an die zentrale Datenbank von PSK Reporter senden. Zu den unterstützten Modulationsarten gehören u.a. PSK31, FT8, FT4, RTTY und viele weitere. Jede Empfangsstation, die die entsprechende Software installiert und konfiguriert hat, kann eingehende Signale analysieren und ihre Berichte online bereitstellen. + +[question:EE405] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/baken.md b/contents/sections/baken.md new file mode 100644 index 0000000..946e3d7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/baken.md @@ -0,0 +1,27 @@ +Eine „Funkbake“ ist eine automatisch arbeitende Amateurfunk-Sendeanlage (auch in Satelliten), die selbsttätig ständig wiederkehrende Aussendungen zur Feldstärkebeobachtung oder zu Empfangsversuchen erzeugt. + +Funkbaken senden stets auf einer fest zugewiesenen Frequenz und immer von einem festen Standort aus. Ähnlich wie Relaisstationen senden sie zur Identifikation in regelmäßigen Abständen ihr Rufzeichen aus, üblicherweise in Morsetelegrafie. Manche Baken können auch zeitlich synchronisiert sein und weitere Informationen aussenden. + +[question:VD119] + +Da ihre Empfangbarkeit stark von den wechselnden Ausbreitungsbedingungen des jeweiligen Funkbandes abhängt, ist eine Bake ein guter Indikator für die Machbarkeit einer Funkverbindung in eine bestimmte Richtung. Kann man z. B. auf Kurzwelle eine Bake aus Südamerika gut hören, ist dies ein Zeichen dafür, dass jetzt auch eine Funkverbindung dorthin möglich ist. „Aurora-Baken“ im VHF-Bereich helfen dabei herauszufinden, ob aktuell DX-Verbindungen in die skandinavischen Länder durch Nutzung von Funkreflexionen an polaren Nordlichtern möglich ist. Mit bekannten Baken auf den VHF-, UHF- und SHF-Bändern kann man durch Peilung die Antennenausrichtung und auch die korrekte Funktion der Empfangsanlage überprüfen. + +[question:BE409] + +--- + +Das Internationale Bakenprojekt (IBP) besteht aus einer größeren Anzahl von Baken, die in mehreren Ländern auf allen Kontinenten verteilt sind. Sie senden in einem festgelegten zeitlichen Ablauf nacheinander jeweils einige Sekunden lang, alle auf der gleichen Frequenz eines Kurzwellenbandes. Hierdurch kannst du dir sehr schnell einen Überblick über die aktuellen Ausbreitungsbedingungen auf dem jeweiligen Band verschaffen. + +Baken werden in den IARU-Bandplänen spezielle Frequenzbereiche zugewiesen. Auf Bakenfrequenzen sollte niemals Funkbetrieb abgewickelt werden. In der Tabelle [ref:n_baken_frequenzbereiche] finden sich die Bakenfrequenzen des Kurzwellenbereiches. Alle weiteren ausgewiesenen Bakenfrequenzbereiche finden sich in den Bandplänen des jeweiligen Frequenzbandes. + + +| l: Band | X: Frequenzbereich | +| 10 m | 28190 bis 28225 kHz | +| 12 m | 24929 bis 24931 kHz | +| 15 m | 21149 bis 21151 kHz | +| 17 m | 18109 bis 18111 kHz | +| 20 m | 14099 bis 14101 kHz | +[table:n_baken_frequenzbereiche:Frequenzbereiche für Baken gemäß IARU-Bandplan] + + +[question:BE410] diff --git a/contents/sections/bandbreite.md b/contents/sections/bandbreite.md new file mode 100644 index 0000000..37beac0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bandbreite.md @@ -0,0 +1,41 @@ +Wie wir gelernt haben, hängt die belegte Sendebandbreite von der Modulationsart und bei FM auch noch vom Hub ab. Für die verschiedenen Amateurfunkbänder sind jeweils maximal zulässige Bandbreiten festgelegt. Diese findet man in der [Anlage 1](https://50ohm.de/a1) der Amateurfunkverordnung, aus der wir auch schon die Bandgrenzen entnommen haben. Diese Bandbreiten dürfen nicht überschritten werden. Jeder Funkamateur ist selbst für die Einhaltung verantwortlich. + + +| l: Frequenzbereiche | l: Status | X: zus. Nutzungsbedingungen| +| 135,7 - 137,8 kHz| S | 1 2 10 | +| 472 - 479 kHz| S | 1 | +| 3500 - 3800 kHz | P | 3 | +| 10100 - 10150 kHz | S | 1 10 12 | +| 28 - 29,7 MHz | P | 4 13 | +| 144 - 146 MHz | P | 6 13 | +| 430 - 440 MHz | P | 7 13 | +[table:n_tab_afuv:Auszug AfuV Anlage 1] + + + +Die Zahlen bei den zusätzlichen Nutzungsbedingungen in der oben genannten Tabelle bedeuten (die nicht wiedergegebenen Zahlen sind für die Bandbreite unerheblich): +* *1* Maximal zulässige belegte Bandbreite einer Amateurfunk-Aussendung: 800 Hz. +* *3* Maximal zulässige belegte Bandbreite einer Amateurfunk-Aussendung: 2,7 kHz. +* *4* Maximal zulässige belegte Bandbreite einer Amateurfunk-Aussendung unterhalb 29 MHz: 7 kHz, oberhalb 29 MHz: 40 kHz. +* *6* Maximal zulässige belegte Bandbreite einer Amateurfunk-Aussendung: 40 kHz. +* *7* Maximal zulässige belegte Bandbreite einer Amateurfunk-Aussendung: 2 MHz; bei amplitudenmodulierten Fernsehaussendungen: 7 MHz. + + +Die folgenden Fragen lassen sich alle mit Hilfe der Fußnoten in der Anlage 1 der Amateurfunkverordnung lösen, die - wie schon erwähnt - während der Prüfung als Hilfsmittel zur Verfügung steht. Wir empfehlen, sich vor der Prüfung mit der Anlage vertraut zu machen! + +[question:VD738] +[question:VD739] +[question:VD740] +[question:VD741] +[question:VD742] + +--- + +Besonders aufpassen muss man bei Sendungen in der Nähe der Grenzen der Amateurfunkbänder. Ein Beispiel: Nehmen wir an, ein FM-Signal belegt eine Bandbreite von 15 kHz, und wir stellen den Sender auf die untere Bandgrenze des 70cm-Bandes ein, also auf 430 MHz. Das Sendesignal befindet sich um die Trägerfrequenz herum, also jeweils 7,5 kHz unterhalb und oberhalb. Es würde sich also von 429,9925 bis 430,0075 MHz erstrecken. Da das Signal somit zur Hälfte außerhalb des Bandes wäre, dürfen wir nicht auf PTT drücken! Wir müssen also bei FM, aber auch bei AM, immer mindestens einen Abstand von der halben belegten Bandbreite zur Bandgrenze hin einhalten. + + +Bei SSB verhält es sich an der Bandgrenze ein wenig anders. Hier ist das Signal nur auf einer Seite der (unterdrückten) Trägerfrequenz zu finden. Bei LSB ist das Signal vollständig unterhalb der Trägerfrequenz, bei USB ist es vollständig oberhalb der Trägerfrequenz. Wenn man also beispielsweise als Sendefrequenz die obere Bandgrenze einstellt, dann dürfte man mit LSB durchaus senden, da das gesamte Signal innerhalb des Bandes bleibt. Mit USB dürfte man dort allerdings nicht senden, da das gesamte Signal außerhalb des Bandes wäre. + + +[question:NE305] + diff --git a/contents/sections/bandbreite_2.md b/contents/sections/bandbreite_2.md new file mode 100644 index 0000000..3c40567 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bandbreite_2.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Die Bandbreite eines Signals oder einer Aussendung wird in Hertz (Hz) bemessen. Hierbei misst man die Bandbreite eines Signals durch Messung der Differenz zwischen maximaler und minimaler Sendefrequenz der Aussendung. + + +Die Bandbreite gibt also an, wieviel Spektrum das Signal beansprucht. Üblicherweise messen wir die Bandbreite eines Signals zwischen den Frequenzpunkten, bei denen die spektrale Leistung auf 1/2 (entsprechend -3 dB) des Spitzenwerts abgefallen ist. + +[picture:1044:e_bandbreite:Definition der Bandbreite] + + +[question:EA105] diff --git a/contents/sections/bandreite_3.md b/contents/sections/bandreite_3.md new file mode 100644 index 0000000..3f872fc --- /dev/null +++ b/contents/sections/bandreite_3.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Für die Beurteilung der gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Bandbreite einer Aussendung wird gemäß der Amateurfunkverordnung die mittlere Sendeleistung im ausgesendeten Bandbereich betrachtet. Hierbei müssen sich 99% der Sendeleistung innerhalb der Grenzen der geforderten Bandbreite befinden. Somit darf maximal 0,5% der Sendeleistung auf angrenzende Bandbereiche unter- und oberhalb des Sendesignals entfallen. Dies ist insbesondere für FM-Aussendungen wichtig. + +%TODO: Einfügen Grafik/Skizze hinsichtlich Bandbreite und Leistungsverteilung. + + +Für die Messung der Leistungsanteile hinsichtlich einer Aussendung und deren Bandbreite ist ein Spektrumanalysator erforderlich. Hierbei haben moderne Geräte oft integrierte mathematische Funktionen, so dass die mittlere Leistung innerhalb einer bestimmten Bandbreite rechnerisch ermittelt werden kann (Kanalleistungsmessung, Nachbarkanalleistungsmessung). Genauere Informationen hierzu können der Bedienungsanleitung des jeweiligen Gerätes entnommen werden. + + +[question:AE101] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/batterien_und_akkus.md b/contents/sections/batterien_und_akkus.md new file mode 100644 index 0000000..f5f5216 --- /dev/null +++ b/contents/sections/batterien_und_akkus.md @@ -0,0 +1,64 @@ +Wie wir schon gelernt haben, liefern Batterien deshalb eine elektrische Spannung, weil darin Ladungen getrennt werden. Dies wird durch elektrochemische Vorgänge erreicht. Diese finden statt, sobald der Stromkreis geschlossen ist. Akkumulatoren, kurz Akkus genannt, funktionieren ganz ähnlich. Sie haben aber die Besonderheit, dass sie wiederaufladbar sind. Dabei wird Spannung an die Batterie angelegt und die elektrochemische Reaktion läuft umgekehrt ab. Anschließend kann das Entladen erneut beginnen. Batterien können hingegen nicht wieder aufgeladen werden, sondern sind nur einmal verwendbar. + +In Handfunkgeräten werden meistens Akkus, manchmal aber auch Batterien eingesetzt. Um Funkstationen unabhängig vom Stromnetz, z. B. auf einem Fieldday, zu betreiben, werden häufig Akkus verwendet. + +Der Aufdruck auf Batterien (Abbildung [ref:n_Bat_AA]) kennzeichnet z. B. den Plus- bzw. Minuspol und weist auf polungsrichtigen Einsatz hin. Bei Batterien ist der Warnhinweis "Nicht wiederaufladbar" stets zu beachten. + +Abbildung [ref:n_schaltzeichen_batt] zeigt das Schaltzeichen einer Batterie beziehungsweise eines Akkus. Der lange Strich im Schaltzeichen kennzeichnet den Plus-Pol, der kurze den Minus-Pol. Als Eselsbrücke gilt: ein Plus-Zeichen erfordert 2 Striche, ein Minus-Zeichen aber nur einen. + +[question:NB201] +[question:NB203] + + +[photo:89:n_Bat_AA:Eine Batterie mit Kennzeichnung der Pole und Warnhinweisen] + + + +[picture:517:n_schaltzeichen_batt:Schaltzeichen einer Batterie] + + + +Es gibt unterschiedlichste Batterien und Akkus mit verschiedenen Spannungen, Kapazitäten und Bauformen: +* Häufige Spannungsangaben bei Batterien oder Akkus sind z. B. 1,5 V oder 9 V. Es gibt sie aber auch mit anderen Spannungen. Ferngesteuerte Modellautos verwenden beispielsweise meist 7,2 V. In akkubetriebenen Werkzeugen finden sich oftmals Akkus mit 18 V, 20 V oder 40 V. +* Die Kapazität einer Batterie oder eines Akkus wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Hat ein Akku eine Kapazität von 5 Ah kann er für 5 Stunden einen Strom von einem Ampere fließen lassen - oder beispielsweise auch für 10 Stunden einen Strom von 0,5 Ampere oder einen Strom von 5 A für nur eine Stunde. Bei Batterien fehlt oft die Angabe der Kapazität. Haushaltsübliche Batterien haben oft eine Kapazität von weniger als 5 Ah. Große Akkus können auch 100 Ah oder mehr Kapazität aufweisen. Bei Akkus wird im Gegensatz zu Batterien praktisch immer die Kapazität angegeben. +* Bei den Bauformen sind die zylinderförmigen AA- und AAA-Zellen sehr bekannt, die in den meisten Haushaltsgeräten eingesetzt werden. Es gibt aber gerade bei den Akkus alle möglichen Bauformen. Oftmals sogar Bauformen, die nur für ein einziges Gerät passen. + + + +[photo:209:batterien_und_akkus_sammlung:Verschiedene Batterien und Akkus] + + + +Akkus sollten niemals komplett entladen werden. Diese sogenannte Tiefentladung kann den Akku beschädigen. Praktisch lässt sich die Entladung daran erkennen, dass die Spannung des Akkus nach und nach leicht absinkt. Die Stromentnahme muss beendet werden, bevor die vom Hersteller angegebene Mindestspannung unterschritten wird. + + +Viele Geräte benötigen mehrere Batterien. In der Regel dient dies zur Spannungserhöhung, wenn die Spannung einer einzelnen Batterie von z. B. 1,5 V nicht für den Betrieb ausreicht. Im Batteriefach des Geräts werden diese in Serie verschaltet, sodass der Minuspol der vorhergehenden Batterie jeweils auf den Pluspol der nachfolgenden trifft. Die Spannung an den Enden dieser Kette berechnet sich wie folgt: + +$\text{Gesamtspannung} = \text{Anzahl Batterien} \cdot \text{Batteriespannung}$ + +[question:NB204] + +--- + +Generell gilt, dass bei Batterien und Akkus ein Kurzschluss verhindert werden sollte. Gerade bei leistungsfähigen, modernen Akkus besteht die Gefahr der Überhitzung. Diese können in Brand geraten oder durch den entstehenden Kurzschlusstrom einen Brand verursachen. + + +Während bei Netzgeräten eine Sicherung im Fehlerfall den Stromfluss stoppen kann, fehlt dieser Schutzmechanismus bei Batterien bzw. Akkus meistens. Die Stromstärke, die Batterien und Akkus liefern können, übersteigt oftmals ein Vielfaches des Maximalstroms von Netzgeräten. Dies gilt insbesondere für hochkapazitive Akkus wie z. B. Autobatterien, die kurzzeitig 1000 A und mehr Strom liefern können. Bei der Nutzung von externen, hochkapazitiven Akkus sollte unbedingt eine zusätzliche Sicherung vorgesehen werden, wie sie beispielsweise in Abbildung [ref:n_Bat_Sicherung] gezeigt wird! +[photo:90:n_Bat_Sicherung:Anschlussbox mit Kfz-Sicherungen und verpolungsgeschützten Ausgängen zum Schutz von leistungsstarken Akkus] + + +[question:ND110] + +Bei Akkus kommen unterschiedlichste Technologien zum Einsatz, die auf verschiedenen elektrochemischen Reaktionen basieren: Seit vielen Jahrzehnten werden Bleibatterien in Autos verwendet. Kleine, tragbare Geräte verwendeten früher Akkus mit Nickel und Cadmium (NiCd) und später dann die Nickel-Metallhydrid-Technologie (NiMH). Bei Mobiltelefonen, digitalen Kameras oder Notebooks dominieren heute Akkus mit Lithium-Ionen-Technologie. Im Amateurfunk werden zunehmend auch Lithium-Eisen-Phosphat-Mischungen (LiFePO4) verwendet. + +Die Unterschiede der elektrochemischen Reaktionen sind beim Aufladen dieser verschiedenen Akkutypen zu berücksichtigen. Es müssen jeweils speziell für die Technologie angepasste Ladegeräte verwendet werden. Unsachgemäße Lade- und Entladevorgänge können zu Überhitzung der Akkus führen. Bei Berührung kann es dann zu gefährlichen Verbrennungen kommen. Auch Explosionen der Akkus und Brände sind durch Überhitzung möglich. Durch freiwerdende Flüssigkeiten kann es zu Verätzungen oder Vergiftungen kommen. + + +Batterien und Akkus sind immer sachgerecht zu entsorgen. Sie gehören nicht in den Hausmüll! Dies wird durch das durchgestrichene Mülltonnensymbol gekennzeichnet (vergleiche Abbildung [ref:n_Bat_AA]). + + +[question:NK306] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/bauelemente.md b/contents/sections/bauelemente.md new file mode 100644 index 0000000..17ddeb1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bauelemente.md @@ -0,0 +1,39 @@ +In diesem Kapitel haben wir bereits einen Großteil der grundlegenden Bauteile in einem Schaltplan kennengelernt. Es fehlen aber noch drei wichtige Bauteile, deren Schaltzeichen man in der Prüfung erkennen soll. Die genaue Funktionsweise dieser Bauteile wird aber erst in der Klasse E und A behandelt. + +In der Abbildung [ref:n_bauelemente_kondensator] sieht man verschiedene Kondensatoren. Ein Kondensator speichert eine kleine Menge an Energie. Er besteht beispielsweise aus zwei parallelen Platten. Daran kann man auch gut das Schaltzeichen erkennen. + + +[photo:206:n_bauelemente_kondensator:Schaltzeichen und Bauformen von Kondensatoren] + + +[question:NC201] + +--- + +In der Abbildung [ref:n_bauelemente_spule] sind verschiedene Spulen gezeigt. Eine Spule speichert wie der Kondensator eine kleine Menge Energie aber funktioniert technisch komplett anders als der Kondensator. Die Spule besteht im einfachsten Fall aus einem aufgewickelten Draht. Diesem ist das Schaltsymbol nachempfunden. + + +[photo:207:n_bauelemente_spule:Schaltzeichen und Bauformen von Spulen] + + +[question:NC301] + +--- +In der Abbildung [ref:n_bauelemente_transistor] finden sich verschiedene Transistoren. Ein Transistor kann, je nach Verschaltung, als elektrischer Schalter oder als Verstärker eingesetzt werden. Das Schaltzeichen des Transistors ist in den Fragen der Klasse N das einzige Bauteil mit drei Anschlüssen. + + +[photo:208:n_bauelemente_transistor:Schaltzeichen und Bauformen von Transistoren] + + + +[question:NC501] + +In Abbildung [ref:n_bauelemente_bauteile] sind nochmal alle Schaltzeichen zusammengefasst, die wir bereits kennengelernt haben. + +[question:NB202] + +[picture:694:n_bauelemente_bauteile:Elektrische Bauteile, Messgeräte und ihre Schaltzeichen] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/begrenzerverstaerker.md b/contents/sections/begrenzerverstaerker.md new file mode 100644 index 0000000..13d7613 --- /dev/null +++ b/contents/sections/begrenzerverstaerker.md @@ -0,0 +1,7 @@ + +[picture:828:begrenzverstärker:Wirkungsweise eine Begrenzverstärkers] + + +Beim FM-Empfang ist nur die Änderung der Frequenz des Eingangssignals für die Demodulation von Belang. Daher versucht man Amplitudenschwankungen und Störimpulse beim Empfang von FM-Signalen so gut wie möglich zu unterdrücken. Dies kann mit Hilfe eines Begrenzerverstärkers im ZF-Teil eines FM-Empfängers, der das Eingangssignal zunächst stark verstärkt und danach die Amplituden mit einer geeigneten Schaltung begrenzt erfolgen. Durch die Begrenzung bleibt die Information der Frequenzänderung (FM) erhalten. Amplitudenänderungen werden hierdurch jedoch stark unterdrückt, da der Signalpegel auf ein definiertes Maximum begrenzt wird und somit nur minimale Amplitudenschwankungen des Eingangssignals nach dem Begrenzerverstärker noch vorhanden sind. + +[question:AF226] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/besondere_anlaesse.md b/contents/sections/besondere_anlaesse.md new file mode 100644 index 0000000..affa8a9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/besondere_anlaesse.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Für besondere Anlässe, die von allgemeiner Bedeutung sind, wie z. B. historische Ereignisse, Stadtfeste und Sportereignisse, können Funkamateure in Deutschland, Klubstationsrufzeichen mit vier- bis siebenstelligem Suffix beantragen. So kann die ganze Amateurfunkwelt an einem Ereignis teilhaben. + +Diese speziellen Klubstationsrufzeichen werden von der BNetzA für maximal ein Jahr zugeteilt. Eine Verlängerung ist nicht möglich. Das Suffix kann, im Gegensatz zu den bisher erwähnten Rufzeichen, aus Ziffern und Buchstaben bestehen. Das letzte Zeichen muss immer ein Buchstabe sein. So sind zum Beispiel auch Kombinationen wie DP44N44T möglich. + + +[photo:59:n_besondere_anlaesse_qsl_karte_DA200TF:QSL-Karte der Klubstation mit dem Sonderrufzeichen DA200TF anlässlich des 200. Geburtstags von Theodor Fontane] + + +Funkamateure haben national und international die Möglichkeit, Sonderstationen zu betreiben. Im Ausland können diese Vorgaben jedoch abweichen, so sind beispielsweise in anderen Ländern auch noch längere Rufzeichen möglich. + +--- + +Aus der Tabelle [ref:n_besondere_anlaesse] kann man erkennen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, Funkaktivitäten durchzuführen. Die Aktivierung einer Sonderstation kann sowohl den Aktivierenden als auch den Sammlern sehr viel Freude bereiten. Der Aktivierende ist der Bediener einer Sonderstation. Der Sammler versucht, möglichst viele solche Sonderstationen zu erreichen. + + +| l: Rufzeichen | l: Zuteilung | X: Ereignis | +| DL1250BRET | 2017 | 1250 Jahre Stadt Bretten | +| DL500BIER | 2016 | 500 Jahre Deutsches Reinheitsgebot | +| DF13DEJU | 2019 | Erstflug der Junkers F 13 | +| DL73AFUG | 2022 | 73. Geburtstag des Amateurfunkgesetzes | +| DB50AFZ | 2022 | 50 Jahre Amateurfunkzentrum | +| DP44N44T | 2022 | 44 Jahre Ortsverband N44 | +| DC0YOTA | 2021 | Youngsters On The Air | +| DL22MAUS | 2022 | Türen auf mit der Maus! | +| DL0ELEFANT | 2022 | Türen auf mit der Maus! | +[table:n_besondere_anlaesse:Beispiele für Sonderstationen] + + +[question:VD204] diff --git a/contents/sections/betriebliche_abkuerzungen.md b/contents/sections/betriebliche_abkuerzungen.md new file mode 100644 index 0000000..fb847ba --- /dev/null +++ b/contents/sections/betriebliche_abkuerzungen.md @@ -0,0 +1,25 @@ +Der Ursprung vieler Abkürzungen liegt in der Morsetelegrafie. Die Abkürzung CQ ist schneller zu telegrafieren als die Bedeutung "Allgemeiner Anruf". Viele Abkürzungen sind in den Radio Regulations (RR) definiert. Dazu gehören insbesondere die betrieblichen Abkürzungen für Morsetelegrafie und die sogenannten Q-Gruppen, auf die wir noch eingehen werden. Mit der Weiterentwicklung der Technik kommen natürlich nach und nach neue Abkürzungen hinzu und die Bedeutung mancher Abkürzung verändert sich über die Zeit auch. Die Anwendung dieser Abkürzung ist aber keineswegs auf die Telegrafie beschränkt. Viele dieser Abkürzungen sind fester Bestandteil der Umgangssprache unter Funkamateuren und werden auch in der Telefonie verwendet. + + +| c: Abkürzung | X: Bedeutung | +| BK | Unterbrechung der Sendung; Formlose Übergabe (*B*rea*k*) | +| CQ | Allgemeiner Anruf | +| CW | *C*ontinuous *W*ave (Synonym für Morsetelegraphie) | +| K | Aufforderung zum Senden ("*K*ommen") | +| PSE | Bitte, *P*lea*se* | +| R | Received (Empfangsbestätigung, *R*oger) | +| RX | Receiver (Empfänger) | +| TX | Transmitter (Sender) | +| TRX | Transceiver (Sendeempfänger) | +[table:n_abkuerzungen:Zusammenfassung der Abkürzungen] + + +Der Ursprung des Amateurfunks ist in den USA. Deshalb kommen viele unserer Fachbegriffe aus dem amerikanischen Englisch, beispielsweise Transmitter statt Sender und Receiver statt Empfänger. Der Transmitter wird mit TX, der Receiver mit RX und der Transceiver, also der Sendeempfänger, mit TRX abgekürzt. + +[question:BB106] + +Kennengelernt haben wir auch schon die Abkürzung CW für Continuous Wave, die meist für die Morsetelegrafie durch Ein- und Ausschalten eines Hochfrequenzträges gebraucht wird. + +[question:BB107] + +Eine Reihe von Abkürzungen aus der Telegrafie haben wir schon besprochen: Das "R" (received, bzw. roger) als Empfangsbestätigung am Anfang eines Durchgangs ist eines der wenigen Zeichen, das ausschließlich in der Telegrafie genutzt wird. Das Gleiche gilt für das Zeichen "K". Eine Eselsbrücke ist "Kommen" als Aufforderung zum Senden. Bei "BK" drängt sich "*B*rea*k*" als Merkhilfe geradezu auf. Die Tabelle [ref:n_abkuerzungen] fasst nochmal die wichtigsten Abkürzungen für die Prüfung zusammen. diff --git a/contents/sections/betriebsabwicklung.md b/contents/sections/betriebsabwicklung.md new file mode 100644 index 0000000..ef6ab48 --- /dev/null +++ b/contents/sections/betriebsabwicklung.md @@ -0,0 +1,55 @@ +Funkverbindungen finden meist wechselseitig auf einer Frequenz statt. D. h. eine Station sendet, während die andere Station hört. Wenn beide gleichzeitig senden, hört keine von beiden. Daher ist es wichtig, dass eine gewisse Ordnung beim Ablauf einer Funkverbindung, der sogenannten Betriebsabwicklung, herrscht. + +Bei vielen Funkdiensten ist die Betriebsabwicklung ganz genau vorgeschrieben, z. B. im Flugfunk, bei der Polizei, der Feuerwehr oder den Rettungsdiensten. Im Amateurfunk gibt es keine verpflichtenden Vorgaben zur Betriebsabwicklung. Es muss nur das Rufzeichen ordnungsgemäß genannt werden. Aber auch im Amateurfunk ergibt es Sinn, wenn man sich an der üblichen Betriebsabwicklung orientiert und die geläufigen Abkürzungen kennt. Daher gibt es auch einen eigenen Prüfungsteil "Betriebliche Kenntnisse". + +Alle Funkamateure nutzen die zur Verfügung stehenden Frequenzen gemeinsam. Es gilt hier das Prinzip: Wer zuerst kommt, mahlt zuerst. Daher sollte man, bevor eine Funkverbindung begonnen wird, erst einige Zeit hören, ob die Frequenz nicht schon von einer anderen Station verwendet wird. Um ganz sicherzugehen, sollte dann noch zwei- bis dreimal kurz gefragt werden, ob die Frequenz frei ist. + + +Ist diese Frequenz frei? DL1PZ +> *(keine Antwort)* +Ist diese Frequenz frei? DL1PZ +> *(keine Antwort)* +CQ CQ hier ist DL1PZ mit einem allgemeinen Anruf, hier ist DL1PZ und hört. +> DL1PZ hier ist DL9MJ bitte kommen + + +Wenn darauf keine Antwort folgt, kann davon ausgegangen werden, dass die Frequenz nicht belegt ist. Jetzt kann man selber eine Funkverbindung beginnen. Wie beim Telefon nennt sich das Anruf. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, den allgemeinen Anruf und den gezielten Anruf: + +* Mit einem *allgemeinen* Anruf fordert man *alle* Stationen, die einen hören können, zur Antwort auf. Die internationale betriebliche Abkürzung für den allgemeinen Anruf ist CQ. Wird CQ englisch ausgesprochen (etwa "si-kju"), dann klingt es genauso wie "seek you" (etwa "sik-ju"), also "suche dich". Im deutschsprachigen Funkverkehr wird anstelle von CQ auch die Floskel "Allgemeiner Anruf" verwendet. +* Bei einem *gezielten* Anruf hingegen möchte man die Antwort *einer bestimmten* Station. + +--- + +Die Antwort erfolgt bei allgemeinen und gezielten Anrufen auf die gleiche Art. Man nennt erst das Rufzeichen der anrufenden Station und dann das eigene Rufzeichen. + + +DL9MJ von DL1PZ bitte kommen +> DL1PZ hier ist DL9MJ + + +[question:BB102] +[question:BE105] +[question:BE101] +[question:BE102] + +--- + +Es kann vorkommen, dass man einen Anruf nicht ganz mitbekommt, aber Teile des eigenen Rufzeichens hört und sich nicht sicher ist, ob man gemeint war. In einem solchem Fall sollte einfach nachfragt werden, ob man gemeint war. + + +D*(krschkrsch)*MJ von DK5WP, bitte kommen +> Hier ist DL9MJ, wurde ich gerufen? + + +[question:BE103] + +--- + +Nach einer Funkverbindung (oft als QSO bezeichnet) wird die Frequenz immer der Station überlassen, die den Anruf gestartet hat. Möglicherweise hat aber zwischendurch eine andere Station gerufen, die mit einem sprechen will. Auch dann sollte die Frequenz für die ursprünglich rufende Station frei gemacht werden. Davor kann man sich aber noch kurz auf eine andere Frequenz verständigen. + + +*QSO* ist eine Abkürzung, die ursprünglich aus der Morsetelegrafie stammt und "ich habe direkten Kontakt zu Station X" bedeutet. Daran angelehnt, sprechen Funkamateure oftmals von einem QSO, wenn sie eine erfolgreiche Funkverbindung meinen. + + + +[question:BE108] diff --git a/contents/sections/bfo_1.md b/contents/sections/bfo_1.md new file mode 100644 index 0000000..31d4a82 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bfo_1.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Ein *Beat-Frequency-Oszillator*, auch *BFO* genannt, ist ein Überlagerungsoszillator, der dazu dient das ZF-Signal eines Empfängers mittels eines Mischers durch Überlagerung mit einem Hilfsträger (BFO) zu demodulieren. Diese Technik wird vor allem beim Empfang von Signalen ohne Hilfsträger (SSB und CW) verwendet. Der BFO muss hierbei auf bestmögliche Verständlichkeit des Empfangssignals eingestellt werden. + + +[picture:838:e_bfo:BFO im Überlagerungsempfänger] + + +[question:EF209] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/bfo_2.md b/contents/sections/bfo_2.md new file mode 100644 index 0000000..4f4f2d0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bfo_2.md @@ -0,0 +1,6 @@ +Im Demodulator wird beim Empfang von Signalen mit unterdrücktem Träger oder CW-Signalen das Empfangssignal mit dem BFO, auch Hilfsträgeroszillator genannt, gemischt. Der BFO muss sich bei SSB-Empfang genau auf der Frequenz des unterdrückten Trägers befinden. Beim Empfang von CW-Signalen muss der BFO in einem gewissen Abstand zum CW-Signal liegen. Dieser Abstand bestimmt darüber mit welcher Tonfrequenz das CW-Signal im Empfänger hörbar wird. Für CW Signale werden üblicherweise 600 bis 900 Hz als angenehme Hörfrequenz empfunden. Daher sollte die Differenz zwischen der BFO-Frequenz und der letzten ZF für den angenehmen Empfang von CW-Signalen ungefähr 800 Hz betragen. + +Ein BFO-Oszillator sollte eine möglichst hohe Frequenzstabilität aufweisen, damit empfangene Signale stabil und unverfälscht widergegeben werden können und der Empfänger nicht permanent in der Frequenz nachgeregelt werden muss. Am besten geeignet sind daher quarzgesteuerte Oszillatoren. + +[question:AF211] +[question:AF216] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/binaer.md b/contents/sections/binaer.md new file mode 100644 index 0000000..ac53e30 --- /dev/null +++ b/contents/sections/binaer.md @@ -0,0 +1,63 @@ +Wir Menschen sind es gewohnt, die zehn Ziffern von 0 bis 9 zu benutzen. Man spricht von einem Zehnersystem oder Dezimalsystem. + +Für Computer ist es hingegen einfacher, mit nur 2 Ziffern zu arbeiten: der 0 und der 1. Dies entspricht zwei Zuständen: Beispielsweise ausgeschaltet und eingeschaltet, "Transistor gesperrt" und "Transistor leitend" oder auch 0 V und 5 V. Es entsteht ein binäres Zahlensystem oder Dualsystem. + +[question:EA201] + +Das Zählen geht in allen Zahlensystemen gleich (siehe Tabelle [ref:binaer_zahlensysteme]): Man fängt bei 0 an und zählt die Ziffern hoch. Wenn der Ziffernvorrat zu Ende ist, fängt man von vorne an und schreibt dabei vor jede Zahl eine 1. Deshalb kommt im Dezimalsystem nach der 9 die 10. Die Ziffer ganz rechts hat den Wert, den sie selbst darstellt. Man nennt das den Stellenwert 1. + +--- + +Im Dezimalsystem ist die zweite Ziffer von rechts zehnmal so viel Wert wie sie selbst, hat also den Stellenwert 10. Jede weiter links stehende Stelle ist jeweils zehnmal so viel Wert, wie die rechts daneben stehende. Beispielsweise bedeutet die Dezimalzahl 5573 aus der Tabelle [ref:binaer_stellenwert_dezimal] also eigentlich $5 \cdot 1000 + 5 \cdot 100 + 7 \cdot 10 + 3 \cdot 1$. + + +|c: |c: |c: |c: | +|1000 | 100 | 10 | 1 | +| 5 | 5 | 7 | 3 | +[table:binaer_stellenwert_dezimal:Stellenwerte der vierstelligen Dezimalzahl 5573] + +|r: Dezimal | r: Dual | +| 0 | 0 | +| 1 | 1 | +| 2 | 10 | +| 3 | 11 | +| 4 | 100 | +| 5 | 101 | +| 6 | 110 | +| 7 | 111 | +| 8 | 1000 | +| 9 | 1001 | +| 10 | 1010 | +| 11 | 1011 | +| 12 | 1100 | +| 13 | 1101 | +| 14 | 1110 | +| 15 | 1111 | +[table:binaer_zahlensysteme:Zahlen im Dezimal- und im Dualsystem] + + +Im Dualsystem gibt es nur zwei Ziffern, nämlich 0 und 1. Wie in Tabelle [ref:binar_stellenwert_dual] zu sehen ist, hat die erste Stelle von rechts den Stellenwert 1, die zweite 2, die dritte 4, die vierte 8 und so weiter. Die Stellenwerte verdoppeln sich, statt sich zu verzehnfachen, weil es nur zwei Ziffern gibt und nicht zehn. Eine Stelle im Dualsystem nennt man auch Bit. + +|c: |c: |c: |c: |c: |c: |c: |c: | +| 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 | +| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | +[table:binar_stellenwert_dual:Stellenwerte der achtstelligen Dualzahl 10001110] + +Wenn man die Stellenwerte kennt, ist das Übertragen von Dualzahlen in das Dezimalsystem einfach. Nehmen wir ein Beispiel aus Tabelle [ref:binar_stellenwert_dual]. Die Dualzahl 10001110 soll in eine Dezimalzahl umgerechnet werden. + +1. Man schreibt über jede Ziffer der Dualzahl ihren Stellenwert. +2. Man addiert alle Stellenwerte, unter denen eine 1 steht: $128+8+4+2=142$ + +[question:EA206] +[question:EA207] +[question:EA208] + +Auf dem Papier kann man Dualzahlen mit so vielen Bits schreiben, wie man gerade braucht. In der Digitaltechnik ist das anders. Die Hard- oder Software gibt eine bestimmte Stellenzahl vor, die man auch Breite nennt. Beispielsweise haben Mikrocontroller oder Computer häufig Breiten von 8, 16, 32 oder 64 Bits. In der Darstellung werden Dualzahlen oft vorne mit Nullen aufgefüllt, bis diese Breite erreicht ist. Am Wert der Zahl ändert das nichts. + +[question:EA205] + +Eine feste Breite begrenzt den Wertebereich. Mit einem Bit sind zwei Werte möglich (0 und 1), mit zwei Bits schon vier (00, 01, 10 und 11) und mit jedem weiteren Bit jeweils doppelt so viele. Mit $n$ Bits lassen sich $2^n$ verschiedene Zahlen darstellen. + +[question:EA204] +[question:EA202] +[question:EA203] diff --git a/contents/sections/blitzerdung.md b/contents/sections/blitzerdung.md new file mode 100644 index 0000000..f8b5f72 --- /dev/null +++ b/contents/sections/blitzerdung.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Antennenanlagen erhöhen in der Regel nicht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Blitz einschlägt, aber wenn er einschlägt wird vermutlich eine vorhandene exponierte Antenne das Ziel sein. Deshalb müssen Antennenanlagen auf oder an Gebäuden geerdet bzw. in ein vorhandenes Blitzschutzsystem integriert werden. + +Häufig geht ein Blitz nur in der Nähe unserer Station nieder. Das ist weniger schlimm als ein direkter Einschlag, aber auch das reicht, um große Schäden anzurichten (vgl. Abbilung [ref:e_ueberspannung_blitz]). Deshalb ist Blitzschutz ein wichtiges Thema für uns Funkamateure. + + +[photo:191:e_ueberspannung_blitz:Durch Überspannung völlig zerstörter Kondensator in einem Netzteil. Ursache war ein Blitzeinschlag in der Nähe der Station. Hier kam die Überspannung über das Stromnetz.] + + +--- + +Wie können wir unsere Geräte vor Überspannungen durch Blitze schützen? Es gibt Blitzschutz-Zwischenstecker für Koaxkabel, die mittels einer Gasentladungsröhre Überspannungen ableiten oder man kann die Antennenzuleitung nach dem Funkbetrieb direkt erden. In beiden Fällen braucht man eine Erdungsleitung (massiver Draht, keine Litze) deren Querschnitt den VDE-Vorgaben entspricht (Kupfer $\qty{16}{\milli\meter\squared}$, Alu $\qty{25}{\milli\meter\squared}$, Stahl $\qty{50}{\milli\meter\squared}$). Jede vorhandene Gebäudeerdung kann genutzt werden. + + +Hier wiederholen wir noch einmal die Warnung aus dem Kurs für die Klasse N: Arbeiten an einem Blitzschutzsystem sollten ausschließlich durch Blitzschutzfachkräfte vorgenommen werden, die über eine entsprechende Ausbildung verfügen! Ebenfalls sollte der Anschluss von Potentialausgleich und Erdung nur vorgenommen werden, wenn man genau weiß, was man tut. Im Zweifel sollte man sich von einem erfahreneren Funkamateur oder einer Elektrofachkraft helfen lassen. + + +[question:EK209] +[question:EK210] + +--- + +Eine Blitzschutzanlage soll das Gebäude bei Blitzeinschlägen schützen. Damit der Schutz erhalten bleibt, muss man wissen was man tut. Änderungen müssen deshalb Fachleute vornehmen. Soll eine Verbindung mit einer vorhanden Blitzschutzanlage hergestellt werden, muss dies in dem *Blitzschutzkonzept* vorgesehen sein, das von einer *Blitzschutz-Fachkraft* erstellt wurde. + +[question:EK211] + + +Der VDE hat einen [Leitfaden zum Schutz von Funkanlagen auf Gebäuden bei Blitzschlag](https://50ohm.de/vde-blitz) veröffentlicht + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/blitzschutz.md b/contents/sections/blitzschutz.md new file mode 100644 index 0000000..57659db --- /dev/null +++ b/contents/sections/blitzschutz.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Zur Vermeidung von Gefährdungen durch elektrischen Schlag sollten die Metallgehäuse aller Geräte einer Amateurfunkstelle, z. B. Transceiver, Netzteil und Anpassgerät, jeweils über kurze Leitungen zusammengeführt und mit der Haupterdungsschiene des Gebäudes verbunden sein. Bei vielen Geräten findet man dafür auf der Rückseite einen spezieller Schraubanschluss. Diese Maßnahme dient dem *Potentialausgleich* und der *Erdung* und sollte ebenfalls nach den anerkannten Regeln der Technik durchgeführt werden. + +Unter *Potentialausgleich* versteht man, dass keine gefährliche Berührungsspannung zwischen den einzelnen Geräten entstehen kann. Unter *Erdung* versteht man, dass z. B. aufgrund eines Defekts auftretende unerwünschte elektrische Ströme vom Gehäuse in die Erde abgeleitet werden können. + + +[photo:81:n_Schraubanschluss_GND:Schraubanschluss Ground (GND) am TRX] + + +Wie der Potentialausgleich und die Erdung von Funkanlagen fachgerecht durchgeführt werden kann, beschreibt die Norm VDE 0855-300, die auch für Amateurfunk-Sendeanlagen anwendbar ist. Möchte man eine Antenne auf einem Gebäude anbringen, das über ein Blitzschutzsystem verfügt, dann kann man in der Norm VDE 0185-305 nachlesen, wie dies dem Stand der Technik entsprechend durchgeführt werden kann. + + +Die *Beschaffung von VDE-Normen* ist recht teuer. Es kann sich daher anbieten, auf andere Quellen zurückzugreifen, in denen die Regelungen der Normen erläutert werden. + + + +Arbeiten an einem Blitzschutzsystem sollten ausschließlich durch Blitzschutzfachkräfte vorgenommen werden, die über eine entsprechende Ausbildung verfügen! Ebenfalls sollte der Anschluss von Potentialausgleich und Erdung nur vorgenommen werden, wenn man genau weiß, was man tut. Im Zweifel sollte man sich von einem erfahreneren Funkamateur oder einer Elektrofachkraft helfen lassen. + + +[question:VE604] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/bodenwelle.md b/contents/sections/bodenwelle.md new file mode 100644 index 0000000..875edb2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/bodenwelle.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Wir haben ja bereits verschiedene Ausbreitungsmöglichkeiten kennen gelernt: +- direkte Welle: geradlinige Ausbreitung vom Sender zum Empfänger (z.B. bei Sichtverbindung) +- Raumwelle: Ausbreitung über Brechung an Gebieten mit freien Elektronen in der Ionosphäre +- Bodenwelle: Ausbreitung entlang der Erdoberfläche + +Die Bodenwelle wechselwirkt mit dem Erdboden und ist dadurch in der Lage, parallel zur Erdoberfläche zu verlaufen, das heisst der Krümmung der Erde zu folgen. Das klappt umso besser, je niedriger die Frequenz und je leitfähiger der Boden ist; außerdem muss die Welle vertikal polarisiert sein. Das heißt, die Bodenwelle folgt der Erdkrümmung und geht über den geografischen Horizont hinaus. Sie wird in höheren Frequenzbereichen stärker gedämpft als in niedrigeren Frequenzbereichen. + +[question:EH212] + +Daher ist diese Ausbreitungsform vor allem auf Lang und Mittelwelle relevant, wo die Reichweite der Bodenwelle mehrere Hundert Kilometer beträgt - jeden Sender, denn man dort tagsüber hört, empfängt man über die Bodenwelle. Zu höheren Frequenzen hin reicht sie zwar immer noch über den geografischen Horizont hinaus, aber ihre Reichweite nimmt rasch ab, weswegen sie auf Kurzwelle nur auf den unteren Bändern, z.B. auf $\qty{160}{\meter}$, noch eine gewisse Bedeutung hat. + + +[picture:866:e_reichweite_bodenwelle:Reichweite der Bodenwelle je nach Band] + + +[question:EH211] diff --git a/contents/sections/brueckengleichrichter.md b/contents/sections/brueckengleichrichter.md new file mode 100644 index 0000000..3f557a7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/brueckengleichrichter.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Durch den geringen Aufwand ist der Brückengleichrichter eine häufig verwendete Gleichrichterschaltung. Dazu benötigt man einen Trafo und 4 Dioden. In der Abbildung [ref:a_brueckenlgeichrichter] ist ein solcher Brückengleichrichter dargestellt. + + +[picture:965:a_brueckenlgeichrichter:Brückengleichrichter] + + +--- + +In dem nebenstehenden Applet kann man bei dargestellter Polarität der Trafospannung $U_a$ bzw. $U_s$ den Laststrom in seinem Stromverlauf verfolgen und erkennen, dass der dieser stets in gleicher Richtung durch den Lastwiderstand $R$ fließt. Der Spannungsabfall am Lastwiderstand $R_L$ ist eine pulsierende Gleichspannung (DC), die aus positiven sinusföhrmigen Halbwellen besteht. Diese Spannung hat eine Frequenz $f=\qty{100}{\hertz}$. + + +[include:applet_gleichrichter_2] + + +--- + + +[photo:296: Brückengleichrichter Bauformen: Bauformen von Brückengleichrichtern] +Die Beschriftung der Anschlüsse ist zu beachten. + + 1. Hochstrom-Brückengleichrichter 26 MB 20 A (200 V 25 A) im Metallgehäuse zur direkten Montage auf einem Kühlkörper + 2. B80 C 5000/3300 bedeutet: maximal 80 V Betriebsspannung, C kapazitive Last max. 2500 µF mit Schutzwiderstand R = 1 Ohm, maximaler Dauerlaststrom: 5000 mA mit Kühlkörper, 3300 mA ohne Kühlkörper + 3. BY 225 Brückengleichrichter - besonderes Gehäuse + 4. runde Bauform eines Brückengleichrichters B 80 C 1000 + 5. B40 C 1500 - die veränderte Anschlussfolge ist zu beachten + 6. FPU 4M ( 1000 V - 4 A) + 7. im Kunststoff eingeprägte Anschlussfolge + + +[question:AD305] + +--- +% TODO Frage 1180 ggf. bei Restwelligkeit behandeln + +Wenn man nach dem Brückengleichrichter einen Ladekondensator $C_L$ und ein LC-Siebglied (vgl. Abbildung [ref:a_netzteil_Ucs] verbaut, erreicht man damit eine kleinere Amplitude in der pulsierenden Ausgangsgleichspannung. Somit haben wir ein konventionelles Netzteil. + +% TODO Schaltungsbild einfügen + +[picture:66:a_netzteil_Ucs:Gleichrichterschaltung mit Siebung] + + +Um jetzt die Spannung am Siebkondensator $C_S$ zu bestimmen, sollten wir wissen, dass die Kondensatoren sich auf die Spitzenspannung $\hat{U}$ der Sekundärespannung ${U}_{SEK}$ des Trafos aufladen. + +$\hat{U}={U}_{eff}\cdot\sqrt{2}$ + +Weiterhin müssen wir beachten, ob der Trafo ein Übersetzungsverhältniss $ü$ aufweist. In unserem Beispiel hat der Trafo ${\"u}=\frac{8}{1}$ und somit können wir mit der Formel $\frac{8}{1}=\frac{{U}_{PRIM}}{{U}_{SEK}}$ nach ${U}_{SEK}$ umstellen. Wir kommen somit auf folgende Gleichung: +${U}_{SEK}=\frac{{U}_{PRIM}}{8}=\frac{{U}_{eff}\cdot\sqrt{2}}{8}=\frac{230V\cdot 1,414}{8}=\frac{325,22V}{8}=40,65V$ + +% Anmerkung DC4LW 2024-05-29: Muss die Diodenspannung nicht auch noch von U_{SEK} abgezogen werden? Ergänzung: Habe erfahren, dass bei Leerlauf die Diodenspannung vernachlässigt werden kann. + +[question:AD306] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/brueckenschaltung.md b/contents/sections/brueckenschaltung.md new file mode 100644 index 0000000..e6ee7af --- /dev/null +++ b/contents/sections/brueckenschaltung.md @@ -0,0 +1,41 @@ +Die Brückenschaltung ist eine Schaltung aus 4 Widerständen, die für Widerstandsmessungen eingesetzt werden kann. Ein Beispiel aus der Praxis ist die Messbrücke nach Wheatstone. +%todo Bild einer Wheatstone Messbrücke +Die Messbrücke besteht immer aus zwei Spannungsteilern, die parallel geschaltet sind. +[picture:343:a_Brückenschaltung:Typische Brückenschaltung mit 4 Widerständen] +In dem Sonderfall, dass die Spannungsteilerverhältnisse links und rechts gleich groß sind, fließt durch das Messinstrument, im sogenannten Brückenzweig, kein Strom. +Die Widerstandswerte können unterschiedliche Werte aufweisen, wichtig ist, dass das Spannungsteilerverhältnis links und rechts gleich sein muss. + +In einer Formel dargestellt lautet dieser Zusammenhang: $\frac {R_1}{R_2} = \frac {R_3}{R_4}$ +--- +[question:AD111] + +In der Mitte der Schaltung lässt sich die sogenannte Brückenspannung abgreifen. +Für den Sonderfall, dass die Spannungsteilerverhältnisse gleich groß sind, ergibt sich die Brückenspannnung zu Null Volt + + + +[photo:286:a_Pontavi:Widerstandsmessbrücke nach Wheatstone (Pontavi)] + Der Sonderfall, dass die Spannungsteilerverhältnisse in der Brückenschaltung links und rechts gleich groß sind, wird zur Messung unbekannter Widerstände angewendet. Charles Wheatstone (britischer Physiker) erkannte bereits 1833 die Bedeutung der Brückenschaltung zur Messung unbekannter Widerstände. Bei der Messung wird ein einstellbarer Präzisionswiderstand solange verändert, bis das empfindliche Messwerk im Brückenzweig keinen Stromfluss mehr anzeigt. Dann ist die Brücke abgeglichen und man kann den Wert des unbekannten Widerstandes mit Hilfe der Skala und des Messbereichsmultiplikators ermitteln. + + +[question:AD112] + +Da bei der Aufgabe alle Widerstände gleich groß sind, müssen auch die Spannungsteilerverhältnisse gleich sein. Dies entspricht dem beschriebenen Sonderfall. + +In der folgenden Frage trifft der Sonderall nicht zu, da die Spannungsteilerverhältnisse ungleich sind. +Es sind zwar ähnliche Widerstände vorhanden, aber von oben nach unten betrachtet vertauscht. + +--- +[question:AD113] + +Es ist sehr hilfreich, sich die Schaltung zu skizzieren und die Spannungspotenziale einzutragen. Danach sieht man deutlicher den Potenzialunterschied zwischen A und B. + + + +Auf der linken Seite finden wir was Verhältnis 1 kOhm zu 10 kOhm = 1/ 10. +Unter der Voraussetzung, dass das Messwerk sehr hochohmig oder abgeklemmt ist, messen wir bei 11 V Betriebsspannung auf der linken Seite am oberen Widerstand ($R_1$) genau 1V und am unteren Widerstand ($R_2$) 10 V. Das Potenzial am Messpunkt A beträgt somit 10 V gegen Masse gemessen. +Auf der rechten Seite finden wir was Verhältnis 10 kOhm zu 1 kOhm = 10/ 1 und messen deshalb 10 V am oberen Widerstand ($R_3$) und 1V am unteren Widerstand ($R_4$). Das Potenzial am Messpunkt B beträgt somit 1 V gegen Masse gemessen. +Der Potenzialunterschied zwischen A und B beträgt 9 V, wobei der Messpunkt A um 9 V positiver als der Messpunkt B ist + + +%todo Zusammenfassung, Formelsammlung \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/buchstabiertafel.md b/contents/sections/buchstabiertafel.md new file mode 100644 index 0000000..84befb9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/buchstabiertafel.md @@ -0,0 +1,58 @@ +Hört man sich die Rufzeichen DM4EAX und DN4EAX gesprochen an, so ist es schwer, die Buchstaben M und N akustisch voneinander zu unterscheiden. Gerade bei einem leisen oder verrauschten Empfang kann es hier schnell zu Missverständnissen kommen. Aus diesem Grund wird im Amateurfunk eine Buchstabiertafel eingesetzt, bei der jedem Buchstaben genau ein englischsprachiges Wort zugeordnet ist. Anstelle der Buchstaben spricht man jeweils das entsprechende Wort. Aus DM4EAX wird *Delta Mike Vier Echo Alfa X-Ray* und aus DN4EAX wird *Delta November Vier Echo Alfa X-Ray*. Jetzt sind die beiden Rufzeichen gut unterscheidbar. + +Es gibt verschiedene Buchstabiertafeln, z. B. die deutsche, die österreichische oder die schweizerische Buchstabiertafel, die unterschiedliche Wörter benutzen. Funkamateure müssen in Deutschland gemäß der Verfügung 13/2005 der Bundesnetzagentur für die Nennung des Rufzeichens die internationale Buchstabiertafel verwenden. Die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, kurz ITU) führte erstmals 1927 eine internationale Buchstabiertafel ein und passte sie im Laufe der Zeit mehrfach an. Die heute gültige internationale Buchstabiertafel ist im Anhang 14 der Radio Regulations (RR) festgelegt, die von der ITU herausgegeben werden. Sie ist in der Tabelle [ref:n_buchstabiertafel] wiedergegeben. Diese wird nicht nur im Amateurfunk, sondern unter anderem auch in der Luftfahrt und von der NATO verwendet. + + +| c: Buchstabe | l: Wort | X: Aussprache | +| A | Alfa | AL-FA | +| B | Bravo | BRA-WO | +| C | Charlie | TSCHA-LI | +| D | Delta | DELL-TA | +| E | Echo | ECK-KO | +| F | Foxtrot | FOX-TROTT | +| G | Golf | GOLF | +| H | Hotel | HO-TELL | +| I | India | IN-DI-AH | +| J | Juliett | DJU-LI-ETT | +| K | Kilo | KI-LO | +| L | Lima | LI-MA | +| M | Mike | MAIK | +| N | November | NO-WEM-BER | +| O | Oscar | OSS-KAR | +| P | Papa | PA-PA | +| Q | Quebec | KWE-BECK | +| R | Romeo | RO-MI-O | +| S | Sierra | SIER-RA | +| T | Tango | TÄNG-GO | +| U | Uniform | JU-NI-FORM | +| V | Victor | WICK-TOR | +| W | Whiskey | WISS-KI | +| X | X-ray | ÄX-RÄI | +| Y | Yankee | JENG-KI | +| Z | Zulu | SUH-LUH | +[table:n_buchstabiertafel:Die ITU-Buchstabiertafel] + + +[question:VD206] + +Die Buchstabiertafel enthält jedoch keine Ziffern. Im nationalen Funkverkehr spricht man Ziffern auf Deutsch aus, z. B. Delta Mike *Vier* Echo Alpha X-ray. Im internationalen Funkverkehr wird die englische Sprache verwendet, z. B. Delta Mike *Four* Echo Alfa X-ray. + +Die Buchstabiertafel kann natürlich auch verwendet werden, um andere Wörter zu buchstabieren, z. B. einen Namen oder eine Ortsangabe. Die internationale Buchstabiertafel enthält jedoch keine deutschen Umlaute. Daher wird das Ä als "Alfa Echo", das Ö als "Oscar Echo", das Ü als "Uniform Echo" und das ß als "Sierra Sierra" buchstabiert. + +In der Praxis wird bei der Rufzeichennennung auch mit anderen Möglichkeiten variiert, z. B. Nancy, Sugar, Ocean und Queen. Das ist zulässig, solange es *zusätzlich* zur Rufzeichennennung nach der internationalen Buchstabiertafel erfolgt, um die Verständlichkeit zu erhöhen. + +Die internationale Buchstabiertafel muss man auswendig lernen. Am Anfang kann das etwas schwerfallen, je mehr man die Buchstabiertafel anwendet, umso flüssiger wird es. + +%TODO stroke erklären + +[question:BA103] +[question:BA104] +[question:BA110] +[question:BA109] +[question:BA101] +[question:BA105] +[question:BA106] +[question:BA102] +[question:BA107] +[question:BA108] + diff --git a/contents/sections/computersteuerung.md b/contents/sections/computersteuerung.md new file mode 100644 index 0000000..6b4833a --- /dev/null +++ b/contents/sections/computersteuerung.md @@ -0,0 +1,38 @@ +Die grundsätzliche Idee hinter der Morsetelegrafie, einzelne Zeichen eines Textes zu übermitteln, wird als Telegrafie bezeichnet und wurde stetig weiterentwickelt. Ein Meilenstein war es, Fernschreiber mittels Modem an Funkgeräte anzuschließen. Somit war der Funkfernschreiber erfunden, um automatisiert Texte per Funk zu senden und zu empfangen. Die Abkürzung RTTY des englischen Begriffes radio teletype findet sich immer noch als Bezeichnung wieder. Heute hat die Aufgabe des Funkfernschreibers in der Regel der Computer übernommen. Damit kann man neben dem klassischen RTTY-Verfahren viele andere digitale Übertragungsverfahren benutzen, die auch als Digimodes bezeichnet werden. + + +Ein *Fernschreiber* ist ein Gerät, um Nachrichten in Textform mittels elektrischer Signale zu übermitteln. + + + +[photo:92:n_computersteuerung_funkfernschreiber:Funkfernschreiber] + + +--- + +Zunächst muss dafür ein geeigneter Computer mit dem Funkgerät verbunden werden. Die Verbindung kann im einfachsten Fall direkt über den Audioanschluss oder die USB-Schnittstelle erfolgen. Man benötigt grundsätzlich eine Audio-Verbindung sowie gegebenenfalls Steuersignale. In Abbildung [ref:n_computersteuerung_verbindungen] sind einige Varianten dargestellt. Ein häufig an Transceivern vorhandener Anschluss für Steuersignale ist die sogenannte CAT-Schnittstelle. CAT steht für Computer Aided Tuning oder Computer Aided Transceiver. Über diese Schnittstelle kannst du den Transceiver steuern und Werte abfragen, beispielsweise Frequenz, Sendeleistung und PTT-Zustand. + + +[picture:630:n_computersteuerung_verbindungen:Beispiele für Verbindungen zwischen Computer und Funkgerät] + + +Durch die Verbindung zwischen Computer und Transceiver kann es aber zu Störungen der übertragenen Signale oder Rückwirkungen des Funkgeräts auf den PC kommen. Verschiedene Digimode-Interfaces als Hardwarelösung vereinfachen den Anschluss und enthalten Maßnahmen gegen derartige Probleme. Solche Interfaces kann man auch für andere Zwecke verwenden, zum Beispiel für Remote-Betrieb oder zum Aufzeichnen des Funkverkehrs mit passender Software. Für einige Verfahren gibt es auch Hardware-Modems, bei denen die Umsetzung zwischen Daten und Audio-Signalen in einem eigenen Gerät erfolgt. + +[question:NF114] +[question:NF116] + +Es gibt auch noch andere unbeabsichtigte Effekte. Der Computer könnte unerwartet auf Sendung schalten oder Benachrichtigungstöne anderer laufender Programme aussenden. Manchmal hört man beispielsweise, wie andere Funkamateure versehentlich den Startsound des Betriebssystems aussenden. Wenn das Funkgerät unerwartet sendet, können eventuell Menschen gefährdet werden, die gerade an der Antennenanlage arbeiten oder sich zufällig in deren direkter Umgebung befinden. + +[question:NF117] + +--- + +Für einige Übertragungsverfahren ist der Mikrofonanschluss des Funkgeräts ungeeignet, da die nachfolgenden Verstärker- und Filterstufen für Sprache optimiert sind und verschieden hohe bzw. tiefe Töne unterschiedlich behandelt werden. Deshalb haben Funkgeräte oft einen eigenen analogen Datenanschluss, der zum Beispiel mit DATA oder 9600 beschriftet ist. Durch die Verwendung dieses speziellen Anschlusses werden bestimmte Verstärker- und Filterstufen umgangen und Signale möglichst verzerrungsfrei übertragen. + + +Die Bezeichnung *9600* kommt daher, dass dieser Anschluss für das früher viel verwendete Packet-Radio eingeführt wurde, damit Daten mit 9600 Baud übertragen werden konnten. Heute wird der Anschluss z. B. für digitale Sprachübertragung benutzt und teils auch mit höherer Geschwindigkeit. + + +[question:NF115] + + diff --git a/contents/sections/contest.md b/contents/sections/contest.md new file mode 100644 index 0000000..3128282 --- /dev/null +++ b/contents/sections/contest.md @@ -0,0 +1,30 @@ +Im Amateurfunk finden auch Wettbewerbe statt, die als *Contest* bezeichnet werden. Zusammenfassend gesagt, ist es das Ziel jedes Contests, möglichst viele Funkverbindungen in einer begrenzten Zeit herzustellen. Conteste dienen dem sportlichen Wettkampf, aber auch dazu, die eigene Amateurfunkstation und Betriebsabwicklung zu verbessern. Jeder Contest unterliegt Regeln, die der Veranstalter in einer *Ausschreibung* festlegt. + + +Conteste finden auf verschiedenen Bändern und in diversen Übertragungsverfahren statt. Je nach Ausschreibung kann man alle teilnehmenden oder nur bestimmte Stationen kontaktieren. Bei manchen Contesten bringen bestimmte Stationen, z. B. aus einem speziellen Land oder Region, mehr Punkte. Bei anderen Contesten, wie beim Fieldday-Contest der IARU Region 1, kommt man nur mit einer Portabelstation in die Wertung. + + +--- + +Anrufe im Rahmen eines Contests enthalten immer den Hinweis "Contest" bzw. in Telegrafie "Test". Daran ist sofort zu erkennen, dass die rufende Station an einem Contest teilnimmt. Nimmt beispielsweise DD4UQ portabel am beliebten Fieldday-Contest in Telegrafie teil, könnte sein Ruf "CQ FD DD4UQ/P TEST" lauten. + + +In der Telegrafie bedeutet *TEST* nicht, dass jemand einen Versuch durchführt, also beispielsweise seine Antenne testet, sondern es steht für die Teilnahme an einem Contest. + + +[question:BE301] +[question:BE116] + +Es ist wichtig, vor der Teilnahme an einem Contest die Ausschreibung zu lesen. Darin finden sich wichtige Angaben zum Zeitraum und die zu nutzenden Frequenzbereiche sowie darüber, welche Informationen in jeder Verbindung ausgetauscht werden müssen. Ein Contest könnte beispielsweise den Austausch von Rufzeichen, Rapport und Maidenhead-Locator verlangen, während ein anderer Contest neben Rufzeichen und Rapport eine fortlaufende Nummer oder das Alter verlangt. + +In der Ausschreibung ist auch festgelegt, nach welchen Regeln die Teilnehmer hinterher bewertet werden, um den Gewinner und eine Rangliste zu ermitteln. Werden die Regeln nicht eingehalten, wird also z. B. zur falschen Zeit oder im falschen Frequenzbereich gesendet oder werden nicht alle geforderten Informationen ausgetauscht, können die entsprechenden Verbindungen nicht gewertet werden oder es kommt zum Punktabzug. + +Jede Funkverbindung und der Austausch der Informationen sollte im Contest so kurz wie möglich gehalten werden, damit in der vorgegebenen Zeit so viele Verbindungen wie möglich erreicht werden können. + +[question:BE303] +[question:BE302] + +Eine Besonderheit gibt es, wenn man an einem *Sprint Contest* teilnimmt. Bei diesem darf man nicht auf einer Frequenz verweilen. Nachdem man CQ gerufen und eine Funkverbindung durchgeführt hat, muss man die Frequenz der Station überlassen, die einem geantwortet hat. Man selber muss sich eine neue freie Frequenz suchen, um wieder CQ zu rufen oder man antwortet auf andere Stationen. + +[question:BE304] + diff --git a/contents/sections/daempfungsglieder.md b/contents/sections/daempfungsglieder.md new file mode 100644 index 0000000..6734305 --- /dev/null +++ b/contents/sections/daempfungsglieder.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Dämpfungsglieder werden in der HF-Technik oft benötigt um Signalpegel definiert abzuschwächen. Hierbei kann z.B. durch ein Leistungsdämpfungsglied die Ausgangsleistung eines Senders soweit reduziert werden, dass dessen Ausgangssignal die angeschlossenen Messgeräte nicht beschädigt oder übersteuert. Man verwendet Dämpfungsglieder auch um Eingangspegel für Verstärker und Empfänger auf ein definiertes Maß zu reduzieren. + +Ein Dämpfungsglied muss hierbei immer für eine definierte Systemimpedanz bzgl. Ein- und Ausgang ausgelegt werden. Bei symmetrisch aufgebauten Dämpfungsgliedern sind die Ein- und Ausgangsimpedanzen identisch. Oft sind dies die in der HF-Technik üblichen 50 Ohm. Damit ein Dämpfungsglied die geforderten Impedanzen an dessen Ein- und Ausgang zeigt ist ein impedanzrichtiger Abschluss auf beiden Seiten erforderlich. Dies wird durch ein geeignetes Widerstandsnetzwerk erreicht. Die Dämpfung wird hierbei in dB (Dezibel) angegeben und bezieht sich auf die Leistung; so bedeutet z.B. 20dB eine Dämpfung der Eingangsleistung um den Faktor 100. Die Ausgangsleistung nach diesem Dämpfungsglied beträgt somit nur noch 1/100 der Eingangsleistung was im Falle von 100W Eingangsleistung einer Ausgangsleistung von 1 Watt entspricht. + +Bei ohmschen Dämpfungsgliedern erfolgt die Dämpfung durch Umwandlung der eingespeisten Leistung in Wärme. Wird z.B. ein 100W-Signal wie vorher beschrieben um 20 dB gedämpft so werden 99W im Dämpfungsglied in Wärme umgesetzt. Die verbleibende Leistung von 1W steht dann noch am Ausgang des Dämpfungsglieds zur Verfügung. + +[question:AD806] +[question:AD803] +[question:AD804] +[question:AD805] + +Ein symmetrisches Dämpfungsglied kann z.B. als T oder Pi-Netzwerk aus Widerständen aufgebaut werden. Die Namensgebung resultiert hierbei aus dem Erscheinungsbild der Widerstandsanordnung in der Schaltung. + + +[picture:342:daempfungsglied_pi:Dämpfungsglied in PI-Konfiguration mit Quelle und Lastwiderstand] + + + +[picture:341:daempfungsglied_t:Dämpfungsglied in T-Konfiguration mit Quelle und Lastwiderstand] + + +%TODO: EVTL. PI ALS SONDERZEICHEN EINFÜGEN + +[question:AD801] +[question:AD802] + + + diff --git a/contents/sections/datenuebertragungsdrate.md b/contents/sections/datenuebertragungsdrate.md new file mode 100644 index 0000000..af4e44c --- /dev/null +++ b/contents/sections/datenuebertragungsdrate.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Digitale Übertragungssysteme verwenden sehr unterschiedliche Verfahren, um die pro Sekunde übertragbare Datenmenge (Bits) und/oder die Robustheit gegenüber Störungen unterschiedlicher Natur zu optimieren. Dabei spielen drei Begriffe eine wichtige Rolle: + +- *Symbolrate*: Bei digitalen Modulationsverfahren spricht man auch von Modulationsalphabeten, die eine bestimmte Anzahl von Symbolen enthalten können. Bei einfachen Verfahren, wie etwa dem klassischen Funkfernschreiben, wird je Symbol nur ein Bit (0 oder 1) übertragen, bei anderen kann es mehr Symbole geben. Die Symbolrate wird in *Baud (Bd)*) angegeben, dies ist der Kehrwert der zeitlichen Symbollänge. Wenn zum Beispiel ein Symbol 20 ms dauert, beträgt die Symbolrate $(20\ \text{ms})^{-1}= 50\ \text{Bd}$. Die Bandbreite wird im Wesentlichen von der Symbolrate beeinflusst. +- *Datenübertragungsrate*: Pro Symbol können durchaus auch mehrere Bit übertragen werden. So hat die sogenannte quaternäre Phasenmodulation vier unterschiediche Phasenzustände (0°, 90°, 180°, 270°), die wir mit den Bitkobinationen (0,0), (1,0), (0,1), (1,1) belegen können. Pro Symbol können also zwei Bit übertragen werden, die Datenübertragungsrate ist zweimal so hoch wie die Symbolrate. Es gibt noch sehr viel komplexere Modulationsalphabete, die deutlich mehr Bit pro Symbol übertragung können - allerdings zu Lasten der Störfestigkeit. Die Datenübertragungsrate wird in *Bit/s* angegeben. +- *Bandbreite*: Den Beriff der Bandbreite haben wir bereits kennen gelernt. Sie wird in *Hertz (Hz)* angegeben, wie die Frequenz, und darf nicht mit der Datenübertragungsrate verwechselt werden, auch wenn in der Umgangssprache von der Datenübertragungsrate als Bandbreite gesprochen wird (z.B. beim DSL-Anschluss). + +[question:EA106] +[question:EE401] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/demodulator.md b/contents/sections/demodulator.md new file mode 100644 index 0000000..128b3e1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/demodulator.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Im Gegensatz zur Modulation, die auf der Senderseite stattfindet, bewirkt die Demodulation von Signalen im Empfänger, dass ein moduliertes Signal wieder in NF umgewandelt wird und somit hörbar wird. + +Je nachdem welche Modulationsart auf der Senderseite verwendet wurde muss auf der Empfängerseite eine entsprechende Demodulation stattfinden. +Hierfür gibt es unterschiedliche Schaltungskonzepte, die die Demodulation ermöglichen. + +Die einfachste Form der Demodulation eines Hochfrequenz-Signals stellt die Amplituden-Modulation (AM) dar. +AM-Signale können mittels eines sog. Hüllkurven-Demodulator wie in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am] demoduliert werden. Hierzu wird das hochfrequente Signal zunächst nach der gewünschten Empfangsfrequenz selektiert z.B. mittels eines angepassten Schwingkreises und anschließend über eine Diode gleichgerichtet. Ein der Diode nachgeschalteter Kondensator wird auf den momentanen Spitzenwert des Signals aufgeladen und gleichzeitig über einen zu diesem parallell geschalteten Widerstand mit einer geeigneten Zeitkonstante entladen. Diese Zeitkonstante liegt deutlich über der Periodendauer des HF-Signals jedoch deutlich unter der Periodendauer des NF-Signals. + + +[picture:141:demodulator_huellkurvendemodulator_am:Hüllkurvendemodulator zur Demodulation von AM-Signalen] + + +[question:AD501] + +Am Anschluss X in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2] wird jeweils die gleichgerichtete Spitzenspannung des HF-Signals abgebildet, die zwischen den Spitzen des HF-Signals entsprechend der Zeitkonstante des parallell zum Kondensator geschalteten Widerstandes leicht abfällt. Die Hüllkurve des Signals entspricht damit der aufmodulierten NF, die aufgrund der Zeitkonstante des Kondensators mit einem Sägezahn-Signal (Trägerfrequenz) überlagert ist und entspricht dem Signal in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx]. In den nachfolgenden NF-Verarbeitungsstufen (nicht abgebildet) werden die Reste dieser Trägerfrequenz dann ausgefiltert, so dass die reine NF als Ausgangssignal verbleibt. + + +[picture:607:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2:Hüllkurvendemodulator zur Demodulation von AM-Signalen mit Darstellung des ZF-Eingangssignals welches am Eingang des Demodulators anliegt] +[picture:146:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx:Demoduliertes Signal am Punkt X des Hüllkurvendemodulators] + + +[question:AD502] + +--- + +[picture:841:demodulator_flankendiskriminator:Schwingkreis der als Flankendiskriminator verwendet wird] + +[picture:149:demodulator_flankendiskriminator_schaltung:FM-Flankendiskriminator] + + +Eine sehr ähnliche Schaltung wie der vorgenannte Hüllkurven-Demodulator kann zur Demodulation von FM-Signalen verwendet werden. +Ausgehend von der Zwischenfrequenz im FM-Empfänger läuft, wie in Abbildung [ref:demodulator_flankendiskriminator], das Signal in einen Schwingkreis, der mit seiner Resonanzfrequenz $f_\text{res}$ leicht oberhalb oder unterhalb der ZF-Frequenz $f_\text{ZF}$ abgestimmt ist. Hierdurch liegt das zu demodulierende FM-Signal auf der Flanke des Schwingkreises und wandelt Frequenzänderungen der FM in Amplitudenänderungen um. Mittels des nachgeschalteten AM-Demodulators wird das nunmehr in ein AM-Signal umgewandelte FM-Signal dann demoduliert und hörbar gemacht. Diese Schaltung, gezeigt in Abbildung [ref:demodulator_flankendiskriminator_schaltung] wird Flankendiskriminator genannt. + +[question:AD504] + +FM-modulierte Signale lassen sich ebenfalls mittels einer PLL (Phase Locked Loop) demodulieren. In einer PLL wird ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) über eine Phasenregelschleife frequenzfolgend an ein Eingangssignal gekoppelt. Wenn sich die Frequenz des Eingangssignals ändert (FM-Modulation) folgt die Regelspannung des VCO der FM-Modulation. Diese Regelspannung entspricht dann genau der Modulation des FM-Signals und somit der aufmodulierten NF und kann an der PLL abgegriffen werden zur weiteren Verarbeitung. + +[question:AD505] + +Um SSB-Modulierte Signale zu demodulieren verwendet man einen sog. Produktdetektor. Dieser ist im wesentlichen ein Ringmischer, der als Eingangssignale die ZF des Empfängers sowie einen BFO (Beat Frequency Oscillator) verwendet. Durch Mischung (Produkt) dieser beiden Eingangssignale entsteht als eines der Mischprodukte das gewünchte NF-Signal (SSB-Signal), welches am Ausgang zur weiteren Verarbeitung abgegriffen werden kann. Für bestmögliche Verständlichkeit der demodulierten NF muss der BFO auf die Frequenz des unterdrückten Trägers des SSB-Signals abgstimmt werden. + +[question:AD506] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/detektorempfänger.md b/contents/sections/detektorempfänger.md new file mode 100644 index 0000000..0b6e71f --- /dev/null +++ b/contents/sections/detektorempfänger.md @@ -0,0 +1,22 @@ +Einer der ersten und einfachsten Empfänger für den Rundfunkempfang (AM) war der Detektor-Empfänger (vgl. Abbildung [ref:am_detektor]). + + +[photo:193:am_detektor:Detektor-Empfänger] + + +Beim Detektor-Empfänger wird ein Parallel-Schwingkreis, bestehend aus Spule und abstimmbarem Kondensator, durch ein empfangenes Rundfunksignal [ref:am_detektor_antenne], welches über die Antenne zugeführt wird, zum Schwingen angeregt. Voraussetzung hierfür ist, dass der Schwingkreis auf die Frequenz eines Rundfunksenders abgestimmt wird. Mittels einer Gleichrichter-Diode (Detektor) wird die im Empfangssignal enthaltene AM-Modulation gleichgerichtet (vgl. Abbildung [ref:am_detektor_diode]). Anschließend kann das demodulierte Signal mittels eines hochohmigen Kopfhörers direkt hörbar gemacht werden (vgl. Abbildung [ref:am_detektor_kopfhoerer]). Dies ist möglich, da der Kopfhöhrer träge ist und den einzelnen Stromstößen nicht folgen kann. Er wirkt quasi wie ein Tiefpass und stellt so die Hüllkurve wieder her, was der gewünschten Niederfrequenz entspricht. + +--- + + +[picture:799:am_detektor:Schaltbild eines einfachen Detektor-Empfängers] +[picture:800:am_detektor_antenne:Signal an der Antenne] +[picture:801:am_detektor_diode:Gleichgerichtetes Signal an der Diode] +[picture:802:am_detektor_kopfhoerer:Hörbares NF Signal] + + +Ein Detektor-Empfänger verfügt nicht über eine Batterie, sondern bezieht seine Energie direkt aus dem empfangenen Signal. Daher sind Detektor-Empfänger normalerweise für den Empfang von starken Rundfunksendern im Lokalbereich verwendbar und nur eingeschränkt für den Fernempfang von Sendern im Fernbereich. + +Der Kopfhörer muss beim Detektor-Empfänger hochohmig sein, damit dieser den Schwingkreis nicht zu sehr bedämpft und die Selektivität und Empfangsleistung des Empfängers nicht zu sehr beeinträchtigt. + +[question:EF101] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dezibel_1.md b/contents/sections/dezibel_1.md new file mode 100644 index 0000000..fef213b --- /dev/null +++ b/contents/sections/dezibel_1.md @@ -0,0 +1,96 @@ +An vielen Stellen der Hochfrequenztechnik spielen Leistungsverhältnisse eine wichtige Rolle, etwa beim Gewinn einer Antenne oder eines Verstärkers, oder bei der Dämpfung eines Kabels. In der Klasse N haben wir diese Zusammenhänge noch in Form einfacher Faktoren kennengelernt, zum Beispiel: „Die Antenne hat einen Gewinn von Faktor 2“. + +Diese Verhältnisse können sehr große oder sehr kleine Zahlenwerte annehmen. So besitzt beispielsweise ein Kurzwellenempfänger einen Gesamtverstärkungsfaktor von 1 000 000 000 000, also eine Eins mit zwölf Nullen. Mit solchen Zahlen wird das Rechnen schnell unübersichtlich, und man beginnt unweigerlich, die Nullen zu zählen. + +Vereinfacht gesagt gibt es jedoch ein mathematisches Hilfsmittel für dieses „Zählen von Nullen“: die Logarithmen. Mit ihrer Hilfe lassen sich außerdem Multiplikationen in Additionen und Divisionen in Subtraktionen umwandeln. Das macht das Rechnen mit Großen Zahlen sehr einfach. + +--- + +Es hat sich daher eingebürgert, Leistungsverhältnisse auf einer logarithmischen Skala anzugeben. +Das Logarithmieren ist die Umkehroperation des Potenzierens. Im Amateurfunk nutzen wir in der Regel den dekadischen Logarithmus ("Zehnerlogarithmen") zur Basis 10: + +--- + +$a =\log_{10} (b)$, falls $b=10^{a}$ + +Der Logarithmus von 100 beträgt $\log_{10}(100)=2$, da $10^2 = 100$ ist. Anders ausgedrückt: Die Zahl 100 besitzt zwei Nullen. + + +Ein technisch-wissenschaftlicher Taschenrechner bietet neben dem dekadischen Logarithmus (Beschriftung lg oder log) auch den natürlichen Logarithmus *ln* an, der als Basis die Eulersche Zahl *e=2,7182818…* hat. Nicht verwechseln! + + + +| c:dB | c:≈ Leistungsfaktor | +| 0 | 1 | +| 1,5 | $\sqrt{2} = 1,41$ | +| 2,15 | 1,64 | +| 3 | 2 | +| 5 | $\sqrt{10} = 3,16$ | +| 6 | 4 | +| 10 | 10 | +| 20 | 100 | +[table:e_dezibel_leistungsfaktoren:Wichtige Leistungsfaktoren in dB] + + +Vom dekadischen Logarithmus ist das *Bel* ($\unit{\bel}$) abgeleitet. Der Name ehrt den amerikanischen Gehörlosenlehrer und Telefonpionier, *Alexander Graham Bell*. Im obigen Beispiel hätten wir auch schreiben können: + +$\log_{10}(b)=\qty{a}{\bel}$ + +In der Regel wird statt des Bels das *Dezibel* (Einheitenzeichen dB) verwendet, also der zehnte Teil eines Bels: + +$10 \cdot \lg(b) = a\ \unit{\dB}$ + +--- + +Die Formelsammlung gibt für das Umrechnen eines Leistungsverhältnisses folgende Formel an: + +$g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right)\unit{dB}$ + +Wobei $P_1$ der Eingangsleistung entspricht und $P_2$ der Ausgangsleistung. Nehmen wir nun an, wir haben einen Verstärker der die Eingangsleistung $P_1=\qty{50}{\watt}$ auf $P_2=\qty{100}{\watt}$ verstärkt, also verdoppelt. So ergibt sich nach unserer Formel folgender Verstärkungsfaktor in $\unit{\dB}$: + +$g = 10\cdot \log_{10}\left(\frac{\qty{100}{\watt}}{\qty{50}{\watt}}\right)\unit{dB} = 10\cdot \log_{10}\left(2\right)\unit{dB} = 10\cdot 0.301 \unit{dB} \approx 3 \unit{dB} $ + +Für die Klasse E ist es zunächst ausreichend, den Dezibelwert für den Leistungsfaktor 2 zu kennen. Die Formelsammlung enthält dazu eine Tabelle, die auch in Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] dargestellt ist. Daraus lässt sich ablesen, dass ein Leistungsfaktor von 2 einem Dezibelwert von $\qty{3}{dB}$ entspricht. Das ausführliche Rechnen mit Dezibelwerten wird erst in der Klasse A behandelt. + +%TODO: ^--- Prüfen ob Formeln in der Klasse E gebraucht werden! (DL9MJ) + + +Ganz ohne Taschenrechner lassen sich Dezibelwerte abschätzen, die auf "0" enden .. einfach die letzte Null zuhalten, die Ziffer gibt dann die Anzahl der Nullen des Verhältnisfaktors an. Beispiel: 30 dB $\rightarrow$ 3 $\rightarrow$ 3 Nullen $\rightarrow$ Verhältnisfaktor 1000! + + +[question:EA107] + +Neben der Einheit dB begegnet man in der Praxis häufig auch Angaben wie $\unit{\dBi}$, $\unit{\dBm}$, $\unit{\dBW}$ oder $\unit{\dBu}$. Diese Zusätze geben an, auf welche Bezugsgröße sich der jeweilige Dezibelwert bezieht. + +Das Bel ($\unit{\bel}$) beziehungsweise das Dezibel ($\unit{\dB}$) beschreibt grundsätzlich ein dimensionsloses Verhältnis, etwa von Leistungen oder Spannungen. Deshalb wird $\unit{\dB}$ vor allem zur Angabe von Verstärkungen und Dämpfungen verwendet. In diesen Fällen ist kein weiterer Zusatz notwendig, da lediglich das Verhältnis zweier Größen angegeben wird. + +Sollen Dezibelwerte jedoch als absolute Pegel angegeben werden, ist eine feste Bezugsgröße erforderlich. Diese Bezugsgröße kann zum Beispiel eine Leistung von $\qty{1}{\milli\watt}$, eine Leistung von $\qty{1}{\watt}$ oder eine Spannung von $\qty{0,775}{\volt}$ sein. Entsprechend wird der Dezibelwert mit einem Zusatz versehen: Bezieht sich der Pegel beispielsweise auf $\qty{1}{\milli\watt}$, spricht man von $\unit{\dBm}$. Auf diese Weise wird eindeutig festgelegt, welcher absolute Wert dem Dezibelpegel zugrunde liegt. + +Findet man eine Angabe wie „Der Sender hat eine Ausgangsleistung von $\qty{20}{\dBm}$“, lässt sich dieser Wert leicht in Milliwatt umrechnen. Ein Pegel von $\qty{20}{\dB}$ entspricht einem Leistungsfaktor von 100 (also zwei Nullen). Dieser Faktor wird mit der Bezugsgröße von $\qty{1}{\milli\watt}$ multipliziert: + +$ P = 100 \cdot \qty{1}{\milli\watt} = \qty{100}{\milli\watt}$ + +Weitere Beispiele sind, $\qty{0}{\dBm} \equiv \qty{1}{\milli\watt}$, oder $\qty{50}{\dBm} \equiv \qty{100}{\watt}$ + +%TODO: ggf die Umrechnung in die andere Richtung hinzufügen falls das in der Klasse E gebraucht wird. (DL9MJ) + +--- + +Warum macht man das Ganze? Wie bereits angedeutet, dient die Verwendung von Dezibel vor allem dazu, Rechnungen zu vereinfachen. Durch die Darstellung von Verstärkungen und Dämpfungen in Dezibel lassen sich komplette Signalketten sehr einfach durch Addition und Subtraktion überschlagen, ohne auf umständliche Multiplikationen und Divisionen zurückgreifen zu müssen. + +Abbildung [ref:e_signalkette] zeigt eine solche Signalkette mit drei Verstärkerstufen. Das Eingangssignal besitzt eine Leistung von $\qty{1}{\milli\watt}$, was $\qty{0}{\dBm}$ entspricht. Durch die drei Verstärkerstufen wird das Signal insgesamt auf $\qty{60}{\dBm}$ verstärkt (also $1000000\cdot \qty{1}{\milli\watt}$), was einer Leistung von $\qty{1000}{\watt}$ entspricht. + +Abbildung [ref:e_signalkette_2] zeigt ein weiteres Beispiel einer Signalkette, bei der zusätzlich ein Dämpfungsglied mit einer Dämpfung von $\qty{20}{\dB}$ eingesetzt wird, was einer negativen Verstärkung von $\qty{-20}{\dB}$ entspricht. Das Eingangssignal besitzt eine Leistung von $\qty{1}{\milli\watt}$, also $\qty{0}{\dBm}$. Durch die erste Verstärkerstufe wird das Signal auf $\qty{10}{\dBm}$ angehoben. Anschließend wird es durch das Dämpfungsglied auf $\qty{-10}{\dBm}$ abgeschwächt und schließlich durch die zweite Verstärkerstufe wieder auf $\qty{0}{\dBm}$ verstärkt. + + +[picture:877:e_signalkette:Signalkette mit drei Verstärken] +[picture:1053:e_signalkette_2:Signalkette mit zwei Verstärken und einem Dämpfungsglied] + + + +Wieso ist es zulässig vom Pegel 9 dBm eine Dämpfung von 3 dB abzuziehen? Beide Werte haben doch unterschiedliche Maßeinheiten! +Bei der Einheit Bel (B) bzw. Dezibel (dB) handelt es sich um eine Hilfsmaßeinheit (auch Pseudoeinheit). +Im Prinzip könnte der Zahlenwert auch ohne die Einheit dB geschrieben werden, aber mit dem Zusatz dB wird deutlich, dass es um ein logarithmisches Verhältnis von zwei Größen geht. Ohne diese Einheit müsste man verbal beschreiben welche Bedeutung der Zahlenwert hat. + + +Zusätzlich gibt es die Zusätze $\unit{\dBd}$ und $\unit{\dBi}$, die bei der Angabe von Antennengewinnen verwendet werden. In diesem Fall bezieht sich der Dezibelwert nicht auf eine Leistung oder Spannung, sondern auf einen bestimmten Referenzstrahler. Üblich sind dabei $\unit{\dBi}$, bezogen auf den isotropen Kugelstrahler, sowie $\unit{\dBd}$, bezogen auf den Halbwellendipol. Dieses Wissen werden wir benötigen, wenn wir uns später mit Antennen beschäftigen. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dezibel_2.md b/contents/sections/dezibel_2.md new file mode 100644 index 0000000..c9109f0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dezibel_2.md @@ -0,0 +1,105 @@ +%%%%%%%%%%%%%%%%% Aus der Klasse E kopiert. TODO einarbeiten + +--- + +Wenn wir nun den zu einem Dezibel-Wert gehörenden Verhältniswert finden wollen, rechnen wir: + +$b = 10^{\frac{a/\text{dB}}{10}}$ + +Nun zurück zu unserem Verstärkungsfaktor des Kurzwellenempfängers. Der dekadische Logarithmus einer Eins mit 12 Nullen ist einfach die Anzahl der Nullen, also 12, multipliziert mit 10, ergibt den Verstärkungsfaktor von *120 dB*. + + +In der Frage wird noch der Begriff _Leistungspegel_ verwendet. Das ist das logarithmisch ausgedrückte Verhältnis einer Leistung zu einer Referenzleistung. + +So ist die Leistung *b* bezogen auf 1 Watt: + +$a = \left(10\cdot\lg{\frac{b}{1\ \text{W}}}\right)\ \text{dBW}$ + +bzw. bezogen auf ein Milliwatt: + +$a = \left(10\cdot\lg{\frac{b}{1\ \text{mW}}}\right)\ \text{dBm}$ + +Nun zur Lösung der Frage. Die Leistung wird verdoppelt - um wieviel dB ändert sich der Leistungspegel? Hier ist also das Leistungsverhältnis $b=2$. + +$10 \cdot \lg{2} = 3,01\ \text{dB} \approx 3\ \text{dB}$ + +Negative Dezibelwerte kennzeichnen übrigens Verhältniswerte kleiner als 1. So entspricht -3 dB einem Verhältniswert von 0,5 (1/2). + +%%%%%%%%%%%%%%%%% + +% Dezibel II, DF2DR, 2024-08-17 + +Den Begriff der Logarithmus und das Dezibel (dB) als Form der logarithmischen Angabe von Leistungsverhältnissen hatten wir bereits eingeführt. + +%TODO: Wie kann der Erklärungstext aus "Dezibel I" hier verlinkt werden? + +Kurz zur Wiederholung: das Verhältnis *a* zweier Leistungen $P_1$ und $P_2$ in dB ist: + +$a = 10 \cdot\log\left(\frac{P_1}{P_2}\right)$ dB + +Aus dem Dezibel abgeleitet hatten wir die *Leistungspegel* als logarithmische Maße: + +- Leistung bezogen auf 1 W: dBW +- Leistung bezogen auf 1 mW: dBm + +Das Dezibel können wir auch verwenden, um *Spannungsverhältnisse* und *Spannungspegel* anzugeben. Dazu berücksichtigen wir, dass die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist. Also können wir schreiben: + +$a = 10 \cdot \log\left(\frac{P_1}{P_2}\right)$ +$= 10 \cdot \log\left(\frac{U_1^2}{U_2^2}\right)$ + +Der Logarithmus einer quadrierten Zahl ist aber gleich zweimal dem Logarithmus der Zahl: + +$\lg(x^2)=2 \cdot \lg(x)$ + +Also: + +$10 \cdot \log\left(\frac{U_1^2}{U_2^2}\right)=20 \cdot \lg\left(\frac{U_1}{U_2}\right)$ + +Daher berechnen wir ein Verhältnis *a* zweier Spannungen $U_1$ und $U_2$, indem wir den Logarithmus des Verhältnisses nicht mit dem Faktor 10, sondern mit dem Faktor 20 multiplizieren: + +$a = 20 \cdot \log \left(\frac{U_1}{U_2}\right)$ dB + + +Bei der Dezibel-Berechnung immer genau beachten, ob es sich um Leistungs- oder Spannungsverhältnisse handelt! + + +Zur Bestimmung von Spannungspegeln müssen wir wieder erst eine Bezugsspannung festlegen. Bei Empfangssignalen messen wir die (sehr kleinen) Spannungen am Empfängereingang gern in µV. Der zugehörige Spannungspegel hat dann die Einheit dBµV. Beispiel: + +$10 \mu V \rightarrow 20 \cdot \log\left(\frac{\qty{10}{\micro\volt}}{\qty{1}{\micro\volt}}\right)=\qty{20}{dB\micro\volt}$ + + +*Rechnen mit Logarithmen:* +Einige einfache Rechenregeln ermöglichen die Lösung von Dezibel-Aufgaben ohne Taschenrechner. + +* Der Logarithmus eines Produkts zweier Zahlen entspricht der Summe der Logarithmen: $\log(a\cdot b) = \log(a)+ \log(b)$ +* Der Logarithmus einer Division zweier Zahlen entspricht der Differenz der Logarithmen: $\log(a / b) = \log(a) - \lg(b)$ +* Daraus abgeleitet: um den Logarithmus einer quadrierten Zahl zu bestimmen, multiplizieren wir den Logarithmus der Zahl mit dem Faktor 2. Um den Logarithus der Quadratwurzel einer Zahl zu bestimmen, multiplizieren wir den Logarithmus der Zahl mit dem Faktor $\frac{1}{2}$. + + + +*Nützlich zu merken:* + +* $\qty{0}{dB}$ entspricht dem Faktor $1$. +* $\qty{3}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $2$ +* $\qty{-3}{dB}$ einem Leistungsverhältnis von $\frac{1}{2}$. +* $\qty{6}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $4$ und einem Spannungsverhälnis von $2$. +* $\qty{-6}{dB}$ sind ein Leistungsverhältnis von $\frac{1}{4}$ und ein Spannungsverhältnis von $\frac{1}{2}$. +* $\qty{10}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $10$. +* $\qty{20}{dB}$ entsprechen einem Leistungsverhältnis von $100$ und einem Spannungsverhältnis von $10$. + +Mit diesen wenigen Werten lassen sich Lösungen in der Regel zumindest hinreichend genau abschätzen. + +*Beispiele:* + +* Welcher Faktor entspricht einem Leistungsverhältnis von $\qty{17}{dB}$? $\qty{17}{dB} = \qty{20}{dB} - \qty{3}{dB}$, also Faktor $100$ durch $2$ gleich $50$. +* Wieviel dB entsprcht ein Spannungsverhältnis von 4? $4 = 2 \cdot 2 \rightarrow \qty{6}{dB} + \qty{6}{dB} = \qty{12}{dB}$ + + +[question:AA105] +[question:AA106] +[question:AA107] +[question:AA108] +[question:AA109] +[question:AA110] +[question:AA111] +[question:AA112] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/digimod_uebersteuerung.md b/contents/sections/digimod_uebersteuerung.md new file mode 100644 index 0000000..f35bf6a --- /dev/null +++ b/contents/sections/digimod_uebersteuerung.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Jeder hat bestimmt schon einmal einen übersteuerten Verstärker oder eine übersteuerte Tonaufnahme gehört. Wird beim Aufzeichnen oder beim Abspielen die Lautstärke zu sehr aufgedreht, dann kann es zu Verzerrungen kommen. + +Wird beispielsweise ein zu starkes Audiosignal an den Eingang eines Senders angelegt, können Oberschwingungen entstehen und ausgesendet werden. In Abbildung [ref:uebersteuerung_ft8] ist ein derart übersteuertes FT8-Signal im Wasserfalldiagramm dargestellt: Links ist in Gelb das erwünschte Signal zu sehen und rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen. + + +[picture:720:uebersteuerung_ft8:Ein übersteuertes FT8-Signal, ganz links das erwünschte, rechts davon die unerwünschten Oberschwingungen] +[photo:328:uebersteuerung_ft8_wsjtx:Ein übersteuertes FT8-Signal im Wasserfall der Software WSJTX] + + +Zu Verzerrungen durch Übersteuerung kann es auch im Sendeverstärker kommen. Um das zu verhindern, verfügen viele Funkgeräte über eine automatische Pegelregelung (englisch: Automatic Level Control, ALC). Sie kann eingreifen, indem sie die Verstärkung herunterregelt. + +--- + +Bei Aussendungen mit digitalen Übertragungsverfahren wie z. B. FT8, WSPR oder RTTY mit konstanter Amplitude ist das Ansprechen der ALC oft ein Hinweis darauf, dass das Audiosignal vom PC zu stark ist und übersteuert wird. Das kann zu unerwünschtem *Splatter* auf dem Band führen. Deshalb sollte das Audiosignal bei diesen Übertragungsverfahren stets sorgfältig kontrolliert werden. Ein Herunterregeln des Pegels durch die ALC wäre für sich genommen zunächst unkritisch, da bei diesen Verfahren die Information in der Frequenzumtastung steckt. Trotzdem ist das Auslösen der ALC ein ein starkes Indiz das das NF-Signal bereits übersteuert ist. + + +Das [Handbuch](https://50ohm.de/wsjtx) der Software WSJTX gibt hierzu eine gute Empfehlung: Im ersten Schritt sollte man durch Drücken der TUNE-Taste den Transceiver in den Sendemodus schalten, um einen gleichmäßigen Ton zu erzeugen. Dieser Ton lässt sich mit der Monitor-Funktion des Geräts durch Hören überprüfen oder im Wasserfall des TRX optisch kontrollieren. Dabei sollten keine Verzerrungen, Klicks oder andere Störungen auftreten. Anschließend stellt man den PWR-Regler von seinem Maximum langsam nach unten, bis der HF-Ausgang des Senders leicht abfällt – dies gilt allgemein als gutes Niveau für die Audioaussteuerung. Auch die ALC-Anzeige sowie die Ausgangsleistung des Transceivers können dabei helfen, den optimalen NF-Signalpegel zu finden. + + +Bei digitalen Übertragungsverfahren mit veränderlicher Amplitude (z. B. PSK31, QPSK, 16-QAM) kann die ALC jedoch zu neuen Problemen führen. Das Signal könnte je nach Lautstärke oder Frequenz die ALC zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedlich stark auslösen und somit die Amplitude über den Verlauf der Zeit unerwünscht verändern. Das heißt, unser eigentliches Nutzsignal wird zusätzlich amplitudenmoduliert. Dadurch entstehen weitere Frequenzanteile, die als Nebenaussendungen ausgestrahlt werden. Einerseits können dadurch andere Funkamateure oder Funkdienste auf benachbarten Frequenzen gestört werden. Andererseits wird die Decodierung beim Empfänger erschwert. + +Ob es durch die ALC zu Problemen kommt und wie stark diese ausfallen, hängt von vielen Faktoren ab. Neben dem verwendeten Übertragungsverfahren spielt auch die konkrete Umsetzung der ALC im Transceiver, z. B. hinsichtlich der Reaktions- und Haltezeit, eine Rolle. Auch die Anzeige der ALC ist in verschiedenen Geräten unterschiedlich. Ein Blick ins Handbuch kann Aufschluss geben, wann die Pegelregelung eingreift und wie dies angezeigt wird. Allgemein lässt sich jedoch sagen: Wenn die ALC nicht eingreift, erzeugt sie auch keine Probleme. + +Merke: Bei digitalen Übertragungsverfahren mittels NF-Signal ist darauf zu achten, den NF-Pegel so klein zu halten, dass keine Übersteuerung eintritt und die automatische Pegelregelung nicht eingreift. + +[question:EJ218] +[question:EJ217] +[question:EJ219] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/digimode_ssb.md b/contents/sections/digimode_ssb.md new file mode 100644 index 0000000..4bd5e81 --- /dev/null +++ b/contents/sections/digimode_ssb.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Im Gegensatz zur Sprachübertragung benötigen viele digitale Übertragungsverfahren (Digimodes) nur eine sehr geringe Bandbreite. Während Sprachsignale in SSB typischerweise eine Bandbreite von etwa 2,4 kHz beanspruchen, kommen Digimodes mit deutlich schmaleren Frequenzbereichen aus. So benötigt beispielsweise BPSK31 nur etwa 31,25 Hz Bandbreite, während FT8 mit rund 50 Hz auskommt. Die bei Digimodes erzeugten Signale werden auf Kurzwelle üblicherweise ebenfalls in SSB moduliert. Die HF-Bandbreite des ausgestrahlten Signals entspricht dann genau der NF-Bandbreite des Digimodes. + +[question:EE402] +[question:EE403] + +Innerhalb der üblichen SSB-Empfangsbandbreite von etwa 2,4 kHz können mehrere solcher schmalbandigen Digimode-Signale gleichzeitig empfangen werden. + + +[picture:718:e_digimode_ssb_empfang_mehrerer_digimodes:Wasserfalldiagramm vom Empfang von mehreren Digimode-Signalen innerhalb der SSB-Bandbreite von 2,4 kHz. Jede Spalte ist die Übertragung eines anderen Signals] + + +[question:EE404] + +Rein rechnerisch lassen sich in einer 2,4-kHz-SSB-Bandbreite bis zu 48 FT8-Signale ($\frac{\qty{2400}{hertz}}{\qty{50}{\hertz}}$) oder sogar bis zu 76 BPSK31-Signale (\frac{\qty{2400}{\hertz}}{\qty{31,25}{\hertz}}) unterbringen. Am Computer kann anschließend entweder gezielt ein einzelnes Digimode-Signal ausgewählt oder – je nach Software – auch eine Vielzahl dieser Signale gleichzeitig dekodiert werden. Genau diese hohe spektrale Effizienz macht schmalbandige Digimodes besonders attraktiv für den Amateurfunkbetrieb. + +--- + +Slow-Scan Television (SSTV) bezeichnet die Übertragung von Standbildern mithilfe digitalisierte Bilddaten. Dabei werden Bilder zeilenweise übertragen, was eine vergleichsweise geringe Übertragungsgeschwindigkeit erlaubt. Es existieren verschiedene SSTV-Verfahren, die sich unter anderem in Auflösung, Farbtiefe und Übertragungsdauer unterscheiden. Ein wesentlicher Vorteil von SSTV ist die geringe benötigte Bandbreite: Sie liegt typischerweise unter 3 kHz und entspricht damit in etwa der Bandbreite eines SSB-Sprachsignals. Dadurch kann SSTV auch in den Kurzwellenbändern eingesetzt werden und ist besonders für weltweite Bildübertragungen im Amateurfunk geeignet. Abbildung [ref:e_digimode_ssb_sstv] zeigt ein Typisches SSTV-Bild. + +Im Gegensatz dazu steht Amateur Television (ATV), bei dem Bewegtbilder – also echtes Fernsehen – übertragen werden. Aufgrund der deutlich höheren Informationsmenge erfordert ATV eine wesentlich größere Bandbreite, typischerweise mehrere Megahertz, oft 6 MHz oder mehr. Aus diesem Grund ist ATV auf den Kurzwellenbändern nicht realisierbar und wird erst in höheren Frequenzbereichen eingesetzt, meist ab dem 70-cm-Band aufwärts oder z.B. im GHz-Bereich über QO-100. Dort stehen ausreichend breite Frequenzbereiche zur Verfügung, um die für Bewegtbildübertragungen notwendige Bandbreite bereitzustellen. + +[question:EE415] + + +[photo:84:e_digimode_ssb_sstv:Bestätigung eines SSTV Verbindung an F1BIB von ON1GA mit dem RST 575 und zusätzlich dem ursprünglich empfangenen Bild] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/digital_analog_umsetzer.md b/contents/sections/digital_analog_umsetzer.md new file mode 100644 index 0000000..4e0c100 --- /dev/null +++ b/contents/sections/digital_analog_umsetzer.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Gehen wir nun etwas genauer auf den Gegenspieler des A/D-Umsetzers - den D/A-Umsetzer - ein. Der D/A-Umsetzer erzeugt aus einem in digitalen Daten vorliegenden Datenstrom (Samples) wiederum ein analoges Signal. Hierbei kann der D/A-Umsetzer natürlich ebenso wie der A/D-Umsetzer nicht beliebig genaue Amplituden-Werte erzeugen, sondern hat genau so wie der A/D-Umsetzer eine maximale Auflösung (in Bits). Hierdurch gibt es ebenfalls wieder eine endliche Anzahl von analogen Signalwerten, die der D/A-Umsetzer erzeugen kann. Die Anzahl der möglichen Stufen errechnet sich wie schon zuvor beschrieben beim A/D-Umsetzer. + +[question:AF609] + +Ein D/A-Umsetzer kann immer nur Spannungen in einem bestimmten Spannungsbereich (z. B. von 0 bis 1 Volt oder von -2 bis 2 Volt) generieren. Hierbei verteilt sich die Anzahl der vorbeschriebenen Stufen (Auflösung des D/A-Umsetzers) bei einem linear arbeitenden D/A-Umsetzer (linear bedeutet hier, dass der Abstand zwischen den einzelnen Stufen immer gleich ist) auf den Spannungsbereich. Hat der D/A-Umsetzer z. B. eine Auflösung von nur 4 Bit, so haben wir 16 mögliche Stufen. Diese verteilen sich dann z. B. auf einen Spannungsbereich (Wertebereich) von 0 bis 1 Volt. Um die Schrittweite zwischen zwei Stufen zu errechnen, muss man den Spannungsbereich nur durch die Anzahl der möglichen Stufen teilen. Dies ergibt z. B. bei unserem vorgenannten Beispiel einen Abstand (Schrittweite) von 6,25 mV. + +[question:AF611] +[question:AF610] + diff --git a/contents/sections/digital_voice.md b/contents/sections/digital_voice.md new file mode 100644 index 0000000..545211b --- /dev/null +++ b/contents/sections/digital_voice.md @@ -0,0 +1,59 @@ + +[picture:542:n_digital_voice_repeaternetwork:Repeaternetzwerk für Digital Voice: Relaisfunkstelle DB0FZ mit Internetanschluss, Hotspot DN9YI und Relaisfunkstelle DB0HOB mit Richtfunkanbindung an DB0FZ] + + +Auch Sprache kann digital übertragen werden, z. B. mit den Übertragungsverfahren DMR, D-Star, C4FM und M17. Dies kann, je nach Verfahren, mit einem Computer oder auch mit einem dafür geeigneten Funkgerät erfolgen. Damit kann man über vernetzte VHF- oder UHF-Relaisfunkstellen mit Funkamateuren auf der ganzen Welt funken. Wenn zwei oder mehr Relaisfunkstellen vernetzt sind, können Sendungen, die von einer der Funkstellen empfangen wurden, über ein Netzwerk, z. B. das HAMNET oder das Internet, weitergeleitet und auf anderen verbundenen Stationen wieder ausgestrahlt werden. Um sich den Zugriff auf einen solchen Relaisverbund zu ermöglichen, kann man auch zu Hause einen sogenannten Hotspot betreiben. Solange keine entsprechende Genehmigung für eine fernbediente Station vorliegt, darf der Betrieb eines Hotspots nur als besetzte Station erfolgen, d. h. man muss den Sender abschalten, wenn er nicht vor Ort beaufsichtigt wird. Auf Kurzwelle werden digitale Sprachverbindungen hauptsächlich direkt hergestellt, beispielsweise mit FreeDV. + + +| l: Abkürzung | X: Übertragungsverfahren | +| D-STAR | Digital Smart Technologies for Amateur Radio | +| C4FM | Continuous 4-level frequency modulation | +| DMR | Digital Mobile Radio | +| M17 | Open-Source Übertragungsverfahren | +[table:n_dv_uebertragungsverfahren:Häufig genutzte Übertragungsverfahren für digitalen Sprechfunk] + + +[question:NE404] + +--- + +Bei digitaler Sprachübertragung werden die Sprachsignale vor der Übertragung in einen Datenstrom umgewandelt. Mehrere solcher Datenströme können auch in schnell abwechselnder, periodischer Folge übertragen werden. Das nennt man TDMA (Time Division Multiple Access) oder Zeitmultiplexverfahren. So nutzen zwei oder mehr Sprachverbindungen quasi gleichzeitig dieselbe Frequenz. Für ein Funkgerät bedeutet das, dass es bei gedrückter PTT-Taste ständig schnell zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umschalten muss, damit es den Takt nicht verliert. + + +[picture:474:n_digital_voice_tdma:TDMA mit drei Verbindungen auf einer Frequenz] + + + +Die meisten externen Leistungsverstärker können nicht so schnell zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umschalten, wie es für TDMA notwendig wäre. Daher dürfen für DMR und andere Verfahren, die Zeitslots verwenden, ausschließlich dafür geeignete Leistungsverstärker verwendet werden. Ansonsten kommt es dazu, dass die Frequenz nicht nur während des eigenen Zeitslots belegt wird. Das kann Sendungen anderer Stationen auf derselben Frequenz stören. + + +[question:NE403] + +--- + +Im Gegensatz zu analogen Sendungen, bei denen meist nur Frequenz und Modulationsart für die Herstellung einer Verbindung zu einem anderen Teilnehmer bekannt sein müssen, sind für digitale Sprache oft mehr Einstellungen zu berücksichtigen, beispielsweise Sprechgruppe, Raum oder Reflektor zum Zusammenschalten von Relaisfunkstellen oder der zu nutzende TDMA-Zeitschlitz. + + +Je nach Verfahren kann es auch eine Vielzahl weiterer Einstellungen geben, beispielsweise bei DMR den Color-Code, mit dem sich mehrere Nutzergruppen eine Frequenz teilen können, ohne sich gegenseitig zu hören. Solche Parameter müssen vor Beginn einer Verbindung korrekt am Gerät eingestellt werden, damit diese zustande kommt. + + +[question:NE402] + +Über VHF/UHF-Handfunksprechgeräte und über Relaisstellen werden neben FM-Sprechfunk oft auch die digitalen Verfahren DMR, D-Star oder C4FM verwendet. + +[question:NE307] + +% TODO: Auf die Tabelle wird nicht eingegangen und sie ist nicht komplett ... +% +%| l: Verfahren | l: Eigene Kennung | l: Gruppenruf | l: Direktruf | X: Sonstige | +%| M17 | Rufzeichen | - | Rufzeichen | Channel Access Number (CAN), Übertragungsrate (1600 oder 3200 Bit/s) | +%| FreeDV | - | - | - | Mode (1600, 700C, 700D, 700E, 2020) | +%| DMR | DMR-ID | Talkgroup | DMR-ID | Color-Code (1 bis 4, im Amateurfunk meist 1), Zeitschlitz (TS 1 oder TS 2) | +%| C4FM | Rufzeichen | Reflektor | - | | +%| D-Star | Rufzeichen | ? | ? | | +%[table:n_digital_voice_verfahren:Verfahren für Digital Voice und mögliche Einstellungen] +% + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/digitale_filter.md b/contents/sections/digitale_filter.md new file mode 100644 index 0000000..3ba11c8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/digitale_filter.md @@ -0,0 +1,6 @@ + +Ein wesentlicher Vorteil der digitalen Verarbeitung von Signalen besteht darin, dass die digital vorliegenden Informationen nahezu beliebig bearbeitet werden können. Eine Folge von Eingangssamples wird mittels mathematischer Funktionen in eine Folge von Ausgangssamples umgerechnet. Einfache digitale Filter, wie Tief-, Band- oder Hochpässe, lassen sich dabei auf zwei unterschiedliche Arten ausführen: als FIR- und als IIR-Filter. + +Hauptmerkmal der FIR-Filter ist, wie auch schon die Bezeichnung "finite" (zu Deutsch endlich) besagt, dass nur eine begrenzte Menge an Eingangssamples für die Berechnung eines jeden Ausgangssamples herangezogen wird. IIR-Filter berücksichtigen mittels Rückkopplung hingegen alle bisherigen Eingangssamples für die Berechnung eines Ausgangssamples. + +[question:AF631] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/digitale_signalverarbeitung_einleitung.md b/contents/sections/digitale_signalverarbeitung_einleitung.md new file mode 100644 index 0000000..a44832e --- /dev/null +++ b/contents/sections/digitale_signalverarbeitung_einleitung.md @@ -0,0 +1,28 @@ + +[picture:911:e_digitale_signalverarbeitung_blockschaltbild:Prinzip der digitalen Signalverarbeitung] + + +In den letzten 25 Jahren hat sich die Welt technologisch massiv verändert. Die Rechenleistung von Computern hat um ein Vielfaches zugenommen, und immer mehr Aufgaben in technischen Geräten werden durch Mikrochips auf kleinstem Raum durchgeführt. Auch in den kommenden Jahren wird sich diese Entwicklung in einem rasanten Tempo weiter fortsetzen. Dies alles verändert die Art und Weise, wie Geräte, insbesondere auch die Signalverarbeitung in modernen Funkgeräten, realisiert ist. Digitale Signalverarbeitung ist mittlerweile Stand der Technik, und jedes moderne Gerät basiert auf dieser Technologie. Hierbei spielen insbesondere digitale Signalprozessoren und das Grundprinzip der digitalen Signalverarbeitung eine wesentliche Rolle. + +Die digitale Signalverarbeitung ist hierbei nicht nur im Bereich der Funktechnik zu finden. Viele Geräte, seien es Handys, Stereoanlagen, bildgebende Systeme im medizinischen Bereich sowie praktisch alle modernen Funkapplikationen profitieren von dieser faszinierenden Technik und ermöglichen nie gekannte Möglichkeiten und Funktionen in diesen Geräten kostengünstig zu realisieren. + +Im Bereich der Funktechnik spricht man bei Geräten, die mittels digitaler Signalverarbeitung Signale verarbeiten von sogenannten SDR-Geräten. In diesen Geräten ist zumindest ein Teil der Signalverarbeitung in Software realisiert. + +[question:EF603] + +Um kontinuierliche analoge Signale digital verarbeiten zu können, müssen diese zunächst mittels eines Analog-Digital-Umsetzers (A/D-Umsetzer) abgetastet und in digitale Werte umgesetzt werden. Man spricht hierbei von Digitalisierung des analogen Eingangssignals. + +[question:EF602] + +--- + +[picture:411:e_digitale_signalverarbeitung:Einfache Darstellung einer Sinuswelle aus 16 Samples und 7 Werten] + + +Hierbei wird das analoge Signal in festen Zeitintervallen abgetastet und in einem digitalen Wertebereich (z. B. von -128 bis +127) abgebildet. Jeder Wert repräsentiert eine bestimmte gemessene Signalspannung, wobei in der Regel negativen Werten negative Spannungen und positiven Werten positive Spannungen zugeordnet werden. Man kann sich das in etwa so vorstellen wie z.B. bei einer Filmkamera, die in festen Abständen Bilder einer Szene aufnimmt. Hierbei haben die aufgenommenen Bilder immer einen festen zeitlichen Abstand zum vorherigen und nächsten Bild und stellen die momentane Szene in zeitlich kleinen Abständen dar. Dieser Prozess nennt sich Sampling (in Deutsch könnten man dies mit dem Wort Probenahme übersetzen). Die einzelnen gemessenen Signalwerte werden als Samples bezeichnet. Im nächsten Abschnitt werden wir uns diesen Prozess noch etwas genauer ansehen. + +Nach der A/D-Umsetzung können die als digitale Werte vorliegenden Samples mittels digitaler Signalverarbeitung beliebig weiter verarbeitet werden. + +Im Anschluss an die digitale Signalverarbeitung wird man aus den digital verarbeiteten Signalen wieder ein analoges Signal z.B. für die Ausgabe über einen Lautsprecher oder für die Aussendung über eine Antenne machen wollen. Um die digitalen Werte wieder in ein analoges Signal zu verwandeln, benötigt man an dieser Stelle einen Digital-Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer), welcher praktisch das Gegenstück zum vorbeschriebenen A/D-Umsetzer darstellt. Der D/A-Umsetzer setzt digitale Werte wieder in analoge Spannungswerte um und ermöglicht somit die Rekonstruktion eines analogen Signals aus den digitalen Werten. + +[question:EF601] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/diode_1.md b/contents/sections/diode_1.md new file mode 100644 index 0000000..de29bd9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/diode_1.md @@ -0,0 +1,101 @@ +Bereits aus der Klasse-N-Ausbildung ist die Grundfunktion der Diode bekannt: sie lässt Strom nur in einer Richtung fließen, nämlich wenn die an der Anode anliegende Spannung ($U_a$) größer ist als die Spannung an der Kathode ($U_k$), vgl. Abbildung [ref:e_diode_u_i]. + + +[picture:859:e_diode_u_i:Spannungen und Strom an einer Diode mit Vorwiderstand] + + +Mathematisch können wir diese Forderung so schreiben: + +$U_d = U_a - U_k > 0$ + +Ist allerdings $U_d$ nur ein ganz wenig größer als 0, fließt noch kein merkbarer Strom. Das liegt an der *exponentiellen Kennlinie* einer Diode. Der Diodenstrom ist nämlich: + +$I_d = I_S \left(e^{\frac{U_d}{U_T}}-1\right)$ + +$e$ ist die sogenannte Euler'sche Zahl ($e\approx 2,718$), $U_T$ eine Konstante, die bei Raumtemperatur etwa 26 mV beträgt. + +$I_S$ ist hier der *Sperrsättigungsstrom*, das ist der sehr kleine Strom, der bei negativen Spannungen durch die Diode fließt. Der Wert von $I_S$ hängt neben ein paar Parametern der Diode, wie der Diodenfläche, vor allem auch vom verwendeten Halbleitermaterial ab. Bei Materialien wie Germanium (Ge) mit einer geringen *Energiebandlücke* (darauf gehen wir in der Ausbildung zur Klasse A näher ein) ist $I_S$ größer, bei Materialien mit größerer Energiebandlücke ist $I_S$ kleiner. + + +[picture:861:e_diode_kennlinie_iu:Kennline einer Diode] + + +[question:EC501] + +Betrachten wir eine Diodenkennlinie in Abbildung [ref:e_diode_kennlinie_iu], so steigt der Diodenstrom bei positiven $U_d$ ab einer gewissen Spannung steil an. Diese Spannung wird auch als *Schwellspannung* $U_{th}$ bezeichnet, sie ist aber nur Ausdruck der unterschiedlichen $I_S$: je kleiner $I_S$, desto höher ist die Schwellspannung. + +Als Anhaltspunkte für die Schwellspannung von pn-Dioden können wir für Ge etwa 0,2-0,3 V und für Si etwa 0,6-0,7 V angeben. + +*Leuchtdioden* (LEDs) sind ebenfalls pn-Dioden, bei denen das Halbleitermaterial so beschaffen ist, dass es bei Polung der Diode in Flußrichtung Licht aussendet. Das geht nur mit bestimmten Materialien -- mit Si und Ge nicht. Die Farbe des Lichts ist durch die Energiebandlücke gegeben. Je größer die Energiebandlücke, desto kurzwelliger das Licht, um so geringer der Sperrsättigungsstrom, und daher um so höher die Schwellspannung. Daher haben rote LEDs etwa 1,7 V Schwellspannung und grüne LEDs 2,5 V. Die verschienden Kennlinien sind in der Abbildung [ref:e_diode_kennlinien] dargestellt. + +[question:EC513] +[question:EC510] +[question:EC509] +[question:EC511] +[question:EC512] + +--- + + +[picture:858:e_diode_kennlinien:Kennlinen verschiedener Dioden] + + + +[question:EC503] +[question:EC506] +[question:EC507] +[question:EC508] + +Da LEDs in Flussrichtung betrieben werden, ist es wichtig, einen Widerstand $R_V$ zwischen Spannungsquelle $U$ und LED zu schalten. $R_V$ stellt den erwünschten Strom $I$ ein. Dabei ist die Schwellspannung $U_{th}$ der LED zu berücksichtigen: + +$ I=\frac{U-U_{th}}{R_V}$ + +[question:EC514] +[question:EC515] +[question:EC516] + +--- + +In unserem einfachen Modell fließt für negative $U_d$ nur ein geringer Sperrstrom. Das stimmt aber nicht für sehr negative Spannungen. Irgendwann wird das elektrische Feld über der Verarmungszone zwischen n und p zu hoch und die Diode "bricht durch", der Strom in Rückwärtsrichtung steigt extrem stark an, wie in Abbildung [ref:n_diode_kennlinie_uz] gezeigt. + +Dieser *Sperrdurchbruch* kann verschiedene physikalische Ursachen haben, die wir hier nicht im Detail behandeln können. Die Spannung, bei der dieser Durchbruch passiert, wird gemeinhin als *Zener-Spannung* $U_z$ bezeichnet, auch wenn der Zener-Effekt (ein quantenmechanischer Tunneleffekt) nur ein möglicher Durchbruchmechanismus ist. *Zenerdioden* werden zur Spannungsstabilisierung verwendet. Dabei ist es wichtig, den Durchbruchstrom durch einen Vorwiderstand zu begrenzen. + + +[picture:862:n_diode_kennlinie_uz:Kennline einer Z-Diode] + + +--- + +Das Schaltsymbol einer Zenerdiode (Abbildung [ref:e_zener_symbol]) ist das einer regulären Diode, bei der der Kathodenstrich eine zuätzliche Fortsetzung unter 90° erhält. Dies soll an das "Abknicken" der Kennlinie im Durchbruch erinnern. + + +[picture:860:e_zener_symbol:Schaltsymbol einer Zenerdiode] + + + + +[question:EC517] +[question:EC520] +[question:EC521] +[question:EC522] + +Die bisher behandelten Dioden waren alle *pn-Dioden*, die Diodeneigenschaft entsteht durch einen Halbleiterübergang. Bei der *Schottky-Diode* handelt es sich um eine Diode, deren Eigenschaften durch einen Metall-Halbleiter-Übergang entstehen. Die Schwellspannung ist etwa halb so groß wie die einer pn-Diode aus dem selben Material, oder kleiner, abhängig von der genauen Gestaltung des Metall-Halbleiter-Übergangs. Schottky-Dioden werden eingesetzt, wenn die Schwellspannung gering sein soll, oder aber als sehr schnelle Schaltdioden. + +[question:EC504] +[question:EC505] + + +Metall-Halbleiter-Dioden sind die ältesten Gleichrichterbauelemente auf Halbleiterbasis. Ferdinand Braun entdeckte ihren Gleichrichtereffekt bereits 1874, ohne aber seine Beobachtung erklären zu können. + + +Fassen wir zusammen: + +Dioden lassen Strom nur einer Richtung fließen. Daher eignen sie sich zur Gleichrichtung von Wechselstrom. + +Bei hohen Sperrspannungen allerdings ($U_d < U_z$), steigt der Strom in Rückwärtsrichtung stark an. Dieser Betriebspunkt kann sehr gut zur Spannungsstabilisierung genutzt werden (*Zenerdiode*). + +Daneben lassen sie sich in Sperrrichtung auch als spannungsgesteuerte Kapazitäten verwenden, dies werden wir aber erst in der Ausbildung zur Klasse A behandeln. + +[question:EC502] +[question:EC518] +[question:EC519] diff --git a/contents/sections/diode_2.md b/contents/sections/diode_2.md new file mode 100644 index 0000000..8c4dff9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/diode_2.md @@ -0,0 +1,54 @@ +[question:AC401] + +Die pn-Diode besteht aus zwei Halbleiterbereichen, die durch den Vorgang der Dotierung entweder einen Überschuss an freien Elektronen (n) oder freien Löchern (p) haben. Rechts und links der Grenzfläche entsteht eine sogenannte Raumladungszone, die praktisch keine freien Ladungsträger enthält. Das n-Gebiet stellt die Kathode, das p-Gebiet die Anode dar. + +Wird die Diode mit einer Durchlassspannung beaufschlagt (positiv an der Anode, negativ an der Kathode), so werden Elektronen vom n-dotierten Gebiet in Richtung p-Gebiet und Löcher vom p-Gebiet in Richtung n-Gebiet geschickt. So ergibt sich die richtige Antwort. + +Etwas verwirrend ist gegebenenfalls, dass die technische Stromrichtung entgegengesetzt zur Richtung des Elektronenflusses ist. Der Strompfeil zeigt also von der Anode zur Kathode, obwohl der Elektronenfluss von der Kathode zur Anode verläuft. + +[question:AC403] + +pn-Dioden zeigen eine exponentielle Abhängigkeit des Diodenstroms von der Diodenspannung. Der Sättigungsstrom steigt mit steigender Temperatur. Dies sorgt dafür, dass die für einen bestimmten Diodenstrom notwendige Diodenspannung mit steigender Temperatur kleiner wird. Die "Durchlassspannung" sinkt also (als Faustformel um -2 mV/K Temperaturerhöhung). + + +Der Diodenstrom ist: + +$I_D(T) = I_S(T) \cdot \exp \left( \frac{U_D}{U_T}\right)$ + +$I_S$ ist der Sättigungsstrom, $U_T = k T/q$ die sogenannte Temperaturspannung. Hier ist k die Boltzmann-Konstante, q die Elementarladung. + +Mit steigender Temperatur steigt der Sättigungsstrom und die Exponentialfunktion sinkt. Es überwiegt allerdings die Temperaturabhängigkeit des Sättigungsstroms. + + + +[question:AC404] + +Die Kapazitätsdiode nutzt die Kapazität zwischen den n- und p-Gebieten über die Raumladungszone hinweg, analog zu einem Plattenkondensator. Dabei darf aber kein nennenswerter Gleichstrom fließen, also muss die Diode in Sperrrichtung gepolt werden. + +Je negativer die Diodenspannung (bzw. je höher die Sperrspannung), umso mehr dehnt sich die Raumladungszone aus und umso geringer wird die Diodenkapazität. + +In den Fragen AC405 und AC406 werden *antiparallele Dioden* eingesetzt, um die Amplitude einer Wechselspannung zu begrenzen. Solche Schaltungen werden z.B. eingesetzt, um Empfängereingänge vor Spannungen zu schützen, die die Eingangstransistoren zerstören könnten. + +[question:AC405] + +Hier handelt es sich um Silizium-Dioden, die eine Schwellspannung von etwa 0,6 V haben. Wenn die Eingangsspannung also 0,6 V überschreitet, schaltet die rechte Diode durch. Unterschreitet sie -0,6 V, schaltet die linke Diode durch. + +Bei der ersten Halbwelle wird die nötige Spannung noch nicht erreicht, sie wird also unverändert übertragen. Die beiden nächsten Halbwellen allerdings haben Amplituden, die die Schwellspannung überschreiten. Die Amplituden werden bei $\pm$ 0,6 V "geklippt". + +[question:AC406] + +Die Lösung verläuft analog zur vorhergehenden Aufgabe - aber die Dioden sind hier *Germanium-Dioden*, die Schwellspannung beträgt etwa 0,3 V. Daher werden alle Halbwellen geklippt. + +[question:AC407] + +Hier werden zwei Bauelemente genannt, die mit Licht interagieren: der Fotowiderstand und die Fotodiode. + +Der Fotowiderstand ist ein Bauelement, das über zwei nicht-sperrende Kontakte verfügt. Es verhält sich wie ein konventioneller Ohmscher Widerstand - der Strom steigt linear mit der angelegten Spannung. Der Widerstandswert kann durch Absorption von Licht verringert werden - die absorbierten Photonen erhöhen die Dichte der freien Ladungsträger. Liegt keine Spannung an, fließt auch kein Strom. + +Die Fotodiode dagegen ist eine pn-Diode. Das Licht wird hier in der Raumladungszone absorbiert, es entstehen Elektron-Loch-Paare, die im elektrischen Feld der Raumladungszone getrennt werden. Dieses Feld existiert auch ohne äußere Vorspannung. Es fließt auch für $U_D=0$ ein Strom (ein Kurzschlussstrom). Dieser Strom hat die entgegengesetzte Richtung wie der konventionelle Diodenstrom. + +[question:AC408] + +Optokoppler vereinen eine Leuchtdiode und eine Fotodiode in einem Gehäuse, wobei die Eingangsseite (Leuchtdiode) und die Ausgangsseite (Fotodiode) voneinander isoliert sind (galvanisch getrennt). + +Diese Bauelemente werden eingesetzt, um Schnittstellen galvanisch zu trennen, zum Beispiel, um Masseschleifen zu verhindern, die für eingekoppeltes Netzbrummen sorgen können. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dipol.md b/contents/sections/dipol.md new file mode 100644 index 0000000..cd0b026 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dipol.md @@ -0,0 +1,41 @@ +Die Grundform der Antenne ist die *Dipol-Antenne* (Abbildung [ref:n_dipol]). Sie wird von Funkamateuren in Kurzform auch einfach als Dipol bezeichnet. Ein Dipol besteht aus zwei Teilen, üblicherweise sind dies Drähte oder Metallstäbe. Einer der Leiter des Antennenkabels wird an das eine Teil, der andere Leiter an das andere Teil angeschlossen. + + +[picture:589:n_dipol:Darstellung einer Dipol-Antenne] + + + +Der Begriff *Dipol* kommt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie "Zweipol". + + +--- + +In der Praxis wird häufig der sogenannte Halbwellendipol verwendet, der eine Länge von $\lambda / 2$ aufweist, also einer halben Wellenlänge. Beispiel: Im 10 m-Band beträgt die Wellenlänge rund 10 m. Die halbe Wellenlänge ist demnach 5 m. Ein Halbwellendipol für das 10 m-Band hat also 5 m lang zu sein. Jedes Teilstück muss daher eine Länge von ca. 2,5 m haben. Man spricht dann davon, dass der Halbwellendipol in *Resonanz* ist. + + +Es gibt auch andere *Varianten der Dipol-Antenne*, beispielsweise den Ganzwellendipol, den verkürzten Dipol oder den asymmetrisch gespeisten Dipol, bei dem das Antennenkabel nicht in der Mitte angeschlossen wird und die beiden Teile entsprechend unterschiedlich lang sind. + + +--- + +Ein Dipol der richtigen Länge hat eine gute *Abstrahlung*. Er gibt bei Sendebetrieb möglichst viel der elektrischen Schwingung als Funkwelle ab bzw. nimmt beim Empfang möglichst viel von einer Funkwelle als elektrische Schwingung auf. Verwendet man den Dipol auf höheren oder niedrigeren Frequenzen, dann funktioniert er zunehmend schlechter. + + +*Resonanz* gibt es nicht nur bei Antennen, sondern beispielsweise auch bei Instrumenten in der Musik. Dies wird am Beispiel von Kontrabass und Geige deutlich: Ein Kontrabass hat vergleichsweise lange Saiten und erzeugt tiefe Töne, also tiefe Frequenzen. Eine Geige hingegen hat eher kurze Saiten und erzeugt hohe Töne, also hohe Frequenzen. Bei Antennen ist es im Prinzip genauso. Lange Dipol-Antennen eignen sich für tiefe Frequenzen und kurze Dipol-Antennen für hohe Frequenzen. + + +[question:NG103] + +Liegt die Resonanzfrequenz unterhalb der gewünschten Frequenz, dann ist der Dipol zu lang. Die Dipol-Antenne kann auf die gewünschte Frequenz gebracht werden, indem man sie an beiden Seiten gleichmäßig kürzt. + +[question:NG304] + +--- + +Andersherum kann eine zu hohe Resonanzfrequenz eines Dipols nach unten verändert werden, indem man beide Seiten gleichmäßig verlängert. + + +Ein Draht oder Metallstab lässt sich viel einfacher kürzen als verlängern. Daher ist es beim Bau eines Dipols zweckmäßig ihn zunächst etwas länger als berechnet auszulegen und dann schrittweise vorsichtig zu kürzen, bis Resonanz erreicht ist. + + +[question:NG305] diff --git a/contents/sections/doppelueberlagerungsempfaenger_doppelsuper.md b/contents/sections/doppelueberlagerungsempfaenger_doppelsuper.md new file mode 100644 index 0000000..cfe8e4f --- /dev/null +++ b/contents/sections/doppelueberlagerungsempfaenger_doppelsuper.md @@ -0,0 +1,43 @@ +Im Gegensatz zum Einfachsuper werden im Doppelsuper 2 Zwischenfrequenzen verwendet. + + +[picture:810:doppelsuper_blockschaltbild:Blockschaltbild eines Doppelsuper] + + +Durch die Verwendung einer hohen ersten ZF ist eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung möglich. Die beiden möglichen Empfangsstellen liegen hierdurch sehr weit auseinander und eine Unterdrückung der ungewünschten Empfangsstelle (Spiegelfrequenz) ist durch Eingangsfilter vor dem ersten Mischer leicht möglich. Durch die Verwendung einer niedrigen 2. ZF kann im 2. Schritt eine hohe Trennschärfe des Empfängers erreicht werden, da für niedrige Frequenzen Filter mit hoher Güte und steilen Flanken technisch sehr gut realisierbar sind. +Die erste ZF und die höchste gewünschte Empfangsfrequenz sollten bei einem Kurzwellenempfänger, je nach Empfängerkonzept, auch möglichst weit voneinander entfernt sein, um einen Direktempfang der ZF über die Antenne zu vermeiden. Die 1. ZF sollte daher das Doppelte der maximalen Empfangsfrequenz betragen. + + +Eine Erweiterung des Doppelsuper-Konzeptes wäre der Dreifach-Super, bei dem eine niedrige 3. ZF gebildet wird. Dies kann sinnvoll sein für spezielle Demodulationsverfahren oder für die Realisierung von Störunterdrückungsverfahren (Notchfilter). Die Berechnung der Zwischenfrequenzen und Oszillatorfrequenzen erfolgt hierbei entsprechend dem des Doppelsupers. + + +[question:AF112] +[question:AF113] + +Nach dem ersten Mischer kann zur Verbesserung der Großsignalfestigkeit ein sehr schmales Filter, welches auf die 1. ZF abgestimmt ist, eingesetzt werden. Man nennt dieses Filter *Roofing Filter*. Die Bandbreite des Roofing-Filters muss hierbei mindestens so groß wie die größte benötigte Bandbreite der vorgesehenen Betriebsarten sein. + +[question:AF114] +[question:AF116] + +Der Doppelsuper setzt sich aus folgenden Funktionsblöcken zusammen: +1. HF-Teil mit Vorselektion +2. Erster Mischer mit VFO zur Bildung der ersten ZF. Hierbei kann die Frequenz des VFO sowohl oberhalb als auch unterhalb der gewünschten Empfangsfrequenz liegen (jeweils um die 1. ZF versetzt) +3. Erster ZF-Verstärker mit Filter (Roofing-Filter) +4. Zweiter Mischer mit CO (Quarzoszillator) zur Bildung der zweiten ZF. Hierbau kann die Frequenz des CO sowohl oberhalb als auch unterhalb der 1. ZF liegen (jeweils um die 2. ZF versetzt) +5. Zweiter ZF-Verstärker mit Filter (ZF-Filter je nach Modulationsart/Betriebsart, meist schaltbar). +6. Produktdetektor oder Demodulator (je nach Betriebsart) ggf. mit BFO. Diese Stufe dient auch der Erzeugung einer Regelspannung für die Steuerung der Eingangsempfindlichkeit des Empfangszweigs (AGC) +7. NF-Verstärker mit Lautsprecher-Ausgang oder Kopfhörer-Anschluss + +[question:AF209] +[question:AF117] +[question:AF210] + +Um die benötigten Oszillator-Frequenzen in Abhängigkeit einer gewünschten Empfangsfrequenz zu berechnen, muss man sich vergegenwärtigen, dass die Oszillatorfrequenzen jeweils ober- oder unterhalb der gewünschten Eingangsfrequenz des Mischers liegen können. Daher existieren für jede Mischerstufe jeweils zwei Lösungsmöglichkeiten. +1. Oszillatorfrequenz = Eingangsfrequenz + Ausgangsfrequenz +2. Oszillatorfrequenz = Eingangsfrequenz - Ausgangsfrequenz + +Mit diese Wissen lassen sich die folgenden Fragen beantworten. + +[question:AF120] +[question:AF118] +[question:AF119] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dummy_load_1.md b/contents/sections/dummy_load_1.md new file mode 100644 index 0000000..4a314f6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dummy_load_1.md @@ -0,0 +1,27 @@ +Möchte man die Sendeleistung eines Senders überprüfen, schließt man anstelle der Antenne eine sogenannte *Dummy Load* an (Abbildung [ref:n_antennenanpassung_dummy_load]). Eine Dummy Load wird auch als *Abschlusswiderstand* oder künstliche Antenne bezeichnet. Sie besteht aus einem Lastwiderstand (vgl. Kapitel Bauteile und Schaltkreise) und einem Kühlkörper. + + +[photo:68:n_antennenanpassung_dummy_load:Dummy Load] + + +Eine Dummy Load wird bei Abgleicharbeiten und Messungen an Sendern genutzt. Die Sendeleistung wird im Gegensatz zu einer echten Antenne fast vollständig in Wärme umgesetzt. Somit wird verhindert, dass Signale abgestrahlt werden. Unnötige Aussendungen und eventuelle Störungen bei anderen Funkverbindungen werden dadurch vermieden. + +Es ist wichtig, dass in jedem Fall entweder eine möglichst angepasste Antenne oder eine Dummy Load am Transceiver angeschlossen ist, wenn mit diesem gesendet wird. Ansonsten wird die gesamte Sendeleistung am Antennenanschluss reflektiert und kann z. B. den Hochfrequenzverstärker (Endstufe) beschädigen. + + +Aus Sicht des Senders ist eine Dummy Load nicht von einer gut angepassten Antenne zu unterscheiden, da die Sendeleistung nicht reflektiert wird. + + +[question:VD111] +[question:NJ202] +[question:NF107] + +--- + +Ganz vermeiden lassen sich Aussendungen zum Abstimmen nicht, beispielsweise bei der Benutzung von automatischen Antennenanpassgeräten. Wenn diese Art von Aussendungen allerdings so kurz wie möglich erfolgen, sind sie zulässig, auch wenn nur ein Träger ohne Modulation gesendet wird. + + +Wenn man sein Antennanpassgerät abstimmt, sollte dies nur auf freien Frequenzen erfolgen. Ansonsten kann man andere Verbindungen stören. + + +[question:VD112] diff --git a/contents/sections/dummy_load_2.md b/contents/sections/dummy_load_2.md new file mode 100644 index 0000000..d067007 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dummy_load_2.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Eine Dummy-Load im HF-Bereich wird oft aus vielen einzelnen Teilwiderständen zusammengesetzt um eine bessere Kühlung und eine höhere Belastbarkeit zu erreichen. Hierbei können sowohl parallel als auch Serienschaltungen von Widerständen oder eine Kombination aus beiden verwendet werden. Üblicherweise werden für die Widerstände identische Werte verwendet bzgl. Widerstandswert und Belastbarkeit. Hierdurch wird die Verlustleistung auf alle Teilwiderstände gleichmäßig verteilt. Die Berechnung der Anzahl benötigter Widerstände erfolgt hierbei nach dem Ohmschen-Gesetz sowie den Gesetzen für Parallel- und Reihenschaltung von Widerständen. + +[question:AI601] + +Eine Dummy-Load mit einem Messausgang und eingebauten Spitzenwertgleichrichter kann auch zur indirekten Messung der Ausgangsleistung eines Senders verwendet werden. + +[question:AI602] + +Eine weitere Möglichkeit die HF-Ausgangsleistung eines Sender ungefähr zu bestimmen besteht darin eine Dummy-Load mit einer Anzapfung des Widerstandsnetzwerks am erdnahen Ende zu verwenden. Hierbei wird eine HF-Teilspannung durch das Verhältnis der Widerstände (Spannungsteiler) an der Anzapfung messbar. Diese HF-Spannung kann dann z.B. mit einem HF-Tastkopf und einem digitalen Multimeter gemessen werden. Hierdurch kann, bei bekanntem Spannungsteiler-Verhältnis, die tatsächlich an der Dummy-Load anliegende HF-Spannung berechnet werden. + +[question:AI603] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dx.md b/contents/sections/dx.md new file mode 100644 index 0000000..0fd9005 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dx.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Mit der Abkürzung DX verstehen Funkamateure eine Funkverbindung über eine große Entfernung. DX steht für "long distance" und stammt ursprünglich aus der Morsetelegrafie. Bei DX muss man zwischen Kurzwelle und UKW unterscheiden. + +Ruft eine Station auf den Bändern der Kurzwelle "CQ DX", dann möchte sie Kontakt mit Funkamateuren von einem anderen Kontinent aufnehmen. Funkamateure vom selben Kontinent sollten diesen allgemeinen Anruf nicht beantworten oder darauf reagieren. + +[question:BB103] +[question:BE114] +[question:BB105] + +Auf höheren Frequenzen erreicht man von Deutschland aus andere Kontinente äußerst selten. Deswegen werden hier DX-Verbindungen anders definiert als auf der Kurzwelle. Auf VHF und UHF möchte man mit einem DX-Anruf andere Stationen kontaktieren, die erkennbar einige hundert Kilometer entfernt sind. + +[question:BB104] +[question:BE109] + +Möchte man ein spezielles Land erreichen, kann anstelle von "CQ DX" auch gezielt nach dem gesuchten Landeskenner gerufen werden. So kann ein CQ-Ruf "CQ VK/ZL" lauten, um Stationen aus Australien oder Neuseeland zu rufen. + +[question:BE110] +[question:BE113] + +Wer internationale Verbindungen sucht, ruft in aller Regel in englischer Sprache. Entsprechend sollte auch eine Antwort in Englisch erfolgen. DF1KW könnte beispielsweise einen englischsprachigen CQ-Ruf von EA6VQ mit "EA6VQ, this is DF1KW calling you" beantworten. + +[question:BE104] + +Wenn man feststellt, dass der eigene "CQ DX"-Ruf lange Zeit unbeantwortet bleibt, wäre es eine gute Möglichkeit, einfach auf einen normalen CQ-Ruf zu wechseln und Kontakt zu Stationen aus der Umgebung aufzunehmen. + +Es gibt auch ambitionierte Funkamateure, die mit DX-Aktivitäten besondere Flecken der Erde aktivieren möchten. Eine Gruppe von Funkamateuren setzt sich als Ziel, seltene Inseln, unerschlossene Regionen oder Länder mit einer geringen Funkaktivität zu aktivieren. Dieses Abenteuer oder diese Expedition wird unter Funkamateuren als *DX-Pedition* bezeichnet. Diese seltenen Stationen sind meistens an den entlegensten Orten der Welt zu finden. + +[question:BE312] + +Wieso aktiviert man solche besondere Orte? Es gibt Diplomprogramme, bei denen die unterschiedlichen Länder gearbeitet werden müssen, und es gibt den sogenannten *DX Century Club* (DXCC). Um in diesem Club aufgenommen zu werden, benötigt man nachweislich bestätigte Funkverbindungen mit mindestens 100 unterschiedlichen Ländern. Mit den Aktivierungen können Funkamateure ihre noch fehlenden Länder in ihrer Liste ergänzen. diff --git a/contents/sections/dynamik_compressor_2.md b/contents/sections/dynamik_compressor_2.md new file mode 100644 index 0000000..a884f59 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dynamik_compressor_2.md @@ -0,0 +1,14 @@ +Der Dynamic Compressor wird häufig bei DX-Verbindungen und in Contesten, bei denen es auf ein starkes, durchdringendes Signal ankommt, eingesetzt. Beim Einsatz eines Sprachkompressors sollte darauf geachtet werden, dass Verzerrungen durch eine Übermodulation des Senders vermieden werden. Diese würden zu einer Erhöhung der Bandbreite (Splatter) und daraus resultierend einer abnehmenden Verständlichkeit beim Empfänger führen. Deshalb ist eine zu hohe Einstellung der Dynamic-Kompression zu vermeiden. + +[question:AE211] +[question:AE212] + +Ein NF-Sprachsignal hat, bedingt durch seine Lautstärkeschwankungen, große Unterschiede zwischen der maximalen und der minimalen Lautstärke. Diese Unterschiede in den Lautstärken nennt man auch *Dynamikumfang*. Durch einen *NF-Dynamikkompressor oder NF-Sprachprozessor* in einem Sender wird der Dynamikumfang eines Sprachsignals verringert, wodurch dessen mittlere Lautstärke angehoben wird. Hierdurch verringert sich auch der Dynamikumfang der Modulation des Sendesignals, wodurch der mittlere Sendepegel des Signals angehoben wird. + +[question:AE210] + + +Für eine optimale Einstellung des Dynamic Compressors sollte man wie folgt vorgehen: + 1. Einstellung der Mikrofonverstärkung ohne Aktivierung des Dynamic Compressors, so dass das ALC-Meter des Transceivers gerade anspricht bzw. in dessen Regelbereich liegt. + 2. Aktivierung des Dynamic Compressors schrittweise und Prüfung der Verständlichkeit und Deutlichkeit des Signals z.B. durch ein QSO mit einer Gegenstation und Rapport der Signalverständlichkeit und Qualität. Alternativ hierzu verfügen manche Geräte über eine Monitoring-Funktion, so dass das gesendete Signal auch über diese Funktion abgehört werden kann. Auch mit einem 2. Empfänger und Abschluss des Senders mittels Dummy-Load kann das Sendesignal abgehört werden. Hierdurch werden auch Störungen anderer Stationen durch Testaussendungen vermieden. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/dynamik_kompressor_1.md b/contents/sections/dynamik_kompressor_1.md new file mode 100644 index 0000000..5c06072 --- /dev/null +++ b/contents/sections/dynamik_kompressor_1.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Bei Aussteuerung eines amplitudenmodulierten Senders durch Sprachmodulation, der in Telefonie betrieben wird (z.B. SSB oder AM), entstehen aufgrund der Charakteristik der menschlichen Sprache starke Schwankungen der Amplitude des Ausgangssignals des Senders. Hierdurch entstehen im Sendesignal Zeitabschnitte niedriger bzw. leiser Aussteuerung, die die Verständlichkeit des Signals beim Empfänger verringern können. + +Um die Aussteuerung des Senders und die Verständlichkeit der Modulation in diesen Zeitabschnitten zu verbessern, wird das Signal zunächst hinsichtlich seiner Amplitudenschwankungen komprimiert, wie in Abbildung [ref:e_kompressor] dargestellt. Laute Signalanteile werden dabei durch die nichtlineare Kennlinie gezielt abgeschwächt. In einem zweiten Schritt wird das gesamte Signal wieder verstärkt. Dadurch werden auch die zuvor leisen Signalanteile angehoben, sodass insgesamt ein höherer und gleichmäßigerer durchschnittlicher Sendepegel am Ausgang des Senders erreicht wird. + +Hierdurch wird das Signal beim Empfänger prägnanter und durchdringender bei angemessener Einstellung der Komprimierung. Bei den meisten Geräten wird diese Funktion *Kompressor* oder auch *Dynamic Compressor* genannt. + + +[picture:1043:e_kompressor:Funktionsweise eines Kompressors] + + +[question:EF306] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/e_feld.md b/contents/sections/e_feld.md new file mode 100644 index 0000000..d36f904 --- /dev/null +++ b/contents/sections/e_feld.md @@ -0,0 +1,80 @@ +Das physikalische Phänomen, das Funksignale überhaupt erst möglich macht, ist das elektromagnetische Feld. Dass sich dieses Feld im leeren Raum, ohne ein tragendes Medium, ausbreiten kann, war eine der bedeutendsten Entdeckungen des 19. Jahrhunderts. + + +Lange glaubte die Physik an die Existenz eines "Äthers", der überall existiert und in dem sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten wie Schall in Luft. Diese Vorstellung war falsch, aber umgangssprachlich hat sich der Begriff gehalten, z.B. sitzen wir am Empfänger und *lauschen in den Äther*. + + +--- + +Wie der Name bereits nahelegt, besteht das elektromagnetische Feld aus zwei Komponenten, dem elektrischen und dem magnetischen Feld. Wenn sich das elektrische und das magnetische Feld zeitlich verändern, so kommen beide Feldkomponenten immer gemeinsam vor. + +Beginnen wir aber mit dem zeitlich unveränderlichen elektrischen Feld, auch statisches Feld genannt. Das elektrische Feld wird allgemein mit dem Buchstaben $E$ bezeichnet. + + +[picture:881:e_plattenkondensator: Ein Plattenkondensator mit anliegender Spannung und homogenem elektrischen Feld] + + +--- + +Abbildung [ref:e_plattenkondensator] zeigt schematisch einen *Plattenkondensator*, bei dem an den Platten eine Spannugn $U$ anliegt. Die Platten sind voneinander isoliert, es fließt kein Strom. Die Spannung führt dazu, dass sich auf der linken Platte positive und auf der rechten Platte negative Ladungsträger ansammeln. Zwischen den beiden Platten bildet sich ein statisches elektrisches Feld $E$ aus. Nehmen wir an, dass die Ausdehnung der Platten in Länge und Breite sehr viel größer ist als der Abstand, dann ist die Stärke des Feldes vom Ort unabhängig -- wir sprechen von einem *homogenen* Feld. Die elektrische Feldstärke lässt sich dann ganz einfach berechnen: + +$E = \frac{U}{d}$ + +wobei $d$ der Abstand der Platten ist. + + +Aus der Gleichung $E = \frac{U}{d}$ ergibt sich auch die Einheit der elektrischen Feldstärke: $\unit{\volt\per\meter}$ + + +[question:EB101] +[question:EA103] + +--- + +Um die elektrische Feldstärke in einem Plattenkondensator zu berechnen, müssen wir die anliegende Spannung kennen und den Plattenabstand. Plattenkondensatoren kommen vielfach in Antennenanpassgeräten vor. + + +Bei diesen Fragen muss unbedingt die richtige Einheit beachtet werden! + + +[question:EB102] + +Hier kann man wieder einfach mit der Formel von oben rechnen: + +$E = \frac{\qty{9}{\volt}}{\qty{0,6}{\centi\meter}} = \frac{\qty{9}{\volt}}{\qty{0,006}{\meter}} = \qty{1500}{\volt\per\meter}$ + +Einen *Wickelkondensator* können wir uns so vorstellen wie einen Plattenkondensator mit sehr breiten Platten, die aufgewickelt wurden. Zwischen den Platten befindet sich allerdings ein isolierende Schicht, das *Dielektrikum*. Es erhöht die *Kapazität* des Kondensators -- die Fähigkeit, Ladungen zu speichern. Auf die Berechnung der Feldstärke im Innern hat das Dielektrikum aber keinen Einfluss. + +[question:EB103] + +Auch für diese Frage bemühen wir wieder unsere Formel: + +$E = \frac{\qty{300}{\volt}}{\qty{0,15}{\milli\meter}} = \frac{\qty{300}{\volt}}{\qty{0,00015}{\meter}} = \qty{2000000}{\volt\per\meter} = \qty{2000}{\kilo\volt\per\meter}$ + +Dielektrika können nur eine begrenzte elektrische Feldstärke aushalten, bevor sie ihre Isolationsfähigkeit verlieren. Die Grenzfeldstärke, bei der das geschieht, wird auch als *Durchschlagsfeldstärke* bezeichnet. Wenn wir die Durchschlagfeldstärke und die Dicke des Dielektrikums kennen, können wir die Spannung berechnen, die der Kondensator maximal aushalten kann. + +Wenn die Durchschlagfeldstärke $E_d$ und die Dicke des Dielektrikums *d* ist, dann ist die Durchbruchspannung: + +$U_d =E_d \cdot d$ + +[question:EB104] + +Hier rechnen wir mit der Formel von oben (Achtung auf die Einheiten aufpassen!): + +$U_d = \qty{400}{\kilo\volt\per\centi\meter} \cdot \qty{0,15}{\milli\meter} = \qty{40000000}{\volt\per\meter} \cdot \qty{0,00015}{m} = \qty{6000}{\volt} = \qty{6}{\kilo\volt}$ + +--- + +Eine weitere wichtige Fähigkeit ist es, in Skizzen die elektrischen Feldlinien von den später behandelten magnetischen Feldlinien zu unterscheiden. + +Mit einer einfachen Faustregel ist das recht einfach: elektrische Feldlinien haben einen Anfang und ein Ende, magnetische Feldlinien nicht! Die Richtung des elektrischen Feldes geht immer vom positiveren Potenzial zum negativeren. + +[question:EB105] + + +[picture:884:e_feldlinien_vertikalantenne:Feldlinien an einer Vertikalantenne] + + + + + diff --git a/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_1.md b/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_1.md new file mode 100644 index 0000000..28547fc --- /dev/null +++ b/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_1.md @@ -0,0 +1,25 @@ +Am Anfang dieses Kapitels haben wir uns mit dem Dipol als Grundform aller Antennen beschäftigt. Der Halbwellendipol strahlt Funkwellen senkrecht zur Drahtrichtung ab. Andere Antennenformen können ihre Funkwellen je nach Bauform bevorzugt in eine oder mehrere Richtungen abstrahlen und dafür weniger in andere Richtungen: +* Eine Groundplane-Antenne strahlt in alle Himmelsrichtungen nahezu gleichmäßig ab, aber nicht nach oben oder unten. +* Bei einer Yagi-Uda-Antenne werden die Funkwellen wie bei einer Taschenlampe in einem Strahl nach vorn gebündelt und in alle anderen Richtungen reduziert. + +Die vom Nachweisverfahren zum Schutz von Personen in elektromagnetischen Feldern vorgegebenen Grenzwerte muss eine Sendeanlage in jede Richtung einhalten. Wenn in einem bestimmten Abstand von der Antenne die Grenzwerte in die Richtung eingehalten werden, in die sie am stärksten abstrahlt, dann wird sie die Grenzwerte im gleichen Abstand auch in alle anderen Richtungen einhalten. Daher interessiert uns besonders die Richtung der stärksten Abstrahlung. Diese wird als *Hauptstrahlrichtung* bezeichnet. + +--- + +Wie stark eine Antenne in ihre Hauptstrahlrichtung abstrahlt, wird durch den *Gewinnfaktor* bezogen auf den Halbwellendipol ausgedrückt. Dieser gibt an, wieviel besser eine Antenne im Vergleich zu einem Halbwellendipol in die jeweilige Hauptstrahlrichtung abstrahlt. Ein Gewinnfaktor von 2 gegenüber dem Halbwellendipol bedeutet beispielsweise, dass eine Antenne in die Hauptstrahlrichtung doppelt so stark abstrahlt wie ein Halbwellendipol in seine Hauptstrahlrichtung. + + +Anstelle des Gewinnfaktors von Antennen wird häufig der "Gewinn in Dezibel (dB)" angegeben. [edition:N:Mit der Einheit Dezibel beschäftigt sich der Kurs für die Klasse E.] + + +--- + +Um nun anzugeben, wieviel eine konkrete Antenne in die Hauptstrahlrichtung abstrahlt wenn man eine bestimmte Sendeleistung eingibt, multipliziert man die Sendeleistung mit dem auf den Halbwellendipol bezogenen Gewinnfaktor. Dann erhält man die *effektive Strahlungsleistung*, die meist als ERP (vom englischen "effective radiated power") abgekürzt wird. Geben wir beispielsweise eine Sendeleistung von 5 W in eine Antenne mit einem Gewinnfaktor von 2 gegenüber dem Halbwellendipol, dann ergibt sich eine Strahlungsleistung von 10 W ERP. + + +Man kann sich die effektive Strahlungsleistung (ERP) auch so vorstellen: Es ist die Leistung, die man in einen Halbwellendipol einspeisen müsste, damit dieser in seiner Hauptstrahlrichtung genauso stark abstrahlt wie die betrachtete Antenne. + + +Richtantennen können viel größere Gewinnfaktoren haben. Eine Yagi-Uda-Antenne aus 9 Elementen kann beispielsweise leicht einen Gewinnfaktor von 10 oder mehr gegenüber dem Halbwellendipol erreichen. Gibt man in eine solche Antenne z. B. 100 W ein, beträgt die Strahlungsleistung bereits 1000 W ERP oder mehr! + +[question:NG401] diff --git a/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_2.md b/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_2.md new file mode 100644 index 0000000..7d62b4c --- /dev/null +++ b/contents/sections/effektive_strahlungsleistung_erp_2.md @@ -0,0 +1,45 @@ +%Bei der Berechnung der effektiven Strahlungsleistung (ERP) ist nur die Energie zu berücksichtigen, die auch tatsächlich der Antenne zugeführt wird, d. h. möglicherweise vorhandene Kabelverluste können abgezogen werden, bevor mit dem Gewinnfaktor multipliziert wird. + +Die effektiven Strahlungsleistung (ERP) einer Antenne bezieht sich auf den Halbwellendipol. Bei der Strahlungsleistung ist nur die Energie relevant, die tatsächlich an der Antenne ankommt. Durch Kabeldämpfung etc. kann die Leistung des Senders in der realen Welt nicht vollständig der Antenne zugeführt werden. Diese verlorene Leistung darf nicht in die Berechnung Stahlungsleistung eingehen. Der Antennengewinn in der Vorzugsrichtung ist natürlich Teil der Rechnung. ERP ist das Produkt aus zugeführter Leistung und dem Antennengewinn. + +[question:AG501] + +Bei der nächsten Frage ist unbedingt auf die Rechenzeichen zu achten. Die Verluste werden von der Sendeleistung subtrahiert und danach mit dem Gewinnfaktor ($G_{Antenne}$) multipliziert. +Da die ERP berechnet werden soll, muss der Bezug auf einen Halbwellendipol erfolgen. + +[question:AG502] + +--- + +Einen Hinweis auf die richtige Lösung gibt schon der Frequenzplan für den Amateurfunkdienst. Dort ist als maximale Leistung für das 630-m-Band 1 W ERP vorgegeben. + +Ein Halbwellendipol hätte eine Länge von 315 m. Das ist für die meisten Funkamateure nicht realisierbar. Zwangsläufig kommen stark verkürzte Antenne zum Einsatz. Verkürzte Antenne haben leider einen schlechteren Wirkungsgrad als ein Halbwellendipol in voller Länge. Ein "Antennengewinn" von -20dBd ist also nicht überraschend. Da das Koaxialkabel kurz ist kann dessen Dämpfung in diesem Frequenzbereich vernachlässigt werden. + +Zu Lösung der Frage AG503 kann auf die Tabelle mit den Leistungsverhältnissen in der Formelsammlung zurückgreifen. Dort ist für -20 dB der Faktor 0,01 angegeben. + +$50 \textrm{ W }\cdot 0,01 = 0,5 \textrm{ W }$ + +Die richtige Lösung ist 0,5 W. + +%Ein Sender für das 630 m-Band mit 50 W Ausgangsleistung ist mittels eines kurzen Koaxialkabels an eine Antenne mit 20 dBd Verlust angeschlossen. Welche ERP wird von der Antenne abgestrahlt? + +[question:AG503] + + + Diese Tabelle ist in der Formelsammlung enthalten und steht während der Prüfung zur Verfügung. + +| r: | r: Leistungsverhältnis | r: Spannungsverhältnis | +| -20 dB | 0,01 | 0,1 | +| -10 dB | 0,1 | 0,32 | +| -6 dB | 0,25 | 0,5 | +| -3 dB | 0,5 | 0,71 | +| -1 dB | 0,79 | 0,89 | +| 0 dB | 1 | 1 | +| 1 dB | 1,26 | 1,12 | +| 3 dB | 2 | 1,41 | +| 6 dB | 4 | 2 | +| 10 dB | 10 | 3,16 | +| 20 dB | 100 | 10 | +[table:Pegel_Verhältnis:Leistungs- und Spannungsverhältnisse für wichtige Dämpfungs- und Verstärkungswerte] + + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/einbau_kfz.md b/contents/sections/einbau_kfz.md new file mode 100644 index 0000000..0809f59 --- /dev/null +++ b/contents/sections/einbau_kfz.md @@ -0,0 +1,42 @@ + +Mit dem Einbau einer Amateurfunkanlage in ein Kraftfahrzeug macht das Autofahren gleich mehr Spaß. Über Relaisfunkstellen ist man gut mit anderen Amateurfunkstellen vernetzt und erhält so oftmals wertvolle Informationen zur Verkehrssituation auf der Fahrtstrecke. Für den Betrieb während der Fahrt ist - wie beim Smartphone - eine Freisprecheinrichtung erforderlich. + + +[photo:75:n_mobilfunkgeraet:Einbau des Bedienteils eines VHF/UHF-Funkgerätes in die Mittelkonsole eines PKW] + + +Der Einbau von Geräten und Antennen ins Auto muss sorgfältig geplant und ausgeführt werden. Beim Anschließen der Versorgungsspannung an das Funkgerät, Einbau der Antenne und Verlegung der Leitungen im Fahrzeug sind die Vorgaben des Fahrzeugherstellers zu beachten, da ansonsten die Zulassung das Fahrzeugs gefährdet ist. + +[question:NK308] + +--- + +Damit eine Mobilfunkantenne ihre Funksignale gut abstrahlt, sollte die Antenne möglichst mittig auf dem metallischen Fahrzeugdach montiert sein. Dann bildet das Fahrzeugdach das Gegengewicht, ähnlich zur Erde bei einer Marconi-Antenne. Im einfachsten Fall verwendet man eine *Magnetfußantenne*. Häufig gibt es auch Vorgaben des Fahrzeugherstellers für die Einbauorte der Antenne. + + +[photo:64:n_magnetfussantenne:Magnetfußantenne auf Fahrzeugdach] + + +[question:NK310] + +Werden Antennenleitungen einer Mobilfunkanlage parallel und sehr dicht zu anderen Leitungen im Fahrzeug verlegt, kann das Sendesignal die Fahrzeugelektronik stören. Antennenleitungen sollten deshalb so kurz wie möglich und mit möglichst großem Abstand von anderen Fahrzeugleitungen verlegt werden. Das Kreuzen anderer Leitungen hingegen ist oft unkritisch. + +[question:NK309] + +--- + +Die Bordnetzspannung im Kraftfahrzeug erscheint zunächst ungefährlich, da man beim Berühren der Spannungen von 12 Volt oder 24 Volt keinen Stromschlag bekommen kann. Es muss aber auch bedacht werden, dass eine Fahrzeugbatterie sehr hohe Ströme liefern kann. Im Falle eines Kurzschlusses kann es schnell zu einem Lichtbogen, einem Kabelbrand oder sogar zu einem Fahrzeugbrand kommen. Mit dem *Unterschied zwischen Spannung und Strom* beschäftigen wir uns im Kapitel Spannungsversorgung noch näher. + + +[photo:76:n_Kabelsicherung:Stromkabel mit Sicherungshalter] + + +%[class:N] + +Ein *Lichtbogen* ist eine elektrische Entladung, also ein Stromfluß, durch die eigentlich nicht leitende Luft, die mit hohen Temperaturen und einem sehr hellen Leuchten einhergeht. In der Folge kann es zu Bränden und zur Schädigung der Augen kommen. + +%[/class] + +In der Versorgungsleitung des Fahrzeugfunkgerätes muss immer eine Sicherung des richtigen Werts verbaut sein! In Abbildung [ref:n_Kabelsicherung] ist ein üblicher Sicherungshalter mit eingesteckter Sicherung zu sehen. Bei qualitativ hochwertigen Geräten sind in beiden Kabeln Sicherungen verbaut. Eine für den Plus- und eine für den Minuspol. Damit ist ein besserer Schutz als mit nur einer Sicherung in der Zuleitung zum Pluspol gegeben. + +[question:NK307] diff --git a/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_1.md b/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_1.md new file mode 100644 index 0000000..51b7dfe --- /dev/null +++ b/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_1.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Funkamateure dürfen Geräte öffnen und verändern. Zum eigenen Schutz gibt es einiges zu beachten. Das beginnt damit, dass man das Gerät von Netz trennt. Damit ist die Gefahr eines elektrischen Schlags aber noch nicht abgewendet! + + +Arbeiten an der 230-V-Netzseite eines Gerätes dürfen grundsätzlich nur von einer Elektrofachkraft durchgeführt werden! + + +Wir müssen besonders auf die Kondensatoren im Netzteil achten. Sie speichern Energie, in Form von elektrischen Ladungen, auch dann noch, wenn sie von der Versorgungsspannung getrennt wurden. Die Dauer hängt von der Qualität der verwendeten Bauteile und von der äußeren Beschaltung ab. + + +Bei allen Schaltnetzteilen liegt bei einem Teil der Kondensatoren eine sehr hohe Spannung an, damit auch an anderen Bauteilen des Stromkreises. Bei Berührung besteht Lebensgefahr. Dies gilt auch für einige Zeit nach der Trennung vom Stromnetz. + + +[question:EK203] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_2.md b/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_2.md new file mode 100644 index 0000000..e6ef43b --- /dev/null +++ b/contents/sections/elektrische_geaete_oeffnen_2.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Die eigenen Geräte zu reparieren ist für viele Funkamateure Ehrensache. Dabei darf man aber vor lauter Tatendrang die eigene Sicherheit nicht vergessen und den vorhanden Schaden nicht vergrößern. + +Jede Reparatur beginnt mit der Fehlersuche. Selbstverständlich wird das Gerät zuerst vom Netz getrennt. Danach kann es geöffnet werden. Vor einem elektrischen Schlag ist man aber noch nicht sicher. Die Kondensatoren im Netzteil sind auch ohne Netzstromversorgung weiterhin geladen. + +Gerade bei den heute üblichen Schaltnetzteilen für Transistorendstufen ist die Spannung, die an einigen Kondenstoranschlüssen anliegt, höher als die Nennspannung des Netzes. Bei Röhrenendstufen ist die Spannung noch einmal deutlich höher! Das ist lebensgefährlich! + +Ohne weitere Eingriffe würde sich die Ladung erst nach und nach abbauen. Zur Sicherheit können wir die Kondensatoren entladen. Sie einfach kurzzuschließen ist keine gute Idee. Bei dieser Vorgehensweise ist ein tödlicher Stromschlag durchaus möglich. Im harmloseren Fall können die hohen Kurzschlussströme die Kondensatoren und andere Bauteile zerstören und einen Brand auslösen. + +Mit einem hochohmigen, isolierten Widerstand erfolgt die Entladung langsam und sicher. Die Belastbarkeit des Widerstandes muss an die Kapazität des Kondensators anpasst werden. + +[question:AK201] + + +Um wirklich auf der sicheren Seite zu sein, können Isolierhandschuhe in einer ausreichenden Schutzklasse getragen werden. Selbstverständlich ist nur isoliertes Werkzeug zu benutzen. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/elektrische_verlaengerung_verkuerzung.md b/contents/sections/elektrische_verlaengerung_verkuerzung.md new file mode 100644 index 0000000..8208b18 --- /dev/null +++ b/contents/sections/elektrische_verlaengerung_verkuerzung.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Wie wir gelernt haben wirkt ein Halbwellendipol oder eine gegenüber Erde erregte $\lambda / 4$-Antenne teilweise wie eine Kapazität, wenn sie zu kurz ist, oder wie eine Spule, wenn sie zu lang ist. Dadurch, dass die Speiseimpedanz nicht mehr näherungsweise $50 Ohm$ beträgt, kommt es zu einer Fehlanpassung und es entsteht eine Stehwelle auf der Speiseleitung. Das SWR wird schlechter. Um die induktive Wirkung einer zu langen Antenne zu kompensieren, kann man einen Kondensator in die Antenne einfügen und somit *elektrisch verkürzen*. Ebenso kann man eine zu kurze Antenne mittels einer Verlängerungsspule *elektrisch verlängern*. + +[question:AG106] +[question:AG107] + +Für die folgende Frage müssen wir zunächst ermitteln, ob die Antenne mechanisch zu kurz oder zu lang ist. Ist die Antenne mechanisch zu kurz, benötigen wir eine Verlängerungsspule; ansonsten einen Verkürzungskondensator. + +[question:AG108] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/elektromagnetische_vertraeglichkeit.md b/contents/sections/elektromagnetische_vertraeglichkeit.md new file mode 100644 index 0000000..6463cc2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/elektromagnetische_vertraeglichkeit.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Aber nicht nur von Antennen abgestrahlte, unerwünschte Aussendungen können Störungen verursachen. Auch der Transceiver selber oder dessen Zuleitungen können hochfrequente Schwingungen als Funkwellen abstrahlen. Es kann auch dazu kommen, dass elektrische Schwingungen in das Stromnetz gelangen. Dadurch können - selbst wenn die Antenne weit weg ist - elektronische Geräte gestört werden, die sich in der Nähe eines Transceivers befinden oder in der Nachbarschaft am Stromnetz angeschlossen sind. + +Grundsätzlich kann so jede Art von elektronischem Gerät gestört werden. Mögliche Folgen sind beispielsweise: +* Geräusche aus Lautsprechern +* Vorübergehender Ausfall von Internetzugang oder WLAN +* Schwierigkeiten beim Radio- oder Fernsehempfang +* Fehler in der Steuerung von Heizungen + +Das Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln (EMVG) legt zur Vermeidung solcher Störungen bestimmte *Schutzanforderungen zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit* fest, die von allen technischen Geräten eingehalten werden müssen. Einerseits wird verlangt, dass kein Gerät so starke Störungen erzeugen darf, dass andere Geräte nicht mehr funktionieren. Andererseits verlangt das Gesetz, dass alle Geräte eine gewisse Störfestigkeit aufweisen. Das bedeutet, dass sie unempfindlich gegenüber zu erwartenden elektromagnetischen Störungen seien müssen. + +Diese Schutzanforderungen sind grundsätzlich auch von Amateurfunkstationen einzuhalten. Das Amateurfunkgesetz gibt Funkamateuren allerdings das Privileg, beim zweiten Aspekt, also der Störfestigkeit einer Amateurfunkanlage, von den gesetzlichen Vorgaben abzuweichen und selber festzulegen, wie störfest die Anlage sein soll. + +[question:VC118] +[question:VC120] +[question:VC119] + +Zu den wichtigsten Maßnahmen für die vorgeschriebene elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gehören das *Abschirmen* und *Erden* von allen Geräten und Geräteteilen, in denen hochfrequente Schwingungen auftreten. Diese Maßnahmen können in beide Richtungen wirken: Einerseits schützen sie vor Störungen durch andere Geräte und andererseits können sie vermeiden, dass andere Geräte gestört werden. + +[question:NK101] +[question:NJ101] +[question:NK102] diff --git a/contents/sections/em_feld.md b/contents/sections/em_feld.md new file mode 100644 index 0000000..3c2bacd --- /dev/null +++ b/contents/sections/em_feld.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Bislang hatten wir elektrische und magnetische Felder für den Fall betrachtet, dass Felder zeitlich nicht veränderlich sind. In der Funktechnik sind solche Felder aber eigentlich uninteressant, denn wir beschäftigen uns mit Spannungen und Strömen, die zeitlich veränderlich sind. Ebenso sind die erzeugten elektrischen und magnetischen Felder zeitlich variabel. + + +[picture:885:e_vertikalantenne_em:Elektrisches und magnetisches Feld an einer Antenne] + + +Dabei treten zusätzliche Effekte auf. Bereits 1831 entdeckte Michael Faraday, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in einem benachbarten Leiter eine elektrische Spannung erzeugt. Dieser *Induktion* genannte Effekt wird zum Beispiel im Transformator genutzt: ein zeitlich variabler (z.B. sinusförmiger) Strom in der Primärwindung erzeugt ein zeitlich variables Magnetfeld, das wiederum in der Sekundärwindung eine Spannung induziert. + +Um zu erkennen, dass umgekehrt die Änderung eines elektrischen Felds zu einem Magnetfeld führt, stellen wir uns einen Plattenkondensator vor, dessen Platten mit einer externen Spannungsquelle einen Stromkreis bilden. Wenn wir das elektrische Feld im Inneren des Kondensators ändern, müssen im äußeren Stromkreis Ladungen bewegt werden. Das Bewegen von Ladungsträgern bedingt aber einen elektrischen Strom. Dieser elektrische Strom erzeugt aber wiederum ein Magnetfeld um den Leiter. + +Während Modellvorstellungen mit elektrischen Leitern für uns anschaulich sind, ist es aber ganz wichtig, dass diese Leiter nicht notwendig sind. Magnetische und elektrische Felder existieren auch außerhalb von Leitern, sogar im Vakuum. Auch hier ist es so, dass ein zeitlich verändertes Magnetfeld ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld erzeugt. Dieses zeitlich veränderliche Feld wiederum führt zu einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld. *Zeitlich veränderliche magnetische Felder und zeitlich veränderliche elektrische Felder sind also immer gekoppelt.* Wir sprechen deshalb auch vom *elektromagnetischen Feld*. Zusammengefasst: Eine elektromagnetische Welle, die sich frei im Raum ausbreiten kann, beruht auf der Wechselwirkung zwischen zeitlich veränderlichen magnetischen und elektrischen Feldern. + +[question:EB302] + +Wie oben schon beschrieben, zeitlich konstante Spannungen und Ströme können kein elektromagnetisches Feld erzeugen. Dazu benötigen wir einen zeitlich veränderlichen Strom in einem Leiter. + +[question:EB301] + + +Magnetfeld und elektrisches Feld werden eigentlich durch *Vektoren* beschrieben, also durch Größen, die eine Richtung im Raum haben. Mathematisch lässt sich zeigen, dass im *Fernfeld*, also hinreichend weit weg von der Antenne, die Vektoren der beiden Felder senkrecht aufeinander stehen müssen. Die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle (also unseres Funksignals ...) steht wiederum senkrecht sowohl auf dem elektrischen als auch dem magnetischen Feld. + +[picture:886:e_emfeld_ausbreitung:Ausbreitung der elektromagnetischen Welle] + +Die geschilderten Zusammenhänge werden mathematisch durch die *Maxwellschen Gleichungen* beschrieben, nach James Clerk Maxwell, der sie zwischen 1861 und 1864 anhand von Beobachtungen anderer Physiker erarbeitet. Er kam dabei zu der Erkenntnis, dass die magnetischen und elektrischen Felder gekoppelt sein müssen: + +1. $\vec{\nabla} \cdot \vec{E} =\frac{\rho}{\varepsilon_{0}}$ +2. $\vec{\nabla} \cdot \vec{B} = 0$ +3. $\vec{\nabla} \times \vec{E} = -\frac{\partial\vec{B}}{\partial t}$ +4. $\vec{\nabla } \times \vec{B} =\mu_0 (\vec{j} +\varepsilon_0 \frac{\partial\vec{E}}{\partial t})$ + +Die Gleichung (3) zeigt, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses zeitlich veränderliche elektrische Feld trägt gemäß Gleichung (4) über den Verschiebungsstrom wiederum zur Erzeugung eines Magnetfeldes bei. Diese Zusammenhänge gehen weit über das hinaus was man im Amateurfunk wissen muss. + +Experimentell wurde die Existenz des elektromagnetischen Felds allerdings erst mehr als zwanzig Jahre später (1886) durch Heinrich Hertz nachgewiesen. + + +Wie in den Abbildungen und [ref:e_emfeld_ausbreitung] gezeigt, steht die magnetische Feldkomponente im Fernfeld (weit weg von der Antenne) stets senkrecht auf der elektrischen Feldkomponente. + +[question:EB303] + +Die im Fernfeld senkrecht aufeinander stehenden magnetischen und elektrischen Feldkomponenten legen auch die Ausbreitungsrichtung $S$, wie in Abbildung [ref:e_vertikalantenne_em] gezeigt, fest: sie steht wiederum senkrecht auf beiden. Man kann sich das so vorstellen, dass magnetisches und elektrisches Feld eine Ebene aufspannen, auf der die Ausbreitungsrichtung senkrecht steht. + +[question:EB304] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/emitterschaltung.md b/contents/sections/emitterschaltung.md new file mode 100644 index 0000000..9ca5fb7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/emitterschaltung.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Die Benennung der Grundschaltung eines bipolaren Transistors richtet sich danach, welcher Anschluss (Basis, Kollektor oder Emitter) gemeinsam vom Eingangs- und Ausgangssignal durchflossen wird. + +Bei der *Emitterschaltung* fließt das Eingangssignal von der Quelle über die Basis, den *Emitter* und die Masse zurück zur Quelle. Das Ausgangssignal fließt vom Kollektor durch die Last (Senke) und über die Masse zurück in den *Emitter*. + +[question:AD409] + +%TODO: Schaubild mit Stromläufen evtl. einfügen. + +Funktionsweise eines Verstärkers in Emitterschaltung: + +%TODO: Bild Emitterschaltung mit Spannungsteiler und Koppelkondensatoren einfügen + +Für den Betrieb als linearer Spannungs-Verstärker benötigt der Transistor in der Emitterschaltung einen definierten Arbeitspunkt (BIAS), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. + +[question:AD411] + +Der Kollerktorwiderstand wandelt den Strom, der durch die Kollektor-Emitter-Strecke, fließt in einen Spannungsabfall um, der am Kollektor abgegriffen wird. Der Kollektorstrom des Transistors fließt (gemeinsam mit dem normalerweise vernachlässigbaren Basis-Strom-Anteil) über den Emitter durch den Emitterwiderstand gegen Masse. Der Strom durch den Emitterwiderstand verursacht durch den entstehenden Spannungsabfall an diesem eine Erhöhung des Emitterpotenzials (Emitterspannung) und wirkt somit als Gegenkopplung für die Basis-Spannung. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des Transistors zusätzlich stabilisiert, weil thermisch bedingte Änderungen des Kollektorstroms hierdurch ausgeregelt werden. + +Um die Gegenkopplung für die Verstärkung von Wechselspannungssignalen möglichst gering zu halten, wird der Emitterwiderstand kapazitiv (durch einen Kondensator) überbrückt. + +[question:AD413] + +Die Ein- und Auskopplung der Signale an Basis und Kollektor erfolgt über sog. Koppelkondensatoren. Diese haben die Aufgabe, Gleichspannungsanteile von der Verstärkerstufe, die zu einer Veränderung des Arbeitspunktes führen würden, fernzuhalten. + +[question:AD412] + +Der Abblockkondensator in der Betriebsspannung (+) dient der Abführung von unerwünschten HF- und NF-Signalen, damit Rückkopplungseffekte auf die Stufe und die Versorgungsspannung vermieden werden. + +Die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal beträgt bei der Emitterschaltung 180 Grad, da bei einer positiven Halbwelle in der Eingangsspannung der Kollektorstrom steigt und damit der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand zunimmt. Hierdurch sinkt die Spannung am Ausgangskondensator. Es kommt zu einer negativen Halbwelle am Ausgang der Verstärkerstufe. + +[question:AD407] +[question:AD408] + +Wird eine Emitterschaltung wie in der folgenden Frage ohne Arbeitspunktvoreinstellung durch einen Spannungsteiler betrieben, so erfolgt die Ansteuerung des Transistors allein durch das zugeführte Eingangssignal. Erst wenn dieses den Wert von ca. 0,6V überschreitet, wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors leitend. Hierdurch fließt nur in den Spannungsspitzen ein Kollektorstrom, der einen Spannungsabfall am Ausgang hervorruft. Als Ausgangssignal erscheint die Versorgungsspannung, welche zu den Zeiten, zu denen der Transistor in den leitfähigen Bereich kommt, abfällt. So erklärt sich das entsprechende Ausgangsssignal. + +[question:AD406] + +Die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung bewegt sich bei entsprechender Auslegung im Bereich von 100..300 und ist damit hoch. Wird jedoch der Emitterkondensator entfernt, so sinkt der Verstärkungsfaktor der Schaltung erheblich. Er wird letztlich nur noch durch das Verhältnis von Kollektorwiderstand zu Emitterwiderstand definiert. + +[question:AD414] +[question:AD415] +[question:AD410] + + + + + + + + + diff --git a/contents/sections/empfangsstoerungen.md b/contents/sections/empfangsstoerungen.md new file mode 100644 index 0000000..8861e1c --- /dev/null +++ b/contents/sections/empfangsstoerungen.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Es können allerdings nicht nur andere durch unsere Amateurfunkstation gestört werden, sondern es geht auch andersherum: Der Empfang unserer Amateurfunkanlage kann gestört sein. Häufige Verursacher sind Wechselrichter von Solaranlagen, Schaltnetzteile und LED-Leuchten. + +Die allererste Maßnahme bei einer Störung des Empfangs sollte bei uns selbst stattfinden. Häufig stammt die Störung nämlich von einem Gerät aus dem eigenen Haushalt. + +[question:VE307] + +--- + +Kann man den eigenen Haushalt ausschließen, sucht man in der Nachbarschaft weiter. Hat man die Störungsquelle ausfindig gemacht, sollte man versuchen festzustellen, ob das störende Gerät die zulässigen Grenzwerte überschreitet. Werden die Grenzwerte eingehalten, kann man nur auf die freiwillige Kooperationsbereitschaft des Nachbarn setzen, da wir grundsätzlich Störungen hinnehmen müssen, wenn das verursachende Gerät die gesetzlichen Anforderungen einhält. + + +Bei der *Messung von störenden Geräten* können Mitglieder mit Fachwissen und Messgeräten von den Referenten für elektromagnetische Verträglichkeit des DARC unterstützt werden. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +[question:VE308] + +Als letztes Mittel bleibt, die Funkstörungsannahme der Bundesnetzagentur zu kontaktieren. Ist dieses nicht mehr zu vermeiden, sollte man sich entsprechend vorbereiten. Es kann sehr hilfreich sein zu notieren, wann welche Störungen auftreten, damit man dies der Bundesnetzagentur mitteilen kann. Auch vermutete Quellen sollten benannt werden. + +[question:VE309] diff --git a/contents/sections/endgespeiste_antennen.md b/contents/sections/endgespeiste_antennen.md new file mode 100644 index 0000000..7714e95 --- /dev/null +++ b/contents/sections/endgespeiste_antennen.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Anstatt in der Mitte kann man das Antennenkabel auch an einem Ende des Dipols anschließen [ref:n_antennenformen_schaltbild_endfed]. Diese Antenne bezeichnet man dann als *Endgespeiste Antenne* oder auch kurz *End-Fed*. + + +[picture:615:n_antennenformen_schaltbild_endfed:Schaltbild einer endgespeisten Antenne] + + +Eine häufige Bauform ist der endgespeiste Halbwellendipol. Die Länge des Drahtes beträgt dann $\lambda / 2$, entsprechend der Gesamtlänge des normalen Halbwellendipols. Damit die Antenne funktioniert, muss ein spezielles Anpassglied verwendet werden. + + +Das *Anpassglied* ist erforderlich, da die Antenne im Gegensatz zu den bisher vorgestellten Antennen nicht über den richtigen Speisewiderstand verfügt. [edition:N:Was das ist, behandeln wird im weiteren Verlauf dieses Kapitels. Wie ein Anpassglied funktioniert, wird im Kurs für Klasse E erklärt.][edition:NEA:Was das ist und wie ein Anpassglied funktioniert, behandeln wird im weiteren Verlauf dieses Kapitels.] + + + +Die End-Fed ist eine beliebte Antennenbauform. Sie hat den Vorteil, dass der Anschluss der Speiseleitung nicht am Mittelpunkt, sondern an einem der Enden erfolgt. + + + +Wo ist eigentlich das *Gegengewicht bei der End-Fed-Antenne*? Wir haben ja gelernt, dass eine Antenne immer aus zwei Teilen besteht. Bei der endgespeisten Antenne wird oft ein Teil der Speiseleitung als Gegengewicht genutzt. Das kann jedoch zu Störungen bei elektrischen Geräten und auch in der eigenen Funkanlage führen. Solche Störungen können beispielsweise durch ein $\lambda / 4$-langes Radial als Gegengewicht, eine gute Verbindung zur Erde und Verwendung einer Mantelwellensperre vermieden werden. + + +[question:NG107] + +Im Kurzwellenbereich werden oft besonders lange endgespeiste Antennen benutzt. Eine endgespeiste Antenne, deren Draht länger als $\lambda$ ist, nennt man *Langdraht-Antenne*. Im VHF/UHF-Bereich werden üblicherweise keine Langdrahtantennen benutzt. + + +Der Begriff *Langdraht-Antenne* wird machmal auch fälschlicherweise für den endgespeisten Halbwellendipol benutzt, obwohl dieser kürzer als $\lambda$ ist. + + +[question:NG109] diff --git a/contents/sections/erste_schritte.md b/contents/sections/erste_schritte.md new file mode 100644 index 0000000..7131663 --- /dev/null +++ b/contents/sections/erste_schritte.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Was darf eigentlich ein Funkamateur, was alle anderen nicht dürfen? Jeder kann und darf Funkgeräte (sogenannte Transceiver) für den Amateurfunk kaufen und besitzen, ganz ohne Genehmigung. Auch eine Antennenanlage aufbauen und mit dem Transceiver verbinden ist kein Problem, solange man die Bauvorschriften einhält. Genauso der Empfang von Amateurfunksendungen - jeder darf das, ohne eine Zulassung für den Amateurfunk zu benötigen! + + +[photo:117:n_erste_schritte_transceiver:Ein Transceiver (Funkgerät) für den Amateurfunk] + + + +Der Begriff *Transceiver* ist aus den beiden englischen Worten für Sender (Transmitter) und Empfänger (Receiver) gebildet worden. + + +[question:VD102] + +--- + +Aber nur ein Funkamateur darf auf den Amateurfunkfrequenzen auf Sendung gehen, oder praktisch gesagt, die PTT-Taste drücken. PTT ist die Abkürzung für "push to talk", also "drücken, um zu senden". So wird die Funktion bezeichnet, die einen Transceiver auf Sendung schaltet. Normalerweise ist ein Transceiver erstmal im Empfangsbetrieb. Erst wenn man die PTT-Taste drückt und festhält, wird gesendet. Nachdem man die Taste loslässt, schaltet der Transceiver wieder zurück auf Empfang. Die PTT-Taste ist meistens am Mikrofon angebracht. + + +[photo:118:n_erste_schritte_ptt:Handmikrofon mit PTT-Taste (links oben)] + + +[question:NF108] + +--- + +Nicht alle Prüfungsfragen werden so einfach sein. Aber dieser Kurs vermittelt alles nötige Wissen, um die Prüfung erfolgreich zu bestehen. Etwas Schulmathematik setzen wir allerdings voraus. Die Grundrechenarten und der Dreisatz müssen beherrscht werden. Wer die folgenden Prüfungsfragen richtig beantworten kann, erfüllt diese Voraussetzungen. + +[question:NA101] +[question:NA103] +[question:NA102] + + +*Schwierigkeiten mit der Mathematik?* Im Internet findet sich Lernmaterial dazu, z. B. [hier](https://50ohm.de/tr). Vielleicht können auch hilfsbereite Menschen aus Freundeskreis, Familie, Schule oder Ausbildungsstätte helfen. + diff --git a/contents/sections/experimentelle_studien.md b/contents/sections/experimentelle_studien.md new file mode 100644 index 0000000..4c22fcf --- /dev/null +++ b/contents/sections/experimentelle_studien.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Für besondere experimentelle und technisch-wissenschaftliche Studien können von der BNetzA im Bedarfsfall besondere Amateurfunkrufzeichen zugeteilt werden. Diese sind jedoch zeitlich und im Berechtigungsumfang eingeschränkt. Sie werden gemäß § 16 Absatz 2 Satz 2 AFuV betrieben. Laut Rufzeichenplan können für die Klasse A Rufzeichen aus dem Bereich DA5AA bis DA5ZZZ zugewiesen werden. Für die Klasse E stehen die Rufzeichen DA4AA bis DA4ZZZ von der BNetzA zur Verfügung. + +%Auch die beiden folgenden Fragen sind mit dem [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp) einfach zu beantworten. +% Um Satzfehler zu vermeiden habe ich den Satz umgestellt. +Mit dem [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp) sind die beiden folgenden Fragen wieder einfach zu beantworten. + +[question:BD102] +[question:VD116] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/exterritoriale_stationen.md b/contents/sections/exterritoriale_stationen.md new file mode 100644 index 0000000..1b113af --- /dev/null +++ b/contents/sections/exterritoriale_stationen.md @@ -0,0 +1,18 @@ +Wird eine deutsche Amateurfunkstelle außerhalb des Hoheitsgebietes der Bundesrepublik Deutschlands betrieben und kein anderes Land hat an diesem Standort ein Hoheitsgebiet, so spricht man von einer "exterritorialen Station". Solche Stationen bekommen ein Rufzeichen aus dem Block DP0AA bis DP2ZZZ zugewiesen. + +Beispiele für exterritoriale Stationen sind die International Raumstation (ISS), die Neumayer III-Forschungsstation in der Antarktis und das Forschungsschiff Polarstern mit den Rufzeichen DP0ISS, DP0GVN und DP0POL. + + +[photo:126:n_exterritoriale_stationen_neumeyer_station:Auf der Polarforschungsstation Neumayer III befindet sich die Amateurfunkstation DP0GVN.] + + + +[photo:125:n_exterritoriale_stationen_polarstern:Die Amateurfunkstation an Bord des Forschungsschiff Polarstern verwendet das Rufzeichen DP0POL.] + + +%Die folgenden Fragen sind wieder leicht mit dem [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp) beantwortbar. +%Satz wurde umgedreht um einen LaTeX Satzfehler zu vermeiden. +Mit hilfe des [Rufzeichenplans](https://50ohm.de/rzp) sind folgende Fragen wieder leicht beantwortbar. + +[question:BD107] +[question:BD108] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fading.md b/contents/sections/fading.md new file mode 100644 index 0000000..14fe7b8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fading.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Wenn sich zwei (oder mehr) Signale gleicher Frequenz überlagern, dann addieren sich im Empfänger ihre Amplituden. Je nach Phasenlage führt das zu einer Verstärkung oder Abschwächung des resultierenden Summensignals. Sind die Amplituden zweier Signale gleich groß, aber die Phase um 180° verschoben, wird ihr Summensignal sogar zu Null, verschwindet also. + + +[include:fading_applet] + + +Solche Überlagerungen bezeichnet man als *Interferenz*. Sie treten beispielsweise auf, wenn man von einem Sender sowohl die Bodenwelle als auch die Raumwelle empfängt oder wenn die Raumwelle auf mehreren Wegen zum Empfänger gelangt (*Mehrwegeausbreitung*). Wenn sich zudem die Amplitude und/oder Phase dieser Funkwellen verändert, führt dies im Empfänger zu einer ständig schwankenden Feldstärke des Signals. Der Fachbegriff für dieses Phänomen lautet *Fading* (*Schwund*). Es gibt sogar eine Abkürzung dafür: *QSB*, sodass man seinem Funkpartner das auch mitteilen kann. Das Schwanken von Amplitude und/oder Phase wird auf der Kurzwelle durch die Brechung an der Ionosphäre verursacht, auf VHF und darüber häufig durch Reflexion des Signals an beweglichen Objekten. + +[question:EH203] +[question:EH202] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fehlererkennung.md b/contents/sections/fehlererkennung.md new file mode 100644 index 0000000..d8215b9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fehlererkennung.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Die einfachste Art der Fehlererkennung wird durch das Hinzufügen eines zusätzlichen Bits realisiert, dem Prüfbit. Es wird auch *Parity Bit* genannt. Es gibt zwei Varianten dieses Verfahrens. Bei *Even Parity* wird der Wert dieses Bits für jeden Block so gewählt, dass die Anzahl der auf 1 gesetzten Bits immer gerade ist. Bei *Odd Parity* hingegen muss die Anzahl immer ungerade sein. Sender und Empfänger müssen sich vor der Übertragung einig sein, welche der beiden Varianten verwendet wird. + +Nehmen wir an, wir wollen folgendes Byte mit Even Parity übertragen: + +[picture:677:byte:Ein Byte] + +Wir zählen 5 Einsen, also eine ungerade Anzahl. Das Prüfbit muss demnach auf 1 gesetzt werden, damit eine gerade Anzahl an Einsen herauskommt: + +[picture:678:even_parity:Das Byte mit Even Parity Bit] + +Wenn nun ein Übertragungsfehler *ein* Bit verändert (von 1 zu 0 oder umgekehrt), dann wird die Anzahl der Einsen ungerade. Der Empfänger erkannt daran, dass ein Fehler vorliegt. + +Ein weiteres Beispiel folgt hier: + +[picture:679:even_parity:Byte mit Even Parity] + +Im ursprünglichen Byte zählen wir 4 Einsen, was einer geraden Anzahl entspricht. Deshalb müssen wir als Prüfbit eine 0 einfügen. + +Dieses Verfahren stößt schnell an seine Grenzen, nämlich dann, wenn mehr als ein Fehler bei der Übertragung passiert. Werden bei der Übertragung zwei Bits verändert, so bleibt die Anzahl der Einsen gerade. Der Empfänger kann nicht mehr erkennen, dass Fehler aufgetreten sind. Treten bei der Übertragung drei Fehler auf, so entsteht wieder eine ungerade Anzahl von Einsen und der Empfänger erkennt die Fehler. + +Odd Parity funktioniert im Prinzip genauso, mit einem einzigen Unterschied: Die Anzahl der Einsen muss nicht gerade, sondern immer ungerade sein. Für Odd Parity gilt genauso wie für Even Parity, dass nur eine ungerade Anzahl falsch übertragener Bits erkannt wird. Eine fehlerfreie Übertragung kann hingegen nicht von einer geraden Anzahl an Fehlern unterschieden werden. + +[question:AE411] +[question:AE412] + +Um Mehrbitfehler zu erkennen, kann man weitere Prüfbits hinzufügen. Dies funktioniert sehr gut bei Nachrichten mit einer festen Länge. Ist die Länge der Daten variabel, verwendet man oft spezielle Prüfsummenverfahren wie die *zyklische Redundanzprüfung (CRC)*, welche Fehler bis auf eine gewisse Restwahrscheinlichkeit erkennen. Ähnliche Verfahren sind auch im Alltag anzutreffen, beispielsweise bei Ausweisnummern oder der IBAN. + +[question:AE410] diff --git a/contents/sections/fehlerkorrektur.md b/contents/sections/fehlerkorrektur.md new file mode 100644 index 0000000..e5711eb --- /dev/null +++ b/contents/sections/fehlerkorrektur.md @@ -0,0 +1,37 @@ +Erkennt der Empfänger einen Fehler, zum Beispiel durch Prüfbits, kann er den Sender um eine erneute Übertragung der Daten bitten, um den Fehler zu korrigieren. Bei der Vorwärtsfehlerkorrektur hingegen ist oft keine Neuübertragung nötig. Dazu wird weitere Redundanz zu den Daten hinzugefügt, z. B. mehrere Prüfbits. So wird nicht nur erkannt, dass ein Fehler vorliegt, sondern auch wo. Das Verfahren kann den Fehler somit korrigieren, indem es das als fehlerhaft erkannte Bit berichtigt. Wie das im Detail funktioniert, kannst du im Bonus-Kasten nachlesen. Es ist aber nicht prüfungsrelevant. Im Englischen wird von Forward Error Correction (FEC) gesprochen. + +[question:AE413] +[question:AE414] + + + +Der Hamming-Code ist ein Fehlerkorrekturverfahren, das mehrere Parity Bits verwendet. Nehmen wir an, wir wollen die folgenden 11 Bits übertragen: + +[picture:683:hamming1:] + +Das Ziel soll es sein, dass ein Bitfehler nicht nur erkannt, sondern auch korrigiert werden kann. Dazu ist es hilfreich, wenn wir uns die Positionen der einzelnen Bits mal genauer anschauen. Dazu benennen wir die Positionen alphabetisch: + +[picture:682:hamming2:] + +Nun ordnen wir die Bits etwas anders an und fügen noch einige zusätzliche Bits hinzu: + +[picture:684:hamming3:] + +Anstatt eines einzelnen Prüfbits verwenden wir jetzt vier ($p_1$-$p_4$), die verschiedene Bereiche unserer Datenbits, ähnlich einem Kreuzworträtsel, abdecken: + +[picture:685:hamming4:] + +Jedes Prüfbit sichert einen gewissen Bereich ab: + +[picture:686:hamming5:] + +Schauen wir uns wieder das Ganze mit unseren Daten an. Für jeden Bereich berechnen wir das Prüfbit mit Even Parity: + +[picture:687:hamming6:] + +Tritt bei der Übertragung ein Fehler auf, kann dieser durch die Kombination der verschiedenen Bereiche der Fehler lokalisiert und korrigiert werden. + +Wird zum Beispiel das Bit k durch die Übertragung zu einer 0, so werden alle Paritätsprüfungen fehlschlagen. Der Fehler muss also bei Bit k liegen. + +%TODO Wird das Bit ......... TODO + diff --git a/contents/sections/fernbediente_automatische_stationen.md b/contents/sections/fernbediente_automatische_stationen.md new file mode 100644 index 0000000..0f7a0d8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fernbediente_automatische_stationen.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Normalerweise muss ein Funkamateur seine Funkstation besetzt betreiben. "Besetzt" bedeutet, dass die Aussendungen nur unter Aufsicht erfolgen dürfen. Die Aufsicht erfolgt entweder unmittelbar an der Sendeanlage oder bei einer Remote-Station auch mittelbar, z. B. über das Internet. + +Es gibt aber auch die Möglichkeit, eine Station unbesetzt zu betreiben, als sogenannte fernbediente oder automatische Station. Darunter versteht man eine Station, die ohne Aufsicht läuft. Meist handelt es sich dabei um sogenannte Relaisfunkstellen oder um Baken: +* Eine *Relaisfunkstelle* ermöglicht Funkverbindungen zwischen Funkamateuren, die sich nicht direkt erreichen können. Dazu sendet die Relaisfunkstelle alles, was sie auf einer Frequenz empfängt, wieder auf einer anderen aus. +* Eine *Bake* hingegen sendet nur und immer wieder das gleiche in regelmäßigen Abständen, oftmals einfach nur ein Rufzeichen. Der Zweck dahinter ist die Untersuchung der Ausbreitungsbedingungen. + +In den nächsten beiden Abschnitten gehen wir noch näher auf Relaisfunkstellen und auf Baken ein. Für beide gilt, dass man sie nur mit einer Rufzeichenzuteilung für eine automatisch oder fernbedient arbeitende Station in Betrieb nehmen darf. Der Standort wird in der Zuteilungsurkunde festgeschrieben und die Amateurfunkstelle ist an diesen Standort gebunden. + +[question:VD501] +[question:VD502] + diff --git a/contents/sections/fernfeld.md b/contents/sections/fernfeld.md new file mode 100644 index 0000000..dda63f1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fernfeld.md @@ -0,0 +1,33 @@ +%Im Nahfeld einer Antenne weißen die elektrische Feldstärke und die magnetische Feldstärke keine konstante Phasenbeziehung zueinander auf. Das ändert sich erst im Fernfeld einer Antenne. Der Übergang zwischen den beiden Bereichen ist fließend, und wird auch als Übergangsfeld bezeichnet. + +%Grundsätzlich ist der Übergang zwischen dem Nahfeld und dem Fernfeld abhängig von der berücksichtigten Wellenlänge. Es ist angegeben als + +%$d > \dfrac {\lambda} {2 \cdot \pi}$ + +%Bei einer Wellenlänge von z.B. $20 \text{ m}$ ist der Übergang also in etwa in einem Abstand von $d = \frac {20 \text{ m}} {2 \cdot \pi} \approx 3,18 \text { m}$. + +%Bei Antennen, die geometrisch klein im Verhältnis zu ihrer Wellenlänge sind, kann sich das Fernfeld jedoch auch erst noch später ausbilden. + +%Für die Berechnung von den Personenschutzabständen ist im Fernfeld eine Näherungformel möglich. Dies erspart einem ggf. aufwendige Messungen oder Simulation. + +% ************ + +Das Fernfeld einer Strahlungsquelle, ist der Bereich, in dem die Vektoren der elektrischen Feldstärke (E), der magnetischen Feldstärke (H) sowie die Ausbreitungsrichtung senkrecht aufeinander stehen und keine Phasendifferenzen aufweisen. Zusätzlich muss der Feldwellenwiderstand dem des freien Raums entsprechen. + +Die Grenze zwischen Fernfeld und Nahfeld ist in erster Linie abhängig von der Wellenlänge. Jedoch spielt die Art der verwendeten Antenne und deren Umgebung durch aus eine Rolle. Bei den im Amateurfunk überwiegend verwendeten Drahtantennen (z.B. Dipole) bildet sich das Fernfeld in einem Abstand von etwa $4\cdot\lambda$ aus. + +Das Nahfeld unterteilt sich in das reaktive und das strahlende Nahfeld. Praktisch ist, dass im strahlenden Nahfeld trotzdem die Formel für das Fernfeld verwendet werden kann. Das liegt daran, dass die Näherungsformel hier sehr konservative Abschätzungen liefert, das heißt die tatsächlichen Feldstärken sind geringer als die errechneten. Man ist auf der sicheren Seite. Dies gilt aber nicht für magnetische Antennen und Antennen, die sehr kurz im Verhältnis zur Wellenlänge sind. In diesen Fällen muss auf andere Verfahren zurück gegriffen werden z.B. Nahfeldberechnungsprogramme. + +Der Übergang zwischen dem reaktiven Nahfeld und dem strahlenden Nahfeld ist abhängig von der Wellenlänge. + +$d > \dfrac {\lambda} {2 \cdot \pi}$ + +Die Berechnung mit der Näherungformel erspart einem ggf. aufwendige Messungen oder Simulationen. + +Die Formel $d = \dfrac{\sqrt{30 Ω\cdot P_{\textrm{EIRP}}}}{E}$ gilt für die meisten Antennenformen, wenn der berechnete Sicherheitsabstand im strahlenden Nahfeld oder im Fernfeld liegt. + + +In den [Erläuterung der Bewertungsverfahren nach BEMFV](https://50ohm.de/bemfv) hat die BNetzA die Begriffe und Verfahren für die Ermittlung der Sicherheitsabstände erläutert. +% Bild von DL4HR +[photo:80:n_Bewertungsverfahren:In diesem Dokument sind die Bewertungsverfahren beschrieben.] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fernmeldegeheimnis_abhoerverbot.md b/contents/sections/fernmeldegeheimnis_abhoerverbot.md new file mode 100644 index 0000000..718dfe0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fernmeldegeheimnis_abhoerverbot.md @@ -0,0 +1,23 @@ +In dem Gesetz mit dem sperrigen Namen Telekommunikation-Digitale-Dienste-Datenschutz-Gesetz (TDDDG), ehemals TTDSG, werden im § 5 auch die Funkamateure angesprochen. In dem Paragrafen geht es um das Abhörverbot und die Geheimhaltungspflicht für alle Betreiber von Funkanlagen. Nur Nachrichten, die *an die Allgemeinheit, einen unbestimmten Personenkreis oder an Funkamateure* gerichtet sind, dürfen empfangen werden. Alles andere ist verboten. Dazu gehört bereits der Empfang selbst, aber auch die Verwertung und Weitergabe von Nachrichten, die nicht für die Allgemeinheit, für einen unbestimmten Personenkreis oder für Funkamateure bestimmt sind, verstoßen gegen das TDDDG. + +Sollte man versehentlich solche Nachrichten empfangen, muss man den Inhalt dieser Nachricht und sogar die Tatsache des Empfangs für sich behalten. Für immer und ewig! Die einzigen Ausnahmen sind Not- und Katastrophenfälle. Formal ist dies eine sogenannte Rechtsgüterabwägung: Was ist wichtiger, der Rechtsverstoß der Nachrichtenweitergabe oder die Hilfe in einem Notfall? + +[question:VE202] + +[question:VE203] + +Der Besitz und die Herstellung von Geräten, die einen anderen Gegenstand vortäuschen und dadurch besonders geeignet sind, das nicht öffentlich gesprochene Wort heimlich abzuhören ("Wanzen"), ist verboten. Als Beispiel sei hier ein Kugelschreiber mit eingebautem Mikrofon genannt. Dieses Verbot gilt für alle und somit selbstverständlich auch für Funkamateure. + +[question:VE204] + +Das Abhören des nicht öffentlich gesprochenen Wortes ist ein *Straftatbestand*. Wer gegen das Abhörverbot verstößt, muss mit einer Freiheitsstrafe von bis zu zwei Jahren rechnen. Schauen wir uns dazu die Strafvorschriften des § 27 des TDDDG an: + +" (1) Mit Freiheitsstrafe bis zu zwei Jahren oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer +1. entgegen § 5 Absatz 1 eine Nachricht abhört oder in vergleichbarer Weise zur Kenntnis nimmt, +2. entgegen § 5 Absatz 2 Satz 1 eine Mitteilung macht oder +3. entgegen § 8 Absatz 1 eine dort genannte Telekommunikationsanlage herstellt oder auf dem Markt bereitstellt. + +(2) Handelt der Täter in den Fällen des Absatzes 1 Nummer 3 fahrlässig, so ist die Strafe Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder Geldstrafe." + +[question:VE201] + diff --git a/contents/sections/fernspeiseweiche.md b/contents/sections/fernspeiseweiche.md new file mode 100644 index 0000000..aba031c --- /dev/null +++ b/contents/sections/fernspeiseweiche.md @@ -0,0 +1,37 @@ +An den Antennen montierte, abgesetzte Vorverstärker oder Empfangskonverter benötigen eine Gleichspannungsversorgung. +Um eine zusätzliche Gleichspannungsversorgungsleitung einzusparen, kann die Versorgungsspannung auch über das Koaxialkabel, parallel zum HF-Signal, übertragen werden, ohne dass sich die beiden Signale gegenseitig stören. Zur Einspeisung der Gleichspannung in das Koaxialkabel wird deshalb eine Fernspeiseweiche oder englisch BIAS-T eingesetzt. +Die übersichtliche Schaltung enthält neben den Anschlüssen nur 3 Bauteile. + +[picture:399:a_Bias T:BIAS - T] + +[question:AD323] +Schaltungsbeschreibung: +Ein BIAS-T erkennt man daran, dass auf einer Seite ein Signal zum Empfänger (Rx) führt und auf der anderen Seite ein Signal von einem Vorverstärker oder Empfangskonverter (LNA) eingekoppelt wird. Die Versorgungsgleichspannung des LNA (DC-Signal) wird über eine Induktivität auf den Innenleiter des Koaxialkabels geführt. +%todo Induktivität ist im Bild 399 nicht bezeichnet. sollte L1 sein +Der Koppelkondensator $C_1$ soll das Gleichspannungssignal vom Rx-Eingang fernhalten. Der Rx-Eingang ist zur Vermeidung statischer Aufladungen bei manchen Geräten über eine Drosselspule mit Masse (Null Volt) verbunden. Würde der Kondensator $C_1$ fehlen, könnte die Gleichspannung gegen Masse kurzgeschlossen werden. + +--- +[question:AD322] + + +[photo:288:a_Bias T Platine:BIAS - T Platine - mit KiCAD erstellt] +So könnte die praktische Umsetzung des abgebildeten Schaltbildes in eine Platine aussehen. $C_2$ und $C_3$ sind Abblockkondensatoren für unterschiedliche Frequenzbereiche, damit die Funktion über einen großen Frequenzbereich gewährleistet ist. $L_1$ dient zur Zuführung der Gleichspannung und muss für den Laststrom gezielt dimensioniert werden. + + +--- +[question:AD324] + +Der Abblockkondensator $C_2$ auf der Gleichspannungseite soll HF-Spannung unterdrücken. Er muss so gewählt werden, dass er bei der HF-Nutzfrequenz einen Blindwiderstand kleiner 1 Ohm darstellt. + +--- +[question:AD325] + +Die Spule zwischen DC-Seite (Gleichspannungsseite z.B. 12 V) und der HF-Seite (z.B. 10 GHz Empfangssignal) soll Hochfrequenzanteile nicht zur DC-Seite durchlassen. Es handelt sich deshalb um eine Drosselspule, die bei der Nutzfrequenz hochohmig wirken muss (z.B. $X_L$ = 10 kOhm). Durch diese Drosselspule fließt der Versorgungstrom für den Vorverstärker oder Konverter (LNA). Der Drahtdurchmesser der Drosselspule muss so groß sein, dass der Versorgungsgleichstrom keine Erwärmung der Drosselspule bewirkt + + + +| Zusammenfassung | +|DC und AC über eine Leitung | +|Trennkondensator für DC notwendig | +[table:a_Fernspeiseweiche:Zusammenfassung] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fm.md b/contents/sections/fm.md new file mode 100644 index 0000000..72cba76 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fm.md @@ -0,0 +1,39 @@ +Bei der Frequenzmodulation (FM) wird ein Modulationssignal durch Änderung der Frequenz auf den Träger aufmoduliert. Die Amplitude des Trägers wird hingegen nicht verändert und bleibt idealerweise konstant. + + +[picture:711:n_fm_wasserfall:Signal einer FM-Amateurfunksendung (Sprache)] + + + +[picture:357:n_fm_frequenzmodulation:Frequenzmodulation] + + +[question:NE301] +[question:NE302] +[question:NE303] + +Je lauter in das Mikrofon gesprochen wird, umso größer also die Amplitude des Modulationssignals ist, umso größer ist auch die Änderung der Trägerfrequenz nach oben und unten. In Folge steigt auch die belegte Bandbreite der Aussendung. + +--- + +Der Maximalwert der Änderung der Trägerfrequenz wird als *Frequenzhub* oder kurz *Hub* bezeichnet. Bei manchen Funkgeräten kann er eingestellt werden, bei anderen allerdings nicht. Oftmals kann auch zwischen zwei festen Werten umgeschaltet werden: "Normales" FM und Schmalband-FM (englisch Narrow-FM, kurz NFM), das nur etwa die halbe Bandbreite belegt. + + +Der *Frequenzhub* wird genauso wie die Bandbreite in Hz angegeben, darf aber mit dieser nicht verwechselt werden. Der Frequenzhub bezeichnet die maximale Änderung der Trägerfrequenz. Die Bandbreite ist näherungsweise doppelt so groß wie die Summe aus Hub und der Bandbreite des NF-Signals. Beispiel: Ein NF-Signal mit einer Bandbreite von 3 kHz wird mit einem Hub von 3 kHz moduliert. Dies ergibt eine Bandbreite von: +$2 \cdot (3 \ \text{kHz} + 3 \ \text{kHz}) = 12 \ \text{kHz}$ + + +In diesem Zusammenhang sollte auch der IARU-Bandplan berücksichtigt werden, da er Hinweise auf die jeweils maximal empfohlene Bandbreite einer Aussendung in unterschiedlichen Frequenzbereichen gibt. Beispielsweise sollen im Bereich für FM-Telefonie im 2 m-Band maximal 12 kHz Bandbreite belegt werden. Dies entspricht NFM. Die folgende Frage kann gut mit diesem Wissen und dem IARU-Bandplan gelöst werden, der bei der Prüfung als Hilfsmittel vorliegt. + +[question:BC216] + +Wenn sich der Hub nicht oder nicht ausreichend klein einstellen lässt, kann dies in der Praxis dazu führen, dass eine Aussendung mehr Bandbreite belegt, als für den Frequenzbereich vorgesehen ist. Gerade viele ältere Handfunkgeräte und Mobil-Transceiver verfügen aber über einen fest eingestellten Hub, der dazu führt, dass bis zu 25 kHz Bandbreite belegt wird. + +In solchen Situationen kann man sich dadurch helfen, leiser in das Mikrofon zu sprechen. Dadurch wird die Amplitude des Modulationssignals und somit auch die Änderung der Trägerfrequenz nicht so groß und in Folge belegt die Aussendung weniger Bandbreite. + +[question:NE306] + +Da die Amplitude des Trägers nicht verändert wird, ändert sich auch die Sendeleistung durch die Modulation nicht. Solange man die PTT-Taste drückt, ist die Sendeleistung maximal, und zwar unabhängig davon, ob man gar nicht, leise oder laut in das Mikrofon spricht. Dies hat den Vorteil, dass Störungen nicht dazu führen, dass die Lautstärke des Sprachsignals schwankt. + +[question:NE304] + diff --git a/contents/sections/fm_2.md b/contents/sections/fm_2.md new file mode 100644 index 0000000..b28baa6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fm_2.md @@ -0,0 +1,37 @@ +Bei der Amplitudenmodulation (AM) sowie bei SSB wird die zu übertragende Information durch eine Änderung der Amplitude des Hochfrequenzträgers übertragen. In der Klase N haben wir bereits gelernt, dass bei der Frequenzmodulation (FM) die Amplitude des Trägers hingegen konstant bleibt - die Information wird hier durch eine Änderung der momentanen Frequenz des Trägers übertragen. + +Abbildung [ref:e_frequenzmodulation_t] zeigt den zeitlichen Verlauf eines FM-Signals mit konstanter Amplitude. Ein FM-Signal ist daher daran zu erkennen, dass die Amplitude des Trägers (idealisiert) konstant bleibt, während sich seine momentane Frequenz in Abhängigkeit vom Modulationssignal fortlaufend ändert. + + +[picture:906:e_frequenzmodulation_t:Zeitlicher Verlauf eines FM-Signals] + + +[question:EE301] + +--- + +Abbildung [ref:e_frequenzmodulation_frequenzhub] zeigt beispielhaft ein NF-Sinussignal, das eine entsprechende Frequenzabweichung (Frequenzhub) eines Hochfrequenzträgers im Spektrum verursacht. Das heißt bei einem FM-Signal wird die Lautstärkeinformation durch die *Trägerfrequenzauslenkung (Frequenzhub)* übertragen. Eine lauteres NF-Signal würde zu einer größeren Trägerfrequenzauslenkung und somit einer höheren Bandbreite des FM-Signals führen . + + +[picture:827:e_frequenzmodulation_frequenzhub:Trägerauslenkung bei Frequenzmodulation] + + + +Die belegte Bandbreite einer FM-Aussendung wird durch den Hub und die maximale Modulationsfrequenz bestimmt. In erster Näherung kann für kleinen Hub und niedrige Modulationsfrequenz die *Carson-Formel* angewendet werden. Sie gibt an in welcher Bandberite sich 90% der Sendeleistung befinden. + +$B\approx2 \cdot \left(\Delta f_{\textrm{T}} + f_{\textrm{mod max}} \right)$ + +Dieses Thema wird genauer in der Klasse A besprochen. + + +[question:EE306] +[question:EE304] + +Um die gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der belegten Bandbreite eines FM-Signals einzuhalten, wird in FM-Sendern das Mikrofonsignal zunächst in der Amplitude begrenzt (durch einen Begrenzerverstärker) und anschließend auf den Träger mittels FM aufmoduliert. Hierbei ist der Frequenzhub des Modulators bei maximaler Lautstärkeaussteuerung entweder festgelegt oder mittels eines Hub-Reglers einstellbar. + +[question:EE305] + +FM-Signale sind dadurch, dass die aufmodulierte Information nicht in der Amplitude, sondern lediglich in der Frequenz enthalten ist, gegenüber Amplitudenstörungen (z.B. durch Blitze, Zündanlagen, Motoren) relativ unempfindlich im Vergleich zu AM oder SSB. Hierdurch ergeben sich insbesondere beim Betrieb in KFZ und in gestörten Umgebungen Vorteile hinsichtlich der Störanfälligkeit. + +[question:EE302] +[question:EE303] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fm_3.md b/contents/sections/fm_3.md new file mode 100644 index 0000000..f6c9275 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fm_3.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Durch Änderung der Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators, innerhalb eines Oszillators, kann Frequenzmodulation erzeugt werden. Bei einem Quarzoszillator kann z.B. mittels einer Kapazitätsdiode, die in Serie zum Quarz liegt, Frequenzmodulation erzeugt werden. Die Amplitude des modulierenden Signals (z.B. Mikrofon), die an der Kapazizätsdiode anliegt, bestimmt hierbei direkt die Frequenzänderung des Oszillators. +[question:AE303] + +Die Modulationsfrequenz beeinflusst hierbei, wie häufig sich die Frequenz des Oszillators ändert. +[question:AE301] + +Bei Frequenzmodulation befindet sich die Information des modulierenden Signals nicht in der Amplitude, sondern nur in der Frequenzänderung des Trägersignals. Daher müssen nur die Nulldurchgänge des Trägersignals im Empfänger ausgewertet werden. Amplitudenschwankungen werden durch einen sog. Begrenzerverstärker hierbei ausgeblendet. Daher ist Frequenzmodulation systembedingt unempfindlich gegenüber impulsförmigen Störungen der Amplitude, die z.B. durch Zündfunken, Elektromotoren o.ä. hervorgerufen werden. FM eigent sich daher gut für den Betrieb in Kraftfahrzeugen. +[question:AE302] + +Der Hub eines FM-Signals bestimmt um welchen Betrag sich die Frequenz des Oszillators im Sender, je nach Amplitude des modulierenden Signals, ändert. Eine größere Auslenkung der Frequenz entspricht hierbei, nach Demodulation im FM-Empfänger, wieder einer größeren Amplitude des demodulierten Signals. Daher hat ein größerer Hub eines frequenzmodulierten Senders direkten Einfluss auf die Lautstärke des demodulierten Signals in einem FM-Empfänger. +[question:AE305] + +Die belegte Bandbreite einer FM-Aussendung wird durch den Hub und die maximale Modulationsfrequenz bestimmt. In erster Näherung kann für kleinen Hub und niedrige Modulationsfrequenz die Carson-Formel angewendet werden. Sie gibt an in welcher Bandberite sich 90% der Sendeleistung befinden. + +**Carson-Formel** + +$B\approx2*\left(\Delta f_{\textrm{T}} + f_{\textrm{mod max}} \right)$ + +Die belegte Bandbreite berechnet sich hierbei nach der vorgenannten Formel. Hieraus ist ersichtlich, dass eine höhere Modulationsfrequenz oder ein größerer Hub (z.B. hervorgerufen durch eine höhere Ansteuerung des FM-Modulators), zu einer größeren Bandbreite des Signals führen. Es können hierdurch Nachbarkanalstörungen hervorgerufen werden, da die Bandbreite des Signals in beiden Fällen zunimmt. +[question:AE306] +[question:AE307] +[question:AE304] + +Mittels der Carson-Formel lässt sich bei bekannten Werten für Hub und Modulationsfrequenz die belegte Bandbreite einer FM-Aussendung berechnen. Durch geeignetes Umstellen der Formel können auch jeweils die anderen Größen berechnet werden. +[question:AE309] +[question:AE308] +[question:AE311] +[question:AE312] +[question:AE310] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/formeln_umstellen.md b/contents/sections/formeln_umstellen.md new file mode 100644 index 0000000..b5702d1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/formeln_umstellen.md @@ -0,0 +1,63 @@ +Bereits in der Ausbildung zur Klasse N haben wir den Zusammenhang zwischen der Frequenz (f) und der Wellenlänge ($\lambda$) kennengelernt. Damals wurden dazu zwei speziell zugeschnittene Größengleichungen aus der Formelsammlung für die Prüfung angegeben. + +$f[[\text{MHz}]]= \dfrac{300}{\lambda[[\text{m}]]}$ + +$\lambda[[\text{m}]] = \dfrac{300}{f[[\text{MHz}]]}$ + + +Gleichungen, bei denen bereits angegeben wird, in welcher Einheit die Werte zu stehen haben, nennt man *zugeschnittene Größengleichungen*. + + +In Wirklichkeit ist das aber nur eine Gleichung, die jeweils, im ersten Fall, nach der Frequenz und im zweiten Fall nach der Wellenlänge umgestellt wurde. + +In technischen Rechnungen müssen wir immer wieder Gleichungen so umstellen, dass die gesuchte Größe allein auf einer Seite steht. Dazu wenden wir die nötigen mathematischen Operationen (Multiplizieren, Dividieren, Addieren, Subtrahieren, ...) auf beide der Seiten der Gleichung *gleichzeitig* an. Mit etwas Übung ist das viel einfacher, als sich alle nötigen Formen einer Beziehung separat zu merken. In der Klasse E und auch in der Klasse A ist dies sogar zwingend erforderlich, da die Gleichungen in der Formelsammlung nur noch in ihrer Grundform angegeben werden. + +--- + + +In Grundeinheiten (s, m) lautet der Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz im Freiraum: + +$\lambda = \dfrac{c_0}{f}$ + +Dabei ist $c_0$ die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen im Vakuum ("Lichtgeschwindigkeit"), $c_o \approx 300.000.000 \ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ + + +Wir betrachten den Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge hier in der abstrakteren Form: + +$\lambda = \dfrac{c_0}{f}$ + +Jetzt wollen wir die Frequenz bestimmen, die einer Wellenlänge von 2,069 m entspricht. + +Um dies zu erreichen, multiplizieren wir zunächst beide Seiten der Gleichung mit der Frequenz. + +$\lambda = \dfrac{c_0}{f} \quad\quad\quad | \cdot f$ + +Dies wird durch "$|~\cdot f$" veranschaulicht, wobei der senkrechte Strich bedeutet, dass die folgende Operation auf beiden Seiten durchgeführt wird. + +So entsteht eine neue Gleichung: + +$\lambda\cdot f = \dfrac{c_0 \cdot f}{f}$ + +wobei sich auf der rechten Seite die Frequenz herauskürzt (denn $f$ geteilt durch $f$ ergibt 1): + +$\lambda \cdot f = c_0$ + +Jetzt steht schon mal die Frequenz auf der linken Seite der Gleichung, wo wir sie hinhaben wollen. Als Nächstes dividieren wir auf beiden Seiten durch die Wellenlänge: + +$\lambda \cdot f = c_0 \quad\quad\quad |: \lambda$ + +Somit ergibt sich: + +$\frac{\lambda\cdot f}{\lambda} = \frac{c_0}{\lambda}$ + +Auf der linken Seite kürzt sich das Lambda wieder heraus: + +$f = \dfrac{c_0}{\lambda}$ + +Dies ist die gesuchte Beziehung. Wir setzen die Zahlenwerte ein: + +$f = \dfrac{\qty{300.000.000}{\meter\per\second}}{\qty{2,069}{\meter}} = \dfrac{300.000.000}{\qty{2,069}{\second}} = \qty{144.997.583}{\hertz} \approx \qty{145}{\mega\hertz} $ + +Dabei haben wir berücksichtigt, dass $\dfrac{1}{\text{s}} = 1\ \text{Hz}$ ist. + +Wir können Formeln nun mithilfe von Multiplikation und Division umstellen. In der Klasse E begegnen uns weitere Formeln, bei denen auch Addition und Subtraktion, Potenzen und Wurzeln erforderlich sind. In der Klasse A kommen schließlich sogar Logarithmen hinzu. Keine Angst, an den jeweiligen Stellen werden wir genau erklären, wie diese Formeln Schritt für Schritt umgestellt werden. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fourier_transformation.md b/contents/sections/fourier_transformation.md new file mode 100644 index 0000000..6dd5290 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fourier_transformation.md @@ -0,0 +1,26 @@ + +% du kennst die zeitdarstellung +% du kennst die frequenzdarstellung +% fourier hat sich damit beschaeftigt wie man vom einen zum anderen kommt +% das zeitliche signal wir analysiert dahingehend wie "stark" welche sinusfrequenz enhalten ist +% zusammenfassung: jedes signal laesst sich in eine menge von sinusförmigen schwingungen aufteilen +% phase nicht vergessen + +Kommen wir nun zu einem spannenden Thema, das komplizierter klingt, als es eigentlich ist. Man kann Signale auf verschiedene Arten und Weisen darstellen. Bekannt sein dürfte die Darstellung eines Signals im Zeitbereich. Hierbei wird auf der X-Achse die Zeit und auf der Y-Achse ein Spannungs- oder Leistungswert dargestellt. + +Wusstest du, dass sich jedes Signal aus einzelnen Sinus-Schwingungen zusammensetzen lässt? Das klingt verrückt, aber so ist es. Jedes Signal kann durch eine Überlagerung von reinen Sinus-Schwingungen, die eine bestimmte Amplitude und Phase haben, beschrieben werden. + +Die Fourier-Transformation ist eine mathematisch komplexe Funktion (die wir hier nicht näher erklären wollen), die ein Signal, das im Zeitbereich vorliegt, analysiert und im Anschluss darstellt, aus welchen einzelnen Sinus-Schwingungen sich das Signal aufbaut. Anschließend kann diese Information in einem Diagramm im sog. Frequenzbereich oder auch Frequenzspektrum dargestellt werden. Hierbei beschreibt die X-Achse nun die Frequenz und die Y-Achse den Spannungswert oder auch Leistungswert der enthaltenen Frequenz im Ausgangssignal. Ein reines sinusförmiges Signal einer festen Frequenz stellt somit, im Frequenzspektrum dargestellt, einen Strich bei dessen Frequenz dar. + +Die Fourier-Transformation (auch diskrete Fourier-Transformation kurz DFT benannt) ist in Ihrer ursprünglichen Form, eine mathematisch aufwändige und komplexe Funktion. Diese ist in Software nur sehr ineffizient abzubilden. Über die Zeit hat man eine wesentlich effizientere Methode gefunden, diese mathematisch komplexe Funktion auf einfachere Art und Weise abzubilden - die Fast-Fourier-Transformation oder auch FFT genannt. Hiermit wird deren Berechnung, insbesondere in Soft- und Hardware, wesentlich vereinfacht. + + + +[question:AF630] + +Wir erinnern uns, dass Signale, die sehr eckig und kantig sind, höhere Frequenzanteile (sog. Oberschwingungen) enthalten. Sieht man sich ein solches Signal, beispielsweise ein rechteckiges Signal, nun im Frequenzbereich an, so fällt auf, dass dieses aus einem starken Sinus-Signal bei dessen Grundschwingung besteht als auch mehreren, immer schwächer werdenden Sinus-Signalen bei ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Dies ist im Übrigen auch der Grund, warum man Rechteck-Signale keinesfalls auf eine Antenne geben darf, bevor diese nicht ein Tiefpassfilter durchlaufen haben. Das Tiefpassfilter sorgt in diesem Fall dafür, dass höhere Signalanteile unterdrückt werden und an dessen Ausgang nur noch die Grundschwingung in Form eines Sinus-Signals austritt. Würde man das Rechtecksignal direkt auf die Antenne geben, so wäre eine Aussendung auf allen ungradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz zu empfangen und würde sicherlich andere Funkdienste massiv stören. + +[question:AB404] +[question:AB405] +[question:AB406] +[question:AB407] diff --git a/contents/sections/frequenz.md b/contents/sections/frequenz.md new file mode 100644 index 0000000..cc30fac --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenz.md @@ -0,0 +1,49 @@ +Die Wechselspannung in unserem Stromnetz *schwingt* 50 mal in der Sekunde hin und wieder zurück. Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde nennt man Frequenz. Die Frequenz wird in der Einheit Hertz mit der Abkürzung Hz angegeben. Ein Hz entspricht genau einer Schwingung pro Sekunde. Das Stromnetz hat also eine Frequenz von 50 Hz. + + +In der *Einheit Hertz* wird die Frequenz gemessen. Ein Hertz ist gleich einer Schwingung pro Sekunde. Die Einheit wurde nach dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz benannt, der im Jahr 1886 als erster Mensch elektromagnetische Wellen erzeugen und nachweisen konnte. + +1 Hz = 1/s + + + +[question:NA206] +[question:NA207] + +--- + +Im Funk benutzen wir auch elektrische Schwingungen, allerdings mit sehr viel höheren Frequenzen als das Stromnetz, z. B. 144000000 Hz. Bei so vielen Ziffern wird es schnell unübersichtlich. Daher verwenden wir den Ausdruck Megahertz (MHz) für eine Million Hertz und sagen "144 Megahertz". Wir haben das *Einheitenvorzeichen* "M" verwendet und es vor die eigentliche Einheit "Hz" gesetzt. Damit drücken wir aus, dass der angegebene Wert mit einer Million multipliziert wird. Weitere Beispiele für Frequenzen mit Einheitenvorzeichen sind in der Tabelle [ref:n_frequenz_einheitenvorzeichen] zusammengestellt. + + +| X: Bezeichnung | r: Abkürzung | r: Wert | +| 1 Kilohertz | 1 kHz | 1000 Hz | +| 1 Megahertz | 1 MHz | 1000000 Hz | +| 1 Gigahertz | 1 GHz | 1000000000 Hz | +[table:n_frequenz_einheitenvorzeichen:Kurzschreibweise für große Frequenzen] + + +[question:NA212] + +In der Amateurfunk-Einsteigerklasse N darf man beispielsweise die Frequenzen von 28 bis 29,7 MHz, von 144 bis 146 MHz sowie von 430 bis 440 MHz benutzen. Bei der Klasse E bzw. A kommen weitere Frequenzbereiche dazu. + +[question:VD723] + +--- + +In Funkgeräten werden elektrische Schwingungen von einem sogenannten Oszillator erzeugt. Wenn man die Sendetaste am Funkgerät betätigt, werden die Schwingungen dann zur Antenne geleitet und dort als Funkwellen abgestrahlt. + + +Der Begriff *Oszillator* leitet sich vom lateinischen Wort oscillare ab, das soviel wie schaukeln bedeutet. + + +[question:ND201] + +--- + +Beim Funkbetrieb müssen wir genau wissen, auf welcher Frequenz wir senden. Für die Messung der Sendefrequenz benutzt man deshalb einen Frequenzzähler, wie er beispielsweise in Abbildung [ref:frequenz_frequenzzaehler] zu sehen ist. Beim Bauen und Abgleichen von Funkgeräten benutzt man Frequenzzähler, um zu messen, ob die Sendefrequenz mit der Anzeige am Gerät übereinstimmt. + + +[photo:150:frequenz_frequenzzaehler:Frequenzzähler, der gerade 29,6 MHz misst und anzeigt] + + +[question:NI301] diff --git a/contents/sections/frequenzabhaengige_stromverteilung.md b/contents/sections/frequenzabhaengige_stromverteilung.md new file mode 100644 index 0000000..1e615f7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzabhaengige_stromverteilung.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Für die folgenden Fragen muss man nur die Wellenlänge der dargestellten Stromverteilungen bestimmen und kann diese dann in die entsprechende Frequenz umrechnen. + +%TODO: Die in den Prüfungsfragen dargestellten Stromverteilungen sind falsch. Sobald diese korrigiert sind, sollte der Text nochmal erklärt werden. + +[question:AG203] +[question:AG204] +[question:AG205] +[question:AG206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/frequenzgenauigkeit.md b/contents/sections/frequenzgenauigkeit.md new file mode 100644 index 0000000..cd84c43 --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzgenauigkeit.md @@ -0,0 +1,94 @@ +Die Genauigkeit von Frequenzen und Messbereichen bei Sendern, Empfängern, Oszillatoren, Frequenzzählern usw. wird entweder in % ($1 \cdot {10^{-2}}$) oder in parts per million (ppm = $1 \cdot {10^{-6}}$) angegeben. Manchmal erfolgt die Angabe auch direkt in Exponentialschreibweise wie z.B. Genauigkeit von $1 \cdot {10^{-7}}$. +Mit dieser Genauigkeit ist die Frequenz zu multiplizieren um die mögliche Abweichung von Messwerten oder Anzeigen zu berechnen. + + + Hinweis bzgl. Umrechnung/Darstellung von 10er Potenzen: + + $1 \cdot {10^{-2}} = \frac{1}{10^2}$ + $1 \cdot {10^{-6}} = \frac{1}{10^6}$ + + usw. + + +[question:AA115] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 435MHz$ +* gesucht: $1ppm$ von $f$ + +$435MHz \cdot \frac{1}{10^6} = \frac{435\cdot \cancel{10^6}Hz}{\cancel{10^6}} = 435Hz$ + +[question:AA116] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 14,200.000MHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = 10ppm$ +* gesucht: $f_{min}, f_{max}$ + +$f_{min} = f - f \cdot \frac{10}{10^6} = 14,2MHz - \frac{14,2\cdot \cancel{10^6}Hz\cdot 10}{\cancel{10^6}} = 14,2MHz - 142Hz = 14,199858MHz$ +$f_{max} = f + f \cdot \frac{10}{10^6} = 14,2MHz + \frac{14,2\cdot \cancel{10^6}Hz\cdot 10}{\cancel{10^6}} = 14,2MHz + 142Hz = 14,200142MHz$ + +[question:AI508] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 100MHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = \pm1ppm$ +* gesucht: $\Delta f$ + +$\Delta f = 100MHz \cdot \frac{1}{10^6} = \frac{100\cdot \cancel{10^6}Hz}{\cancel{10^6}} = 100Hz$ + +[question:AI509] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 145MHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = 10ppm$ +* gesucht: $f_{min},f_{max}$ + +$\Delta f = 145MHz \cdot \frac{10}{10^6} = \frac{145\cdot \cancel{10^6}Hz \cdot 10}{\cancel{10^6}} = 1450Hz$ + +$f_{min} = f - \Delta f = 145MHz - 1450Hz = 144,99855MHz$ +$f_{max} = f - \Delta f = 145MHz + 1450Hz = 145,00145MHz$ + +[question:AI510] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 144,400MHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = 1ppm$ +* gegeben: $f_{B,max} = 2,7kHz$ +* gesucht: $f_{B,max,Abw}$ + +Vorüberlegung: +Bei dieser Frage muss zunächst der Abstand zur Baken-Frequenz aufgrund der SSB-Bandbreite (2,7 kHz) berücksichtigt werden und dieser der maximale Fehler aufgrund der gegebenen Genauigkeit addiert werden, so dass man das Bakensegment sicher nicht stört. + +$\Delta f = 144,4MHz \cdot \frac{1}{10^6} = \frac{144,4\cdot \cancel{10^6}Hz}{\cancel{10^6}} = 144,4Hz$ + +$f_{B,max,Abw} = f_{B,max} + \Delta f = 2,7kHz + 144,4Hz = 2,8444kHz$ + +%TODO - Evtl. sollte hier eine Grafik zur Veranschaulichung mit eingebunden werden für die Aufgabe 1823 + +[question:AI506] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 29MHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = 0,01\%$ +* gesucht: $\Delta f$ + +Vorüberlegung: +1% entspricht $1 \cdot {10^{-2}}$ +0,01% entspricht $1 \cdot {10^{-4}}$ +Um einen gemeinsamen Exponenten, den man im Anschluss kürzen kann, zu erhalten, kann man $1 \cdot {10^{-4}}$ auch zu $100 \cdot {10^{-6}}$ umwandeln (Komma schieben). Hierdurch wird die anschließende Rechnung deutlich vereinfacht. + +$\Delta f = 29MHz \cdot 0,01\% = 29\cdot \cancel{10^6}Hz \cdot 100\cdot \cancel{10^{-6}} = 2900Hz$ + +[question:AI507] + +Lösungsweg +* gegeben: $f = 14100kHz$ +* gegeben: $\textrm{Abw.} = \pm0,00001\%$ +* gesucht: $\Delta f$ + +Vorüberlegung: +1% entspricht $1 \cdot {10^{-2}}$ +0,00001% entspricht $0,1 \cdot {10^{-6}}$ + +$\Delta f = 14100kHz \cdot 0,00001\% = 14,1\cdot \cancel{10^6}Hz \cdot 0,1\cdot \cancel{10^{-6}} = 1,41Hz$ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/frequenzmessung_1.md b/contents/sections/frequenzmessung_1.md new file mode 100644 index 0000000..d5d51c7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzmessung_1.md @@ -0,0 +1,43 @@ +Funkgeräte müssen manchmal neu abgeglichen werden, zum Beispiel nach Reparaturen oder wenn sich Bauteile durch Alterung verändert haben. Bei Empfängern gehört zum Abgleich die Kontrolle der Oszillatorfrequenzen. Dafür verwendet man üblicherweise einen Frequenzzähler. + +[question:EI501] + +Abbildung [ref:e_frequenzzaehler1] zeigt das Display eines Frequenzzählers. Die abgesetzte Drei ganz rechts steht wie bei manchen Taschenrechnern für $10^3$. Also misst der Zähler die Frequenz $\qty{455}\cdot 10^3~\unit{\hertz}$ oder $\qty{455}{\kilo\hertz}$. Neuere Messgeräte zeigen statt der Zehnerpotenz den Einheitenvorsatz direkt an. + + +[photo:187:e_frequenzzaehler1:Display eines Frequenzzählers, der $\qty{455}\cdot 10^3~\unit{\hertz}$ anzeigt] + + +% Ich hab das mal aus Platzgründen entfernt +% +%[photo:189:e_frequenzzaehler2:Multimeter, das im Frequenzmessbereich 455 kHz anzeigt. Darüber erscheinen ein Symbol für niedrige %Batteriespannung, die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur. Diese Werte haben nichts mit der Frequenzmessung zu tun.] +% + + +Die Frequenz 455 kHz kommt häufig als Zwischenfrequenz von Überlagerungsempfängern vor und kann gemessen werden, wenn der Empfänger auf ein starkes Signal abgestimmt ist. + + +--- + +In Abgleichanleitungen wird oft verlangt, eine Frequenz bis auf eine bestimmte Abweichung genau einzustellen, zum Beispiel $\pm\qty{10}{\hertz}$. In solchen Fällen ist es hilfreich, sich den Stellenwert der einzelnen Ziffern vor Augen zu führen. Die vom Messgerät angezeigte Zehnerpotenz, also bei $\qty{455}{\kilo\hertz}$ der Wert $10^3$ oder $1000$, gilt immer für die Stelle direkt vor dem Komma. Die Stelle links davon steht dann für $\qty{10}{\kilo\hertz}$ oder $10^4~\unit{\hertz}$ und die Stelle noch eins weiter links, im Beispiel die Vier, für $\qty{100}{\kilo\hertz}$ oder $10^5~\unit{\hertz}$. Nach rechts geht es in die andere Richtung. + + In Abbildung [ref:e_frequenzzaehler_stellen] sehen wir ein Beispiel mit einer höheren Frequenz. + + +[picture:793:e_frequenzzaehler_stellen:Diese Anzeige stellt eine Frequenz in MHz dar. Das ist zugleich der Stellenwert der Ziffer vor dem Komma.] + + + +Eingänge von Frequenzzählern können einen hohen Innenwiderstand haben. Das kennen wir von Spannungsmessern und Oszilloskopen. Es kommen aber auch Anschlüsse mit $\qty{50}{\ohm}$ vor. Sie sind meistens besonders empfindlich und der in der Bedienungsanleitung des Zählers angegebene Höchstwert für Spannung oder Leistung darf keinesfalls überschritten werden. + + +[question:EI502] +[question:EI503] + +Frequenzzähler werden für einen bestimmten Wertebereich gebaut, zum Beispiel $\qty{100}{\kilo\hertz}$ bis $\qty{2}{\giga\hertz}$. Außerhalb dieses Bereichs messen sie ungenau oder gar nicht. Zum Messen höherer Frequenzen gibt es Frequenzteiler. Sie teilen die Frequenz eines Signals, das man an ihren Eingang anlegt, durch einen festen Wert und geben das Ergebnis als elektrische Schwingung am Ausgang aus. Man nennt sie auch Vorteiler, weil sie zwischen Messobjekt und Zähler geschaltet werden. + +%TODO Bild Frequenzteiler + +Häufig teilen Vorteiler die Frequenz durch zehn. Wenn man an den Eingang so eines 10:1-Teilers $\qty{2,4}{\giga\hertz}$ anlegt, zeigt der Frequenzzähler dahinter $\qty{240}{\mega\hertz}$ an. + +[question:EI504] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/frequenzmessung_2.md b/contents/sections/frequenzmessung_2.md new file mode 100644 index 0000000..d1b9a1e --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzmessung_2.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Es gibt kaum Funkgeräte, bei denen man die Empfangsfrequenz direkt messen kann. Die üblichen Empfängerschaltungen weisen keinen Punkt auf, an dem sie anliegt. Deshalb schließt man zum Überprüfen der Frequenzanzeige einen möglichst genauen Oszillator oder Frequenzgenerator an die Antennenbuchse an. Dessen Frequenz wird mit der Anzeige am Empfänger verglichen. + + +Ein direkt angeschlossener Frequenzgenerator kann einen Empfängereingang leicht beschädigen. Im Zweifelsfall sollte die Messung mit der niedrigsten Spannung des Generators und einem Dämpfungsglied begonnen werden. + + +Natürlich gilt auch hier, dass GPS-disziplinierte Oszillatoren und OCXOs in aller Regel genauer sind als einfachere Schaltungen. + +[question:AI511] +[question:AI504] + +--- + +Bei Sendern ist die Frequenzmessung einfacher. Ein Frequenzzähler wird über ein Dämpfungsglied an die Antennenbuchse angeschlossen. Sinnvoll ist diese Messung natürlich nur bei einem unmodulierten Träger. + + +SSB-Sender erzeugen ohne Modulation kein Signal. Um ihre Sendefrequenz zu messen, kann man ein Audiosignal mit bekannter Frequenz in die Mikrofonbuchse einspeisen. Von Messwert des Frequenzzählers am Senderausgang wird bei USB die Audiofrequenz abgezogen, um die Frequenz des nicht ausgesendeten Trägers zu erhalten. Bei LSB wird sie addiert. + + +% AI502 +[question:AI502] + + +[question:AI501] + + +% TODO Der Text wird noch fertig geschrieben. - DB7YI 2024-04-22 + +Die Frequenzmessung mittels Oszilloskop ist nur Notbehelf, weil diese Geräte nur selten eine so genaue Zeitbasis haben wie Frequenzzähler. +% AI503 +[question:AI503] + +Einfache Frequenzzähler arbeiten fast immer mit einer sogenannten *Torzeit*. Das Gerät schaltet den Eingang für eine bestimme Zeit ein, zählt die Perioden des Eingangssignals und berechnet daraus dessen Frequenz. Besonders einfach ist das bei einer Torzeit von einer Sekunde, denn sie ergibt direkt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde und damit die Frequenz in Hertz. + +Die Torzeit kann man bei den meisten Frequenzzählern einstellen. Eine kurze Torzeit sorgt dafür, dass die Anzeige in kurzen Abständen aktualisiert wird. Bei einer langen Torzeit dagegen wird die Messung genauer. + +% TODO Bild, das die Ungenauigkeit bei kurzer Torzeit veranschaulicht + +%AI505 +[question:AI505] + +% Fünf Fragen zu Genauigkeit und Toleranz, die ursprünglich hier standen, habe ich in den Abschnitt "Frequenzgenauigkeit" verschoben. - DB7YI 2024-04-28 \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/frequenzspektrum.md b/contents/sections/frequenzspektrum.md new file mode 100644 index 0000000..c861794 --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzspektrum.md @@ -0,0 +1,36 @@ + +[picture:847:n_frequenzspektrum:Spektrum der elektromagnetischen Wellen] + + +--- + +Der Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen ist sehr groß (Abbildung [ref:n_frequenzspektrum]). Für Funkwellen wird nur ein Teil dieses Spektrums genutzt, üblicherweise der Frequenzbereich zwischen 30 kHz und 300 GHz. In der Tabelle [ref:n_frequenzspektrum_bereiche] ist zu sehen, welche Frequenzen welchen Bereichen zugeordnet sind. Den Frequenzbereichen werden Abkürzungen zugeordnet. Für die Prüfung müssen die Frequenzbereiche von 3 MHz bis 3000 MHz den entsprechenden Begriffen zugeordnet werden können. + + +| r | c | r | X | l | +| von | | bis | Bezeichnung | Abk. | +| 30 kHz | - | 300 kHz | Low Frequency | LF | +| | | | (Langwelle) | (LW) | +| 300 kHz | - | 3000 kHz | Medium Frequency | MF | +| | | | (Mittelwelle) | (MW) | +| 3 MHz | - | 30 MHz | *High Frequency* | *HF* | +| | | | Short Wave | SW | +| | | | (Kurzwelle) | (KW) | +| 30 MHz | - | 300 MHz | *Very High Frequency* | *VHF* | +| | | | (Ultrakurzwelle) | (UKW) | +| 300 MHz | - | 3000 MHz | *Ultra High Frequency* | *UHF* | +| | | | (Dezimeterwelle) | | +| 3 GHz | - | 30 GHz | Super High Frequency | SHF | +| 30 GHz | - | 300 GHz | Extremely High Frequency | EHF | +[table:n_frequenzspektrum_bereiche:Frequenzbereiche und ihre üblichen Bezeichnungen] + + +[question:BC104] +[question:BC105] +[question:BC106] + +Für die folgenden Fragen muss man die drei Bänder, auf denen die Klasse N senden darf, den jeweiligen Bereichen zuordnen können. Das 10 m-Band gehört gerade noch zur Kurzwelle, 2 m liegt im VHF- und 70 cm liegt im UHF-Bereich. + +[question:BC101] +[question:BC102] +[question:BC103] diff --git a/contents/sections/frequenzvervielfacher_1.md b/contents/sections/frequenzvervielfacher_1.md new file mode 100644 index 0000000..b0f053e --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzvervielfacher_1.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Um früher in Amateurfunk-Mehrbandsendern nicht für jeden Frequenzbereich einzelne Oszillatoren bauen und abstimmen zu müssen, verwendete man das Prinzip der Frequenzvervielfachung. Hierbei wurde ein stabiler Oszillator auf der Frequenz des niedrigsten Bandes (z.B. 3,5 MHz) betrieben, dessen Ausgangssignal dann anschließend mittels Frequenzvervielfachern auf die jeweils gewünschten Amateurfunkbänder umgesetzt wurde. Hierbei ist es von Vorteil, dass die einzelnen Frequenzbänder zueinander in festen Verhältnissen stehen (z.B. 3,5 MHz, 7 MHz, 14 MHz usw.) und meist ganzzahlige Vielfache des niedrigsten Bandes sind. Hierdurch fallen auch Oberwellen wieder in einen Amateurfunkbereich, was seitens der Regulierungsbehörden durchaus gewünscht ist, um Störungen anderer Dienste durch Oberwellen zu vermeiden. Generell kann man Oszillatoren auf niedrigen Frequenzen mit höherer Stabilität einfacher konstruieren und bauen als auf hohen Frequenzen. + +--- + +Abbildung [ref:n_f_vervielfacher] zeigt das Blockschaltbild eines Frequenzvervielfachers mit dem Faktor 2 bei dem die Eingangsfrequenz von $\qty{3,5}{\mega\hertz}$ auf $\qty{7}{\mega\hertz}$ angehoben wird. Ein Frequenzvervielfacher wird dabei typischerweise durch eine Nichtlinearität (z. B. Diode) erzeugt, die gezielt Oberwellen des Eingangssignals erzeugt, aus denen anschließend mit einem Bandpassfilter die gewünschte Vielfachfrequenz ausgewählt wird. + + +[picture:1043:n_f_vervielfacher:Blockschaltbild eines Frequenzvervielfachers] + + +Häufig verwendet man eine Kette von Frequenzvervielfachern, um die gewünschten Multiplikationsfaktoren zu erreichen. Hierbei werden bei Reihenschaltung von Vervielfachern die einzelnen Faktoren miteinander multipliziert. +Umgekehrt kann eine solche Schaltung natürlich auch rückgerechnet werden. Hierbei muss durch die entsprechenden Teilfaktoren dann dividiert werden. + +[question:EF303] +[question:EF302] +[question:EF301] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/frequenzvervielfacher_2.md b/contents/sections/frequenzvervielfacher_2.md new file mode 100644 index 0000000..9a88f6c --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzvervielfacher_2.md @@ -0,0 +1,20 @@ +Technisch wird ein Frequenzvervielfacher so realisiert, dass das Eingangssignal zunächst einer nichlinearen Verzerrerstufe zugeführt wird. Dies kann z.B. ein Klasse-C-Verstärker sein. Anschließend wird aus dem Signalgemisch mittels Filtern die gewünschte Oberschwingung des Signals selektiert und an die nächste Stufe weitergeführt. Da die Frequenzvervielfachung auf Oberschwingungen/Harmonischen basiert, sind nur ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz möglich. In der Praxis wird (bis auf wenige Ausnahmen) nur die 2. Harmonische oder 3. Harmonische der Grundfrequenz verwendet (Verdoppelung, Verdreifachung). +Um höhere Frequenzvervielfachungen zu erreichen, werden daher Stufen mit Verdoppelung oder Verdreifachung hintereinandergeschaltet, so dass sich deren Faktoren anschließend multiplizieren. + +[question:AF311] + +Durch Frequenzvervielfachung und ggf. deren Hintereinanderschaltung werden Zwischenfrequenzen erzeugt, die oft zu Störungen führen können. Daher müssen Stufen der Frequenzvervielfachung sehr gut abgeschirmt sein, um unerwünschte Abstrahlungen maximal zu reduzieren. + +[question:AF313] + +Eine typische Vervielfacher-Schaltung (siehe Abbildung [ref:a_frequenzvervielfacher_schaltung] ) enthält eine Verstärkerstufe, welche bewusst mit fehlender Basis-Vorspannung betrieben wird. Hierdurch entsteht ein Verstärker im Klasse-C Betrieb, der das Eingangssignal stark verzerrt und an dessen Ausgang das Signal mittels Filtern entnommen wird. Hierbei kommen für die Filter entsprechende Schwingkreise zum Einsatz, die auf der gewünschten Frequenz in Resonanz sind und meist abstimmbar sind. + + +[picture:489:a_frequenzvervielfacher_schaltung:Beispiel für eine Schaltung eines Frequenzvervielfachers mit Klasse-C-Verstärker ohne Basis-Vorspannung] + + +[question:AF312] + +Wenn mehrere Vervielfacher-Stufen innerhalb eines Gerätes hintereinandergeschaltet sind, kann es zu Störungen auf Frequenzen kommen, die sich zwischen den einzelnen Vervielfacher-Stufen bilden. Um diese Frequenzen zu ermitteln, muss man den Weg des Signals durch die einzelnen Stufen und dessen danach vorhandene Frequenzen berechnen. Daher ist die Reihenfolge der entsprechenden Vervielfacher-Stufen von entscheidender Bedeutung bei der Ermittlung von Störfrequenzen. + +[question:AF314] diff --git a/contents/sections/frequenzzuteilung.md b/contents/sections/frequenzzuteilung.md new file mode 100644 index 0000000..f9527f7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/frequenzzuteilung.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Im Telekommunikationsgesetz (TKG) ist das Prinzip verankert, dass jede Frequenznutzung einer vorherigen *Frequenzzuteilung* bedarf. Das kann eine Einzelzuteilung oder eine Allgemeinzuteilung sein. Eine Einzelzuteilung liegt beispielsweise vor, wenn Frequenzen einem Unternehmen für den Betriebsfunk zugeteilt werden. Eine Allgemeinzuteilung hingegen kann für die Allgemeinheit oder auch für einen bestimmten Personenkreis erfolgen, z. B. für Funkamateure. Die Zuteilungen sind im Frequenzplan der BNetzA dokumentiert. + +Funkamateure dürfen Funkbetrieb daher nur auf für sie zugeteilten Frequenzen durchführen. Auch wenn die Frequenzbereiche international vereinbart werden, sind ausschließlich die nationalen Bestimmungen maßgebend, die sich jedoch an den internationalen Vereinbarungen orientieren. + +[question:VE102] +[question:VD701] +[question:VC110] + +--- + +Die Frequenzbereiche für den Amateurfunkdienst in Deutschland sind in der *Anlage 1 der Verordnung über den Amateurfunk (AFuV)* geregelt. Ein Funkamateur darf nur auf den seiner Zeugnisklasse zugeteilten Frequenzen senden. + +% TODO hier neue AFUV eintragen + +[photo:99:n_frequenzbereiche_afuv_anlage_1:Tabellarische Übersicht, Anlage 1, AFuV] + + +Neben den Frequenzbereichen enthält die Anlage auch ausführliche Nutzungsbestimmungen, die von jedem Funkamateur einzuhalten sind. Darüber hinaus gibt es Verfügungen und Mitteilungen. Diese *ergänzen* die Anlage 1 und sind ebenso bindend. Sie werden bei Bedarf von der BNetzA im sogenannten Amtsblatt auf der Website der Behörde veröffentlicht. + +[question:VD101] +[question:VD702] + + diff --git a/contents/sections/funkamateur.md b/contents/sections/funkamateur.md new file mode 100644 index 0000000..95ff3a8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/funkamateur.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Nicht jeder darf sich Funkamateur nennen. Nach den Radio Regulations (RR) dürfen sich nur *ordnungsgemäß befugte Personen* so bezeichnen. Das persönliche Interesse am Amateurfunk ist das einzig zulässige Motiv. Finanzielle Interessen sind mit dem Amateurfunk nicht vereinbar. + +[question:VA104] + +Im § 2 Absatz 1 des Amateurfunkgesetzes ist genau beschrieben, wer sich in Deutschland als Funkamateur bezeichnen darf. Danach ist nur der Inhaber eines *Amateurfunkzeugnisses* oder einer *harmonisierten Amateurfunk-Prüfungsbescheinigung* ein Funkamateur. Der Weg führt in beiden Fällen nur über das Bestehen einer Prüfung. + +Das ist aber nicht alles. Ein Funkamateur darf sich mit dem Amateurfunkdienst nur aus persönlicher Neigung und nicht aus gewerblich-wirtschaftlichem Interesse befassen. Dazu ein Beispiel: Funkamateure, die gemeinsam bei einem Handwerksbetrieb arbeiten, dürfen Ihre Arbeit nicht über das örtliche Amateurfunkrelais koordinieren. + +[question:VC105] + +[question:VC113] diff --git a/contents/sections/funken_im_ausland.md b/contents/sections/funken_im_ausland.md new file mode 100644 index 0000000..fefba6f --- /dev/null +++ b/contents/sections/funken_im_ausland.md @@ -0,0 +1,80 @@ +Mit einer Amateurfunkzulassung ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, auch im Ausland Funkbetrieb aufzunehmen. Dazu haben viele Staaten ein Abkommen geschlossen, welches Funkbetrieb bei vorübergehendem Aufenthalt im Ausland und die gegenseitige Anerkennung von Amateurfunkzeugnissen regelt. +Das Abkommen wurde durch die Mitgliedsstaaten der *Europäischen Konferenz der Verwaltungen für Post und Telekommunikation* (Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications, CEPT) ausgearbeitet. + +Das Abkommen der CEPT besteht aus den in der Tabelle [ref:n_funken_im_ausland_cept_empfehlungen] genannten Empfehlungen. Keine Sorge, die einzelnen Empfehlungen muss man nicht auswendig lernen. In der Prüfung reicht es, die wichtigsten Regelungen zu kennen. + + +| l: CEPT-Empfehlung | X: Erläuterung | +| ECC Report 89 | Klasse N | +| ERC-Report 32 | Grundlage für ECC Report (05) 06 | +| ECC-Empfehlung (05) 06 | Klasse E | +| T/R 61-01 | Klasse A | +| T/R 61-02 | HAREC | +[table:n_funken_im_ausland_cept_empfehlungen:CEPT-Empfehlungen] + + +[question:VB104] + +--- + +Nicht alle Mitgliedsstaaten der CEPT setzen die Regelungen zum Amateurfunk auch um. Amateurfunkbetrieb darf daher nur in den Staaten durchgeführt werden, welche die CEPT-Regelungen auch anwenden. Man darf dort keinen festen Wohnsitz haben und sich nur vorübergehend für bis zu 3 Monaten dort aufhalten. + + +In der [CEPT-Länderliste](https://50ohm.de/cll) des DARC-Auslandsreferat kann für jedes Land nachgeschlagen werden, welche Regelungen dort genau gelten und zu beachten sind. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +[question:VB106] +[question:VB107] +[question:VB109] + +Man muss wissen, dass es Staaten gibt, die dieser Konferenz nicht angehören, aber trotzdem die Regelungen der CEPT teilweise oder ganz anwenden, z. B. die USA und Australien. + +[question:VB108] + +--- + +Wenn man im Ausland funkt, muss das mit einem zusätzlichen Rufzeichenpräfix gekennzeichnet werden. Nehmen wir beispielsweise an, die Funkamateure mit den Rufzeichen DO7PR und DL9MJ reisen in die Schweiz und wollen dort funken. Abhängig von der Klasse muss in der Schweiz ein anderer Präfix verwendet werden, *HB3* für die Klasse E und *HB9* für die Klasse A. In der Schweiz müssen die beiden Funkamateure also die Rufzeichen *HB3/DO7PR* bzw. *HB9/DL9MJ* verwenden. In anderen Ländern gibt es ähnliche Regelungen. Welcher Präfix jeweils verwendet werden muss, ist von Land zu Land unterschiedlich. + + +Die Trennung zwischen dem ausländischen Präfix und dem eigenen Rufzeichen soll durch das Wort „stroke“ erfolgen! + + +[question:BD213] +[question:BD214] + +Aktuell darf mit der Klasse N nicht im Ausland gefunkt werden, da Deutschland die Klasse N noch nicht der CEPT als Entry Level License gemeldet hat. Die Zulassungsklasse N ist somit nur in Deutschland gültig. + +[question:VB105] + +Ausländischen Funkamateure dürfen auf Grundlage der CEPT-Regelungen in Deutschland Funkbetrieb aufnehmen. Je nachdem welcher Klasse die Amateurfunkzulassung aus dem Heimatland in Deutschland zugeordnet ist, muss er das Prefix *DL/* oder *DO/* seinem persönlichen Rufzeichen voranstellen. + +[question:VB110] +[question:BD212] + +--- + +Die Empfehlungen der CEPT werden ausschließlich für persönliche Rufzeichen angewendet. Der Betrieb einer Klubstation bedarf immer der Beantragung einer Gastgenehmigung. Eine Gastzulassung benötigt man auch für einen Betrieb einer Amateurfunkstation, wenn das Land die CEPT-Empfehlung nicht anwendet. + +[question:VB114] +[question:VB113] + +Wie in Deutschland gibt es in den einzelnen CEPT-Ländern unterschiedliche nationale Regelungen für den Amateurfunk. Nur weil in Deutschland beispielsweise das 6 m-Band für Klasse A freigegeben ist, bedeutet das nicht automatisch, dass man auch im Ausland das 6 m-Band verwenden darf. Man muss sich den Bestimmungen und Auflagen des Gastlandes anpassen. + +[question:VB111] +[question:VB112] + + +Durchquert man bei einer Reise ein Land, in dem die Amateurfunkzulassung nicht anerkannt wird, sollte man sich vorher informieren, ob Funkgeräte transportiert werden dürfen, und sich gegebenenfalls eine entsprechende Erlaubnis einholen. Das [DARC-Auslandsreferat](https://50ohm.de/ra) kann Mitgliedern bei der Klärung dieser Fragen helfen. + + +Verlegt man seinen Wohnsitz länger als 3 Monate oder dauerhaft ins Ausland, kann man auf Grundlage der CEPT-Novice-Amateurfunk-Prüfungsbescheinigung oder der Harmonized Amateur Radio Examination Certificate (HAREC) dort vereinfacht eine Amateurfunkzulassung beantragen, ohne erneut eine Prüfung ablegen zu müssen. Das deutsche Amateurfunkzeugnis der Klasse E ist zugleich eine CEPT-Novice-Amateurfunk-Prüfungsbescheinigung und das Zeugnis der Klasse A ist gleichzeitig eine HAREC-Bescheinigung. + +[question:VB102] +[question:VB103] +[question:VB101] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/funkfernschreiben.md b/contents/sections/funkfernschreiben.md new file mode 100644 index 0000000..22d30f8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/funkfernschreiben.md @@ -0,0 +1,56 @@ +Für die Kommunikation mittels Funkfernschreiben zwischen Amateurfunkstationen gibt es verschiedenste Verfahren. Damit eine Verbindung zustande kommt, müssen beide Kommunikationspartner das gleiche Übertragungsverfahren und die gleichen Parameter verwenden. Das gilt um so mehr, weil nicht jedem Verfahren eindeutige Frequenzbereiche zugeordnet sind. + +%[photo:0:n_funkfernschreiben_telegraphie_20m:Morsetelegrafie, FT8 und FT4 im 20-Meter-Band] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_digimodes:Häufig verwendete Digimodes von K1JT vergrößert im Wasserfalldiagramm] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_olivia:Ausschnitt aus einer Olivia-Aussendung im Wasserfalldiagramm] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_fm:Musterbild FM] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_am:Musterbild AM] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_ft8:Ein FT8-Signal bei 1500 Hz oberhalb der eingestellten Frequenz] +%[photo:0:n_funkfernschreiben_ft8_20m:Mehrere FT8-Signale in einem SSB-Kanal im 20-Meter-Band] + +[question:NE401] + +Die Abwicklung einer Telegrafie-Verbindung erfolgt sowohl bei der Morsetelegrafie als auch mit dem Computer ähnlich wie im Sprechfunk, aber mit bestimmten Abkürzungen. Diese Abkürzungen vereinfachen die Abwicklung und verkürzen die Übertragungsdauer. Es gibt auch die sogenannten Q-Gruppen. Das sind weltweit einheitliche dreibuchstabige Abkürzungen, die immer mit dem Buchstaben Q beginnen. Darauf gehen wir im Kapitel Q-Gruppen und Locator näher ein. + +[question:BB101] + +--- + +Seitlich ist ein üblicher Ablauf einer kurzen Telegrafieverbindung dargestellt. Mit der Tabelle [ref:n_funkfernschreiben_abkuerzungen] kann die Bedeutung dahinter entschlüsselt werden. + + +CQ CQ CQ DE DL2AB DL2AB DL2AB PSE K +> DL2AB DE DL1PZ K +DL1PZ DE DL2AB = UR RST 599 599 = DL1PZ DE DL2AB K +> DL2AB DE DL1PZ = TNX RPRT, UR 479 479 BK +BK QSL = VY 73 DE DL2AB SK +> R 73 DE DL1PZ SK + + + +| l | X | +| Abkz. | Bedeutung | +| BK | Unterbrechung der Sendung; Formlose Übergabe | +| CQ | Allgemeiner Anruf | +| DE | von | +| K | Aufforderung zum Senden | +| PSE | Bitte (vom Englischen "Please") | +| QSL | Ich bestätige den Empfang | +| R | Received (Empfangsbestätigung) | +| RPRT | Rapport (vom Englischen "Report") | +| RST | RST-Rapport | +| SK | Ende der Verbindung (vom Englischen "Silent Key") | +| TNX | Danke (vom Englischen "Thanks") | +| UR | du bist (im Sinne von "dein Signal ist", vom Englischen "you are") | +| VY | sehr (vom Englischen "very") | +| 73 | viele Grüße | +| = | Trennzeichen | +[table:n_funkfernschreiben_abkuerzungen:Betriebliche Abkürzungen in der Telegrafie] + + +Es gibt auch digitale Übertragungsverfahren, bei denen die Abwicklung anders erfolgt. FT8 oder FT4 funktionieren beispielsweise auch bei widrigen Funkbedingungen, also wenn beim Empfänger im Vergleich zum Grundrauschen lediglich eine niedrige Signalstärke erreicht werden kann. Dafür können bei den genannten Verfahren aber nur ganz wenige Zeichen je Sendung übertragen werden. Entsprechend ist die Abwicklung noch kompakter. Andere digitale Verfahren übertragen gar keine Texte, sondern beispielsweise Bilder oder Video, mit an diese Umstände angepasster Betriebsabwicklung. Darauf wird in der Prüfung aber nicht eingegangen. + +[question:BE112] +[question:BB109] +[question:BB110] +[question:BB108] diff --git a/contents/sections/funkhorizont.md b/contents/sections/funkhorizont.md new file mode 100644 index 0000000..c95cfb0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/funkhorizont.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Die Funkwellen im VHF- und UHF-Bereich verhalten sich ähnlich wie das Licht. Das Licht reicht maximal bis zum geografischen (sichtbaren) Horizont. Funkwellen schaffen ca. 15% mehr Reichweite, da sie ein wenig der Erdkrümmung folgen (Abbildung [ref:n_funkhorizont]). Wir sprechen dann vom *Funkhorizont*. + + +[picture:484:n_funkhorizont:Ausbreitung] + + +Für eine zuverlässige Funkverbindung im VHF- und UHF-Bereich und besonders auch auf noch höheren Frequenzen ist meistens eine Sichtverbindung erforderlich. Hohe Gebäude oder Berge können die Funkverbindung beeinträchtigen. Je höher die Antenne ist, umso größer ist die Reichweite. Weit entfernte Stationen erreicht man von einem höheren Berg besser als aus einem Tal oder dem Stadtzentrum. + +[question:NH301] +[question:NH303] +[question:NH302] diff --git a/contents/sections/funkwellen.md b/contents/sections/funkwellen.md new file mode 100644 index 0000000..3e6ea42 --- /dev/null +++ b/contents/sections/funkwellen.md @@ -0,0 +1,17 @@ +Leitet man eine elektrische Schwingung an eine Antenne, dann strahlt diese eine Funkwelle ab. Funkwellen gehören genauso wie das Licht zu den elektromagnetischen Wellen und breiten sich daher mit Lichtgeschwindigkeit aus. Diese beträgt - im sogenannten Freiraum, wo es keine Hindernisse gibt - annähernd 300000 Kilometer pro Sekunde. + +[question:NB301] + +--- + +Funkwellen bestehen aus Wellenbergen und Wellentälern. Je höher die Wellenberge und je tiefer die Wellentäler sind, umso stärker ist das Funksignal. Man spricht in diesem Zusammenhang von der Feldstärke. Die Höhe eines Wellenberges bzw. die Tiefe eines Wellentals nennt man wie bei der elektrischen Schwingung auch hier Amplitude. + + +Elektromagnetische Wellen stellt man gerne als *Momentaufnahme* dar. Momentaufnahmen sehen erstmal genauso aus wie die Oszillogramme, die wir bereits besprochen haben. Sie stellen aber etwas anderes dar! Während man bei einem Oszillogramm die Änderung der Spannung im zeitlichen Verlauf sieht, zeigen Momentaufnahmen nur einen einzigen Zeitpunkt, eben einen Moment. Man kann die Änderung der Feldstärke über die Entfernung ablesen. Es ist genau auf die Beschriftung der horizontalen X-Achse zu achten. Beim Oszillogramm steht dort $t$ für die Zeit (lateinisch tempus), bei der Momentaufnahme steht dort hingegen "Ort". + + + +Man darf sich von der Darstellung der *Momentaufnahme* nicht verleiten lassen zu glauben, dass die elektromagnetische Welle im Raum auf- und abtanzt. Auf der vertikalen Y-Achse ist keine räumliche Auslenkung nach oben oder unten, sondern die Feldstärke dargestellt. Ist die Kurve weiter von der Nulllinie entfernt, ist die Feldstärke größer. + + +[question:NB402] diff --git a/contents/sections/fusspunktimpedanz_1.md b/contents/sections/fusspunktimpedanz_1.md new file mode 100644 index 0000000..8c3bc49 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fusspunktimpedanz_1.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Bei mittengespeisten Dipolen im Freiraum liegt die Speiseimpedanz bei $\qty{73,1}{\ohm}$, also in der Größenordnung von $\qty{50}{\ohm}$ - aber eben nicht exakt! Dies gilt auch bei einer Aufbauhöhe von einer Wellenlänge oder darüber hinaus. + + +[picture:788:e_fusspunktimpedanz_dipol:Fußpolimpedanz eines Dipols in Abhängigkeit von der Aufbauhöhe (Simuliert mit NECPP)] + + +[question:EG207] + +Bei Wechselwirkung mit dem Boden aufgrund geringerer Aufbauhöhe bewegt sich die Speiseimpedanz eines mittengespeisten Dipols im Bereich von $\qty{40}{\ohm}$ bis $\qty{90}{\ohm}$ wie in der Abbildung [ref:e_fusspunktimpedanz_dipol] dargestellt. + +[question:EG208] +[question:EG209] + +Führt man einen Dipol als Faltdipol aus, dann verdoppelt sich aufgrund der in Reihe geschalteten jedoch teilweise parallel geführten Antennenabschnitte die anliegende Spannung und der benötigte Strom halbiert sich. Dies entspricht einer Vervierfachung der Speiseimpedanz. Deshalb hat ein Faltdipol eine Fußpunktimpedanz von $\qtyrange{240}{300}{\ohm}$. + +[question:EG210] + +--- + +Bei einer Groundplane-Antenne hingegen entfällt der eine Dipolschenkel und wird durch eine Erde mit möglichst geringem Widerstand ersetzt. Hier kommt man also auf einen Speisewiderstand von $\frac{73,1 Ω}{2} \approx 37 Ω$, was der Hälfte des Speisewiderstands eines Dipols im Freiraum entspricht. Bei Groundplaneantennen mit um 45° nach unten abgewinkelten Radialen ergibt sich durch zusätzliche Abstrahlung durch die Radiale ein Speisewiderstand von genau 50 Ω, so dass keine weitere Anpassung an übliche Koaxialkabel notwendig wird. Deshalb liegt die Fußpunktimpedanz einer Groundplane zwischen $\qtyrange{30}{50}{\ohm}$. + + +Bei schlechter Erdung oder Wechselwirkung mit dem Erdboden kann sich für eine Groundplane-Antenne auch bei horizontal verlegten Radialen (z. B. auf der Erdoberfläche) ein Speisewiderstand von über 37 Ω ergeben. Der zusätzliche Widerstand ergibt sich dann durch Bodenverluste. + + +[question:EG211] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/fusspunktimpedanz_2.md b/contents/sections/fusspunktimpedanz_2.md new file mode 100644 index 0000000..e7393e9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/fusspunktimpedanz_2.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Wie wir bereits für Klasse E gelernt haben, hat ein horizontaler Dipol, der in der Mitte gespeist wird, ab einer Aufbauhöhe von ungefähr einer Wellenlänge über dem Erdboden etwa den selben Speisewiderstand wie ein Dipol im Freiraum ($73,1 Ohm$). + +% TODO: Automatischer Umbruch nach der Klammer vor der LaTeX-Formelumgebung) wird ermöglicht. Das ist falsch. +% TODO: Frage wurde schon in E behandelt. + +[question:AG211] + +Wenn ein Halbwellendipol oder eine gegenüber Erde erregte $\lambda / 4$-Antenne zu kurz ist, wirkt sie teilweise wie eine Kapazität (Ströme eilen der Spannung zeitlich voraus). Ist sie hingegen zu lang, bekommt die Speiseimpedanz einen induktiven Anteil (Ströme eilen der Spannung zeitlich nach). Nur im Resonanzfall fallen das Spannungs- und Strom-Maximum zeitlich zusammen, entsprechend eines reinen Wirkwiderstandes. + +[question:AG209] +[question:AG210] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/gebuehren_beitraege.md b/contents/sections/gebuehren_beitraege.md new file mode 100644 index 0000000..249d69e --- /dev/null +++ b/contents/sections/gebuehren_beitraege.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Ohne finanzielle Beiträge geht es im Amateurfunk leider nicht. Nach dem TKG und dem EMVG müssen Funkamateure jährliche Beiträge zahlen, die in der Frequenzschutzbeitragsverordnung (FSBeitrV) im Detail festgelegt werden. Die FSBeitrV beschränkt die Zahlung auf Funkamateure mit Zulassung. Die Zahlungsaufforderung erhält man per Gebührenbescheid von der Bundesnetzagentur. + +[question:VE701] + +[question:VE702] + +Neben den laufenden Gebühren fallen weitere Gebühren an, die in der "Besonderen Gebührenverordnung BNetzA (BNetzABGebV)" geregelt sind. Dazu gehören z. B. Gebühren für die Amateurfunkprüfungen und natürlich auch die Gebühr für die Erteilung der Zulassung. + +Wenn man eine Gebühr nicht bezahlt, dann treibt der Staat diese nach dem Verwaltungs-Vollstreckungsgesetz (VwVG) ein. Nach dem Gesetz hat die BNetzA unterschiedliche Vollstreckungsmöglichkeiten. + +[question:VE703] + +[question:VE704] + + + diff --git a/contents/sections/gefahren.md b/contents/sections/gefahren.md new file mode 100644 index 0000000..193b12d --- /dev/null +++ b/contents/sections/gefahren.md @@ -0,0 +1,74 @@ +Damit es nicht zur Schlagzeile *"Funkamateur erleidet gefährlichen Stromschlag beim Senderbau"* kommt, müssen wichtige Regeln beachtet werden. Beim Aufbau einer Funkstation muss man sich an die anerkannten Regeln der Technik halten. [edition:N:Wie wir schon beim Thema Blitzschutz und Potentialausgleich gelernt haben, gibt der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e. V., kurz VDE, Normen heraus, die den jeweils aktuellen Stand der Technik dokumentieren und als anerkannt gelten.][edition:NEA:Der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e. V., kurz VDE, gibt Normen heraus, die den jeweils aktuellen Stand der Technik dokumentieren und als anerkannt gelten.] Diese Regeln dienen dem Schutz von Menschen, Tieren und Sachen. + +%[class:NEA] + +Der VDE, also der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e. V., ist eine weltweit tätige Organisation, in der sich Personen und Unternehmen zusammengeschlossen haben, die in den Bereichen Elektrotechnik, Elektronik oder Informationstechnik tätig sind. Die Organisation verfolgt das Ziel, die Unfallverhütung zu verbessern und das Verantwortungsbewusstsein seiner Mitglieder zu fördern. Dazu werden die VDE-Normen herauszugeben. Es werden aber beispielsweise auch kostenpflichtige Zertifizierungen durchgeführt. + +%[/class] + +[question:VE601] + +--- + +Die Hauptgefahr besteht durch Berührung einer elektrischen Spannung. In der Elektrotechnik spricht man von einer gefährlichen Spannung, wenn diese bei Wechselspannung über 50 V und bei Gleichspannung über 120 V liegt. Diese Grenzen wurden so gelegt, dass es zu keiner lebensbedrohlichen Beeinträchtigung des menschlichen Körpers kommen kann. Wechselspannung wird auch als "AC" (englisch "alternating current") und Gleichspannung als "DC" (englisch "direct current") abgekürzt. + + +Der Grund für die *unterschiedlichen Grenzwerte für Gleich- und Wechselspannung* hängt mit den unterschiedlichen Auswirkungen auf den Körper zusammen: Wechselspannung kann den Herzrhythmus beeinflussen, während es bei Gleichspannung eher zu Verbrennungen kommt. + + +[question:NK301] + +--- + +Bei einer Einwirkung des Stroms auf den Körper kann das Gewebe geschädigt werden. Wie stark die Schädigung ist, hängt von der Stromstärke und Dauer des Stromflusses ab. Auch der Weg, den der Strom durch den Körper nimmt, spielt eine große Rolle. Eine Stromstärke von über 30 mA kann schon zu lebensgefährlichen Schäden führen (siehe Abbildung [ref:n_fehlerstrom]). + + +[picture:681:n_fehlerstrom:Stromschlag / Körperdurchströmung] + + +Stromunfälle können verschiedene Auswirkungen auf den Körper haben: +* *Herzrhythmusstörungen*, Herzkammerflimmern oder Herzstillstand, inbesondere bei einem Stromweg im Brustbereich +* *Verbrennungen*, meist an den Ein- und Austrittstellen des elektrischen Stroms +* *Verkrampfen der Muskulatur* +* *Sekundärunfälle* wie einen Sturz, verursacht durch den hervorgerufenden Schreck oder eine Muskelverkrampfung + + +Die *5 Sicherheitsregeln der Elektrotechnik* sollten für alle Arbeiten an elektrischen Anlagen beachten werden. Diese sollten auch bei Arbeiten an Funkgeräten oder anderen elektrischen Geräten beachtet werden: +1. *Freischalten*, z. B. Gerät ausschalten +2. *Gegen Wiedereinschalten sichern*, z. B. Stecker ziehen +3. *Spannungsfreiheit feststellen*, z. B. mit einem Multimeter messen +4. *Erden und Kurzschließen*, z. B. das Gehäuse und Zuleitungen erden +5. *Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken* (findet bei einzelnen Geräten meist keine Anwendung) + + + +In vielen Geräten sind Kondensatoren verbaut, die hohe Spannungen speichern können. Es können daher auch in abgeschalteten Geräten noch gefährliche Spannungen anliegen! Geräte sollten daher nur geöffnet werden, wenn man genau weiß, was man tut. Im Zweifel sollte man sich von einem erfahreneren Funkamateur oder einer Elektrofachkraft helfen lassen. + + +--- + +%[class:N] +Wie wir schon beim Einbau von Amateurfunkanlagen in Kraftfahrzeuge gelernt haben, kann es im Zusammenhang mit elektrischem Strom auch dazu kommen, dass ein Stromfluß durch die eigentlich nicht-leitende Luft auftritt und es zu einem Lichtbogen mit hohen Temperaturen und sehr hellem Leuchten kommt. Dies wird auch als Störlichtbogen bezeichnet. +%[/class] + +%[class:NEA] + +Ein *Lichtbogen* ist eine elektrische Entladung, also ein Stromfluß, durch die eigentlich nicht-leitende Luft, die mit hohen Temperaturen und einem sehr hellen Leuchten einhergeht. In Folge kann es zu Bränden und zur Schädigung der Augen kommen. + + +Im Falle eines Kurzschlusses kann es schnell zu einem Lichtbogen kommen, der Brände verursachen kann. +%[/class] + +[question:NK303] + +[question:NK302] + +--- + +Erste-Hilfe-Maßnahmen sind in den ersten Minuten entscheidend für die Schwere der Unfallfolgen. Nach einem Stromunfall ist in jedem Fall ein Arzt aufzusuchen, da Herzrhythmusstörungen und Herzkammerflimmern auch noch Stunden nach dem Unfall auftreten können. + + +Ein Arzt kann nach einem Stromunfall beispielsweise mit einem *Elektrokardiogramm (EKG)* überprüfen, ob das Herz unregelmäßig schlägt oder andere Störungen aufweist. + + +[question:NK304] diff --git a/contents/sections/gesetze_vorschriften.md b/contents/sections/gesetze_vorschriften.md new file mode 100644 index 0000000..35359f8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/gesetze_vorschriften.md @@ -0,0 +1,35 @@ + +Man stelle sich mal vor, man ist frisch gebackener Funkamateur und sucht eine DX-Verbindung mit einer Amateurfunkstation auf einem anderen Kontinent. Dann kann diese Verbindung nur zustande kommen, wenn die Stationen in den verschiedenen Regionen der Welt die gleichen Frequenzen nutzen können. Erfreulicherweise gibt es dafür internationale Vereinbarungen. + +Zu den wichtigsten Vereinbarungen, die den Amateurfunk, aber auch andere Funkdienste, international regeln, gehören der internationale Fernmeldevertrag, die sogenannten Radio Regulations (RR), die im Rahmen der Internationalen Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU) beschlossen werden, sowie die Empfehlungen der Europäischen Konferenz der Verwaltungen für Post und Telekommunikation (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT). + +Diese internationalen Vereinbarungen gelten für die Staaten, die Mitglied bei diesen Organisationen sind. Sie werden in nationale Gesetze und Verordnungen übertragen. Diese Vereinbarungen gelten daher nicht direkt für Funkamateure, sondern immer nur ihre Umsetzung in die nationalen Gesetze und Verordnungen des Landes, in dem man sich aufhält. + + +[photo:3:n_gesetze_vorschriften_backstein:Backstein der Backsteinaktion von 1949] + + +--- + +Die deutsche Rechtsgrundlage für den Amateurfunk ist das Amateurfunkgesetz (AFuG). Details sind in der Amateurfunkverordnung (AFuV) sowie in Verfügungen oder Mitteilungen der Bundesnetzagentur zu finden. Neben dem speziellen Amateurfunkrecht gibt es weitere Vorschriften, die neben anderen Bereichen auch den Amateurfunk betreffen. Beispiele dazu sind die CE-Kennzeichnung oder das Fernmeldegeheimnis. + + +Am 15. März 1949 trat das erste Amateurfunkgesetz noch vor dem Grundgesetz der Bundesrepublik Deutschland in Kraft. Es ging die legendäre *"Backsteinaktion"* voraus: Als die Verabschiedung des Gesetzes sich zu verzögern drohte, schickten Funkamateure im Januar 1949 Pakete mit Mauersteinen an Dr. Plünder, den Vorsitzenden des Wirtschaftsrats. Beigefügt wurde jeweils ein Protestbrief, der die Formulierung "dass man sich damit über die schleppende Behandlung der Angelegenheit beschwere" enthielt. + + +Funkamateure können stolz darauf sein, dass der Amateurfunk ein Bestandteil des wichtigsten internationalen Fernmeldevertrages, den Radio Regulations (RR), ist. Dessen allgemeine Regeln gelten für alle Funkdienste, damit auch für den Amateurfunk. + +[question:VA301] + +Während die ITU mit den RR die grundsätzlichen Fragen zum Amateurfunk weltweit behandelt, koordiniert die CEPT die Standards in Europa. Sie hat Empfehlungen zum Inhalt der Amateurfunkprüfung und zur gegenseitigen Anerkennung der Amateurfunkzeugnisse ausgearbeitet. Darüber hinaus gibt es Regeln für Amateurfunkbetriebsrechte während eines kurzfristigen Aufenthaltes in anderen Mitgliedsländern. Dieses Thema haben wir schon ausführlich im Zusammenhang mit dem internationalen Funkbetrieb behandelt. + +Dass die Regeln in den RR oder die Empfehlungen der CEPT kein unmittelbar geltendes Recht in der Bundesrepublik Deutschland ist, haben wir bereits gelernt. Die Regelungen dieser internationalen Vereinbarungen wurden aber beim Amateurfunkgesetz berücksichtigt. Das Amateurfunkgesetz, das eigentlich *Gesetz über den Amateurfunk* heißt, bildet die Rechtsgrundlage für den Amateurfunk in Deutschland. +[question:VC101] + +Der Deutsche Bundestag beschloss im Jahr 1997 das derzeit gültige Amateurfunkgesetz (AFuG). Die aktuelle Amateurfunkverordnung (AFuV) wurde durch den Bundesminister für Digitales und Verkehr in Kraft gesetzt. Die Aufgaben und Befugnisse, die aus dem AFuG und der AFuV erwachsen, nimmt die Bundesnetzagentur (BNetzA) wahr. + +[question:VC104] + +Das Amateurfunkgesetz regelt grundsätzlich den Amateurfunk. In anderen Gesetzen gibt es aber weitere Regeln, von denen einige auch den Amateurfunk betreffen. Dies ist beispielsweise beim *Telekommunikationsgesetz (TKG)* der Fall. + +[question:VE101] diff --git a/contents/sections/gewerblich.md b/contents/sections/gewerblich.md new file mode 100644 index 0000000..767172e --- /dev/null +++ b/contents/sections/gewerblich.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Der Amateurfunk darf nicht wirtschaftlich genutzt werden. Es ist also beispielsweise unzulässig, gegen Geld die Nutzung des Amateurfunks anzubieten oder den Amateurfunk für Absprachen in einem Unternehmen zu benutzen, z. B. als Taxi-Funk. + +[question:VC114] +[question:VC115] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/gleich_und_wechselspannung.md b/contents/sections/gleich_und_wechselspannung.md new file mode 100644 index 0000000..549c25d --- /dev/null +++ b/contents/sections/gleich_und_wechselspannung.md @@ -0,0 +1,25 @@ +Um Frequenz und Funkwellen zu erklären, müssen wir ein klein wenig ausholen und uns kurz mit der elektrischen Spannung beschäftigen. Alle Stoffe, die wir kennen, bestehen aus winzigen Teilchen - Holz, Wasser, Metalle und alles andere, sogar die Luft. Einige dieser Teilchen haben die Eigenschaft, sich gegenseitig anzuziehen oder abzustoßen. Man nennt sie "elektrisch geladen" und teilt sie in die Gruppen "positiv" (Plus) und "negativ" (Minus) ein (Bild [ref:n_frequenz_elektrische_ladungen]). + + +[picture:713:n_frequenz_elektrische_ladungen:Positiv und negativ geladene Teilchen gleichverteilt in einem Gegenstand.] + + +--- + +Gleich geladene Teilchen stoßen sich ab: Plus stößt Plus ab und Minus stößt Minus ab. Unterschiedliche Ladungen ziehen sich hingegen an: Plus und Minus ziehen sich gegenseitig an (Abbildung [ref:n_ladungen]). Weil sich Plus und Minus anziehen, sind die meisten Gegenstände elektrisch ausgeglichen, d. h. sie enthalten gleich viele positive und negative Ladungen. Die Summe ist Null. + + +[picture:710:n_ladungen:Anziehung und Abstoßung von Ladungen] + + +--- + +Man kann Ladungen aber gezielt trennen, z. B. in einer Batterie, einer Solarzelle oder einem Windkraftwerk. Die Ladungen versuchen dann, wieder zusammenzukommen. Es liegt eine elektrische *Spannung* vor. Vorrichtungen, die Ladungen trennen und somit elektrische Spannung bereitstellen, heißen *Spannungsquellen*. Den positiv geladenen Anschluss nennt man Pluspol und den anderen Minuspol. Spannungsquellen können eine unterschiedlich große Spannung aufweisen. Die elektrische Spannung wird in der Einheit Volt mit der Abkürzung V gemessen. + +Sobald man einen elektrischen Verbraucher wie eine Lampe oder einen Computer an die beiden Pole anschließt und einschaltet, können sich die Ladungen bewegen. Es fließt ein elektrischer Strom (Bild [ref:n_frequenz_strom_fliesst]). + + +[picture:714:n_frequenz_strom_fliesst:Die Pole einer Batterie, am Minus-Pol befindet sich ein Überschuss an negativen Ladungen und am Plus-Pol ein Überschuss an positiven Ladungen, die Pole der Batterie sind verbunden, daher kann der Strom durch den Verbraucher fließen.] + + +Es gibt auch Spannungsquellen, bei denen die Pole ständig zwischen positiver und negativer Spannung schwingen, zum Beispiel die Kraftwerke im öffentlichen Stromnetz. Aus der Haushaltssteckdose kommt daher Wechselspannung - im Gegensatz zur Gleichspannung mit Plus- und Minuspol. diff --git a/contents/sections/gleichrichter_1.md b/contents/sections/gleichrichter_1.md new file mode 100644 index 0000000..2bc540f --- /dev/null +++ b/contents/sections/gleichrichter_1.md @@ -0,0 +1,24 @@ + +[picture:666:n_halbleiter_diode_merkhilfe:Merkhilfe Diode] + + +Um aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung zu erzeugen, wird ein Gleichrichter benötigt. Die einfachste Form der Gleichrichtung erfolgt mithilfe einer Diode. Wie wir bereits in der Klasse N gelernt haben, lässt eine Diode den Strom nur in einer Richtung fließen. + +--- + +Diese Eigenschaft der Diode nutzen wir zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung (vgl. Abbildung [ref:e_einweggleichrichter_ue]). Schaltet man einen Lastwiderstand über eine in Reihe geschaltete Diode an eine Wechselspannungsquelle (Schaltung in Abbildung [ref:e_einweggleichrichter]), so leitet die Diode den Strom nur dann, wenn die Anode gegenüber der Kathode positiver ist. In diesem Fall wird die positive Halbwelle der Wechselspannung durchgelassen. + +Während der negativen Halbwelle sperrt die Diode, sodass die Ausgangsspannung in dieser Zeit auf null bleibt (vgl. Abbildung [ref:e_einweggleichrichter_ul]). Da bei dieser Schaltung nur eine Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung genutzt wird, bezeichnet man sie als *Einweggleichrichtung*. + +--- + +[picture:797:e_einweggleichrichter:Einweggleichrichter] +[picture:798:e_einweggleichrichter_ue:Eingangsspannung Einweggleichrichter] +[picture:796:e_einweggleichrichter_ul:Lastspannung Einweggleichrichter] + + +[question:ED304] + +Schaltet man nun zusätzlich einen ausreichend großen Kondensator parallel zum Lastwiderstand, lädt sich dieser während der leitenden Halbwelle schnell über die Diode auf. In der darauffolgenden Halbwelle, in der die Diode sperrt, entlädt sich der Kondensator langsam über den Widerstand. Auf diese Weise wird die pulsierende Spannung geglättet und nähert sich einer Gleichspannung an. + +Neben der Einweggleichrichtung existieren weitere Gleichrichterschaltungen, beispielsweise der Brückengleichrichter. Auf diese Varianten werden wir jedoch erst in der Klasse A genauer eingehen. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/gleichrichter_2.md b/contents/sections/gleichrichter_2.md new file mode 100644 index 0000000..bbba859 --- /dev/null +++ b/contents/sections/gleichrichter_2.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Wie bereits im Kapitel Gleichrichter I gelernt, kann ich mit einer Diode nur die positive Halbwelle durchlassen. Um daraus eine nutzbare Gleichspannung zu erzeugen, benötigt man mindestens noch einen Kondensator. Wie in Schaltung [ref:a_einweggleichrichtung_c] angegeben. + + +[picture:795:a_einweggleichrichtung_c:Einweggleichrichtung mit Kondensator] + + +--- + +Bei der positiven Halbwelle leitet die Diode $D$ und lässt Strom fließen. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator $C_L$ auf den Spitzenwert der Wechselspannung auf. Zum Zeitpunkt der negativen Halbwelle sperrt die Diode $D$ den Strom und der Kondensator $C_L$ entlädt sich über den Lastwiderstand $R_L$. +Somit stellt sich am Lastwiderstand $R_L$ eine pulsierende Gleichspannung $U_L$ ein (vgl. Abb.[ref:a_Restwelligkeit]). Um so größer die Kapazität des Kondensator ist, destso gleichmäßiger wird die Gleichspannung am Lastwiderstand geglättet. + + +[picture:75:a_Restwelligkeit:Welligkeit der Ausgangsgleichspannnung $U_L$] +Die Nulllinie befindet sich am unteren Rand der Darstellung. +% Oszibild von dk1kc einfügen +%TODO Diagramm einfügen +%[picture:75:a_einweggleichrichtung_c_diagramm:Pulsierende Ausgangsspannung $U_L$] + + +Bei der Bemessung von Diode und Kondensator müssen wir jedoch wissen, dass die Trafo-Spannungen als Effektivspannungen ${U}_{Eff}$ angegeben werden. Somit müssen wir die Spitzenspannung $\hat{u}$ vorher bestimmen. + +$\hat{u} = \sqrt{2} \cdot {U}_{Eff}$ + +Wenn an einem Transformator die Spannung ${U}_{a}$ = 15 V angegeben ist, rechnen wir $\hat{u} = \sqrt{2} \cdot {U}_{Eff} = \sqrt{2} \cdot {15} V = {21,21} V $. Somit wird sich ohne Last eine Leerlaufspitzenspannung von ca. 21 V einstellen. + +[question:AD302] + +Bei nachfolgender Frage müssen wir das Übersetzungsverhältniss vom Trafo anwenden, um unsere Ausgangsspannung zu ermitteln. Wir setzten also für die effektive Eingangsspannung ${U}_{Eff}$ ein zwanzigstel der Trafoeingangsspannung von 230 V ein. Von der Spitzenspannung können wir dann die Hälfte der Spannung nochmal addieren um den Sicherheitsaufschlag zu berücksichtigen. + +[question:AD303] + +Für die Lösung der folgenden Aufgabe müssen wir erkennen, dass der Spitzenwert der negativen Halbwelle und die Kondensatorspannung sich addieren und die Diode in Sperrrichtung belasten. Dies ist die höchste Spannung, die an der Diode in Sperrrichtung auftreten kann. +% die größtmögliche Sperrspannung aushalten muss. Da der Kondensator auf die Spannung der positiven Halbwelle aufgeladen wurde, müssen wir die Spannungsdifferenz zw. dem positiven und negativen Scheitelwert annehmen. + +Wir rechnen: ${U}_{sperr} = 2 \cdot \hat{u}$ +Zu berücksichtigen sind dann noch das Übersetzungsverhältnis 5 : 1 des Netztransformators und der Sicherheitsaufschlag von 20 %. +%TODO Simulation einbauen: https://tinyurl.com/22m65xlw + +[question:AD304] + + + Es gibt auch ein Experiment. + + + +Lösungshilfe + +AD 303: +AD 304: + + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/greyline.md b/contents/sections/greyline.md new file mode 100644 index 0000000..c35243e --- /dev/null +++ b/contents/sections/greyline.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Die *Greyline* ist der Bereich der Tag-/Nachtgrenze, also alle Gebiete, die sich zu einer bestimmten Zeit kurz vor oder nach Sonnenauf- und -untergang befinden. Sie stellt einen Ring dar, der um die gesamte Erdkugel führt und in dem besondere Ausbreitungsbedingungen für Kurzwellen herrschen. Denn hier ist die dämpfende Wirkung der D-Region geschwächt oder noch nicht (bei Sonnenaufgang) bzw. nicht mehr (bei Sonnenuntergang) vorhanden, während die brechende Wirkung der E- und F-Regionen noch bzw. schon wirksam ist. + +Damit sind - besonders in der Zeit um die Tag- und Nacht-Gleichen herum - DX-Verbindungen vor allem auf den unteren Kurzwellenbändern und dem 160-Meter-Band möglich, die von Europa aus bis Australien, Neuseeland und in den Pazifik führen können. + +[question:EH213] + + +[include:greyline] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/h_feld.md b/contents/sections/h_feld.md new file mode 100644 index 0000000..e873dad --- /dev/null +++ b/contents/sections/h_feld.md @@ -0,0 +1,65 @@ +Im Jahre 1820 beobachtete der dänische Naturforscher Hans Christian Oerstedt, dass ein auf dem Tisch liegender Kompass abgelenkt wurde, wenn er durch einen Draht in der Nähe einen Strom schickte. Dieser zunächst für einen Gleichstrom beobachtete Effekt liefert die Grundlage für Elektromagneten und Elektromotoren. Man kann ihn mit Hilfe von magnetischen Feldlinien beschreiben - beispielsweise richtet sich eine Kompassnadel entlang dieser Feldlinien aus. + +--- + +Die magnetischen Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter sind stets in sich geschlossen. Fließt ein konstanter Gleichstrom durch einen geraden, gestreckten Leiter, so verlaufen diese magnetischen Feldlinien in Form konzentrischer Kreise um den Leiter herum, wie in Abbildung [ref:e_konzentrisch] gezeigt. + +[question:EB201] + + +[picture:833:e_konzentrisch:Konzentrische magnetische Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter] + + +--- + +Die so genannte *magnetische Feldstärke* hängt sowohl vom erzeugenden Strom $I$ als auch dem Abstand zum Leiter $r$ ab. Für einen sehr langen geraden Leiter im Vakuum gilt: + +$H(r) = \frac{I}{2\cdot\pi\cdot r}$ + + +Aus dieser Gleichung können wir direkt die Einheit der magnetischen Feldstärke ableiten, nämlich $\unit{\ampere\per\meter}$. + + +[question:EA104] + +--- + +Im Inneren einer Zylinderspule ergibt sich im gegensatz zu einem geraden Leiter ein anderes Bild, weil ja jetzt der stromdurchflossene Leiter nicht gerade, sondern schraubenförmig aufgewickelt ist. Ist die Zylinderspule sehr lang verglichen mit dem Durchmesser, ergibt sich im Inneren eine lineare Form der Feldlinien, deren Feldstärke jeweils auch noch gleich ist (also eine konstante magnetische Feldstärke über den Querschnitt der Spule). Ein solches Feld bezeichnen wir als *homogenes magnetisches Feld*. Den Begriff hatten wir schon beim homogenen elektrischen Feld im Innern eines Plattenkondensators kennengelernt. + + +[picture:882:e_h_feld_spule:Magnetische Feldlinien in einer Zylinderspule] + + +[question:EB202] + +Wir müssen aber beachten, dass die magnetischen Feldlinien sich außerhalb der Zylinderstufe schließen, dies führt zu einem *Streufeld*. Das Streufeld können wir verringern, wenn wir die Zylinderspule entlang der Längsachse zu einem Kreis (oder "Toroid") verbiegen, wie z.B. bei einer Ringkernspule wie in Abbildung [ref:e_ringkern] gezeigt. Jetzt können sich die Feldlinien im Innern der Spule selbst schließen. + +--- + +Dabei ist zu beachten, dass sich die magnetischen Feldlinien bei einer Zylinderspule auch außerhalb der Spule schließen. Dadurch entsteht ein sogenanntes Streufeld. Dieses *Streufeld* lässt sich verringern, indem man die Zylinderspule entlang ihrer Längsachse zu einem Kreis (oder "Toroid") formt, wie es beispielsweise bei einer Ringkernspule der Fall ist (vgl. Abbildung [ref:e_ringkern]). In diesem Fall können sich die magnetischen Feldlinien vollständig im Inneren der Spule schließen. + + +[picture:40:e_ringkern:Ringkernspule] + + +[question:EB203] + +Für diese Prüfungsfrage berechnen zunächst den mittleren Umfang eines Rings mit mittlerem Durchmesser $d$. In der Aufgabe ist $d=\qty{2,6}{\centi\meter}$. Dabei bitte die Einheit beachten -- am Besten, wir gehen auf die Grundeinheit m zurück. + +Der mittlere Umfang ($l_m$) ergibt sich aus folgender Beziehung: + +$l_m = \pi \cdot d = \pi\cdot \qty{0,026}{\meter} = \qty{0,082}{\meter}$ + +Das Magnetfeld wird bei $N$ Windungen durch einen Strom erzeugt, der $N$-mal so groß ist, wie der im Leiter fließende Strom $I$. Daher gilt für die magnetische Feldstärke $H$ laut Formelsammlung: + +$H = \frac{N\cdot I}{l_m} = \frac{6 \cdot \qty{2,5}{\ampere}}{\qty{0,082}{\meter}} = \qty{183}{\ampere\per\meter}$ + +--- + +Die Betrachtungen zum magnetischen Feld gelten auch für Wechselstrom. Im Abschnitt zum elektromagnetischen Feld werden wir uns noch näher damit beschäftigen. In einer Antenne fließt ein Wechselstrom, der wiederum ein zeitlich variierendes Magnetfeld zur Folge hat. Wie bereits besprochen, sind magnetische Feldlinien stets in sich geschlossen, vgl. Abbildung [ref:e_vertikalantenne_magnetfeld]. Daraus ergibt sich bereits die richtige Antwort auf diese Frage. + + +[picture:883:e_vertikalantenne_magnetfeld:Magnetfeld an einer Vertikalantenne] + + +[question:EB206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/halbleiter.md b/contents/sections/halbleiter.md new file mode 100644 index 0000000..a80d5c2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/halbleiter.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Kommen wir jetzt zurück zu den Halbleitern. Wie wir schon gelernt haben, sind das Materialien, die nur unter bestimmten Umständen leiten. Halbleiter wie Silizium oder Germanium weisen sowohl Eigenschaften von Leitern als auch von Nichtleitern auf. Die genaue Funktionsweise wird im Ausbildungsmaterial für die Klassen E und A besprochen. + +Das einfachste Bauteil, das aus Halbleitern besteht, ist die *Diode*, die in der Abbildung [ref:n_halbleiter_dioden] gezeigt wird. Die Diode hat die interessante Eigenschaft, dass Strom nur *in einer Richtung* durch sie hindurchfließen kann. + + +[photo:204:n_halbleiter_dioden:Schaltzeichen und Bauformen von Dioden] + + +[question:NC401] + +--- + +Die Anschlüsse einer Diode bezeichnet man als *Anode* und *Kathode*. Ersetzt man in einem Stromkreis einen Draht durch eine Diode, so kann Strom in Richtung von der Anode zur Kathode fließen, aber nicht andersherum. Eine Diode verhält sich wie ein automatischer Schalter: Schließt man den Plus-Pol an die Anode und den Minus-Pol an die Kathode, dann ist der Schalter geschlossen und die Diode leitet. Schließt man aber andersherum den Plus-Pol an die Kathode und den Minus-Pol an die Anode, dann verhält sich die Diode wie ein offener Schalter und leitet nicht. + + +[picture:666:n_halbleiter_diode_merkhilfe:Merkhilfe Diode] + + +Das Ganze kann man sich mit Hilfe der Abbildung [ref:n_halbleiter_diode_merkhilfe] gut merken: Das Symbol der Diode zeigt wie ein Pfeil in die technische Stromrichtung. Die Anschlussnamen Anode und Kathode kann man sich gut merken, indem man das Symbol der Diode um die Anfangsbuchstaben A und K ergänzt. + +[question:NC403] +[question:NC404] +[question:NB703] + +--- + +Eine spezielle Diode ist die Leuchtdiode, oder kurz LED (englisch "light-emitting diode"). Das ist eine Diode, die leuchtet, sobald Strom durch sie hindurchfließt. Das Schaltbild einer LED entspricht der Diode mit zwei zusätzlichen Pfeilen, die das Leuchten andeuten (Abbildung [ref:n_halbleiter_led]). Abgesehen davon, dass die LED leuchtet, verhält sie sich genauso wie jede andere Diode: Sie lässt den Strom nur in einer Richtung hindurchfließen. + + +[photo:205:n_halbleiter_led:Schaltzeichen und Bauformen von LEDs] + + +[question:NC402] diff --git a/contents/sections/halbleiter_2.md b/contents/sections/halbleiter_2.md new file mode 100644 index 0000000..4c61ee1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/halbleiter_2.md @@ -0,0 +1,79 @@ +% Halbleiter II +% DF2DR 2024-08-19 + +Der Grundstoff unserer modernen Welt sind Halbleiternaterialien. Grund genug, sich damit ein wenig eingehender zu beschäftigen. Halbleiter haben eine Kristallgitterstruktur, das heißt, ihre Atome sind periodisch angeordnet. + + +[picture:854:a_silizium_halbleiter:Silizium Halbleiterkristall] + + +Allen Halbleitermaterialien haben zwei Eigenschaften gemeinsam: + +--- + +Es existiert eine *Energiebandlücke*, die eine Folge der periodischen Struktur ist. Das bedeutet, dass Elektronen im Kristall bestimmte Energien nicht einnehmen können. Die höchste Energie, die an Atome gebundene Elektronen haben, nennen wir *Valenzbandenergie*. Da die Elektronen aber alle an Gitteratome gebunden sind, können sie nicht zum Stromfluss beitragen. Es gibt noch weitere Energiezustände, die die Elektronen erreichen können -- sie liegen im *Leitungsband*, das um den Betrag der Bandlücke oberhalb der Valenzbandkante liegt. Elektronen im Leitungsband können zum Stromfluss beitragen, wenn wir eine Spannung an die Halbleiterprobe anlegen. Sie brauchen dazu eine Energie, die größer ist als die Energiebandlücke. Diese Energie können sie in Form von thermischer Energie aufnehmen, weshalb hochreine Halbleiter bei niedrigen Temperaturen sehr gute Isolatoren sind. + +[question:AB104] + + +Die Bandlückenenergie wird durch die chemische Zusammensetzung des Halbleiters bestimmt. Verglichen mit Si hat Ge eine deutlich kleinere, GaAs und InP eine etwas größere und GaN eine viel größere Bandlückenenergie. + + +Silizium (Si) und Germanium (Ge) sind *Elementhalbleiter* (wie übrigens auch Diamant, der kristalliner Kohlenstoff ist. Es gibt aber auch chemische Verbindungen, die Halbleiter sind (*Verbindungshalbleiter*), wie Gallium-Arsenid (GaAs),Indium-Phosphid (InP) oder auch Gallium-Nitrid (GaN). + +--- + +Materialien mit Energiebandlücke werden nur dann als Halbleiter bezeichnet, wenn sie zusätzlich *dotierbar* sind. Ihre Leitfähikeit kann durch gezielte Verunreinigung des hochreinen Hableitermaterials in weiten Grenzen verändert werden. So hat Arsen (As), verglichen mit den Elementhalbleitern, ein Elektron mehr in der äußeren Elektronenschale. Dieses Elektron kann sehr einfach und mit wenig Energie zu einem freien Elekron im Leitungsband werden. So eine Dotierung nennen wir *n-Dotierung*. + + +[picture:855:a_n_dotierung:n-Dotierung] + + +--- + +Was aber passiert, wenn wir den Halbleiter mit einem Material verunreinigen, das in der äußeren Elektronenschale ein Elekron zu wenig hat? Eine solche Elektronenfehlstelle nennen wir ein *Loch*. Da das Atom vorher neutral war, hat die Elektronenfehlstelle eine positive Ladung. Die Löcher können sich ebenfalls im Kristall bewegen und zu einem Stromfluss beitragen. So eine Dotierung nennen wir *p-Dotierung*. + + +[picture:856:a_p_dotierung:p-Dotierung] + + +Zusammenfassend können wir feststellen: +* Die n-Dotierung erzeugt im Halbleiter einen Elektronenüberschuss. +* Die p-Dotierung erzeugt im Halbleiter einen Löcherüberschuss. + +[question:AB105] +[question:AB106] +[question:AB107] + +--- + +Kombiniert man in einem Kristall, aber räumlich getrennt, p-dotierte und n-dotierte Zonnen, so findet in der Kontaktebene ein Ladungsträger-Austausch statt: Elektronen bewegen sich aus dem n-dotierten Gebiet in Richtung p-dotiertes Gebiet, Löcher bewegen sind aus dem p-dotierten Gebiet in Richtung n-dotiertes Gebiet. Diese Ladungsträgerbewegung, die durch die Dichteunterschiede von Elektronen und Löchern hervorgerufen wird, nennen wir Diffusionsstrom. + +Diese Ladungstrennung erzeugt andererseits ein elektrisches Feld mit entgegengesetzter Wirkung, das zu einem Feldstrom führt. Im Gleichgewicht (ohne von außen angelegte Spannung) halten sich die Wirkungen von Diffusion und elektrischem Feld gerade die Waage. Zwischen den p- und n-Zonen entsteht ein Gebiet ohne freie Ladungsträger, die man als *Verarmungszone* oder *Sperrschicht* bezeichnet. Eine solche Struktur stellt eine *pn-Diode* dar. + +[question:AB108] + + +[picture:857:a_pn_uebergang:PN-Übergang] + + +--- + +Jetzt legen wir von außen eine Spannung an, die an dem p-Gebiet (*Anode*) positiver ist als am n-Gebiet (*Kathode*). Die positive Elektrode zieht über die Verarmungszone hinweg Elektronen an und die negative Elektrode Löcher. Die Verarmungszone wird abgebaut, es kommt zu einem Stromfluss. Dies stellt den Betrieb in *Durchlassrichtung* dar. + + +[picture:956:a_pn_uebergang_mit_spannung:PN-Übergang mit externer Spannung] + + +[question:AC402] + +--- + +Drehen wir die Spannung nun um, weitet sich die Verarmungszone aus, der Stromfluss kommt zum Erliegen. Dies ist der *Sperrbetrieb* der Diode. + + +[picture:957:a_pn_uebergang_mit_spannung:PN-Übergang mit externer Spannung] + + + +[question:AB109] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/halbwertsbreite.md b/contents/sections/halbwertsbreite.md new file mode 100644 index 0000000..d4cc33b --- /dev/null +++ b/contents/sections/halbwertsbreite.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Aufgrund der Energieerhaltung gilt: Je höher der Gewinn einer Antenne in einer Richtung, umso niedriger muss der Gewinn in den anderen Richtungen in der Summe sein. Entsprechend haben Antennen mit einem hohen Gewinn oft einen geringen Öffnungswinkel, d. h. bereits bei kleinen Winkeln abweichend von der Hauptstrahlrichtung sinkt der Antennengewinn teils deutlich ab. + +Unter dem *Öffnungswinkel* oder der *Halbwertsbreite* verstehen wir den Winkel innerhalb dessen der Gewinn nicht um mehr als 3 dB, d. h. auf die halbe Strahlungsleistung bzw. auf das $\tfrac{1}{\sqrt{2}} \approx 0,707$-fache der maximalen Feldstärke (also der Feldstärke in Hauptstrahlungsrichtung) abfällt. + +[question:AG219] +[question:AG220] +[question:AG221] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/iaru_bandplan.md b/contents/sections/iaru_bandplan.md new file mode 100644 index 0000000..65465e0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/iaru_bandplan.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Die nationalen Amateurfunkverbände haben sich in der "International Amateur Radio Union" (IARU) zusammengeschlossen. Durch die Zusammenarbeit in der IARU wird ein *weltweit geordnetes Nebeneinander der verschiedenen Betriebsarten auf den Amateurfunkbändern* erreicht. Neben der Interessenvertretung für alle Funkamateure gibt die IARU Bandpläne heraus. Diese enthalten wichtige Empfehlungen der IARU, die von jedem Funkamateur eingehalten werden sollen. + + +Der *DARC* ist als einziger deutscher Verband in der International Amateur Radio Union (IARU) organisiert und vertritt dort die Interessen seiner Mitglieder in der weltweiten Gemeinschaft der Funkamateure. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +[question:BC201] + +Der IARU-Bandplan gliedert sich nach den Amateurfunkbändern. In der Amateurfunkprüfung werden nur die IARU-Bandpläne für das 2 m- und das 70 cm-Band behandelt. Auf diese Pläne und die einzelnen Fragen gehen die beiden folgenden Abschnitte ein. + +Eines ist auf fast allen Bändern übrigens gleich geregelt. Bis auf wenige Ausnahmen ist der für Morsetelegrafie (CW) empfohlene Bereich am Bandanfang. + +[question:BC204] diff --git a/contents/sections/iaru_bandplan_2m.md b/contents/sections/iaru_bandplan_2m.md new file mode 100644 index 0000000..506cbcf --- /dev/null +++ b/contents/sections/iaru_bandplan_2m.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Die Bandpläne teilen ein Band in einzelne Frequenzsegmente auf. Für jeden Frequenzbereich (Spalte 1) werden bevorzugte Übertragungsverfahren (Spalte 3 und 4) ausgewiesen. + + +[photo:102:n_iaru_bandplan_2m:IARU-Bandplan 2 m] + + +Um schnell einen Funkpartner zu finden, kann man einen CQ-Ruf auf der "Anruffrequenz" eines Bandes starten. Diese werden im IARU-Bandplan als *calling* gekennzeichnet. Dabei wird zwischen zwei Übertragungsverfahren unterschieden: +* FM-Sprechfunk ("FM calling") +* Digitale Telefonie ("digital voice calling") + +Bei FM-Sprechfunk handelt es sich um ein analoges Übertragungsverfahren. Digitale Telefonie fasst alle digitalen Übertragungsverfahren für den Sprechfunk zusammen. Den technischen Unterschied zwischen analog und digital sowie zwischen verschiedenen Übertragungsverfahren werden wir noch im weiteren Verlauf des Kurses behandeln. + +[question:BC205] +[question:BC207] + +--- + +Anruffrequenzen sollten grundsätzlich für Anrufe freigehalten werden, d. h. sobald nach einem Anruf eine Verbindung hergestellt wurde, sollte man sich auf eine andere Frequenz verständigen und den Funkverkehr dort fortsetzen. Es bietet sich dafür eine Frequenz aus dem Bereich für FM-Sprechfunk und digitale Telefonie an, der im Bandplan als "FM/Digital Voice" gekennzeichnet ist. + + +Nachdem eine andere Station auf einen CQ-Anruf geantwortet hat, sollte man die Frequenz wechseln und die „Anruffrequenz“ freigeben. + + +[question:BC209] + +Für ein weiteres Übertragungsverfahren, die analoge SSB-Telefonie, ist es ein wenig anders geregelt. Hier ist keine Anruffrequenz vorgesehen, sondern ein sogenanntes Aktivitätszentrum. Damit wird zum einen angedeutet, dass die Frequenz nicht für Anrufe freizuhalten ist, und zum anderen, dass Anrufe auch im Umfeld dieser Frequenz stattfinden sollen. Dafür kann der ganze mit "SSB" gekennzeichnete Bereich genutzt werden. Aktivitätszentren werden im Bandplan als *center of activity* markiert. + +[question:BC211] +[question:BC210] + +Für eine Vielzahl besonderer Anwendungen sind eigene Frequenzbereiche reserviert. Dies Frequenzbereiche sollten bevorzugt für die jeweils vorgesehenen Anwendungen genutzt werden. Es sollte beispielsweise vermieden werden, diese für eine Telefonie-Direktverbindung mit einem Funkamateur aus der Nähe zu verwenden. Häufige Anwendungen sind: +* Satelliten-Up- und Downlink ("satellite uplink", "satellite downlink") +* Baken ("beacons") +* Relaisfunkstellen, Eingabe und Ausgabe ("repeater input", "repeater output") +* Weltraumkommunikation ("space communication") +* Morsetelegrafie ("CW") + +[question:BC214] +[question:BC215] +[question:BC218] +[question:BC217] +[question:BC213] diff --git a/contents/sections/iaru_bandplan_70cm.md b/contents/sections/iaru_bandplan_70cm.md new file mode 100644 index 0000000..1a21d30 --- /dev/null +++ b/contents/sections/iaru_bandplan_70cm.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Entsprechend den Fragen zum 2 m-Bandplan lassen sich auch die folgenden Fragen zum 70 cm-Bandplan beantworten, der ebenfalls als Hilfsmittel bei der Prüfung vorliegt. + + +[photo:103:n_iaru_bandplan_70cm:IARU-Bandplan 70 cm] + + +[question:BC206] +[question:BC208] +[question:BC212] +[question:BC221] +[question:BC222] +[question:BC219] +[question:BC220] diff --git a/contents/sections/impedanztransformation.md b/contents/sections/impedanztransformation.md new file mode 100644 index 0000000..284fa44 --- /dev/null +++ b/contents/sections/impedanztransformation.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Ist der Wellenwiderstand eines Speisekabels nicht identisch mit dem Widerstand der Last, so kann neben der auftretenden Stehwelle auch eine Impedanztransformation erzielt werden. Das heißt, dass eine Signalquelle an einem Ende des Kabels einen anderen Widerstand "sieht" als am anderen Ende des Kabels angeschlossen ist. + +Insbesondere zwei Fälle sind von Bedeutung: Die $\lambda/4$-Leitung zur gezielten Impedanztransformation sowie $\lambda/2$-Leitungen und Vielfache davon, die unabhängig vom Wellenwiderstand keine Impedanztransformation vornehmen. + +Bei einer Leitung, deren elektrische Länge $\lambda/4$ beträgt, werden Wirkwiderstände, die kleiner als der Wellenwiderstand der Leitung sind, zu Widerständen die größer als der Wellenwiderstand der Leitung sind. Umgekehrt werden Wirkwiderstände, die größer als der Wellenwiderstand der Leitung sind, zu Widerständen die kleiner als der Wellenwiderstand sind. Diesen Umstand macht man sich z.B. zunutze, um hochohmige Antennen auf ein niederohmiges System (50 Ohm) anzupassen. + +Bei einer Leitungslänge von $\lambda/2$ hebt sich der Effekt jedoch wieder auf, so dass keine Impedanztransformation auftritt. + +[question:AG412] +[question:AG416] + +Für die folgenden Fragen erinnern wir uns daran, dass ein Halbwellendipol stromgespeist wird (niederohmig) und ein Ganzwellendipol spannungsgespeist wird (hochohmig). + +[question:AG413] +[question:AG414] +[question:AG415] + +Möchte man auf einen bestimmten Widerstandswert transformieren, so ergibt sich der dazu notwendige Wellenwiderstand aus dem geometrischen Mittel aus Lastwiderstand $Z_\mathrm{A}$ und gewünschtem Speisewiderstand $Z_\mathrm{E}$ am anderen Ende des Kabels: + +$Z = \sqrt{Z_\mathrm{E} \cdot Z_\mathrm{A}}$ + +[question:AG417] +[question:AG418] + +--- + +Oftmals werden jedoch auch Spulen und Kondensatoren zur Impedanzanpassung benutzt. Oft zu finden ist das sogenannte Pi-Filter, das neben seiner Wirkung als Tiefpass eine Impedanztransformation zur Folge hat. Entsprechend lässt sich ein solches Pi-Filter auch als Antennentuner benutzen. + + +*Der Name "Pi-Filter"* stammt von der Anordnung der Bauteile im Schaltbild, die an den griechischen Buchstaben $\pi$ erinnert, und hat nichts mit der Kreiszahl $\pi$ zu tun. + + +[question:AG406] diff --git a/contents/sections/innenwiderstand.md b/contents/sections/innenwiderstand.md new file mode 100644 index 0000000..f609b56 --- /dev/null +++ b/contents/sections/innenwiderstand.md @@ -0,0 +1,119 @@ +Ein gutes Labornetzgerät oder auch ein Transveiver-Netzgerät beinhalten eine elektronische Spannungsregelung und eine Strombegrenzung. Die Abbildung [ref:a_vsource_schematic] zeigt ein Ersatzschaltbild einer Spannungsquelle. + +[photo:182:a_vsource_schematic:Ersatzschaltbild Spannungsquelle] + +Wird eine reale Spannungsquelle mit $R_L$ belastet, so sinkt die Klemmenspannung $U_k$. Grund dafür ist der vorhandene Innenwiderstand $R_i$ dieser Spannungsquelle. Da die Quellenspannung $U_q$ im Leerlauf, also ohne Belastung $U_q$=$U_L$ ist, nennt man diese auch Leerlaufspannung. Bleibt die Klemenspannung bei Belastung konstant, dann spricht man von Spannungsanpassung. + +Mit einem Multimeter ist der Innenwiderstand nicht messbar, man kann ihn aber rechnerisch ermitteln. +$R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$ + +(siehe Formelsammlung Seite 234 Mitte links - Stichwort: Innenwiderstand) + +Zur Berechnung werden zwei Belastungsfälle benötigt: +1. Leerlauf; I = 0 A +2. Belastung mit $R_L \ $; $I_L$ =$\frac{U_L}{R_L}$ +Über die Spannungsveränderung ($\Delta U$) an den Klemmen und die Laststromveränderung ($\Delta I$) , kann der Innenwiderstand berechnet werden. + +* Ideale Spannungsquellen sollen einen sehr niedrigen Innenwiderstand $R_i$$\ll$$R_L$ aufweisen, im Idealfall: 0 Ohm, dann bleibt die Ausgangsspannung bei Belastung unverändert. ($\Delta U$ = 0 V); $R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$ = $ \frac {0} {xxx} = 0 \ \Omega$ + +% Kommentar von DK1KC: ungünstige Darstellung : In der Abbildung [ref:a_vsource_kennlinie] kann man erkennen, wie sich $U_k$ zu $I$ in Abhängigkeit vom Innenwiderstand $R_i$ verhält. Bei $R_L$=0 Ohm fließt an den Klemmen ein Kurzschlußstrom $I_k$. + +% todo ungünstige Darstellung [photo:183:a_vsource_kennlinie:Kennlinie einer Konstantspannungsquelle] + +% geändert von DK1KC; vorher: Wir stellen fest das unsere Spannungsquelle einen niedrigen Innenwiderstand hat. + + + +Wechselspannungsquellen, z.B. Sinusgeneratoren besitzen auch einen Innenwiderstand, der an der Ausgangsbuchse angeben ist. +Beispiele: +[photo:292:Sinusgenerator 50 Ohm:Sinusgenerator mit 50 Ohm Innenwiderstand] +[photo:293:Sinusgenerator 200 Ohm:Sinusgenerator mit 200 Ohm Innenwiderstand] + + + +% geändert von DK1KC; vorher: Eine Stromquelle, ist eine Quelle mit einem Quellenstrom $I_q$ und einem dazu parallel liegendem Innenwiderstand $R_i$. In der Abbildung [ref:a_isource_schematic] ist das Ersatzschaltbild dargestellt. + +% todo [photo:184:a_isource_schematic:Ersatzschaltbild Stromquelle] + +% geändert von DK1KC; vorher: Bei einem Kurzschluss am Lastausgang ist $I$=$I_q$ und die Spannung annähernd $U_L$=0 V. Der Stom im Innenwiderstand ist ebenfalls annähernd $I_i$=0 A. Dies liegt daran, dass der $R_i$ bei einer Stromquelle sehr hochohmig sein soll. Daher gilt auch im Leerlauf $I_i$=$I_q$ und der Strom $I$ ist ohne Last 0 A. + + +Betrachtung einer Konstantstromquelle am Beispiel eines Labornetzgerätes + +[photo:298:a_Strombegrenzung:Labornetzgerät mit eingestellter Strombegrenzung auf 500 mA] +Bei Kurzschluss an den Ausgangsklemmen fließt der eingestellte maximale Strom. + +In Labornetzgeräten ist eine Strombegrenzung eingebaut, d.h. übersteigt der Laststrom eine maximale Stromstärke, wird die Klemmenspannung so abgesenkt, dass der Laststrom konstant bleibt. Dies entspricht der Funktion einer Konstantstromquelle. + +$R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$; ($\Delta I$ = "Null" A); $R_i$ = $\frac{\Delta U}{"Null"}$ = "unendlich" $\ \Omega$ +* Ideale Stromquellen sollen einen sehr hohen Innenwiderstand $R_i$$\gg$$R_L$ aufweisen. Idealfall: "unendlich" Ohm, dann bleibt der Laststrom bei Änderung des Lastwiderstandes konstant, deshalb spricht man auch von Stromanpassung. +--- +[question:AB201] + +Soll ein Sender die optimale Leistung an die Antenne abgeben, dann spricht man von Leistungsanpassung. +% ungünstig formuliert (DK1KC)in einer Quelle die gleiche Leistung wie an der Last umgesetzt werden, muss Innen- und Lastwiderstand gleich sein. Wir sprechen bei $R_i$$\gg$$R_L$ von einer Lastanpassung. Dies wird uns bei der Sender- und Antennentechnik nochmal beschäftigen. + +Hierbei gilt: $R_i$ = $R_L$ + + +---- +[question:AG401] + +[picture:937:a_Leistungsanpassung:Optimale Ausgangsleistung bei 50 Ohm Lastwiderstand] + + + +[question:AB202] +[question:AB203] +[question:AB204] + + Lösungshilfe + AG 401: $R_i$ = $R_L$ = 50 Ohm + AB 202: $R_L$ =$R_i$ + AB 203: $R_i$$\ll$$R_L$ + AB 204: $R_i$$\gg$$R_L$ + + + + +|c: Zusammenfassung Innenwiderstand | c: Innenwiderstand | +| Spannungsanpassung bei einer Konstantspannungsquelle| $R_i$ = "sehr niederhohmig" ; theoretisch $0\ \Omega$; $R_i$$\ll$$R_L$ identisch mit $R_L$$\gg$$R_i$| +|Stromanpassung bei einer Konstantstromquelle|$R_i$ = "sehr hochohmig" ; $R_i$$\gg$$R_L$ identisch mit $R_L$$\ll$$R_i$ | +| Leistungsanpassung bei Verstärkern| $R_L$ = $R_i$| +[table:a_Innenwiderstand Zusammenfassung:Zusammenfassung zum Innenwiderstand] + + + +--- + +Nun wollen wir einmal anhand eines Beispieles den Innenwiderstand einer Gleichspannungsquelle berechnen. +[question:AB206] + +Die Leerlaufspannung $U_L$, also ohne Belastung unseres Netzteils, beträgt 13,5 V. Dabei fließt kein Laststrom $I_L$. Beim Senden mit unserem Funkgerät wird ein Strom $I_L$ von 0,9 A abgegeben und die Ausgangsspannung $U_L$ sinkt nun, wegen des Innenwiderstandes, auf 12,4 V ab. + +$R_i$ = $\frac{\Delta U_L}{\Delta I_L}$ = $ \frac {13,5\ V - 12,4\ V}{0,9\ A - 0\ A} $ = $ \frac {1,1\ V}{0,9\ A}$ = $1,22 \ \Omega$ Dieser Wert ist in der Praxis noch zu hoch. +Praxisnäher sind die Ergebnisse der folgenden Aufgaben. + +--- +[question:AB205] + + +Hier ist der Laststrom $I_L$ zuerst zu berechnen! +$I_L = \frac{U_L}{R_L}$ + + + +[question:AB207] + +--- +[question:AB208] + + + Lösungshinweis: +AB 205: $I_L=\frac{U_L}{R_L}$ = $ \frac {4,8\ V}{1,2\ \Omega}$ = 4 A + $R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$ = $ \frac {5,0\ V - 4,8\ V}{4\ A - 0\ A} $ = $ \frac {0,2\ V}{4\ A}$ = $0,05 \ \Omega$ = $50 \ m\Omega$ +AB 206: siehe Beispielrechnung +AB 207: $R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$ = $ \frac {13,5\ V - 13,0\ V}{2,0\ A - 0\ A} $ = $ \frac {0,5\ V}{2,0\ A}$ = $0,25 \ \Omega$ = $250 \ m\Omega$ +AB 208: $R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$ = $ \frac {13,8\ V - 13,6\ V}{20,0\ A - 0\ A} $ = $ \frac {0,2\ V}{20,0\ A}$ = $0,01 \ \Omega$ = $10 \ m\Omega$ + + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/integrierte_schaltkreise.md b/contents/sections/integrierte_schaltkreise.md new file mode 100644 index 0000000..fe70e88 --- /dev/null +++ b/contents/sections/integrierte_schaltkreise.md @@ -0,0 +1,60 @@ +Integrierte Schaltungen sind komplexe Schaltungen, die auf einem Halbleitersubstrat realisiert sind. Sie sind damit eine wesentliche Erleichterung für den Aufbau von elektronischen Schaltungen. + +Als spezielle Klasse der Integrierten Schaltkreise gibt es die Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). Sie vereinen dabei sowohl aktive wie auch passive Bauelemente auf dem gleichen Substrat. Diese werden typischerweise für eine Ein- und Ausgangsimpedanz von 50 Ohm ausgelegt. Mit ihnen ist eine hohe breitbandige Verstärkung mit wenigen Bauteilen möglich. + +[question:AC601] +[question:AC602] +[question:AC603] +[question:AC604] + +--- + +Zur Berechnung der Aufgaben aus der Prüfung ist es wichtig, die bestehende Schaltung aus Abbildung [ref:a_mmic] ein bisschen zu analysieren. + +Der optimale Arbeitspunkt eines MMICs wie in dieser Schaltung, wird über die Einstellung eines Vorwiederstandes $R_\text{BIAS}$ realisiert, der mit einer Betriebsspannung $U_\text{CC}$ versorgt wird. Aus Sicht der Betriebsspannung (einer Gleichspannung), können die Kondensatoren $C_1$, $C_2$ und $C_3$ als Isolatoren betrachtet werden. Über ihnen fällt keine Spannung ab. + +Das bedeutet, dass aus Sicht der Betriebsspannung der Anschluss 2 und Anschluss 4 des MMICs auf Masse liegt, der Anschluss 1 ist offen. + + +[picture:773:a_mmic:MMIC-Schaltung] + + +% TODO Gleichspannungs-Ersatzschaltbild für das Bild aus der Aufgabe AF427 + +Daraus wiederum lässt sich ableiten, dass die Betriebsspannung vollständig über den beiden Bauelementen des Vorwiderstands $R_\text{BIAS}$ und des MMICs abfällt. + +Abhängig von der Aufgabenstellung kann man bei dem gegebenen Spannungsabfall über dem MMIC den Spannungsabfall über dem Vorwiderstand $R_\text{BIAS}$ berechnen. Damit lässt sich dann, bei gegebenem Widerstand, der Strom berechnen, der durch die Schaltung fließt. Der selbe Strom fließt auch durch den MMIC. Damit lässt sich dort dann zum Beispiel auch die thermische Verlustleistung berechnen. + +[question:AF425] +[question:AF426] +[question:AF427] + +% Eine wesentliche Erleichterung bei dem Aufbau von elektronischen Schaltung +% ist die Verwendung von integrierten Schaltungen. +% Eine integrierte Schaltung enthält in einem Gehäuse eine komplexe elektronische Schaltung, +% die auf einem Chip hergestellt wurde. + +% "Zusatzinfo" Praktische Anwendungen: +% Operationsverstärker: siehe Abschnitt ... +% Niederfrequenzverstärker: siehe Abschnitt ... +% Mikrowellenverstärker MMIC: siehe Abschnitt ... +% Kombinierte Mischer- und Oszillatorschaltung: siehe Abschnitt ... +% Komplette Empfänger: siehe Abschnitt ... +% Digitale Schaltkreise: siehe Abschnitt ... +% PLL-Schaltungen: siehe Abschnitt ... + +% Durch wenige externe Bauteile kann z.B. ein Audioverstärker, ein Oszillator mit Mischer oder sogar ein kompletter % Kurzwellenempfänger realisiert werden. +% Bild eines IC mit Typenbezeichnung und Blockschaltbild z.B. LM386 +% Für Frequenzen ab ca. 100 MHz werden sogenannte Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) eingesetzt. +% Bild MMIC MSA 0686 oder ERA 3 +% Hierbei handelt es sich um einen Verstärker. der breitbandig den Frequenzbereich von 100 MHz bis 2 GHz um 20dB verstärken kann +% und eingangs- und ausgangsseitug für 50 Ohm Last angepasst ist. +% Es muss lediglich der Strom für den Arbeitspunkt laut Datenblatt eingestellt werden, damit der MMIC auch nicht % thermisch überlastet wird. +% Dazu ist bei vorgegebener Betriebsspannung ein Widerstand und dessen elektrische Belastung zu berechnen. + +% Da der MMIC ein Gehäuse für SMD-Technik besitzt, ist es notwendig, auch die äußere Beschaltung in SMD- Technik auszuführen. +% Der Gesamtaufbau des Verstärkers wird so deutlich kleiner sein als früher in diskreter Schaltungstechnik. +% Bild Vergleich diskrete Schaltung und MMIC + + + diff --git a/contents/sections/intermodulation_kreuzmodulation.md b/contents/sections/intermodulation_kreuzmodulation.md new file mode 100644 index 0000000..21c3e11 --- /dev/null +++ b/contents/sections/intermodulation_kreuzmodulation.md @@ -0,0 +1,22 @@ +In einem Empfänger, an dessen Eingang zwei starke HF-Signale anliegen, können Störungen durch Intermodulation oder Kreuzmodulation verursacht werden. +Bei Intermodulation äussert sich dieser Effekt so, dass durch nichtlineares Verhalten der Empfängerstufe (Betrieb im nichtlinearen Grenzbereich), ähnlich wie in einem Mischer, zusätzliche unerwünschte Frequenzen erzeugt werden. Diese können erwünschte Empfangssignale überlagern und stören. +Bei Kreuzmodulation äussert sich dieser Effekt so, dass das gewünschte Empfangssignal durch die Modulation eines starken frequenzmäßig benachbarten AM-Signals beeinflusst wird. Hierdurch wird die Modulation des benachbarten Senders im Empfangssignal hörbar und stört dieses. + +[question:AF217] +[question:AF219] +[question:AF222] +[question:AF218] + +Um ein starkes unerwünschtes Signal bereits vor dem Empfängereingang zu unterdrücken kann beispielsweise ein Saugkreis, welcher auf die exakte Frequenz des störenden Signals abgestimmt wird vor dem Empfängereingang für Abhilfe sorgen. + +[question:AF223] + +Die Großsignalfestigkeit eines Empfängers kann durch den sog. Intercept Point IP3 beschrieben werden. Er ist ein Maß für den Punkt an dem unerwünschte Mischprodukte 3. Ordnung den Ampltudenwert des Eingangssignales erreichen. Je höher der IP3 eines Empfängers ist, desto größere Signale kann dieser noch störungsfrei verarbeiten. + +%TODO: Weitere Informationen zu IP3 ggf. Tipp, Grafik zu IP3 + +[question:AF221] + +Um das Entstehen von unerwünschten Mischprodukten im Empfängereingang durch starke Signale zu verringern kann ein schaltbares Dämpfungsglied (Attenuator) am Empfängereingang vorgeschaltet werden. Hierdurch werden Intermodulationsprodukte sowie Kreuzmodulation im Empfänger verringert. Das Nutzsignal wird hierbei nur um den Faktor des Dämpfungsgliedes reduziert - störende Mischprodukte werden jedoch aufgrund der mathematischen Gegebenheiten beim Mischprozess um den Faktor 1000 (3. Ordnung) abgeschwächt. Beispielsweise reduziert ein 10dB Dämpfungsglied das Nutzsignal nur um 10dB während unerwünschte Mischprodukte bereits um 30dB gedämpft werden. + +[question:AF220] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/internationale_landeskenner.md b/contents/sections/internationale_landeskenner.md new file mode 100644 index 0000000..145351d --- /dev/null +++ b/contents/sections/internationale_landeskenner.md @@ -0,0 +1,81 @@ +Wie wir im Kapitel Amateurfunkstationen erklärt haben, kann man im Funkbetrieb anhand des Präfixes erkennen, aus welchem Land ein Funkpartner kommt. Eine detaillierte Liste mit allen Landeskennern findet sich in der Landeskennerliste der [ITU](https://50ohm.de/itu), Amateurfunkhandbüchern, dem Internet und in diversen Rufzeichenlisten. In der Abbildung [ref:n_internationale_landeskenner_eu] sind die wichtigsten Landeskenner in Europa zusammengestellt. Blau markierte Länder kommen im Fragenkatalog vor. Die anderen Länder dienen als Hintergrundwissen. + + +[picture:656:n_internationale_landeskenner_eu:Landeskenner in Europa] + + +--- + +Die Landeskenner benötigt man im Laufe des Amateurfunklebens immer wieder. So mancher Funkamateur hat sich für die einzelnen Präfixe Eselsbrücken gebaut, um sich die Landeskenner besser merken zu können. In der Tabelle [ref:n_europaeische_landeskenner_eselsbruecken] finden sich die europäischen Landeskenner mit den zugehörigen Ländern. Die Tabelle [ref:n_internationale_landeskenner_eselsbruecken] zeigt weitere außereuropäische Landeskenner. Für einige gibt es auch oft genutzte Eselsbrücken. Wenn man sich die hervorgehobenen Landeskenner gut merkt, kann man mit dem Ausschlussverfahren alle Fragen im Fragenkatalog über die Landeskenner beantworten. + + +| l: Landeskenner | l: Eselsbrücke | X: Land | +| *CT* | CosTa (Küste) | Portugal | +| *DA-DR* | | Deutschland | +| *EA* | EspaniA | Spanien | +| EI | | Irland | +| *EM* | | Ukraine | +| ES | | Estland | +| EU | | Belarus | +| F | Frankreich | Frankreich | +| G | Großbritannien | Vereintes Königreich | +| HBØ | Hohe Berge (klein) | Liechtenstein | +| HB9 | Hohe Berge (groß) | Schweiz | +| HV | Heiliger Vater | Vatikan | +| I | | Italien | +| LA | LAchse (Links Außen) | Norwegen| +| LX | | Luxemburg | +| LZ | | Bulgarien | +| OE | OEsterreich | Österreich | +| OH | Oben Hinten | Finnland | +| OK | | Tschechien | +| OM | | Slowakei | +| ON | | Belgien | +| *OZ* | Oberer Zipfel | Dänemark | +| PA | | Niederlande | +| S5 | | Slowenien | +| *SM* | Schwedische Möbel | Schweden | +| *SP* | Schönes Polen | Polen | +| SV | | Griechenland | +[table:n_europaeische_landeskenner_eselsbruecken:Europäische Landeskenner und Eselsbrücken] + + + +| l: Landeskenner | l: Eselsbrücke | X: Land | +| *BY* | bezahle in Yuan | China | +| CE | | Chile | +| DS-DT | | Südkorea | +| DU-DZ | | Philippinen | +| EK | | Armenien | +| *JA* | JApan | Japan | +| *K*, *W*, N, AA-AL | Keiner Will Nach Amerika | USA | +| LU | Links Unten | Argentinien | +| *PY* | "Pyranhas" | Brasilien | +| *VE* | Viele Elche | Kanada | +| VK | Viele Kängurus | Australien | +| *VU* | | Indien | +| *XE* | mEXiko | Mexiko | +| *ZL* | Zea-Land | Neuseeland | +| ZS | | Südafrika | +| 4X | | Israel | +[table:n_internationale_landeskenner_eselsbruecken:Weitere Landeskenner und Eselsbrücken] + + +[question:BD301] +[question:BD314] +[question:BD311] +[question:BD304] +[question:BD307] +[question:BD303] +[question:BD305] +[question:BD306] +[question:BD308] +[question:BD310] +[question:BD302] +[question:BD312] +[question:BD313] +[question:BD316] +[question:BD318] +[question:BD317] +[question:BD309] +[question:BD315] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ionosphaere.md b/contents/sections/ionosphaere.md new file mode 100644 index 0000000..420c6e8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ionosphaere.md @@ -0,0 +1,34 @@ +Im oberen Teil der Erdatmosphäre befindet sich die *Ionosphäre*. Sie hat großen Einfluss auf die Funkwellenausbreitung im Kurzwellenbereich. + +Durch die Strahlung der Sonne werden in der Ionosphäre elektrisch geladene Teilchen erzeugt. An diesen elektrisch geladenen Teilchen werden elektromagnetische Wellen gebrochen (refraktiert) und dadurch zur Erde zurückgelenkt (Abbildung [ref:n_ionosphaere]). So können im Kurzwellenbereich große Reichweiten erzielt und weltweite Funkverbindungen möglich werden. An der Ionosphäre gebrochene Funkwellen werden als Raumwelle bezeichnet - im Gegensatz zur Bodenwelle, die der Erdkrümmung folgt, aber meist nicht so weit reicht wie die Raumwelle. + + +[picture:732:n_ionosphaere:Brechung an der Ionosphäre] + + +[question:NH101] +[question:NH102] + +--- + +Die Ausbreitungsbedingungen unterliegen einem täglichen und jahreszeitlichen Wechsel. Einen wesentlichen Einfluss auf die Kurzwellenausbreitung hat der elfjährige Sonnenzyklus. Zum Höhepunkt des Zyklus treten besonders viele sogenannte Sonnenflecken auf (Abbildung [ref:n_ionosphaere_sonnenflecken].) Die Sonne stößt dann besonders viel elektromagnetische Strahlung und Materie aus und nimmt starken Einfluss auf die Ionosphäre und somit die Funkbedingungen. + + +[picture:729:n_ionosphaere_sonnenflecken:Die Anzahl der Sonnenflecken, die über den elfjährigen Sonnenzyklus schwankt] + + +[question:NH201] + +--- + +Bei Funkbetrieb auf Kurzwellenbändern kann es dazu kommen, dass eine sogenannte *Tote Zone* entsteht. Damit sind Entfernungen gemeint, die für die Bodenwelle zu weit weg und für die Raumwelle zu nah sind (Abbildung [ref:n_ionosphaere_tote_zone]). Dies führt häufig dazu, dass man von einer laufenden Funkverbindung nur eine der beteiligten Stationen hören kann, weil sich die andere in der Toten Zone befindet. Dadurch kann zunächst der falsche Eindruck entstehen, dass eine Frequenz frei ist. + + +[picture:741:n_ionosphaere_tote_zone:Die Tote Zone, die für die Bodenwelle zu weit weg und für die Raumwelle zu nah ist.] + + +[question:BE106] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ionosphaere_2.md b/contents/sections/ionosphaere_2.md new file mode 100644 index 0000000..730a02e --- /dev/null +++ b/contents/sections/ionosphaere_2.md @@ -0,0 +1,74 @@ +Mit den Grundlagen zur Ionosphäre, Sonnenfleckenaktivität und der sogenannten „Toten Zone“ haben wir uns bereits in den Prüfungsfragen zur Klasse N beschäftigt. In der Klasse E werden diese Themen nun weiter vertieft und um zusätzliche Aspekte der Wellenausbreitung ergänzt. + +Die von der Sonne kommende Strahlung schlägt Elektronen aus den Sauerstoff- und Stickstoff-Atomen und -Molekülen der Hochatmosphäre (*Ionisation*). Diese freien Elektronen werden von Funkwellen geeigneter Frequenz zum Schwingen angeregt; das führt letztlich dazu, dass diese Wellen in Richtung Erdoberfläche gebrochen werden. Wie in Abbildung [ref:e_wellenausbreitung_refraktion] zu erkennen ist, erweckt die durch Refraktion – also Brechung – verursachte Richtungsänderung der Funkwellen den Eindruck, sie würden reflektiert. + +[question:EH101] + +Dieser Prozess verleiht insbesondere der Kurzwelle ihre einzigartigen Fähigkeiten. Dabei bestimmt die Dichte dieser freien Elektronen, welche Frequenzen noch gebrochen werden können: Je höher die Dichte, desto höher die Frequenz. Daher brauchen wir für die oberen Kurzwellenbänder hohe Ionisation und damit ein hohes Maß an der dafür notwendigen Sonnenstrahlung. Deshalb ist insbesondere während des Sonnenfleckenmaximums das 10-Meter-Band (28,0–29,7 MHz) tagsüber besonders gut nutzbar – und das selbst bei geringer Sendeleistung. + + +[picture:865:e_wellenausbreitung_refraktion:Refraktion an Schichten der Ionosphäre] + + +[question:EH219] + +Andererseits wollen diese freien Elektronen sich sofort wieder mit den Atomrümpfen zu neutralen Atomen verbinden (*Rekombination*) und verlieren dadurch die brechende Wirkung. Nachdem im Sonnenlicht ständig ionoisiert und dann wieder rekombiniert wird, stellt sich in bestimmten Höhen ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Vorgängen ein. Diese Gebiete werden als *Regionen* bezeichnet (manchmal auch als "Schichten"). + +--- + +Für den Kurzwellenbereich sind insbesondere drei Regionen der Ionosphäre von Bedeutung: die D-, E- und F-Region, wie in den Abbildungen [ref:e_wellenausbreitung_refraktion] und [ref:e_schichten_jahreszeiten] dargestellt. Für die Prüfungsfragen der Klasse E ist lediglich ein grundlegendes, qualitatives Verständnis dieser Regionen erforderlich. Dabei sollte man wissen, dass sich die für die Kurzwellen-Fernausbreitung (DX) besonders wichtigen F-Regionen der Ionosphäre in einer Höhe von etwa 130 bis 450 Kilometern befinden. Erst in der Klasse A müssen auch die genauen Höhenlagen der einzelnen Regionen für Tag und Nacht benannt werden können. + +[question:EH102] + + +[picture:874:e_schichten_jahreszeiten:Regionen in Abhängigkeit von der Jahres- und Tageszeit] + + +**D-Region** + +Die niedrigste der Drei ist die *D-Region* in etwa 50 bis 90 km Höhe. Hier ist allerdings die Gasdichte noch so hoch, dass die zum Schwingen angeregten Elektronen schnell mit anderen Teilchen kollidieren. Dadurch verliert die Funkwelle Energie. Die D-Region *dämpft* also diese Wellen, bis hin zur völligen Auslöschung. Dieser Effekt wird mit steigender Frequenz geringer und ist oberhalb etwa 10 MHz nicht mehr bedeutend. + +Wenn nach Sonnenuntergang keine Strahlung von der Sonne mehr kommt, rekombinieren die Elektronen unmittelbar und die D-Region löst sich praktisch auf. Deswegen sind die unteren Kurzwellenbänder, z.B. 80 m oder 160 m, (genauso wir die Lang- und Mittelwelle) tagsüber weitgehend leer, denn dann können sich die Funkwellen nur über die Bodenwelle ausbreiten, weil die Raumwelle von der D-Region quasi verschluckt wird. + +[question:EH210] +[question:EH105] + +--- + +**E-Region** + +In 90 bis 130 km Höhe schließt sich die *E-Region* an, welche wir schon in den Prüfungsfragen zur Klasse N kennen gelernt haben. Sie bricht unter normalen Umständen schräg einfallende Funkwellen bis etwa 10 MHz, mit einem Sprung können dabei etwas mehr als 2000 km überbrückt werde. Auch die E-Region löst sich nach Sonnenuntergang binnen weniger Minuten auf. + +In dieser Region findet sich in den gemäßigten Breiten vor allem in den Sommermonaten ein besonderes Phänomen, die *sporadische E-Schicht* (kurz *Es*). Sie besteht aus meist kleinräumigen, sehr stark ionosierten Bereichen und ist in der Lage, Funkwellen viel höherer Frequenz zu brechen, bis hinauf in das 2-Meter-Band. + + +[picture:733:e_sporadic_e:Refraktion (Brechung) von Funkwellen an stark ionisierten Bereichen der E-Schicht] + + +[question:EH106] + +--- + +**F-Region** + +Darüber findet sich schließlich die *F-Region*, die sich tagsüber zudem in die F1- und die darüberliegende F2 Region aufspaltet. Letztere kann sich bis in eine Höhe von 450 km ausdehnen und ist für die Kurzwellenausbreitung am bedeutsamsten. Denn zum einen erlaubt es ihre größere Höhe, mit einem Sprung Distanzen von bis zu 4000 km zu überbrücken. Zum anderen sorgt die geringe Gasdichte in diesen Höhen dafür, dass es sehr lange dauert, bis freie Elektronen wieder ein Ion finden, mit dem sie zu einem neutralen Atom bzw. Molekül rekombinieren können. Deswegen gibt es dort immer genügend freie Elektronen, um Kurzwellen zu brechen. Ihre Anzahl und damit Dichte nimmt aber bei zurückgehender Sonneneintrahlung ab und damit auch die gerade noch zurückgebrochene Frequenz. Daher schließen die oberen Bänder als erstes. + +[question:EH103] + +Nachdem die E-Region nachts nicht mehr vorhanden ist, verläuft dann der gesamte Langstrecken-Funkverkehr über die F-Region. + +[question:EH104] + +--- + +Zur Ionisation wird Strahlung im extremen Ultraviolett- sowie im Röntgenbereich benötigt. Die Intensität dieser Strahlung, die von der Sonne erzeugt wird, unterliegt mehreren Zyklen. Der bedeutendste davon — wie wir bereits in den Prüfungsfragen zur Klasse N gelernt haben — ist der etwa elfjährige Sonnenzyklus (vgl. Abbildung [ref:e_ionosphaere_sonnenflecken]). + + +[picture:729:e_ionosphaere_sonnenflecken:Die Anzahl der Sonnenflecken, die über den elfjährigen Sonnenzyklus schwankt] + + +[question:EH107] + +Während des Aktivitätsmaximums erreicht die Sonnenaktivität ein besonders hohes Niveau und führt zu einer ausgeprägten Ionisation der F-Region. Deshalb können dann alle oberen Kurzwellenbänder und teilweise sogar das 6-Meter-Band für DX-Verbindungen genutzt werden, währenddessen im Aktivitätsminimum die Frequenzbänder oberhalb des 20-Meter-Bandes (z.B. 10 m) meist nicht nutzbar sind. + +[question:EH205] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ionosphaere_3.md b/contents/sections/ionosphaere_3.md new file mode 100644 index 0000000..996da94 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ionosphaere_3.md @@ -0,0 +1,46 @@ +Mit den Grundlagen zur Ionosphäre, der Sonnenfleckenaktivität, der sogenannten „Toten Zone“ sowie den wichtigsten ionosphärischen Regionen haben wir uns bereits in den Prüfungsfragen zur Klasse N und E beschäftigt. Das grundlegende Prinzip dabei war, dass die von der Sonne ausgesandte UV-Strahlung Moleküle in der Ionosphäre ionisiert. + +[question:AH101] + +In den Prüfungsfragen der Klasse E wurden die wichtigsten Regionen der Ionosphäre – die D-, E- und F-Region – sowie ihre Eigenschaften bereits vorgestellt. In der Klasse A ist es nun zusätzlich wichtig zu wissen, in welchen Höhenbereichen sich diese Regionen in der Erdatmosphäre befinden. Abbildung [ref:a_schichten_jahreszeiten] zeigt diese wichtigen Höhenangaben die man sich gut einprägen muss. Dabei ist auch die Abhängigkeit von Tageszeit und Jahreszeit zu berücksichtigen. + +[question:AH103] +[question:AH104] +[question:AH105] +[question:AH106] +[question:AH108] + + +[picture:874:a_schichten_jahreszeiten:Mögliche höhen der Regionen in Abhängigkeit von der Jahres- und Tageszeit] + + +Diese Abhängigkeit von der Tageszeit hat eine große Auswirkung auf die Ausbreitung unserer Funkwellen. Im Sonnenfleckenmaximum funktioniert das 10-Meter-Band auch tagsüber gut. Im Sonnenfleckenminimum dagegen ist das 10-Meter-Band tagsüber kaum nutzbar. Deshalb wird in dieser Zeit für Weitverbindungen tagsüber häufig auf das 20-Meter-Band zurückgegriffen. + +[question:AH202] + +Ein Band, das eigentlich fast immer gut und zuverlässig funktioniert, ist das 40-Meter-Band, das genauso wie das 20-Meter-Band der Klasse A vorbehalten ist. Gerade für innerdeutsche Weitverbindungen, zum Beispiel von Hamburg nach München, zeigt es eine sehr verlässliche Performance. + +[question:AH201] + +Tagsüber sind aufgrund der stark ionisierten D-Schicht das 80- und das 160-Meter-Band kaum nutzbar, doch sobald die Sonne untergeht, ermöglichen auch diese Bänder eine zuverlässige Kommunikation. Mit dem 40-Meter-Band sind sogar noch größere Reichweiten möglich, da die Ausbreitung dann ausschließlich über die höhere F2-Schicht erfolgt und nicht mehr durch die niedrigere F1-Schicht. Letztere führt aufgrund ihrer geringeren Höhe zu kürzeren Sprungdistanzen und ist deshalb meist unerwünscht. + + +[question:AH203] +[question:AH221] +[question:AH107] + +--- + +Zur Messung der Sonnenaktivität gibt es zwei verbreitete Methoden: Die Zählung der Sonnenflecken (für die wir seit Mitte des 18. Jahrhunderts zuverlässige Werte haben) und die Messung des solaren Flux, der Strahlung der Sonne auf 2,8 GHz (Wellenlänge von 10,7 cm), die seit Mitte des 20. Jahrhunderts durchgeführt wird. Beide Angaben korrelieren stark miteinander. Der solare Flux ist weniger sprunghaft und reicht von etwa 65 im Aktivitätsminimum bis über 300 bei sehr starken Maxima. Fluxwerte über 100 führen zu einem stark erhöhten Ionisationsgrad in der Ionosphäre und zu einer erheblich verbesserten Fernausbreitung auf den höheren Kurzwellenbändern. + + +[picture:988:a_flux:Solarer Flux und Anzahl der Sonnenflecken von 2005 bis 2025] + + +[question:AH102] + +Ein weiterer Aspekt, der bei der Refraktion an den genannten Regionen eine Rolle spielt, ist die Polarisation. Die Polarisation einer elektromagnetischen Welle verändert sich bei der Raumwellen-Ausbreitung insbesondere durch Faraday-Rotation, Reflexionsphänomene in der Ionosphäre und Multipath-Effekte. Dies führt dazu, dass die empfangene Polarisation oft nicht mehr der ursprünglich ausgesendeten entspricht. + +[question:AH219] + + diff --git a/contents/sections/iq_verfahren.md b/contents/sections/iq_verfahren.md new file mode 100644 index 0000000..10a9a2c --- /dev/null +++ b/contents/sections/iq_verfahren.md @@ -0,0 +1,27 @@ +% TODO neu formulieren +% Idee DL9MJ: Beispiel mit Bild je ein Bit in I und Q und wie das Signal für 00, 01, 10, 11 aussieht + +QAM kann besonders einfach mit Hilfe von zwei Trägern derselben Frequenz erzeugt werden. Einer der beiden Träger muss dabei um 90° phasenverschoben sein. Beide Träger werden dann jeweils mit einem eigenen Signal amplitudenmoduliert. Das eine Signal wird als I (für In-Phase Component) und das andere Signal als Q (für Quadrature Phase Component) bezeichnet. Der phasenverschobene Träger wird dabei mit dem Q-Signal moduliert. In Anschluss werden die beiden modulierten Träger überlagert, wobei ein Träger entsteht, der sich sowohl in der Amplitude als auch in der Phase ändert. + +[include:applet_iq] + + +%TODO BILD QAM4 QAM8 oder mehr? + +[question:AE404] +[question:AF632] + +Die Grundidee, ein Signal in zwei Teilen getrennt zu verarbeiten, findet auch in der digitalen Signalverarbeitung breite Anwendung. Es wird nach den beiden Teilsignalen als I/Q-Verfahren bezeichnet. Das I/Q-Verfahren ermöglicht es, jedes beliebige Signal zu erzeugen. Dazu besteht der zu modulierende Datenstrom aus einem I- und einem Q-Anteil. Zwei D/A-Umsetzer wandeln jeweils einen der beiden Anteile in ein analoges I- bzw. Q-Signal um. Mit dem I- und dem Q-Signal werden wiederum die beiden phasenverschobenen Träger moduliert. Im letzten Schritt werden diese zu einem Träger überlagert, der ausgesendet wird. + +Entsprechend wird auch auf der Empfängerseite vorgegangen. Das Eingangssignal wird mit einem Träger gemischt, um das I-Signal zu erhalten, das dann mittels A/D-Umsetzer in den I-Anteil eines Datenstroms umgewandelt wird. Gleichzeitig wird das Eingangsignal aber auch mit einem um 90° phasenverschobenen Träger gemischt, um das Q-Signal zu erhalten, das wiederum mittels eines A/D-Umsetzers in den Q-Anteil des Datenstroms umgewandelt wird. + +[question:AF633] + +Ein solcher digitaler Datenstrom kann immer einen bestimmten Frequenzbereich des Eingangssignals abbilden, der um eine Mittenfrequenz herum liegt. Wird das Eingangssignal beispielsweise mit einem 435 MHz-Träger und einem um 90° phasenverschobenen 435 MHz-Träger gemischt und die beiden entstehenden Signale durch A/D-Umsetzer digitalisiert, dann bildet der entstehende I/Q-Datenstrom den Frequenzbereich um 435 MHz herum ab. + +% TODO Verweis auf Abtasttheorem? +Die abgedeckte Bandbreite hängt dabei von der Abtastrate der A/D-Umsetzung ab. Die Bandbreite in Hz entspricht dabei der Abtastrate in Samples pro Sekunde. Werden in unserem Beispiel sowohl der I- als auch der Q-Anteil mit 10 Millionen Samples pro Sekunde abgetastet, dann kann der entstehende I/Q-Datenstrom einen Frequenzbereich von 10 MHz Bandbreite abdecken, also von -5 MHz bis +5 MHz in Bezug auf die Mittenfrequenz. Der Datenstrom deckt dann also die Frequenzen von 430 bis 440 MHz ab. + +[question:AF634] +[question:AF635] +[question:AF636] diff --git a/contents/sections/itu_regionen.md b/contents/sections/itu_regionen.md new file mode 100644 index 0000000..dd80dff --- /dev/null +++ b/contents/sections/itu_regionen.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Die weltweite Koordinerung von Funkfrequenzen durch die ITU erfolgt getrennt nach drei Regionen (Abbildung [ref:n_itu_regionen_karte] und Tabelle [ref:n_itu_regionen]). Die Aufteilung wurde vorgenommen, um in den Regionen unterschiedliche Zuweisungen von Frequenzbereichen an die Funkdienste vornehmen zu können. Die Antarktis hat einen besonderen Status. Sie ist auf die drei Regionen aufgeteilt. + + +[picture:658:n_itu_regionen_karte:Kartendarstellung der ITU-Regionen] + + + +| l: ITU-Region | X: Kontinente und Länder | +| 1 | Afrika, Europa, Russland, Mongolei und Naher Osten | +| 2 | Nord- und Süd-Amerika und Grönland | +| 3 | Süd- und Ost-Asien sowie Australien und Ozeanien | +[table:n_itu_regionen:ITU-Regionen und die zugehörigen Kontinente und Länder] + + +[question:VA402] +[question:VA401] +[question:VA403] +[question:VA404] +[question:VA405] diff --git a/contents/sections/kabeldaempfung_1.md b/contents/sections/kabeldaempfung_1.md new file mode 100644 index 0000000..7cc6bd2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/kabeldaempfung_1.md @@ -0,0 +1,40 @@ +Wird ein Hochfrequenzsignal durch ein Kabel übertragen, nimmt die Signalstärke mit zunehmender Länge ab. Diesen Effekt bezeichnen wir als *Kabeldämpfung*, und er ist in der Regel unerwünscht. Auch Steckverbinder können zur Dämpfung eines Signals beitragen. + +Angegeben wird die Dämpfung in der Regel in Dezibel (dB), wobei eine positive Zahl für eine Signalabnahme steht, wenn von "Dämpfung" die Rede ist. + +Für die folgenden Fragen ist zunächst der Faktor zu ermitteln, mit dem die Leistung abnimmt (z. B. Faktor $2$ bei einer Halbierung oder Faktor $10$ bei einer Abnahme von 100% auf 10%). Anschließend kann man diesen Leistungsfaktor mit Hilfe der Tabelle [ref:e_dezibel_leistungsfaktoren] in der Formelsammlung in ein Maß in Dezibel umrechnen bzw. die Lösung nachschlagen. + + +| c:dB | c:≈ Leistungsfaktor | +| 0 | 1 | +| 1,5 | $\sqrt{2} = 1,41$ | +| 2,15 | 1,64 | +| 3 | 2 | +| 5 | $\sqrt{10} = 3,16$ | +| 6 | 4 | +| 10 | 10 | +| 20 | 100 | +[table:e_dezibel_leistungsfaktoren:Wichtige Leistungsfaktoren in dB] + + +[question:EG309] +[question:EG310] +[question:EG308] + +Unter den Kabelverlusten versteht man alle Verluste, die in Kabeln entstehen. Zusätzliche Verstärker oder der Antennengewinn verstärken zwar das Signal, verändern jedoch nicht die Kabelverluste. + +[question:EG307] + +--- + +[picture:202:e_kabeldaempfung_diagramm:Kabeldämpfungsdiagramm im Anhang der Formelsammlung] + + +In einem Kabeldämpfungsdiagramm, wie der Formelsammlung beiliegend, finden wir Dämpfungen verschiedener Kabel in Abhängigkeit der Frequenz. Die Dämpfung ist oft in Bezug auf 100 Meter angegeben. Ist ein Kabel kürzer, dann können wir die Dämpfung in dB entsprechend umrechnen. Hierzu teilen wir die tatsächliche Kabellänge durch 100 Meter und multiplizieren das Ergebnis mit der Dämpfung, die ein 100 Meter langes Kabel hätte. + +[question:EG312] +[question:EG311] +[question:EG313] +[question:EG314] +[question:EG315] +[question:EG316] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/kabeldaempfung_2.md b/contents/sections/kabeldaempfung_2.md new file mode 100644 index 0000000..903b2ef --- /dev/null +++ b/contents/sections/kabeldaempfung_2.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Da Dämpfung oft unerwünscht ist, besteht die Aufgabe der folgenden Fragen darin, ein Kabel herauszusuchen, welches eine gegebene Dämpfung nicht überschreitet, sondern eine geringere Dämpfung aufweist. + +[question:AG309] +[question:AG310] + +Bei der folgenden Frage ist es hilfreich zu wissen, dass die Kabeldämpfung bei steigender Frequenz zunimmt. Der Fall mit der stärksten Dämpfung ist daher der Anwendungsfall mit der höchsten Frequenz (entsprechend der kleinsten Wellenlänge). + +[question:AG308] + +Insbesondere Dielektrika bzw. Kunststoffummantelungen tragen bei Hochfrequenzsignalen zur Dämpfung bei. Daher sind Zweidrahtleitungen mit möglichst wenig Dielektrikum zwischen den Leitern besonders dämpfungsarm. + +[question:AG311] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/kanalcodierung.md b/contents/sections/kanalcodierung.md new file mode 100644 index 0000000..250386a --- /dev/null +++ b/contents/sections/kanalcodierung.md @@ -0,0 +1,20 @@ +Abbildung [ref:kanal] zeigt einen Sender und einen Empfänger, welche über einen Kanal miteinander verbunden sind. Beispielsweise durch das Wetter, andere atmosphärische Einflüsse oder Aussendungen anderer Stationen kann es zu Störungen auf dem Kanal kommen. Diese können zu Fehlern bei der Übertragung führen. + +[picture:674:kanal:Kanal] + +Im Gegensatz zur Quellencodierung fügt die Kanalcodierung der zu übertragenden Information gezielt Redundanz hinzu, beispielsweise Wiederholungen oder Prüfsummen. Anders als die bei der Quellencodierung entfernte Redundanz kann diese systematisch hinzugefügte Redundanz zur automatischen Erkennung oder Korrektur von Übertragungsfehlern verwendet werden. + + +[picture:676:kanalcodierer:Kanalcodierer] + + +Abbildung [ref:kanalcodierer] zeigt ein Symbol für einen Kanalcodierer. Der Block stellt dar, dass Redundanz den Daten hinzugefügt wird. + +[question:AE409] + +Wir unterscheiden zwei Arten der Kanalcodierung: + +* Fehlererkennung: Man kann erkennen, dass bei der Übertragung ein Fehler aufgetreten ist, und dann z. B. eine erneute Übertragung anfordern. +* Vorwärtsfehlerkorrektur: Fehler, die bei der Übertragung entstehen, werden mit Hilfe der Redundanz beim Empfänger korrigiert. + +Im Folgenden wollen wir uns diese beiden Arten genauer anschauen. diff --git a/contents/sections/klubstationen.md b/contents/sections/klubstationen.md new file mode 100644 index 0000000..cf36d8a --- /dev/null +++ b/contents/sections/klubstationen.md @@ -0,0 +1,70 @@ + +[photo:58:n_klubstationen_klubstation:Die Klubstation DL0AO des DARC-Ortsverbands Amberg] + + +--- + +In der Regel wird eine Amateurfunkstation nur von einer Person betrieben. Manche Funkamateure betreiben aber auch gemeinsam eine Station, die dann als Klubstation bezeichnet wird. Neben den personengebundenem Rufzeichen gibt es für solche Gruppen von mindestens drei Funkamateuren spezielle Rufzeichen zur gemeinschaftlichen Nutzung an einer Klubstation (siehe Tabelle [ref:n_klubstation_rufzeichen]). + +[question:VD117] + +--- + + +| l: Rufzeichen | l: | l: | X: Klasse | +| DAØAA | - | DAØZZZ | A | +| DAØA | - | DA3Z | A | +| DBØA | - | DD9Z | A | +| DFØA | - | DH9Z | A | +| DJØA | - | DM9Z | A | +| DFØAA | - | DFØZZZ | A | +| DKØAA | - | DKØZZZ | A | +| DLØAA | - | DLØZZZ | A | +| DNØA | - | DNØZ | E | +| DNØAA | - | DNØZZZ | E | +| DOØA | - | DO9Z | E | +| DP3A | - | DP9Z | A | +| DQØA | - | DR9Z | A | +[table:n_klubstation_rufzeichen:Rufzeichen für Klubstationen] + + +Die folgenden Fragen können wieder mit Hilfe des [Rufzeichenplans](https://50ohm.de/rzp) beantwortet werden: + +[question:BD101] +[question:BD103] + +Um ein Rufzeichen für eine Klubstation zu beantragen, muss die Gruppe eine Person als Stationsverantwortlichen benennen, die selber Funkamateur mit Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst ist. Der Stationsverantwortliche wird Inhaber des Rufzeichens, das auf fünf Jahre befristet zugeteilt wird. Eine Verlängerung muss rechtzeitig beantragt werden. Das Rufzeichen für die Klubstation darf erst verwendet werden, wenn die Zuteilung erfolgt ist. + +[question:VD401] +[question:VD402] +[question:VD403] + +Eine Klubstation darf von jedem Funkamateur genutzt werden, der über eine Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst verfügt. Die Benutzung ist auch nicht auf Mitglieder der Gruppe beschränkt. + +[question:VD404] +[question:VD405] + +--- + +Ein Funkamateur mit der Zeugnisklasse N oder E darf auch an einer Klubstation der Klasse A Funkbetrieb machen, jedoch nur im Rahmen seiner Berechtigung. Umgekehrt darf ein Funkamateur mit Zeugnisklasse A an einer Klubstation der Klasse E oder N nur die jeweils für die Klasse E bzw. N zugelassenen Leistungen und Bänder verwenden. Das gleiche gilt entsprechend für alle anderen Kombinationen, so wie in der Tabelle [ref:n_klubstation_unterschiedliche_klassen] dargestellt. + + +| X: | c: Station N | c: Station E | c: Station A | +| Funkamateur N | N | N | N | +| Funkamateur E | N | E | E | +| Funkamateur A | N | E | A | +[table:n_klubstation_unterschiedliche_klassen:Darstellung, im Rahmen welcher Klasse Funkbetrieb durchgeführt werden darf, wenn sich Klasse des Funkamateurs und Klasse der Klubstation unterscheiden] + + +Hier zwei Beispiele anhand des 40 m-Bands, das nur Inhaber einer Amateurfunkzulassung der Klasse A nutzen dürfen: +* Der Funkamateur der Klasse E darf die Klubstation der Klasse A nutzen, aber nicht das 40 m-Band, da dieses für die Klasse E nicht freigegeben ist. +* Der Funkamateur der Klasse A darf die Klubstation der Klasse E nutzen, aber dort nicht das 40 m-Band, da dieses, wie bereits erwähnt, nicht für die Klasse E zugelassen ist. + +Zusammenfassend gesagt: Die niedrigste Klasse gibt die maximale Berechtigung vor. + +[question:VD406] +[question:VD407] + +Bei Veranstaltungen oder ähnlichem kann eine Klubstation auch kurzzeitig an anderen Standorten betrieben werden. Eine Meldung an die BNetzA ist bei einer *kurzzeitigen* Änderung des Standortes nicht erforderlich. + +[question:VD408] diff --git a/contents/sections/koaxsteckverbinder.md b/contents/sections/koaxsteckverbinder.md new file mode 100644 index 0000000..b92b1c7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/koaxsteckverbinder.md @@ -0,0 +1,27 @@ +Zur Verbindung von Koaxialkabeln kommen spezielle *Koaxialsteckverbinder* zum Einsatz. Sie bestehen genauso wie Koaxialkabel aus einem Innen- und Außenleiter. Man unterscheidet die Steckverbinder in zwei Teile, den männlichen Stecker und die weibliche Kupplung: +* Stecker (männlich), bei dem ein Kontaktstift nach außen weist +* Kupplung (weiblich) mit einer nach innen weisenden Kontaktöffnung + + +Eine in ein Gerät eingebaute Kupplung wird als *Buchse* und ein eingebauter Stecker als *Einbaustecker* bezeichnet. + + + +Koaxialsteckverbinder sind empfindlich und dürfen nicht beschädigt sein. Es sollte darauf geachtet werden, Koaxialstecker immer sorgfältig und fest anzuschrauben! + + +Das metallische Außengehäuse des Koaxialsteckers bzw. der Koaxialkupplung wird mit dem Außenleiter des Koaxialkabels (Abschirmgeflecht, -folie) verbunden. Ebenso werden die Innenleiter von Steckverbinder und Koaxialkabel miteinander verbunden. Die Verbindungen werden gut leitend hergestellt, meist durch Löten oder Crimpen (Verpressen). + +--- + +Einige im Amateurfunk häufiger anzutreffende Koaxialsteckverbinder müssen für die Prüfung an ihrer Bauform erkannt werden. Daher gehen wir in den nächsten Abschnitten auf folgende 4 Steckverbinder näher ein: +* PL +* N +* BNC +* SMA + + +Da Koaxialkabel *unterschiedliche Kabeldurchmesser* aufweisen, muss drauf geachtet werden, einen zum Kabeldurchmesser passenden Steckverbinder zu verwenden. Nicht jeder Steckverbinder passt zu allen Kabelstärken und einige Steckverbinder sind in unterschiedlichen Ausführungen für verschiedene Kabeldurchmesser erhältlich. + + +Welcher Steckverbinder für einen bestimmten Einsatzzweck gewählt wird, hängt insbesondere vom genutzten Frequenzbereich und der Sendeleistung, aber auch vom verwendeten Kabeltyp ab. Steckverbinder sollten den gleichen *Wellenwiderstand* wie das Koaxialkabel haben, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. diff --git a/contents/sections/kollektorschaltung.md b/contents/sections/kollektorschaltung.md new file mode 100644 index 0000000..784e91d --- /dev/null +++ b/contents/sections/kollektorschaltung.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Die Benennung der Grundschaltung eines bipolaren Transistors richtet sich danach, welcher Anschluss (Basis, Kollektor oder Emitter) gemeinsam vom Eingangs- und Ausgangssignal durchflossen wird. + +Bei der *Kollektorschaltung* fließt das Eingangssignal von der Quelle über die Basis, den *Kollektor* und die Versorgungsspannung zurück zur Quelle. Das Ausgangssignal fließt vom Kollektor durch die Last (Senke) und über die Versorgungsspannung zurück in den *Kollektor*. + +[question:AD401] + +Für den Betrieb als linearer Strom-Verstärker benötigt der Transistor in der Kollektorschaltung einen definierten Arbeitspunkt (BIAS), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. + +Der Emitterwiderstand wandelt den Strom, der durch die Kollektor-Emitter-Strecke fließt, in einen Spannungsabfall um, der am Emitter abgegriffen wird. Der Emitterstrom des Transistors fließt (gemeinsam mit dem normalerweise vernachlässigbaren Basis-Strom-Anteil) über den Emitter durch den Emitterwiderstand gegen Masse. Der Strom durch den Emitterwiderstand verursacht durch den entstehenden Spannungsabfall an diesem eine Erhöhung des Emitterpotenzials (Emitterspannung) und wirkt somit als Gegenkopplung für die Basis-Spannung. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des Transistors zusätzlich stabilisiert, weil thermisch bedingte Änderungen des Kollektorstroms hierdurch ausgeregelt werden. + +Die Ein- und Auskopplung der Signale an Basis und Emitter erfolgt über sog. Koppelkondensatoren. Diese haben die Aufgabe, Gleichspannungsanteile von der Verstärkerstufe, die zu einer Veränderung des Arbeitspunktes führen würden, fernzuhalten. + +Der Abblockkondensator in der Betriebsspannung (+) dient der Abführung von unerwünschten HF- und NF-Signalen, damit Rückkopplungseffekte auf die Stufe und die Versorgungsspannung vermieden werden. Zudem wird der Kollektor durch den Abblockkondensator signalmäßig (für Wechselspannung) auf Ein- und Ausgang gelegt. + +Die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal beträgt bei der Kollektorschaltung 0 Grad, da bei einer positiven Halbwelle in der Eingangsspannung der Emitterstrom steigt und damit der Spannungsabfall am Emitterwiderstand zunimmt. Hierdurch steigt die Spannung am Ausgangskondensator. Es kommt zu einer positiven Halbwelle am Ausgang der Verstärkerstufe. + +Die Spannungsverstärkung der Kollektorschaltung bewegt sich bei entsprechender Auslegung im Bereich von 0,9 bis 0,98 und ist immer etwas kleiner als 1. Die Stromverstärkung der Kollektorschaltung ist hingegen sehr groß, da die Eingangsimpedanz der Schaltung relativ hoch ist. Die Ausgangsimpedanz ist hingegen sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz. + +[question:AD405] +[question:AD402] +[question:AD403] + +Die *Kollektorschaltung wird häufig als Pufferstufe zwischen Oszillator und weiteren Schaltungsteilen*, die den Oszillator ansonsten niederohmig belasten würden, verwendet, um eine Entkopplung und bessere Frequenzstabilisierung des Oszillators zu erreichen. + +[question:AD404] + diff --git a/contents/sections/kondensator_1.md b/contents/sections/kondensator_1.md new file mode 100644 index 0000000..984d44f --- /dev/null +++ b/contents/sections/kondensator_1.md @@ -0,0 +1,160 @@ +Ein sehr wichtiges und häufig verwendetes Bauteil in der Funktechnik und Elektronik ist der Kondensator. Wie in Abbildung [ref:e_kondensator_aufbau] dargestellt, besteht ein Kondensator prinzipiell aus zwei leitenden Flächen (Platten, Schichten bzw. Elektroden), die durch einen Isolator – das sogenannte Dielektrikum – voneinander getrennt sind. + + + +[picture:922:e_kondensator_aufbau:Prinzipieller Aufbau eines Kondensators] + + +Die geometrischen Abmessungen bestimmen eine wichtige Eigenschaft eines Kondensators, es ist die Fähigkeit, Ladungen zu speichern. Diese Fähigkeit wird als Kapazität bezeichnet und hierfür wird der Formelbuchstabe $C$ verwendet. Je größer die Kapazität ist, umso mehr elektrische Ladungen $Q$ können gespeichert werden. Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, werden auch mehr Ladungen gespeichert. + +Die Folgende Fomel zeigt den Zusammenhang. + +$Q = C \cdot U $ + +Diese Formel steht nicht in der Formelsammlung und wird auch nicht für die Prüfung benötigt. + + +Die Einheit der Ladung $Q$ ist $\unit{\ampere\second}$ + + + +Die Einheit der Kapazität $C$ ist $\unit{\ampere\second\per\volt}$ oder kurz *Farad* $\unit{\farad}$ zu Ehren des englischen Naturforschers Michael Faraday (1791 - 1867). $\qty{1}{\farad}$ ist die Kapazität eines Kondensators, in dem eine Ladung von $\qty{1}{\ampere\second}$ bei einer Spannung von $\qty{1}{\volt}$ gespeichert wird. + + +[question:EA101] + +Wird an einen Kondensator eine Spannung angelegt, entsteht zwischen den leitenden Platten ein elektrisches Feld $E$. Diesen Zusammenhang haben wir bereits im Kapitel zum elektrischen Feld kennengelernt: Je höher die angelegte Spannung und je kleiner der Abstand zwischen den Platten ist, desto stärker ist das elektrische Feld. Mathematisch lässt sich dies ausdrücken durch: + +$E = \frac{U}{d}$ + +Zur Berechnung der Kondensatorkapazität aus den Abmessungen dient folgende Formel aus der Formelsammlung: + +--- + +$C = \frac{\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot A}{d}$ + +Im Folgenden sind die einzelnen Größen der Formel aufgeschlüsselt: + +- $A$ ist die gegenüberstehende Fläche der leitenden Platten +- $d$ ist der Abstand zwischen den Flächen +- $\varepsilon_0 = 0,855 \cdot 10^{-11}\unit{\ampere\second\per\volt\meter}$ ist die elektrische Feldkonstante, eine Naturkonstante +- $\varepsilon_r$ (sprich: "Epsilon R") ist eine spezielle Eigenschaft des Isolators (Dielektrikum) ist die sogenannte relative Dielektrizitätszahl welche vom Verwendeten Material abhängt. Die Tabelle [ref:e_Dielektrizitätszahl] mit Materialwerten findet man auch in der Formelsammlung. + + +| Material | $\varepsilon_r$ | +| Luft (trocken) | 1,00059 | +| Voll-PE (Polyäthylen | 2,29 | +| Schaum-PE | 1,5 | +| PTFE (Teflon) | 2,0 | +[table:e_Dielektrizitätszahl:Relative Dielektrizitätszahl $\varepsilon_r$ ] + + +Mit Hilfe der Formel kann man bereits eine Reihe von Prüfungsfragen lösen. Man stellt zunächst fest, dass die Spannung $U$ in der Formel nicht vorkommt. + +[question:EC205] + +Die Kapazität eines Kondensators sinkt, wenn der Plattenabstand größer wird. + +[question:EC204] +[question:EC203] + +--- + +Betrachten wir zunächst den Kondensator im Gleichstromfall. In Abbildung [ref:e_stromkreis_kondensator] ist eine Schaltung zum Aufladen eines Kondensators dargestellt. Dabei wird angenommen, dass der Kondensator $C$ zunächst ungeladen ist, also noch keine elektrische Ladung gespeichert hat. Wird der Schalter geschlossen, so wird der Kondensator $C$ über einen Widerstand $R$ an eine Gleichspannungsquelle (Batterie) angeschlossen. + +Durch die angelegte Spannung entsteht ein elektrisches Feld zwischen den Kondensatorplatten. Dieses Feld bewirkt eine Umlagerung von Ladungen: Elektronen werden vom negativen Pol der Spannungsquelle auf die angeschlossene Kondensatorplatte gedrückt, sodass sich dort ein Elektronenüberschuss bildet. Gleichzeitig werden Elektronen von der gegenüberliegenden Platte zum positiven Pol der Spannungsquelle abgezogen, wodurch dort ein Elektronenmangel entsteht. Obwohl kein Strom durch das Dielektrikum fließt, führt diese Ladungstrennung zur Aufladung des Kondensators. + + +[picture:1015:e_stromkreis_kondensator:Stromkreis zum Aufladen eines Kondesators] + + +--- + +Das bedeutet: Zu Beginn fließt ein hoher Strom, der lediglich durch den Widerstand $R$ begrenzt wird. Mit der Zeit werden immer mehr Ladungen im Kondensator gespeichert. Dadurch nimmt der Strom kontinuierlich ab, während die Spannung $U_C$ am Kondensator ansteigt, bis dieser vollständig aufgeladen ist. In diesem Zustand fließt schließlich kein Strom mehr. + +Dieser Vorgang erfolgt jedoch nicht schlagartig, sondern zeitlich verzögert. Die Kondensatorspannung steigt dabei nach einer sogenannten Exponentialfunktion an, wie in Abbildung [ref:e_ladekurve_c] gezeigt. Die Dauer dieses Ladevorgangs hängt vom vorgeschalteten Widerstand ab: Je größer der Widerstand ist, desto länger dauert es, bis der Kondensator „vollständig“ geladen ist. Mit einem Oszilloskop, wie in Abbildung [ref:e_lade_entladespannung_mit_oszilloskop] gezeigt, das wir bereits kennengelernt haben, lässt sich dieser zeitliche Verlauf anschaulich beobachten und untersuchen. + + +[picture:185:e_ladekurve_c:Ladespannung eines Kondesators] + + + +[photo:247:e_lade_entladespannung_mit_oszilloskop:Lade-und Entladespannung an einem Kondensator] + + +Beim Entladevorgang fließt der Strom entgegen der Ladestromrichtung und die Spannung am Kondensator baut sich langsam ab. + +[question:EC201] + +Im Fall von Wechselstrom und Wechselspannungen müssen wir einen weiteren wichtigen Aspekt berücksichtigen: Ein Kondensator verhält sich wie ein frequenzabhängiger Widerstand. Dieser lässt sich durch die Beziehung + +$|X_C| = \frac{1}{\omega\cdot C} = \frac{1}{2\pi\cdot f \cdot C}$ + +beschreiben und wird als kapazitiver Blindwiderstand $X_C$ bezeichnet (vgl. Formelsammlung). + +Die genauen physikalischen Hintergründe dazu lernen wir erst in der Klasse A kennen. Für die Klasse E ist es jedoch bereits wichtig zu wissen, dass der Widerstand eines Kondensators umgekehrt proportional von der Frequenz abhängt: Verringert man die Frequenz, so wird der kapazitive Blindwiderstand $X_C$ größer. Erhöht man hingegen die Frequenz, nimmt der Widerstand entsprechend ab. + +[question:EC202] + +--- + +Nun haben wir bereits einige grundlegende elektrische Eigenschaften eines Kondensators kennengelernt, und im Folgenden wollen wir uns noch mit den verschiedenen Bauformen beschäftigen. Die Abbildung [ref:e_kondensatorvarianten] zeigt verschiedene Kondensatorvarianten. + + +[photo:206:e_kondensatorvarianten:Kondensatorvarianten] + + +Als Dielektriukumg, also Isolatorschicht, können unterschiedliche Materialien verwendet werden: + +1. Luft beim Luftdrehkondensator oder Lufttrimmer +2. Kunststofffolie beim Folienwickelkondensator +3. Keramik für HF-Kondensatoren mit hoher Güte und bei SMD-Kondensatoren +4. Metalloxid beim Elektrolytkondensator. + +Je nach Aufbau unterscheidet man außerdem: + +* Festkondensatoren in Form von Keramikkondensatoren, Folienkondensatoren und Elektrolytkondensatoren +* Veränderliche Kondensatoren in Form von Drehkondensatoren und Trimmkondensatoren + +--- + +*Luftkondensatoren* und *Keramikkondensatoren*, wie in Abbildung [ref:e_aufbau_keramik_c] gezeigt, werden z.B. gerne für HF-Filter verwendet. +[question:ED216] + + +[picture:923:e_aufbau_keramik_c: Keramikkondensator] + + +*Elektrolytkondensatoren* (kurz ELKO) enthalten eine dünne, aufgerauhte ALU-Folie, die in einen Elektrolyten (z.B. Borax) eingetaucht ist. Dabei verursacht der Elektrolyt eine chemische Oxidation der Aluminiumoberfläche. Die entstehende Oxidschicht ist sehr dünn und deshalb steigt die Kapazität bei geringer Baugröße sehr stark an. Allerdings hat die dünne Schicht nur eine begrenzte Spannungsfestigkeit, die auf dem ELKO anggeben wird. +Elektrolytkondensatoren dürfen nur an Gleichspannung betrieben werden. Die Polung ist deshalb zu beachten, da sich sonst die Oxidschicht abbaut und somit die Spannungsfestigkeit sinkt. Der Kondesator wird zerstört. Alle anderen Kondensatoren können auch an Wechselspannung angeschlossen werden. +[question:EC207] + +% +%TODO: Bild Elko +% + +Für Folien-Wickelkondensatoren werden Kunststoffe in speziellen Verfahren zu extrem dünnen Folien verarbeitet, mit Elektroden versehen und anschließend entweder zu einem Wickel aufgewickelt oder aus einzelnen Lagen geschichtet und zu einem Kondensator zusammengefügt, wie in Abbildung [ref:e_aufbau_wickel_c] dargestellt. Neben Keramikkondensatoren und Elektrolytkondensatoren zählen sie zu den am häufigsten eingesetzten Kondensatorbauarten. + + +[picture:49:e_aufbau_wickel_c:Folien-Wickelkondensator] + + +Drehkondensatoren werden häufig in Endstufen und Anpassnetzwerken eingesetzt. Bei ihnen lässt sich die Kapazität einstellen, indem ein Teil der Kondensatorplatten auf einer isolierten Achse montiert ist und zwischen feststehenden Platten rotiert. Dadurch ändert sich die wirksame Überlappungsfläche der Platten und somit die Kapazität, wie in Abbildung [ref:e_drehkondensator] dargestellt. Trimmkondensatoren arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip, sind jedoch nicht für eine regelmäßige Verstellung vorgesehen. Sie dienen vielmehr zum einmaligen oder gelegentlichen Abgleich von Schaltungen, etwa bei der Inbetriebnahme oder Kalibierung. + +[question:EC206] + + + [picture:840:e_drehkondensator:Aufbau eines Drehkondensators] + + +Die verwendeten Schaltzeichen für die verschiedenen Kondensatoren unterscheiden sich auch wie in Abbildung [ref:e_kondensator_schaltzeichen] dargestellt. + + +[picture:924:e_kondensator_schaltzeichen:Schaltzeichen verschiedener Kondensatorarten] + +Schaltzeichenzuordnung: +a) Festkondensator +b) gepolter Kondensator/ Elektrolytkondensator (Elko)/Tantalkondensator +c) Drehkondensator (Drehko) +d) Trimmkondensator für Abgleichzwecke + diff --git a/contents/sections/kondensator_2.md b/contents/sections/kondensator_2.md new file mode 100644 index 0000000..ce687e8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/kondensator_2.md @@ -0,0 +1,135 @@ +Das Verhalten eines Kondensators an einer Wechselspnnnung soll nun genauer betrachtet werden. + +Die Strom- und Spannungsmessung an einem Kondensator mit Hilfe eines Zweikanal-Oszilloskops zeigt ein überraschendes Ergebnis, denn man sieht eine Phasenverschiebung von 90 Grad, wobei der Strom der Spannung vorauseilt. +MERKE: Kondensatooor, Strom eilt vooor! + +--- +[question:AC101] + +[photo:268:a_I eilt vor:Phasenverschiebung am Kondensator zwischen Spannung und Strom] + + +[picture:943:a_Blindleistung Kondensator:Das Produkt von U * I ergibt die grüne Leistungskurve] +Die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom beträgt 90 Grad, wobei der Strom voreilend ist. +Daraus ergibt sich eine Leistungskurve, die um die Nulllinie symmetrisch schwankt. Der Mittelwert ergibt Null, d.h. es wird keine Wirkleistung aufgenommen. +Wir sprechen deshalb auch bei einem verlustfreien Kondensator von Blindleistung und Blindwiderstand. + +% entfernt photo:258:a_Blindleistung:Blindleistung siehe grüne Sinuskurve + +[question:AC111] +Bei dieser Frage gibt es nichts zu rechnen! +Reine Wirkleistung nimmt nur ein ohmscher Widerstand auf, denn bei ihm sind Spannung und Strom immer in Phase, d.h. es gibt keine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Ein Blindwiderstand nimmt keine Wirkenergie auf und deshalb wird er im Idealfall auch nicht warm. Sollte ein Kondensator bei Hochfrequenzanwendungen warm werden, dann hat er Verluste und muss durch einen Kondensator mit geringeren Verlusten ersetzt werden. + +[question:AC103] + +Wird ein Kondensator an Wechselspannung angeschlossen, dann fließt ein Wechselstrom, denn der Kondensator wird ständig geladen und entladen. Um diese Eigenschaft zu beschreiben sagen wir, der Kondensator hat einen Wechselstromwiderstand und nennen diesen Widerstand kapazitiver Blindwiderstand $X_C$. + +1. Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einem Kondesator erhöht wird, dann fließt mehr Strom, dies bedeutet, der kapazitive Blindwiderstand ist kleiner geworden. +2. Wenn die Kapazität des Kondensators erhöht wird, dann steigt auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch kleiner. +Daraus ergibt sich die Berechnungsformel: +$X_C = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot C}}\\ $ + +(siehe Formelsammlung Seite 236 links unten: Stichwort: Kapazitiver Blindwiderstand) +Moderne, kostengünstige Messgeräte, die Funkamateure heutzutage gerne einsetzen, sind Antennenanalyzer oder vektoriellen Network Analyzer (VNA). Sie messen die Veränderung des Blindwiderstandes $X_C$ in Abhängigkeit der Frequenz und können das Messergebnis auch grafisch darstellen. + +[photo:248:a_kapazitiver Blindwiderstand:Kapazitiver Blindwiderstand $X_C$] +Das Abbildung [ref:a_kapazitiver Blindwiderstand] zeigt die Veränderung des kapazitiven Blindwiderstandes (blaue Linie) eines 1500 pF Styroflexkondensators im Frequenzbereich von 1 MHz bis 4,5 MHz. Die rote Linie stellt die Phasenlage des kapazitiven Blindwiderstandes bei nahezu konstanten - 90 Grad dar. + +[question:AC102] +Die blaue Linie von Abbildung [ref:a_kapazitiver Blindwiderstand] hilft zur Lösung. + +--- + + +Kennt man den kapazitiven Blindwiderstand und die Frequenz der Wechselspannung, dann kann auch die Kapazität des Kondensators berechnet werden. +Betrachten wir das Beispiel genauer und verwenden die Formel: +$X_C = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot C}}\\ $ +umgestellt nach C: +$C =\frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot X_C}}\\$ +mit eingesetzten Werten aus der Abbildung [ref:a_kapazitiver Blindwiderstand]: + +$X_C$ = 50 Ohm bei 2 MHz +C =$\frac{1}{6,28 * {2*10^6} * 50}$ +Bei der Berechnung mit dem Taschenrechner ist die Zehnerpotenz für Megahertz einzugeben. +Das Ergebnis lautet: 0,000000001592 F +C = 1592 pF + + +[question:AC104] +Bei den folgenden Berechnungen von $X_C$ müssen immer die Zehnerpotenzen beachtet werden. +Die Berechnungsformel lautet: $X_C = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot C}}\\ $ +Folgende Werte müssen eingesetzt werden: 10 pF = $10 * {10^{-12}}$ und 100 MHz = ${100 * {10^6}}$ +Berechnen sie schrittweise, wenn sie unsicher sind. +Beispiel: 6,28 * 10 * 100 = 6280; $10^{-12} * {10^6}$ = $ {10^{-6}}$ +$6280 * 10^{-6} = 0,00628$; 1/0,00628 = 159 + +Bei den folgenden Fragen verwenden sie die gleiche Formel und ändern nur die eingesetzten Werte. +[question:AC105] + +[question:AC106] + +[question:AC107] + +Berechnung der Kapazität aus $X_C$ und der Frequenz: +Formel: $C =\frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot X_C}}\\$ +(Siehe auch das Rechenbeispiel zum Styroflexkondensator) + +[question:AC108] +Zuerst muss $X_C$ berechnet werden: $X_C$= 16 V / 32 mA = 0,5 kOhm +Danach die Formel für C anwenden: C =$\frac{1}{6,28 * 50 * 500}$ +Im Ergebnis taucht die Zehnerpotenz $10^{-6}$ auf, die in eine Vorslbe umgewandelt werden muss. + +*Kondensatorverluste* +Die vielfältigen Kondensatorarten unterscheiden sich auch hinsichtlich ihrer unerwünschten Verluste bei der Belastung durch Hochfrequenzströme. Die technische Beurteilung geschieht über den Begriff der Güte Q (Quality) und dem sogenannten tan "delta". + +--- +[photo:259:a_tan delta:tan "delta" verschiedener Kondensatorarten] +Hohe Verluste = niedrige Güte = großer tan "delta" +Wenn man die tan "delta" Kurven der Kondensatoren betrachtet, sieht man, dass Glimmerkondensatoren die höchste Güte = niedrigste Verluste = kleinster tan "delta" besitzen. +%todo TAN Delta Kurven neu zeichnen ??? + +[question:AC109] + +[question:AC110] + + +Erklärung des "tan Delta" mit Hilfe eines Zeigerdiagramms: + +[photo:261:a_tan delta Zeigerdiagramm:Veranschaulichung des "tan Delta" an Hand des Zeigerdiagramms für einen verlustbehafteten Kondensator.] + +In aktuellen Datenblättern wird statt des "tan Delta" der serielle Verlustwiderstand (ESR) des Kondensators bei einer bestimmten Betriebsfrequenz angegeben. + +[photo:260:a_Kondensator Ersatzschaltbild:Ersatzschaltbild eines realen Kondensators mit einem seriellen Verlustwiderstand (ESR).] + +In linear geregelten Netzteilen und in Schaltnetzteilen müssen Elektrolytkondensatoren mit sehr niedrigem ESR verwendet werden. + + +|Zusammenfassung Kondensator 2| | +|*Zusammenfassung Kondensator 2*| +|*MERKE: Kondensatooor, Strom eilt vooor!*| +|Formel Seite 236| +| $X_C = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot C}}\\ $| +| Umgestellt nach C:| +| $C =\frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot X_C}}\\$| +|Hohe Kondensatorverluste bewirken: | +|niedrige Güte; großer tan "delta"; großer ESR| +[table:a_Kondensator 2 Zusammenfassung:Zusammenfassung Kondensatorblindwiderstand und Güte] + +*Zusammenfassung*: + *MERKE: Kondensatooor, Strom eilt vooor!* + + Formel Seite 236 + $X_C = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot C}}\\ $ + Umgestellt nach C: + $C =\frac{1}{{2\pi \cdot f \cdot X_C}}\\$ + Hohe Kondensatorverluste = niedrige Güte = großer tan "delta" = großer ESR + + + Lösungshinweise: +*AC 104:* 159 Ohm +*AC 105:* 22 Ohm +*AC 106:* 15,9 Ohm +*AC 107:* 3,7 Ohm +*AC 108:* 6,37 µF + + diff --git a/contents/sections/ladung_energie.md b/contents/sections/ladung_energie.md new file mode 100644 index 0000000..68abb05 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ladung_energie.md @@ -0,0 +1,25 @@ +Die elektrische Ladung oder Elektrizitätsmenge ist eine physikalische Größe. Sie bestimmte die elektromagnetische Wechselwirkung. + +Die Elektrische Ladung hat als Formelzeichen $Q$ oder $q$. Als Einheit hat sie Coulomb C. +Ein Coulomb ist definiert als $1 \text{C} = 1\text{A} \cdot 1 \text{s}$ + +Während die Leistung definiert ist als Arbeit bzw. Energie pro Zeit, ist entsprechend dem Dreisatz umgekehrt die Energie die Leistung mal die Zeit. + +$W = P \cdot t$ + + +Ein Joule ist definiert als +$1 \text{ Joule} \text{ (J)} = 1 \text{ Wattsekunde} \text{ (Ws)} = 1\text{ VAs} = 1 \text{ N m} = 1 \text{ kg} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{s}^{-2}$ + +Das Joule ist die SI-Einheit. + +Üblicherweise werden als Einheiten entweder Joule (für kleine Energiemengen), oder die Wattstunden (bzw. Kilowattstunden) für große Energiemengen verwendet. + +[question:AA102] +[question:AA103] +[question:AB502] +[question:AB503] + +Wie viel Energie wird vom Widerstand innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt (Widerstand $R=100 \Omega$, $U=10 \text{ V}$) + +$W = P \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t = 1 \text{ W/h} \cdot 1 \text{ h}= 1 \text{ W}$ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/langer_kurzer_weg_1.md b/contents/sections/langer_kurzer_weg_1.md new file mode 100644 index 0000000..0403e73 --- /dev/null +++ b/contents/sections/langer_kurzer_weg_1.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Funkwellen breiten sich geradlinig aus. Um zwei Orte auf der Erdoberfläche zu verbinden, gibt es daher immer genau zwei Wege (es sei denn, die beiden Orte befinden sich genau gegenüber). Daraus ergibt sich die Richtung, in die eine Richtantenne gedreht werden muss. Die Funkverbindung läuft also nicht über den direkten Weg zur Gegenstation, sondern über die dem kürzesten Weg entgegengesetzte Richtung. + +[question:EH216] + +Einer der beiden Wege ist kürzer als der andere, deswegen sprechen wir vom *kurzen* und vom *langen Weg* (manchmal auch "direkter Weg" und "indirekter Weg"). Normalerweise läuft die Verbindung über den kurzen Weg, da mehr Wegstrecke auch immer mehr Dämpfung bedeutet und man daher auf dem kurzen Weg mit einer besseren Signalstärke rechnen kann. Es ist aber - abhängig von den Ausbreitungsbedingungen, der Tageszeit und der genutzten Frequenz - durchaus auch möglich, das Zielgebiet auf dem langen Weg zu erreichen. In der Klasse A werden wir diese Zusammenhänge genauer betrachten. + + +[picture:873:n_kurzer_langer_weg:Kurzer und langer Weg] + + +[question:EH217] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/langer_kurzer_weg_2.md b/contents/sections/langer_kurzer_weg_2.md new file mode 100644 index 0000000..bf8d825 --- /dev/null +++ b/contents/sections/langer_kurzer_weg_2.md @@ -0,0 +1,26 @@ +In der Klasse E haben wir das Konzept des kurzen und langen Weges bereits kennengelernt. In der Klasse A möchten wir dieses Thema noch etwas vertiefen. Eine geradlinige Verbindung zwischen zwei Orten auf einer Kugel verläuft immer entlang des Großkreises. Die Richtung des kurzen und des langen Weges zum anderen Ort unterscheiden sich in der Richtung daher um genau 180°. Abbildung [ref:a_langer_kurzer_weg] zeigt den Großkreis auf der Erdkugel – in Blau den kurzen Weg und in Rot den langen Weg, der einmal vollständig um den Globus herumführt. + +[question:AH216] + + +[picture:867:a_langer_kurzer_weg:Langer und kurzer Weg auf einer Kugel] + + +--- + +Für Richtantennen (engl. Beams) gibt es sogenannte Beam-Karten, die die Wege aller möglichen Großkreise für einen bestimmten Startpunkt darstellen. Dabei handelt es sich um eine mittabstandstreue Azimutalprojektion, also eine Projektion des Erdballs auf eine Scheibe, in der sowohl die Entfernung als auch die Richtung jedes Punktes zum Kartenmittelpunkt exakt wiedergegeben werden. Der Funkamateur nutzt diese Kartendarstellung, um seine Richtantenne in die richtige Richtung zu drehen. Der angegebene Winkel entspricht dabei dem Winkel, der auch auf den typischen Rotorsteuerungen angezeigt wird. Abbildung [ref:a_beam_karte] zeigt eine solche Beam-Karte mit Berlin als Standort der Amateurfunkstation. Dass die Darstellung vom Standort der Station abhängt, erkennt man in Abbildung [ref:a_beam_karte_sydney], die eine Beam-Karte für Sydney in Australien darstellt. + + +[picture:1000:a_beam_karte:Beamkarte mit Berlin als Standort der Amateurfunkstation] + + + +[picture:1001:a_beam_karte_sydney:Beamkarte mit Sydney als Standort der Amateurfunkstation] + + +Wie in Abbildung [ref:a_beam_karte] dargestellt, beträgt die Entfernung von Deutschland nach Australien auf dem kurzen Weg über Ostasien rund 16.000 km bei einem Azimut von etwa 75°. Wählt man hingegen den langen Weg, so richtet man die Antenne auf 255° aus und überbrückt dabei fast 24.000 km – der Signalweg führt dann über Südamerika und den Südpazifik. + +Obwohl Abbildung [ref:a_beam_karte] nicht für Frankfurt am Main, sondern für Berlin erstellt wurde, lassen sich damit die folgenden Fragen grob beantworten. In der Prüfung steht leider keine Beam-Karte als Hilfsmittel zur Verfügung. Wir empfehlen daher, sich die ungefähren Winkel der Kontinente einzuprägen – das ist auch später für den Funkbetrieb auf Kurzwelle hilfreich. + +[question:AH217] +[question:AH218] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/latenz.md b/contents/sections/latenz.md new file mode 100644 index 0000000..a9bb799 --- /dev/null +++ b/contents/sections/latenz.md @@ -0,0 +1,6 @@ + +Bei der Signalübertragung und -verarbeitung entstehen Verzögerungen. Aus der Lichtgeschwindigkeit ergibt sich die Zeit, die eine elektromagnetische Welle benötigt, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen. Bei der Verarbeitung von Signalen kommt es zu weiteren Verzögerungen, vor allem durch Zwischenspeicherung in Pufferspeichern (englisch "buffer") und durch Filter. Im Gegensatz zur digitalen Signalverarbeitung kommt es bei analogen Verfahren eher selten zu merkbaren Verzögerungen, da hier in der Regel keine Zwischenspeicherung stattfindet und nur vergleichsweise einfache Filter gebaut werden. + +Aus der Verzögerung ergibt sich eine Laufzeit zwischen Sender und Empfänger bzw. zwischen Ein- und Ausgang einer Verarbeitungsstufe. Diese Laufzeit wird als Latenz bezeichnet und in Sekunden gemessen. Typische Latenzen liegen im Bereich von wenigen Millisekunden bis einigen Sekunden. + +[question:AF637] diff --git a/contents/sections/lecherleitung.md b/contents/sections/lecherleitung.md new file mode 100644 index 0000000..ccbc117 --- /dev/null +++ b/contents/sections/lecherleitung.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Einen interessanten Sonderfall der Impedanztransformation mittels Übertragungsleitungen stellt die sogenannte Lecherleitung dar. Dies ist eine am Ende offene Zweidrahtleitung. Bei Frequenzen, für die die Lecherleitung eine elektrische Länge von $\lambda/4$ aufweist, wird das offene Ende ($\infty\,\Omega$) in einen Kurzschluss ($0\,\Omega$) transformiert. Die Lecherleitung ist in diesem Resonanzfalle dann am anderen Ende leitend, obwohl die beiden Drähte gar nicht miteinander verbunden sind. + +Umgekehrt gilt, dass eine am Ende kurzgeschlossene Leitung im Resonanzfalle sehr hochohmig wird. + +% TODO: Bild der Lecherleitung + +[question:AG320] +[question:AG411] + +Einen ähnlichen Effekt können wir mit Koaxialkabeln erreichen. + +[question:AG410] +[question:AG409] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/leistung.md b/contents/sections/leistung.md new file mode 100644 index 0000000..a1c84c0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/leistung.md @@ -0,0 +1,32 @@ +Auf dem Typschild elektrischer Geräte ist meistens die Leistungsaufnahme angegeben. Zum Beispiel könnte man auf einem LED-Leuchtmittel die Angabe 7 W finden oder 425 W auf einem Staubsauger. + +Auch an jedem Widerstand wird elektrische Leistung umgesetzt. Sobald ein Strom durch einen Widerstand fließt, wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt, also in Wärme. Je größer der Strom ist, desto mehr Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Deshalb werden auch viele elektrische Geräte beim Betrieb warm. Die elektrische Leistung gibt an, wieviel elektrische Energie in einer gewissen Zeit umgesetzt wird. Die Einheit der Leistung ist Watt, abgekürzt W. + +[question:NA204] +[question:NA211] +[question:NA210] + +Die elektrische Leistung hängt sowohl vom Strom als auch von der Spannung ab. Es gilt sowohl "Je größer die Spannung, umso größer die Leistung" also auch "Je größer der Strom, umso größer die Leistung". Berechnen lässt sich die Leistung sehr leicht. Sie ist das Produkt aus Strom und Spannung: + +$ P = U \cdot I $ + +Auch diese Formel und die unten folgenden Umstellungen dieser Formel muss man nicht unbedingt auswendig lernen, da sie Teil der Formelsammlung sind, die als Hilfsmittel bei der Prüfung vorliegt. Die Berechnung ist ebenfalls wieder mit dem Taschenrechner möglich. + +[question:NB601] +[question:NB602] +[question:NB603] + +Sind Leistung und Strom bekannt, so kann man die Spannung durch folgende Umstellung berechnen, die allerdings für die Prüfung der Klasse N nicht benötigt wird: + +$ U = \dfrac{P}{I} $ + +Möchte man wissen, wieviel Strom durch ein Gerät fliesst, kann man das mit folgender Formel aus der Spannung und der Leistungsangabe am Gerät errechnen: + +$ I = \dfrac{P}{U} $ + +[question:NB606] +[question:NB604] +[question:NB605] + + + diff --git a/contents/sections/leistung_2.md b/contents/sections/leistung_2.md new file mode 100644 index 0000000..a2731e5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/leistung_2.md @@ -0,0 +1,166 @@ +In der Klasse N haben wir den Leistungsbegriff bereits als Produkt aus Strom und Spannung ($P = U \cdot I$) kennengelernt. In der Klasse E vertiefen wir dieses Thema weiter, indem wir uns unter anderem mit dem Umstellen von Formeln befassen. + +--- + +Dazu betrachten wir die Schaltung in Abbildung [ref:e_leistung_r]. Sie zeigt, wie an einem Widerstand elektrische Leistung in Wärme umgesetzt wird. Angenommen, die Größen $P$ und $R$ sind bekannt, so lässt sich mithilfe der Leistungsformel ($P = U \cdot I$) und des ohmschen Gesetzes ($U = R \cdot I$) die Spannung $U$ bestimmen. + + +[picture:1013:e_leistung_r:Leistung wird am Wiederstand $R$ in Wärme umgesetzt] + + +--- + + +Die hergeleiteten Formeln sind auch übersichtlich in der [Formelsammlung](https://50ohm.de/hm) zu finden. + + +Zunächst stellen wir dazu die Gleichung des ohmschen Gesetzes nach dem Strom um: + +$ U = R \cdot I \quad\quad\quad |~: R $ + +$ I = \frac{U}{R}$. + +Setzen wir diesen Ausdruck für $I$ in unsere Leistungsformel ein, so ergibt sich: + +$P=U \cdot \frac{U}{R}$ + +$P=\frac{U^2}{R}$. + +Diese Gleichung lösen wir nach $U^2$ auf, indem wir beide Seiten mit R multiplizieren: + +$P=\frac{U^2}{R} \quad\quad\quad |~\cdot R$ + +$U^2 = P \cdot R$. + +Nun möchten wir die Spannung $U$ bestimmen. Dazu wenden wir die Umkehroperation des Quadrierens an, nämlich das Ziehen der Quadratwurzel. Dadurch erhalten wir: + +$ U^2 = P \cdot R \quad\quad\quad |~\sqrt{~~}$ + +$U = \sqrt{P \cdot R}$. + +In einigen Prüfungsfragen ist es wichtig, die richtigen Zusammenhänge zu erkennen. Mithilfe der Formelsammlung lässt sich die korrekte Lösung jederzeit herleiten. + +[question:EB504] + +Auch für den Strom $I$ lässt sich durch Einsetzen des ohmschen Gesetzes in die Leistungsformel der Zusammenhang zwischen Strom $I$, Widerstand $R$ und Leistung $P$ herleiten. + +Wir starten mit den beiden Gleichungen $P = U \cdot I$ und $U = R \cdot I$. Setzt man die zweite Gleichung in die erste für $U$ ein, ergibt sich: + +$P = R \cdot I \cdot I$ + +$P = I^2 \cdot R$. + +Wir lösen nach $I^2$ auf, indem wir beide Seiten durch R teilen: + +$P = I^2 \cdot R \quad\quad\quad |~:~R$ + +$I^2 = \frac{P}{R} $. + +Im letzen Schritt ziehen wir dann die Wurzel: + +$I^2 = \frac{P}{R} \quad\quad\quad |~\sqrt{~~}$ + +$I = \sqrt{\frac{P}{R}}$ + + +[question:EB505] + +Kennt man die Leistung $P$ und den Strom $I$ oder die Spannung $U$, kann man daraus stets auch den Widerstand $R$ berechnen. + +Wir kennen bereits: + +$P=\frac{U^2}{R}$ + +Wir lösen nach R auf, indem wir beide Seiten der Gleichung mit R multiplizieren und dann durch P teilen: + +$R = \frac{U^2}{P}$ + +Andererseits ist $P = I^2 \cdot R$. Wir teilen beide Seiten durch $I^2$ und erhalten den gesuchten Ausdruck: + +$R = \frac{P}{I^2}$ + +[question:EB506] + +Alle zuvor vorgestellten Zusammenhänge der Gleichspannungstechnik zwischen Leistung, Strom und Spannung gelten auch für Wechselstrom. Allerdings müssen dabei die Effektivwerte von Strom und Spannung verwendet werden. In einem vorherigen Kapitel haben wir bereits kennen gelernt wie man aus dem Spitzenwert den Effektivwert berechnet: + +$U_{eff} = \frac{\hat{U}}{\sqrt{2}}$ bzw. $\hat{U} = U_{eff} \cdot \sqrt{2}$ + +[question:EB503] + +Das bedeutet, dass wir mit allen zuvor hergeleiteten Formeln nun auch die folgenden Aufgaben aus der Welt der Hochfrequenz – also der Wechselspannung – berechnen können. + +%%%%% + +[question:EB507] + +Der Effektivwert beträgt hier $U_\text{eff} = \qty{100}{\volt}$. Der Abschlusswiderstand beträgt $\qty{50}{\ohm}$ (reiner Wirkwiderstand). Gesucht ist die Leistung an der Last. + +$P = \frac{U^2}{R} =\frac{(\qty{100}{\volt})^2}{\qty{50}{\ohm}} = \qty{200}{\watt}$ + +%%%%% + +[question:EB508] + +Auch wenn der Strom bekannt ist, kann man mit der bekannten Formel $P = I^2 \cdot R$ berechnen. Wir setzen ein: + +$P = (\qty{2}{\ampere})^2 \cdot \qty{50}{\ohm} = \qty{200}{\watt}$ + +%%%%% + +[question:EB509] + +Zur Berechnung der Leistung, die in einem $\qty{100}{\ohm}$-Widerstand umgesetzt wird, an dem eine Spannung von $\qty{10}{\volt}$ abfällt, benutzen wir wieder: + +$P = \frac{U^2}{R} = \frac{(\qty{10}{\volt})^2}{\qty{100}{\ohm}} = \qty{1}{\watt} $ + +%%%%% + +[question:EB510] + +Die Beantwortung dieser Frage bedarf eines gewissen Nachdenkens. Es ist sowohl eine maximale Spannungsfestigkeit ($\qty{700}{\volt}$) als auch eine Maximalleistung ($\qty{1}{\watt}$) angegeben. Es fragt sich nur, welche Grenze zuerst erreicht wird, wenn wir die Spannung erhöhen. + +Berechnen wir zunächst die Spannung, die am Widerstand (\qty{10}{\kilo\ohm}$) anliegen muss, damit gerade die zulässige Leistung erreicht wird. Dazu rechnen wir (Herleitung weiter oben): + +$U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{\qty{1}{\watt} \cdot \qty{10000}{\ohm}} = \qty{100}{\volt}$ + +Das ist dann auch schon die gesuchte maximale Gleichspannung! + +%%%%% + +[question:EB511] + +Hier ist der Rechenweg derselbe wie in der Aufgabe davor, nur die Zahlenwerte sind anders: + +$U = \sqrt{P \cdot R} = \sqrt{6\ \text{W} \cdot 10^5\ \Omega} \approx 774,6\ \text{V} \approx 775\ \text{V}$ + +%%%%% + +[question:EB512] + +Wenn der Widerstandswert und die maximale Belastbarkeit gegeben sind und nach dem Maximalstrom gefragt wird, verwenden wir die Beziehung: + +$I = \sqrt{\frac{P}{R}} = \sqrt{\frac{\qty{23}{\watt}}{\qty{120}{\ohm}}} \approx \qty{0,4378}{\ampere} \approx \qty{438}{\milli\ampere} + +[question:EB513] + +In dieser Frage wird ein Oszilloskop verwendet, um die Spitzen-Spitzen Spannung an der Last zu messen. Diese Spannung beträgt $U_{SS} = \qty{25}{\volt}$. Das bedeutet die Spitzenspannung beträgt $\hat{U} = \qty{12,5}{\volt}$ Wir berechnen zunächst den Effektivwert der Spannung: + +$U_{eff} = \frac{\hat{U}}{\sqrt{2}} = \frac{\qty{12.5}{\volt}}{\sqrt{2}} \approx \qty{8,84}{\volt}$ + +Dann ist der Effektivstrom (Ohmsches Gesetz): + +$I_{eff} = \frac{U_{eff}}{R} = \frac{\qty{8,84}{\volt}}{\qty{1000}{\ohm}} = \qty{8,8}{\milli\ampere}$ + +Damit ließe sich auch die effektive Leistung berechnen, doch so weit geht die Frage hier nicht. + +--- + +[question:EB514] + +Die Antwort zu dieser Frage schließlich lässt sich sehr gut im Kopf rechnen. Hier werden 11 gleiche Widerstände, wie in Abbildung [ref:e_dummyload_11] gezeigt, parallel geschaltet. Das heißt, der Strom durch jeden einzelnen Widerstand ist 1/11 des Gesamtstroms. Also ist die Leistung an jedem Widerstand auch nur 1/11 der Gesamtleistung. + +Also ist die zulässige Gesamtleistung $11 \cdot \qty{5}{\watt} =\qty{55}{\watt}$. + + +[picture:1014:e_dummyload_11:Dummyload aus 11 gleich großen Widerständen] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/leistungsvertaerker.md b/contents/sections/leistungsvertaerker.md new file mode 100644 index 0000000..df11f18 --- /dev/null +++ b/contents/sections/leistungsvertaerker.md @@ -0,0 +1,73 @@ +Leistungsverstärker werden im Amateurfunkbereich zur Verstärkung des intern erzeugten HF-Signals aus vorherigen Stufen verwendet um die gewünschte Ausgangsleistung des Senders zu erzielen. Hierbei unterscheidet man grundlegend in 2 Typen von HF-Verstärkern. Zum einen breitbandige HF-Verstärker, welche eine gleichbleibende Verstärkung über einen relativ breiten Frequenzbereich haben (z.B. Kurzwellenbereich 1-30 MHz). Zum anderen selektive HF-Verstärker, welche das Maximum Ihrer Verstärkung nur in einem schmalen Frequenzbereich haben (z.B. nur in einem Amateurband des Kurzwellenbereichs). + +Breitbandige HF-Verstärker erkennt man typischerweise an breitbandigen Koppeltransformatoren zwischen den einzelnen Verstärkerstufen, die **nicht** mittels einer Parallel- oder Serienkapazität als Schwingkreis ausgebildet sind. + +Selektive HF-Verstärker erkennt man hingegen typischerweise an deren frequenzselektiver Auslegung, die durch Serien- oder Parallel-Schwingkreise im HF-Signalpfad gekennzeichnet sind. + + + +[question:AF412] +[question:AF408] + +Verstärker der vorgenannten Typen können auch mehrstufig durch Verkettung einzelner Stufen ausgeführt sein. + +[question:AF413] + +Zwischen Verstärkerstufen eines Leistungsverstärkers und deren Ein- und Ausgängen ist es erforderlich eine Impedanzanpassung vorzunehmen. Dies ist notwendig, damit die HF-Ausgangsimpedanz einer vorherigen Stufe auf die HF-Eingangsimpedanz der folgenden Stufe bestmöglich angepasst wird für maximale Verstärkung und minimale Verzerrungen und optimalen Wirkungsgrad (Vermeidung von Reflexionen und Nichtlinearitäten). + +Die Impedanzanpassung kann entweder breitbandig durch Verwendung eines Transformators mit geeignetem Übersetzungsverhältnis oder frequenzselektiv durch einen angezapften Schwingkreis erfolgen. + +Bei frequenzselektiver Anpassung gibt es zwei grundlegende Möglichkeiten diese vorzunehmen: +- durch einen induktiven Spannungsteiler (Spule mit Anzapfung und parallelkondensator) +- durch einen kapazitiven Spannungsteiler (zwei Kondensatoren in Reihenschaltung mit Spule in Parallelschaltung) + +Diese Spulen und Kondenstatoren können in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet sein (Parallel- oder Serien-kreis) um die gewünschte Impedanztransformation zu erreichen und gegebenenfalls gleichzeitig Oberwellen zu unterdrücken (Pi-Filter). + +[question:AF409] +[question:AF410] +[question:AF414] +[question:AF407] +[question:AF406] +[question:AF417] + +Ein Pi-Filter kann Impedanzen an dessen Ein- und Ausgang durch das Verhältnis der beiden Kapazitäten anpassen. Die Spule des PI-Filters definiert zusammen mit den beiden Kapazitäten die Auslegungsfrequenz des Filters. Das PI-Filter unterdrückt gleichzeitig durch seinen Tiefpass-Charkter unerwünschte Oberwellen des Sendesignals. + +[question:AF405] + +Ein ähnliche Funktion hat eine LC-Schaltung hinter einem HF-Leistungsverstärker. Auch diese dient der Impedanzanpassung und gleichzeitiger Unterdrückung von Oberwellen. + +[question:AF404] + +Der Wirkungsgrad eine HF-Leistungsverstärkers wird definiert durch das Verhältnis der vom Leistungsverstärker abgegebenen HF-Ausgangsleistung und der dem Verstärker zugeführten Gleichstrom-Versorgungsleistung. + +[question:AF401] + +Die aktiven Elemente in einem Leistungsverstärker benötigen neben der erforderlichen Betriebsspannung auch eine gleichspannungsmäßige Einstellung des Arbeitspunktes (BIAS). Dieser Arbeitspunkt wird üblicherweise durch Spannungsteiler erzeugt die aus einer stabilisierten Hilfsspannung, durch Verwendung von Trimmpotentiometern für eine optimale Einstellung, die gewünschte BIAS-Spannung an den Elementen erzeugen. +Bei Betrachtung der BIAS-Spannung und deren Auswirkungen auf die Elemente der Schaltung ist die Schaltung nur gleichspannungsmäßig zu betrachten. Hierbei werden Kondensatoren als Elemente, die nur Wechselspannungen übertragen können, ignoriert. +Wicklungen von Transformatoren sowie Spulen werden bei der gleichspannungsmäßigen Betrachtung als Kurzschluss gesehen. + +[question:AF420] +[question:AF423] +[question:AF424] + +%TODO Fragennummern fixen +%TODO doe Frage 2373 bräuchte eine genauerer Erklärung wie man auf die 3.5 V kommt (370||6800 = 350). + +Die Berechnung der BIAS-Spannung bei gegebener Schaltung (Frage AF421) erfolgt durch Anwendung des Ohmschen-Gesetzes unter Berücksichtigung von Parallel- und Serienschaltung von Widerständen. Wichtig bei der Betrachtung der Frage ist, dass die Gate-Anschlüsse der Transistoren Kapazitäten darstellen und somit bei gleichspannungsmäßiger Betrachtung vernachlässigbar sind. + +[question:AF421] + +Bei Leistungsverstärkern ist es wichtig die einzelnen Stufen HF-Mäßig von der Betriebsspannung bestmöglich zu entkoppeln um Rückwirkungen auf andere Stufen zu vermeiden (Schwingneigung, Modulationseffekte etc.). Dazu werden die Betriebsspannungs-Zuführungen der einzelnen Stufen mit in Serie geschalteten Induktivitäten sowie Abblock-Kondensatoren nach Masse gegeneinander entkoppelt. Diese Anordnung stellt einen Tiefpass dar, da im Idealfall nur die gewünschte DC-Betriebsspannung durchgelassen wird, HF-Anteile jedoch abgeblockt werden. + +[question:AF411] +[question:AF419] +[question:AF418] +[question:AF422] + +Die HF-Eigenschaften realer Kondensatoren sind frequenzabhängig. Große Kapazitäten wie Elektrolytkondensatoren können nur bei niedrigen Frequenzen eingesetzt werden und sind im HF-Bereich nur bedingt wirksam. Um auch höhere Frequenzen durch Kondensatoren abzublocken verwendet man häufig eine Kombination aus unterschiedlichen Kondensator-Typen und Kapazitäts-Werten, die zusammen einen größeren Frequenzbereich abblocken können. + +[question:AF415] + +Um die Gesamtverstärkung eines mehrstufigen Leistungsverstärkers zu ermitteln muss die Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung durch vorzeichenrichtige Subtraktion der dBm-Werte vorgenommen werden. Beispiel: Eingangsleistung -5 dBm, Ausgangsleistung 20 dBm ergibt eine Gesamtverstärkung von 25 dB (20 dBm - (-5 dBm) = 25 dB) + +[question:AF428] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/leiter_nichtleiter.md b/contents/sections/leiter_nichtleiter.md new file mode 100644 index 0000000..f5aecc1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/leiter_nichtleiter.md @@ -0,0 +1,53 @@ +Wir teilen Materialien in drei Gruppen ein: *Leiter*, *Nichtleiter* und *Halbleiter*. Leiter sind Materialien, die in der Lage sind, elektrischen Strom zu leiten. Nichtleiter sind hingegen Materialien, die den elektrischen Strom nicht leiten, sondern als sogenannte *Isolatoren* wirken. Halbleiter sind wiederum Materialien, die nur unter bestimmten Umständen den elektrischen Strom leiten. + +Betrachten wir zunächst die Leiter etwas näher. Viele Leiter sind Metalle. Beispielsweise sind Blitzableiter aus Stahl und Hochspannungsleitungen aus Stahl oder Aluminium. Aber auch salziges Wasser kann Strom leiten. Manche Leiter können Strom besser leiten als andere. In der Tabelle [ref:leiter] sind alle in den Prüfungsfragen vorkommenden Leiter-Materialien wiedergegeben, und zwar absteigend nach ihrer Leitfähigkeit sortiert. + + +Die *Leitfähigkeit* ist eine Materialeigenschaft, die von der inneren atomaren Struktur abhängt und außerdem von der Menge frei beweglicher Elektronen bestimmt wird. + + + +Der *Widerstand* ist das Gegenteil der Leitfähigkeit. Ein Material, das gut leitet, hat einen geringeren Widerstand als ein Material das schlecht leitet - und andersherum: ein schlecht leitendes Material hat einen höheren Widerstand als ein gut leitendes. + + + +| c:Ordnung | X:Material | +| 1 | *Silber* | +| 2 | *Kupfer* | +| 3 | Gold | +| 4 | Aluminium | +| 5 | Wolfram | +| 6 | Zink | +| 7 | *Zinn* | +[table:leiter:Einige leitende Materialien, sortiert von den besonders gut leitenden zu den weniger gut leitenden Materialen] + + +Silber leitet beispielsweise elektrischen Strom besser als Kupfer. Zinn ist im Vergleich zu allen anderen genannten Materialien ein schlechter Leiter. Trotzdem wird Zinn in der Regel zum Löten verwendet, weil es im Vergleich zu den anderen Metallen einen sehr niedrigen Schmelzpunkt hat, was die Verarbeitung vereinfacht. + +In der Liste haben wir die Materialien, welche man sich für die Prüfung merken sollte, hervorgehoben. Merkt man sich die Reihenfolge *Silber - Kupfer - Zinn*, dann kann man alle Prüfungsfragen zu Leitern lösen. + +[question:NB101] +[question:NB102] +[question:NB103] + +--- + +Kommen wir nun zu den Isolatoren, also den Nichtleitern. In der Tabelle [ref:nichtleiter] sind alle Isolatoren aufgeführt, die in den Prüfungsfragen vorkommen. Wir haben wieder die Einträge hervorgehoben, die man sich für die Prüfung merken sollte. + + +| l: Bezeichnung | l: Abkürzung | +| *Porzellan* | | +| *Polyethylen* | *PE* | +| *Polystyrol* | *PS* | +| Kork | | +| Polyvinylchlorid | PVC | +| Polytetrafluorethylen | PTFE | +[table:nichtleiter:Einige nicht leitende Materialien] + + + +*Porzellan* kennt man ja eher von Geschirr. Es wird aber auch gerne als Isolator verwendet, beispielsweise bei Hochspannungsleitungen. + + +[question:NB104] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/leiterwiderstand.md b/contents/sections/leiterwiderstand.md new file mode 100644 index 0000000..931363c --- /dev/null +++ b/contents/sections/leiterwiderstand.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Drähte aus unterschiedlichen Materialien leiten elektrischen Strom unterschiedlich gut. Als Kenngröße betrachten wir dabei den elektrischen Widerstand des Drahtes. Den Widerstand haben wir in den Klassen N und E als die Größe kennengelernt, die den Stromfluss durch einen Leiter begrenzt. Ein Draht mit geringem Widerstand leitet den Strom besser als ein Draht mit hohem Widerstand. + +Der elektrische Widerstand eines Drahtes lässt sich mit der Formel + +$R=\frac{\rho\cdot l}{A_\text{Dr}}$ + +beschreiben. Die Formel zeigt, von welchen Eigenschaften eines Leiters der Widerstand abhängt. + +Das Formelzeichen $l$ steht für die Länge des Leiters. Ein Leiter besteht aus fest angeordneten Atomen und frei beweglichen Elektronen, die den Strom transportieren (vgl. Abbildung [ref:a_leitermodell]). Beim Stromfluss stoßen die Elektronen immer wieder mit den Atomen zusammen und werden dadurch gebremst. Je länger der Leiter ist, desto häufiger treten diese Zusammenstöße auf – der Widerstand wird also größer. Deshalb ist der Widerstand direkt proportional zur Leiterlänge: Verdoppelt sich die Länge, verdoppelt sich auch der Widerstand. + +Das Formelzeichen $A_\text{Dr}$ bezeichnet die Querschnittsfläche des Drahtes. Ein größerer Querschnitt bietet den Elektronen mehr Raum zum Fließen, sodass sie sich seltener gegenseitig behindern. Der Widerstand wird dadurch kleiner. In der Formel wird durch die Querschnittsfläche geteilt, was genau diesen Zusammenhang ausdrückt: Je größer der Querschnitt, desto geringer der Widerstand. + +Das Formelzeichen $\rho$ steht für den spezifischen Widerstand des Materials. Er beschreibt die materialabhängigen Eigenschaften des Leiters und gibt an, welchen Widerstand ein Leiter aus diesem Material bei einer Länge von $\qty{1}{\meter}$ und einem Querschnitt von $\qty{1}{\milli\meter\squared}$ bei $\qty{20}{\degree}$ besitzt. Das bedeutet, dass auch das Material einen Einfluss darauf hat, wie häufig die Elektronen durch Zusammenstöße mit den Atomen gebremst werden. Materialien wie Kupfer oder Eisen haben unterschiedliche Werte für $\rho$ und leiten den elektrischen Strom daher unterschiedlich gut. + + +[picture:713:a_leitermodell:Atome (+) und bewegliche Elektronen (-) in einem metallischen Leiter] + + +[question:AB101] + +Lösungsweg zu AB101: + +Wir brauchen dafür aus der Formelsammlung: + +$R=\frac{\rho\cdot l}{A_{Dr}}$ + +$A_{Dr}=\frac{d^2\cdot \pi}{4}$ + +$\rho=0,018\frac{mm^2}{m}$ + +Gegeben sind: $l=\qty{1,8}{\meter}$ und $d=\qty{0,2}{\milli\meter}$. Gesucht wird $R$. + +$A_{Dr}=\dfrac{(\qty{0,2}{\milli\meter})^2\cdot \pi}{4}=0,01 \cdot \pi \unit{\milli\meter\squared}$ + +$R=\frac{\qty{0,018}{\ohm\milli\meter\squared\per\meter} \cdot \qty{1,8}{\meter}}{0,01 \cdot \pi \unit{\milli\meter\squared}}=\qty{1,03}{\ohm}$ + +[question:AB102] + +Hinweis zu AB102: + +Umgestellt nach $l$ ergibt sich: + +$l=\dfrac{R\cdot A_{DR}}{\rho}$ + +$A_\text{Dr}=\qty{0,5}{\milli\meter\squared}$ als Querschnitt angegeben + +--- + +Die Temperatur ist ein weiterer Einflussfaktor auf den Widerstand und damit die Leitfähigkeit eines Leiters. Ein Stromfluss durch einen Leiter führt in der Regel zu dessen Erwärmung. Dies lässt sich auf die Stöße der Elektronen mit den Atomen zurückführen. In der Klasse E haben wir bereits das Konzept von Kalt- und Heißleitern kennen gelernt. Kaltleiter haben bei *niedrigen* Temperaturen einen geringen Widerstand und leiten damit den Strom besser. Bei hohen Temperaturen nimmt ihre Leitfähigkeit zunehmend ab, ihr Widerstand steigt, d. h. der Temperaturkoeffizient ist positiv. Die meisten *Metalle* sind Kaltleiter. *Heißleiter* verhalten sich genau umgekehrt. Sie leiten den Strom bei *hohen* Temperaturen besser. Viele *Halbleiter* sind Heißleiter. + +[question:AB103] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/leitung_phasenverschiebung.md b/contents/sections/leitung_phasenverschiebung.md new file mode 100644 index 0000000..dc2ad66 --- /dev/null +++ b/contents/sections/leitung_phasenverschiebung.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle erfolgt, wie wir gelernt haben, mit Lichtgeschwindigkeit. Im Freiraum ist dies die Vakuumlichtgeschwindigkeit; im Leiter müssen wir den Verkürzungsfaktor berücksichtigen. + +Innerhalb eines Leiters kommt es daher zwischen Anfang und Ende der Leitung zu einer Zeitverzögerung, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht unendlich ist: Wenn bei der Übertragung einer Sinusschwingung zu einem Zeitpunkt die positive Spitzenspannung an einem Ende anliegt, dann liegt diese erst ein wenig später am anderen Ende an. Da sich Sinusschwingungen wiederholen, geben wir diese Verzögerung als Phasenverschiebung von 0° bis 360° an, wobei 360° einer Schwingungsperiode entspricht. Aufgrund der Wiederholung der Welle entspricht 360° daher wieder 0°. + +Bei den folgenden Prüfungsfragen wurde der Verkürzungsfaktor bereits berücksichtigt, da von der *elektrischen Länge* eines Koaxialkabels die Rede ist, weshalb das Kabel mechanisch länger sein kann. Wir können daher die Länge direkt in die Phasenverschiebung in Grad umrechnen: Eine Wellenlänge ($\lambda$) entspricht genau 360°, und Bruchteile davon entsprechend einer proportional kleineren Phasenverschiebung. So ist entspricht beispielsweise $\lambda / 2$ genau $\frac{360\degree}{2} = 180\degree$. + +[question:AG407] +[question:AG408] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/linkstrecken.md b/contents/sections/linkstrecken.md new file mode 100644 index 0000000..af202b4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/linkstrecken.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Eine Linkstrecke ist eine fest eingerichtete Funkverbindung, die der Vernetzung von zwei Amateurfunkstellen, z. B. Relaisfunkstellen oder HAMNET-Knoten, dient. Da es sich bei Linkstrecken um automatisch arbeitende Stationen handelt, benötigen diese immer eine Zulassung durch die BNetzA und ein eigenes Rufzeichen. + + +[photo:127:n_linkstrecken_db0fc:Wartungsarbeiten am HAMNET-Knoten DB0FC, im Vordergrund die Richtantenne für die Linkstrecke zu DB0BWL] + + +Eine Linkstrecke überträgt in der Regel Daten. Sie kann aber auch als analoge Brücke zwischen Relais dienen. Die meisten Linkstrecken arbeiten im GHz-Bereich des Amateurfunkspektrums und bilden zusammen als HAMNET (Highspeed Amateurradio Multimedia NETwork) ein von Funkamateuren betriebenes Daten-Netzwerk. + +[question:NE405] diff --git a/contents/sections/locator.md b/contents/sections/locator.md new file mode 100644 index 0000000..bb75a8b --- /dev/null +++ b/contents/sections/locator.md @@ -0,0 +1,46 @@ +Es kommt öfter vor, dass man in einer Funkverbindung den eigenen Standort angeben möchte. Das kann man über Ortsbezeichnungen machen. Es gibt aber auch eine andere Möglichkeit, die vor allem bei Verbindungen auf VHF, UHF und höheren Bändern häufig genutzt wird: Man kann ein Locator-System verwenden. Bei einem Locator-System ist die Oberfläche der ganzen Erde in Kästchen eingeteilt, und jedes Kästchen hat eine eindeutige Bezeichnung. Im Amateurfunk verwenden wir das *Maidenhead-Locator-System*, das auch als Standortkenner oder QTH-Locator bezeichnet wird. + + +Das Maidenhead-Locator-System ist nach der *Stadt Maidenhead* benannt, die westlich von London im Vereinigten Königreich liegt. Dort fand 1980 eine Fachkonferenz der IARU statt, die das zuvor genutzte QRA-Locator-System reformierte. + + + +[photo:4:n_locator_welt:Maidenhead-Locator weltweit. Kartendaten © OpenStreetMap-Mitwirkende, SRTM. Kartendarstellung © OpenTopoMap (CC-BY-SA)] + + +Im Folgenden wird der Aufbau des Maidenhead-Locator-Systems erläutert. Zugleich versuchen wir den Maidenhead-Locator für die DARC-Geschäftsstelle zu ermitteln, die sich in Baunatal bei Kassel in Hessen befindet. + +--- + +In einem ersten Schritt teilt das Maidenhead-Locator-System die Oberfläche der Erde in 18 mal 18 gleich große Bereiche auf, die als *Felder* (englisch *fields*) bezeichnet werden. Jedem Feld ist eine Buchstabenkombination von AA bis RR zugeordnet (Abbildung [ref:n_locator_welt]). Der erste Buchstabe zählt beginnend mit A vom 180. Längengrad von Westen nach Osten hoch bis zum R. Der zweite Buchstabe fängt bei A am Südpol an und endet mit R am Nordpol. Auf der Karte wird also von links unten beginnend nach rechts oben gezählt. Die DARC-Geschäftsstelle liegt im Feld JO. + + +[photo:2:n_locator_jo:Das Feld JO des Maidenhead-Locator-Systems, Kartendaten © OpenStreetMap-Mitwirkende, SRTM. Kartendarstellung © OpenTopoMap (CC-BY-SA)] + + + +--- + +Jedes dieser Felder wird wiederum in 10 x 10 kleinere Felder aufgeteilt, die "squares" (Quadrate) genannt werden. Jedes Quadrat erhält eine zweistellige Zahl zugewiesen. Dabei wird ähnlich der Felder von links nach rechts und von unten nach oben nummeriert (Abbildung [ref:n_locator_jo]). Die DARC-Geschäftsstelle liegt innerhalb des Feldes JO im Quadrat 41. + + +Eigentlich sind die Quadrate (squares) des Maidenhead-Locator gar keine Quadrate, da die Erdoberfläche gekrümmt ist. Trotzdem werden sie so bezeichnet. + + +Jedes Quadrat wird nun wiederum in Unter-Quadrate aufgeteilt, die nach der gleichen Logik wie die Felder mit Buchstaben versehen sind, allerdings von AA bis XX. Die DARC-Geschäftsstelle liegt im Feld JO, Quadrat 41, Unter-Quadrat RG. + +| X: Bezeichnung | l: Übersetzung | l: Alternative Bez. | c | c: z.B. | +| Field | Feld | Größtfeld | AA-RR | JO | +| Square | Quadrat | Großfeld | 00-99 | 41 | +| Subsquare | Unter-Quadrat | Kleinfeld | AA-XX | RG | +[table:n_locator_stufen:Die einzelnen Stufen des Maidenhead-Locators] + +Um einen Maidenhead-Locator zu bilden, werden für einen gewünschten Standort die Bezeichnung für das Feld, das Quadrat und das Unter-Quadrat hintereinander gefügt. Die DARC-Geschäftsstelle befindet sich also im Locator JO41RG. + +[include:maidenhead] + +[question:BE111] + + +\newpage + diff --git a/contents/sections/logbuch.md b/contents/sections/logbuch.md new file mode 100644 index 0000000..064144e --- /dev/null +++ b/contents/sections/logbuch.md @@ -0,0 +1,53 @@ +--- + +Mit einem *Logbuch* hat man die Möglichkeit, seine Funkaktivitäten zu dokumentieren. Ein Logbuch kann man entweder elektronisch oder auch handschriftlich führen. Ähnlich wie bei einem Logbuch auf dem Schiff oder in einem Flugzeug kann man so alle wichtigen Informationen zu den Funkverbindungen festhalten, die man getätigt hat. Seltener wird das Logbuch auch als Stationstagebuch bezeichnet. + + +Folgende Daten werden üblicherweise in einem Logbuch für jede Funkverbindung festgehalten: +* Rufzeichen der Gegenstation +* Frequenz oder Band +* Datum und Uhrzeit +* Übertragungsverfahren (z. B. SSB, FT8, RTTY, ...) +* Vergebener und erhaltener Rapport +* Verwendete Sendeleistung +* Bemerkungen (z.B. Name des QSO-Partners oder eigene verwendete Station) + + +--- + +Viele Funkamateure führen freiwillig ein Logbuch. Es kann aber auch dazu kommen, dass man eine Aufforderung der Bundesnetzagentur erhält, die einen verpflichtet, ein Logbuch zu führen, beispielsweise um Störungsursachen zu ermitteln oder frequenztechnische Fragen zu klären. + +[question:BG101] +[question:VD109] +[question:VD108] + +Wenn die Logbuchführung angeordnet wurde, dann ist darauf zu achten, das Logbuch so zu führen, dass es auch wirklich später einsehbar ist, und zwar unabhängig davon, wie das Logbuch geführt wird. Das ist vor allem auch dann zu beachten, wenn man die Art und Weise der Logbuchführung ändert. + + +Jedes DARC-Mitglied kann die Vorzüge eines elektronischen, webbasierten Logbuchs – auf Basis von [Wavelog](https://50ohm.de/wl) – von überall unter [log.darc.de](https://50ohm.de/log) nutzen. Das Angebot umfasst die Möglichkeit, seine QSOs dort zu loggen, zu analysieren und auch mit Drittanbietern wie eQSL, LoTW, QRZ und dem DCL zu synchronisieren. Eine Anleitung findest du in diesem [Video](https://50ohm.de/wlv). + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +--- + +Wechselt man beispielsweise von einem handschriftlich auf Papier geführten Logbuch zu einem elektronisch per Computer geführtem Logbuch, dann muss man das alte Papier-Logbuch trotzdem aufheben. Genauso andersherum: Wechselt man vom Computer auf Papier, muss der Computer mit der entsprechenden Software weiter vorgehalten werden oder das Logbuch muss ausgedruckt werden. Entsprechend ist auch beim Wechsel der Logbuch-Software zu verfahren. Die alte Software muss weiter verfügbar sein oder das bestehende Logbuch muss in die neue Software übertragen werden. + + +*Praxis-Tipp:* Mit dem ADIF-Dateiformat ist es leicht möglich eine Logdatei von einer Logbuch-Software auf eine andere zu übertragen. Genauso kann man so ein Logbuch von einem Computer auf einen anderen überspielen. + + +[question:BG102] +[question:BG103] + +--- + +Zeiten sollten im Logbuch immer in der koordinierten Weltzeit eingetragen werden, die meist als *UTC* (von Universal Time Coordinated) bezeichnet wird. Das dient dazu, dass die Uhrzeit bei Funkverbindungen über unterschiedliche Zeitzonen hinweg nicht umgerechnet werden muss. Wenn es beispielsweise in Berlin 8:00 Uhr Ortszeit ist, dann ist es in New York erst 2:00 Uhr Ortszeit. Für beide ist es aber 07:00 UTC. Mit der UTC ist überall auf der Welt immer die gleiche Zeit. + + +Im Jahre 1972 wurde die UTC als universelle und weltweit einheitliche Uhrzeit eingeführt. + + +Wie unsere Ortszeit in UTC umgerechnet wird, hängt davon ab, ob gerade Sommerzeit ist. Während der Winterzeit gilt bei uns die *Mitteleuropäische Zeit (MEZ)*. Um diese in UTC umzurechnen, muss man eine Stunde abziehen. Wenn im Sommer die *Mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ)* verwendet wird, müssen jedoch 2 Stunden abgezogen werden. + +Ein Beispiel: In Berlin ist es ist 9:00 MEZ. Um dies in UTC umzurechnen, muss eine Stunde abgezogen werden. Es ist also 08:00 UTC. Wenn es jedoch 9:00 MESZ in Berlin ist, dann müssen zwei Stunden abgezogen werden. Es ist dann also 7:00 UTC. Um andersherum die UTC in Ortszeit umzurechnen, muss man eine Stunde (MEZ) bzw. zwei Stunden (MESZ) dazuzählen. diff --git a/contents/sections/low_noise_block.md b/contents/sections/low_noise_block.md new file mode 100644 index 0000000..0d09bc5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/low_noise_block.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Ein Low Noise Block Converter (LNB) wird häufig bei der Verarbeitung von hohen Frequenzen im GHZ-Bereich bei Amateurfunkverkehr über Satelliten verwendet. Hierbei wird die sehr hohe Empfangsfrequenz die typischerweise durch einen SAT-Spiegel empfangen wird bereits direkt im LNB auf eine deutlich niedrigere Frequenz heruntergemischt um hohe Kabelverluste, die bei hohen Frequenzen auftreten würden, zu vermeiden. + +[question:AF230] + +Bei einem LNB handelt es sich um eine aktive Komponente, welche eine Spannungsversorgung benötigt. Diese erfolgt meist direkt durch das Koaxialkabel, welches zum LNB führt. Hierfür wird in das Koaxialkabel ein sog. Bias-T in der Empfangsstelle eingebaut. Seine Aufgabe ist die Gleichspannungsversorgung des LNBs sowie die Trennung der Gleichspannung vom HF-Signal im weiteren Signalweg hin zum Empfänger. +Ein LNB kann entweder horizontal oder vertikal polarisierte Signale empfangen. Die Umschaltung zwischen den beiden Polarisationsrichtungen erfolgt hierbei über die Höhe der Betriebsspannung mit welcher das LNB versorgt wird. Übliche Werte sind hier z.B. 12V und 18V. + +[question:AF231] + diff --git a/contents/sections/mantelwellen_1.md b/contents/sections/mantelwellen_1.md new file mode 100644 index 0000000..930970d --- /dev/null +++ b/contents/sections/mantelwellen_1.md @@ -0,0 +1,52 @@ +Beim Anschluss von Antennen möchten wir erreichen, dass nur die Antenne Signale abstahlt bzw. aufnimmt, nicht jedoch die Speiseleitung selbst, die im Haus verlegt sein könnte. Hierzu eigenen sich geschirmte Leitungen, z. B. Koaxialkabel, da diese im Idealfall selbst keine elektromagnetischen Wellen abstrahlen oder aufnehmen, sondern das Signal abgeschirmt von der Außenwelt (also z. B. der Hauselektrik) durch das Kabel leiten. + + +Damit die Schirmung eines Koaxialkabels auch die gewünschte Funktion erfüllt, muss eine *Bedingung* erfüllt sein: Der Strom im Innenleiter muss dem Strom im Außenleiter genau entgegengesetzt sein und beide Ströme müssen den gleichen Betrag haben. In diesem Falle entsteht nur zwischen den beiden Leitern ein Feld, und die Umgebung des Kabels wird nicht beeinflusst. Der Außenleiter weist genau dann keine hochfrequente Spannung gegenüber der Erde auf. + +Umgekehrt bedeutet dies aber auch: Wenn der Außenleiter eine hochfrequente Spannung gegenüber der Erde aufweist, dann sind die Ströme im Innenleiter nicht symmetrisch und das Koaxialkabel strahlt ab. + +Die Ströme im Koaxialkabel sollten also symmetrisch sein (gleicher Betrag aber umgekehrtes Vorzeichen bzw. umgekehrte Richtung) und die Spannungen gegenüber der Erde sollten *unsymmetrisch* sein (nur der Innenleiter führt Spannung gegenüber der Erde). + + +--- + +Schließt man jedoch eine symmetrische Antenne, z. B. einen Halbwellendipol, an ein Koaxialkabel an, so kann es dennoch dazu kommen, dass das Koaxkabel trotz Abschirmung strahlt! Dies liegt daran, dass auf der Oberfläche der Außenseite des metallischen Außenleiters hochfrequente Ströme fließen können, die von einem elektromagnetischen Feld um die äußere Isolierung herum begleitet werden (vgl. Abbildung [ref:e_mantelwellen]). Diesen Effekt bezeichnen wir als *Mantelwellen*, welche sowohl beim Senden andere Geräte im Haus stören können, als auch zu Empfangsstörungen führen können, da das Koaxialkabel gewissermaßen zum Teil der Antenne wird und damit störende Einflüsse im Haus leichter vom Funkgerät aufgenommen werden können. Die zusätzlichen Mantelströme "fehlen" dann auf einem der beiden Dipolschenkel, wodurch es außerdem zu einer Verformung der Richtcharakteristik kommt. + +[question:EG405] +[question:EG406] + +Abbildung [ref:e_mantelwellen] verdeutlicht, wie ein Teil des Stroms, der eigentlich in den Dipolschenkel fließen sollte, auf dem Koaxschirm zurückfließt. + + +[picture:633:e_mantelwellen:Mantelwellen] + + +Mantelströme fließen tatsächlich weitgehend auf der Oberfläche des Außenleiters. Dies hängt mit dem sogenannten *Skineffekt* zusammen, der dafür sorgt, dass hochfrequente Ströme weitgehend auf der Oberfläche von metallischen Leitern fließen. Insofern kann man sich ein Koaxialkabel auch als ein Dreileitersystem vorstellen: + +1. Außenseite des Innenleiters +2. Innenseite des Außenleiters +3. Außenseite des Außenleiters + +Der Strom auf der Außenseite des Innenleiters und der Strom auf der Innenseite des Außenleiters haben immer den gleichen Betrag und sind entgegengerichtet ($I_1$). Der Strom auf der Außenseite des Außenleiters ($I_3$) stellt den Mantelstrom dar. + +[question:EG404] + +--- + +Mantelwellen lassen sich beispielsweise dadurch verhindern, dass man ein sogenanntes *Symmetrierglied*, einen Balun, zur Verbindung von Koaxialkabel und Antenne verwendet. + + +Das Wort *Balun* ist zusammengesetzt aus den englischen Worten "balanced" und "unbalanced", da eine symmetrische Seite (z. B. eine symmetrische Antenne) mit einer unsymmetrischen Seite (dem Koaxialkabel, bei dem idealerweise nur der Innenleiter eine Spannung gegenüber Erde aufweist) verbunden werden soll. + + +[question:EG407] + +--- + +Eine weitere Bauform für einen Balun ist es, ein Koaxialkabel um einen Ferritkern zu wickeln. Dies stellt eine sogenannte *stromkompensierte Drossel* dar und wird auch als *Mantelwellensperre* bezeichnet. Für Gegentaktsignale hat sie eine geringe Impedanz, da, wenn im Innenleiter der umgekehrte Strom wie im Außenleiter fließt, keine nennenswerte Wechselwirkung mit dem Ferritmaterial stattfindet. Für Mantelwellen jedoch wirkt der Aufbau wie eine (verlustbehaftete) Spule. + + +[photo:325:e_mantelwellendrossel:Mantelwellensperre] + + +[question:EG408] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/mantelwellen_2.md b/contents/sections/mantelwellen_2.md new file mode 100644 index 0000000..197eab3 --- /dev/null +++ b/contents/sections/mantelwellen_2.md @@ -0,0 +1,47 @@ +Idealerweise sind die Ströme durch den Innen- und Außenleiter eines Koaxialkabels genau gleich groß und in der Richtung entgegengesetzt. Deren Summe ist also Null und man spricht dann von einem reinen *Gegentaktsignal*. Genau dann treten keine Mantelwellen auf. + +Ist die Summe des Signals hingegen ungleich Null, dann ist ein sogenanntes *Gleichtaktsignal* vorhanden. Der Gleichtaktanteil eines Stroms im Koaxialkabel fließt stets auf der Außenseite des Außenleiters und ist damit ein Mantelstrom mit zugehöriger Mantelwelle um das Koaxialkabel herum. + +[question:AG425] + +Dass ein um einen Ferritkern gewickeltes Koaxialkabel zur Unterdrückung von Mantelwellen geeignet sind, haben wir bereits gelernt. Dies ist eine Form der sogenannten *stromkompensierten Drossel*. + +Eine Drossel ist eine Spule, die hochfrequente Ströme blockieren soll. Die stromkompensierte Drossel ist eine Bauform der Drosselspule, bei der zwei getrennte Wicklungen auf den selben Magnetkern gewickelt werden. Hierbei wird die stromkompensierte Drossel so beschaltet, dass Gegentaktsignale, d. h. Signale bei denen der Strom in der einen Wicklung genau entgegengesetzt der anderen Wicklung sind und ansonsten die gleiche Größe aufweisen, kein Magnetfeld in den Kern induzieren. Die stromkompensierte Drossel lässt also Gegentaktsignale ungehindert hindurch. Gleichtaktanteile jedoch, also z. B. Ströme die nur auf dem Außenleiter und damit nur in einer Wicklung fließen, werden durch die Induktivität blockiert. + +[question:AG426] + +--- + +Eine Alternative zur stromkompensierten Drossel stellt ein HF-Trenntrafo dar. Da die Primär- und die Sekundärwicklung nicht miteinander verbunden sind, muss ein Strom der an einem Pol in den Trenntrafo hineinfließt (zumindest näherungsweise) auch in gleicher Größe aus dem anderen Pol wieder hinausfließen. Ein Gleichtaktanteil ist damit ausgeschlossen. + + +Da zwischen den Windungen der Spule eines Trenntrafos eine Kapazität entsteht und die Spule auch eine Kapazität gegenüber der anderen Spule ausbildet, unterdrückt auch ein Trenntrafo den Gleichtaktanteil eines Signals nicht vollständig. + + +[question:AJ115] + +Wenn ein Koaxialkabel frei von HF-Gleichtaktsignalen ist, dann weist der Außenleiter keine hochfrequente Spannung gegenüber der Erde auf. Dies liegt daran, dass sich bei einem Gegentaktsignal, also entgegengesetzten Strömen im Innen- und Außenleiter, ein elektrisches Feld ausschließlich zwischen Innen- und Außenleiter ausbildet. Von außen betrachtet heben sich die Wirkungen der beiden Ströme auf, da sie in der Summe Null ergeben. Das Vorhandensein von Mantelwellen hängt also unmittelbar mit dem Vorhandensein von HF-Spannungen auf dem Außenleiter zusammen. + +Genau solche Spannungen am Außenleiter entstehen z. B., wenn wir eine symmetrische Antenne an das Kabel anschließen, denn am Speisepunkt weist jeder Dipolschenkel eine Spannung gegenüber Erde auf. Verbinden wir die Schenkel jeweils mit einem Leiter des Koaxialkabels, so wird auch der Außenleiter eine Spannung gegenüber Erde aufweisen. + +Gut geerdete Antennen hingegen, z. B. eine Groundplane Antenne mit vielen gut abgestimmten oder vergrabenen Radialen, weisen am Speisepunkt der Radiale eine Spannung von nahezu Null gegenüber der Erde auf. Schlecht geerdete Groundplane-Antennen hingegen können anfällig für Mantelwellen sein. + +Eine weitere Möglichkeit, wie Mantelwellen entstehen können, ist durch kontaktlose Einkopplung in den Koax-Schirm. Führt man beispielsweise ein Speisekabel parallel zu einem Dipolschenkel, so entsteht eine Kopplung über das elektromagnetische Nahfeld der Antenne. + +[question:AG427] + +Bei vollständig symmetrischen Antennen kann ein sogenannter Spannungsbalun eingesetzt werden, um die Ströme im Koaxkabel zu symmetrieren. Eine beliebte Bauform ist ein Spartransformator, bei dem das Koaxialkabel in der Mitte und am Ende einer Spule angeschlossen wird, und die Antenne mit den beiden Enden der Spule verbunden wird. + +% TODO: Bild Spannungsbalun / Spartransformator + +Bei dieser Bauform kommt es neben der gewünschten Symmetrierung zusätzlich zu einer Verdoppelung der Spannung ($ü = 2$) sowie einer entsprechenden Halbierung des Stroms, was einer 1:4 Impedanztransformation entspricht, d. h. an ein 50 Ohm Koaxialkabel ist eine Antenne mit einem Speisewiderstand von möglichst 200 Ohm anzuschließen. + +[question:AG421] +[question:AG422] + +Diese Bauform ist jedoch nur geeignet Mantelwellen zu unterdrücken, wenn sich die angeschlossene Antenne tatsächlich symmetrisch verhält und sie nicht aufgrund von Umgebungseinflüssen asymmetrisch belastet wird. + +Allen Bauteilen, die der Unterdrückung von Mantelwellen dienen, ist gemein, dass dennoch eine "kontaktlose" Einkopplung über die elektromagnetischen Nahfelder der Antennen direkt auf den Koaxschirm, also hinter der Mantelwellensperre, erfolgen kann. Hier kann z. B. eine weitere, zusätzliche Mantelwellensperre mit etwas Entfernung zur Antenne helfen. + +[question:AG428] +[question:AG429] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/mapping.md b/contents/sections/mapping.md new file mode 100644 index 0000000..4d78b50 --- /dev/null +++ b/contents/sections/mapping.md @@ -0,0 +1,44 @@ +Im Rahmen der digitalen Signalverarbeitung beschreibt das *Mapping* den Schritt, bei dem digitale Daten in spezifische Signalpunkte (Symbole) umgewandelt werden, die über das Übertragungssystem gesendet werden können. Dies ist ein entscheidender Prozess in der Modulation, insbesondere bei Quadraturamplitudenmodulationen (QAM) und Phasenumtastungen wie QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). + +Beispiel für schrittweises Mapping bei QPSK + +1. *Binäre Daten in Symbole umwandeln*: + +Bei QPSK werden jeweils zwei Bits zu einem Symbol zusammengefasst. Da wir zwei Bits pro Symbol haben, ergeben sich vier mögliche Kombinationen (00, 01, 10, 11). Jede dieser Kombinationen wird einem spezifischen Signalpunkt zugeordnet, der durch eine bestimmte Phase repräsentiert wird. + +2. *Phasenvergabe*: + +Bei QPSK hat jedes Symbol eine eigene Phase. Die Phasen werden typischerweise in 90°-Schritten definiert: + +- 00 entspricht \(0^\circ\) +- 01 entspricht \(90^\circ\) +- 10 entspricht \(180^\circ\) +- 11 entspricht \(270^\circ\) + +3. *Mapping auf das Konstellationsdiagramm*: + +% TODO Bessere Darstellung für das Beispiel mit QPSK +[picture:697:a_8qam:I-Q-Diagramm für ein 8QAM-Mapping] +Die Darstellung ist für ein 8QAM-Mapping. QPSK im Beispiel entspricht dem äußeren Kreis. + +Ein *Konstellationsdiagramm* ist eine grafische Darstellung der möglichen Symbole in einem quadratischen Diagramm, wobei die X-Achse (In-Phase) und die Y-Achse (Quadratur-Phase) die Amplitude der Signalbestandteile darstellen. Bei QPSK befinden sich die vier Signalpunkte an den Enden eines Quadrats im Diagramm: + +- Signalpunkt für 00: auf der positiven X-Achse (0°) +- Signalpunkt für 01: auf der positiven Y-Achse (90°) +- Signalpunkt für 10: auf der negativen X-Achse (180°) +- Signalpunkt für 11: auf der negativen Y-Achse (270°) + +Jeder dieser Punkte repräsentiert ein Symbol, und der Empfänger kann anhand der Phasenlage bestimmen, welche Bitkombination gesendet wurde. + +Beispielhafte Darstellung im Konstellationsdiagramm bei QPSK + +Die vier Punkte im Konstellationsdiagramm bei QPSK lassen sich einfach darstellen: + +- *00* bei 0°: Repräsentiert einen Punkt auf der positiven X-Achse. +- *01* bei 90°: Ein Punkt auf der positiven Y-Achse. +- *10* bei 180°: Ein Punkt auf der negativen X-Achse. +- *11* bei 270°: Ein Punkt auf der negativen Y-Achse. + +%TODO: Bild zum Mapping am Beispiel von QPSK einfügen und die Punkte im Diagramm im Bezug zum Text setzen. + +Das Konstellationsdiagramm bei QPSK hat also vier Signalpunkte im rechten Winkel zueinander, was die vier Phasen darstellt, die für die Übertragung verwendet werden. Die klare Trennung der Phasen hilft, die Symbole auch bei Rauschen gut auseinanderzuhalten. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/mehrwegeausbreitung.md b/contents/sections/mehrwegeausbreitung.md new file mode 100644 index 0000000..df07838 --- /dev/null +++ b/contents/sections/mehrwegeausbreitung.md @@ -0,0 +1,18 @@ +In der Klasse E haben wir bereits *Fading* (*QSB*) kennen gelernt. Das wird hier nochmal in der Klasse A etwas vertieft. Wenn ein Funksignal auf mehr als einem Weg vom Sender zum Empfänger gelangt, dann spricht man von *Mehrwegeausbreitung*. Eine wichtige Ursache ist die Reflexion des Signals an Flächen (z.B. Gebäude, Topografie, Flugzeuge) [ref:a_mehrwegeausbreitung_reflexion]. Auf Kurzwelle kommt hinzu, dass das Signal in der Ionosphäre häufig an mehreren Stellen gebrochen wird [ref:a_mehrwegeausbreitung_ionosphäre]. Fast jede Funkverbindung ist von Mehrwegeausbreitung betroffen. + +--- + +Der Empfänger erhält also gleichzeitig *mehrere* Signale, die aufgrund unterschiedlicher Wegstrecken mit abweichenden Laufzeiten und damit verschiedenen Phasen eintreffen. Diese Signale werden im Empfänger addiert und nennt sich in der Fachsprache *Interferenz*. Abhängig vom Phasenunterschied kann das resultierende Summensignal entweder verstärkt oder abgeschwächt werden – im Extremfall sogar bis zur vollständigen Auslöschung. + + +Interferenz (von lateinisch inter = „zwischen“ und ferire, über altfranzösisch s’entreferir = „sich gegenseitig schlagen“) bezeichnet allgemein die Veränderung der Amplitude, die bei der Überlagerung von zwei oder mehr Wellen, d. h. addition, entsteht. + + +[question:AH222] + + +[include:applet_interferenz] + + +Wenn sich eines der beteiligten Medien bewegt (z.B. Funkbetrieb aus einem fahrenden Auto, ein Flugzeug als Reflektor für Funksignale oder grundsätzlich die brechenden Bereiche in der Ionosphäre, vor allem während der Dämmerung), dann verändert sich damit auch fortlaufend das Summensignal im Empfänger. Dies führt zu ständig zu QSB sowie je nach Modulationsart zu mehr oder weniger starken Verzerrungen und damit schlechterer Verständlichkeit. + diff --git a/contents/sections/mehrwertige_verfahren.md b/contents/sections/mehrwertige_verfahren.md new file mode 100644 index 0000000..a179ad0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/mehrwertige_verfahren.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Viele digitale Modulationsverfahren verwenden mehr als zwei Symbole. Anstelle von nur zwei Amplituden (klein und groß) funktioniert Amplitudenumtastung auch mit vier oder noch mehr unterschiedlichen Amplituden, also beispielsweise 25%, 50%, 75%, 100% des Maximums. So lassen sich zwei oder mehr Bits zu einem Symbol zusammenfassen und gleichzeitig übertragen. + +[picture:701:4ask:Quaternäre Amplitudenumtastung (Quaternary Amplitude-shift Keying)] + +Dieses Prinzip lässt sich auch wieder auf die Frequenz- und Phasenumtastung übertragen. Eine einfache Phasenumtastung (Binary Phase-Shift Keying, BPSK) verwendet nur zwei verschiedene Phasenlagen und kann daher nur ein Bit gleichzeitig senden. Die Quadraturphasenumtastung (Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK) hingegen nutzt schon vier verschiedene Phasenlagen (0°, 90°, 180° und 270°). QPSK überträgt somit zwei Bits in jedem Schritt. + +[question:AE402] + +Da bei Verfahren wie QPSK mehr als ein Bit pro Symbol übertragen wird, müssen wir mit den Einheiten aufpassen. Während wir in Hinblick auf den Datenstrom von einer Datenrate in Bit/s sprechen, wird die Rate der Abfolge unterschiedlicher Symbole in Symbolen pro Sekunde mit der Einheit Baud notiert. + +[question:AA104] + +Werden nur zwei Symbole verwendet und somit jedes Bit einzeln gesendet, entspricht die Symbolrate in Baud der Datenrate in Bit/s. Werden jedoch mehr Symbole verwendet und somit mehrere Bits gleichzeitig übertragen, ist die Datenrate höher als die Symbolrate. Für den Zusammenhang gilt, dass die Datenrate in Bit/s gleich der Symbolrate in Baud multipliziert mit der Anzahl der pro Symbol übertragenen Bits ist: + +$C=R_\mathrm{S}\cdot n$ + +$C$ Datenübertragungsrate in Bit/s + +$R_\mathrm{S}$ Symbolrate in Baud + +$n$ Symbolgröße in Bit/Symbol + +[question:AE405] +[question:AE406] diff --git a/contents/sections/mischer.md b/contents/sections/mischer.md new file mode 100644 index 0000000..6e7ebaf --- /dev/null +++ b/contents/sections/mischer.md @@ -0,0 +1,56 @@ +Mit Hilfe eines Mischers kann eine bestimmte Frequenz (bzw. ein Frequenzbereich mit definierter Bandbreite) in eine höhere oder niedrigere Frequenz umgesetzt werden. Dafür werden die Signale miteinander Multipliziert. + + +Eine Multiplikation von Signalen im Zeitbereich führt zu einer Addition (bzw. Subtraktion) im Frequenzbereich. Dieser Zusammenhang lässt sich anschaulich mit der folgenden trigonometrischen Identität (etwas vereinfacht, die Faktoren $2\pi\cdot t$ wurden der Übersicht halber weggelassen) erklären: + +$\sin(f_1)\cdot\sin(f_2) = \frac{1}{2}\left(\cos(f_1-f_2)-\cos(f_1+f_2)\right)$ + +Werden zwei Sinussignale miteinander multipliziert – eines mit der Frequenz $f_1$ und eines mit der Frequenz $f_2$ – entstehen im Frequenzbereich zwei neue Cosinussignale (was nichts anderes als ein phasenverschobener Sinus ist). Diese liegen bei den Frequenzen $f_1 - f_2$ und $f_1 + f_2$. Man kann sich das so vorstellen, dass ein Frequenzanteil nach unten und ein weiterer nach oben verschoben wird. Genau dieses Prinzip macht sich der Mischer zunutze. + +Dabei entstehen grundsätzlich immer zwei Frequenzkomponenten. In der Praxis ist jedoch meist nur eine davon erwünscht, weshalb im Anschluss an den Mischer geeignete Filter eingesetzt werden, um das gewünschte Mischprodukt zu selektieren. Genau genommen können bei der Differenzbildung auch negative Frequenzen auftreten, weshalb man im Allgemeinen den Betrag $| f_1 \pm f_2 |$ betrachtet. + + +--- + +Ein Mischer nutzt nichtlineare Bauelemente, beispielsweise Dioden, um Signale miteinander zu multiplizieren. Dabei entstehen sogenannte Mischprodukte, deren Frequenzen mathematisch der Summe und der Differenz der Frequenzen der Eingangssignale entsprechen. + +Aufgrund dieser Eigenschaft werden Mischer gezielt eingesetzt, um Signale in andere, gewünschte Frequenzbereiche umzusetzen – etwa zur Hoch- oder Heruntermischung in Sendern und Empfängern. In Blockschaltbildern wird ein Mischer, wie in Abbildung [ref:e_mischer] dargestellt, durch einen Kreis mit einem Multiplikationszeichen symbolisiert, das auf die multiplikative Wirkung dieser Baugruppe hinweist. + + +[picture:903:e_mischer:Mischer] + + +--- + +Die an einem Ausgang eines Mischers erzeugten Frequenzen bestehen hierbei vorwiegend aus den beiden Mischpodukten der zugeführten Signale $f_\text{e}$, dem Eingangssignal und $f_\text{o}$ dem Signal was von einem Osziallator kommt. Hierbei ergeben sich zwei erwünschte Mischprodukte als Summe und Betrag der Differenz der zugeführten Signale: + +$f_\text{z}=|f_\text{e}\pm f_\text{o}|$ + +Wegen des $\pm$ muss eine Fallunterscheidung getroffen werden: Es ergibt sich somit $f_\text{z1} = f_\text{e}+f_\text{o}$ sowie $f_\text{z2}=|f_\text{e}-f_\text{o}|$. + +Die Betragsstriche $|x|$ bedeuten, dass nur der Zahlenwert ohne Vorzeichen betrachtet wird. Ist $x$ negativ, wird es positiv gemacht. Ist $x$ bereits positiv, bleibt es unverändert. + +Normalerweise wird nur eines der erwünschten Mischprodukte für die weitere Signalverarbeitung genutzt. Das andere Mischprodukt (sowie ggf. weitere unerwünschte Mischprodukte - siehe Vertiefung) müssen anschließend durch Filterung aus dem Signalgemisch entfernt werden. + + +Ein realer Mischer erzeugt neben den erwünschten Mischprodukten auch Mischprodukte höherer Ordnung wie z.B. $2 * f_\text{in1} + f_\text{in2}$ usw. Diese unerwünschten Mischprodukte müssen anschließend ebenfalls durch geeignete Filter entfernt werden. Auch die beiden Eingangsfrequenzen sind bei realen Mischern in deren Ausgangssignal nicht vollständig unterdrückt und müssen bei der weiteren Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Durch Verwendung eines balancierten Ringmischers (Balance-Mixer) können die beiden Eingangssignale im Ausgangssignal sehr stark unterdrückt werden, weshalb dieser Mischer-Typ häufig zum Einsatz kommt. + + +[question:EF201] + +Bei dieser Frage müssen wir einfach nur die Oszilatorfrequenz einmal addieren und einmal subtrahieren und dabei den Betrag beachten. + +$f_\text{z1} = f_\text{e}+f_\text{o} = \qty{21}{\mega\hertz} + \qty{31,7}{\mega\hertz} = \qty{52,7}{\mega\hertz}$ + +$f_\text{z2}=|f_\text{e}-f_\text{o}| =|\qty{21}{\mega\hertz} - \qty{31,7}{\mega\hertz}| = |\qty{-10,7}{\mega\hertz}| = \qty{10,7}{\mega\hertz}$ + +Die folgenden Fragen funktionieren nach dem gleichen Prinzip. + +[question:EF202] +[question:EF203] +[question:EF204] +[question:EF205] + +Da in Mischern verschiedenste Frequenzen durch den Mischvorgang erzeugt werden, müssen *Mischstufen immer sehr gut geschirmt werden*, damit von diesen keine Abstrahlung in andere Stufen oder Geräte erfolgen kann und insbesondere andere Funkdienste nicht gestört werden! + +[question:EF206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/mischer_2.md b/contents/sections/mischer_2.md new file mode 100644 index 0000000..1cf7bcc --- /dev/null +++ b/contents/sections/mischer_2.md @@ -0,0 +1,46 @@ + +[picture:804:mischer_linear_vs_nichtlinear:Linearer Widerstand und nichtlineare Diode] + + +Steuerkennlinien von Baugruppen oder Bauelemten können linearen, nichtlinearen oder abschnittsweise gemischten Charakter haben. Zum Beispiel hat ein Widerstand eine lineare Kennline, die Kennlinie einer Diode ist hingegen nichtlinear [ref:mischer_linear_vs_nichtlinear]. + +Im linearen Bereich von Steuerkennlinien finden keine Verzerrungen der Eingangssignale statt da zu jeder Änderung eines Eingangssignals eine prozentual gleichgroße Änderung des Ausgangssignals erfolgt. Mathematisch entspricht dies einem linearen Verhalten (Addition). Ein Beispiel für eine durchgehend lineare Steuerkennlinie ist ein Widerstand. An linearen Steuerkennlinien oder im linearen Bereich von Steuerkennlinien findet **kein** Mischprozess statt. + +Im nichtlinearen Bereich von Steuerkennlinien finden Verzerrungen der Eingangssignale statt, da eine Änderung eines Eingangssignals keine prozentual gleichgroße Änderung eines Ausgangssignals bewirkt. Mathematisch entspricht dies einem nichtlinearen Verhalten bei dem eine Multiplikation der Eingangsgrößen stattfindet und daher zusätzliche Mischprodukte (abhängig von der Form der Kennlinie) entstehen. Daher findet im nichtlinearen Bereich von Steuerkennlinien immer ein Mischprozess statt. Mischprodukte erzeugen immer zusätzliche Frequenzen im Ausgangssignal welche überwiegend als Summen und Differenzen der Eingangsfrequenzen im Ausgangssignal vorliegen. + +In der Praxis bilden sich jedoch auch viele unerwünschte Mischprodukte höherer Ordnung, die durch technische Maßnahmen wie Filterung gezielt unterdrückt werden müssen. + +%TODO EVTL. VERWEIS AUF WEITERE LITERATUR ODER MATHEMATISCHEN HINTERGRUND + +[question:AF212] + +--- + +[picture:805:mischer_ringmischer:Balancemischer, Ringmischer oder auch Ringmodulator] + + +Ziel eines Mischers ist, dass an dessen Ausgang idealerweise nur die gewünschten Mischprodukte erscheinen und unerwünschte Mischprodukte sowie die Eingangssignale maximal unterdrückt werden. + +Am besten erreicht man dieses Ziel mit Hilfe eines sog. Balancemischers. Dieser ist mit 4 Dioden oder Transistoren in Ringschaltung aufgebaut [ref:mischer_ringmischer]. Durch seinen damit symmetrischen Aufbau werden die Eingangssignale im Ausgang maximal unterdrückt. Andere Mischerbauformen wie z.B. Doppeldiodenmischer, Dualtransistormischer sowie additive Diodenmischer leiten durch ihren unsymmetrischen Aufbau immer auch eines der Eingangssignale auf den Ausgang durch. + + +Funktionsweise eines Ringmischers: + +Der Lokal-Oszillator (U2 im Schaubild) schaltet immer zwei gegenüberliegende Dioden während einer Halbwelle leitend, während die beiden anderen Dioden gesperrt sind. In der nächsten Halbwelle des Lokal-Oszillators kehren sich die Verhältnisse genau um. Hierfür muss die Amplitude des Lokal-Oszillators (U2) ausreichend hoch sein, damit die Dioden während der positiven und negativen Halbwellen ausreichend durchgesteuert werden können. + +Hierdurch arbeitet der Diodenring als Polwender für das am Eingang anliegende Signal (U1). +Zum erreichen eines guten Mischergebnisses bezüglich unerwünschter Mischprodukte und Unterdrückung des Eingangssignals muss dessen Amplitude deutlich kleiner sein als die Amplitude des Lokal-Oszillators. +Optimale Werte werden durch sog. High-Level-Ringmischer erreicht, deren LO-Eingangspegel im Bereich von bis zu 10mW liegen können. + + + +Wichtig ist, dass man den Ringmischer von der Schaltung eines Dioden-Gleichrichters, welcher sehr ähnlich aussieht, dadurch unterscheiden kann, dass die Dioden beim Ringmischer hintereinander als Ring geschaltet sind (Kathode jeweils mit folgender Anode der folgenden Diode verbunden). Beim Gleichrichter hingegen sind immer 2 Kathoden und 2 Anoden verbunden. + + +Der Balancemischer, der auch als Ringmischer oder Ringmodulator bezeichnet wird, ist am besten geeignet um unerwünschte Ausgangssignale zu unterdrücken. + +% FEEDBACK: Wie funktioniert das ganze? Das wird nicht klar! Zusätlich: Hinweis zur verwechslung mit Brückengleichrichter! +% FEEDBACK-ANTWORT: Wir haben den Artikel um einen Tipp und Vertiefung hinsichtlich der angesprochenen Punkte erweitert. + +[question:AF213] +[question:AF214] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/modulationsarten.md b/contents/sections/modulationsarten.md new file mode 100644 index 0000000..c841c77 --- /dev/null +++ b/contents/sections/modulationsarten.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Erinnern wir uns zurück. Wir haben zwei wichtige Eigenschaften einer elektrischen Schwingung kennengelernt: +* *Amplitude:* Der maximale Abstand von der Nulllinie bis zum höchsten oder tiefsten Punkt der Schwingung +* *Frequenz:* Die Anzahl der Schwingungen pro Zeit, die sich aus der Periodendauer ergibt + + +[picture:790:n_schwingung:Schwingung] + + +--- +Beide Eigenschaften kann man beeinflussen, um Träger zu modulieren und so Informationen zu übertragen. Beide Modulationsarten werden im Amateurfunk verwendet, um Sprache, Bilder oder Texte zu übertragen: +* Amplitudenmodulation (AM), bei der die Amplitude verändert wird +* Frequenzmodulation (FM), bei der die Frequenz verändert wird + + +[picture:905:n_modulationsarten_am:Bei der Amplitudenmodulation (AM) wird die Amplitude einer elektrischen Schwingung verändert.] + + + +[picture:906:n_modulationsarten_fm:Bei der Frequenzmodulation (FM) wird die Schwingungsdauer und somit die Frequenz verändert.] + + +Es gibt auch noch weitere Modulationsarten und Übertragungsverfahren. Auf einige davon werden wir im weiteren Verlauf des Kurses noch eingehen. + diff --git a/contents/sections/modulatoren.md b/contents/sections/modulatoren.md new file mode 100644 index 0000000..a178fbe --- /dev/null +++ b/contents/sections/modulatoren.md @@ -0,0 +1,83 @@ +Bisher kennen wir Halbleiter-Dioden nur in ihrer Funktion als Gleichrichter einer Wechselspannung. In Modulatoren zur Erzeugung von AM- und SSB-Signalen spielen Dioden eine neue Rolle: Durch eine angelegte NF-Spannung wird ihr Widerstand im Takt der NF-Frequenz vergrößert oder verkleinert; je größer die NF-Spannung, umso größer der Diodenstrom und umso kleiner der resultierende Widerstand. In einem Amplituden-Modulator wird dieser Widerstand eingesetzt, um die Amplitude eines HF-Signals (aus einem Lokaloszillator) zu beeinflussen; der HF-Strom durch die Diode wird groß, wenn der Dioden-Widerstand klein ist und umgekehrt. Das HF-Signal wird in seiner Amplitude im Takt des NF-Signals „moduliert“! Im einfachsten Fall, wenn man nur eine einzige Diode verwendet, enthält das Spektrum des Signals einen Träger (bei der ursprünglichen HF-Frequenz) und zwei Modulations-Seitenbänder im Abstand der NF-Frequenz oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz – ein Signal mit Amplituden-Modulation (AM). + +Dieses Prinzip wird in der folgenden Frage deutlich: Eine Diode wird mit einem NF-Signal und einem HF-Signal gleichzeitig beaufschlagt und das Ausgangs-Signal wird mit einem LC-Schwigkreis ausgefiltert. + +[question:AD507] + +Mit einer Schaltung aus vier Dioden in einer Ring-Anordnung kann aber der Träger auch unterdrückt werden, und nur die beiden Seitenbänder bleiben übrig; dazu muss der Dioden-Ring in eine Gegentakt- Schaltung eingebaut sein, die so ausbalanciert (bzw. symmetriert) ist, dass sich die Ströme des Trägersignals am Ausgang aufheben. Im Kapitel "Mischer II" wurde so eine Schaltung als „Balancemischer“ (engl. „balanced mixer“) bereits gezeigt, allerdings dort zur Umsetzung eines HF-Eingangssignals in eine Zwischenfrequenz-Lage. + +Der Balancemodulator ist die erste Stufe eines Einseitenband-Modulators - er erzeugt aus einem Lokaloszillator-Signal und einem NF-Signal (Modulation) ein Doppelseitenband-Signal (DSB). Dahinter folgt ein Bandpass-Filter, das nur eines der beiden Seitenbänder durchlässt, und damit am Ausgang ein SSB-Signal erzeugt. + +Man denke an die beiden notwendigen Stufen des SSB-Modulators. + +[question:AE206] + +[question:AF302] + +--- + +Man erkennt einen Balancemischer bzw. Balancemodulator an dem Dioden-Ring. In dieser Schaltung besteht keine vollständige Gegentakt Anregung, da nur ein Transformator verwendet wird, allerdings gibt es das Äquivalent zu einer Mittelanzapfung eines Transformators in der Einspeisung des Oszillator-Signals im Mittelpunkt eines Spannungsteilers (Poti). + +[question:AF308] + + +Im Sender wird aus dem Balancemischer ein Balancemodulator durch Vertauschung der Eingänge: Die niederfrequente Modulation wird in den Brückenzweig der Gegentakt-Schaltung zwischen der Mittelanzapfung von T2 und Masse eingekoppelt. Das Lokaloszillator-Signal wird über T1 in den Diodenring eingespeist und das Doppelseitenband-Signal über T2 ausgekoppelt. Ohne eine Modulations-Spannung werden die Dioden-Paare D1, D2 und D3, D4 abwechselnd durchgeschaltet und bilden dabei 1:1 - Spannungsteiler, so dass ihre Mittelpunkte auf Masse-Potential liegen. Somit liegen auch abwechselnd das obere und untere Ende der Wicklung von T2 auf Masse-Potential während das jeweils andere Ender der Wicklung durch gesperrte Dioden ohne Verbindung bleibt. Somit fließt kein Strom in der Wicklung und auf der Ausgangsseite entsteht keine Spannung - das macht die "Trägerunterdrückung" aus! + +Bei Anlegen einer Modulationsspannung fließt zusätzlicher Strom durch die Dioden, so dass das Mittelpunkts-Potential der Spannungsteiler verschoben wird - damit kann Strom in den Transformator T2 fließen und ein Ausgangssignal entsteht. Im Bild werden die Spannungsverläufe gezeigt, die sich ergeben, wenn das Oszillator-Signal vereinfacht als Rechteck-Funktion angenommen wird. + + +--- + +Träger-Unterdrückung hat mit Auslöschung eines unerwünschten Signals zu tun - dazu muss eine Modulator-Schaltung "ausbalanciert" sein. + +[question:AD510] + +Genau zu dieser Ausbalancierung gehört eine Justierung der Amplituden (Poti) und der Phasen (C-Trimmer) + +[question:AF309] + +"Symmetriert" oder "ausbalanciert" wird ein Modulator, um den Träger zu unterdrücken - die Modulations-Seitenbänder werden dabei nicht unterdrückt. + +[question:AF304] + +[question:AF303] + +Hinter dem Balacemodulator folgt die zweite Stufe eines SSB-Modulators. + +[question:AF305] + +[question:AF306] + +Die Quarze bestimmen die Frequenz des durch den Balancemodulator unterdrückten Trägers. Man erkennt an der Quarzfrequenz für das untere Seitenband (LSB): Der Träger liegt 1,5 kHz über der 9 MHz-Bandfilter-Mittenfrequenz. Mit der maximalen NF-Frequenz von 3 kHz liegt das untere Seitenband dann 1,5 kHz unter der Mittenfrequenz und die NF-Frequenz 200 Hz legt das Seitenband dann bei 1,3 kHz über der Mittenfrequenz des Filters. Für das obere Seiteband (USB) gilt das umgekehrt. + +[question:AF307] + +Das Kreuz- oder X-Symbol in dem Funktionsblock hinter dem NF-Verstärker steht für die mathematische Multiplikation - Modulatoren, Demodulatoren und Mischer-Schaltungen werden so gekennzeichnet, weil ihre Funktion mathematisch als die Multiplikation von Signal-Funktionen beschrieben werden kann. + +Ein Modulator für die Frequenzmodulation (FM) verwendet dagegen einen anderen Dioden-Typ, die Kapazitäts-Diode (in den Schaltungen erkennbar an dem kleinen Kondensator-Symbol neben dem Dioden-Symbol). Dabei ist die Diode immer Teil einer Oszillator-Schaltung, deren Schwingungsfrequenz durch einen Resonanzkreis bestimmt wird, der die Kapazitäts-Diode enthält. Die Diode wird mit einer Gleichspannung in Sperr-Richtung beaufschlagt, so dass sich eine feste Dioden-Kapazität einstellt und damit auch eine Oszillator-Frequenz. Zum Frequenz-Modulator wird die Schaltung, wenn der Gleichspannung ein NF-Signal überlagert wird – dann ändert der Oszillator seine Frequenz im Takt des NF-Signals. + + +Hier taucht die Kapazitäts-Diode auf - und die Transistor-Schaltung daneben ist ein Oszillator mit LC-Schwingkreis. + +[question:AD508] + +Eine in Sperrspannung betriebene Kapazitäts-Diode, die auf der einen Seite mit NF beaufschlagt wird und auf der anderen Seite parallel zum Schwingkreis einer Oszillator-Schaltung liegt beeinflusst die Frequenz des Oszillators. + +[question:AF310] + +Mit großen NF-Spannungen kann man leicht viel größere Frequenzänderungen des Oszillators bewirken (FM-„Hub“) als zulässig. Daher ist eine „Hub“- Begrenzung durch eine Einstellung und Begrenzung der NF-Amplitude notwendig. Anti-parallel geschaltete Dioden begrenzen die Spannung auf etwa die Dioden-Knickspannung. + +[question:AD509] + +Dies ist offenbar kein Modulator - es gibt nur ein einziges Signal! Ein Elko am Ausgang der Diode deutet auf Gleichspannung hin! + +[question:AD503] + +% TODO aus E hier her kopiert ... muss eingeflegt werden. + +[picture:500:e_ssb_modulation:Blockschaltbild zur Modulation von SSB mit der Filtermethode] +[picture:831:e_ssb_modulation_lsb:Frequenzen mit der Filtermethode bei LSB] +[picture:940:e_ssb_modulation_lsb:Spektrum mit der Filtermethode bei LSB] +[picture:832:e_ssb_modulation_usb:Frequenzen mit der Filtermethode bei USB] +[picture:941:e_ssb_modulation_usb:Spektrum mit der Filtermethode bei USB] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/moegel_dellinger_effekt.md b/contents/sections/moegel_dellinger_effekt.md new file mode 100644 index 0000000..f2cb86e --- /dev/null +++ b/contents/sections/moegel_dellinger_effekt.md @@ -0,0 +1,20 @@ +Je aktiver die Sonne ist, desto häufiger ereignen sich *Flares* auf ihrer Oberfläche, das sind starke Strahlungsausbrüche. Sie senden kurzwellige Strahlung im Ultraviolett- und im Röntgenbereich aus sowie Protonen, Elektronen und Ionen. Grundsätzlich eine feine Sache, denn genau diese Wellenlängen lösen in der irdischen Ionosphäre Elektronen ab. Dadurch entstehen positiv geladene Ionen und freie Elektronen – die Voraussetzung dafür, dass Kurzwellenausbreitung überhaupt möglich ist Aber auch hier kommt es auf die richtige Dosis an und die ist in diese Fall definitiv zu hoch: Ionisiert wird dadurch in erster Linie die D-Region, deren dämpfende Wirkung dadurch massiv ansteigt. + +Kräftige Flares sorgen somit dafür, dass die D-Region die Raumwelle wesentlich stärker und, anders als gewöhnlich, auch bei deutlich höheren Frequenzen dämpft. Der Kurzwellen-Funkverkehr auf der sonnenbeschienenen Seite der Erde wird dadurch stark beeinträchtigt oder fällt komplett aus. Dieses Ereignis nennt man den *Mögel-Dellinger-Effekt* nach den Physikern Hans Mögel und John Dellinger, die solche Radio Blackouts in den 1930er Jahren erstmals beschrieben haben. Im englischen Sprachraum spricht man meist vom *Shortwave Fade-Out* oder einer *Sudden Ionospheric Disturbance* (*SID*). + +Der Effekt tritt überfallartig binnen weniger Sekunden ein und baut sich danach langsam wieder ab, beginnend mit den hohen Frequenzen. Je nach Stärke und Dauer des auslösenden Flares kann es wenige Minuten bis weit über eine Stunde dauern, bis die Signale anderer Stationen wieder ganz langsam aus dem Rauschen auftauchen. + +Am 3. Oktober 2024 beteiligten sich mehr als 20 DARC-Clubstationen am Türöffnertag der Sendung mit der Maus. An diesem Tag öffneten zahlreiche Amateurfunkstationen ihre Türen für Kinder und interessierte Besucher, um Einblicke in den Amateurfunk zu geben und Funkverbindungen live zu demonstrieren. + +Leider ereignete sich gegen 12:19 UTC eine außergewöhnlich starke Sonneneruption der Klasse X9.0, die aus der aktiven Sonnenfleckenregion AR3842 ausbrach. Die dabei freigesetzte intensive Strahlung führte zu einer starken Ionisation der D-Schicht der Ionosphäre und löste den Mögel-Dellinger-Effekt aus. In der Folge kam es insbesondere auf der sonnenbeschienenen Erdseite zu einer erheblichen Absorption von Kurzwellen-Funksignalen, wodurch HF-Verbindungen stark gedämpft oder vollständig unterbrochen wurden. Die Auswirkungen waren so gravierend, dass die Funkkommunikation vieler Maus-Stationen für mehrere Minuten nicht möglich war. Dadurch konnten geplante Demonstrationen von Amateurfunkverbindungen zeitweise nicht durchgeführt werden, was angesichts der zahlreichen interessierten Gäste an diesem Tag natürlich äußerst ungünstig war. + +Abbildung [ref:e_dellinger] zeigt das Zentrum der Sonneneruption auf der Erdoberfläche um 12:19. Die +Abbildung [ref:e_dellinger2] stellt die durch den Mögel-Dellinger-Effekt verursachte Dämpfung der Amateurfunkbänder dar, wobei deutlich wird, dass die Auswirkungen mit steigender Frequenz abnehmen. + + +[picture:1011:e_dellinger:Höchste Frequenz, die von einer Absorption von 1 dB betroffen ist am 03.10.2024 um 12 Uhr und 19 Minuten. Dies zeigt an, wo der Mögel-Dellinger-Effekt am stärksten wirkt. Quelle NOAA] +[picture:1010:e_dellinger2:Dämpfung durch Mögel-Dellinger-Effekt am 03.10.2024 um 12 Uhr und 19 Minuten. Quelle NOAA] + + +[question:EH214] +[question:EH215] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/morsetelegrafie.md b/contents/sections/morsetelegrafie.md new file mode 100644 index 0000000..3548dd8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/morsetelegrafie.md @@ -0,0 +1,53 @@ +Auch im Amateurfunk werden viele digitale Übertragungsverfahren eingesetzt. Ein sehr einfaches haben wir schon besprochen. Bei der Morsetelegrafie mit Continuous Wave (CW) wird ein Träger in einem bestimmten Rhythmus ein- und wieder ausgeschaltet. Es gibt also nur 2 Stufen, 0% und 100% der maximalen Amplitude. Die Übertragung erfolgt also digital. + +Morsetelegrafie ist das älteste Übertragungsverfahren, das im Funk benutzt wird. Die ersten Funksender kannten kein anderes Verfahren. Die einzige Möglichkeit der Informationsübermittlung war, mit einer Taste den Sender immer wieder kurz ein- und auszuschalten. Beim Empfänger ist das dann als Ton zu hören, der in dem gegebenen Rhythmus an- und wieder ausgeht. + +Um verschiedene Zeichen, also Buchstaben, Ziffern und Satzzeichen, zu übertragen, wird der Morsecode verwendet. Für jedes Zeichen ist eine bestimmte Abfolge an kurzen und langen Tönen festgelegt. In den Tabellen [ref:n_morsetelegrafie_morsecode_buchstaben], [ref:n_morsetelegrafie_morsecode_ziffern_satzzeichen] und [ref:n_morsetelegrafie_morsecode_spezial] findet sich ein Teil des Morsecodes. Ein Punkt ([morse:e]) steht für einen kurzen Ton und ein Strich ([morse:t]) für einen langen Ton. Die Decodierung, also die Übersetzung der Töne in Zeichen beim Empfänger, erfolgt mit den Ohren und dem Gehirn - oder heutzutage auch mit dem Computer. + + +| c | l | c | l | c | l | +| | | | | | | +| A | [morse:a] | K | [morse:k] | U | [morse:u] | +| B | [morse:b] | L | [morse:l] | V | [morse:v] | +| C | [morse:c] | M | [morse:m] | W | [morse:w] | +| D | [morse:d] | N | [morse:n] | X | [morse:x] | +| E | [morse:e] | O | [morse:o] | Y | [morse:y] | +| F | [morse:f] | P | [morse:p] | Z | [morse:z] | +| G | [morse:g] | Q | [morse:q] | Ä | [morse:ä] | +| H | [morse:h] | R | [morse:r] | Ö | [morse:ö] | +| I | [morse:i] | S | [morse:s] | Ü | [morse:ü] | +| J | [morse:j] | T | [morse:t] | | | +[table:n_morsetelegrafie_morsecode_buchstaben:Morsecode (Buchstaben)] + + + +| c | l | c | l | c | l | +| | | | | | | +| 0 | [morse:0] | 5 | [morse:5] | / | [morse:/] | +| 1 | [morse:1] | 6 | [morse:6] | . | [morse:.] | +| 2 | [morse:2] | 7 | [morse:7] | , | [morse:,] | +| 3 | [morse:3] | 8 | [morse:8] | ? | [morse:?] | +| 4 | [morse:4] | 9 | [morse:9] | - | [morse:-] | +| | | | | @ | [morse:@] | +[table:n_morsetelegrafie_morsecode_ziffern_satzzeichen:Morsecode (Ziffern und Satzzeichen)] + + + +| l | l | +| | | +| Unterbrechung (BK) | [morse:bk] | +| Trennung innerhalb eines Durchgangs (BT, =) | [morse:=] | +| Ende des Durchgangs (AR) | [morse:ar] | +| Ende der Sendung (SK) | [morse:sk] | +| Korrektur | [morse:correction] | +[table:n_morsetelegrafie_morsecode_spezial:Morsecode (besondere Zeichen, Auswahl)] + + +Obwohl Übertragungsverfahren für Sprache, Bilder und sogar Video erfunden wurden, wird Morsetelegrafie bis heute im Amateurfunk praktiziert. Lange Zeit war es weltweit vorgeschrieben, dass jeder Funkamateur eine Morseprüfung ablegen musste, bevor er auf der Kurzwelle funken durfte. Erst in den 1990er Jahren wurde diese Regel aufgehoben. Seitdem darf jedes Land selber entscheiden, ob es eine Morseprüfung verlangt. In Deutschland ist sie seit 2003 freiwillig. + +[question:VA304] + +Eine Besonderheit gibt es bei Betriebsabwicklung in Morsetelegrafie zu beachten: Die Wahl einer geeigneten Geschwindigkeit. Morsezeichen können unterschiedlich schnell gegeben werden. Allerdings braucht es viel Übung, um auch schnell gegebene Morsezeichen aufnehmen zu können. Daher ist es wichtig, darauf zu achten, die Gegenstelle mit der Geschwindigkeit nicht zu überfordern. Es ist eine gute Faustregel, nicht schneller zu geben als die andere Station und auch nicht schneller, als man selber aufnehmen kann. So ist sichergestellt, dass alle mitkommen. + +[question:BE117] +[question:BE118] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/muf_luf_1.md b/contents/sections/muf_luf_1.md new file mode 100644 index 0000000..705a196 --- /dev/null +++ b/contents/sections/muf_luf_1.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Um eine Funkverbindung zwischen zwei Orten über die Raumwelle herzustellen, muss eine Frequenz gewählt werden, die von der Ionosphäre zuverlässig zur Erde zurückgebrochen wird. In der Regel betrifft das nicht nur eine einzelne Frequenz, sondern einen ganzen Frequenzbereich. Oft entscheidet man sich dabei für das höchste Amateurfunkband innerhalb dieses Bereichs. + +Dieser Frequenzbereich wird nach oben hin begrenzt durch die *MUF* (*maximal usable frequency*), also der höchsten Frequenz, die die Ionosphäre gerade noch für die Distanz zwischen Sender und Empfänger zurückbrechen kann. + +[question:EH204] + +Die MUF hängt von der Dichte der freien Elektronen in der brechenden Region (hier: F2-Region) sowie vom Einfallswinkel der Funkwelle in die Ionosphäre ab. Abbildung [ref:e_muf_luf] zeigt die Vorhersage der MUF für einen Sommertag im Juli 2025. Dabei wird deutlich, dass die MUF von der Tageszeit abhängt: Tagsüber führt die stärkere Ionisation zu einer höheren MUF, nachts nimmt die Ionisation ab und die MUF sinkt entsprechend. Ein weiteres Beispiel zeigt Abbildung [ref:e_muf_luf2]. Die MUF liegt hier bei etwa $\qty{7,5}{\mega\hertz}$. Das bedeutet, dass die Frequenzen $\qty{14}{\mega\hertz}$ und $\qty{7}{\mega\hertz}$ noch zur Erde zurückgebrochen werden, während Frequenzen oberhalb von $\qty{7,5}{\mega\hertz}$ in Richtung Weltraum abgelenkt werden. Das ist auch der Grund, warum wir mit der Raumstation ISS auf dem $\qty{2}{\meter}$-Band kommunizieren: Mit $\qty{145,800}{\mega\hertz}$ liegen wir deutlich über einer typischen MUF. + + +[picture:991:e_muf_luf:Vorhersage von MUF und LUF im Juli 2025] + + + +[picture:997:e_muf_luf2:Simulation der Sprungdistanzen für verschiedene Frequenzen und einer MUF bei ca. 7,5 MHz in einer Augustnacht 2024 bei einem Abstrahlwinkel von $\qty{45}{\degree}$] + + +Die genauen Zusammenhänge der MUF, beispielsweise in Bezug auf den Abstrahlwinkel, werden erst in der Klasse A behandelt. Für die Klasse E ist wichtig zu wissen: Je stärker die Ionisation der Ionosphäre, desto höher ist in der Regel auch die MUF. + +[question:EH207] +[question:EH206] + +Die D-Region haben wir bereits im Kapitel Ionosphäre II kennengelernt. Von ihr wird eine weitere Grenzfrequenz bestimmt – die sogenannte LUF (Lowest Usable Frequency), also die niedrigste nutzbare Frequenz, unterhalb derer die Dämpfung zu stark ist. +Nach unten hin stellt die LUF also die Begrenzung dar. Sie wird in erster Linie von der Ionisation in der *D-Region* bestimmt, hängt aber auch von der Ausrüstung (Sendestärke, Antennen, Empfindlichkeit des Empfängers) ab. + +[question:EH209] + +Insbesondere bei sehr geringer Sonnenaktivität oder während starker Magnetstürme kann der Sonderfall auftreten, dass für einen bestimmten Signalweg die LUF über der MUF liegt. In diesem Fall ist zwischen den betreffenden Orten kein Funkverkehr über die Raumwelle möglich. Abbildung [ref:e_muf_luf] zeigt auch eine Vorhersage der LUF für Juli 2025. Dort wird deutlich, dass zwischen 6 und 12 Uhr die LUF oberhalb der MUF liegt und daher kein Kurzwellenbetrieb möglich ist. + diff --git a/contents/sections/muf_luf_2.md b/contents/sections/muf_luf_2.md new file mode 100644 index 0000000..cdcf06b --- /dev/null +++ b/contents/sections/muf_luf_2.md @@ -0,0 +1,64 @@ +Die *MUF* (*maximum usable frequency*), also die höchste Frequenz, die die Ionosphäre für die Distanz zwischen Sender und Empfänger noch zurückbrechen kann, haben wir bereits in der Klasse E kennengelernt. Dort wurde deutlich, dass die MUF von der Dichte der freien Elektronen in der brechenden Region abhängt. In der Klasse A werden wir dieses Thema nun insbesondere mit Blick auf den Abstrahlwinkel noch genauer betrachten. + +[question:AH206] +[question:AH207] + +Wie wir auch schon wissen, ist die reichweite der Raumwellen vom Abstrahlwinkel abhängig. Je flacher die Welle auf die Ionosphäre auftrifft, desto leichter erfolgt die Brechnung. Dieser Zusammenhang gitl auch für die MUF: Die gerade noch zurückgebrochene Frequenz, die *MUF*, ist umso höher, je flacher unser Signal in die Ionosphäre einfällt. Die Abbildung [ref:e_muf_winkel2] zeigt eine Simulation der Sprungdistanz für einen Sommertag im Jahr 2024 für ein Amateurfunksignal um die $\qty{7}{\mega\hertz}$. Bei $\qty{45}{\degree}$ lag die MUF an diesem Tag bei $\qty{7.5}{\mega\hertz}$. Ändert man den Abstrahlwinkel, verändert sich auch die MUF: Strahlt man steiler ab (z. B. $\qty{60}{\degree}$), sinkt die MUF und die Funkwelle wird nicht mehr refraktiert. Strahlt man hingegen flacher ab (z. B. $\qty{30}{\degree}$), so erhöht sich die MUF. Im Folgenden werden wir diesen Zusammenhang genauer betrachten. + + +[picture:998:e_muf_winkel2:Sprungdistanz bei 7 MHz im Sommer 2024] + + +--- + +Von Ionosphärenmessstationen wird die so genannte kritische Frequenz $f_\text{c}$ (oder oft auch $f_\text{k}$, $f_\text{krit}$ oder $f_\text{oF2}$) gemessen. Das ist die höchste Frequenz, bei der die senkrecht in die Ionosphäre eintretende Raumwelle gerade noch reflektiert wird (Vgl. Abbildung [ref:e_muf_winkel]). Wenn wir senkrecht nach oben strahlen, unser Signal also unter einem Winkel von $\qty{90}{\degree}$ in die Ionosphäre einfällt, ist die MUF am kleinsten, denn unser Signal muss dann ja in der Ionosphäre komplett "umkehren", also eine 180° Wendung vollführen. Das bedeutet, bei $\qty{90}{\degree}$ gilt $f_\text{c} = MUF$. + + +Als Formelzeichen verwendet man $f_o$ (kleiner tiefgestellter Buchstabe "O" für *ordinary wave*) gefolgt von der ionosphärischen Region, für die diese Frequenz gilt, also z.B. $f_\text{oF2}$ für die F2-Region. Allerdings wird auch oft $f_\text{c}$, $f_\text{k}$ oder $f_\text{krit}$ als Formelzeichen verwendet. + + + +[picture:870:e_muf_winkel:Die Winkel zur Berechnung der MUF] + + + +Die kritische Frequenz ist also die höchste Frequenz, die aus der Ionosphäre wieder zurückkommt, wenn man senkrecht nach oben strahlt. Eine Daumenregel besagt, dass die höchste Frequenz, die bei *flacher* Einstrahlung noch zurückgeworfen wird, etwa das Dreifache der kritischen Frequenz beträgt. + + +[question:AH204] +[question:AH205] + +--- + +Die Abbildung [ref:e_muf_fof2] zeigt den zeitlichen Verlauf von MUF und $f_\text{c}$ am 08.09.2025, gemessen mit der Ionosonde in Juliusruh. MUF $\qty{3000}{km}$ bedeutet in diesem Fall, dass sehr flach abgestrahlt wird, um eine Sprungdistanz von $\qty{3000}{km}$ zu erreichen. + + +[picture:999:e_muf_fof2:MUF und $f_\text{c}$ am 08.09.2025] + + +Für andere Abstrahlwinkel lässt sich die MUF aus der $f_\text{c}$ mithilfe der folgenden Formel aus der Formelsammlung näherungsweise bestimmen (gilt für $\alpha > 40\degree$): + +$MUF \approx \frac{f_\text{c}}{sin(\alpha)}$ + +wobei $\alpha$ den Abstrahlwinkel bezeichnet (vgl. Abbildung [ref:e_muf_winkel]). Schaut man sich die Formel genauer an, erkennt man, dass die MUF stets höher liegt als die kritische Frequenz – und zwar umso mehr, je flacher die Sendeantenne abstrahlt bzw. die Empfangsantenne aufnimmt. + +[question:AH208] + +--- + +Für die kommerzielle Frequenzplanung, wo es darauf ankommt, dass eine Funkverbindung mit hoher Wahrscheinlichkeit gelingt, gibt es zudem den Begriff der *FOT* (*frequency of optimal transmission*, optimale Sendefrequenz), oder auch $f_\text{opt}$. Das ist die Frequenz, die auf einem bestimmten Signalweg statistisch an 90% aller Tage eine Funkverbindung erlaubt; sie liegt üblcherweise 15% unter dem monatlichen Mittel der MUF. In der Formelsammllung finden wir diesen Zusammenhang als + +$f_\text{OPT} = MUF \cdot 0,85$ + +Mit diesen Informationen können wir nun die folgende Aufgabe lösen; ein Taschenrechner ist dabei hilfreich. + +[question:AH209] + + +Für DX Verbindungen im Amateurfunk spielt die $f_\text{opt}$ keine Rolle, denn dort wählt man in der Regel das höchste Frequenzband, das noch eine Verbindung erlaubt (also am nächsten an der MUF), da dort der geringste Rauschflur und damit das beste Signal zu erwarten ist (höchster Signal-/Rauschabstand SNR). + + +In der Klasse E haben wir bereits die LUF (Lowest Usable Frequency) kennengelernt. Sie wird von der D-Region bestimmt und bezeichnet die niedrigste nutzbare Frequenz, unterhalb derer die Dämpfung zu stark ist. Die D-Region *dämpft* ja unser Funksignal und pro Sprung muss dieses Signal auch noch *zwei* Mal durch diese D-Region hindurch. Gleichzeitig ist diese Dämpfung umso höher, je niedriger die Frequenz ist (der Zusammenhang ist quadratisch: halbiert man die Frequenz, vervierfacht sich die Dämpfung). Daher wird man, wenn man die Frequenz fortwährend verringert, ebenfalls irgendwann an den Punkt gelangen, wo das zurückgebrochene Signal nicht mehr nutzbar ist; das ist die LUF. + +[question:AH210] +[question:AH211] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/n_blitzschutz.md b/contents/sections/n_blitzschutz.md new file mode 100644 index 0000000..5bed381 --- /dev/null +++ b/contents/sections/n_blitzschutz.md @@ -0,0 +1,3 @@ +Antennen auf dem Dach oder außerhalb eines Gebäudes sind durch direkte Blitzeinschläge gefährdet. Beim Aufbau von Antennen müssen deshalb Schutzmaßnahmen ergriffen werden, die den *anerkannten Regeln der Technik* entsprechen. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e. V., kurz VDE, gibt Normen heraus, die den jeweils aktuellen Stand der Technik dokumentieren. Wenn man die *VDE-Normen* beachtet, dann ist es einfach nachzuweisen, dass man die anerkannten Regeln der Technik beachtet hat. + +[question:VE603] diff --git a/contents/sections/naeherungsformel_1.md b/contents/sections/naeherungsformel_1.md new file mode 100644 index 0000000..bc927a0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/naeherungsformel_1.md @@ -0,0 +1,84 @@ +Um den Sicherheitsabstand zu Berechnen gibt es eine Näherungsformel. Wir finden Sie in der Formelsammlung: + +$ E = \frac{\sqrt{\qty{30}{\ohm}\cdot P_\text{EIRP}}}{d} $ + +Diese kann man schnell zum Sicherheitsabstand $d$ umstellen: + +$ d = \frac{\sqrt{\qty{30}{\ohm}\cdot P_\text{EIRP}}}{E} $ + +Die Formelsammlung hat noch einen Hinweis, dass die obige Formel erst für Berechnungen im Fernfeld (bzw. stahlendem Nahfeld) ab $ d > \frac{\lambda}{2\pi} $ gilt. + +Das liegt daran, dass nur im Fernfeld das elektrische und das magnetische Feld eine feste, konstante Phasenbeziehung zueinander aufweisen. Im reaktiven Nahfeld kann es hingegen lokal zu starken Überhöhungen sowohl des elektrischen als auch des magnetischen Feldes kommen. Diese Effekte lassen sich mit den Näherungsformeln für das Fernfeld nicht zuverlässig erfassen. Für Berechnungen im Nahfeld, also für Abstände $d \le \frac{\lambda}{2\pi}$, sind daher in der Regel numerische Simulationen erforderlich. Mit Einschränkungen (nicht bei magnetischen Antennen, nicht bei sehr kurzen Antennen) sind die Ergebnisse auch im strahlenden Nahfeld brauchbar. + + +Das Fernfeld einer Strahlungsquelle, ist der Bereich, in dem die Vektoren der elektrischen Feldstärke ($E$), der magnetischen Feldstärke ($H$) senkrecht aufeinander stehen und keine Phasendifferenzen aufweisen. + +Die Grenze zwischen Fernfeld und Nahfeld ist in erster Linie abhängig von der Wellenlänge. Das Fernfeld bildet sich, laut den [Erläuterungen zur BEMFV](50ohm.de/ebemfv), in einem Abstand von etwa $4\cdot\lambda$ aus. + +Das Nahfeld unterteilt sich in das *reaktive* und das *strahlende Nahfeld*. Praktisch ist, dass im strahlenden Nahfeld trotzdem die Formel für das Fernfeld verwendet werden kann. Das liegt daran, dass die Näherungsformel hier sehr konservative Abschätzungen liefert, das heißt die tatsächlichen Feldstärken sind geringer als die errechneten. Man ist auf der sicheren Seite. + +Mit der Formel $ d > \frac{\lambda}{2\pi} $ stellen wir also sicher, dass wir außerhalb des *reaktiven Nahfelds* sind. + + +%TODO Applet basteln: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/versuche/dipolstrahlung-animation + +Auf diesen Sachverhalt zielt die folgende Frage ab: + +[question:EK105] + +Für 3,5 MHz beginnt das Fernfeld (strahlendes Nahfeld) erst bei 13,64 m. + + $ d > \frac{\lambda}{2 \cdot \pi} $ + + $ d > \frac{\qty{85,7}{\meter}}{2 \cdot \pi} $ + + $ d > \qty{13,64}{\meter} $ + +Der mit $\qty{3,65}{\meter}$ ermittelte Abstand liegt deutlich im reaktiven Nahfeld und ist deshalb ungültig. Statt der Näherungsformel für das Fernfeld muss eine andere Methode gewählt werden. In Frage kommen Messungen der E- und H-Feldanteile, Simulations- oder Nahfeldberechnungen. + +Damit die folgende Frage beantwortet werden kann, muss berechnet werden wo das Fernfeld (strahlendes Nahfeld) für das 160 und 80-m-Band beginnt. + +[question:EK106] + +Für $\qty{160}{\meter}$ gilt: $d > \frac{\qty{160}{\meter}}{2\pi} = \qty{25,5}{\meter}$ + +Für $\qty{80}{\meter}$ gilt: $d > \frac{\qty{80}{\meter}}{2\pi} = \qty{12,7}{\meter}$ + +Die Berechnung ist ungültig, wenn die Entfernung für $\qty{160}{\meter}$ kleiner als $\qty{25,5}{\meter}$ und für $\qty{80}{m}$ kleiner als $\qty{12,7}{\meter}$ ist. + +%%%% + +In der folgenden Frage muss nun erstmals ein richtiger Sicherheitsabstand berechnet werden. + +[question:EK108] + +Zunächst müssen wir die Strahlungsleistung in $P_\textrm{EIRP}$ berechnen. Außerdem fällt uns auf, dass der Antennengewinn in $\unit{\dBd}$ angegeben ist. Hierzu nutzen wir wieder die Formel aus der Formelsammlung: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} = \qty{100}{W} \cdot 10^{\frac{\qty{7,5}{\dBd}-\qty{1,5}{\dB}+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} \approx \qty{653}{\watt}$ + +Die Summe der Gewinne und Dämpfungen des gesamten Antennensystems ist der Antennengewinn von 7,5 dBd, abzüglich der Kabeldämpfung von 1,5 dB und plus der Gewinn von 2,15 dBi für den isotropen Strahler (der Antennengewinn bezieht sich auf den Dipol). + +Alternativ können wir, wie schon in den vorherigen Kapiteln, für die Gewinne und die Dämpfung die jeweiligen Faktoren ermittelt werden. +$\qty{7,5}{\dB} - \qty{1,5}{dB} = \qty{6}{\dB}$, das entspricht einem Faktor von $4$. Der Faktor für $\qty{2,15}{\dBi}$ ist $1,64$. + +$P_\textrm{EIRP} = \qty{100}{\watt} \cdot 4 \cdot 1,64 = \qty{656}{\watt}$ + +--- + +Die Ergebnisse der beiden Rechenwegen sollten eigentlich gleich sein. Sie weichen aber etwas von ein ander ab. Das ist das Ergebnis von Rundungen bei den beiden Faktoren. Die vorhanden Leistung ist aber ausreichend genau um die Frage korrekt zu lösen. Wir setzen also diesen Wert in die Abstandsformel ein: + +$ d = \frac{\sqrt{\qty{30}{\ohm}\cdot P_\text{EIRP}}}{E} = \frac{\sqrt{\qty{30}{\ohm}\cdot \qty{656}{\watt}}}{\qty{28}{\volt\per\meter}} \approx \qty{5}{\meter} $ + +Den Sicherheitsabstand von 5 m wurde mit der Formel für das Fernfeld ermittelt. Deshalb ist er nur dann gültig, wenn der er auch im Fernfeld (bzw. strahlenden Nahfeld) liegt. Das wie oben schnell geprüft werden. + +$d > \frac{\lambda}{2\pi}$ + +$d > \frac{\qty{10}{\meter}}{2\pi}$ + +$d > \qty{1,6}{\meter} $ + +Der berechnete Sicherheitsabstand von $\qty{5}{\meter}$ ist Größer als $\qty{1,6}{\meter}$ und liegt eindeutig im Fernfeld (bzw. strahlendem Nahfeld). Die Berechnung ist damit gültig. Die richtige Antwort ist $\qty{5}{\meter}$. + + +In der Tabelle steht für $\qty{6}{\dB}$ ein Faktor von $4$. Das ist ein gerundeter Wert und beträgt eigentlich $3,981071706$. Deshalb kommt es zum Rundungsfehler. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/naeherungsformel_2.md b/contents/sections/naeherungsformel_2.md new file mode 100644 index 0000000..0f92517 --- /dev/null +++ b/contents/sections/naeherungsformel_2.md @@ -0,0 +1,160 @@ +%Um die Feldstärke einer Antenne im Fernfeld ($d>\frac \lambda {2 \pi}$) zu berechnen gibt es die folgende Näherungsformel: + +%$E=\frac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{A} \cdot G_\text{i}}} {d}=\frac {\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} d$ + +%mit der Leistung an der Antenne $P_\text{A}$, dem Gewinnfaktor bezogen auf den Isotropen Strahler %$G_\text{i}$, und dem Abstand $d$ + +%Für den Gewinnfaktor von Antennen ist gegeben: + +%$G_\text{i}=G_\text{d} \cdot 1,64$ + +%bzw. + +%$g_\text{i} = g_\text{d}+2,15\text{ dB}$ + +%Es ist in der Prüfung der Grenzwert für den Personenschutzabstand angegeben. Um den Personenschutzabstand dann zu berechnen, muss daher die Formel umgestellt werden zu + +%$d=\frac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{A} \cdot G_\text{i}}} {E}$ + +%Jedoch ist meist nicht die Leistung an der Antenne angegeben, und genauso wenig der Gewinn gegenüber einem Isotropen Strahler. Entsprechend muss dies mit berücksichtigt werden. Dies ergibt dann: + +%$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{Transceiver} \cdot G_\text{Kabel} \cdot G_\text{d} \cdot 1,64}} {E}$ + +%Mit der Leistung am Transceiver $P_\text{Transceiver}$, dem "Gewinn" des Kabels $G_\text{Kabel}$ (hier entsprechend mit negativem Vorzeichen einsetzen) und dem Gewinn gegenüber dem Dipol $G_\text{d}$. + +%Der "Gewinn" des Kabels kann z.B. berechnet werden für ein Kabel mit einer Dämpfung von $2 \text{ dB}$: +%$G_\text{Kabel} = 10^{\frac {-2 \text{ dB}} {10 \text{ dB}}} = 10^{-0,2}= 0,631$ + +% DD4UQ +Bei der Anzeige einer ortsfesten Amateurfunkanlage können die Sicherheitsabstände nach verschiedenen Verfahren ermittelt werden. Eine davon ist die Fernfeldberechnung. +Für die Berechnung braucht man die Sendeleistung ($P_\text{S}$), den Gewinnfaktor der Antenne bezogen auf den isotropen Strahler ($G_i = 1,64$) und den Grenzwert für die Feldstärke $(E = \text{28 V/m})$ im Fernfeld einer Antenne. Die Wellenlänge (10 m) ist nur angebeben um den Beginn des Fernfeldes zu ermitteln. + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{A} \cdot G_\text{i}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 100 \text{W} \cdot1,64}} {28 \text{V/m}}$ +$d \approx 2,50 \text{m}$ + +Ist der Abstand im Fernfeld (strahlenden Nahfeld)? + + $d = \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ + $d = \dfrac{10 \textrm{ m}}{2 \cdot \pi}$ + $d = 1,59 \textrm{ m}$ + + Der Sicherheitsabstand von 2,50 m liegt deutlich im Fernfeld (strahlenden Nahfeld) und ist damit gültig. + +[question:AK106] + +Die Frage AK108 ähnelt der vorherigen Frage. Hier muss zusätzlich die Kabeldämpfung beachtet werden. + +Hier bietet sich an, erst die ERIP zu berechnen. + +$P_\text{EIRP} = P_S \cdot {10^\dfrac{g_d − a + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +Bei einer Richtantenne muss der Wert für $g_d$ angegeben werden. Ein einfacher Dipol hat nur einen Gewinn in Bezug auf einen isotropen Strahler. Hier ist $g_d = 0 \textrm{ dBd}$ . +$P_\text{EIRP} = 300 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{0 \textrm{ dBd} − 0,5 \textrm{ dB} + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 300 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{1,65 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 300 \textrm{ W}\cdot {10^{0,165}}$ +$P_\text{EIRP} = 438,65 \textrm{ W}$ + +Nun kann der Sicherheitsabstand berechnet werden. + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 438,65 \textrm{ W}}} {28 \text{V/m}}$ +$d \approx 4,10 \text{m}$ + +Ist der Abstand im Fernfeld (strahlenden Nahfeld) ? + + $d = \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ + $d = \dfrac{20 \textrm{ m}}{2 \cdot \pi}$ + $d = 3,18 \textrm{ m}$ + + Der Sicherheitsabstand von 4,10 m liegt auch hier im Fernfeld (strahlenden Nahfeld) und ist damit gültig. + +[question:AK108] + +Hier kann geauso vorgegangen werden, wie bei der vorherigen Frage. +$P_\text{EIRP} = P_S \cdot {10^\dfrac{g_d − a + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 700 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{0 \textrm{ dBd} − 0,5 \textrm{ dB} + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 700 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{1,65 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 700 \textrm{ W}\cdot {10^{0,165}}$ +$P_\text{EIRP} = 1023,52 \textrm{ W}$ + +$\text{ }$ + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 1023,52 \textrm{ W}}} {28 \text{V/m}}$ +$d \approx 6,26 \text{m}$ + +[question:AK109] + +Bei der nächsten Frage muss der Sicherheitsabstand für ein Richtantenne berechnet werden . Der Gewinn $g_d = 11.5 \textrm{ dBd}$ . + +$P_\text{EIRP} = P_S \cdot {10^\dfrac{g_d − a + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 75 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{11,5 \textrm{ dBd} − 1,5 \textrm{ dB} + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 75 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{12,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 75 \textrm{ W}\cdot {10^{1,215}}$ +$P_\text{EIRP} = 1230,44 \textrm{ W}$ + +$\text{ }$ + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 1230,44 \textrm{ W}}} {28 \text{V/m}}$ +$d \approx 6,86 \text{m}$ + + Ist der Abstand im Fernfeld? + + $d = \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ + $d = \dfrac{2 \textrm{ m}}{2 \cdot \pi}$ + $d = 0,32 \textrm{ m}$ + + Der Sicherheitsabstand von 6,86 m liegt auch hier im Fernfeld und ist damit gültig. + +[question:AK110] + +Die Vorgehensweise ist analog der, der vorhergehenden Frage. + +$P_\text{EIRP} = P_S \cdot {10^\dfrac{g_d − a + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 100 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{10,5 \textrm{ dBd} − 1,5 \textrm{ dB} + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 100 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{11,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 100 \textrm{ W}\cdot {10^{1,115}}$ +$P_\text{EIRP} = 1303,17 \textrm{ W}$ + +$\text{ }$ + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 1303,17 \textrm{ W}}} {28 \text{V/m}}$ +$d \approx 7,1 \text{m}$ + + Der Sicherheitsabstand von 7,1 m liegt auch hier im Fernfeld. + +[question:AK111] + +Das 13-cm-Band reicht von 2.320 - 2.450 MHz. Für den Frequenzbereich 2.000 – 300.000 MHz ist der Grenzwert für die elektrische Feldstärk 61 V/m. + +$P_\text{EIRP} = P_S \cdot {10^\dfrac{g_d − a + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 40 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{18 \textrm{ dBd} − 2 \textrm{ dB} + 2,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 40 \textrm{ W}\cdot {10^\dfrac{18,15 \textrm{ dB}}{10 \textrm{ dB}}}$ +$P_\text{EIRP} = 40 \textrm{ W}\cdot {10^{1,815}}$ +$P_\text{EIRP} = 2612,52 \textrm{ W}$ + +$\text{ }$ + +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot P_\text{EIRP}}} {E}$ +$d=\dfrac{\sqrt{30 \Omega \cdot 2612,52 \textrm{ W}}} {61 \text{V/m}}$ +$d \approx 4,6 \text{m}$ + +Ist der Abstand im Fernfeld? + + $d = \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ + $d = \dfrac{0,13 \textrm{ m}}{2 \cdot \pi}$ + $d = 0,02 \textrm{ m}$ + + Der Sicherheitsabstand von 4,6 m liegt deutlich im Fernfeld. + +[question:AK112] + + +Warum wird in den Fragen in diesem Abschnitt auf Modulationsverfahren RTTY und FM hingewiesen? +Bei der Anzeige einer ortsfesten Amateurfunkanlage (nach § 9, BEMFV) ist bei der Konfiguration der Umrechnungsfaktor $\textrm{Faktor}_\textrm{FmodPers}$ einzutragen. +Mit dem Faktor wird die angegebene Spitzenleistung (PEP) in die mittlere Leistung P umgerechnet. Die so korrigierte Leistung kann in die Fernfeldformel zur Berechnung des Sicherheitsabstandes Personenschutz eingesetzt werden. +$\text{ }$ +RTTY und FM haben den Faktor 1, so wie die meisten Modulationsverfahren. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/nahfeld.md b/contents/sections/nahfeld.md new file mode 100644 index 0000000..50fbb70 --- /dev/null +++ b/contents/sections/nahfeld.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Das Nahfeld teilt sich in das reaktive und das strahlende Nahfeld auf. In den meisten Fällen kann das strahlende Nahfeld wie das Fernfeid behandelt werden. + +Im (reaktiven) Nahfeld einer Antenne weisen die elektrische Feldstärke und die magnetische Feldstärke keine konstante Phasenbeziehung zueinander auf. + +[question:AK101] + +Eine konstante Phasenbeziehung entsteht erst im Fernfeld einer Antenne. Das eigentliche Fernfeld beginnt erst bei $4\cdot\lambda$. Wird die Näherungsformel für das Fernfeld im strahlenden Nahfeld verwendent, ist die errechneten Feldstärke höher, als die tatsächlichen Feldstärke. Man ist somit auf der sicheren Seite. Dies gilt aber nicht für magnetische und sehr kurze Antennen. + +Der Übergang zwischen dem reaktiven Nahfeld und dem strahlendes Nahfeld (Fernfeld) ist abhängig von der Wellenlänge. + +$d > \dfrac {\lambda} {2 \cdot \pi}$ + +Bei einer Wellenlänge von z.B. $20 \text{ m}$ ist der Übergang also in etwa in einem Abstand von $d = \dfrac {20 \text{ m}} {2 \cdot \pi} \approx 3,18 \text { m}$. + +Für die Berechnung von den Personenschutzabständen ist im Fernfeld eine Näherungformel möglich. Dies erspart einem ggf. aufwendige Messungen oder Simulation. + +Die Formel $d = \dfrac{\sqrt{30 Ω\cdot P_{\textrm{EIRP}}}}{E}$ gilt für die meisten Antennenformen, wenn die Bedingung $d > \dfrac {\lambda} {2 \cdot \pi}$ erfüllt ist. + +Bei Antennen, die klein im Verhältnis zur Wellenlänge sind, oder wenn der Sicherheitsabstand im Nahbereich liegt kann die obige Näherungsformel nicht angewandt werden. + +[question:AK103] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/netzgeraet_1.md b/contents/sections/netzgeraet_1.md new file mode 100644 index 0000000..c4a1ee4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/netzgeraet_1.md @@ -0,0 +1,71 @@ +Ein Netzgerät wandelt die Wechselspannung von 230 V aus der Steckdose in eine kleinere Gleichspannung um. Im Amateurfunk verwenden wir häufig Netzgeräte, die an ihrem Ausgang eine Gleichspannung von 13,8 V bereitstellen, um damit beispielsweise einen Transceiver zu betreiben. + + +[picture:740:n_netzgeraet:Netzgerät] + + + +Zur *Kontrolle des Betriebszustands* eines Netzgeräts gibt es beleuchtete Schalter, Kontroll-Leuchtdioden oder beleuchtete Anzeigeinstrumente. Die Anzeigeinstrumente können getrennt die Betriebsspannung in Volt und die aktuell fließenden Stromstärke in Ampere anzeigen. Es gibt auch umschaltbare Digitalanzeigen für diesen Zweck. + + +[question:ND101] +[question:ND102] + +--- + +Ein Netzgerät wird oft mittels *Schutzkontaktstecker* (kurz Schukostecker) an der Steckdose angeschlossen. Beim Schutzkontaktstecker spielt die Einsteckrichtung keine Rolle, da sich die Polarität bei Wechselspannung ständig ändert. Stecker und Steckdose haben jeweils 3 Pole, wie in Abbildung [ref:n_schutzkontakt] zu erkennen ist. Die Stifte des Steckers passen in die Öffnungen der Steckdose und erlauben die Verbindung zu den sogenannten L- und N-Leitern, zwischen denen die gefährliche Wechselspannung von 230 V anliegt. + + +[photo:86:n_schutzkontakt:Schutzkontakt an einer Steckdose und Schukostecker] + + +Den äußeren Schleifkontakt des Schukosteckers nennt man *Schutzkontakt* (in der Abbildung [ref:n_schutzkontakt] rot markiert). Der Schutzkontakt verbindet sich beim Einstecken mit dem sogenannten *PE-Leiter* der Steckdose. "PE" ist die Abkürzung für den englischen Begriff "protective earth", der soviel wie Schutzerdung bedeutet. Beim Einstecken des Steckers wird das metallische Gehäuse des Netzgeräts also geerdet. Eine gefährliche Spannung auf dem Gehäuse wird dadurch ausgeschlossen. + +[question:ND109] + +--- + +Der Ausgang des Netzteils und die Verbindungsleitung zum Transceiver sind zweipolig ausgelegt, damit sich ein geschlossener Stromkreis ergeben kann. Das ist die Voraussetzung dafür, dass der Strom vom Netzgerät zum Transceiver, durch diesen hindurch und wieder zurück zum Netzgerät fließen kann. + + +[picture:680:n_Netzgeraet_TRX:Anschluss von Netzgerät und TRX] + + +Die Ausgangsklemmen für die Gleichspannung sind farbig ausgeführt: Rot steht für Plus und schwarz für Minus. Beim Anschluss der Verbindungsleitung zum Transceiver ist diese Polung unbedingt zu beachten. Ansonsten kann es zum Kurzschluss oder im Extremfall sogar zur Zerstörung des Transceivers kommen. Erst wenn alle Leitungen angeschlossen sind und die Polung kontrolliert wurde, sollte das Netzgerät eingeschaltet werden. + +[question:ND104] +[question:ND103] +[question:ND105] +[question:ND106] +[question:ND107] + +--- + +Im Netzgerät und in der Verbindungsleitung zum Transceiver gibt es sogenannte Feinsicherungen. Diese können einen Fehlerfall (Kurzschluss oder Überlastung) erkennen und den Stromfluss unterbrechen. Häufig handelt es sich dabei um Schmelzsicherungen, in denen ein dünner Draht schmilzt, wenn zuviel Strom fließt. Dann ist der Stromkreis nicht mehr geschlossen und es kann kein Strom mehr fließen. Man spricht dann von einer *durchgebrannten Sicherung* oder in der Fachsprache auch von einer *thermischen Abschaltung*. + + +[photo:88:n_feinsicherungen:Feinsicherungen] + + + +*Vertiefung:* Feinsicherungen sind 5 mm x 20 mm groß und in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Sie unterscheiden sich nach Stromstärken und Auslösecharakteristiken. Träge Sicherungen werden immer dann eingesetzt, wenn der Einschaltstrom deutlich höher als der Nennstrom ist, z. B. in Netzgeräten. Die Auslösezeit der Sicherung hängt von der Stromstärke und der Dauer des Stromflusses ab. In Tabelle [ref:n_feinsicherung] sind übliche Werte für die Auslösezeit zusammengestellt. Genauere Angaben geben die Hersteller über Kennlinien in ihren Datenblättern an. + + +Nachdem eine Schmelzsicherung ausgelöst hat und man die Ursache erkannt und behoben hat, muss man sie austauschen. Defekte Sicherungen dürfen aber nur durch gleichartige ersetzt werden! Dabei ist sowohl auf Stromstärke als auch die sogenannte Auslösecharakteristik zu achten, die angibt, wie schnell eine Sicherung auslöst (flink, mittelträge, träge). + + +| l: Auslösecharakteristik | l: Kennzeichen | X: Abschaltzeit | +| flink | F | max. 30 ms| +| mittelträge | MT | max. 90 ms | +| träge | T | max. 300 ms | +[table:n_feinsicherung:Kenngrößen von Feinsicherungen, Abschaltzeit bei zehnfachem Nennstrom] + + + +*ACHTUNG:* Die manchmal praktizierte Überbrückung einer defekten Sicherung, z. B. mit Alufolie, ist unzulässig und sehr gefährlich. Es besteht die Gefahr von Bränden! + + +Hochwertige Netzgeräte besitzen oft auch eine elektronische Begrenzung von Strömen. Im Kurzschlussfall sorgt diese dafür, dass die Stromstärke begrenzt wird. Dies nennt sich *Kurzschlussstrombegrenzung*. Nachdem der Fehler beseitigt ist, muss keine Sicherung ausgetauscht werden. + +[question:ND108] +[question:NK305] diff --git a/contents/sections/nicht_sinus_signale.md b/contents/sections/nicht_sinus_signale.md new file mode 100644 index 0000000..8b7f8ae --- /dev/null +++ b/contents/sections/nicht_sinus_signale.md @@ -0,0 +1,28 @@ +Ein ideales rein sinusförmiges Signal besteht nur aus seiner *Grundwelle welche auch 1. Harmonische* genannt wird. Sobald ein Signal nicht mehr der Sinusform entspricht und auch nur leicht davon abweicht, enthält das Signal *ganzzahlige Vielfache* seiner Grundschwingung, die auch *Oberwellen oder Oberschwingungen* genannt werden. Hierbei ist es wichtig zwischen den beiden Begriffen Oberwellen und Harmonischen zu differenzieren. +Die 1. Oberwelle entspricht hierbei der 2. Harmonischen der Grundschwingung und befindet sich auf der doppelten Frequenz der Grundschwingung. Die 2. Oberwelle entspricht der 3. Harmonischen der Grundschwingung und befindet sich auf der dreifachen Frequenz der Grundschwingung. Nach diesem Prinzip werden alle Harmonischen und Oberwellen auf die Grundwelle bezogen und mit einer Ordnungszahl (n) durchnummeriert. + + +Je nach Art der Verzerrung eines Signals entstehen im Verhältnis mehr gradzahlige oder ungradzahlige Oberwellen in dessen Frequenzspektrum. Rechteckförmige Signale, welche z.B. durch Übersteuerung von Verstärkerstufen entstehen (hierbei werden die Spitzen der Amplituden begrenzt und abgeflacht), enthalten überwiegend ungradzahlige Harmonische bzw. gradzahlige Oberwellen. +Sägezahnförmige Signale enthalten überwiegend gradzahlige Harmonische bzw. ungradzahlige Oberwellen. + + + +[picture:869:zusammenhang_oberwellen_harmonische:Zusammenhang zwischen Oberwellen und Harmonischen] + + +[question:AB403] +[question:AB401] +[question:AB402] + +Auch wenn ein Signal auf dem Oszilloskop zunächst sinusförmig erscheint, kann das Signal trotzdem nennenwerte Oberwellenanteile (bzw. Harmonische der Grundwelle) enthalten. Um den Oberwellenanteil eines Signals quantitativ und qualitativ beurteilen zu können benötigt man einen *Spektrumanalysator* der das Signal im Freqenzbereich (Frequency-Domain) darstellen kann und hierbei die Amplitudenwerte der einzelnen Oberwellen logarithmisch darstellen kann, so dass deren Anteile am Gesamtsignal messbar sind. + +[question:AI615] +[question:AI614] + +Bei gegebener Grundfrequenz (1. Harmonische) eines Signals, können Frequenzen der Harmonischen durch Multiplikation der Grundfrequenz mit der jeweiligen Ordnungszahl (n) der Harmonischen errechnet werden. +Gleichermaßen können die Frequenzen der Oberwellen eines Signals durch Multiplikation der Grundfrequenz mit der Ordnungszahl der Oberwelle plus 1 (n+1) berechnet werden. + +[question:AJ201] +[question:AJ205] +[question:AJ202] +[question:AJ206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/noise_reduction.md b/contents/sections/noise_reduction.md new file mode 100644 index 0000000..c794d78 --- /dev/null +++ b/contents/sections/noise_reduction.md @@ -0,0 +1,15 @@ +% TODO: Idee Soundbeispiele dafür Zeigen. + +Das Empfangssignal eines Transceivers wird beispielsweise durch Rauschen oder impulsförmige Störungen beeinträchtigt. Diese können verschiedenste Ursachen haben. Ein schwaches Empfangssignal kann durch Rauschanteile überlagert sein oder es sind z.B. Störungen durch Zündfunken von Fahrzeugen, Aussendungen von Schaltnetzteilen oder Maschinen aller Art im Signal vorhanden. + +Moderne Empfänger verfügen über entsprechende Systeme, welche Rauschanteile im Empfangssignal erkennen und unterdrücken können. Diese Funktion nennt man *Noise Reduction (NR)*. Sind diese digital ausgeführt nennt man sie auch Digital Noise Reduction (DNR). Die digitale Rauschunterdrückung hat hierbei den Vorteil, dass sie aktiv zwischen Nutzsignal und Rauschen differenzieren kann, soweit das Nutzsignal nicht zu weit im Rauschen verschwindet. Hierdurch ist eine effektive Rauschunterdrückung möglich. + + +[photo:326:e_dnr:DNR Taste am Kurzwellenfunkgerät FT-710] + + +[question:EF213] + +Impulsförmige Störungen können hingegen mittels eines Störaustasters bzw. *Noise Blankers (NB)* aus dem Empfangssignal ausgetastet werden. + +[question:EF214] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/notchfilter.md b/contents/sections/notchfilter.md new file mode 100644 index 0000000..db2056e --- /dev/null +++ b/contents/sections/notchfilter.md @@ -0,0 +1,17 @@ +Ein *Notch-Filter (Kerbfilter)* ist ein sehr schmalbandiges Filter, welches eine bestimmte Frequenz im NF-Spektrum des Empfangssignals unterdrücken soll. Dies dient zum Beispiel dazu einen störenden Träger in einer Übertragung gezielt auszublenden, den Rest der Übertragung jedoch nahezu unbeeinflusst hiervon zu lassen. Notchfilter können sowohl im NF-Bereich als auch im ZF-Bereich realisiert werden. Filter im ZF-Bereich haben hierbei den Vorteil, dass diese insbesondere stärkere Störsignale wirksamer unterdrücken und deren Einfluss auf die AGC reduzieren können. + +[question:EF215] + + +[picture:242:frequenzverlauf_notchfilter:Filtercharakteristik eines Notch-Filters] + + +--- + +Die Filtercharakteristik eines Notch-Filters ist derart gestaltet, dass nur ein kleiner Frequenzteil des NF-Signals sehr stark unterdrückt wird. Hierdurch ergibt sich eine Kerbe im Spektrum. Daher auch der Name Notch-Filter. + +[question:EF216] + + +Viele moderne Geräte realisieren Notch-Filter mittels digitaler Filtertechnologie. Hierbei können oft Bandbreite sowie die Filtercharakteristik und Frequenz genau parametrisiert werden. Ein weiterer Vorteil sind in diesem Zusammenhang sog. Auto-Notch-Filter, die feste Trägerkomponenten im NF-Signal automatisch erkennen und automatisch ausblenden können. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/notfunk.md b/contents/sections/notfunk.md new file mode 100644 index 0000000..5efae51 --- /dev/null +++ b/contents/sections/notfunk.md @@ -0,0 +1,66 @@ +Funkamateure dürfen in Not- und Katastrophenfällen durch Übermittlung von Nachrichten für und an Dritte bei der Bewältigung der Notlage unterstützen. + +Bei Empfang eines Notrufs sollte man sich konzentrieren und alle aufgenommenen Informationen notieren. Folgende Grundregeln sollten bei der Behandlung von Notrufen stets beachtet werden: +* Wer einen Notruf hört, bleibt auf Empfang und schreibt alles mit! +* Nur auf Sendung gehen, wenn man helfen kann und den Funkverkehr nicht stört! +* Die Frequenz erst verlassen, wenn sicher ist, dass geholfen wird oder die Notlage beendet ist! +* Anweisungen der notrufenden Station oder der Leitstation (wenn vorhanden) befolgen! +* Meldungen vollständig und wörtlich an Rettungsdienst, Feuerwehr oder Polizei weitermelden! + + +Es besteht *Pflicht zur Hilfeleistung*. Der § 323c des Strafgesetzbuchs stellt unterlassene Hilfeleistung unter Strafe: "Wer bei Unglücksfällen oder gemeiner Gefahr oder Not nicht Hilfe leistet, obwohl dies erforderlich und ihm den Umständen nach zuzumuten, insbesondere ohne erhebliche eigene Gefahr und ohne Verletzung anderer wichtiger Pflichten möglich ist, wird mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe bestraft." + + + +Die *5 W-Fragen* können dabei helfen, alle wichtigen Informationen zu einem Notfall zu übermitteln: +* *Wo* ist das Ereignis? +* *Wer* meldet es? +* *Was* ist geschehen? +* *Wie* viele Betroffene? +* *Warten* auf Rückfragen! + + +[question:BF104] +[question:BF105] +[question:BF106] +[question:BF107] + + +Das [Notfunkreferat des DARC](https://50ohm.de/rnf) stellt Empfehlungen für die Organisation von Notfallkommunikation bereit und hält diese auf aktuellem Stand. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +Für die folgende Frage erinnern wir uns noch einmal an die Umrechnung von mitteleuropäischer Sommerzeit in UTC. Es gilt: UTC = MESZ minus 2 Stunden. Entsprechend ist andersherum MESZ = UTC + 2 Stunden. + +[question:BF108] + +--- + +Für den Funkverkehr eine Station des Flug- oder Seefunkdienstes gibt es die international festgelegten *Notzeichen "Mayday" und "SOS"*. Weiterhin gibt es sogenannte *Dringlichkeits- und Sicherheitszeichen*. Dazu gehören u. a. "PAN PAN" und "SÉCURITÉ". + + +Mit einem *Notzeichen* teilt eine Station des See- oder Flugfunkdienstes an Bord eines Schiffs oder Flugzeugs mit, dass es sich in Not befindet. Im Sprechfunk wird dafür "Mayday" verwendet; in Telegrafie ist es "SOS". *Dringlichkeits- und Sicherheitszeichen* werden hingegen in weniger bedrohlichen Situationen verwendet. + +Da alle diese Zeichen im Amateurfunk nicht verwendet werden dürfen, bietet es sich im Notfall an, andere einschlägige Begriffe, wie "Notfall" oder "Emergency" zu verwenden, um auf sich aufmerksam zu machen. + + +Der Gebrauch dieser Not-, Dringlichkeits- oder Sicherheitszeichen ist im Amateurfunk durch die Amateurfunkverordnung verboten. Das bedeutet aber nicht, dass keine Notrufe abgesetzt werden dürften. Es ist lediglich darauf zu achten, dabei beispielsweise nicht MAYDAY zu verwenden. + +[question:BF101] +[question:BF102] +[question:VD105] +[question:BF103] + +Die IARU hat für die ITU-Region 1 die folgenden Notfunkfrequenzen in den Bandplänen festgelegt, die bei Katastrophenfällen für den Funkbetrieb frei zu halten sind: +* 3.760 kHz +* 7.110 kHz +* 14.300 kHz +* 18.160 kHz +* 21.360 kHz + +[question:BF109] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/nur_mit_afu_stellen.md b/contents/sections/nur_mit_afu_stellen.md new file mode 100644 index 0000000..d104a4b --- /dev/null +++ b/contents/sections/nur_mit_afu_stellen.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Der Amateurfunkdienst ist auf Funkamateure beschränkt. Eine Amateurfunkstation darf daher nur andere Amateurfunkstationen kontaktieren. Es ist unzulässig, mit Funkstellen anderer Funkdienste zu funken. Von einer Amateurfunkstation aus darf man also beispielsweise weder mit Behörden, Flug- noch mit Seefunkstellen oder einer CB-Funkstelle funken. + + +Natürlich dürfen auch Funkamateure am *CB-Funk* teilnehmen. Allerdings müssen sie dafür - wie alle anderen - ein zugelassenes CB-Funk-Gerät verwenden. + + +[question:VC111] +[question:VD703] + +Darüber hinaus ist es auch grundsätzlich unzulässig, Nachrichten von oder an Nicht-Funkamateure zu übermitteln. Beispielsweise dürfen keine Grüße für Angehörige eines Funkamateurs gesendet werden, wenn diese selber keine Funkamateure sind. Die einzige Ausnahme sind Not- und Katastrophenfälle. Dann ist es erlaubt, Nachrichten von und an Nicht-Funkamateure zu senden. + +[question:VC112] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/nvis.md b/contents/sections/nvis.md new file mode 100644 index 0000000..090262b --- /dev/null +++ b/contents/sections/nvis.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Liegt eine Sendefrequenz unter der kritischen Frequenz, dann wird selbst eine senkrecht nach oben gestrahle Raumwelle noch von der Ionosphäre reflektiert. Entsprechend verschwindet die Tote Zone. Diesen Effekt kann man sich für Nahverbindungen zunutze machen, bei der die Bodenwelle das Ziel nicht mehr erreichen würde. Voraussetzung ist jedoch eine Kurzwellenantenne, die in möglichst steilem Winkel nach oben strahlt. Man spricht bei einer dann folgenden Reflektion in der Ionosphäre von *"NVIS"* aus dem Englischen: Near Vertical Incidence Skywave. Oder zu Deutsch: Raumwelle mit nahezu vertikalem Einfallswinkel. + +% TODO: Bild NVIS + +--- + +Besonders im Notfunk haben NVIS-Verbindungen den Vorteil, dass sich Hindernisse (z. B. bergiges Gelände) überwinden lassen. Als Antennen geeignet sind Horizontal-Dipole, die in einer Aufbauhöhe von maximal einem Viertel Wellenlänge aufgehangen werden. Damit wirkt die Erdoberfläche als Reflektor und sorgt so für einen Gewinn in Richtung des Himmels, senkrecht nach oben (also in Richtung des Zenits). + + +Hinge man einen Horizontal-Dipol höher auf, dann würde aufgrund der Verzögerung bei der Reflektion und der damit einhergehenden Phasenverschiebung die reflektierte Welle teilweise zu einer Auslöschung in Richtung Zenit führen und entsprechend einen Gewinn in flacherer Abstrahlrichtung erwirken, was jedoch bei NVIS-Kommunikation gar nicht gewünscht ist. Ebenso ungeeignet sind Vertikalantennen, da diese einen flachen Abstrahlwinkel hätten. + + +NVIS-Antennen sind also typischerweise horizontale Dipole, die in Relation zur verwendeten Wellenlänge vergleichsweise tief aufgehangen werden. + +[question:AG125] +[question:AG224] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ofdm.md b/contents/sections/ofdm.md new file mode 100644 index 0000000..e14b0c1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ofdm.md @@ -0,0 +1,18 @@ + +Es ist auch möglich, einen Datenstrom auf mehrere Träger zu verteilen, die auf unterschiedlichen, jedoch nahegelegenen Frequenzen liegen. Die Träger können allerdings nicht beliebig dicht nebeneinander liegen, da sie aufgrund der zwangsläufig entstehenden Seitenbänder eine gewisse Breite aufweisen. + +Bei der orthogonalen Frequenzmodulation (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) werden nun die einzelnen Träger in genau dem Abstand platziert, wo ein gegenseitiges Stören untereinander (ein sogenanntes "Übersprechen") möglichst vermieden wird. + +Je höher die Symbolrate pro Träger ist, umso größer muss der Abstand der Träger gewählt werden. Aus diesem Grunde wählt man oft eine kleinere Symbolrate für jeden einzelnen Träger, damit entsprechend mehr Träger Platz finden. Die übertragene Informationsmenge bleibt hierbei gleich, denn obwohl pro Träger weniger Information übertragen werden kann, können mehr Träger nebeneinander verwendet werden. + +Ein Vorteil dieses Vorgehens liegt darin, dass schmalbandige Störungen nur einen oder wenige Träger stören. Im Zusammenspiel mit Fehlerkorrekturverfahren mit redundanter Datenübertragung, die wir später kennenlernen werden, ist es so möglich, trotz schmalbandiger Störungen eine fehlerfreie Übertragung zu erreichen. + + +[picture:704:ofdm:Frequenzspektrum eines einfachen OFDM-Signals] + + +[question:AE421] + +Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der geringeren Symbolrate jedes einzelnen Trägers. Durch die geringere Symbolrate ist die Dauer eines jeden Symbols länger. Im Falle zeitlicher Verschiebungen aufgrund von Mehrwegeausbreitung ist der Anteil der Überlagerung zwischen den Signalen (sogenannte Intersymbolinterferenz oder Symbolübersprechen) dann entsprechend geringer. Im Falle von Mehrwegeausbreitung ist OFDM daher besonders vorteilhaft. + +[question:AE422] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/offene_sprache.md b/contents/sections/offene_sprache.md new file mode 100644 index 0000000..ed0b347 --- /dev/null +++ b/contents/sections/offene_sprache.md @@ -0,0 +1,3 @@ +Eine Besonderheit im Amateurfunk ist die Verpflichtung zu offener Sprache. Das bedeutet, dass es unzulässig ist, Verschleierungsverfahren wie geheime Codes zu verwenden, die dazu dienen, dass Zuhörer nicht verstehen, worüber sich ausgetauscht wird. Digitale Kodierungen, Morsezeichen und Abkürzungen sind jedoch zulässig, wenn sie nicht dazu dienen, dass andere die Inhalte nicht verstehen können. + +[question:VD103] diff --git a/contents/sections/offsetspiegel.md b/contents/sections/offsetspiegel.md new file mode 100644 index 0000000..714586e --- /dev/null +++ b/contents/sections/offsetspiegel.md @@ -0,0 +1,5 @@ +Da ein Parabolspiegel die Welle vor dem Spiegel bündelt, muss sich eine Erregerantenne entsprechend vor dem Spiegel und damit im Stahlengang befinden. Die Erregerantenne schattet also einen Teil der abgestrahlten Welle ab. + +Eine Verbesserung stellt der *Offsetspiegel* (auch Offsetantenne genannt) dar, bei dem die Erregerantenne außerhalb des Strahlengangs (meist darunter) platziert wird und die Form des Spiegels entsprechend angepasst wird (Wahl eines geeigneten Ausschnitts des Paraboloiden). + +[question:AG127] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ohmsches_gesetz.md b/contents/sections/ohmsches_gesetz.md new file mode 100644 index 0000000..2a80b2a --- /dev/null +++ b/contents/sections/ohmsches_gesetz.md @@ -0,0 +1,69 @@ +Wir haben bereits die drei wichtigsten Größen der Elektrotechnik kennengelernt, und zwar die elektrische Spannung, den elektrischen Strom und den Widerstand: +* Zunächst haben wir gelernt, dass elektrische Ladungen in Spannungsquellen getrennt werden und dadurch eine elektrische Spannung entsteht. Diese bezeichen wir mit dem Buchstaben $U$ und messen sie in Volt (V). +* Dann haben wir gelernt, dass die elektrische Spannung dafür sorgt, dass in einem geschlossenen Stromkreis ein elektrischer Strom fließt, den wir mit dem Buchstaben $I$ bezeichnen und in Ampere (A) messen. +* Und zu Beginn dieses Kapitels haben wir dann noch gelernt, dass Verbraucher in einem Stromkreis einen Widerstand ausüben und somit den Stromfluss ausbremsen. Den Widerstand bezeichnen wir mit dem Buchstaben $R$ und messen ihn in Ohm (Ω). + +% +%[p-h-o-t-o:147:ohmsches_gesetz_comic:Bildhafte Darstellung der Zusammenhänge des Ohmschen Gesetzes] +% + +[question:NA203] + +--- + +Aber wie hängen diese drei Größen zusammen? Schauen wir uns ein Beispiel in der Abbildung [ref:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie] an. Wir haben einen Stromkreis, der aus einer Batterie als Spannungsquelle und einem Widerstand besteht. Wir kennen die Spannung und wir können den Strom messen. Die Batterie hat eine Spannung von 10 V, und es fließt ein Strom von 1 mA. + + +[picture:664:n_ohmsches_gesetz_stromkreis_mit_batterie:Stromkreis mit Batterie] + + +Würde man die 10 V-Batterie in dem Beispiel durch eine 20 V-Batterie ersetzen, dann würde sich auch der Strom von 1 mA auf 2 mA erhöhen. Wenn man also die Spannung verdoppelt, dann verdoppelt sich auch der Strom. Entsprechend würde sich auch der Strom auf 0,5 mA halbieren, wenn man die Spannung auf 5 V halbieren würde. + +Wir können ein Muster erkennen: In unserem Beispiel ist die Spannung $U$ in Volt immer 10000-fach größer als der Strom $I$ in Ampere. Oder mathematisch ausgedrückt: + +$\dfrac{U}{I} = \dfrac{10 \ \text{V}}{0,001 \ \text{A}} = \dfrac{20 \ \text{V}}{0,002 \ \text{A}} = \dfrac{5 \ \text{V}}{0,0005 \ \text{A}} = 10000 \frac{\text{V}}{\text{A}}$ + +--- + +In der Fachsprache nennt man dies Proportionalität: $I$ ist proportional zu $U$. Die Einheiten mal außen vor gelassen, beträgt der sogenannte *Proportionalitätsfaktor* in unserem Beispiel 10000: Nimmt man den einen Wert mal 10000, dann erhält man den anderen Wert. +%Dieses Verhalten kann man sich auch wieder am Wasserkreislauf vorstellen: Wenn die Pumpe mit mehr Druck pumpt, wird auch mehr Wasser durch den Kreislauf fließen. + + +Der *Proportionalitätsfaktor* ist das zahlenmäßige Verhältnis zweier Größen, die proportional zueinander sind. + + +Es bleibt aber eine Frage. Wo kommt jetzt dieser Faktor von 10000 her? Die Antwort ist simpel: Das ist unser Widerstand $R$! Und wenn wir jetzt noch die Einheiten betrachten, fügt sich ein Gesamtbild zusammen: Die Einheit Ohm ist nämlich so definiert, dass $1 \ Ω$ dasselbe wie $1 \frac{\text{V}}{\text{A}}$ ist. Daher dürfen wir statt $10000 \frac{V}{A}$ einfach $10000 \ Ω$ schreiben! Unser Widerstand beträgt also 10000 Ω oder kurz 10 kΩ: + +$10000 \frac{\text{V}}{\text{A}} = 10000 \ Ω$ + +%Es stellt sich aber immer noch folgende Frage: Warum fließen in unserem Beispiel genau 1 mA, wenn die Spannung 10 V beträgt? Die Höhe des Stroms hängt vom Wert des Widerstands ab. Ist der Widerstand groß, so wird der Strom klein sein, ist der Widerstand hingegen klein, dann wird der Strom groß sein. + +Wir haben gelernt: Den Wert des Widerstands kann man aus der Spannung und dem Strom berechnen. Er ist das *Verhältnis von Spannung und Strom*, oder anders formuliert: Wenn man die Spannung durch den Strom teilt, erhält man den Wert des Widerstands. + +--- + +Diesen Zusammenhang kann man durch die folgende Formel darstellen, die als *Ohmsches Gesetz* bezeichnet wird: + +$ R = \dfrac{U}{I} $ + + +Der deutsche Physiker *Georg Simon Ohm* hat im Jahre 1826 den Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung, dem elektrischen Strom und dem Widerstand entdeckt. Ihm zu Ehren wird die Formel $ R = \frac{U}{I} $ als Ohmsches Gesetz bezeichnet. + + +[question:NB505] + +Wenn man allerdings nur den Widerstand und die Spannung kennt und den entsprechenden Strom berechnen möchte, dann kann man das Ohmsche Gesetz wie folgt verwenden: + +$ I = \dfrac{U}{R} $ + +Für den Fall, dass man nur den Widerstand und den Strom kennt und die entsprechende Spannung berechnen möchte, gibt es eine weitere Variante der Formel: + +$ U = R\cdot I $ + +[question:NB504] + +Man muss sich diese Formeln nicht unbedingt merken. Sie sind auch in der Formelsammlung zu finden, die bei der Prüfung als Hilfsmittel zur Verfügung gestellt wird. Für die Berechnungen kann man in der Prüfung einen Taschenrechner verwenden. + +[question:NB502] +[question:NB503] +[question:NB501] diff --git a/contents/sections/oszillator_dds.md b/contents/sections/oszillator_dds.md new file mode 100644 index 0000000..656c323 --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_dds.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Die Direkte Digitale Synthese (Direct Digital Synthesis oder kurz DDS) dient der Erzeugung periodischer, bandbegrenzter Signale mit hoher Frequenzauflösung. +Neben der Synthese von Signalen mittels PLL-Regelschleifen ist diese Methode der Signalerzeugung heutzutage in der Nachrichten- und Messtechnik weit verbreitet und stellt den aktuellen Stand der Technik dar. Signale sind hierbei in der Frequenz sehr fein einstellbar im Gegensatz zu einer klassischen PLL. + +Grundlegendes Funktionsprinzip einer DDS: + +Mittels eines Taktgenerators mit fester Frequenz wird ein Adresszähler laufend hochgezählt. Bei Überlauf des Adresszählers startet dieser wieder von vorne. Hierdurch wird eine aufsteigende Folge von binären Werten an dessen Ausgang erzeugt. Mittels dieser Werte wird eine Sinustabelle laufend durchfahren. Hierdurch werden am Ausgang der Sinustabelle digitale Amplitudenwerte für eine Sinusschwingung generiert, die anschließend einem Register übergeben werden. Die digitalen Amplitudenwerte werden dann mittels Taktung des Registers einem nachgeschalteten D/A-Wandler zugeführt, der diese dann in ein analoges Signal (Sinus-Schwingung) umsetzt und ausgibt. + + +Eine DDS kann auch unterschiedliche Wertetabellen durchfahren, so dass auch beliebige zyklische Signalformen generiert werden können. Durch Steuerung des Adresszählers (mittels eines Tuning-Words), welches die Schrittweite des Zählers laufend beeinflusst, kann die Frequenz, mit der die Wertetabelle durchfahren wird, in weiten Grenzen gesteuert werden. +Für das Adressregister verwendet man oft Register mit 32 Bit oder mehr, wovon dann nur eine kleinere Anzahl der höherwertigen Bits (z.B. obere 14 Bit) für das Durchfahren der Wertetabelle verwendet werden. Hierdurch ist es möglich, auch Bruchteile der Taktfrequenz auszugeben, und die Frequenzauflösung der DDS wird hierdurch erhöht. +Der Vorteil einer DDS gegenüber einer PLL besteht darin, dass durch Steuerung der vorgenannten Parameter eine nahezu beliebige Frequenzauflösung erreicht werden kann. Zudem kann ohne Einschwingvorgang zwischen verschiedenen Frequenzen (durch Steuerung mittels des Tuning-Words) schnell hin und her gewechselt werden. + +Die Qualität des Ausgangssignals einer DDS hängt im wesentlichen von der Qualität des verwendeten Taktgenerators ab (Stabilität, Jitter). Zudem ist auch die Amplitudenauflösung (Quantisierung) des D/A-Wandlers und dessen Linearität für die Qualität des Ausgangssignals entscheidend. + + +[question:AD620] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszillator_gpsdo.md b/contents/sections/oszillator_gpsdo.md new file mode 100644 index 0000000..7ef1afe --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_gpsdo.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Zur Erzielung einer sehr hohen Stabilität eines Oszillators gibt es zwei Möglichkeiten, diesen zu stabilisieren (oder auch zu disziplinieren). +1. Temperaturstabilisierung des Oszillators durch festgelegte und geregelte Umgebungsparameter. Hierdurch ergibt sich eine gute Kurzzeitstabilität des Oszillators. +2. Anbindung des Oszillators an ein externes, hochgenaues Referenzsignal. Hierdurch ergibt sich eine gute Langzeitstabilität des Oszillators. + +Beim GPSDO wird für den Oszillator ein OCXO (Oven Controlled Oscillator nach 1.) als Primäroszillator verwendet, der mittels eines hochgenauen Referenzsignals (nach 2.), das über das GPS-Satellitennavigationssystem gewonnen wird, langzeitstabilisiert wird. Die Kurzzeitstabilität des GPSDO wird hierbei durch die Temperaturstabilisierung des Primäroszillators (OCXO) erreicht. +Ein GPSDO besitzt somit eine hohe Kurz- und Langzeitstabilität. + + +GPSDO-Oszillatoren werden vor allem dann verwendet, wenn es auf hochgenaue Frequenzerzeugung ankommt. Dies ist insbesondere beim Betrieb auf höheren Frequenzbändern im GHz-Bereich wichtig, da hier bereits kleinste Abweichungen des Referenzoszillators zu großen Frequenzdrifts führen können. Grund hierfür ist, dass die Sende- und Empfangsfrequenzen mittels Vervielfachung aus der Referenzfrequenz erzeugt werden und sich Fehler somit multiplikativ auswirken. + + +[question:AD606] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszillator_pll.md b/contents/sections/oszillator_pll.md new file mode 100644 index 0000000..96eae9e --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_pll.md @@ -0,0 +1,49 @@ +Eine Phasenregelschleife (PLL) dient dazu, einen variablen, potenziell instabilen Oszillator (VCO – Voltage Controlled Oscillator) mithilfe eines stabilen Referenzoszillators zu synchronisieren. Dabei wird der Phasenvergleich zwischen beiden Signalen genutzt, um eine stabile Ausgangsfrequenz zu erzeugen. + +Grundaufbau und Elemente einer PLL + +Eine PLL besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten: +1. **Phasenvergleicher:** Vergleicht die Phasen der Signale vom VCO und vom Referenzoszillator. +2. **Tiefpassfilter:** Wandelt die vom Phasenvergleicher erzeugten Impulse in eine Gleichspannung um. +3. **Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO):** Erzeugt das Ausgangssignal, dessen Frequenz durch die vom Tiefpassfilter ausgegebene Gleichspannung gesteuert wird. + +Zusätzlich kann die PLL durch einen **Frequenzteiler** ergänzt werden, um die Frequenz des VCOs auf Vielfache der Referenzfrequenz zu synchronisieren. + +Funktionsprinzip + +1. **Phasenvergleich und Korrektur**: + +Der Phasenvergleicher misst die Phasendifferenz zwischen den Signalen des VCO und des Referenzoszillators. Bei einer Phasenabweichung gibt er Impulse aus, die dem Fehler entsprechen. Diese Impulse werden durch den Tiefpassfilter geglättet und in eine proportionale Gleichspannung umgewandelt. + +2. **Regelung des VCOs**: + +Die erzeugte Gleichspannung dient als Steuersignal für den VCO, das dessen Frequenz nachreguliert, sodass sich die Phasendifferenz schrittweise auf null reduziert. Ist dieser Zustand erreicht, sagt man, die PLL ist „eingelockt“ (locked). + +3. **Eingelockter Zustand**: + +Im stabilen Zustand der PLL sind die Frequenzen und Phasenlagen der beiden Signale identisch. Die Ausgangsfrequenz ist stabil und entspricht im Wesentlichen der Referenzfrequenz oder deren Vielfachen (je nach gewähltem Teilverhältnis des Frequenzteilers). + + +[picture:45:a_oszillator_pll_pll:Darstellung einer Phasenregelschleife (PLL)] + + +[question:AD701] +[question:AD702] + +Genauigkeit und Stabilität + +Die Genauigkeit und Stabilität der PLL-Ausgangsfrequenz hängt in erster Linie von der Qualität des Referenzoszillators ab, welcher üblicherweise ein Quarzoszillator ist. + +[question:AD705] + +Frequenzteilung und Abstimmbarkeit + +Um eine PLL auf unterschiedliche Frequenzen einzustellen, kann ein Frequenzteiler innerhalb des Regelkreises eingesetzt werden. Dadurch wird es möglich, die Ausgangsfrequenz als ein ganzzahliges Vielfaches der Referenzfrequenz zu erzeugen. Das kleinste wählbare Frequenzintervall entspricht dabei der Frequenz des Referenzoszillators, da die Teilung nur in ganzzahligen Schritten erfolgen kann. + +[question:AD703] + +Berechnung des Teilverhältnisses + +Um bei gegebener Referenzfrequenz eine bestimmte Ausgangsfrequenz zu erreichen, wird der Teilfaktor so gewählt, dass an den Eingängen des Phasenvergleichers dieselbe Frequenz anliegt. Dadurch lässt sich das benötigte Teilverhältnis für die gewünschte Ausgangsfrequenz berechnen. + +[question:AD704] diff --git a/contents/sections/oszillator_schaltungen.md b/contents/sections/oszillator_schaltungen.md new file mode 100644 index 0000000..15e7fac --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_schaltungen.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Oszillatoren sind eines der wichtigsten Schaltungselemente im Amateurfunk. Sie sind sozusagen das Herz eines jeden Funkgerätes. Oszillatoren dienen der Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen in Sendern und Empfängern. + +Herzstück eines Oszillators ist ein Verstärkerelement, dessen *Ausgangssignal wieder auf dessen Eingang rückgekoppelt* wird. + +Damit ein Oszillator ungedämpfte Schwingungen erzeugen kann, müssen *zwei Grundbedingungen* erfüllt sein. +Zum einen muss das *Ausgangssignal gleichphasig auf den Eingangspunkt der Schaltung rückgekoppelt* werden. +Hierbei muss zum anderen die *Amplitude des rückgekoppelten Signals mindestens die gleiche Größe* wie die des Eingangssignals haben. Man sagt auch, dass die sog. *Schleifenverstärkung größer 1* sein muss, damit eine Selbsterregung möglich ist, die die Schwingung aufrechterhält. + +[question:AD613] + + +[picture:760:a_oszillator_schaltungen_oszillator:Schaltung eines kapazitiv rückgekoppelten Oszillators] + + +%TODO: Evtl. Bild 760 ableiten und noch um die 3 Punkte der Dreipunktschaltung ergänzen (am kapazitiven Spannungsteiler - oben, in der Mitte und unten) + +Die in Abbildung [ref:a_oszillator_schaltungen_oszillator] abgebildete Schaltung stellt einen kapazitiv rückgekoppelten Dreipunktoszillator dar. Das Ausgangssignal wird vom Emitter der Schaltung über einen kapazitiven Spannungsteiler auf die Basis des Transistors rückgekoppelt. Die Frequenz des Oszillators wird überwiegend durch den Schwingkreis in der Basis (bestehend aus Spule und Trimmkondensator) sowie den zum Schwingkreis parallel geschalteten kapazitiven Spannungsteiler bestimmt. +Bei der Schaltung handelt es sich um einen Oszillator in Kollektorschaltung, da der Kollektor wechselspannungsmäßig auf Masse liegt. + +[question:AD614] +[question:AD616] + +Zur Erhöhung der Frequenzstabilität eines Oszillators kann dessen frequenzbestimmende Komponente (Schwingkreis) durch einen Quarz ersetzt werden. Quarze können sowohl bei ihrer Grundfrequenz als auch auf ihren harmonischen Frequenzen (Oberschwingungen/Obertöne) zum Schwingen angeregt werden. Damit ein Quarz jedoch auf einer Oberschwingung betrieben werden kann, muss der Verstärker frequenzselektiv (z.B. durch Verwendung eines Schwingkreises) ausgelegt sein. Ist dieser nicht vorhanden, so kann man daraus ersehen, dass der Quarz auf seiner Grundfrequenz betrieben wird (siehe Abbildung [ref:a_oszillator_schaltungen_quarzoszillator] ). + + +[picture:497:a_oszillator_schaltungen_quarzoszillator:Schaltung eines Quarzoszillators in Kollektorschaltung mit Betrieb des Quarzes auf Grundfrequenz] + + +[question:AD617] + +Das Oszillatorsignal sollte immer am niederohmigsten Punkt eines Oszillators ausgekoppelt werden, um diesen möglichst wenig zu belasten. In einer Kollektorschaltung ist dies der Emitter des Transistors. + +[question:AD610] + +Einem Oszillator sollte immer eine sog. Pufferstufe nachgeschaltet werden, die dafür sorgt, dass der Oszillator von weiteren Schaltungsteilen entkoppelt wird und in seiner Frequenz nicht durch Belastung des Ausgangs beeinflusst wird. Eine Pufferstufe ist meist als Kollektorschaltung ausgelegt (Emitterfolger) und hat eine hohe Eingangsimpedanz, die den Oszillator nur minimal belastet. An dessen Ausgang kann das Oszillatorsignal dann niederohmig weiterverarbeitet werden. + +Messungen an Oszillatoren sollten immer nach der Pufferstufe durchgeführt werden, da ansonsten der Oszillator mit parasitären Kapazitäten belastet wird und in dessen Frequenz hierdurch beeinflusst wird. + +[question:AD615] +[question:AD619] +[question:AD618] + + + + + + + + + + diff --git a/contents/sections/oszillator_spannungsstabilitaet.md b/contents/sections/oszillator_spannungsstabilitaet.md new file mode 100644 index 0000000..ab590e7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_spannungsstabilitaet.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Die Frequenz eines VFOs ist von seiner Betriebsspannung (Gleichspannung) direkt abhängig. Dies wird vor allem durch die Abhängigkeit des Arbeitspunktes des Transistors in dessen Oszillator hervorgerufen. +Zur Erreichung einer möglichst hohen Frequenzstabilität eines VFOs gegenüber Schwankungen in der Betriebsspannung ist diese möglichst gut durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen in deren *Spannung zu stabilisieren*. Die Betriebsspannung eines VFOs sollte daher unabhängig von Betriebsspannungen anderer Stufen sein (stabilisiert) und möglichst gut *gefiltert und entkoppelt* sein. + +[question:AD612] +[question:AD608] +[question:AD607] + +Bei schlechter Spannungsstabilisierung der Betriebsspannung eines VFOs kann es zu impulsartigen Frequenzsprüngen im Rhythmus der Tastung des Senders kommen. Dies äußert sich insbesondere bei CW-Signalen als sog. *Chirp*, einem zwitschernden Geräusch zu Beginn von Zeichen. + +[question:AD609] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszillator_tcxo_ocxo.md b/contents/sections/oszillator_tcxo_ocxo.md new file mode 100644 index 0000000..fab85ba --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_tcxo_ocxo.md @@ -0,0 +1,18 @@ +Oszillatoren haben, bedingt durch die Tempertaurabhängigkeit der in ihnen verwendeten Bauelemente, immer eine Abhängigkeit der erzeugten Frequenz von der Umgebungstemperatur. Transistoren und Dioden haben eine relativ starke Abhängigkeit ihrer Kennlinie und Charakteristik von der Umgebungstemperatur (Verstärkungsfaktor, Schwellspannung, Kapazitäten). Ebenso sind auch die elektrischen Parameter passiver Bauelemente wie Kondensatoren, Widerstände und insbesondere Schwingquarze von deren Umgebungstemperatur abhängig. +Um Oszillatoren in ihrer Frequenz möglichst stabil zu halten, gibt es verschiedene technische und physikalische Möglichkeiten: +1. Alle Oszillatoren sollten immer möglichst gut thermisch isoliert zu anderen Wärmequellen in Geräten sein. +2. Anstelle eines RC-, LC- oder VCO-Oszillators ist ein Quarzoszillator vorzuziehen, da dieser wesentlich frequenzstabiler aufgrund der hohen Güte (Q) des Quarzes ist. Diesen Oszillator-Typ nennt man *XO* - Crystal oscillator. +3. Verwendung eines Quarzoszillators und Kompensation von thermischen Einflüssen durch Einsatz von Bauelementen in der Oszillatorschaltung, so dass sich Temperatureinflüsse im Bereich der üblichen Betriebstemperatur gegenseitig kompensieren. Diesen Oszillator-Typ nennt man *TCXO* - Temperature compensated crystal oscillator +4. Künstliche Stabilisierung der Umgebungstemperatur eines Quarzoszillators durch eine Temperaturregelung mittels Thermostatschaltung und Einbau in ein thermisch isoliertes Gehäuse sowie Isolation gegenüber externen Wärme- und Kältequellen. Diesen Oszillator-Typ nennt man *OCXO* - Oven controlled crystal oscillator. Der OCXO hat gegenüber den anderen Oszillatortypen die höchste Frequenzstabilität. + +Grundsätzlich sollten frequenzstabile Oszillatoren immer gegenüber geräteinternen und externen Wärme- und Kältequellen möglichst gut thermisch isoliert sein. Dies kann z.B. durch einen möglichst großen Abstand zu internen und externen Wärme- und Kältequellen sowie Luftströmungen erfolgen. + +[question:AF215] +[question:AD602] +[question:AD603] +[question:AD605] + +Insbesondere beim Betrieb auf hohen Frequenzen ist die Frequenzstabilität des Referenzoszillators von Transceivern, Transvertern und Konvertern bei Nutzung von Betriebsarten, die empfindlich auf Frequenzabweichungen reagieren, sehr wichtig. Zum Erreichen der hohen Ausgangs- oder Empfangsfrequenzen findet geräteintern eine Frequenzvervielfachung des Referenzoszillators statt. Hierdurch wirken sich Frequenzabweichungen des Referenzoszillators multiplikativ auf die Sende- oder Empfangsfrequenzen aus, was zu hohen Frequenzabweichungen und Frequenzinstabilitäten (z.B. Wandern des Sende- oder Empfangssignals) führen kann. +Daher sollte immer der beste zur Auswahl stehende Oszillatortyp verwendet werden (z.B. TCXO oder OCXO). + +[question:AD604] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszillator_vco.md b/contents/sections/oszillator_vco.md new file mode 100644 index 0000000..a973b2c --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillator_vco.md @@ -0,0 +1,9 @@ +In der Frequenz steuerbare Oszillatoren lassen sich auf verschiedene Weisen realisieren. Eine Möglichkeit ist der sog. *spannungsgesteuerte Oszillator VCO - Voltage controlled oscillator*. Damit die Frequenz des Oszillators veränderbar wird, kann man in dessen Schwingkreis eine Kapazitätsdiode einfügen, deren Kapazität über eine Gleichspannung beeinflusst werden kann. Eine Änderung dieser Gleichspannung führt dann zu einer entsprechenden Änderung der Oszillatorfrequenz. Hierdurch wird der Oszillator mittels einer Steuerspannung abstimmbar. + +[question:AD601] + +Für alle Oszillatorschaltungen, unabhängig von ihrer Ausführung, gilt, dass unerwünschte Rückkopplungen zu Frequenzinstabilitäten führen können. Dies gilt für VCOs als auch für VFOs (z.B. mit Drehkondensatoren) sowie andere Oszillatoren. + +[question:AD611] + +%INFO: Frage 1446 wurde hier entfernt, da bereits bei Oszillatoren (Klasse E) behandelt und Klasse E Frage! \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszillatoren.md b/contents/sections/oszillatoren.md new file mode 100644 index 0000000..0643677 --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszillatoren.md @@ -0,0 +1,38 @@ +Oszillatoren sind eines der wichtigsten Schaltungselemente im Amateurfunk. Sie sind sozusagen das Herz eines jeden Funkgerätes. Oszillatoren dienen der Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen in Sendern und Empfängern. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten, Oszillatoren technisch zu realisieren. + +--- + + +[include:applet_schwingkreis] + + +Die einfachste Form eines Oszillators ist der sog. *LC-Oszillator*, der als frequenzbestimmende Elemente einen Schwingkreis (bestehend aus einer Spule und einem Kondensator), welchen wir im vorherigen Kapitel kennen gelernt haben, enthält. + +[question:ED501] + +LC-Oszillatoren haben den Nachteil, dass sich Ihre frequenzbestimmenden Komponenten (L und C) in Abhängigkeit von der Temperatur stark ändern können, was zu großen Freqzenzabweichungen führen kann. + +Laut Formelsammlung ist die Formel für die Schwingungsfrequenz (Thomson´schen Schwingkreisformel): + +$ f_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{L\cdot C}} $ + +Die Frequenz eines LC-Oszillators ändert sich, wenn sich der Wert des Kondensators oder der Spule z.B. durch Temperatureinwirkung ändert. Wie Sich das auf die Frequenz auswirkt, kann man in der Formel erkennen: +Bei *steigender* Kapazität des Kondensators oder steigender Induktivität der Spule *verringert sich die Frequenz* des Schwingkreises. Umgekehrt *steigt die Frequenz* des Schwingkreises bei *sinkender* Kapazität oder Induktivität. + +[question:ED503] +[question:ED505] +[question:ED502] +[question:ED504] + +Die Geschwindigkeit der Temperaturänderung bestimmt auch die Geschwindigkeit der Frequenzänderung eines Oszillators. Hierbei ändert sich jedoch die Frequenz nicht sprunghaft, da thermische Effekte immer einer gewissen Trägheit unterliegen. Daher ändert sich die Frequenz eines Oszillators, der schwankenden Temperaturen unterworfen ist, meist langsam in die eine oder andere Richtung. + +[question:EF304] + +Ein wesentlich frequenzstabilerer Oszillator-Typ ist der *Quarz-Oszillator*. Hierbei wird als frequenzbestimmende Komponente ein Schwingquarz verwendet, dessen Resonanzfrequenz nur in sehr geringem Maße von dessen Temperatur abhängig ist (im Vergleich zu LC-Oszillatoren). + +[question:ED506] +[question:ED507] + +Um unerwünschte Abstrahlungen zu vermeiden, sollten Oszillatoren sowie Pufferstufen immer möglichst gut geschirmt werden. Dies kann z.B. durch den Einbau des Oszillators in ein geerdetes Metallgehäuse erfolgen. + +[question:EF207] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszilloskop_1.md b/contents/sections/oszilloskop_1.md new file mode 100644 index 0000000..e4ffba9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszilloskop_1.md @@ -0,0 +1,56 @@ +Ein Oszilloskop ist ein Spannungsmessgerät, das den zeitlichen Verlauf von Spannungen visualisieren kann. Genau wie andere Spannungsmessgeräte besitzen Oszilloskope einen hohen Innenwiderstand. Meist lassen sich zwei oder mehr Spannungen gleichzeitig messen. Das Gerät in Abbildung [ref:e_oszilloskop_digital] ist beispielsweise so eingestellt, dass sich zwei Signale den Bildschirm teilen. + + +[photo:212:e_oszilloskop_digital: Oszilloskop mit zahlreichen Zusatzfunktionen] + + +Betrachten wir die Anzeige des Oszilloskops in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] nun etwas genauer. Mit einem Oszilloskop lassen sich beispielsweise die Kenngrößen einer sinusförmigen Wechselspannung ($T$, $\hat{U}$, $U_\text{SS}$ und $U_\text{eff}$) bestimmen. Neben dem Signalverlauf werden eine Zeit- und eine Spannungsangabe eingeblendet – im Beispiel $\qty{50,0}{\nano\second}$ und $\qty{500}{\milli\volt}$. Das bedeutet, dass ein Kästchen in horizontaler Richtung 50 Nanosekunden und in vertikaler Richtung 500 Millivolt entspricht. Diese Kästchen werden oft als Divisionen oder Skalenteile bezeichnet, daher auch die Schreibweise $\qty{500}{\milli\volt\per div}$. + + +[photo:214:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus:eine sinusförmige Spannung, dargestellt auf einem digitalen Oszilloskop] + + +--- + +Wir können uns das als Koordinatensystem vorstellen und die Periodendauer ($T$) und die Amplitude ($\hat{U}$) ablesen. Im Beispiel ist eine Periode 5 Kästchen oder Skalenteile lang. Multipliziert mit $\qty{50,0}{\nano\second}$ pro Skalenteil ergibt das die Periodendauer $\qty{250,0}{\nano\second}$. Die Amplitude, also die größte Abweichung von der Nulllage, beträgt $\qty{1500}{\milli\volt}$ oder $\qty{1,5}{\volt}$, denn sie ist 3 Skaltenteile hoch und jeder Teil entspricht $\qty{500}{\milli\volt}$. + +[question:EI301] + + +Für einfache Messungen haben viele digitale Oszilloskope eine AUTO-Taste. Wenn man sie drückt, werden einige Einstellungen automatisch vorgenommen und meistens erscheint ein stehendes Bild der angelegten Signale. Die Anzeige lässt ich in der Waagerechten verschieben. Ein Drehknopf mit dieser Funktion ist oft mit X-Position beschriftet. Zum Ablesen der Periodendauer schiebt man einen markanten Punkt wie einen Nulldurchgang auf eine senkrechte Linie des Gitters und zählt, wie viele Skalenteile einer Periode entsprechen. + + +--- + +Sobald die Periodendauer einer Schwingung bekannt ist, lässt sich daraus auch die Frequenz bestimmen. In der Klasse N haben wir bereits den qualitativen Zusammenhang kennengelernt: Die Frequenz gibt die Zahl der Schwingungen pro Sekunde an. Beträgt die Periodendauer eine Sekunde, so ergibt sich eine Frequenz von 1 Hz. Halbieren wir die Periodendauer auf eine halbe Sekunde, passen zwei Schwingungen in eine Sekunde – die Frequenz liegt dann bei 2 Hz. + +In der Klasse E betrachten wir diesen Zusammenhang nun als Formel: + +$f=\dfrac{1}{T}$ oder $T=\dfrac{1}{f}$ + +Die Frequenz in Hertz ist der Kehrwert der Periodendauer in Sekunden. + +Das Signal in Abbildung [ref:e_oszilloskop_bildschirmfoto_sinus] hat also die Frequenz + +$f = \dfrac{1}{250\text{ ns}} = 4 \text{ MHz}$. + +[question:EB408] +[question:EB409] +[question:EB411] +[question:EB410] +[question:EI302] + +--- + +Manchmal werden Signale ungewollt verformt. Das geschieht zum Beispiel, wenn in einen Verstärker eine zu hohe Eingangsspannung eingespeist wird. Man sagt dann, der Verstärker ist übersteuert und sein Ausgangssignal verzerrt. Starke Verzerrungen wie in Abbildung [ref:e_oszilloskop_verzerrt] kann man mit einem Oszilloskop erkennen. Für die Beurteilung von Audio-Signalen im Amateurfunk reicht das meistens aus. + + +[photo:215:e_oszilloskop_verzerrt:sinusförmiges Eingangssignal (oben) und verzerrtes Ausgangsignal eines übersteuerten Verstärkers] + + + +Ob ein Hochfrequenzsignal frei von Verzerrungen ist, die andere Frequenzbereiche beeinträchtigen, kann man mit einem Oszilloskop nicht gut genug einschätzen. Dafür ist ein Spektrum-Analysator das richtige Messgerät. + + +% EI304 NF-Verzerrungen +[question:EI304] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/oszilloskop_2.md b/contents/sections/oszilloskop_2.md new file mode 100644 index 0000000..6ec0a7b --- /dev/null +++ b/contents/sections/oszilloskop_2.md @@ -0,0 +1,49 @@ +In der Klasse E haben wir gelernt, das ein Oszilloskop stellt den zeitlichen Verlauf von Spannungen darstellt. Wir können also mit einem Oszilloskop Signalverläufe prüfen. + +[question:AI301] + + +[picture:1005:a_impulsbreite:Bestimmung der Impulsbreite eines nicht-idealen Rechtecksignals] + + +--- + +Neben den Sinusförmingen Wechselspannugen kommen durch die Digitaltechnik auch rechteckförmige Spannungen vor. Einen exakt rechteckigen Spannungsverlauf kann es aber nicht geben. Die Kanten sind immer ein bisschen schräg oder verformt. Die Zeit zwischen dem Ansteigen und dem Abfallen eines Rechtecks, die man Pulsbreite oder Impulsdauer nennt, wird deshalb immer bei halber Höhe, also bei 50% der Spannung, gemessen. So ist sichergestellt, dass beim gleichen Signal alle zum gleichen Messergebnis kommen. + + +Grund für diese Verformungen sind die unvermeidlichen Kapazitäten und Induktivitäten in Leitungen und Bauteilen, die wie Filter wirken und die hohen Frequenzanteile eines Rechtecksignals dämpfen. + + +[question:AI303] +[question:EI303] + + +Oszilloskope können Signale mit unterschiedlichsten Frequenzen und Verläufen darstellen. Damit diese Signale auf dem Bildschirm stabil erscheinen, besitzen Oszilloskope eine sogenannte Triggereinrichtung (engl. trigger = „auslösen“). Dabei überwacht das Gerät das Eingangssignal kontinuierlich und startet die Aufnahme genau dann, wenn eine zuvor festgelegte Bedingung erfüllt ist – zum Beispiel, wenn das Signal eine bestimmte Spannung, die sogenannte Triggerspannung, überschreitet. Ab diesem Moment beginnt die Abtastung und Speicherung der Messwerte, die anschließend als Kurve auf dem Bildschirm dargestellt werden. + + +Durch dieses Verfahren startet jede Darstellung stets am gleichen Signalzustand, sodass periodische Signale wie Sinusschwingungen oder Rechteckimpulse scheinbar eingefroren und klar erkennbar sind. Digitale Oszilloskope können darüber hinaus auch Einzelbilder anzeigen, den Bildschirm also „einfrieren“. Das erleichtert die Analyse nichtperiodischer Signale. Die dafür vorgesehene Taste ist meist mit SINGLE beschriftet. Außerdem lassen sich mehrere Messungen überlagern, um beispielsweise zeitliche Schwankungen eines Signals (engl. jitter) sichtbar zu machen. + +[question:AI302] + +% +%Abbildung [ref:a_oszilloskop_einzelbild] zeigt ein Einzelbild aus der Musikaufnahme von Abbildung [ref:a_oszilloskop_ueberlagerung]. Es wurde von einem älteren Oszilloskop abfotografiert, das hauptsächlich analog arbeitet und zusätzlich einen kleinen digitalen %Speicher besitzt. +%[photo:222:a_oszilloskop_einzelbild:Einzelbild aus einer Musikaufnahme] +% + +Nicht jede Leitung eignet sich für Hochfrequenzsignale – das gilt auch für die Verbindung zwischen Messobjekt und Oszilloskop. Dafür verwendet man in der Regel sogenannte Tastköpfe. Sie stellen die Verbindung her und sorgen dafür, dass das Signal möglichst unverfälscht übertragen wird, ohne die Schaltung stark zu belasten. Dazu reduzieren sie die Signalspannung (z. B. im Verhältnis 10:1), passen Widerstand und Kapazität an und enthalten oft eine Kompensation für hohe Frequenzen. + +Ein Tastkopf besteht aus einem griffähnlichen Gehäuse, vergleichbar mit einem Kugelschreiber. An seiner Spitze können verschiedene Haken oder Nadeln angebracht werden, um die Messstelle zu kontaktieren. Die Masseverbindung erfolgt über eine Krokodilklemme (siehe Abbildung [ref:a_oszilloskop_messung]). Abbildung [ref:a_oszilloskop_tastkoepfe] zeigt drei Beispiele solcher Tastköpfe. Hochwertige Modelle sind entsprechend teuer, da sie hohe Bandbreiten, minimale Signalverfälschung und eine präzise Mechanik bieten müssen. + + +[photo:224:a_oszilloskop_messung:Messung mit einem Tastkopf. Zwischen den Dioden D1 und D2 ist die Prüfspitze zu sehen und weiter links die Krokodilklemme für die Masseverbindung.] + + + +[photo:223:a_oszilloskop_tastkoepfe:Tastköpfe mit verschiedenen Prüfspitzen. Die Krokodilklemmen wurden für diese Aufnahme abgenommen.] + + +Die einfachsten Tastköpfe verbinden die Prüfspitze direkt mit dem Messeingang. Man spricht von 1:1-Tastköpfen, weil die an der Spitze anliegende Spannung unverändert zum Oszilloskop gelangt. Tastköpfe für hohe Frequenzen sind aufwändiger gebaut. Sie teilen die Eingangsspannung auf einen kleineren Wert, oft ein Zehntel, herunter. Wenn man mit so einem 10:1-Tastkopf eine Spannung von 10 Volt misst, wird auf dem Bildschirm 1 Volt angezeigt. + + +Bei manchen Oszilloskopen kann man einstellen, welches Teilverhältnis der Tastkopf hat. Dann wird auf dem Bildschirm die tatsächliche Spannung anzezeigt. Passive 10:1-Tastköpfe enthalten unter anderem einen 9-MΩ-Widerstand, der im Signalweg liegt. Oszilloskope haben in der Regel einen Innenwiderstand von 1 MΩ. So ergibt sich ein 10:1-Spannungsteiler. Außerdem ist im Tastkopf oder im Stecker ein kleiner Drehkondensator vorhanden. Er dient zur Anpassung der Kapazität von Tastkopf und Kabel an den Messeingang und wird so eingestellt, dass ein Rechtecksignal möglichst unverfälscht auf dem Bildschirm erscheint. Neben den hier beschriebenen, passiven Tastköpfen existieren mehrere andere Varianten. Es gibt zum Beispiel Tastköpfe mit angepasstem 50-Ohm-Koaxkabel. Sie sind besonders gut für sehr hohe Frequenzen geeignet, haben aber nur einen relativ kleinen Innenwiderstand. Aktive Ausführungen lösen dieses Problem, indem das Signal direkt im Tastkopf verstärkt wird. + diff --git a/contents/sections/paketvermittelte_netzwerke.md b/contents/sections/paketvermittelte_netzwerke.md new file mode 100644 index 0000000..7ca2856 --- /dev/null +++ b/contents/sections/paketvermittelte_netzwerke.md @@ -0,0 +1,56 @@ + +[include:hamnet_map] + + +Eine besondere Rolle im Amateurfunk nimmt das HAMNET ein – ein Netzwerk, das ausschließlich Funkamateuren vorbehalten ist. HAMNET (Highspeed Amateurradio Multimedia Network) ist ein von Funkamateuren entwickeltes und betriebenes IP-basiertes Netzwerk. In seiner Funktionsweise ähnelt es dem Internet, nutzt jedoch überwiegend Funkstrecken zur Datenübertragung. + +Ursprünglich wurde HAMNET als schrittweiser Ersatz für das seit den 1980er-Jahren bestehende Packet-Radio-Netz konzipiert und hat dieses inzwischen nahezu vollständig abgelöst. Die schnellen Datenverbindungen zwischen den einzelnen Einstiegspunkten und Knoten werden hauptsächlich über die Mikrowellenbänder 6 cm, 9 cm und 13 cm realisiert. Für den Zugang zum HAMNET benötigt man freie Sicht zu einem HAMNET-Knoten mit Benutzerzugang sowie einen geeigneten WLAN-Transceiver mit Richtantenne. + +--- + + +Der *DARC* bietet für seine Mitglieder einen VPN-Zugang über die sogenannten [HAMCloud](https://50ohm.de/hc) an. Dies ermöglicht den Zugang zum HAMNET, auch wenn kein direkter Einstieg über Funk möglich ist. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +Nutzen kann man das Hamnet genauso wie das Internet, im einfachsten Fall mit einem Webbrowser. Das ist möglich, weil das sogenannte Internet-Protokoll (IP) und alles, was darauf aufbaut, auch für andere Zwecke als für das Internet verwendet werden kann. + +[question:EE414] + +Das Hamnet ist genau wie das Internet ein Verbund aus vielen einzelnen Netzwerken. Wenn sich zwei Teilnehmer nicht direkt erreichen können, dann werden die Datenpakete entsprechend über andere Knoten weitergeleitet. + +[question:EE412] + +In so großen Gebilden schafft man dadurch Ordnung, dass alle Computer nummeriert sind. Die Nummern der Teilnehmern heißen IP-Adressen. Es existieren die Versionen IPv4 und IPv6. Für unser Hobby genügt es meistens, sich mit der einfacheren Version 4 zu befassen. + +IPv4-Adressen sind Dualzahlen mit einer Länge von 32 Bit. Geschrieben werden vier Dezimalzahlen, von denen jede für 8 Bit steht, mit Punkten dazwischen. Die größtmögliche Zahl ist 255 entsprechend der Dualzahl 11111111. + +Bei allen Computern, die sich im selben Netzwerk befinden, ist der Anfang der IP-Adressen gleich. Dieser Netzanteil hat eine variable Länge. Große Netzwerke brauchen viele der 32 Bits, um hinten im sogenannten Hostanteil ihre Computer zu nummerieren. Sie verwenden dafür einen kürzeren Netzanteil. Bei kleinen Netzwerken ist es genau umgekehrt. Dieses Prinzip kennt man vom Telefonnetz. Die größten Städte haben dreistellige Vorwahlen, zum Beispiel 089, und kleine Ortsnetze fünf- oder sechsstellige wie 038725. + +--- + +Die Länge des Netzanteils gibt man am einfachsten mit einem Schrägstrich hinter der IP-Adresse an. 141.17.5.18/24 bedeutet zum Beispiel, dass der Netzanteil 24 Bit lang ist. Bei allen Rechnern im gleichen Netzwerk beginnt die Adresse mit 141.17.5. Zum Durchnummerieren aller Stationen bleiben nur 8 der 32 Bits übrig. Es handelt sich also um ein relativ kleines Netzwerk. + + +Manchmal werden Netzwerke einer sogenannten Klasse zugeordnet, obwohl dieses System schon lange abgeschafft wurde. Klasse A bedeutete /8, Klasse B /16 und Klasse C /24. + + + +--- + +Die meisten Netzwerkgeräte verlangen eine andere Schreibweise, nämlich die Subnetzmaske (siehe Abbildung [ref:netzmaske]). Das sind 32 Bit in der gleichen Notation wie IP-Adressen. Bits, die für den Netzanteil stehen, werden mit einer 1 gekennzeichnet und Bits des Hostanteils mit einer 0. Die Netzmaske beginnt also mit so vielen Einsen, wie der Netzanteil lang ist. Der Rest wird mit Nullen aufgefüllt. Heimnetze und kleine Firmennetze verwenden fast immer die Netzmaske 255.255.255.0, die das Gleiche bedeutet wie /24. + +Netzwerkgeräte können nur innerhalb ihres eigenen lokalen Netzwerks direkt miteinander kommunizieren. Das erkennen sie daran, dass sich aus ihrer eigenen IP-Adresse und Subnetzmaske derselbe Netzanteil ergibt wie beim Partner. In allen anderen Fällen schicken sie die Daten an einen Router. Das ist eine Zwischenstation, die zwei oder mehr Netzwerke miteinander verbindet. Wenn ein Gerät mit mehreren Netzwerken direkt verbunden ist, hat es in jedem eine eigene IP-Adresse. + + +[picture:699:netzmaske:IPv4-Adresse und Netzmaske in Dezimal- und Dualschreibweise] + + + +[picture:706:netzwerk:Ausschnitt aus einer Netzwerk-Infrastruktur] + + +Alle Teilnehmer eines Netzwerks sollen den Router quasi gleichzeitig nutzen können. Deshalb werden in IP-Netzen keine festen Leitungen geschaltet. Stattdessen teilen die Computer alle Datenströme in Pakete auf, also in kurze Abschnitte. Die Weiterleitung dieser einzelnen Pakete nennt man Paketvermittlung. + +[question:EE413] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/parabolspiegel_1.md b/contents/sections/parabolspiegel_1.md new file mode 100644 index 0000000..e758138 --- /dev/null +++ b/contents/sections/parabolspiegel_1.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Die sogenannten *Mikrowellen* haben nichts mit dem Einheitenvorsatz "Mikro-" zu tun, sondern Mikrowellen bezeichnen elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen ca. 1 GHz und etwa 300 GHz. Die Wellenlänge von Mikrowellen entspricht also Millimetern bis zu wenigen Dezimetern. + + +[picture:850:e_parabolspiegel_funktion:Funktionsweise eines Parabolspiegels] + + +--- + +Bei diesen Wellenlängen eignet sich die Bauform eines Parabolspiegels besonders. Hierbei macht man sich zu Nutze, dass eine parabolisch geformte Metalloberfläche (oder ein hinreichend engmaschiges Gitter) für parallel einfallende Wellen wie ein Spiegel wirkt, diese jedoch aufgrund der Krümmung des Spiegels in einem Punkt vor dem Spiegel bündelt + + +Unter einer *Parabel* versteht man in der Mathematik eine Kurve, also den Graphen, der durch eine quadratische Gleichung (z. B. $y = x^2$) beschrieben wird. Ein Paraboloid ist die Oberfläche, die sich durch Rotation einer solchen Parabel ergibt. + + +[question:EG113] + +Nur im idealisierten Modell der Strahlenoptik (also wenn sich die elektromagnetische Welle wie ein Bündel aus Strahlen verhalten würde) kommt es zu einer Konzentration in genau einem Punkt vor dem Spiegel. Tatsächlich ist die Bündelung jedoch nicht perfekt, da es aufgrund der Welleneigenschaften zu Beugungseffekten kommt. Wie stark diese Abweichung vom idealen Strahlenmodell ist, hängt von der Größe der Schüssel ab. Je größer die Schüssel im Verhältnis zur Wellenlänge, umso besser die Richtwirkung. Eine sinnvolle Richtwirkung erreichen Parabolspiegel nur dann, wenn ihr Durchmesser einige Wellenlängen oder mehr beträgt, z. B. fünf. + +[question:EG114] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/parasitaere_schwingungen.md b/contents/sections/parasitaere_schwingungen.md new file mode 100644 index 0000000..24be15e --- /dev/null +++ b/contents/sections/parasitaere_schwingungen.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Parasitäre Schwingungen entstehen vornehmlich in HF-Leistungsversträrker-Stufen durch unerwünschte Rückköpplungen (Kapazitäten oder induktive Kopplungen zwischen Elementen) und haben normalerweise keinen Bezug zur Betriebsfrequenz des Senders. Sie äußern sich unter anderem durch Schwankungen der Ausgangsleistung des Senders wenn dieser abgestimmt wird (Schwankungen der TX-Anzeige). + +[question:AJ212] +[question:AJ213] + +Um parisitäre Schwingungen zu unterdrücken können in VHF-Sendern beispielsweise Ferrit-Perlen eingesetzt werden, die am Emitter des Leistungstransistors angebracht werden (möglichst nah am Transistor). +Bei breitbandigen Kurzwellen-Endstufen kann ein Parallel-Widerstand am Transformator zu dessen Bedämpfung und somit Verringerung der Schwingneigung des Verstärkers verwendet werden. + +[question:AJ217] +[question:AF416] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/parbolspiegel_2.md b/contents/sections/parbolspiegel_2.md new file mode 100644 index 0000000..b82a96a --- /dev/null +++ b/contents/sections/parbolspiegel_2.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Im Punkt vor dem Parabolspiegel wo die Wellen gebündelt werden, wird die sogenannte *Erregerantenne* platziert. Da Parabolspiegel wie bereits erläutert vor allem für Mikrowellen eingesetzt werden, werden vor allem jene Antennen als Erregerantenne eingesetzt, die im Mikrowellenbereich geeignet sind. Neben Dipolen sind dies *Helixantennen*, die eine zirkulare Polarisation erzeugen, und auch *Hornstrahler*, die z. B. mit einem Hohlleiter gespeist werden können. + +% TODO: Bild Helixantenne +% TODO: Bild Hornstrahler und/oder Hohlleiter + + +*Hohlleiter* sind Metallrohre, in denen Mikrowellen geleitet werden. Vereinfacht gesagt wird die Welle an den metallischen Außenwänden reflektiert und gelangt so z. B. in ein Horn, aus dem die Welle abgestrahlt wird bzw. von dem einfallende Wellen empfangen und in den Hohlleiter geleitet werden. + + +[question:AG225] + +Zur Beantwortung der folgenden Fragen kann die Formel für den Gewinn einer Parabolantenne aus der Formelsammlung herangezogen werden. + +% TODO: Formel aus Formelsammlung übernehmen. + +[question:AG226] +[question:AG227] +[question:AG228] +[question:AG229] diff --git a/contents/sections/persoenliche_rufzeichen.md b/contents/sections/persoenliche_rufzeichen.md new file mode 100644 index 0000000..1123a3f --- /dev/null +++ b/contents/sections/persoenliche_rufzeichen.md @@ -0,0 +1,46 @@ +Personengebundene Rufzeichen sind die am häufigsten vergebenen Rufzeichen. In Deutschland gibt es drei unterschiedliche Zulassungsklassen, mit jeweils eigenen Bereichen im Rufzeichenplan. Die einzelnen Klassen lauten, aufbauend aufeinander, Klasse N (Entry Level License), Klasse E (Novice) und Klasse A (Advanced). Aus der Tabelle [ref:n_persoenliche_rufzeichen_praefixe] kann man entnehmen, welche Präfixe und Ziffern den Amateurfunkklassen zugeordnet sind. In der Tabelle [ref:n_persoenliche_rufzeichen_beispiele] finden sich einige Beispiele für personengebundene Rufzeichen der 3 Klassen. Die meisten Funkamateure in Deutschland besitzen die Amateurfunkzulassung der Klasse A, deshalb ist dieser Block am größten. + + +| l: Klasse | X: Präfix und Ziffer | +| Klasse N | DN9 | +| Klasse E | DO1 - DO9 | +| Klasse A | DB1 - DD9 | +| | DF1 - DH9 | +| | DJ1 - DM9 | +[table:n_persoenliche_rufzeichen_praefixe:Präfixe und Ziffern für personengebunde Rufzeichen] + + + +| l: Klasse | X: Rufzeichen | +| Klasse N | DN9AAA, DN9ZZZ | +| Klasse E | DO2AAA, DO2ZZZ | +| Klasse A | DL3AAA, DL3ZZZ | +[table:n_persoenliche_rufzeichen_beispiele:Beispiele für personengebundene Rufzeichen] + + +Der [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp) der BNetzA hilft dabei die folgenden Prüfungsfragen zu beantworten. + +[question:BD105] +[question:BD106] +[question:BD104] + +Nach bestandener Prüfung kann man den Antrag auf die "Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst" bei der BNetzA einreichen. Nach abgeschlossener Bearbeitung bekommt man die Zulassungsurkunde mit dem persönlichen Rufzeichen zugestellt. Erst mit dieser Zulassung darf der Funkbetrieb aufgenommen werden. Die Zulassung gilt nur persönlich für den Funkamateur, der in der Urkunde eingetragen ist. Sie ist nicht übertragbar. + +[question:VC107] + +--- + +Im Antragsformular der BNetzA besteht die Möglichkeit, ein Wunschrufzeichen anzugeben. Man sollte zuvor in der [Rufzeichenliste der BNetzA](https://50ohm.de/rzl) oder in der [Webabfrage der BNetzA](https://50ohm.de/rza) nachsehen, ob das Rufzeichen noch nicht vergeben ist! Auch wenn der Wunsch in der Regel erfüllt wird, gibt es keinen Anspruch auf die Zuteilung eines bestimmten Rufzeichens. Es kann sinnvoll sein, mehr als einen Wunsch anzugeben, da ein Rufzeichen zwischenzeitlich zugeteilt worden sein könnte oder aus anderen Gründen nicht vergeben werden kann. + +%TODO gutes suffix fuer morsetelegrafie erklaeren + + +Bei der *Auswahl von Rufzeichen* gibt es sehr unterschiedliche Vorlieben. Manche Funkamateure wählen die Kurzschreibweise ihres Namens, wie z. B. DL1FLO (*FLO*rian) oder die Initialen des Namens DL4HR (*H*arry *R*ode). Andere achten mehr auf eine gute Verständlichkeit beim Sprechfunk oder legen Wert auf einen für Morsetelegrafie gutes Suffix. Häufig sind Rufzeichen mit 2 Buchstaben im Suffix schon vergeben. Oftmals bietet sich dann als dritter Buchstabe des Suffix der erste Buchstabe des Wohnortes an, z. B. DL1ASN (*A*lexander *S*chumacher aus *N*eheim). Werden keine Wünsche angegeben oder sind die Wunschrufzeichen bereits vergeben, wählt die BNetzA ein Rufzeichen für dich aus. + + +[question:VD208] + +Die BNetzA ändert Rufzeichen in der Regel nicht von sich aus. Ändern sich jedoch Regularien oder Zulassungsklassen, kann es notwendig werden, dass Rufzeichen von der BNetzA eingezogen oder geändert werden. Jedoch kann jeder Funkamateur von sich aus einen neuen Antrag auf Zulassung zum Amateurfunkdienst stellen. Auf diesem Weg kann man das eigene Rufzeichen wechseln. + +[question:VC117] + diff --git a/contents/sections/personenschutzabstand.md b/contents/sections/personenschutzabstand.md new file mode 100644 index 0000000..d08546a --- /dev/null +++ b/contents/sections/personenschutzabstand.md @@ -0,0 +1,25 @@ +Die von Antennen abgegebenen Funkwellen gehören - wie wir gelernt haben - zu den elektromagnetischen Wellen. Jede elektromagnetische Welle besteht aus sogenannten elektrischen und magnetischen Feldern, die sich ausbreiten. Man spricht zusammenfassend von *elektromagnetischen Feldern*. Diese können auch eine Auswirkung auf Menschen haben, die sich darin aufhalten. + +Insbesondere die bei höheren Sendeleistungen entstehenden Felder können den menschlichen Körper schädigen oder sich störend auf aktive Körperhilfen auswirken, beispielsweise auf Herzschrittmacher oder automatische Insulinpumpen. Damit es durch Amateurfunkanlagen zu keiner Gefährdung von Menschen kommen kann, muss sich jeder Funkamateur mit dem Personenschutz in elektromagnetischen Feldern auskennen. + +[question:NK201] + +Der Gesetzgeber hat festgelegt, dass für die sogenannte "elektromagnetische Verträglichkeit in der Umwelt" (EMVU) bestimmte Grenzwerte für elektromagnetische Felder von ortsfesten Sendeanlagen einzuhalten sind. Diese Grenzwerte, die vor allem dem Schutz von Personen dienen sollen, finden sich in zwei Verordnungen, zum einen in der Anlage zur "26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes" (26. BImSchV) und zum anderen in der "Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder“ (BEMFV). Für die Einhaltung ist der Betreiber einer Sendeanlage verantwortlich. Das gilt für Mobilfunknetz-Betreiber genauso wie für jeden Funkamateur, der eine ortsfeste Amateurfunkanlage betreibt. + +[question:VE501] +[question:VE502] +[question:VE505] + +--- + +Der Betreiber einer Sendeanlage ist aber nicht nur verpflichtet, diese Grenzwerte einzuhalten. Darüber hinaus muss vor der Inbetriebnahme einer Sendeanlage der Nachweis erbracht werden, dass die Grenzwerte zum Schutz von Personen auch tatsächlich eingehalten werden. Wie der Nachweis genau erbracht werden muss, ist in der "Verordnung über das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder" (BEMFV) geregelt. Funkamateure haben über das dort beschriebene Anzeigeverfahren für ortsfeste Amateurfunkstellen die Möglichkeit, selbst sicherzustellen und zu dokumentieren, dass alle Grenzwerte eingehalten werden und somit keine Gefahr für Menschen besteht. + + +Nur Funkamateure genießen das Privileg, die Einhaltung der Grenzwerte für den Schutz von Personen selbst zu ermitteln und zu dokumentieren. Andere Betreiber von Sendeanlagen, beispielsweise Mobilfunknetz-Betreiber, müssen den Nachweis kostenpflichtig durch die Bundesnetzagentur führen lassen. + + +[question:VE503] +[question:VE504] +[question:VE511] + +Da es bei diesem Verfahren um den Schutz von Menschen geht, wird es in der Amateurfunkprüfung ausführlich behandelt. Im Folgenden werden wir uns daher näher mit den Details zum Nachweisverfahren beschäftigen. Da diese Regelungen allerdings nur dann gelten, wenn die von der Antenne abgestrahlte Leistung, die sogenannte *Strahlungsleistung*, einen gewissen Wert überschreitet, müssen wir uns zunächst damit beschäftigen. diff --git a/contents/sections/personenschutzabstand_2.md b/contents/sections/personenschutzabstand_2.md new file mode 100644 index 0000000..1c6f19f --- /dev/null +++ b/contents/sections/personenschutzabstand_2.md @@ -0,0 +1,27 @@ +Jede ortsfeste Amateurfunkanlage muss bei einer Äquivalenten Isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von 10 Watt oder mehr bei der BNetzA, nach § 9 BEMFV, angezeigt werden. Dies hat vor Aufnahme des Funkbetriebs zu geschehen. Der Funkamateur hat dabei den Nachweis zu erbringen, dass er die Grenzwerte einhält und die dazu notwendigen Sicherheitsabstände ermittelt hat und dass sie innerhalb des kontrollierten Bereichs liegen. Umgangssprachlich wird dies von Funkamateuren als *Selbsterklärung* bezeichnet. + +Auf eine Selbsterklärung kann nur verzichtet werden, wenn die Äquivalente Isotrope Strahlungsleistung (EIRP) *kleiner* als $\qty{10}{\watt}$ EIRP ist - nicht $\qty{10}{\watt}$ Sendeleistung, auch nicht $\qty{10}{\watt}$ ERP! + +Selbst ohne genaue Rechnung wird schnell deutlich, dass die Kombination aus $\qty{6}{\watt}$ Sendeleistung und einem Antennengewinn von $\qty{13}{\dBd}$ (Faktor 20) in der folgenden Frage den Grenzwert von $\qty{10}{\watt}$ EIRP deutlich überschreitet. + + +Zur Übung kann man das trotzdem Rechenen: Wir nutzen erneut die Formel aus der Formelsammlung: + +$P_\text{EIRP} = P_\text{Sender} \cdot 10^{\frac{g_i-a+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} = \qty{6}{\watt} \cdot 10^{\frac{\qty{13}{dBd}+\qty{2,15}{\dB}}{\qty{10}{\dB}}} \approx \qty{197}{\watt}$ + +Auch diese Rechnung lässt sich wieder leicht im Kopf durchführen, indem man den Gesamtgewinn in einzelne sinvolle Anteile zerlegt: + +$\qty{13}{\dBd} + \qty{2,15}{\dB} = \qty{10}{\dBd} + \qty{3}{\dBd} + \qty{2,15}{\dB}$ + +So ergibt sich: + +$P_\text{EIRP} = \qty{6}{\watt} \cdot 10 \cdot 2 \cdot 1,64 \approx \qty{197}{\watt}$ + + +[question:EK104] + +In der [Anleitung zur Durchführung der Anzeige ortsfester Amateurfunkanlagen nach §9 der BEMFV](50ohm.de/abemfv) ist genau festgelegt, was unter dem Sicherheitsabstand zu verstehen ist. Der standortbezogene Sicherheitsabstand beschreibt den erforderlichen Abstand zwischen der Bezugsantenne und dem Bereich, in dem die geltenden Grenzwerte eingehalten werden müssen. Dabei sind auch die relevanten Feldstärken umliegender ortsfester Funkanlagen zu berücksichtigen. + +Wichtig ist dabei: Der Sicherheitsabstand bezieht sich nicht auf einen einzelnen Punkt der Antenne, sondern auf die gesamte Antennenstruktur. Mit anderen Worten, für jeden Punkt der Antenne muss sichergestellt sein, dass außerhalb des berechneten Sicherheitsabstands die Grenzwerte eingehalten werden. + +[question:EK107] diff --git a/contents/sections/personenschutzabstand_3.md b/contents/sections/personenschutzabstand_3.md new file mode 100644 index 0000000..4b98736 --- /dev/null +++ b/contents/sections/personenschutzabstand_3.md @@ -0,0 +1,96 @@ +% In Bearbeitung! Um was geht es denn hier??? +% Das habe ich mir alles aus den Fingern gezogen! + +In der Formelsammlung findet man unter Punkt 6.2, Formelzeichen, Konstanten und Tabellen, auch die Formel für $Z_{F0}$ den Feldwellenwiderstand des freien Raumes (Vakuum). +$Z_{F0} = \sqrt{\dfrac{\mu_0}{\varepsilon_0}}$ + +$\mu_0$ die magnetische Feldkonstante, $\varepsilon_0$ die elektrische Feldkonstante + +Die in der Frage angesprochene **magnetischen Feldstärke** wird mit Hilfe magnetische Feldkonstante, der magnetischen Flussdichte und der Magnetisierung berechnet. Deutlich komplexer ist der Zusammenhang der elektrischen Feldkonstante und der **elektrischen Feldstärke**. + +In einem Medium (z.B. Luft) ist der Wellenwiderstand $Z_{F}$ von $\mu$, der magnetische Feldkonstante und $\varepsilon$, der elektrische Feldkonstante des Mediums abhängig. + +$Z_{F} = \sqrt{\dfrac{\mu}{\varepsilon}}$ + +Es gibt eine Abhängigkeit von Feldwellenwiderstand, elektrischer und magnetischer Feldstärke. Damit ist auch die elektrische und magnetische Feldstärke von dem Wellenwiderstand des Mediums abhängig. + + +[question:AK102] + +% Wie errechnen Sie die Leistung am Einspeisepunkt der Antenne (Antenneneingangsleistung) bei bekannter Senderausgangsleistung? + +Die Leistung am Speisepunkt der Antenne ergibt sich aus der Senderausgangsleistung und der Dämpfung der Speiseleitung. Jede Dämpfung kann in einen Dämpfungsfaktor übertragen werden. Zum Beispiel, bei 10 dB Dämpfung ist der Faktor 0,1. +Die Berechnung ist einfach: $P_{Ant} = D \cdot P_{Sender}$ (D steht für Dämpfungsfaktor) + + + + +[question:AK104] +% In Bearbeitung! + Im § 8, BEMFV ist u.a. festgelegt, dass der standortbezogene Sicherheitsabstand innerhalb des kontrollierbaren Bereichs liegen muss. Oft ist dieser Abstand durch die örtlichen Gegebenheiten festgelegt und kann nicht verändert werden. In diesen Fällen muss die maximale Sendeleistung angepasst werden. + +In die Strahlungsleistung geht neben der Sendeleistung der Antennengewinn in dBi ein. Angegeben sind 6 dBd. Bezogen auf den isotropen Strahler sind dies 6 dBd + 2,15 dB. Das ergibt einen Gewinnfaktor von $G_i = 4 \cdot 1,64 = 6,56$. + +Jetzt kann die maximale Sendeleistung ermittelt werden. Dazu muss die Formel für die Feldstärke im Fernfeld einer Antenne umgestellt werden: + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_A\cdot G_i}}{d}$ + $E \cdot d = \sqrt{30\Omega\cdot P_A\cdot G_i}$ + $E^2 \cdot d^2 = 30\Omega\cdot P_A\cdot G_i $ + $\dfrac{E^2 \cdot d^2}{30\Omega\cdot G_i} = P_A$ + $P_A = \dfrac{E^2 \cdot d^2}{30\Omega\cdot G_i}$ + $P_A = \dfrac{28^2 \cdot 5^2}{30 \cdot 6,56}$ + $P_A = 99,59 \textrm{ W}$ +Die Sendeleistung muss auf ca. 100 W beschränkt werden. + + Nur zur Sicherheit die Einheitengleichung. Das Ergebnis hat die Einheit Watt. + $ W = \dfrac{(\frac{V}{m})^2 \cdot \textrm{m}^2}{\frac{V}{A}}$ + $ W = \dfrac{V \cdot V \cdot m \cdot A}{V \cdot m}$ + $ W = V \cdot A$ + $ W = W$ + + Die Formel für die Feldstärke gilt nur für das Fernfeld. Ob das bei den vorgegeben 5 m erfüllt ist, kann schnell überprüft werden. + +$ d > \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ +$ d = \dfrac{2,06 \textrm{ m}}{2 \cdot \pi}$ +$ d = 0,33 \textrm{ m}$ +Der Sicherheitsabstand von d = 5 m ist deutlich im Fernfeld. + +[question:AK107] + +Bei den drei nächsten Fragen ist die Vorgehensweise mehr oder weniger gleich. +Für die Berechnung der elektrischen Feldstärke wird Leistung am Speisepunkt der Antenne, der Gewinnfaktor und die Entfernung gebraucht. +$ P_A$, Leistung am Speisepunkt: 250 W (kein Kabel, direkte Einspeisung) +$ G_i$, Gewinnfaktor: 12,15 dBi oder 10 dBi und 2,15 dBi, das entspricht den Faktoren $10 \cdot 1,64 = 16,4$ +$d$, Entfernung: 30 m + +Die Formel gilt nur für das Fernfeld. Dies kann mit $ d > \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ überprüft werden. + $ \textrm{ }$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_A\cdot G_i}}{d}$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot 250 \textrm{ W}\cdot 16,4}}{30\textrm{ m}}$ + $E = 11,7 \textrm{ V/m}$ + +[question:AK113] + +$ P_A$, Leistung am Speisepunkt: 10 W (kein Kabel, direkte Einspeisung) +$ G_i$, Gewinnfaktor: 2,15 dBi, das entspricht den Faktor 1,64 (Dipol als Antenne) +$d$, Entfernung: 10 m + +Die Formel gilt nur für das Fernfeld. Dies kann mit $ d > \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ überprüft werden. + $ \textrm{ }$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_A\cdot G_i}}{d}$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot 10 \textrm{ W}\cdot 1,64}}{10\textrm{ m}}$ + $ E = 2,2 \textrm{ V/m}$ + +[question:AK114] +% AK115: Eine Amateurfunkstelle sendet in FM mit einer äquivalenten Strahlungsleistung (ERP) von 100 W. Wie groß ist die Feldstärke im freien Raum in einer Entfernung von 100 m? + +$ P_A$, Leistung am Speisepunkt: 100 W (Strahlungsleistung in ERP) +$ G_i$, Gewinnfaktor: 2,15 dBi, das entspricht den Faktor 1,64 (Strahlungsleistung in ERP, Faktor für EIRP) +$d$, Entfernung: 100 m + +Die Formel gilt nur für das Fernfeld. Dies kann mit $ d > \dfrac{\lambda}{2 \cdot \pi}$ überprüft werden. + $ \textrm{ }$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_A\cdot G_i}}{d}$ + $E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot 100 \textrm{ W}\cdot 1,64}}{100\textrm{ m}}$ + $ E = 0,7 \textrm{ V/m}$ + +[question:AK115] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/personenschutzabstand_grenzwerte.md b/contents/sections/personenschutzabstand_grenzwerte.md new file mode 100644 index 0000000..4ff1de7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/personenschutzabstand_grenzwerte.md @@ -0,0 +1,43 @@ +--- +%Frequenzabhängigkeit des Personenschutzabstands: + +Das [Bundesamt für Strahlenschutz](https://50ohm.de/bfs) informiert auf seiner Seite über die biologische Wirkungen von hochfrequenten Felder auf menschliche Körper. + +* Hochfrequente elektromagnetische Felder werden vom Körper aufgenommen. +* Die Stärke der Energieabsorption hängt von der Stärke und der Frequenz der elektromagnetischen Felder ab. +* Eindeutig nachgewiesen sind Kraftwirkungen und eine Wärmewirkung der hochfrequenten Felder. +* Die Wärmewirkung ist ausschlaggebend für mögliche gesundheitliche Wirkungen beim Menschen. + +Wichtig für die Beantwortung der Frage ist hier Punkt 2, die Energieabsortion des menschlichen Körpers ist frequenzabhängig. + +[question:EK101] + +% Zeitabhängigkeit des Personenschutzabstand: + +In der [Verordnung über elektromagnetische Felder (26. BImSchV)](https://50ohm.de/BImSchV) werden im Anhang 1 (Tabellen 1a und 1b) sowie im Anhang 3 die Grenzwerte beschrieben. Dabei wird zwischen drei Fällen unterschieden: + +* Momentaner Spitzenwert (in kV/m über Hz, vgl. Abbildung [ref:e_grenzwerte_max]) +* 6-Minuten-Intervalle (in V/m über MHz, vgl. Abbildung [ref:e_grenzwerte_avg]) +* Gepulste Felder (Wird aus den ersten beiden und frequenzabhängigen Faktoren berechnet, vgl. Abbildung [ref:e_grenzwerte_pulse]) + + + +[picture:979:e_grenzwerte_max:Visualisierung der Grenzwerte der 26. BImSchV, Tabelle 1a, Momentaner Spitzenwert] +[picture:980:e_grenzwerte_avg:Visualisierung der Grenzwerte der 26. BImSchV, Tabelle 1b, 6-Minuten-Intervalle] +[picture:981:e_grenzwerte_pulse:Visualisierung der Grenzwerte der 26. BImSchV, Anhang 3, Gepulste Felder] + + +--- + +Da nicht ständig gesendet wird, verwenden wir in der Regel den quadratischen Mittelwert der Feldstärke (V/m), gemittelt über einen Zeitraum von 6 Minuten. Ein wichtiger Wert hierbei ist $\qty{28}{\volt\per\meter}$, der für den Bereich von $\qtyrange{10}{400}{\mega\hertz}$, also eine Vielzahl von Amateurfunkbändern gültig ist und in einigen folgenden Prüfungsfragen zum Personenschutz vorkommt. + + +Die Grenzwerte müssen für die Prüfung nicht auswendig gelernt werden und werden in der Prüfung immer in der Frage genannt. + + +[question:EK102] + +Eine Ausnahme sind hierbei aktive Körperhilfen (z. B. Herzschrittmacher, Insulinpumpen, Cochlea-Implantate), da hier in bestimmten Fällen die maximalen Momentanwerte angenommen werden müssen. + +[question:EK103] + diff --git a/contents/sections/personenschutzabstand_richtantennen.md b/contents/sections/personenschutzabstand_richtantennen.md new file mode 100644 index 0000000..ed9ab58 --- /dev/null +++ b/contents/sections/personenschutzabstand_richtantennen.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Bei der Berechnung von Sicherheitsabständen spielt die Winkeldämpfung bei Richtantennen eine wichtige Rolle. Die größte Strahlungsleistung wird in der Mitte der Strahlungskeule abgestrahlt. In den anderen Richtungen ist sie geringer. Ist die Antenne ausreichend hoch, stahlt die Antenne zum großen Teil über den nicht kontrollierbaren Bereich hinweg, also dem Bereich in dem die Grenzwerte unbedingt eingehalten werden müssen. + +Im kritischen Winkel von 40° unterhalb der Antenne befindet sich ein nicht kontrollierbarer Bereich. Die Strahlungsleistung ist dort um 6 dB niedriger als in der Mitte des Strahlungsdiagramms. Die direkte Folge ist, dass dort der Sicherheitsabstand entsprechend geringer sein kann. + +6 dB entsprechen einem Faktor von 0,25 oder 1/4 (Formelsammlung). + +$ E = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_\textrm{EIRP}}}{d}$ +Umstellen der Formel nach d (Sicherheitsabstand). +$ d = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_\textrm{EIRP}}}{E}$ + +Die Strahlungsleistung $P_\textrm{EIRP}$ ist nicht bekannt. Allerdings wissen wir, dass bei dieser Rechnung nur ein Viertel der Strahlungsleistung im Vergleich zur maximalen Strahungleistung ansetzen müssen. + +$ d = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_\textrm{EIRP}\cdot 1/4}}{E}$ +$ d = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_\textrm{EIRP}}}{E}\cdot \sqrt{1/4}$ +$ d = \dfrac{\sqrt{30\Omega\cdot P_\textrm{EIRP}}}{E}\cdot \mathbf{1/2}$ + +Wird die Strahlungsleistung auf ein 1/4 reduziert halbiert sich der Sicherheitsabstand von 20 m auf die Hälfte. Er verringert sich auf 10 m. + +[question:AK105] + + +[picture:950:a_richtantenne_personenschutz:In einem Winkel von 40° unterhalb der Achse der Hauptstrahlungskeule ist die Strahlungsleistung 6 dB geringer als bei dem Winkel 0°.] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/phase.md b/contents/sections/phase.md new file mode 100644 index 0000000..c5cde43 --- /dev/null +++ b/contents/sections/phase.md @@ -0,0 +1,35 @@ +Die Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung geschieht durch eine sich drehende Spule in einem Magnetfeld (Generatorprinzip). +Für eine Umdrehung benötigt der Generator eine gewisse Zeit, in der die sinusförmige Spannung erzeugt wird. Aus diesem Grund kann für eine sinusförmige Wechselspannung eine "Zeitachse" angegeben werden. + +[picture:878:a_phasenwinkel_zeit:Phasenwinkel in Grad und Bogenmaß oder Periodendauerangabe] + +Erklärung zur Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit]. +1. Die horizontale Achse mit der Beschriftung "Zeit" ist die übliche Darstellung für eine Sinusschwingung, wobei hier der Bezug zur Periodendauer T hergestellt ist. +2. Eine Umdrehung kann aber auch als Winkel angegeben werden. Eine ganz Umdrehung ist nach 360 Grad beendet. +Eine halbe Umdrehung entspricht dann 180 Grad und eine Viertelumdrehung ist nach 90 Grad vollendet. Mit diesen Werten kann nun die horizontale Achse der Sinusschwingung benannt werden. +Siehe in der Abbildung [ref:a_phasenwikel_zeit] die zweite horizontale Achse mit der Beschriftung "Drehwinkel". +3. Einen Winkel kann man auch im sogenannten Bogenmaß angeben. +Für den vollen Umfang (360 Grad) eines Kreises mit dem Radius 1 gilt das Bogenmaß: +$U = 2 * r * \pi = 2 * \pi \\ $ +180 Grad entspricht somit $\pi $. 90 Grad entspricht $\frac \pi {2}$ und 45 Grad entspricht $\frac \pi {4}$. +Siehe in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit] die dritte horizontale Achse mit der Beschriftung "Bogenmaß". + +[question:AB302] + +Bei Schaltungen mit Kondensatoren, Spulen und Widerständen gibt es eine Phasenverschiebung zwischen anliegender sinusförmiger Wechselspannung und dem fließenden sinusförmigen Wechselstrom. Bei der Frage ist zu überlegen, welcher Phasenwinkel zwischen den Teilstrichen der horizontalen Zeitachse liegt. +[question:AB303] +Die Benennung der horizontale Achse kann im Winkel- und im Bogenmaß erfolgen. +Siehe in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit] die zweite und dritte horizontale Achse.. + + *Lösungshinweis:* +X1 entspricht 90 Grad oder $\frac \pi {2}$. Siehe den grünen Zeiger B in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit]. +X2 entspricht somit 180 Grad oder $\pi $. Siehe den roten Zeiger C in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit]. +X4 entspricht 360 Grad oder $2 \pi $. +X3 liegt bei 1,5 von $2 \pi$. 1,5 kann man auch als Bruch 3/2 schreiben. +Siehe den blauen Zeiger D in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit]. + +Durch eine Dreisatzrechnung kann der Wert für X3 auch ermittelt werden. +Man sucht eine halbe Schwingung bei T/2 und zählt die dazugehörigen Zeitabschnitte. In der Aufgabendarstellung kann man 4 Abschnitte pro Halbwelle finden. +Eine Halbwelle entspricht 180 Grad und ein Abschnitt dann 180 Grad / 4 = 45 Grad. +Siehe auch den gelben Zeiger A in der Abbildung [ref:a_phasenwinkel_zeit]. + diff --git a/contents/sections/photovoltaik.md b/contents/sections/photovoltaik.md new file mode 100644 index 0000000..8122abc --- /dev/null +++ b/contents/sections/photovoltaik.md @@ -0,0 +1,32 @@ +% Im Kapitel der Dioden haben wir auch die Photodiode kennengelernt. Diese ergeben zusammengeschalten mit mehreren Photodioden eine Solarzelle und somit eine Spannungsquelle. +Eine Solarzelle wandelt die optische Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie um. Damit hat man eine neue Spannungsquelle gefunden, die auch im Amateurfunk genutzt werden kann. + + +[picture:938:a_photoelement:Schaltzeichen Photoelement (Solarzelle)] +% todo Bild eines PV-Moduls und einer einzelnen Zelle +[picture:949:Solarmodul mit Zellen:Solarzellenverbund in einem Solarmodul] + + +[picture:958:monokristalline Silizium Solarzelle:Aufbau einer monokristallinen Silizium Solarzelle] +Es folgen Bilder: + +Bild Solarzelle +Bild Solarmodul +Ein Solarmodul, das elektrische Energie erzeugt, ist nicht mit einem Sonnenkollektor zu verwechseln, denn dieser erwärmt Wasser durch die Sonnenenergie. + + +[question:AB212] + +Schauen wir uns zwei Kenngrößen einer Solarzelle an. + +| l: Bezeichnung  | c: Abkürzung | X: Erklärung | +| Leerlaufspannung | ${U}_{OC}$ |Ist die Spannung, die ohne Last bei voller Sonneneinstrahlung anliegt. | +| Kurzschlussstrom | ${I}_{SC}$ |Ist der Strom, welcher bei einem Kurzschluss am Ausgang, bei voller Sonneneinstrahlung, fließen wird.| +[table:a_solarzelle:Kenngrößen von Solarzellen] + +Diese Kenngrößen sind u.a. für die Auswahl der Betriebsgeräte wie Solarregler, Wechselrichter (DC/AC-Wandler) und DC/DC Wandler wichtig. + +Genau wie bei der Reihen- und Parallelschaltung von Akkus bzw. Spannungsquellen, verändert sich die Klemmenspannung und der maximale Laststrom eines Photovoltaikmoduls durch die Zusammenschaltung der einzelnen Solarzellen. +Wenn wir 30 Solarzellen mit einer Leerlaufspannung von 0,6 V in Reihe schalten, werden die Spannungen addiert. Somit ergibt sich eine Spannung von 18 V. Wenn wir dazu nochmal 3x 30 in Reihe geschaltete Solarzzellen paralell schalten, wird sicher deren Strom addieren. Dies bedeutet, dass bei einem Kurzschlussstrom von 1 A pro Zelle, sich der Kurzschlussstrom bei 4 parallel geschalteten Zellen auf 4 A vergrößert. + +[question:AD301] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/physikalische_stromrichtung.md b/contents/sections/physikalische_stromrichtung.md new file mode 100644 index 0000000..32ee1b2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/physikalische_stromrichtung.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Wir haben bereits gelernt, dass man unter elektrischem Strom die Bewegung von Ladungen versteht. In den Klassen N und E haben wir dazu auch die Stromrichtung kennengelernt. Dabei handelt es sich genau genommen um eine Definition: Der Strom fließt von Plus nach Minus. Diese Definition bezeichnet man als *technische Stromrichtung*. Betrachtet man jedoch die Physik etwas genauer, zeigt sich, dass sich die eigentlichen Ladungsträger – nämlich die Elektronen – in die entgegengesetzte Richtung bewegen. + + +[picture:1002:a_physikalische_stromrechnung:Technische und physikalische Stromrichtung] + + +Stromkreise baut man fast immer mit metallischen Leitern auf, zum Beispiel mit Drähten aus Kupfer. Die negativ geladenen Elektronen ($e^{-}$), die sich darin bewegen, werden vom Minuspol der Spannungsquelle abgestoßen und vom Pluspol angezogen. Diese Bewegungsrichtung der Ladungsträger nennt man *physikalische Stromrichtung*. Sie verläuft in Metallen von Minus nach Plus. + + +In den meisten Stromkreisen werden die Ladungen durch negativ geladene Elektronen transportiert. Das gilt für alle Metalle. In leitfähigen Flüssigkeiten kommt es auch vor, dass positive Ionen die Ladungen tragen. Dann stimmt die physikalische Stromrichtung mit der technischen überein. + + +[question:AB601] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/pileup.md b/contents/sections/pileup.md new file mode 100644 index 0000000..ba00ed7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/pileup.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Wenn auf Kurzwelle eine besondere oder seltene Station ruft, dann dauert es oft nicht lange, bis sich diese Information über das Internet verbreitet. Plötzlich versuchen dutzende oder hunderte Funkamateure gleichzeitig auf die Rufe dieser Station zu antworten. Ein sogenanntes *Pile-Up* entsteht. + + +Der Begriff *Pile-Up* kommt vom englischen Verb "to pile up", was soviel bedeutet wie "sich aufstapeln" oder "sich türmen". Was sich hier aufstapelt oder türmt, sind die immer mehr werdenden Funkamateure, die alle das gleiche Ziel verfolgen: Eine Verbindung mit der begehrten Station herzustellen. + + + +Informationen über interessante Station werden im Internet über sogenannte *DX-Cluster* verbreitet. Das sind Plattformen, auf denen Funkamateure das Rufzeichen und die Frequenz von gerade aktiven Stationen veröffentlichen können. + + +Je mehr Funkamateure gleichzeitig auf einen CQ-Ruf antworten, umso schwieriger wird es, einzelne Rufzeichen zu verstehen. Für ein geordnetes Abarbeiten von Pile-Ups haben sich daher bestimmte Techniken entwickelt: +* Aufruf nach Ziffern: Der CQ-Ruf wird auf bestimmte Ziffern im Rufzeichen beschränkt, beispielsweise durch "*only number* 5" (nur Ziffer 5) auf Rufzeichen, die eine 5 zwischen Präfix und Suffix enthalten. Wenn sich alle an die Aufforderung halten, antworten im Schnitt nur noch ein Zehntel der interessierten Funkamateure gleichzeitig. Die Ziffern werden in der Regel der Reihe nach aufgerufen. +* Aufruf nach Ländern oder Kontinenten: Wird z. B. mit dem Zusatz "Asia only" gerufen, sollen nur Stationen aus Asien antworten. +* *Listenbetrieb:* Eine andere Station nimmt die Kontaktwünsche auf und erstellt eine Liste, die von der begehrten Station abgearbeitet wird. +* *Split-Betrieb:* Es soll auf einer anderen Frequenz geantwortet werden als gerufen wird. Dieses Verfahren behandeln wir erst nach den folgenden Fragen im nächsten Abschnitt näher. + +[question:BE305] +[question:BE306] +[question:BE307] diff --git a/contents/sections/pm.md b/contents/sections/pm.md new file mode 100644 index 0000000..a36ccc5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/pm.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Bei der Phasenmodulation wird die Phase einer Trägerwelle in Abhängigkeit vom Modulationssignal verändert. Das bedeutet, dass die Phasenverschiebung der Trägerwelle direkt proportional zur Amplitude des Modulationssignals variiert. Diese Veränderung der Phase bleibt im Verlauf des Signals erhalten und variiert im Vergleich zur ursprünglichen Trägerwelle in einem bestimmten Muster. Das Resultat ist ein sinusförmiges Signal, dessen „Versatz“ (Phase) sich laufend anpasst, ohne dass sich dabei die Amplitude des Signals ändert. + +Die Phasenmodulation kann man sich bildlich als das Verschieben der Sinuskurve entlang der Zeitachse vorstellen, wobei jede Veränderung der Phase durch das Modulationssignal gesteuert wird. Je stärker die Amplitude des Modulationssignals, desto mehr verschiebt sich die Phase des Trägersignals. Dabei bleibt die Frequenz des Signals grundsätzlich konstant. + +[picture:907:a_phasenmodulation:Phasenmodulation mit Umkehrung der Phase] + + +Phasenmodulation und Frequenzmodulation gehören beide zur Gruppe der Winkelmodulationstechniken, da sie beide den Winkel der Trägerwelle beeinflussen. Der Unterschied liegt darin, dass bei der Frequenzmodulation die Frequenz und bei der Phasenmodulation die Phase direkt beeinflusst wird. + +Die beiden Modulationsarten stehen in einem engen Zusammenhang: Die Phasenmodulation eines Signals hat indirekt eine Veränderung der Frequenz zur Folge, und umgekehrt erzeugt die Frequenzmodulation eine Änderung der Phase. Da Frequenzänderungen letztlich auch eine Änderung der Phase bewirken, kann man Frequenzmodulation durch ein PM-System simulieren. + +In technischen Systemen ist es oft möglich, FM durch PM zu realisieren, indem das Modulationssignal integriert wird. Da die Frequenzänderung die Ableitung der Phase ist, entspricht die Integration des Modulationssignals einer schrittweisen Anpassung der Phase, was die gleiche Wirkung wie Frequenzmodulation erzielt. + + +[question:AE313] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/polarisation.md b/contents/sections/polarisation.md new file mode 100644 index 0000000..a7016a1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/polarisation.md @@ -0,0 +1,18 @@ +Eine Antenne kann vertikal ([ref:n_vpol_antenne]) oder horizontal ([ref:n_hpol_antenne]) polarisiert sein. Das erkennt man bei den meisten Antennenbauformen daran, dass die Antennen-Elemente senkrecht (vertikal) oder waagerecht (horizontal) ausgerichtet sind. + +% TODO Big Picture: In Bild n_vpol_antenne horizontalen und vertikalen Pfeil mit Beschriftung einfügen + +[picture:51:n_vpol_antenne:vertikal polarisierte Antenne] + + +% TODO Big Picture: In Bild n_hpol_antenne horizontalen und vertikalen Pfeil mit Beschriftung einfügen + +[picture:326:n_hpol_antenne:horizontal polarisierte Antenne] + + +Beim Funkbetrieb auf VHF, UHF und höheren Frequenzen sollten zwei Funkstationen ihre Antennen immer in der gleichen Polarisation betreiben. Werden unterschiedliche Polarisationen verwendet, z. B. eine Station horizontal, die andere vertikal, ergibt sich eine deutlich schlechtere Verbindung. + +Durch besondere Antennenbauformen kann man drehende Funkwellen erzeugen. Diese heißen "zirkular polarisiert". Je nach Drehrichtung unterscheidet man "linkszirkular" und "rechtszirkular" polarisierte Funkwellen. [edition:N:Genaueres hierzu wird in den Kursen für die Klassen E und A behandelt.] [edition:NEA:Darauf gehen wir später noch genauer ein.] + +[question:NB304] + diff --git a/contents/sections/polarisation_2.md b/contents/sections/polarisation_2.md new file mode 100644 index 0000000..5f05f4f --- /dev/null +++ b/contents/sections/polarisation_2.md @@ -0,0 +1,57 @@ +In der Klasse N haben wir gelernt, dass eine Antenne vertikal oder horizontal polarisiert sein. Das erkennt man bei den meisten Antennenbauformen daran, dass die Antennen-Elemente senkrecht (vertikal) oder waagerecht (horizontal) ausgerichtet sind. In der Klasse E werden nun konkrete Antennenformen abgefragt. + +[question:EB309] + +Die Antennenelemente dieser Antenne sind parallel zum Erdboden. Sie entsprechen der elektrischen Feldkomponente. Also handelt es sich um eine horizontal polarisierte Antenne. + +[question:EB310] + +Die Antennenelemente dieser Antenne sind senkrecht zum Erdboden. Sie entsprechen der elektrischen Feldkomponente. Also handelt es sich um eine vertikal polarisierte Antenne. + +--- + +Dass die Polarisationsrichtung oft mit der geometrischen Anordnung der Antennenelemente übereinstimmt liegt daran, dass meistens Antennen eingesetzt werden, bei denen die Leiteranordnung geometrisch mit der Richtung des elektrischen Feldes übereinstimmt. Die Angabe "horizontal" oder "vertikal" bezieht sich nämlich vereinbarungsgemäß auf die Ausrichtung des elektrischen Feldes und nicht auf die Ausrichtung des magnetischen Feldanteils. + + +Die einfache Merkregel, dass geometrisch vertikal angeordnete Antennen vertikal polarisieren und horizontal angeordnete Antennen horizontal polarisieren stimmt *nicht im Allgemeinen*. So weist beispielsweise eine horizontal liegende Magnetic-Loop-Antenne eine vertikale Polarisation auf und eine vertikal liegende Magnetic-Loop entsprechend eine horizontale Polarisation. Bei einer Ganzwellenschleifenantenne (z.B. Delta-Loop) hingegen hängt die Polarisationsrichtung von der Positionierung der Einspeisung ab. Bei Dipol- und Yagi-Uda-Antennen kann man die Polarisation aber anhand der mechanischen Ausrichtung der Drähte erkennen, da sich in dieser Richtung auch das elektrische Feld ausbildet. + + +[question:EG222] + +Die Bezugsebene der Polarisation ist bei terrestrischen Funkstellen stets die Erdoberfläche. Maßgebend für die Angabe der Polarisation ist die Ausrichtung des elektrischen Feldes. + +[question:EB305] + +Der hier vorkommende Poynting-Vektor ist ein Vektor, der sowohl auf der elektrischen als auch der magnetischen Feldkomponente senkrecht steht, also in Ausbreitungsrichtung zeigt. Für die Feststellung der Polarisation ist aber die Ausrichtung der *elektrischen Feldkomponente* maßgeblich. + +--- + +[question:EB306] + + +[picture:886:e_funkhorizont:Horizontale Polarisation] + + +Die elektrische Feldkomponente ist parallel zum Erdboden, also handelt es sich um eine horizontale Polarisation. Nebenbei: der Richtungspfeil "S" zeigt in Ausbreitungsrichtung, es handelt sich um den Poyinting-Vektor. + +--- + +[question:EB307] + +Hier ist die magnetische Feldkomponente parallel zur Erdoberfläche. Die elektrische Feldkomponente steht darauf senkrecht, also handelt es sich um eine vertikale Polarisation. + + +[picture:936:e_funkhorizont:Vertikale Polarisation] + + +--- + +In den bisherigen Beispielen waren die elektrischen und magnetischen Feldkomponenten *zeitlich* in Phase (ihre Sinusschwingungen haben ihre Nulldurchgänge zur selben Zeit). Dennoch stehen sie *räumlich* senkrecht aufeinander. + +Wir können aber die elektrische Feldkomponente auch so erzeugen, dass sich ihre Ausrichtung im Raum zeitlich ändert, zum Beispiel, indem man zwei senkrecht auf einander stehende Dipole verwendet. Wenn diese Dipole in Ausbreitungsrichtung eine Viertelwellenlänge voneinander entfernt sind und in gleicher Phase gespeist werden, dreht sich die abgestrahlte elektrische Feldkomponente zeitlich kreisförmig im Raum. Wir können auch zwei senkrecht auf einander stehende Dipole verwenden, die in derselben Ebene befinden. Speisen wir diese Dipole mit zwei sinusförmigen Signalen, die zeitlich um 90° gegen einander verschoben sind, ergibt sich dasselbe Bild. Die magnetische Feldkomponente steht immer noch und zu jeder Zeit senkrecht auf der elektrischen, sie dreht sich also ebenfalls im Raum. Diese Wellen nennt man *zirkuar polarisiert*. + + +[picture:935:e_funkhorizont:Zirkulare Polarisation] + + +[question:EB308] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/polarisation_3.md b/contents/sections/polarisation_3.md new file mode 100644 index 0000000..b08273b --- /dev/null +++ b/contents/sections/polarisation_3.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Zirkulare Polarisation wird in der Regel erst auf Frequenzen im VHF-Bereich oder auf noch höheren Frequenzen eingesetzt, da sich der Aufbau zirkular polarisierter Kurzwellenantennen eher unpraktisch gestaltet. + + +Zirkulare Polarisation wird vor allem im Bereich der *Satelliten- bzw. Weltraumkommunikation* eingesetzt, da bei dieser eine mechanische Drehung der Antenne um die Achse in Richtung der Ausbreitung keine Rolle spielt. Somit kann ein Satellit unabhängig von der aktuellen Drehung im Raum ohne Polarisationsverluste arbeiten. + + +[question:AG201] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/primaerer_sekundaerer_funkdienst.md b/contents/sections/primaerer_sekundaerer_funkdienst.md new file mode 100644 index 0000000..53c5e52 --- /dev/null +++ b/contents/sections/primaerer_sekundaerer_funkdienst.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Der Amateurfunkdienst hat in einigen zugewiesenen Frequenzbereichen primäre und in anderen Bereichen nur sekundäre Nutzungsrechte: +* *Primär* bedeutet, dass wir vor anderen Funkdiensten Vorrang haben und von diesen keine Störungen hinnehmen müssen. +* *Sekundär* bedeutet, dass wir als Funkamateure andere Funkdienste nicht stören dürfen und Störungen durch diese hinnehmen müssen. + +[question:VD704] +[question:VD705] + +--- + +Welcher Status dem Amateurfunkdienst in Deutschland in den einzelnen Frequenzbereichen zugewiesen wurde, kann in der *Spalte 3* der Anlage 1 der AFuV abgelesen werden. Der Buchstabe P steht für Primär und S für Sekundär. Damit kann die folgende Frage beantwortet werden. + +[question:VD706] + + +Es ist zu beachten, dass die primären und sekundären Zuweisungen in anderen Ländern abweichend geregelt sein können. Man sollte sich daher vor der Betriebsaufnahme im Ausland über die jeweiligen Bestimmungen des Gastlandes informieren. + + +Eine Besonderheit stellen Küstenfunkstellen des Seefunkdienstes dar. Obwohl uns das 80 m-Band primär zugewiesen ist, müssen wir solchen Funkstellen den Vorrang gewähren, da sie eine feste Frequenz zugeteilt haben, die sie nicht ändern dürfen. + +[question:VD707] + +Eine weitere Besonderheit ist der sogenannte ISM-Bereich. Ein Teilbereich des 70 cm-Amateurfunkbandes wird für Anwendungen aus den Bereichen Industrie, Wissenschaft und Medizin, aber auch von Haushaltsgeräten mitbenutzt. Die Abkürzung ISM kommt von der englischen Bezeichnung "Industrial, Scientific and Medical Band". Dort finden sich z. B. Signale von Garagentoröffnern, Funkwetterstationen, Autoschlüsseln, Wegfahrsperren oder Reifendrucksensoren. Obwohl der Amateurfunkdienst in diesem Frequenzbereich primäre Nutzungsrechte genießt, müssen Störungen durch solche Geräte ausnahmsweise dennoch hingenommen werden. + +[question:VD708] diff --git a/contents/sections/psk.md b/contents/sections/psk.md new file mode 100644 index 0000000..4ab5579 --- /dev/null +++ b/contents/sections/psk.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Die Phasenumtastung (Phase Shift Keying, PSK) ist ein digitales Modulationsverfahren, das zur Übertragung von Daten in der Telekommunikation und im Amateurfunk genutzt wird. PSK basiert auf der Veränderung der Phase eines Trägersignals, um verschiedene Datenzustände zu repräsentieren. Im Vergleich zu Amplituden- oder Frequenzmodulation ist PSK weniger anfällig für Amplitudenrauschen und kann bei gleicher Bandbreite eine höhere Datenrate erreichen. + +[picture:705:psk:Phasenumtastung (Phase-shift Keying)] + +Prinzip der Phasenumtastung (PSK) + +In der einfachsten Form, dem **BPSK (Binary Phase Shift Keying)**, gibt es zwei Phasenwinkel, z. B. 0° und 180°. Jeder Phasenwinkel repräsentiert einen Bitwert (0 oder 1). Bei einem Wechsel der Bitwerte verändert sich die Phase des Trägers um 180°. + +Für höhere Datenraten gibt es Varianten wie **QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)** und **8-PSK**, bei denen vier bzw. acht Phasenlagen verwendet werden, um mehrere Bits pro Symbol zu übertragen: +- **QPSK**: Verwendet vier Phasen (0°, 90°, 180° und 270°), um jeweils zwei Bits pro Symbol zu kodieren. +- **8-PSK**: Verwendet acht Phasen, um drei Bits pro Symbol zu kodieren. + +Signale in der Zeitdarstellung + +In der Zeitdarstellung eines PSK-Signals zeigt sich die Phasenumtastung als abrupter Wechsel im Phasenwinkel des Trägersignals, während die Amplitude konstant bleibt. Dies ist ein deutlicher Unterschied zur Amplituden- oder Frequenzmodulation, da die Höhe und Frequenz des Signals gleichbleiben, nur die Phase ändert sich bei jedem Symbolwechsel. + +Beispiel: BPSK in der Zeitdarstellung +- Bei BPSK ist das Signal in zwei Phasen gespalten: z. B. positive Amplitude für eine Phase (0°) und negative Amplitude für die entgegengesetzte Phase (180°). +- In einem Zeit-Diagramm sieht man daher bei jedem Bitwechsel einen Sprung des Signals, z. B. von positiv nach negativ oder umgekehrt. + +Beispiel: QPSK in der Zeitdarstellung +- Hier sieht man vier verschiedene Phasenwinkel. Die Übergänge können ebenfalls abrupt sein, aber die Amplitude ändert sich nicht. +- Da hier mehrere Phasenwinkel verwendet werden, sind die Phasensprünge kleiner, und die Kurve hat einen etwas „geglätteten“ Verlauf im Vergleich zu BPSK. + +Wie die Signale zu erkennen sind + +In einem Oszilloskop- oder Phasen-Diagramm sind die Phasenübergänge sichtbar: +- **Im Zeitbereich**: Ein abruptes Umkippen der Signalphase (positiv zu negativ oder zwischen verschiedenen Phasenlagen). +- **Im Phasendiagramm** (oft als Constellation Diagram angezeigt): Jeder Phasenwinkel ist als Punkt auf einem Kreis dargestellt, der für die verschiedenen Zustände (Bits) steht. Bei einem sauberen Signal bleiben die Punkte stabil auf festen Positionen. + +PSK ist besonders nützlich in der digitalen Kommunikation, da es hohe Datenraten bei vergleichsweise robuster Übertragung erlaubt. Die Veränderung der Phase bei gleichbleibender Amplitude hilft, das Signal auch bei Rauschen und Interferenzen besser zu erkennen und damit eine stabilere Übertragung zu ermöglichen. + +[question:AE401] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/q_schluessel.md b/contents/sections/q_schluessel.md new file mode 100644 index 0000000..267e10e --- /dev/null +++ b/contents/sections/q_schluessel.md @@ -0,0 +1,69 @@ +Die Q-Gruppen sind etwas Besonderes in der Welt des Funks. Sie wurden schon sehr früh festgelegt und sind entsprechend tief in vielen Funkdiensten verwurzelt, nicht nur im Amateurfunk. Sie wurden vor allem geschaffen, um immer wiederkehrende Begriffe schnell und einfach übermitteln zu können. + +Das wichtigste internationale Regelwerk für den Funk sind die Radio Regulations (RR). Die Q-Gruppen wurden dort festgelegt, aber der Amateurfunk hat sie teilweise für seine Bedürfnisse angepasst. + +Alle Q-Gruppen sind 3 Zeichen lang und beginnen immer mit dem Buchstaben Q. Sie können als Frage, als Antwort oder als Aufforderung genutzt werden. + +Oft ist es möglich, ein Fragezeichen anzuhängen und damit aus einer Aussage eine Frage zu machen. Während beispielsweise "QRV" bedeutet, dass man empfangsbereit ist, stellt "QRV?" der Gegenstation die Frage, ob diese empfangsbereit ist. + +Bei einigen Q-Gruppen muss eine konkrete Angabe folgen. Beispielsweise muss nach "QTH", das soviel bedeutet wie "Mein Standort ist...", im Anschluss die eigene Ortsangabe gesendet werden. Eine korrekte Verwendung wäre also beispielsweise "QTH Berlin". + +[question:VA407] + +Im Folgenden besprechen wir alle Q-Gruppen, die in der Prüfung vorkommen, geben Merkhilfen und erläutern auch die übliche Verwendung im Amateurfunk, wenn diese von der ursprünglichen Bedeutung abweicht. In der Tabelle [ref:n_q_gruppen] sind diese Informationen zusätzlich kompakt zusammengefasst. + +* QRV: Ich bin bereit (ich bin *v*orbereitet) +* QRM: Störung, bzw. als Frage: Werden Sie gestört? Werden Sie durch "*M*enschengemachte" Störungen gestört? Damit sind Störungen gemeint, die von Menschen bzw. durch von Menschen betriebene Geräte hervorgerufen werden, z. B. eine Photovoltaikanlage oder eine Sendung durch einen Funkamateur auf einer benachbarten Frequenz. +* QTH: Mein Standort ("*H*ome") ist ..., z. B. bedeutet "QTH Berlin" soviel wie "Mein Standort ist Berlin". + +[question:BB204] + +* QRT: Stellen Sie die Übermittlung ein (*t*erminate = beenden)! Im Amateurfunkalltag beenden viele Funkamateure ihre Aussendung mit dem Hinweis "ich mache QRT". +* QRZ?: Damit fragt man, wer einen gerufen hat (Aufforderung an die Gegensation: bitte nenne das Rufzeichen ein *z*weites Mal) +* QSL: bedeutet Empfangsbestätigung bzw. als Frage: Bitte um Empfangsbestätigung (alles ge*l*oggt?) + +[question:BB203] + +"QRZ?" steht eigentlich für die Frage "Von wem werde ich gerufen?". Auf den Amateurfunkbändern hört man es allerdings häufiger anstelle von "CQ". Meistens geschieht dies bei einem sogenannten "Pile Up", wenn viele Stationen versuchen, eine begehrte Station zu erreichen. Nachdem die begehrte Station einen Anrufer "abgearbeitet" hat, sendet sie kurz "QRZ?", um weitere Stationen aufzurufen. + +[question:BE115] + +* QRO: steht für gr*o*ße Leistung. Beziehungsweise als Frage: Soll ich die Sendeleistung erhöhen? Leichter merken kann man sich das vielleicht mit: "Soll ich noch ein paar Watt *o*bendrauf legen?" +* QSO: Im Alltag wird die Abkürzung für eine Funkverbindung gebraucht. Das ist eine freizügige, aber übliche Interpretation. Korrekt bedeutet "QSO?": "Können Sie direkt Funkverkehr aufnehmen mit ...?" +* QRX: Ich rufe Sie wieder. Als Frage (QRX?): Wann werden Sie mich wieder rufen? Werden Sie mich zum Zeitpunkt *X* wieder rufen? + +[question:BB202] + + +Einige Funkamateure versuchen, mit besonders geringer Sendeleistung - in der Regel weniger als 5 W - möglichst große Distanzen zu überbrücken. Dabei spricht man nach der gleich lautenden Q-Gruppe von *QRP-Betrieb*. Telegrafie mittels CW oder digitalen Übertragungsverfahren ist für QRP-Betrieb besonders gut geeignet. + + +* QRP: Selbst wenn man sich erst seit kurzem mit dem Amateurfunk befasst, hat man den Begriff "QRP" vielleicht schon gehört. Wenn wir von QRP-Geräten oder QRP-Verbindungen reden, meinen wir Geräte beziehungsweise Funkverbindungen mit kleiner Sendeleistung. Der ursprüngliche Sinn ist naheliegend. "QRP" ist die Aufforderung, die Sendeleistung zu verringern. + +[question:BB205] + +* QRN: Atmosphärische Störungen. *N*atürliche Störungen ist eine gute Gedächtnisstütze und eine gute Abgrenzung zu QRM, den menschengemachten Störungen. +* QSB: bedeutet Fading beziehungsweise schwankende Zeichen. Denke an "*b*ergauf und *b*ergab". +* QSY: Frequenzwechsel, "Change Frequenc*y*" + +[question:BB201] +[question:BB206] +[question:BE107] + + +| l: | l: Bedeutung | X: Merkhilfe | +| QRN | Atmosphärische Störungen | *N*atürliche Störung | +| QRM | Ich werde gestört | *M*enschengemachte Störung | +| QRO | Erhöhen Sie die Sendeleistung! | Ein paar Watt *o*bendrauf legen | +| QRP | Senken Sie die Sendeleistung! | *P*iano (sanft, leise), *P*ssst!| +| QRT | Stellen Sie die Übermittlung ein! | *T*erminate (Beenden) | +| QRV | Ich bin bereit | *v*orbereitet | +| QRX | Wann rufen Sie mich wieder? | Zeitpunkt *X* | +| QRZ | Wer hat mich gerufen? | Bitte nenne das Rufzeichen ein *z*weites Mal! | +| QSB | Fading, Schwankungen | *B*ergauf, *B*ergab | +| QSL | Ich bestätige den Empfang | Ich habe ge*l*oggt | +| QSO | Erreichen Sie Station ... ? | | +| QSY | Frequenzwechsel | Change Frequenc*y* | +| QTH | Mein Standort | *H*ome, *H*eimat | +[table:n_q_gruppen:Alle prüfungsrelevanten Q-Gruppen in der Übersicht mit Merkhilfen] + diff --git a/contents/sections/qam.md b/contents/sections/qam.md new file mode 100644 index 0000000..0afdce9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/qam.md @@ -0,0 +1,9 @@ + +Es scheint zunächst nahezuliegen, die Anzahl der Symbole möglichst groß zu wählen, damit pro Symbol möglichst viele Informationen übertragen werden können. Doch dann muss ein Empfänger z. B. zwischen vielen unterschiedlichen Amplituden unterscheiden können. Somit wird das Verfahren anfälliger für Störungen. + +Um dieses Problem zu mildern, kann man auf einen Trick zurückgreifen: Anstelle der Änderung nur eines Parameters (z. B. der Amplitude) werden pro Symbol zwei Parameter verändert, nämlich die Amplitude und die Phase. Ein Symbol entspricht dann einer Kombination einer bestimmten Amplitude mit einer bestimmten Phasenlage. So ergibt sich trotz kleiner Anzahl unterschiedlicher Amplituden und Phasenlagen dennoch eine größere Anzahl an Symbolen. Es werden mehr Bits pro Symbol übertragen. Die Datenübertragung erfolgt somit schneller. Dieses Verfahren wird Quadraturamplitudenmodulation (QAM) oder manchmal auch einfach nur Quadraturmodulation genannt. + +[picture:702:8qam:Signalverlauf eines 8QAM-Signals, je Symbol mit Amplitude (0,5 bzw. 1), Phasenlage und 3-stelliger Bitfolge] + +[question:AE403] + diff --git a/contents/sections/qsl_karten.md b/contents/sections/qsl_karten.md new file mode 100644 index 0000000..0076eae --- /dev/null +++ b/contents/sections/qsl_karten.md @@ -0,0 +1,82 @@ +Während das Logbuch der eigenen Dokumentation dient, bestätigen sich auch viele Funkamateure gegenseitig ihre Funkverbindungen. Dazu gibt es *QSL-Karten*, die an die jeweiligen Funkpartner geschickt werden. Sie dienen als Nachweis, dass eine Funkverbindung tatsächlich stattgefunden hat. + +QSL-Karten ähneln Postkarten. Eine Seite enthält verschiedene Angaben zur Funkverbindung. Die andere Seite ist meist mit einem persönlichen Motiv versehen. Der Name leitet sich von der Q-Gruppe QSL ab, die für "ich bestätige den Empfang" steht. + + +[photo:62:n_qsl_karten_rueckseite_2:Beispiel für eine QSL-Karte, ausgestellt von DL4EAX zur Bestätigung einer Verbindung mit der Station JA1EBV] + + +Eine QSL-Karte sollte mindestens folgende Angaben enthalten: +* Datum +* Uhrzeit in UTC +* Eigenes Rufzeichen +* Rufzeichen der Gegenstation +* Genutzte Frequenz oder Frequenzband +* Verwendetes Übertragungsverfahren +* Gegebener Rapport + +--- + +Eine besondere Bedeutung haben QSL-Karten für *Amateurfunk-Diplome*. Das sind Auszeichnungen, die ein Funkamateur erhalten kann, wenn er eine bestimmte Anzahl an Funkverbindungen nach bestimmten Vorgaben erreicht hat. Um ein Diplom zu beantragen, muss man die geforderten Funkverbindungen durch QSL-Karten nachweisen können. Damit eine QSL-Karte für Diplome gewertet werden kann, sollte sie die vorgenannten Mindestangaben enthalten. Zusätzlich kann eine QSL-Karte auch weitere Informationen enthalten, beispielsweise zu verwendeten Transceivern oder Antennen. Häufig finden sich auch Hinweise auf Amateurfunkvereinigungen, denen der Funkamateur angehört. Eine Unterschrift der Karte ist seit einigen Jahren nicht mehr notwendig. + + +Es gibt tausende unterschiedliche *Amateurfunk-Diplome* und andere Auszeichnungen, die meistens von Amateurfunkverbänden wie dem DARC herausgegeben werden. Beispielsweise gibt es Diplome dafür, dass eine bestimmte Anzahl unterschiedlicher Länder oder Inseln kontaktiert wurden oder Funkverbindungen mit einer bestimmten Anzahl an Mitgliedern unterschiedlicher Ortsverbände des DARC stattgefunden haben. Es gibt auch Kurzzeitdiplome zu besonderen Anlässen. + +Eine bekannte Auszeichnung ist der *DX Century Club* des US-amerikanischen Amateurfunkverbands, der American Radio Relay League (ARRL). Hier wird der Nachweis von Verbindungen mit 100 unterschiedlichen Ländern der Erde verlangt. + +[photo:60:n_dx_urkunde_dxcc_dm4eax:Urkunde des DX Century Clubs] + + +%[photo:12:n_qsl_karten_vorderseite:Gemeinsame QSL-Karte von DL4EAX und DM4EAX (Vorderseite)] + +[question:BG104] +[question:BG105] + +--- + +Um eine QSL-Karte per Post an den jeweiligen Funkpartner übersenden zu können, benötigt man dessen Anschrift. Von vielen Funkamateuren aus der ganzen Welt kann man die Anschrift in der *internationalen Amateurfunk-Rufzeichenliste (Callbook)* finden, die von Amateurfunkverbänden auf Datenträger und online im Internet zur Verfügung gestellt wird. + + +Da der Versand per Post auf Dauer sehr kostspielig ist, betreiben Amateurfunkverbände ein eigenes weltweites Verteilsystem für QSL-Karten, die sogenannte *QSL-Vermittlung*. Als Mitglied eines teilnehmenden Amateurfunkverbandes kann man seine QSL-Karten über das Vermittlungsbüro - international "Bureau" genannt - versenden und empfangen. Die Vermittlungsbüros der Amateurfunkverbände tauschen die QSL-Karten untereinander aus. In Deutschland nimmt der DARC für seine Mitglieder an der weltweiten QSL-Vermittlung teil. Zu versendende Karten werden vom QSL-Manager des Ortsverbands eingesammelt und empfangene Karten an die Mitglieder verteilt. + +Besonders komfortabel ist der Versand von QSL-Karten über den *DARC QSL-Service*. Dort kann man einfach Auszüge aus einem elektronischen Logbuch hochladen. Dann werden vollautomatisch QSL-Karten für jede Verbindung gedruckt und direkt an die QSL-Vermittlung übergeben. Das Bildmotiv kann selbst gestaltet und jederzeit getauscht werden. Für Mitglieder des DARC ist dieser Service deutlich vergünstigt. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + + +Manchmal sieht man auch Rufzeichen, die mit DE beginnen. Diese werden nicht von der Bundesnetzagentur vergeben. Es handelt sind dabei um *Hörerkennzeichnen*, die der DARC nach Prüfung einiger Grundkenntnisse an Mitglieder vergibt. Mit diesen Rufzeichen kann man nicht am Sendebetrieb teilnehmen. Sie werden aber von Kurzwellenhörern genutzt, sogenannten SWLs (vom englischen "short wave listener"), die bei Funkverbindungen zuhören. SWLs können eine mitgehörte Verbindung ebenfalls per QSL-Karte bestätigen, die sie an beide Beteiligten einer Funkverbindung senden. + + +Manche Funkamateure bearbeiten ihre QSL-Karten nicht selbst, sondern lassen sich durch einen sogenannten *QSL-Manager* vertreten. Dieser übernimmt dann den Versand und den Empfang der QSL-Karten. Lässt sich eine Station beispielsweise von K8PYD vertreten, dann spricht man von "QSL via K8PYD". QSL-Karten sind dann nicht an den Funkamateur selbst, sondern an K8PYD zu senden. + +[question:BG110] +[question:BG109] + +Es gibt auch papierlose Alternativen zur QSL-Karte. Zum einen können elektronische QSL-Karten per E-Mail versendet werden. Zum anderen ist es möglich, Logbücher bei verschiedenen Plattformen hochzuladen, wodurch der Nachweis der Funkverbindung dann dort gespeichert wird und weltweit abrufbar ist. + +[question:BG111] + +--- + +Genauso wie beim Logbuch, sollten alle Zeitangaben auf QSL-Karten stets in UTC erfolgen. Das hilft dem Empfänger, die Verbindung in seinem Logbuch leichter wiederzufinden. Wir erinnern uns: Für die Winterzeit gilt "UTC = MEZ minus 1 Stunde" und für die Sommerzeit gilt "UTC = MESZ minus 2 Stunden". + + +Auf einer QSL-Karte sollte eine möglichst *präzise Uhrzeit* eingetragen werden, da für viele Diplome eine eingereichte QSL-Karten nicht anerkannt wird, wenn die angegebene Uhrzeit vom Logbuch des Antragstellers um mehrere Minuten abweicht. + + +[question:BG106] +[question:BG107] +[question:BG108] + + +[photo:12:n_qsl_karten_vorderseite:Gemeinsame QSL-Karte von DL4EAX und DM4EAX (Vorderseite)] + + + +[photo:61:n_qsl_karten_rueckseite:Gemeinsame QSL-Karte von DL4EAX und DM4EAX (Rückseite)] + + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/quantisierung.md b/contents/sections/quantisierung.md new file mode 100644 index 0000000..99edb4c --- /dev/null +++ b/contents/sections/quantisierung.md @@ -0,0 +1,3 @@ +Wir haben zuvor gelernt, was die Begriffe zeitkontinuierlich sowie wertkontinuierlich bedeuten. Bei der A/D-Umsetzung von Signalen werden kontinuierliche Werte eines analogen Signals quantisiert (das bedeutet in festen Stufen abgebildet). Diesen Prozess bezeichnet man auch als Quantisierung. Ein analoges (wertkontinuierliches) Signal wird hierbei mittels Quantisierung in ein wertdiskretes (gestuftes) Signal abgebildet. + +[question:AF605] diff --git a/contents/sections/quellencodierung.md b/contents/sections/quellencodierung.md new file mode 100644 index 0000000..710ad36 --- /dev/null +++ b/contents/sections/quellencodierung.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Die Hauptaufgabe der digitalen Übertragung ist es, Informationen von einer Quelle (Sender) zu einer oder mehreren Senken (Empfänger) zu übermitteln. Dabei soll das Frequenzspektrum möglichst effizient genutzt werden. Dies erreicht man durch die Kompression der Nutzdaten, die sogenannte Quellencodierung. Dabei werden Redundanzen (z. B. Wiederholungen) oder Irrelevanzen (weniger wichtige Informationsteile) aus dem Datenstrom entfernt. Das reduziert die zu übertragende Datenmenge der Nachricht. + + +Zum Beispiel sind MP3 für Musik, JPEG für Bilder sowie MPEG-4 für Videos bekannte Verfahren zur Kompression der Datenmenge, welche auch als *Codecs* bezeichnet werden. Im Amateurfunk wird z. B. bei FreeDV oder M17 der patentfreie Codec2 verwendet, welcher auf verständliche Übertragung menschlicher Sprache bei niedrigen Bitraten spezialisiert ist. + + + +[picture:675:quellencodierer:Quellencodierer] + + +Abbildung [ref:quellencodierer] zeigt ein Symbol für einen Quellencodierer. Der Block stellt dar, dass die Menge an Information reduziert wird. + +[question:AE408] diff --git a/contents/sections/rauch_und_morsezeichen.md b/contents/sections/rauch_und_morsezeichen.md new file mode 100644 index 0000000..7dac3a9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/rauch_und_morsezeichen.md @@ -0,0 +1,38 @@ +Schon seit Urzeiten haben Menschen versucht, Nachrichten über große Entfernungen zu übertragen. Ein sehr altes Übertragungsverfahren sind Rauchzeichen. Um weit sichtbare Rauchzeichen zu erhalten, wird einem offenen Feuer beispielsweise nasses Gras zugesetzt. Dadurch qualmt das Feuer stark. + + +[photo:104:n_modulation_love:Nachrichtenübermittlung mit Rauchzeichen] + + +Die Feuerstelle wird dann mit einer Decke abgedeckt, und der Rauch sammelt sich darunter. In bestimmten Abständen wird nun die Decke kurz angehoben, sodass Rauch frei wird. Wenn man sich vorher einigt, was unterschiedliche Abfolgen von Zeitabständen bedeuten, dann lassen sich so Nachrichten übertragen. Zwei Rauchwolken mit einer Minute Abstand könnten beispielsweise bedeuten, dass man sich schnell treffen möchte, und drei Rauchwolken mit jeweils 30 Sekunden Abstand könnten "CQ" bedeuten. + +--- + +Im Funk wird etwas Ähnliches gemacht. Statt Rauchzeichen gibt es Morsezeichen. In einem Funkgerät wird von einem Oszillator eine elektrische Schwingung erzeugt, z. B. mit 144,1 MHz. Mit einer Taste wie in Abbildung [ref:n_cwtast] kann man dann dafür sorgen, dass diese elektrische Schwingung immer wieder kurzzeitig an den Antennenanschluss des Funkgerätes geleitet und von der Antenne als Funkwelle abgestrahlt wird. Man spricht davon, Morsezeichen zu *geben*. Beim Empfänger wird diese Funkwelle hörbar gemacht: Es ertönt ein Ton in dem Rhythmus, in dem die Taste gedrückt wird. Dieses Übertragungsverfahren wird auch als Continuous Wave (CW) bezeichnet. + + +[photo:109:n_cwtast:Morsetasten] + + +Wenn man sich - wie bei den Rauchzeichen - vorher einigt, was bestimmte Abfolgen unterschiedlicher Zeitabstände bedeuten, dann lassen sich Nachrichten übertragen. Mitte des 19. Jahrhunderts hat man sich auf den bis heute üblichen Morsecode verständigt. + +Gibt man beispielsweise die Abfolge *lang, kurz, lang, kurz* steht dies für das "C" und *lang, lang, kurz, lang* bedeutet "Q". In Abbildung [ref:n_cqcq_horiz] ist die Aussendung einer Zeichenfolge "CQ" in Morsetelegrafie dargestellt. Den gesamten Morsecode lernen wir noch in einem späteren Kapitel kennen. + + +[photo:216:n_cqcq_horiz:"CQ CQ" in Morsetelegrafie] + + +--- + +Solche Übertragungsverfahren nennt man *Telegrafie*. Verfahren dieser Art haben etwas gemeinsam: Man muss ein *Hilfsmittel* erzeugen, z. B. den Rauch oder eine elektrische Schwingung, und *beinflusst* diese dann gezielt, um eine Nachricht zu übertragen. + +In der Fachsprache wird das Hilfsmittel, also der Rauch oder die elektrische Schwingung, als *Träger* bezeichnet, da er die Information vom Sender zum Empfänger trägt. Bei Trägern im Funk, die ja recht hohe Frequenzen verwenden, spricht man auch von einem Hochfrequenz-Träger, oder kurz HF-Träger. Das Verfahren, um den Träger zu verändern, also das Wedeln mit der Decke bzw. das rhythmische Ein- und Ausschalten der elektrischen Schwingung, nennt man *Modulation*. + + +Im Begriff *Telegrafie* stecken zwei altgriechische Wörter: τηλε (tele) bedeutet "fern" und γράφειν (graphein) soviel wie "schreiben" oder "zeichnen". *Modulation* kommt aus dem Lateinischen: Modulatio bedeutet dort Taktmaß bzw. Rhythmus. + + +[question:NE201] +[question:NE101] + +Es gibt auch andere Möglichkeiten, wie man eine elektrische Schwingung modulieren kann. Beispielsweise kann die Amplitude (also die Stärke) oder auch die Periode einer Schwingung und damit ihre Frequenz verändert werden. Damit beschäftigen wir uns in den nächsten Abschnitten. diff --git a/contents/sections/rauschen.md b/contents/sections/rauschen.md new file mode 100644 index 0000000..20c8d7e --- /dev/null +++ b/contents/sections/rauschen.md @@ -0,0 +1,18 @@ +Das im Empfänger hörbare Rauschen ist grundsätzlich von dessen Bandbreite abhängig und hierbei proportional zur Bandbreite des Empfängers. +Um das Verhältnis der Rauschleistungen, bei gegebenen Empfängerbandbreiten, zu berechnen, bedienen wir uns der Formel aus der Formelsammlung hierzu: + +% TODO ERKLAERUNG HINZUFUEGEN: was ist b1 und was b2 +$\Delta P_R = 10 \cdot \log_{10}{(\frac{B_1}{B_2})}dB$ + +Mit Hilfe dieser Formel können die folgenden Fragen beantwortet werden. +$B_1 und $B_2 sind hierbei die zu betrachtenden Bandbreiten, die zueinander ins Verhältnis gesetzt werden sollen. + +Beispiel: +* gegeben: $B_1 = 2,5kHz$ +* gegeben: $B_2 = 0,5kHz$ +* gesucht: $\Delta P_R$ + +$\Delta P_R = 10 \cdot \log_{10}{(\frac{B_1}{B_2})}dB = 10 \cdot \log_{10}{(\frac{2,5kHz}{0,5kHz})}dB \approx 7dB$ + +[question:AB408] +[question:AB409] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/recht_zum_selbstbau.md b/contents/sections/recht_zum_selbstbau.md new file mode 100644 index 0000000..a5082ef --- /dev/null +++ b/contents/sections/recht_zum_selbstbau.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Sender und Sendeanlagen benötigen normalerweise eine behördliche Zulassung. Funkamateure sind davon jedoch ausgenommen: Sie sind berechtigt, *im Handel erhältliche, selbst gefertigte oder auf Amateurfunkfrequenzen umgebaute Sendeanlagen* zu betreiben. Dieses Privileg ist auch der Grund dafür, dass Funkamateure ihr Fachwissen in einer technisch anspruchsvollen Prüfung nachweisen müssen. + +[question:VC109] + +%[class:N] +Wenn man selber ein Funkgerät bauen möchte, braucht man verschiedene elektronische Bauteile, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Einige davon haben wir bereits kennengelernt, zum Beispiel die Batterie. In den folgenden Abschnitten werden wir näher auf weitere Bauteile eingehen sowie erste einfache Schaltungen damit entwickeln. Viele dieser Bauteile werden erst in den folgenden Klassen E und A genauer besprochen. Für die Klasse N reicht es aus, dass man die Symbole wiedererkennt. + +Aber jetzt geht es erstmal um einige Fragen zu den Anforderungen, die der Gesetzgeber an Funkgeräte stellt, und den Ausnahmen, die für den Selbstbau von Geräten durch Funkamateure gelten. +%[/class] + +--- + +Grundsätzlich gilt, dass alle *im Handel erhätlichen, seriengefertigten Funkanlagen* - also auch sämtliche kommerziell gefertigten Amateurfunkgeräte - die *grundlegenden Anforderungen und Bestimmungen des Funkanlagengesetzes (FuAG)* einhalten müssen. Das bedeutet praktisch, dass kommerzielle Hersteller von Amateurfunkgeräten eine sogenannte EU-Konformitätserklärung erstellen müssen, bevor sie die Geräte in Verkehr bringen. Im FuAG sind auch die Aufgaben von Importeuren und Händlern von Funkgeräten beschrieben. Wir Funkamateure dürfen vom Markt bereitgestellte Anlagen nur in Betrieb nehmen und nutzen, wenn sie den Anforderungen des FuAG entsprechen. Dazu müssen die Geräte ein CE-Kennzeichen tragen. + + +Mit der *CE-Kennzeichnung* erklärt der Hersteller oder Importeur eines Produkts, dass es den geltenden Anforderungen genügt, die in der Europäischen Union für solche Geräte verlangt werden. + + +[question:VE401] +[question:VE402] +[question:VE403] +[question:VE404] + +Es gibt jedoch eine Ausnahme für von Funkamateuren *selbst gebaute und umgebaute* Funkanlagen. Diese müssen weder die Anforderungen des Funkanlagengesetzes erfüllen noch eine CE-Kennzeichnung tragen. + +[question:VE405] diff --git a/contents/sections/reihe_parallel_gemischt.md b/contents/sections/reihe_parallel_gemischt.md new file mode 100644 index 0000000..28719bf --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihe_parallel_gemischt.md @@ -0,0 +1,73 @@ +In Parallelschwingkreisen werden Spulen und Kondensatoren kombiniert. Zur genauen Berechnung der Resonanzfrequenz, müssen "unsichtbare" Kapazitäten, wie Wicklungskapazität und Schaltungskapazität, berücksichtigt werden. Die folgende Aufgabe beschreibt die wirksamen Kapazitäten sehr praxisnah. + +[question:AD103] +Das Hauptproblem bei der Lösung der Aufgaben ist die Beachtung und Umwandlung der unterschiedlichen Vorsilben auf eine einheitliche, sinnvolle Vorsilbe, um nicht zu große oder zu kleine Zahlenwerte zu bekommen. Im Abschnitt "Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltung " der Klasse E wurde dies schon ausführlich erklärt. +Als gemeinsame Vorsilbe sollten bei der folgenden Frage alle Kapazitätswerte in Picofarad (pF) umgewandelt werden, da auch das Ergebnis in Picofarad angegeben ist. Die Eigenkapazität der Spule (Kapazität der Windungen gegeneinander) muss zusätzlich addiert werden. + +Schwieriger ist die Berechnung einer Reihenschaltung von 3 Kondensatoren. + +Bei der folgenden Aufgabe hat die kleinste Kapazität den Wert 22 pF. +Die Gesamtkapazität muss deshalb kleiner als 22 pF sein. Da in der Lösung zwei Ergebnisse unter 22pF zu finden sind, ist keine Abschätzung möglich, sondern es ist eine Rechnung notwendig. +$\frac{ 1 }{ C_{ G } } = \frac{ 1 }{ C_{ 1 } } + \frac{ 1 }{ C_{ 2 } } + \frac{ 1 }{ C_{ 3 } }$ +(siehe Formelsammlung Seite 236 unten - Stichwort: Kondensatoren in Reihenschaltung ) + + +--- +[question:AD101] + + + Man gibt die Kapazitätswerte immer mit der 1/x - Taste in den Taschenrechner ein und muss am Schluss nochmals 1/x drücken. + +C1 mit 0,1 nF muss in Picofarad umgewandelt werden. Dies ergibt 100pF. +$\frac{ 1 }{ C_{ G } } = \frac{ 1 }{ 100 } + \frac{ 1 }{47 } + \frac{ 1 }{22 }$ + +--- +[question:AD104] + +% Widerstandsdreieck R - XC in Latex erstellen +[photo:301:a_R-C Widerstandsdreieck:Widerstandsdreieck für die Reihenschaltung von R und $X_C$] +Das Widerstandsdreieck für die Reihenschaltung von R und $X_C$ veranschaulicht grafisch die Berechnung mit der Formel $|Z| = \sqrt{R^2 + {X_C}^2} = \sqrt{(100\Omega)^2 + (159\Omega)^2}$ + Zusätzlich sieht man auch den Phasenverschiebungswinkel $\varphi$ zwischen U und I und das I voreilend ist. + + + +Zur Berechnung eines Scheinwiderstandes benutzen wir die Formel +$|Z| = \sqrt{R^2 + X^2}$ +(siehe Formelsammlung Seite 235 unten rechts - Stichwort: Wechselspannung -> Scheinwiderstand) +Zur Anwendung dieser Formel muss der Blindwiderstand Xc des Kondensators bei 1 MHz zuerst berechnet werden. +Die Formel für $X_{\textrm{C}}$ lautet: +$X_{\textrm{C}} = \frac{1}{\omega \cdot C}$ +(siehe Formelsammlung Seite 236 unten links - Stichwort: Kapazität -> kapazitiver Blindwiderstand ) + +Bei der Eingabe der Bauteilwerte in den Taschenrechner müssen die Zehnerpotenzen sorgfältig hinzugefügt werden. +1 MHz = 1 x $10^6$ Hz; 1 nF = 1 x $10^{-9}$ F +$X_C$ ergibt sich dann für den 1 nF Kondensator bei 1 MHz zu $159\Omega$. +Nun kann der Scheinwiderstand |Z| berechnet werden. +$|Z| = \sqrt{R^2 + {X_C}^2}$ + +--- +[question:AD105] +Der Rechenweg ist der Gleiche wie vorher beschrieben und die Zehnerpotenzen sind wieder zu beachten: +100 µH = 100 x $10^{-6}$ H +1 MHz = 1 x $10^6$ Hz +$X_{\textrm{L}}$ muss mit der Formel $X_{\textrm{L}} = \omega \cdot L$ zuerst berechnet werden, danach kann die Berechnung des Scheinwiderstandes |Z| mit der Formel $|Z| = \sqrt{R^2 + {X_L}^2}$ erfolgen. + + +% Widerstandsdreieck R - XL in Latex erstellen + +[photo:302:a_R-L Widerstandsdreieck:Widerstandsdreieck für die Reihenschaltung von R und $X_L$] +Das Widerstandsdreieck für die Reihenschaltung von R und $X_L$ veranschaulicht grafisch die Berechnung mit der Formel $|Z| = \sqrt{R^2 + {X_L}^2} = \sqrt{(100\Omega)^2 + (628\Omega)^2} $ +Zusätzlich sieht man auch den Phasenverschiebungswinkel $\varphi$ zwischen U und I und das I nacheilend ist. + + + + +Lösungshilfe +AD 103: 100 pF + 1500 pF + 220 pF + 1 pF = 1821 pF +AD 101: 13 pF +AD 104: $X_C$ = $ \frac{1}{{6,28 \cdot 1 \ {10^6} Hz} \cdot 1 \ 10^{-9}\ F}$ = 159 Ohm +$|Z| = \sqrt{R^2 + {X_C}^2} = \sqrt{(100\Omega)^2 + (159\Omega)^2} \approx 188\Omega$ +AD 105: 636 Ohm +$X_{\textrm{L}} = \omega \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L = 2 \cdot \pi \cdot 1MHz \cdot 100\mu H = 628\Omega$ +$|Z| = \sqrt{R^2 + {X_L}^2} = \sqrt{(100\Omega)^2 + (628\Omega)^2} \approx 636\Omega$ + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/reihe_parallel_kondensator.md b/contents/sections/reihe_parallel_kondensator.md new file mode 100644 index 0000000..589f4c1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihe_parallel_kondensator.md @@ -0,0 +1,101 @@ +Kondensatoren werden in vielen Anwendungen in Reihenschaltung, Parallelschaltung oder auch gemischter Schaltungstechnik eingesetzt. Die Parallelschaltung ist einfacher zu verstehen, deshalb betrachen wir sie zuerst. + +Durch die Paralelschaltung stehen sich mehr Platten gegenüber und somit erhöht sich die Plattenoberfläche proportional. Entsprechend erhöht sich auch die Kapazität in der Gesamtschaltung. + + +[picture:822:e_3C-parallel: Parallelschaltung von 3 Kondensatoren] + + +--- + +Bei einer Parallelschaltung von gleich großen Kondensatoren verdoppelt sich die Kapazität, die Spannungsfestigkeit bleibt gleich. Selbstverständlich kann man die Gesamtkapazität berechnen. Die Formel finden wir in der Formelsammlung: + +$C_{ G } = C_{ 1 } + C_{ 2 } + C_{ 3 } + ...$ + + +Die Gesamtkapazität ist bei der Parallelschaltung immer größer als die kleinste Einzelkapazität. + + +Bei der folgenden Aufgabe ist eine zusätzliche Schwierigkeit zu finden, da die Vorsilben der Kapazitätswerte unterschiedlich sind. Man muss zuerst alle Werte auf eine gemeinsame Vorsilbe umwandeln. Die Zahlen sollen nicht zu groß und nicht zu klein werden, deshalb empfiehlt es sich, die Vorsilbe nano ($\unit{\nano}$) zu wählen. + +$\qty{0,1}{\mu\farad} = \qty{100}{\nano\farad}$ + +$\qty{50 000}{\pico\farad} = \qty{50}{\nano\farad}$ + +Jetzt muss man nur noch alle Werte Addieren in $\unit{\nano\farad}$ addieren. + +[question:ED117] + + +[photo:262:a_Netzteil BEKO PA 7 x 10000µF parallel: Parallelschaltung von 7 x 10 000 µF in einem Endstufennetzteil] + + +Als Verständnistest kann die nächste Aufgabe verwendet werden. Hinweis: Das Ergebnis muss sicher kleiner als 15 nF sein! + +[question:ED118] + + +--- + +Bei einer Reihenschaltung von Kondensatoren, wie in Abbildung [ref:e_3C-parallel] gezeigt, erhöht sich die Spannungsfestigkeit, allerdings verringert sich die Kapazität. Selbstverständlich kann man wieder die Gesamtkapazität berechnen. Diese ist sehr ähnlich zur Parallelschaltung von Widerstanden: + +$\frac{ 1 }{ C_{ G } } = \frac{ 1 }{ C_{ 1 } } + \frac{ 1 }{ C_{ 2 } } + \frac{ 1 }{ C_{ 3 } }$ + + +[picture:823:e_3C-parallel:Reihenschaltung von 3 Kondensatoren] + + + +Die Gesamtkapazität ist bei der Reihenschaltung immer kleiner als die kleinste Einzelkapazität. + + + +Bei der Lösung der Aufgaben empiehlt sich folgende Vorgehensweise: + +1. Skizziere die Schaltung +2. Schreibe die Kapazitätswerte zu den Bauteilen. +3. Wandle in gleiche Vorsilben um. +4. Vereinfache die Schaltung durch Zusammenführung von gleichartigen Schaltungsgruppen +5. Berechne schrittweise die Gesamtkapazität + + +Wenn alle Kondensatoren gleiche Kapazitätswerte haben, dann kann man die Gesamtkapazität leicht berechnen, indem eine Einzelkapazität durch 3 dividiert wird. In der folgenden Aufgabe rechnet man $\qty{0,33}{\mu\farad} / 3 = \qty{0,11}{\mu\farad}$. + +[question:ED119] + +Bei der Reihenschaltung von Kondensatoren in der folgenden Aufgabe findet man $\unit{\mu\farad}$ und $\unit{\nano\farad}$ als Vorsilbe. Es ist sehr sinnvoll, $\qty{200000}{\nano\farad}$ zuerst in $\qty{200}{\mu\farad}$ umzuwandeln. Bei einer Reihenschaltung kann man nun die Formel aus der Formelsammlung anwenden. + + +$C_{ G } =\frac{1}{ \frac{ 1 }{ 100 \ µF } + \frac{ 1 }{ 50\ µF } + \frac{ 1 }{ 100\ µF }}$ + +[question:ED120] + +--- + +Bei der nächsten Frage werden 3 Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltung kombiniert. + +[question:ED121] + +Welcher Schaltungsteil kann zuerst vereinfacht werden? Richtig: die Reihenschaltung. +Diese Teilgruppe hat als Gesamtkapazität die Hälfte von $\qty{10}{\nano\farad}$, also $\qty{5}{\nano\farad}$. Jetzt ist es einfacher weiterzurechnen, da bei einer Parallelschaltung die Kapazitätswerte addiert werden. Gratulation zum Ergebnis von $\qty{10}{\nano\farad}$. + +Die weiteren Aufgaben ähnlich und leicht lösbar. + +[question:ED122] +[question:ED123] +[question:ED124] + +% +% +%Lösungshilfen: +% +%*ED 118:* Reihenschaltung von 22 nF, 0,033 µF = 33 nF und 15 000 pF = 15 nF. +%$\frac{ 1 }{ C_ G } = \frac{ 1 }{22 } + \frac{ 1 }{33} + \frac{ 1 }{ 15 }$ +%Eigentlich muss man nicht rechnen, denn es gibt nur ein Ergebnis, das kleiner als 15 nF ist. +%*ED 120:* 50 µF +%*ED 122:* $C_2$ = 1 µF und $C_3$ = 1 µF in Parallelschaltung ergibt zusammen 2 µF. Dazu $C_1$ = 2 µF in Reihe %ergibt die Hälfte , also 1 µF. +% +%*ED 123:* $C_2$ = 4 nF und $C_3$ = 4 nF in Parallelschaltung ergibt zusammen 8 nF. Dazu $C_1$ = 8 nF in Reihe %ergibt die Hälfte , also 4 nF. +% +%*ED 124:* $C_2$ = 100 nF und $C_3$ = 100 000 pF = 100 nF in Parallelschaltung ergibt zusammen 200 nF. Dazu %$C_1$ = 200 nF in Reihe ergibt die Hälfte , also 100 nF. +% \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/reihe_parallel_widerstand.md b/contents/sections/reihe_parallel_widerstand.md new file mode 100644 index 0000000..2f304ec --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihe_parallel_widerstand.md @@ -0,0 +1,96 @@ +Wir stehen oft vor dem Problem, dass ein gewünschter Widerstandswert nicht in der sogenannten "Widerstands-Normreihe" enthalten ist. Es könnte auch sein, dass ein Widerstand eine große Verlustleistung umsetzen muss, die in handelsüblichen Einzelwiderständen nicht möglich ist -- um nur zwei Beispiele zu nennen. Wir werden jetzt betrachten, wie wir durch Reihenschaltung oder Parallelschaltung von Widerständen andere Widerstandswerte erhalten können. + +Aus dem Ohmschen Gesetz können wir die Regeln von Reihen- und Paralelschaltungen von Widerständen herleiten: + +$U=R \cdot I$ + + +[picture:819:e_spannungsteiler:Spannungsteiler] + + +Die Abbildung [ref:e_spannungsteiler] zeigt zwei Widerstände $R_1$ und $R_2$, die hinter einander geschaltet werden. Sie vom gleichen Strom *I* durchflossen. An den Widerständen fallen dann die Spannungen + +$U_1 = R_1 \cdot I$ und $U_2 = R_2 \cdot I$ ab. +Die Gesamtspannung $U_{ges}$ ist einfach die Summe dieser beiden Spannungen: + +$U_{ges} = U_1 + U_2 = R_{ges} \cdot {I} = R_1 \cdot I + R_2 \cdot I$ + +Jetzt können wir den Widerstand berechnen, der zwischen den äußeren Klemmen zu sehen ist: +$R_{ges} = \frac{U_{ges}}{I} = R_1 + R_2$, weil sich auf beiden Seiten der Gleichung der Strom $I$ rauskürzt. + +Das Ganze funktioniert auch bei mehr als zwei Widerständen, wie in der Formelsammlung dargestellt: + +$R_{ges} = R_1 + R_2 + R_3 + R_4 + ...$ + +--- + +Doch wie verhält es sich, wenn wir zwei Widerstände $R_1$ und $R_2$ parallel schalten wie in Abbildung [ref:e_parallelschaltung] gezeigt? + +Jetzt liegt an beiden Widerständen die selbe Spannung $U$ an, die in den Widerständen die Ströme + +$I_1 = \frac{U}{R_1}$ und $I_2 = \frac{U}{R_2}$ + +fließen lässt. + + +[picture:945:e_parallelschaltung:In dieser Schaltung sind alle Spannungen und Ströme zu sehen.] + + +Der im äußeren Stromkreis fließende Strom ist die Summe dieser beiden Ströme: + +$I_{ges} = I_1 + I_2 = \frac{U}{R_1} + \frac{U}{R_2}$ + +Wir suchen wieder einen Gesamtwiderstand $R_{ges}$, für den dann gelten muss: $I_{ges}=\frac{U}{R_{ges}}$ und folglich: + +$\dfrac{1}{R_{ges}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}$ + +--- + +Der Kehrwert des Gesamtwiderstands ist also die Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstände. Eine Konsequenz ist, dass man bei einer Parallelschaltung einer Reihe gleicher Widerstände einfach den Wert des einzelnen Widerstands durch die Anzahl der Widerstände teilt. + +Auch hier können wir die Berechnung für beliebig viele parallele Widerstände durchführen (vgl. Formelsammlung): + +$\dfrac{1}{R_{ges}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + \dfrac{1}{R_3} + \dfrac{1}{R_4} + ...$ + +Den Ausdruck für zwei parallele Widerstände können wir nach den Regeln der Bruchrechnung auch schreiben als: + +$R_{ges} = \dfrac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}$ + + +Bei der Reihenschaltung ist die Wert des Gesamtwiderstands immer größer als der größte Einzelwiderstand. Bei der Parallelschaltung ist der Gesamtwiderstand immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. + + +--- + +[question:ED104] +[question:ED105] +[question:ED106] + + +Genau darauf achten, dass die in der Rechnung verwendeten Widerstände immer die selben Einheiten haben. Wir empfehlen immer, möglichst auf die Grundeinheit ($\unit{\ohm}$) zu gehen. Schalten wir z.B. einen $\qty{1}{\kilo\ohm}$- und einen $\qty{10}{\ohm}$-Widerstand in Reihe, dann rechnen wir $\qty{1000}{\ohm} + \qty{10}{\ohm} = \qty{1010}{\ohm}$. + + +--- + +Einige der Aufgaben enthalten Widerstandsnetzwerke, in denen sowohl eine Reihen- als auch eine Parallelschaltung vorkommt. Da gehen wir so vor, dass wir erst z.B. die Parallelschaltung in einen äquivalenten Widerstand umwandeln, den wir dann mit dem in Reihe geschalteten dritten Widerstand zusammenfassen. Oder halt umgekehrt, je nach dem, was sich anhand des Schaltbildes anbietet. + + +[picture:305:e_tipp_aufgabe:Beispielschaltung] + +Ein wichtiges Lösungsverfahren ist die "Methode des scharfen Hinsehens" ... da gibt es zum Beispiel eine Schaltung, die einen Widerstand $R_1$ in Reihe mit zwei parallel geschalteten Widerständen $R_2$ und $R_3$ hat. Die Werte sind $R_1 = 1\ k\Omega$, $R_2 = 2000\ \Omega$ und $R_3 = 2\ k\Omega$. Nun sind aber $2\ k\Omega = 2000\ \Omega$. Die Paralellschaltung von $R_2$ und $R_3$ ergibt einen Widerstand, der halb so groß ist: $1000\ \Omega = 1\ k\Omega$. Den schalten wir in Reihe mit $R_1$ und erhalten das Ergebnis: $R_{ges}=2\ k\Omega$. + + +[question:ED111] +[question:ED110] +[question:ED112] +[question:ED113] +[question:ED108] +[question:ED109] + +Bei Leistungsbetrachtungen geht man am Besten von dem bekannten Ausdruck für die Leistung aus: + +$P = U \cdot I$ + +Bei der Reihenschaltung von z.B. drei gleichen Widerständen fließt durch alle Widerstände der gleiche Strom, aber an jedem einzelnen Widerstand fällt nur ein Drittel der äußeren Spannung ab. Bei der Parallelschaltung liegt an allen Widerständen die selbe Spannung, aber der Strom teil sich auf drei Pfade auf. In beiden Fällen verträgt also die Schaltung das dreifache der Leistung des einzelnen Widerstandes. + +[question:ED107] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_1.md b/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_1.md new file mode 100644 index 0000000..d162cdf --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_1.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Mit dem Wissen über Reihen- und Parallelschaltungen können wir nun auch komplexere Widerstandsnetzwerke analysieren. Die folgenden Aufgaben dienen ausschließlich der Übung in der Analyse und Berechnung solcher Widerstandsschaltungen und haben in der Praxis – zumindest in der hier dargestellten Form – kaum Bedeutung. + +Dennoch lassen sich diese Aufgaben sehr einfach systematisch lösen, indem zunächst eindeutig erkennbare Reihen- oder Parallelschaltungen schrittweise zu einem Gesamtwiderstand zusammengefasst werden. Die Widerstandswerte sind dabei bewusst so gewählt, dass sich die Lösung ohne Taschenrechner vollständig im Kopf ermitteln lässt. Man muss lediglich wissen, dass sich bei zwei gleich großen Widerständen, die parallel geschaltet sind, der Gesamtwiderstand halbiert. + +[question:ED115] + +Lösen wir exemplarisch die erste Prüfungsaufgabe in Abbildung [ref:e_widerstandsnetzwerk_schritt0]. Im Schritt 1 fassen wir die Reihenschaltungen der $\qty{100}{\ohm}$-Widerstände zusammen. Diese ergeben jeweils $\qty{200}{\ohm}$-Widerstände, wie in Abbildung [ref:e_widerstandsnetzwerk_schritt1] gezeigt. + +Im Schritt 2 fassen wir nun die Parallelschaltungen zusammen. Da hier zwei $\qty{200}{\ohm}$-Widerstände parallel geschaltet sind, halbiert sich der Widerstandswert auf $\qty{100}{\ohm}$, wie in Abbildung [ref:e_widerstandsnetzwerk_schritt2] dargestellt. + +Im letzten Schritt 3 addieren wir alle verbleibenden Widerstandswerte der Reihenschaltung. Daraus ergibt sich ein Gesamtwiderstand von $\qty{550}{\ohm}$ wie in den Abbildungen [ref:e_widerstandsnetzwerk_schritt2] und [ref:e_widerstandsnetzwerk_schritt4] gezeigt. + + +[picture:306:e_widerstandsnetzwerk_schritt0:Schritt 0 - Ausgangsschaltung] +[picture:816:e_widerstandsnetzwerk_schritt1:Schritt 1 - Reihenschaltungen zusammengefasst] +[picture:817:e_widerstandsnetzwerk_schritt2:Schritt 2 - Parallelschaltungen zusammengefasst] +[picture:818:e_widerstandsnetzwerk_schritt3:Schritt 3 - Reihenschaltung zusammengefasst] + + +[question:ED116] +[question:ED114] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_2.md b/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_2.md new file mode 100644 index 0000000..3e7559c --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihe_parallel_widerstandsnetz_2.md @@ -0,0 +1,105 @@ +Die folgenden Aufgaben erfordern mehrere Rechenschritte bis zur Lösung. Dazu zerlegt man die Aufgabe in Teilbereiche, die zuerst berechnet und danach zusammengefasst werden. Bei dieser Vorgehensweise benötigt man keine großen Formeln und gelangt zuverlässig zu dem richtigen Ergebnis. + +--- +[question:AD106] + + +Wenn alle Widerstände gleich groß sind und durch $R_3$ ein Strom von 1mA fließt, dann muss durch $R_2$ auch der gleiche Srtrom fließen, also auch 1mA. Beide Ströme müssen in der Summe durch $R_1$ fließen. +Alles klar? +Wie komme ich nun auf die Gesamtspannung U? +Diese Spannung muss so groß sein, dass durch den Gesamtwiderstand auch der Gesamtstrom fließen kann. Der Gesamtstrom entspricht dem Strom durch $R_1$. +Eine kleine Formel hilft nun bei der Berechnung. U = I * R = 2mA * 15 kOhm + +--- +[question:AD107] + + +Dieses Mal ist die Gesamtspannung angegeben und der Strom durch $R_3$ ist gesucht. Da alle Widerstände wieder 10 kOhm betragen, ergibt sich ein Gesamtwiderstand wie in der vorherigen Aufgabe. +Der Gesamtstrom lässt sich mit der bekannten Formel $I = \frac {U}{R}$ ermitteln. +Durch $R_3$ fließt wieder die Hälfte des Gesamtstroms, da $R_2$ und $R_3$ gleich groß sind. + + +--- +[question:AD108] +Achtung: Hier werden KiloOhm mit Milliampere multipliziert. Die Lösung ist aber in Milliwatt angegeben. +Hinweis: 1mW = 1/1000 W = 0,001 W; 1 W = 1000 mW + +Jetzt wird es etwas schwieriger, da nach der Leistung an $R_2$ gefragt wird. +Die Gesamtspannung und die Widerstandswerte entsprechen der vorherigen Aufgabe, deshalb fließt durch $R_2$ der gleiche Strom wie durch $R_3$ und entspricht dem halben Strom wie durch $R_1$. +Es ist zuerst der Gesamtstrom zu berechnen. $I = \frac {U}{R_{ges}}$ ; danach $I_2 = \frac {I}{2}$ +Die Leistung berechnet man mit der Formel P = U x I. Hier müssen die Werte, wie sie an dem gesuchten Widerstand auftreten, eingesetzt werden. +Also $P_2$ = $U_2$ * $I_2$ +Oh, eines neues Problem. $U_2$ ist noch nicht bekannt, läßt sich aber berechnen. $U_2$ = $R_2$ * $I_2$ = 10 kOhm * 0,5 mA +$P_2$ = 10 kOhm * 0,5mA * 0,5 mA; Da steckt doch die bekannte Formel $P = I^2 * R$ dahinter. +(siehe Formelsammlung Seite 235 Mitte links - Stichwort: Leistung) + + + +In der folgenden Widerstandsschaltung ist ein veränderbarer Widerstand (Potenziometer) eingebaut. +Der Widerstandswert kann von 0 kOhm bis auf maximal 1 kOhm verändert werden. Egal in welcher Stellung sich der Schleifer des Potenziometers befindet, der Gesamtwiderstand muss immer kleiner als 300 Ohm sein! + +--- +[question:AD109] +Lösung mit Rechnung: +100 Ohm mit 200 Ohm parallel (Potenziometer steht auf 0 Ohm) ergibt einen Gesamtwiderstand von (100 Ohm * 200 Ohm) / (100 Ohm + 200 Ohm) = 67 Ohm + +100 Ohm mit 1200 Ohm (Potenziometer steht auf 1 kOhm) in Parallelschaltung ergibt einen Gesamtwiderstand von $\frac {100 Ohm * 200 Ohm}{(100 Ohm + 200 Ohm)} = 92 Ohm . Zum Ergebnis muss noch der vorgeschaltete Widerstand mit 200 Ohm addiert werden. + +Begründung gewünscht? +Die Parallelschaltung von 100 Ohm mit 200 Ohm (Potenziometer steht auf 0 Ohm) oder 100 Ohm mit 1,2 kOhm (Potenziometer steht auf 1 kOhm) ergibt immer einen Wert kleiner als 100 Ohm. Wenn noch 200 Ohm addiert werden, wird er Gesamtwiderstand nicht größer als 300 Ohm sein. +Es gibt nur eine Lösung, bei der dies erfüllt ist. +Ganz ohne Rechnung gelöst, UFB ! + + + +Nun untersuchen wir eine Widerstandsschaltung mit 4 Widerständen, die oft verwendet wird. Jeweils zwei Spannungsteiler in Parallelschaltung ergeben eine sogenannte Brückenschaltung. +Brückenschaltungen werden z.B. in Widerstandsmessgeräten nach dem Prinzip einer Wheatstone Messbrücke angewendet. + +----- +[question:AD110] + +Der Gesamtwiderstand lässt sich schrittweise ermitteln. +Zuerst wird die Reihenschaltung berechnet und ergibt einen Gesamtwiderstand von 220 Ohm + 2,2 kOhm = 2,42 kOhm. +2,42 kOhm liegen auch zwei Mal parallel, deshalb muss der Gesamtwiderstand die Hälfte betragen. + + +Das Ergebnis ist in Ohm angegeben. + + +[picture:199:a_Widerstandsnetzwerk2:belasteter Spannungsteiler] +%todo Diese Frage gehört zum Abschnitt Spannungsteiler 2 +In der Praxis ist ein Spannungsteiler oft durch $R_L$ belastet, wie es im Schaltbild zu sehen ist. + + +--- +[question:AD114] + + Die Spannung $U_2$ muss dann im Vergleich zum unbelasteten Spannungsteiler kleiner werden . + $U_2$ kann man ermitteln, indem zuerst der Gesamtwiderstand $ R_{2L}$ der Parallelschaltung von $R_2$ und $R_L$ berechnet wird. Danach berechnet man den Gesamtwiderstand $R_{ges}$ der Schaltung und mit I = $\frac {U}{R_{ges}}$ den Gesamtstrom. Dieser Strom fließt auch durch den $R_{2L}$ und bewirkt den Spannungsfall $U_2$. + + Lösungshilfen: +AD 106: 30 V +AD 107: 0,5 mA +AD 108: 2,5 mW +AD 109: 267 - 292 Ohm +AD 110: 1210 Ohm +AD 114: 1,8 V + + + Es gibt auch ein Experiment. + + + +| Zusammenfassung | +|Aufgabe in Teilbereiche zerlegen | +|Teilbereiche berechnen | +|Kontrollüberlegung, ob das Ergenis stimmen kann | +[table:a_Widerstandsnetzwerke 2:Zusammenfassung] + + + +*Zusammenfassung*: +Aufgabe in Teilbereiche zerlegen +Teilbereiche berechnen +Kontrollüberlegung, ob das Ergenis stimmen kann + diff --git a/contents/sections/reihenschaltung_spule.md b/contents/sections/reihenschaltung_spule.md new file mode 100644 index 0000000..1855ad0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/reihenschaltung_spule.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Bei einer Spule in Reihenschaltung addieren sich die Induktivitäten. + +$L_\text{G} = L_1 + L_2 + L_3 + ... + L_n$ + +[photo:291:a_Spule mit Anzapfungen:Spule mit 14 Anzapfungen in einem selbstgebauten Antennenanpassgerät] +Die Teilabschnitte zwischen den Anzapfungen können wie einzelne Spulen gesehen werden, deren Induktivität, durch Umschaltung der Anzapfungen, in Schritten erhöht werden kann. Die Reihenschaltung aller Teilabschnitte ergibt dann die Induktivität der Gesamtspule. + +Mit der Gesamtinduktivität $L_\text{G}$, und den Einzelinduktivitäten $L_1$, $L_2$, $L_3$, ... bis $L_n$ + +Veranschaulicht werden kann es dadurch, dass man sich einfach mehrere gleichartige Spulten hintereinander vorstellt. Dabei addieren sich die Windungen der Spule. Elektrisch wirkt die Kombination von zwei gleichen Spulen wie eine entsprechend längere Spule. + +In der Berechnung ist auf die Angabe der Zehnerpotenzen (z.B. $1\text{ mH} = 1 \cdot 10^{-3}\text{ H}$, oder $1\text{ µH} = 1 \cdot 10^{-6}\text{ H}$) zu achten. + +[question:AD102] + +Beispielrechnung: +Wenn man die Gesamtinduktivität einer Spule $L_1=0,033 \text{ mH}$ und einer Spule $L_2=150\text{ µH}$ berechnen möchte, so ergibt sich: +$L_\text{G} = L_1 + L_2 = 0,033 \text{ mH} + 150 \text{ µH} = 33 \cdot 10^{-6} \text{ H} + 150 \cdot 10^{-6} \text{ H} = 183 \cdot 10^{-6} \text{ H} = 183 \text{ µH}$ + + +[photo:287:a_Spulenvariometer:Spulenvariometer von 6 µH bis 35 µH] +Ein Spulenvariometer besteht aus einer großen und einer kleinen Spule, die in Reihe geschalten sind. Die kleinere Spule ist innerhalb der großen Spule drehbar montiert. Durch beide Spulen fließt der gleiche Strom und es entstehen zwei Magnetfelder, die miteinander gekoppelt sind. In einer Position der drehbaren Spule sind die Magnetfelder gleichgerichtet und verstärken sich. Somit ergibt sich die größte Induktivität. Wird die innere Spule nun um 180 Grad gedreht, dann wirken die Magnetfelder gegeneinander und schwächen sich. Die Induktivität beträgt nun 6 µH. Gegenüber Spulen mit Anzapfungen kann die Induktivität kontinuierlich verändert werden, allerdings ist der Aufbau mechanisch komplizierter. Gegenüber Rollspulen gibt es weniger Kontaktprobleme.. + +% Die Reihenschaltung von Spulen bewirkt imer eine Verlängerung der Drahtwicklung +% und somit eine Erhöhung der Induktivität. Die Gesamtinduktivität ist dann immer +% größer als die größte Einzelinduktivität +% TODO Bild zur Erklärung + +% "Zusatzinfo" Praktische Anwendung: +% Herstellung einer Induktivität, die nicht in der Normreihe liegt + +% Bei der Berechnung ist auf die Vorsilben (Zehnerpotenzen) zu achten. +% Beispielrechnung: \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/rekonstruktionsfilter.md b/contents/sections/rekonstruktionsfilter.md new file mode 100644 index 0000000..f2f824d --- /dev/null +++ b/contents/sections/rekonstruktionsfilter.md @@ -0,0 +1,7 @@ + +Sehen wir uns nun die Umsetzung von digitalen Signalen (Samples) zurück in analoge Signale durch einen D/A-Umsetzer etwas genauer an. Hierbei werden die digitalen Daten im D/A-Umsetzer in Spannungsstufen zurück übersetzt. Dies geschieht in einem festen zeitlichen Abstand der Samples zueinander. Man nennt diesen Vorgang auch Rekonstruktion. + +Aufgrund der zeitdiskreten Auflösung durch die begrenzte Sampling-Frequenz eines D/A-Umsetzers entsteht ein stufenförmiges Signal, das unerwünschte, höhere Frequenzen enthält. Um diese unerwünschten Anteile zu entfernen und somit das ursprüngliche Signal wiederherzustellen, benötigen wir ebenso wie am Eingang zum A/D-Umsetzer ein Tiefpass- oder Bandpassfilter. Dieses Rekonstruktionsfilter muss hierbei alle Signalanteile, die sich oberhalb der halben Abtastrate (Samplingfrequenz) befinden, wirksam unterdrücken. + +[question:AF624] +[question:AF625] diff --git a/contents/sections/relaisfunkstellen.md b/contents/sections/relaisfunkstellen.md new file mode 100644 index 0000000..6a9d83d --- /dev/null +++ b/contents/sections/relaisfunkstellen.md @@ -0,0 +1,83 @@ +Eine Relaisfunkstelle ermöglicht eine größere Reichweite als dies bei direkter Verbindung zwischen zwei Amateurfunkstellen oftmals möglich ist. Relaisfunkstellen werden meist an exponierten Standorten, z. B. auf Berggipfeln, Hochhäusern, Kirch- und sonstigen Türmen, errichtet. Es gibt auch Relaisfunkstellen in Satelliten, die um die Erde kreisen. Aufbau und Funktion einer solchen Funkstelle sind in Bild [ref:n_relaisfunkstellen_aufbau] dargestellt. + +[picture:648:n_relaisfunkstellen_aufbau:Schematische Darstellung einer Relaisfunkstelle mit Nutzern] + +Ist zum Beispiel ein Berg zwischen zwei Funkstationen, so ist es unmöglich, durch den Berg hindurchzusenden. Eine Relaisfunkstelle auf dem Berggipfel ermöglicht es trotzdem, eine Verbindung aufzubauen, da beide Stationen das Relais direkt erreichen können. + +Relaisfunkstellen werden auch kurz als Relais oder als Repeater bezeichnet. Man kann sie daran erkennen, dass sie regelmäßig ihr Rufzeichen aussenden. Das Rufzeichen einer Relaisfunkstelle beginnt gemäß [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp) in der Regel mit DB0, DM0 oder DO0. + +Die amtliche Definition von Repeatern liest sich etwas trockener: *"Relaisfunkstelle": eine fernbediente Amateurfunkstelle (auch in Satelliten), die empfangene Amateurfunkaussendungen, Teile davon oder sonstige eingespeiste oder eingespeicherte Signale fern ausgelöst aussendet und dabei zur Erhöhung der Erreichbarkeit von Amateurfunkstellen dient* + +Die folgende Frage zu dieser Definition lässt sich aber auch gut im Ausschlussverfahren lösen, wenn man folgendes weiß: +* Relaisfunkstellen werden nicht mit persönlichen Rufzeichen betrieben. +* Relaisfunkstellen sind üblicherweise nicht ständig besetzt. +* Relaisfunkstellen müssen nicht zwingend an geografisch exponierten Standorten betrieben werden. + +[question:VD118] + +--- + +Eine Relaisfunkstelle empfängt auf ihrer Eingabefrequenz das Signal einer Amateurfunkstation und sendet es zeitgleich auf ihrer Ausgabefrequenz aus. Damit der Sender der Relaisfunkstelle den eigenen Empfänger nicht stört, sind Sende- und Empfangsfrequenz in der Regel unterschiedlich. Den Abstand zwischen Sende- und Empfangsfrequenz nennt man Frequenzablage oder auch einfach nur Ablage. Die in Deutschland üblicherweise verwendeten Ablagen findest du in der Tabelle [ref:n_relaisfunkstellen_ablage]. + + +| r: Band | X: Ablage | +| 10 m | 100 kHz | +| 2 m | 600 kHz | +| 70 cm | 7,6 MHz | +| 23 cm | 28 MHz | +[table:n_relaisfunkstellen_ablage:Frequenzablage] + + +Beispielsweise wird die Frequenz eines 70 cm Relais so angegeben: +* Ausgabefrequenz: 438,875 MHz +* Ablage: -7,600 MHz +* Eingabefrequenz: 431,275 MHz + +[question:BE401] +[question:BE402] +[question:BE403] + + +Einige Relaisfunkstationen arbeiten auch im sogenannten *Crossband-Betrieb*. Das bedeutet: Eine Station sendet und empfängt auf einem Band (z. B. 70 cm), eine andere Station auf dem gleichen Relais, aber auf einem anderen Band (z. B. 2 m). Die Relaissteuerung vermittelt die Gespräche auf die beiden Bänder. Es kann auch eine Umsetzung der Sendeart erfolgen, beispielsweise von SSB auf FM. + + +Eine Relaisstation, die nicht Sprache sondern Daten übermittelt, wird Digipeater genannt. Ein Digipeater ist in der Lage, Datenpakete zu empfangen und wieder auszusenden. Hierbei ist die Besonderheit, dass die Aussendung nur in Teilen oder zeitversetzt geschehen kann. Ebenso können Datenpakete wiederholt oder einzelne Datenfelder geändert werden. + +[question:NF118] + +--- + +Bevor man über eine Relaisfunkstelle den Funkbetrieb aufnehmen kann, muss man ihre technischen Besonderheiten und Parameter kennen. Für bestimmte Relais sind zusätzlich zur Frequenz noch weitere Einstellungen an deinem Transceiver notwendig, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Neben analogem FM (Frequenzmodulation) werden noch digitale Verfahren, wie zum Beispiel DMR und D-Star, als Sprachübertragungsverfahren genutzt. + + +Informationen zu Relaisfunkstellen sowie den technischen Parametern und Besonderheiten erhält man vom nächstgelegenen DARC-Ortsverband, der relaisverantwortlichen Person oder aus dem Internet. + + +[question:NE309] +[question:NE308] + +Eine wichtige Einstellung ist die Kanalbandbreite bei FM-Betrieb. Wir erinnern uns: Die Bandbreite gibt an, wieviel "Platz" man im Frequenzspektrum mit der Aussendung belegt. Hier gibt es einerseits das Wide-FM, die Bandbreite beträgt hier 25 kHz und wird am Display beispielsweise als *FM-W* angezeigt. Andererseits gibt es das Schmalband-FM (Narrow-FM), welches eine Bandbreite von nur 12,5 kHz belegt und z. B. am Funkgerät als *FM-N* dargestellt wird. Viele Repeater mögen es gar nicht, wenn die Signale zu breit sind. Denn dadurch können verzerrte Signale entstehen und benachbarte Relaisfrequenzen gestört werden. + +[question:BE407] + +Der Funkbetrieb über fernbediente Amateurfunkstellen ist grundsätzlich allen Funkamateuren mit zugeteiltem Rufzeichen zu gestatten. Zur Sicherstellung eines störungsfreien Betriebs kann der Betreiber allerdings andere Funkamateure von der Nutzung der Amateurfunkstelle ausschließen. Die BNetzA ist hiervon zu unterrichten. + +[question:VD504] + +Bei Funkbetrieb über Relaisstationen sollten die Durchgänge möglichst kurz gehalten werden, damit mobile und portable Stationen das Relais leichter nutzen können, insbesondere, wenn sie sich nur kurzzeitig im Empfangsbereich befinden. Zwischen den Durchgängen sollte man eine Pause einhalten, um weiteren Stationen eine Möglichkeit zu geben, sich reinzumelden. + +[question:BE406] +[question:BE404] + +Bei einer gleichzeitigen Spracheingabe zweier unterschiedlicher Stationen wird die Aussendung des Relais bis zur Unlesbarkeit gestört. Um dieses sogenannte Doppeln zu vermeiden, sollte stets eine ordentliche Übergabe zwischen den Repeaternutzern erfolgen. Das bedeutet auch, erst dann mit der Aussendung zu beginnen, wenn die vorherige Station ihre Aussendung beendet hat. + +[question:NE310] +[question:BE405] + +In der bereits besprochenen Anlage 1 der AFuV finden sich auch Vorgaben für die Sendeleistungen von Relaisstationen. Oberhalb von 30 MHz darf eine automatisch arbeitende Station mit maximal 50 W ERP betrieben werden. + +[question:VD503] + +Eine Besonderheit gibt es bei der Beurteilung einer Funkverbindung über eine Relaisfunkstation. Da die Signalstärke, mit der man den Funkpartner empfängt, die Signalstärke der Relaisstation ist und nicht die Signalstärke des Funkpartners, verzichtet man auf deren Angabe. Im Rapport wird nur die Lesbarkeit (R) beurteilt. + +[question:BE408] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/remote_station.md b/contents/sections/remote_station.md new file mode 100644 index 0000000..e8cb582 --- /dev/null +++ b/contents/sections/remote_station.md @@ -0,0 +1,37 @@ +Eine Station für Remote-Betrieb besteht aus mehreren voneinander logisch trennbaren Funktionsblöcken. Hierbei können bei modernen Geräten auch teile dieser Funktionsblöcke in einem Gerät integriert sein (z.B. Transceiver mit Netzwerkanschluss und Remote-Interface). + +Eine Anodnung für Remote-Betrieb kann mit folgenden Funktionsblöcken logisch dargestellt werden. + +--- + + +[picture:501:a_remotebetrieb:Blockschaltbild Remote Betrieb] + + +* *Computer und Bedienteil des Operators (Block 1)*: Dieses dient zur Steuerung der Remote-Station. Hierbei werden lokal Audiosignale sowie Steuersignale in Netzwerkpakete umgewandelt und an die Remote-Station übertragen. Empfangene Steuer- und Audiosignale der Remote-Station (welche über Netzwerk übertragen werden) werden durch den Computer/Bedienteil wieder hör und sichtbar gemacht. +* *Netzwerk*: Verbindungsnetzwerk oder Verbindungsnetzwerke zwischen Standort des Operators und der Remote-Station. Hierbei kann auch das Internet als Netzwerk zwischen den Standorten dienen. +* *Computer oder Remoteinterface am Remote-Standort (Block 2)*: Dieses setzt empfangene Netzwerkpakete des Operators in Steuersignale und Audiosignale für die weitere Steuerung des Transceivers am Remote-Standort um und überträgt im Rückweg die empfangenen Audiosignale des Transceivers über das Netzwerk zum Operator. Auch Einstellungen des Transceivers sowie rücklaufende Steuersignale werden über das Netzwerk zum Operator übertragen. +* *Transceiver/Verstärker/Tuner/Antennenrotor (Block 3)*: Diese Geräte werden durch das Remote-Interface oder einen Computer am Remote-Standort angesteuert/rückgemeldet durch Signale, die der Operator über das Netzwerk an das Remote-Interface überträgt. + +[question:AF701] +[question:AF702] +[question:AF704] +[question:AF703] +[question:AF705] + +Bei Remote-Betrieb kommt es durch Laufzeiten im Netzwerk und Verarbeitungszeiten bei der Codierung und Decodierung von Audio-Signalen zu zeitlichen Verzögerungen. Dies ist beim Funkbetrieb über Remote-Stationen zu berücksichtigen. + +[question:AF709] +[question:AF710] + +Um sicherzustellen, dass eine Remote-Station bei Abbruch oder Störung der Datenverbindung zwischen Benutzer/Bedienteil und Remoteinterface nicht in einen unkontrollierten Zustand/Betrieb fällt, ist eine permanente Überwachung und Rückmeldung zwischen Operator und Remote-Station mittels eines sog. Watchdogs erforderlich. Hierbei werden z.B. in zeitlichen Abständen von wenigen Sekunden Datenpakete von der Remotestation an den Computer des Operators gesender, die in einer bestimmten Zeit quittiert werden müssen durch Rückantwort. Erfolgt diese Rückantwort nicht, so weiß die Remote-Station, dass die Verbindung zum Operator unterbrochen ist und kann den Transceiver selbsttätig in einen definierten sicheren Zustand (z.B. Empfangsmodus) bringen und eine laufende Sendung unterbrechen. + +[question:AF708] + +Da auch der Transceiver selbst in einen undefinierten Zustand kommen kann (z.B. durch Software- oder Hardware-Fehler im Gerät) sollte die Versorgungsspannung des Transceivers aus der Ferne abschaltbar sein. Dies kann z.B. durch eine IP-Steckdose, welche sich durch den Operator über das Netzwerk steuern lässt, erfolgen. + +[question:AF707] + +Beim Betrieb einer Remote-Station ist ebenfalls zu berücksichtigen und damit zu rechnen, dass Komponten der Remote-Station durch den Transceiver am Standort der Remote-Station gestört werden können. + +[question:AF706] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/remote_stationen.md b/contents/sections/remote_stationen.md new file mode 100644 index 0000000..8f12d70 --- /dev/null +++ b/contents/sections/remote_stationen.md @@ -0,0 +1,37 @@ +Die Remotestation ist nach §2 Nr. 6a AFuV wie folgt definiert: "*Remote-Betrieb: der unbesetzte, fernbediente Betrieb einer ortsfesten Amateurfunkstelle unter ununterbrochener, mittelbarer und vollständiger Kontrolle eines zur Teilnahme am Amateurfunkdienst zugelassenen Funkamateurs, einschließlich der Einstellung der für den Sende- und Empfangsbetrieb genutzten Frequenzen und Bestimmung von Zeitpunkt und Dauer der Amateurfunk-Aussendungen.*" + + +[picture:668:n_remotestation:Remotestation] + + +Die Nutzung von Remotestationen ermöglicht es Funkamateuren der Klasse A, eine Station an einem anderen Standort zu betreiben, beispielsweise wenn am Wohnort keine eigene Station realisiert werden kann. Die gesamte Bedienung, Ein- und Ausschalten des Senders, Einstellen der Frequenz, Übertragen der Sende- und Empfangssignale, erfolgt hierbei ferngesteuert z. B. über das Internet. Die Mitbenutzung einer Remotestation ist unter bestimmten Umständen möglich, auf die wir noch eingehen werden. + +[question:VD601] +[question:VD603] +[question:VD607] + +Der Remotebetrieb muss durch den Betreiber der Station mit einer Betriebsmeldung und seinen Kontaktdaten bei der BNetzA angezeigt werden. Der Betreiber muss während des Betriebs unter den angegebenen Kontaktdaten für die BNetzA erreichbar sein. + +[question:VD602] +[question:VD608] + +Während der gesamten Betriebszeit muss eine ununterbrochene, mittelbare und vollständige Kontrolle der Station sichergestellt sein. Mittelbar bedeutet dabei, dass die Kontrolle über Hilfsmittel oder Helfer erfolgen darf und man eben nicht persönlich vor Ort sein muss. + +Praktisch muss man dafür sorgen, dass die Remotestation bei Störungen, wie z. B. Verbindungsverlust, in einen sicheren Zustand versetzt werden kann, beispielsweise durch eine Netzabschaltung. + +%Der bedienende Funkamateur muss jederzeit den Zeitpunkt und die Dauer seiner Aussendung bestimmen können. Dies bedeutet, dass das Funkgerät an der Station nur solange Senden darf, wie du die Sendetaste aktiv betätigst. Unbeabsichtigte Aussendungen sind somit ausgeschlossen. + +[question:VD605] + +Für die Benutzung der Remotestation eines anderen Funkamateures benötigt man die Erlaubnis des Betreibers. Der Betreiber muss sicherstellen, dass nur von ihm berechtigte Funkamateure seine Remotestation benutzen können. + +%Unbefugte Benutzung ist zu unterbinden. Eine Remotestation darf nicht öffentlich zugänglich sein. Im Schadensfall ist hierdurch die notwendige Nachvollziehbarkeit gewährleistet. + +[question:VD606] + +Auch Klubstationen der Klasse A dürfen als Remotestation betrieben werden. Der Zugriff auf die Klubstation im Remotebetrieb muss allerdings auf die Mitglieder der Gruppe von Funkamateuren begrenzt werden, die die Klubstation betreiben. + +[question:VD604] +[question:VD609] + +An einer Remotestation ist auch Ausbildungsfunkbetrieb möglich. Hierfür gelten die gleichen Regeln wie auch sonst für den Ausbildungsbetrieb. Die Auszubildende ist unmittelbar, also persönlich, anzuleiten und zu beaufsichtigen. Dem personengebundenen Rufzeichen bzw. dem Rufzeichen der Klubstation ist "/T" bzw. "/Trainee" anzuhängen. diff --git a/contents/sections/restwelligkeit.md b/contents/sections/restwelligkeit.md new file mode 100644 index 0000000..f4dba24 --- /dev/null +++ b/contents/sections/restwelligkeit.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Da keine Schaltung ideal arbeitet, entsteht in jeder Gleichrichterschaltung am Ausgang eine Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung. Diesen Restwechselspannungsanteil nennt man auch Restwelligkeit. +Diese Spannung kann mit einem Oszilloskop betrachtet werden, indem man nur den Wechselspannungsanteil oszilloskopiert (siehe Abbildung [ref:a_AC-Kopplung]: AC-Kopplung des Eingangs). + +[photo:306:a_AC-Kopplung:AC - DC Kopplung des Oszilloskopeingangs] +Mit der Taste "GD" wird der Eingang des Oszilloskops auf Null Volt geschaltet. +Bei nicht gedrückter Taste AC/DC erfolgt eine kapazitive Kopplung des Oszilloskopeingangs und es wird nur der Wechselspannungsanteil des Eingangssignals angezeigt. +Bei gedrückter Taste AC/DC erfolgt eine galvanische Kopplung des Oszilloskopeingangs und der Gleichspannungsanteil einer Wechselspannung wird auch angezeigt. +% todo Oszi-Bild der Restwelligkeit + + +Die Periodendauer des Brummanteils beträgt 10 ms. Daraus lässt sich die Brummfrequenz berechnen. +%todo Formel f=1/T +$f = \frac {1}{T}$ +Die Amplitude der Brummspannung beträgt genau ein Kästchen bei einem Maßstab von 3V/Div. + +--- +[question:AD309] + + Lösungshilfe + AD 309: 3 V; 100 Hz + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/rit.md b/contents/sections/rit.md new file mode 100644 index 0000000..416d7a0 --- /dev/null +++ b/contents/sections/rit.md @@ -0,0 +1,17 @@ +Bei einem Transceiver kann man die Empfangsfrequenz mittels der *RIT* (Receiver Incremental Tuning) gegenüber der Sendefrequenz geringfügig verstellen. Dies wird primär bei Sprechfunk mit SSB-Modulation angewendet, wenn die Stimme der Gegenstation zu hoch oder zu tief klingt, weil die Sendefrequenz der Gegenstation leicht zu hoch oder zu tief ist. Korrigiert man das mit der RIT, so kann man die andere Station klar hören, ohne die eigene Sendefrequenz zu verstellen. Bei manchen Funkgeräteherstellern wird die RIT übrigens auch als "Clarifier" oder "CLAR RX" bezeichnet. + + +Wird das obere Seitenband (USB) verwendet und die empfangene Stimme klingt zu hoch, dann muss die Empfangsfrequenz erhöht werden. Klingt sie zu tief, dann muss sie verringert werden. Wird jedoch das untere Seitenband (LSB) verwendet, in dem die Sprachfrequenzen ja gespiegelt sind, verhält es sich genau andersherum: Ist die Stimme zu hoch, dann muss die Empfangsfrequenz gesenkt werden, ist die Stimme zu tief, muss die Empfangsfrequenz erhöht werden. + + + +Wieso will man überhaupt die Empfangsfrequenz geringfügig gegenüber der Sendefrequenz verstellen? Es sollte doch ausreichen, dass beide Stationen dieselbe Frequenz zum Senden und zum Empfangen einstellen. In der Praxis ist es aber leider so, dass die tatsächliche Sendefrequenz eines Transceiver geringfügig von der eingestellten Frequenz abweicht. + +Würde man nun zur Korrektur sowohl die Empfangs- als auch die Sendefrequenz ändern, würde einen die Gegenstation auch wieder auf einer geringfügig abweichenden Frequenz empfangen und dann ihrerseits wieder die Frequenz ändern. Dies würde sich immer weiter fortsetzen und man würde "über das Band wandern". Verwendet man jedoch die RIT, muss die Einstellung im besten Fall nur einmal für eine Gegenstation vorgenommen werden. + +Wie schon bei der Modulation erwähnt, fallen leicht abweichende Frequenzen bei AM oder FM hingegen praktisch nicht auf. Diese Modulationsarten verfügen nämlich im Gegensatz zu SSB über einen Träger, der für die Demodulation herangezogen werden kann. + + +[question:NF111] +[question:NF112] + diff --git a/contents/sections/rst.md b/contents/sections/rst.md new file mode 100644 index 0000000..f65d20b --- /dev/null +++ b/contents/sections/rst.md @@ -0,0 +1,59 @@ +Die Qualität von Funkverbindungen hängt von mehreren Faktoren ab: Sendeleistungen, verwendete Antenne, Entfernung und nicht zuletzt die aktuellen Ausbreitungsbedingungen. Daher ist es oft interessant, zu erfahren, wie gut das eigene Signal bei der Empfangsstation ankommt. Um die Empfangsqualität zu beurteilen, gibt man einen Empfangsbericht, den sogenannten Rapport. Im Amateurfunk wird dafür in aller Regel das RST-System verwendet. + +[question:BE201] + + +[photo:123:n_rst_s-meter:Display eines IC9700-Transceivers, hervorgehoben ist das S-Meter, das den aktuellen Empfangspegel anzeigt] + + +--- + +Ein Rapport nach dem RST-System besteht aus den folgenden drei Werten: + +* R (Readability): Diese Zahl gibt die *Lesbarkeit* des Signals an und reicht von 1 bis 5. Unter der Lesbarkeit wird die Verständlichkeit verstanden. Eine höhere Zahl bedeutet eine bessere Verständlichkeit. Die Lesbarkeit wird subjektiv anhand von Faktoren wie Lautstärke, Klarheit, Störungen und Verzerrungen beurteilt. Anhaltspunkte für die Beurteilung finden sich in der Tabelle [ref:n_rst_r]. +* S (Signal Strength): Diese Zahl gibt die *Stärke des Signals* an und reicht von 1 bis 9. Eine höhere Zahl bedeutet eine höhere Signalstärke. Die Signalstärke wird normalerweise von der Empfangspegelanzeige (S-Meter) des Funkgeräts abgelesen. Viele S-Meter können auch Werte über 9 anzeigen. Die Anzeige solcher Werte erfolgt allerdings abweichend in Dezibel (dB) über Stufe 9. Der S-Wert im Rapport wird dann z. B. so angegeben: 9+20dB. An dieser Besonderheit ist auch das S-Meter am Funkgerät gut zu erkennen. Wie im Bild [ref:n_rst_s-meter] zu sehen ist, wird das S-Meter meist mit Werten von 1 bis 9 gefolgt von dB-Werten beschriftet. +* T (Tone): Diese Zahl wird nur bei der Morsetelegrafie verwendet und gibt die *Qualität des Tons* an. Bei Sprechfunk wird dieser Wert weggelassen. + +Einige Beispiele für mögliche Rapporte finden sich in Tabelle [ref:n_rst_beispiele]. + + +| l: Wert | l: Bereich | l: Bedeutung | X: Englisch | +| R | 1 - 5 | Lesbarkeit | Readability | +| S | 1 - 9 | Signalstärke | Signal Strength | +| T | 1 - 9 | Tonqualität | Tone | +[table:n_rst:Die Bestandteile des RST-Rapports] + + + +| l: R | X: Beurteilung | +| 1 | nicht lesbar | +| 2 | zeitweise lesbar | +| 3| mit Schwierigkeiten lesbar | +| 4 | ohne Schwierigkeiten lesbar | +| 5 | einwandfrei lesbar | +[table:n_rst_r:Anhaltspunkte für die subjektive Bewertung der Lesbarkeit (Verständlichkeit)] + + + +| X: Verständlichkeit | l: S-Meter | l: RST-Rapport | +| einwandfrei | +20 dB | 59+20dB | +| einwandfrei| 9 | 59 | +| ohne Schwierigkeiten | 5 | 45 | +| mit Schwierigkeiten | 3 | 33 | +| unverständlich | 3 | 13 | +[table:n_rst_beispiele:Beispiele für RST-Rapporte im Sprechfunk] + + +[question:BE202] +[question:BE203] +[question:NF103] +[question:NF301] + +Bei den folgenden Prüfungsfragen kommt es darauf an das S-Meter richtig abzulesen. In allen Prüfungsfragen wird von einem einwandfreien Signal in Telefonie (Sprechfunk) ausgegangen. Der R-Wert ist daher jeweils 5 und der T-Wert entfällt. Als SSB-Telefonie wird ein Übertragungsverfahren für den Sprechfunk bezeichnet. Andere Verfahren sind beispielsweise FM- oder AM-Telefonie. + +[question:BE204] +[question:BE205] +[question:BE206] +[question:BE207] +[question:BE208] +[question:BE209] diff --git a/contents/sections/rufzeichen.md b/contents/sections/rufzeichen.md new file mode 100644 index 0000000..6d1ef20 --- /dev/null +++ b/contents/sections/rufzeichen.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Funkstationen verwenden Rufzeichen, um sich zu identifizieren. Rufzeichen bestehen aus einer Folge von Buchstaben und Ziffern. So hat beispielsweise jedes Flugzeug oder Schiff ein eigenes Rufzeichen, wenn es mit Funk ausgerüstet ist. Bei Flugzeugen ist das Rufzeichen sogar von außen zu erkennen. Das Flugzeug in Abbildung [ref:rufzeichen_flugzeug] hat beispielsweise das Rufzeichen DEBPF. Der Zweck der Rufzeichen ist, andere Funkstationen leicht zu erkennen. + + +[photo:167:rufzeichen_flugzeug:Flugzeug mit dem Rufzeichen DEBPF] + + +Auch jeder Funkamateur bekommt ein persönliches Rufzeichen zugeteilt, das weltweit eindeutig ist. Funkamateure müssen ihr Rufzeichen am Anfang und am Ende jeder Funkverbindung nennen und bei längeren Verbindungen alle 10 Minuten wiederholen. + +[question:VD207] +[question:VD205] diff --git a/contents/sections/rufzeichenaufbau.md b/contents/sections/rufzeichenaufbau.md new file mode 100644 index 0000000..670733f --- /dev/null +++ b/contents/sections/rufzeichenaufbau.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Im Amateurfunk gibt es unterschiedliche Arten von Rufzeichen. Eine Art haben wir schon am Anfang des Kurses kennengelernt: Die persönlichen Rufzeichen. In der Amtssprache nennen sich diese "personengebundene Rufzeichen". In Deutschland wird ein solches jedem Funkamateur mit der Zulassung für den Amateurfunkdienst durch die BNetzA zugeteilt. Es ist weltweit eindeutig und darf nur persönlich durch den Funkamateur verwendet werden, dem es zugeteilt wurde. + +[question:VC116] + +--- + +Ein Rufzeichen besteht aus drei Teilen: Präfix, Ziffer und Suffix. Das Präfix besteht in der Regel aus den ersten beiden Zeichen, z. B. DL oder 4U. Manchmal ist er aber auch nur ein Zeichen lang. Es folgt eine Ziffer von 0 bis 9. Den Abschluss bildet das Suffix mit mindestens einem weiteren Zeichen. Die Abbildung [ref:n_amateurfunkstrationen_aufbau_rufzeichen] gibt einen grafischen Überblick über den Rufzeichenaufbau. + + +[picture:654:n_amateurfunkstrationen_aufbau_rufzeichen:Aufbau Rufzeichen - K4EAX, WZ6Y, DL1FLO] + + +Das Präfix ist länderspezifisch zugeordnet und kann zur Lokalisierung der Amateurfunkstation dienen. Die Präfixe werden durch die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU) in den Radio Regulations (RR) festgelegt. Alle Mitgliedstaaten der ITU sind angehalten, diese in nationales Recht umzusetzen. + +Für Deutschland sind in den Radio Regulations die Präfixe DA bis DR und Y2 bis Y9 vorgesehen. Die Präfixe Y2 bis Y9 werden in der Praxis jedoch kaum verwendet. + +[question:VA406] + +--- + +Personengebunde deutsche Amateurfunkrufzeichen bestehen immer aus einem 2-buchstabigen Präfix, einer Ziffer und einem 2- oder 3-buchstabigen Suffix. Zum Beispiel DL1PZ, DO7PR oder DN2JMU. +[question:VD203] + +Neben den persönlichen Rufzeichen können weitere Rufzeichen für fernbediente und automatisch arbeitende Amateurfunkstellen oder Klubstationen zugeteilt werden. Auf diese gehen wir im weiteren Verlauf des Kapitels ein. + +[question:VD202] + +Die BNetzA vergibt die Präfixe in Deutschland nach dem [Rufzeichenplan](https://50ohm.de/rzp), sodass man anhand des Rufzeichens den Verwendungszweck erkennen kann. Im Rufzeichenplan ist sowohl für personengebundene Rufzeichen als auch für Rufzeichen für fernbediente und automatisch arbeitende Amateurfunkstellen und Klubstationen genau festgelegt, welche Präfixe, Ziffern und Suffixe jeweils verwendet werden. + +Der Rufzeichenplan steht während der Amateurfunkprüfung als Hilfsmittel zur Verfügung. Dieser Plan ist bei der Beantwortung einer Reihe von Fragen sehr hilfreich, die in den nächsten Abschnitten folgen. Wir empfehlen daher, sich mit dem Dokument vertraut zu machen, um es in der Prüfung gut nutzen zu können. Nach der Prüfung sollte man sich regelmäßig informieren, um bei Änderungen auf dem aktuellen Stand zu bleiben. + +[question:VD201] + diff --git a/contents/sections/rufzeichenzusaetze.md b/contents/sections/rufzeichenzusaetze.md new file mode 100644 index 0000000..373ba33 --- /dev/null +++ b/contents/sections/rufzeichenzusaetze.md @@ -0,0 +1,50 @@ +Wenn man von einem anderen Standort als dem in der Zulassungsurkunde angegebenen Heimatstandort aus funkt, kann man freiwillig einen Rufzeichenzusatz verwenden. Im Ausbildungsfunkverkehr ist der entsprechende Zusatz verpflichtend, wenn das persönliche Rufzeichen des Ausbilders durch den Auszubildenden verwendet wird. In der Tabelle [ref:n_rufzeichenzusaetze] sind die offiziellen Zusätze aufgelistet, die dafür an das Rufzeichen angehängt werden können. Andere Zusätze dürfen nicht verwendet werden. + +| l: Zusatz | l: Gesprochen | X: Bedeutung | +| am | aeronautisch mobil | An Bord eines Luftfahrzeugs, das sich im Flug befindet | +| mm | maritim mobil | An Bord eines Schiffs auf See | +| m | mobil | Von einem Landfahrzeug oder einem Schiff auf Binnengewässern aus | +| p | portabel | Zu Fuß unterwegs oder vorübergehend ortsfest | +| R | Remote | Remote-Betrieb | +| T | Trainee | Ausbildungsfunk | +[table:n_rufzeichenzusaetze:Mögliche Rufzeichenzusätze] + + +Der Zusatz wird mit einem "/" an ein Rufzeichen angehängt. Im Sprechfunk kann der Zusatz sofort nach dem Rufzeichen gesprochen werden oder mit dem Wort "Stroke" an das Rufzeichen angehängt werden. In der Tabelle [ref:n_rufzeichenzusaetze_sprechweise] finden sich Beispiele für die Schreib- und Sprechweise. + +| l: Schreibweise | X: Aussprache | +| DL1FLO/m | Delta Lima Eins Foxtrott Lima Oskar (Stroke) Mobil | +| DM4EAX/p | Delta Mike Vier Echo Alpha X-Ray (Stroke) Portabel | +| DL1ASN/mm | Delta Lima Eins Alpha Sierra November (Stroke) Maritim Mobil | +| DG2RON/am | Delta Golf Zwei Romeo Oscar November (Stroke) Aeronautisch Mobil | +[table:n_rufzeichenzusaetze_sprechweise:Sprechweise von Rufzeichenzusätzen, "Stroke" ist optional und kann weggelassen werden] + +Wenn man sich an Bord eines Luftfahrzeugs, also einem Flugzeug, Heißluftballon, Zeppelin o. ä., befindet und Funkbetrieb machen möchte, kann man an das eigene Rufzeichen den Zusatz /am (aeronautisch mobil) anhängen. Das Luftfahrzeug muss sich dabei komplett in der Luft befinden und darf keine Verbindung zum Boden haben, z. B. durch Halteleinen. Der Funkbetrieb muss vor Betriebsaufnahme vom Luftfahrzeugführer erlaubt, jedoch nicht von der BNetzA genehmigt werden. + +[question:BD201] +[question:BD202] +[question:VE705] + +Ähnliches wie beim Luftfahrzeug gilt auch bei Wasserfahrzeugen. Wenn man sich mit einem Motorboot, einer Segelyacht oder einem anderen Wasserfahrzeug auf dem Wasser außerhalb der 12-Meilen-Zone in internationalen Gewässern befindet, dann darf der Zusatz "/mm" (maritim mobil) angehängt werden. Befindet man sich innerhalb der 12-Meilen-Zone oder auf Flüssen, Seen oder ähnlichen Binnengewässern, dann darf "/m" (mobil) verwendet werden. Vor dem Sendebetrieb muss der Schiffsführer seine Zustimmung geben. + +[question:BD205] +[question:VE706] +[question:VD115] + +Befindet man sich in einem Landfahrzeug wie einem Auto oder einem Zug, kann "/m" für mobil verwendet werden. Das Gleiche gilt auch an Bord eines Schiffs, das auf einem Binnengewässer fährt. + +[question:BD203] +[question:BD204] + +Baut man seine Station vorübergehend an einem Standort auf, welcher nicht in der Zuteilungsurkunde eingetragen ist, beispielsweise bei einer Amateurfunkaktivität in der Natur, so kann dem Rufzeichen ein "/p" (Stroke Portabel) angefügt werden. Das Gleiche gilt auch, wenn man sich mit einem tragbaren Funkgerät bewegt. + +[question:BD206] +[question:BD207] + +Betrieb an einer Remote-Station kann durch "/R" bzw. "/Remote" gekennzeichnet werden. + +[question:BD208] + +Nur der Zusatz "/T" bzw. "/Trainee" muss verpflichtend verwendet werden. Alle anderen Zusätze stellen eine freiwillige Information dar und können weggelassen werden. + + diff --git a/contents/sections/rundstrahler.md b/contents/sections/rundstrahler.md new file mode 100644 index 0000000..3d6c274 --- /dev/null +++ b/contents/sections/rundstrahler.md @@ -0,0 +1,52 @@ +Wenn man einen Teil eines Dipols senkrecht nach oben und den anderen parallel zum Erdboden ausrichtet, erhält man eine "Up- and Outer"-Antenne (Abbildung [ref:n_up_and_outer]). Den senkrechten Teil dieser Antenne bezeichnet man als *Strahler*, den waagerechten Teil als *Radial* oder *Gegengewicht*. + + +[picture:659:n_up_and_outer:Up- and Outer-Antenne] + + + +Auch wenn der senkrechte Teil von Vertikalantennen wie der Up- and Outer-Antenne als *Strahler* bezeichnet wird, bedeutet das nicht, dass er das einzige Teil der Antenne ist, das die Funkwelle abstrahlt. Vielmehr wird die Funkwelle von Gesamtgebilde bestehend aus Strahler und Gegengewicht abgegeben. Nur bei bestimmten Bauformen wird abgestrahlte Welle fast ausschließlich vom Strahler bestimmt, beispielsweise bei einer Groundplane mit horizontal und exakt symmetrisch angeordneten Gegengewichten. Doch auch bei diesen Antennen bildet sich an den Gegengewichten unter Umständen ein sogenanntes "Nahfeld" aus, welches hohe Feldstärken aufweisen kann. Aus diesem Grunde sind Radials bei der Betrachtung des Sicherheitsabstands stets mit zu berücksichtigen. + + +Die Up- and Outer-Antenne gehört zu den sogenannten Vertikalantennen, da der Strahler senkrecht (vertikal) angeordnet ist. Wie beim Dipol beträgt die Länge beider Teile der Up- and Outer-Antenne zusammen $\lambda{} / 2$, also eine halbe Wellenlänge. Der Strahler und das Gegengewicht sind demzufolge also jeweils $\lambda{} / 4$ lang. + +Wird das parallel zum Erdboden geführte Radial nun vervielfacht, dann entsteht eine *Groundplane-Antenne*, die im Amateurfunk häufig verwendet wird. + +[question:NG105] +[question:NG106] + +--- + +Man kann das Radial einer Up- and Outer-Antenne auch durch den Erdboden ersetzen. Dann erhält man die in Abbildung [ref:n_marconi_antenne] gezeigte *Marconi-Antenne*. Das Gegengewicht, also der zweite Teil der Antenne, wird jetzt durch die *Erde* gebildet, die im Idealfall sehr gut leitet. Für die Darstellung der Erde wird in Schaltbildern das in Abbildung [ref:n_schaltzeichen_erde] gezeigte Symbol verwendet. + + +[picture:669:n_marconi_antenne:Marconi-Antenne] + + + +[picture:544:n_schaltzeichen_erde:Schaltzeichen für Erde] + + + +In der Praxis ist es manchmal gar nicht so einfach, eine gute Verbindung zwischen Antennenkabel und der *Erde* herzustellen. Im einfachsten Fall verwendet man einen Erdnagel: Ein Metallstab wird in den Erdboden gesteckt und anstelle des Radials mit dem Antennenkabel verbunden. Etwas aufwändiger - aber oft auch wirkungsvoller - ist es beispielsweise, viele Drähte im Erdboden zu vergraben und diese wie Radials einer Groundplane rund um die Antennen anzuordnen. So kann eine gute Verbindung zur Erde hergestellt werden, die auch für Hochfrequenz geeignet ist. + + +Wie bei der Up- and Outer-Antenne ist der vertikale Strahler der Marconi-Antenne $\lambda{} / 4$ lang. Da anstelle eines Gegengewichts die Erde verwendet wird, kann man die Marconi-Antenne auch als eine "gegen Erde erregte $\lambda{} / 4$-Vertikalantenne" beschreiben. + +[question:NG104] +[question:NG102] + +Sowohl die Groundplane- als auch die Marconi-Antenne strahlen gleichmäßig in alle Himmelsrichtungen. Deshalb nennt man diese beiden Antennen auch "Rundstrahler". Im Gegensatz zu Richtantennen eignen sich Rundstrahler, um Funkamateure oder Relaisfunkstellen in unterschiedlichen Richtungen im Umkreis zu erreichen. Eine Richtantenne müsste immer wieder neu ausgerichtet werden. + +Damit ein Rundstrahler gut funktionert, sollte er möglichst hoch und rundherum frei positioniert werden. Die optimale Position ist daher auf einem hohem Mast, der umgebende Gebäude und Bäume überragt, oder dem Hausdach. + +[question:NG110] + +--- + +[question:NG111] + + +Die in der falschen Antwort erwähnten *Magnetfußantennen* werden übrigens gerne für mobilen Funkbetrieb auf einem Autodach betrieben. Das Autodach bildet dann - ähnlich der Erde bei der Marconi-Antenne - das Gegengewicht. Auf den Funkbetrieb aus Kraftfahrzeugen werden wir im Kapitel Einbau Kfz noch näher eingehen. + + diff --git a/contents/sections/s_meter.md b/contents/sections/s_meter.md new file mode 100644 index 0000000..c6f0cdf --- /dev/null +++ b/contents/sections/s_meter.md @@ -0,0 +1,19 @@ +Das S-Meter eines Empfängers dient zur Anzeige der Signalstärke des am Empfängereingang anliegenden HF-Signals. +Das S-Meter unterteilt sich i.d.R. in 9 S-Stufen und einen nachfolgenden Bereich der in +dB angezeigt wird. Hierbei entspricht eine Änderung um eine S-Stufe 6dB. Ab dem S-Wert S9 werden aufgrund der logarithmischen Darstellung des Instruments stärkere Signale als S9 plus dB-Wert angezeigt. +Aus der Definition der Dezibel folgt, dass +6dB einer Spannungsverdoppelung oder Leistungsvervierfachung des Eingangssignals entsprechen. Analog entspricht eine Spannungshalbierung am Empfängereingang einer Leistungsviertelung oder -6dB. + +[question:AF101] +[question:AF104] +[question:AF103] +[question:AA113] +[question:AF102] + +Im Kurzwellenbereich bis 30 MHz entspricht ein S-Wert von S9 genau 50 Mikrovolt an 50 Ohm. +Ab dem VHF-Bereich (144 MHz) entspricht ein S-Wert von S9 genau 5 Mikrovolt an 50 Ohm. + + +S-Meter von Kurzwellengeräten zeigen meist nur Werte um S9 halbwegs zuverlässig an, da diese oft nur auf diesen einen Wert kalibriert werden. Insbesondere kleinere S-Werte werden nur sehr ungenau angezeigt. Die logarithmische Charakteristik eines S-Meters wird oft nur unzureichend interpoliert. Einen S-Wert von S0 gibt es hierbei definitionsgemäß nicht, da immer ein Grundrauschen oder Eigenrauschen des Empfängers vorhanden ist. Zeigt das S-Meter keinen Wert im unteren Bereich an, so ist das empfangene Signal sehr schwach, jedoch hat es nie den Wert S0. Dieser sollte daher auch nicht übermittelt werden. + + +[question:AA114] +[question:AF105] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sampling.md b/contents/sections/sampling.md new file mode 100644 index 0000000..84c458b --- /dev/null +++ b/contents/sections/sampling.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Wie wir im vorigen Kapitel bereits gelernt haben, bezeichnet man den Prozess, der ein analoges zeitkontinuierliches Signal mittels Analog-Digital-Umsetzung (A/D-Umsetzung) in ein digitales Signal (welches aus einzelnen zeitlichen Samples besteht und somit zeitdiskret ist) umsetzt, als Sampling. + +[question:AF606] + +Die Geschwindigkeit, mit der ein A/D-Umsetzer die Abtastung eines analogen Signals vornimmt, wird auch als Samplingrate bezeichnet. Man definiert die Samplingrate herbei als Abtastungen, die pro Zeiteinheit (z. B. pro Sekunde) vorgenommen werden. Die Angabe erfolgt hierbei in der Einheit Samples/sek. Beispielsweise werden analoge Tonsignale bei digitalen Datenträgern wie CDs oft mit Samplingraten von 44100 Samples pro Sekunde vorgenommen. Man gibt dies dann z. B. als 44,1 Kilosamples/s oder kurz 44,1 ksps an. + +[question:AF615] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sampling_quantisierung.md b/contents/sections/sampling_quantisierung.md new file mode 100644 index 0000000..ca437f5 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sampling_quantisierung.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Wie in den vorhergehenden Kapiteln erläutert, werden analoge Signale zunächst mittels Sampling in digitale Werte umgewandelt. Ein analoges Signal kann hierbei nur in bestimmten Abständen gemessen (man sagt auch abgetastet) werden. Die abgetasteten Werte stellen somit immer nur einen Momentanzustand im Zeitpunkt der Abtastung dar, und zwischen den einzelnen Abtastungsvorgängen kann sich das analoge Signal zeitlich gesehen beliebig verändern. Da analoge Signale keine kleinste zeitliche Auflösung besitzen und somit zeitlich fortlaufend sind, werden diese auch als zeitkontinuierlich bezeichnet. Im Gegensatz hierzu bezeichnet man Samples, die nur eine maximale, definierte zeitliche Auflösung eines Signals ermöglichen, als zeitdiskret, da es ein maximal mögliches und definierbares (somit diskretes) zeitliches Intervall zwischen den einzelnen gemessenen Werten gibt. + + +[include:quantisierung_und_sampling] + + +[question:AF601] +[question:AF603] + +Sehen wir uns den Prozess des Samplings noch von einer anderen Seite her an. Analoge Signale können beliebige Spannungswerte annehmen und zwischen diesen ohne Zwischenstufen variieren. Da diese Änderungen bei analogen Signalen auch beliebig klein oder groß sein können, bezeichnet man diese Eigenschaft analoger Signale als wertkontinuierlich. Im Gegensatz hierzu stehen bei der Digitalisierung eines analogen Signals hinsichtlich der möglichen Werte (z. B. wie vorgenannte -128 bis +127) nur begrenzte Abstufungen für die Abbildung der gemessenen Spannungswerte zur Verfügung. Daher bezeichnet man digitale Samples in dieser Hinsicht auch als wertdiskret, da immer nur bestimmte Spannungswerte in Form von Spannungsstufen bei der Messung eines analogen Signalwertes zur Verfügung stehen. Wenn nun z.B. ein analoger Signalwert zwischen zwei Spannungsstufen liegt, so muss der A/D-Umsetzer eine Entscheidung treffen, zu welchem Signalwert der gemessene Wert eher tendiert. Diesen Prozess bezeichnet man auch als Quantisierung. Das zuvor kontinuierliche Signal wird hierbei in eine endliche Anzahl von Werten abgebildet. + +Zur Veranschaulichung hier ein praktisches Beispiel anhand eines analogen Dimmers und eines Stufenschalters. Ist ein Dimmer mittels einer analogen Schaltung realisiert, kann man eine Lampe damit beliebig fein in deren Helligkeit steuern. Im Gegensatz hierzu könnte man die Lampe mit einem Stufenschalter mit z. B. 5 Stufen nur jeweils auf 5 Helligkeitswerte schalten - Zwischenstufen sind hierbei nicht möglich. Daher würde man diesen Stufenschalter auch als wertdiskret bezeichnen. Versucht man nun Helligkeitswerte, die man mit dem analogen Dimmer eingestellt hat, mittels des Stufenschalters nachzubilden, so ist man hier auf die festen vorgegebenen Stufen beschränkt. Man würde in diesem Fall die passendste Einstellung am Stufenschalter wählen und somit eine Quantisierung des analogen Helligkeitswerts vornehmen. + +[question:AF602] +[question:AF604] diff --git a/contents/sections/satelliten.md b/contents/sections/satelliten.md new file mode 100644 index 0000000..8cc542e --- /dev/null +++ b/contents/sections/satelliten.md @@ -0,0 +1,60 @@ + +[photo:124:n_satellit_oscar1:Modell des ersten Amateurfunksatelliten OSCAR 1, der 1961 für 22 Tage aus dem Orbit der Erde eine Bake im 2 m-Band sendete und von 570 Funkamateuren aus 28 Ländern gehört wurde] + + +--- + +Satelliten umrunden die Erde in kreisförmigen oder elliptischen Bahnen und in unterschiedlichen Höhen. Seit 1961 gehören dazu auch Amateurfunksatelliten. Diese werden als OSCAR bezeichnet. Das ist die Abkürzung für "Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio" ("Umkreisender Satellit, der Amateurfunk mitführt"). Der erste Amateurfunksatellit wurde OSCAR 1 ([ref:n_satellit_oscar1]) genannt. OSCAR 1 war nur der Anfang. In den Folgejahren - bis heute - wurde eine ganze Reihe immer umfangreicher ausgestatteter Amateurfunknutzlasten ins All gebracht. + +[question:BE415] + +Die mitgeführten Relaisfunkstellen werden als "Transponder" bezeichnet. Die Eingabefrequenz, also die Funkstrecke von der Erde zum Satelliten, wird im Satellitenfunk als "Uplink" bezeichnet. Die Ausgabefrequenz, also die Funkstrecke vom Satelliten zur Erde, wird hingegen "Downlink" genannt . Für Uplink und Downlink werden oftmals unterschiedliche Frequenzbänder benutzt, weil dies eine einfachere Trennung von Sende- und Empfangssignal ermöglicht und die Baugröße von Filtern auf dem Satelliten reduziert wird. + + +Verschiedene Flughöhen und Umlaufbahnen von Satelliten ermöglichen eine breite Palette von Satellitenanwendungen, angefangen von Kommunikation über Navigation bis hin zu wissenschaftlicher Forschung und Erdbeobachtung. Im Folgenden stellen wir die wichtigsten Flughöhen bzw. Umlaufbahnen vor. + +*Niedrige Umlaufbahnen (Low Earth Orbit - LEO)* +Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen sind in der Regel in Höhen von etwa 160 bis 2.000 Kilometern über der Erde positioniert. Hierbei handelt es sich um Umlaufbahnen, die sich relativ nahe an der Erdoberfläche befinden. In dieser Region bewegen sich viele Erdbeobachtungssatelliten, wie zum Beispiel Wettersatelliten oder Umweltüberwachungssatelliten. Die Nähe zur Erde ermöglicht eine hohe Auflösung bei der Erfassung von Daten und Bildern. + +*Mittlere Umlaufbahnen (Medium Earth Orbit - MEO)* +Mittlere Umlaufbahnen erstrecken sich in Höhen von etwa 2.000 bis 35.786 Kilometern über der Erde. Diese Region beherbergt oft Navigationssatelliten, wie sie für das weltbekannte GPS-System verwendet werden. Da die Satelliten hier länger brauchen, um die Erde zu umkreisen, bieten sie eine ausgeglichene Balance zwischen Abdeckung und Genauigkeit für Navigation und Positionierung. + +*Hohe Umlaufbahnen (Geostationary Orbit - GEO)* +In Höhen von etwa 35.786 Kilometern über der Erdoberfläche befinden sich die geostationären Umlaufbahnen. Diese Satelliten umkreisen die Erde in der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich die Erde dreht, wodurch sie scheinbar stationär am Himmel erscheinen. Geostationäre Satelliten sind ideal für Kommunikationszwecke, da sie feste Signalempfangsstationen nutzen können und somit eine konstante Abdeckung eines bestimmten Gebiets bieten. + +*Hochelliptische Umlaufbahnen (Highly Elliptical Orbit - HEO)* +Hochelliptische Umlaufbahnen sind exzentrische Bahnen, bei denen Satelliten ihre geringste Entfernung zur Erde in einem Bereich und ihre größte Entfernung in einem anderen Bereich haben. Diese Art von Umlaufbahnen eignet sich gut für Satelliten, die eine erweiterte Abdeckung der Polregionen benötigen, wie beispielsweise für Überwachungsaufgaben in arktischen oder antarktischen Gebieten. + +*Polarumlaufbahnen (Polar Orbit)* +Satelliten, die in Polumlaufbahnen operieren, fliegen über die Pole der Erde hinweg. Diese Bahnen bieten eine vollständige Abdeckung der Erdoberfläche im Laufe der Zeit und werden häufig für wissenschaftliche Untersuchungen, Umweltüberwachung und Erdbeobachtung verwendet. + + +[question:BE416] +[question:BE411] +[question:BE412] +[question:NF113] + +--- + +Bei der Nutzung von Satellitenkommunikation ist die Ausrichtung von Antennen von zentraler Bedeutung. Die Begriffe *Azimut* und *Elevation* spielen dabei eine Schlüsselrolle. Sie beschreiben die horizontale Ausrichtung und den vertikalen Winkel, unter denen ein Satellit von der Erdoberfläche aus wahrgenommen wird.: +* Der Azimut ist die Richtung entlang des Horizonts, in die man schaut, um den Satelliten zu sehen. Er wird meist in Grad gemessen und reicht von 0° (Norden) über 90° (Osten), 180° (Süden) bis 270° (Westen). +* Die Elevation ist der vertikale Winkel, unter dem ein Satellit von der Position aus über dem Horizont steht. Sie wird ebenfalls in Grad gemessen und variiert von 0° (direkt am Horizont) bis 90° (senkrecht über einem). + + +[picture:876:n_azimut_elevation:Azimut und Elevation im Raum] + + + +Der Begriff *Azimut* stammt von arabisch *as-sumūt*, ("die Wege") ab. *Elevation* leitet sich vom lateinischen elevare ("erheben") ab. + + +[question:BE413] +[question:BE414] + +Im Amateurfunkdienst über Satelliten gilt eine Ausnahme von der Pflicht, nur offene Sprache zu verwenden. Es ist erlaubt, Steuersignale zwischen Bodenstationen und Amateurfunksatelliten zum Zwecke der Verschleierung zu verschlüsseln. Das heißt, dass hierfür ausnahmsweise Verschlüsselungsverfahren genutzt werden dürfen, die verhindern, dass der Inhalt der Steuersignale von Dritten mitgelesen werden kann. Dies dient der Sicherheit der Satelliten vor Steuerkommandos von Unbefugten. + +[question:VA303] + +Im deutschen Recht - nicht aber international - gilt diese Regelung auch für die Steuersignale an automatische und fernbediente Stationen sowie Remote-Stationen. + +[question:VD104] diff --git a/contents/sections/scatter.md b/contents/sections/scatter.md new file mode 100644 index 0000000..fd994e1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/scatter.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Der Begriff *Scatter* wird zusammenfassend für verschiedene besondere Formen der Reflexion und Streuung eines Funksignals benutzt, durch die größere Entfernungen überbrückt werden können. + +Bei *Regenscatter* (*Rainscatter*) werden Wellen an Regentropfen gestreut (wer nachlesen möchte: physikalisch ist das eine Rayleigh-Streuung). Weil hier die Tropfengröße zur Wellenlänge passen muss, erzielt man damit im 6- und 3-cm-Band (bei 5,7 und 10 GHz) die besten Ergebnisse. Gestreut wird dabei in alle Richtungen, d.h. man richtet die Antenne üblichweise auf die Regenwolke aus und nicht auf den Standort der Gegenstation. CW und SSB Signale haben dabei häufig einen rauen Ton, ähnlich der Ausbreitung über Aurora. + +[question:AH311] + +Auf der Kurzwelle kann der Bereich in der Ionosphäre, der die Raumwelle zur Erde hin bricht, sehr dynamisch sein, vor allem während der Dämmerung. Dadurch können Teile des Signals auch zur Seite und sogar zurück Richtung Sender gestreut werden. Das bezeichnet man als *Backscatter*. Solche Signale haben typischerweise eine sehr stark und schnell schwankende Signalstärke (*Flatterfading*). + +[question:AH223] + +--- + +%TODO: Bild besorgen, bzw. Anekdote von COVID Lockdown + +Schließlich kann man sich auf VHF, UHF und SHF noch von ganz anderer Seite Hilfe holen, um über den Horizont hinaus zu senden, nämlich per *Aircraft-Scatter*: Hier dienen Flugzeuge als kurzzeitige Reflektoren, wenn sie sich auf oder in der Nähe der Verbindungslinie zwischen Sender und Empfänger befinden. Durch die schnelle Bewegung des Flugzeugs sind solche Verbindungsmöglichkeiten recht kurz, so dass eine schnelle QSO-Abwicklung gefragt ist. + + +Spitzfindigkeit: Obwohl *Aircraft-Scatter* als "Scatter" bezeichnet, ist das physikalisch übrigens keine Streuung, sondern eine Reflexion. + + +[question:AH310] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/schaltnetzteil_1.md b/contents/sections/schaltnetzteil_1.md new file mode 100644 index 0000000..95c175d --- /dev/null +++ b/contents/sections/schaltnetzteil_1.md @@ -0,0 +1,21 @@ +Ein Schaltnetzteil (engl. switched-mode power supply) eine Wechselspannung in eine stabilisierte Gleichspannung um, indem es die Eingangsspannung gleichrichtet und danach sehr schnell ein- und ausschaltet, diese so effizient auf die gewünschte Spannung transformiert und anschließend glättet. Wie das im Detail funktioniert werden wir uns in der Klasse A genauer anschauen. + + +[photo:308:e_Ferritkerntrafo im Schaltnetzteils:Innenansicht eines Schaltnetzteils für 13,8 V und 35 A mit einem kleinen Ferritkernübertrager zwischen den beiden Kühlkörpern, Gewicht 2 kg] + + +Das Schaltnetzteil mehrere positive Eigenschaften gegen über einem linear geregeltem Netzteil: + +* Hoher Wirkungsgrad auch bei kleinen Nennspannungen und wechselnden Lasten +* Geringes Gewicht und Volumen, da durch die hohe Frequenz kleinere Transformatoren und sekundäre Siebkondensatoren verwendet werden +* Gute Regelbarkeit +* Geringeres Gewicht, kleinere Kühlkörper und dadurch weniger Platzbedarf im Vergleich zu einem linear geregelten Netzteil (siehe Abschnitt: Spannungsstabilisierung) + +[question:ED302] + +Aber durch die hohen Frequenzen ergeben sich auch negative Eigenschaften: + +* Hochfrequente Störungen, durch den Schaltbetrieb mit hohen Frequenzen sind Maßnahmen zur Verbesserung der EMV notwendig +* Komplexe Schaltung, mehr Bauelemente notwendig, höhere Ausfallwahrscheinlichkeit + +[question:ED303] diff --git a/contents/sections/schaltnetzteil_2.md b/contents/sections/schaltnetzteil_2.md new file mode 100644 index 0000000..a6ae332 --- /dev/null +++ b/contents/sections/schaltnetzteil_2.md @@ -0,0 +1,48 @@ +Das Schaltnetzteil wurde in Klasse N und E schon einführend erklärt. Nun betrachten wir das vereinfachte Blockschaltbild genauer. + +[picture:35:a_schaltnetzteil:Prinzipschaltbild Schaltnetzteil] + + +% AUS KLASSE E: +% Die Wechselspannung wird zuerst gleichgerichtet und dann mit einem elektronischen Schalter mit hoher Schatfrequenz (z.B. 120 kHz) zerhackt. Die höherfrequente Wechselspannung lässt sich nun mit einem kleinen Ferritkernübertrager ohne große Verluste auf einen anderen Spannungswert übertragen. Danach erfolgt wieder eine Gleichrichtung und Stabilisierung der Gleichspannung. Die Gleichspannungsstabilisierung erfolgt über einen Regelkreis von der Sekundärseite des Trafos auf die Primärseite, wobei die Schaltzeit des Schalttransistors verändert wird. Die Schaltfrequenz bleibt dabei konstant. Diese Regelung nennt man auch Pulsbreitenmodulation (PWM). Da der Schalttransistor entweder gesperrt oder sehr niederohmig leitend betrieben wird, gibt es an ihm kaum Wärmeverluste. + + +[photo:264:a_Innenansicht eines schaltnetzteils:Innenansicht eines Schaltnetzteils] + +Der wichtige elektronische Schalter im Block E dient auch zur Regelung auf eine konstante Ausgangsspannung. +Da es keine Zustände zwischen leitendem und gesperrtem Transistor gibt, muss es eine andere Möglichkeit zur Regelung geben. Der Energietransport von der Eingangsseite auf die Lastseite kann durch die Schaltzeit variiert werden. Ist der Schalter länger geschlossen, dann wird mehr Energie zur Lastseite transportiert und die Ausgangsspannung steigt an. Um dies festzustellen, ist eine Rückmeldung der Ausgangsspannung an den Steuerblock des elektronischen Schalters erforderlich. Diese Rückführung fehlt im dargestellten, vereinfachten Schaltbild. Die Regelung der Ausgangsspannung geschieht nun über den sogenannten Impulsbreitenmodulator. Dies bedeutet, dass der leitende Zustand des Schalters verändert wird, die Schaltfrequenz bleibt dabei konstant. + +[question:AD311] + +Wichtig ist auch die galvanische Trennung der Eingangs- und Ausgangsseite, um Netzspannungspotentiale vom Ausgang fernzuhalten. Diese Netztrennung geschieht durch den Übertrager mit Ferritkern. +Siehe Abbildung [ref:a_Innenansicht eines schaltnetzteils]. +Die Veränderung der Schaltzeit bewirkt zusätzliche Störsignale, die unbedingt von der Netzspannungsseite ferngehalten werden müssen, damit sie sich nicht über das Stromnetz ausbreiten und andere elektronische Geräte stören. Das Stromnetz wirkt auch wie eine Antenne und kann deshalb Störsignale als elektromagnetische Welle abstrahlen. Wird der elektronische Schalter mit einer Schaltfrequenz von 30 kHz betrieben, dann ergibt sich ein Störspektrum, in dem alle 30 kHz ein Störsignal erscheint. + +[question:AD312] +--- + + +In jedem Schaltnetzteil muss ein hochwertiges Tiefpassfilter auf der Seite des Anschlusses zum 230V Wechselspannungsnetzes eingebaut sein. Der typische Aufbau des Filters ist hier zu sehen. +[picture:367:a-schaltnetzteilfilter:Filter am 230V Eingang eines Schaltnetzteils] +Vergleiche auch die Filter in Abbildung [ref:a_EMV Filter1] und [ref:a_EMV Filter2] +*Merke:* Der PE-Leiter darf nicht mit dem L1-Leiter oder dem N-Leiter verbunden sein. +Die Drossel T darf keine Transformatorfunktion für die Netzwechselspannung bewirken. + +[question:AD314] +[question:AD313] +Bei ungenügend entstörten Schaltnetzteilen beinträchtigt das Störspektrum den Funkempfang. + +[photo:277:a_störspektrum:Störspektrum eines Schaltnetzteils] +Das Störspektrum wurde direkt oberhalb des Schaltnetzteilgehäuses empfangen. In 1m Entfernung ist das Störspektrum kaum messbar. + +%todo: Audioton einer Schaltnetzteilstörung + + +EMV Filter = Funkentstörfilter gegen leitungsgebundene Störungen +[photo:242:a_EMV Filter1: Funkentstörfilter Filter für ein Schaltnetzteil] +[photo:243:a_EMV Filter2: Filter direkt am 230 V AC Spannungseingang] + + + + Es gibt ein Experiment zur Erkundung unterschiedlicher Störquellen. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/schutzerdung_1.md b/contents/sections/schutzerdung_1.md new file mode 100644 index 0000000..7fbc175 --- /dev/null +++ b/contents/sections/schutzerdung_1.md @@ -0,0 +1,5 @@ +Alle elektrisch leitfähigen Gegenstände in unserer Station können unerwünschte Potentiale aus eigenen oder fremden Quellen aufweisen. Das kann viele Ursachen haben z.B. durch elektrostatische Aufladung, durch einen Blitz oder durch einen Fehler einer beliebigen elektrischen Anlage, der sich auf unsere Umgebung auswirkt. + +Indem man alle elektrische leitende Teile miteinander verbindet, werden mögliche Potentialunterschiede ausgeglichen. Bei Koaxialkabel ist der Schutz recht einfach zu realisieren. Man verbindet die Schirme aller Koaxialkabel miteinander und schließt sie zusätzlich an die Haupterdungsschiene an. + +[question:EK208] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/schutzerdung_2.md b/contents/sections/schutzerdung_2.md new file mode 100644 index 0000000..74e166a --- /dev/null +++ b/contents/sections/schutzerdung_2.md @@ -0,0 +1,20 @@ +In jedem Haushalt, bei jeder Amateurfunkstation gibt es eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Gegenständen. Das können Erdleitungen, Wasserleitungen, Heizungsrohre, Koaxialkabel, Metallgehäuse etc. sein. Durch Defekte bei elektrischen Anlagen, Fehler bei Arbeiten an einer Elektroinstallation, elektrostatische Aufladungen, Blitzschlag usw. können die Leiter überraschend Potentiale führen. Zwischen den verschieden Leiter führt das zu Potentialdifferenzen. Bei Berührung ist man möglicherweise gefährlichen Spannungen ausgesetzt. +Abhilfe ist möglich, indem man alle leitfähigen Teile in einem Raum oder Bereich miteinander verbindet. So schafft man einen Potentialausgleich und **schützt Personen** vor einem elektrischen Schlag. Die Verbindungen müssen **niederohmig** sein um Potentialunterschiede sicher zu vermeiden. + +[question:AK202] + +Wir erden die Geräte unserer Station um fremde Potentiale sicher abzuleiten. Trotzdem sind unangenehme Überraschungen möglich. Hochfrequenz sucht sich immer wieder eigene Wege, wenn die Möglichkeit besteht. + +Wird das Sendergehäuse mit einer separaten Leitung mit der Potentialausgleichsschiene im Keller verbunden, kann die Leitungslänge bei einigen Amateurfunkbänder λ/4 der ausgesendeten Wellenlänge oder ein ungerades Vielfaches davon sein. Die Erdungsleitung ist damit in Resonanz mit der Sendefrequenz. + +Da das Ende der Leitung geerdet ist, kann sich dort kein Spannungsbauch bilden. Er baut sich deshalb am Anfang auf, also dort wo die Erdungsleitung an den Sender angeschlossen ist. Darum liegt an dem Gehäuse eine hohe Spannung an, abhängig von der Sendeleistung. Bei einer Berührung erleidet man einen elektrischen Schlag oder Verbrennungen. + +Die Funkamateure sagen, das Gehäuse ist „heiß“. Man schreckt zurück, so wie man zurück schreckt, wenn man eine heiße Herdplatte anfasst. + +--- + +[question:AK203] + + +Was tut man, wenn eine separate Erdungsleitung in Resonanz mit der Sendefrequenz ist? Man kann die Leitungslänge so ändern, dass keine Resonanz mit einem der Amateurfunkbänder auftritt. Ggf. muss eine vorhandene Erdungsleitung verlängert werden. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/schwingkreis_1.md b/contents/sections/schwingkreis_1.md new file mode 100644 index 0000000..4e27a7b --- /dev/null +++ b/contents/sections/schwingkreis_1.md @@ -0,0 +1,191 @@ + +[picture:1019:e_frequenzabhängiger_widerstand:Frequenzabhängikeit von Kondensator und Spule im Vergleich zu einem klassischen Widerstand] +[picture:1020:e_herleitung_tiefpass:Herleitung der Tiefpassschaltung ausgehend von einem Spannungsteiler] + + +In den Kapiteln zu Kondensatoren und Spulen haben wir bereits gelernt, dass beide Bauelemente einen frequenzabhängigen Widerstand besitzen. Abbildung [ref:e_frequenzabhängiger_widerstand] zeigt qualitativ, dass der Widerstand eines ohmschen Widerstands unabhängig von der Frequenz ist, während der Widerstand eines Kondensators mit steigender Frequenz hyperbolisch abnimmt und der Widerstand einer Spule mit steigender Frequenz linear zunimmt. + +Aus diesen Bauelementen lassen sich sogenannte passive Frequenzfilter aufbauen, die wir uns nun genauer ansehen. Im ersten Teil dieses Kapitels beschäftigen wir uns mit einfachen Filtern, nämlich Hoch- und Tiefpässen. Mit diesen Filtern lassen sich unerwünschte Frequenzbereiche ober- oder unterhalb einer Grenzfrequenz unterdrücken. Im zweiten Teil widmen wir uns anschließend komplexeren Filtern, wie zum Beispiel Bandpässen. + +Wir beginnen mit der Herleitung eines Tiefpasses als sogennantes *RC-Glied*. Ausgangspunkt ist im Schritt (1) die Schaltung eines Spannungsteilers, wie sie in Abbildung [ref:e_herleitung_tiefpass] dargestellt ist und die wir bereits kennengelernt haben. Wir erinnern uns daran, dass für einen Spannungsteiler folgendes gilt: + +$ \frac{U_1}{U_2} = \frac{R_1}{R_2} $. + +Das bedeutet beispielsweise: Ist der Widerstand $R_2$ doppelt so groß wie der Widerstand $R_1$, dann ist auch die Spannung $U_2$ doppelt so groß wie die Spannung $U_1$. + +In Schritt (2) ersetzen wir den Widerstand $R_2$ durch den Kondensator $C_1$. Anschließend zeichnen wir die Schaltung in Schritt (3) noch etwas um, sodass wir die übliche Darstellung eines Tiefpasses erhalten. + +--- + +Wir halten fest: Ein Tiefpass ist zunächst nichts anderes als ein Spannungsteiler. Deshalb können wir ihn im Folgenden auch genau so betrachten. In Abbildung [ref:e_wiederstaende_tiefpass] sind die Widerstandsverläufe in Abhängigkeit von der Frequenz nochmals dargestellt. Betrachten wir zunächst tiefe Frequenzen: In diesem Fall ist der Widerstand des Kondensators groß, sodass am Ausgang eine hohe Spannung anliegt. Steigt die Frequenz, wird der Widerstand des Kondensators zunehmend kleiner, und gemäß dem Prinzip des Spannungsteilers nimmt auch die Ausgangsspannung ab. + +Auf diese Weise ergibt sich der Spannungsverlauf, wie er in Abbildung [ref:e_tiefpass_frequenzgang] gezeigt ist. Damit ist auch die Kernidee des Tiefpasses erklärt: Hohe Frequenzen werden stark gedämpft, während tiefe Frequenzen das Filter weitgehend ungehindert passieren. Ein Anwendungsbeispiel für einen Tiefpass ist die Verwendung hinter Sendeverstärkern, um die durch Verzerrungen auftretenden Oberwellen herauszufiltern. + + +[picture:1021:e_wiederstaende_tiefpass:Qualitatives Widerstandsverhalten im Tiefpass-Spannungsteiler] +[picture:1024:e_tiefpass_frequenzgang:Qualitativer Spannungsverlauf $U_A$ am Tiefpass] + + +[question:ED208] +[question:ED201] + + +Die *Grenzfrequenz* ($f_g$) eines Tiefpasses ist die Frequenz, bei der das Ausgangssignal gerade beginnt, merklich abgeschwächt zu werden. Sie markiert also den Übergang zwischen dem Frequenzbereich, der vom Filter weitgehend ungehindert durchgelassen wird, und dem Bereich, in dem die Dämpfung deutlich zunimmt. Formal ist die Grenzfrequenz so definiert, dass bei ihr die Ausgangsleistung auf die Hälfte der Eingangsleistung abgefallen ist (-3 dB). Da die Leistung proportional zum Quadrat der Spannung ist, entspricht dies einer Abnahme der Ausgangsspannung auf etwa 70 % ihres ursprünglichen Wertes ($\frac{1}{\sqrt{2}}$). In der Praxis erkennt man die Grenzfrequenz daher oft an dem Punkt, an dem die Ausgangsspannung deutlich kleiner wird und der Frequenzgang „abzuknicken“ beginnt. Unterhalb der Grenzfrequenz werden tiefe Frequenzen nahezu unverändert übertragen, oberhalb der Grenzfrequenz werden höhere Frequenzen zunehmend gedämpft. + + +--- + +Bei einem Hochpass hingegen werden die tiefen Frequenzen stark gedämpft, während die hohen Frequenzen dieses Filter kaum gedämpft passieren. Dies erreicht man, in dem man Kondensator und Widerstand tauscht wie in Abbildung [ref:e_wiederstaende_hochpass] dargestellt. Der Frequenzgang eines Hochpasses ist qualitativ in [ref:e_hochpass_frequenzgang] gezeigt. Ein Anwendungsbeispiel für einen Hochpass ist die Verwendung in einer Antennenweiche, um z.B. den Kurzwellenbereich vor einem UKW-Empfänger wegzufiltern, um Störungen durch Kurzwellenbetrieb zu vermeiden. + + +[picture:1025:e_wiederstaende_hochpass:Qualitatives Widerstandsverhalten im Hochpass-Spannungsteiler] +[picture:1022:e_hochpass_frequenzgang:Qualitativer Spannungsverlauf $U_A$ am Hochpass] + + +[question:ED211] +[question:ED202] + +--- + +Einfache RC-Glieder haben den Nachteil, dass ihre Flanken im Grenzbereich eher flach verlaufen. Dazu wird die kleinste Impedanz eines RC-Tiefpasses durch den Widerstand $R$ bestimmt. Der Widerstand $R$ lässt sich jedoch durch eine Spule ersetzen, die sich im Frequenzverhalten einem Kondensator entgegengesetzt verhält. Es liegt daher nahe, Spulen und Kondensatoren zu Hoch- und Tiefpässen zu kombinieren. +Bei *hohen Frequenzen ist der Spulenwiderstand hoch*, der Kondensatorwiderstand dagegen klein. +Bei *niedrigen Frequenzen ist der Spulenwiderstand niedrig*, der Kondensatorwiderstand dagegen groß. +Je nachdem, über welches Bauteil die Ausgangsspannung gemessen wird, erhält man einen Hoch- oder einen Tiefpass. Merkt man sich, dass der Spulenwiderstand $X_L$ bei hoher Frequenz ebenfalls hoch ist, lässt sich eine Schaltung schnell als Hoch- oder Tiefpass identifizieren, wenn man sich anschaut, über welches Bauteil die Ausgangsspannung gemessen wird. + + +Auch bei Schaltungen mit Kondensator und Spule gilt folgende einfache Regel: Handelt es sich im oberen Zweig des Spannungsteilers um ein aufrechtes *H* – wie in *H*ochpass, so liegt ein Hochpass vor. Befindet sich im oberen Zweig hingegen ein Widerstand oder eine Spule, handelt es sich um einen Tiefpass. +[picture:1023:e_hochpass_tipp:Tipp zum Merken] + + +[question:ED209] +[question:ED212] + +--- + +In den folgenden Fragen geht es um eine praktische Anwendung unserer Filter. Natürlich können auch mehrere frequenzabhängige Bauteile in einer Schaltung verwendet werden, so dass der Übergang im Bereich der Grenzfrequenz steilflankiger wird. Welche Schaltung in den Folgenden zwei Fragen verwendet werden, solltest Du mit dem genannten Tipp nun leicht erkennen. + +[question:ED210] +[question:ED213] + +Ein weiteres Praxisbeispiel für eine Verkettung von Spulen und Kondensatoren als Filter, ist der am Rand erklärte Diplexer. + + +*Praxisbeispiel Diplexer:* Passive Hoch- und Tiefpässe werden auch in Frequenzweichen verwendet. Im untenstehenden Beispiel ist eine Schaltung für einen sog. Diplexer für 2m und 70cm zu sehen. Dieser kann verwendet werden, um z.B. ein 2m- und ein 70cm-Funkgerät an einer gemeinsamen Duoband-Antenne zu verwenden. Umgekehrt könnte man auch getrennte Antennen für 2m und 70cm an einem UKW-Duoband-Gerät verwenden, um z.B. für 2m-Direktfunk einen Rundstrahler und für 70cm-Relaisfunk eine Richtantenne zu verwenden. +Vor dem 2m-Ausgang ist ein Tiefpass, vor dem 70cm-Ausgang ein Hochpass zu sehen - jeweils aus 5 frequenzabhängigen Bauteilen kombiniert. +[picture:939:e_circuit_diplexer:Schaltbild 2m-/70cm-Diplexer] +[photo:171:e_example_diplexer:Aufbaubeispiel] + + + +[photo:320:e_tiefpass_selbstbau:Selbstgebautes Tiefpassfilter] +Die oben genannten Filter lassen sich natürlich wunderbar für alle Frequenzbereiche selbst berechnen und bauen. In der Formelsammlung finden sich die benötigten Formeln, wobei es natürlich auch viele Bauvorschläge und Berechnungsprogramme gibt. Die benötigten Spulen lassen sich dazu oft leicht selbst herstellen. Hierfür reicht bei kleinen Spulenwerten ein kleiner Vorrat an 0.8mm-Kupferlackdraht für stabile Luftspulen aus. Bei großen Spulenwerten z.B. für die Kurzwellenbereiche kommt man mit 0.2mm-Kupferlackdraht und Kernmaterial mit entsprechenden AL-Werten aus, um sich jederzeit die richtigen Werte selbst herstellen zu können. Die benötigten Größen, Wicklungen usw. bekommt man über Formelsammlung, Bauvorschläge oder Berechnungsprogramme ebenfalls meist leicht heraus. + + +--- + +Nun haben wir einfache RC- und LC-Glieder als Hoch- und Tiefpassfilter kennengelernt. Aus Kondensatoren und Spulen lassen sich jedoch noch weitere Filtertypen realisieren, die über reine Hoch- und Tiefpässe hinausgehen. Diese wollen wir uns nun im zweiten Teil genauer ansehen, nämlich die sogenannten *Schwingkreise*. + + +[picture:1026:e_rp_schwinkreis:(a) Reihen- (b) Parallelschwinkreis] + + +Mithilfe von Schwingkreisen lassen sich Spule und Kondensator – je nach gewünschter Filterwirkung – so anordnen, dass bei einer bestimmten Frequenz ein besonders hoher oder besonders niedriger Widerstand auftritt. Dadurch werden Frequenzen oberhalb oder unterhalb dieser Frequenz gezielt gedämpft oder durchgelassen. + +Die Anordnung von Spule und Kondensator kann dabei entweder in Serie oder parallel erfolgen. Man unterscheidet entsprechend Reihenschwingkreise (a) und Parallelschwingkreise (b), wie in Abbildung [ref:e_rp_schwinkreis] dargestellt. + +--- + +Schaltet man Spule und Kondensator parallel und gibt zum Beispiel einen Rechteckimpuls auf diese Anordnung, gerät diese in Schwingung. Der aufgeladene Kondensator hat nun Energie im elektrischen Feld gespeichert, welches sich jedoch über die Spule abbaut. Durch den Stromfluss durch die Spule baut sich ein magnetisches Feld in ihr auf, was dem Stromfluss erst noch einen Widerstand entgegensetzt. Sobald das Magnetfeld jedoch aufgebaut ist, entlädt sich der Kondensator vollständig. Die Energie ist nun im Magnetfeld der Spule gespeichert. Da der Kondensator sich aber nicht weiter entladen und keinen Stromfluss aufrechterhalten kann, kann das Magnetfeld nicht aufrechterhalten werden. Das Magnetfeld der Spule entlädt sich und erzeugt eine Spannung in umgekehrter Richtung. Diese Spannung lädt den Kondensator nun in umgehrter Richtung auf, bis das Magnetfeld in der Spule abgebaut ist und dem elektrischen Feld im Kondensator keinen Widerstand mehr entgegensetzen kann. Der Vorgang beginnt anschließend erneut. + + +[include:applet_schwingkreis] + + +--- + +Aus diesem Grund spricht man von einem Schwingkreis. Die Frequenz, mit der dieser Schwingkreis schwingt, bezeichnet man als Resonanzfrequenz ($f_o$). Sie ist vergleichbar mit der Resonanzfrequenz einer Stimmgabel, die durch einen Stoß in Schwingung versetzt wird. Im Resonanzfall sind die Widerstände von Spule $X_L$ und Kondensator $X_C$ gleich groß. Solche Schwingkreise lassen sich zum einen zur Erzeugung von Schwingungen verwenden, was wir im Kapitel Oszillatoren noch genauer betrachten werden. Zum anderen können sie auch als Filter eingesetzt werden – und genau das ist das Thema dieses Kapitels. + + +[picture:1037:e_rsk_frequenzgang:Qualitativer Frequenzgang eines Reihenschwinkreises] + + +--- + +Bei einem *Serienschwingkreis* bzw. *Reihenschwingkreis* wie in Abbildung [ref:e_rp_schwinkreis]a ist im Resonanzfall der Gesamtwiderstand am geringsten. Abbildung [ref:e_rsk_frequenzgang] zeigt den Frequenzgang. Bei Frequenzen über der Resonanzfrequenz wird der Spulenwiderstand größer, so dass auch der Gesamtwiderstand des Serienschwingkreises ansteigt. Das Gleiche passiert auch bei Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz, wobei hier jedoch der Kondensatorwiderstand groß ist. Bei Serienschwingkreisen ist daher der Widerstand bei der Resonanzfrequenz am geringsten. Durch die Serienschaltung bestimmt bei Frequenzen abseits der Resonanzfrequenz das Bauteil mit dem größten Widerstand die Schwingkreisimpedanz. + + +Der Betragsfrequenzgang eines Serienschwinkreises aus einem Widerstand, einer Spule und einem Kondensator berechnet sich nach folgender Formel: + +$Z = \sqrt{R^2+\left(X_L - X_C\right)^2}$ + +Im Resonanzfall wenn $X_C$ = $X_L$ gilt bleibt nur der Widerstand $R$ übrig. Im Idealen Fall, wenn der Widerstand $R=0$ ist ist der Widerstand sogar null. Wenn wir die Werte für $X_L$ und $X_C$ einsetzen erhalten wir: + +$Z = \sqrt{R^2+\left(2\pi f \cdot L~-~\frac{1}{2\pi f \cdot C} \right)^2}$ + +In der Formel kann man den Frequenzgang aus Abbildung [ref:e_rsk_frequenzgang] sehr schön sehen: Wenn man die Frequenz gegen 0 gehen lässt, dann fällt der Anteil der Spule weg und nur der Kondensator wirkt. Lässt man die Frequenz hingegen gegen unendlich gehen, dann wirkt nur die Spule und der Anteil des Kondensators verschwindet. + +Man kann die Resonanzfrequenz sogar berechnen. Wenn $X_L$ = $X_C$ gilt kann man die Formel nach $f$ auflösen: + +$2\pi f \cdot L = \frac{1}{2\pi f \cdot C}$ + +So ergibt sich die Formel: + +$ f_0 = \frac{1}{2\pi \sqrt{L\cdot C}} $ + +Die genaue Herleitung der Formeln kann man z. B. auf [Wikipedia](50ohm.de/schwk) nachlesen. Es sollte an dieser Stelle erwähnt werden, dass alle Frequenzgänge qualitativ aufgezeichnet sind und in der Realität ggf. etwas anders aussehen. + + +[question:ED206] +[question:ED207] + +--- + +Setzt man Kondensator und Spule zu einem *Parallelschwingkreis*, wie in Abbildung [ref:e_rp_schwinkreis]b zusammen, verhält es sich dagegen genau andersherum: Der Widerstand *Z* ist bei der Resonanzfrequenz der sehr hoch, vgl. Abbildung [ref:e_psk_frequenzgang]. Bei Frequenzen über der Resonanzfrequenz hat der Kondensator jedoch einen niedrigen Widerstand, so dass der Widerstand dieses Schwingkreises abnimmt. Bei Frequenzen unter der Resonanzfrequenz hat dagegen die Spule einen niedrigen Widerstand, so dass auch bei niedrigeren Frequenzen der Widerstand des Schwingkreises abnimmt. +Bei Parallelschwingkreisen ist daher der Widerstand bei der Resonanzfrequenz am höchsten. Bei Frequenzen abseits der Resonanzfrequenz bestimmt das Bauteil mit dem geringeren Widerstand die Impedanz des Parallelschwingkreises. + + +[picture:1036:e_psk_frequenzgang:Qualitativer Frequenzgang eines Parallelschingkreises] + + +[question:ED205] + +% TODO //// + +Je nachdem, wie Parallel- und Serienschwingkreise im Signalweg eingesetzt werden, lassen sich nun Frequenzbereiche entweder bedämpfen oder herausfiltern. Hierzu wollen wir wieder unseren Spannungsteileransatz nutzen. + +--- + +Beginnen wir zunächst mit den Schaltungen für *Bandsperren*. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, diese als Spannungsteiler aufzubauen: erstens den *Saugkreis* (vgl. Abbildung [ref:e_saugkreis]) und zweitens den *Sperrkreis* (vgl. Abbildung [ref:e_sperrkreis]). In den Abbildungen sind jeweils der frequenzabhängige Widerstand sowie die Ausgangsspannung dargestellt. Mithilfe unserer bekannten Regeln zum Spannungsteiler lassen sich diese Zusammenhänge ganz analog zu den zuvor behandelten RC-Gliedern herleiten und verstehen. Weil die Parallelschwingkreise in Resonanz einen hohen Widerstand haben, lassen sich diese gut als Sperrkreis seriell im Signalweg verwenden. Oder man verwendet den geringen Resonanzwiderstand eines Serienschwingkreises parallel zum Signalweg als Saugkreis. Oft wird aber auch hier beides in Kombination verwendet. +[question:ED204]. Eine Anwendung für Bandsperren ist z.B. die Unterdrückung einzelner Bandbereiche, zum Beispiel wenn ein naheliegender UKW-Radiosender den Empfang stört. + +[question:ED215] + + +[picture:1038:e_saugkreis:Qualitative Frequenzgänge eines Saugkreises] +[picture:1040:e_sperrkreis:Qualitative Frequenzgänge eines Sperrkreises] + + +--- + +Die zweite Kategorie an Schaltungen die man aus Schwinkreisen entwickeln kann sind *Bandpässe*. Hier gibt es auch wieder zwei Möglichkeiten diese als Spannungsteiler aufzubauen: erstens den *Leitkreis* (vgl. Abbildung [ref:e_leitkreis]) und zweitens den *Bandpass* (vgl. Abbildung [ref:e_bandpass]). Auch hier erfolgt die Herleitung wie gewohnt über das Verhalten eines Spannungsteilers. Für einen Bandpass setzt man Parallelschwingkreise parallel zum Signalweg, da diese für Frequenzen abseits der Resonanz einen geringen Widerstand haben und diese sozusagen "kurzschließen". Ein Serienschwingkreis seriell im Signalweg sorgt für eine zusätzliche Dämpfung abseits der Resonanz, während dieser bei der gewünschten Frequenz einen geringen Widerstand hat. + +[question:ED214] +[question:ED204] +[question:ED203] + + + +[picture:1039:e_leitkreis:Qualitative Frequenzgänge eines Leitkreises] +[picture:1042:e_bandpass:Qualitative Frequenzgänge eines Bandpasses] + + +Ein naheliegendes Anwendungsbeispiel für Bandpässe ist ihr Einsatz in Empfängern, bei denen eine Vorfilterung bestimmter Frequenzbänder erforderlich ist. In diesem Fall wird ein Filter verwendet, das nur ein gewünschtes Frequenzband passieren lässt, während alle anderen Frequenzen gedämpft werden. Solche Bandpässe finden sich daher in nahezu jedem Empfänger, oft sogar separat für jedes einzelne Kurzwellenband. Für entsprechend hohe Leistungen ausgelegt, werden Bandpässe auch im Sendebetrieb eingesetzt, etwa bei gemeinsamen Contesten oder Fielddays, um gegenseitige Störungen zwischen benachbarten Stationen zu minimieren. + +Um Bandpässe und Bandsperren zu bauen, können also sowohl Serien- als auch Parallelschwingkreise verwendet werden. Entscheidend ist, dabei zu beachten, wie sich die jeweiligen Schwingkreise im Resonanzfall verhalten. Entsprechend ihres Verhaltens können diese seriell im oder parallel am Signalweg angebracht sein - ggf. sogar mehrfach miteinander kombiniert. + +In Filtern lassen sich als Kondensatoren nur bestimmte, geeignete Typen verwenden. +Elektrolytkondensatoren eignen sich für HF-Schaltungen zum Beispiel nicht, da ihre Kapazität zum einen stark frequenzabhängig ist, zum anderen weil sie bei hohen Frequenzen einen hohen Innenwiderstand haben. Folienkondensatoren eignen sich dagegen nicht, weil diese durch ihre Wicklungen (Eigeninduktivität) besonders ab dem Kurzwellenbereich stark frequenzabhängig sind und eine schlechte Güte haben. +Keramikkondensatoren haben dagegen nur kleine Verluste und die Kapazität ist nur wenig frequenz- und temperaturabhängig. Zudem sind diese auch für große Spannungen leicht zu beschaffen. +Geeignet sind auch Kondensatoren aus Platten und Luft als Isolator, die man am ehesten als Drehkondensatoren antrifft. Für hohe Spannungen werden Drehkondensatoren in Antennentunern ebenfalls eingesetzt. + +[question:ED216] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/schwingkreis_2.md b/contents/sections/schwingkreis_2.md new file mode 100644 index 0000000..253fbb7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/schwingkreis_2.md @@ -0,0 +1,261 @@ +Bei Hoch- und Tiefpässen haben bei der Grenzfrequenz der reelle Widerstand und das frequenzabhängige Bauteil den gleichen Widerstandswert. So gilt bei RC-Gliedern: $R=X_C$ und bei RL-Gliedern $R=X_L$. Diese Eigenschaft kann man nutzen, um aus dem Widerstand *R* und angegebener Spule *L* oder Kondensator *C* die Grenzfrequenz zu berechnen. Zur Berechnung der Grenzfrequenz eines RC-Gliedes werden zwei Formeln aus der Formelsammlung benötigt: +Kreisfrequenz: $\omega = 2 \cdot \pi \cdot f$ +Kapazitiver Blindwiderstand: $\displaystyle X_C = { 1 \over {\omega \cdot C}}$ +Fügen wir diese zusammen, indem wir $\omega$ einsetzen, erhalten wir daraus: $\displaystyle X_C = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot f \cdot C}}$ +Diese stellen wir nun nach $f$ um, indem wir beide Seiten durch $X_C$ teilen und mit $f$ multiplizieren: +$\displaystyle { {X_C \cdot f} \over X_C } = { f \over {2 \cdot \pi \cdot f \cdot C \cdot X_C}}$ +$\displaystyle {X_C \over X_C}$ sowie $\displaystyle {f \over f}$ kürzen sich, und wir erhalten somit die fertig umgestellte Formel: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot C \cdot X_C}}$ +Bei der Grenzfrequenz ist $X_C$ genauso groß wie $R$. +Somit kann man für $X_C$ den gegebenen Widerstandswert $R$ einsetzen und für $C$ den gegebenen Kondensatorwert einsetzen. + +Hierdurch ergibt sich folgende Formel für die Berechnung der Grenzfrequenz von RC-Gliedern: + +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot R \cdot C}}$ + +Dabei sollte man natürlich auch die richtigen Zehnerpotenzen (Einheiten) verwenden. Diese sind in der Formelsammlung ganz oben auf der ersten Seite zu finden. + +--- + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir unsere umgestellte Formel ein: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot R \cdot C}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot 4,7 \cdot 10^{3}Ω \cdot 2,2 \cdot 10^{-9}\text{ F} }}$ +$=15395 \text{ Hz}=15,4 \cdot 10^3 \text{ Hz} = 15,4 \text{ kHz}$ + +[question:AD201] + +--- + +*Lösungshinweis* +Hier wieder: $\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot R \cdot C}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot 10 \cdot 10^{3}Ω \cdot 47 \cdot 10^{-9}\text{ F} }}$ +$= 339 \text{ Hz}$ + +[question:AD202] + +--- + +*Lösungshinweis* +Auch hier wieder: $\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot R \cdot C}}$ +Aber Vorsicht: Welche Werte müssen hier denn überhaupt berücksichtigt werden? +Schauen wir uns $C_2$ näher an, sehen wir, dass dieser nicht Teil des Tiefpasses ist, sondern nur zur Abblockung von Störungen in der Versorgungsspannung der Schaltung dient. Daher darf $C_2$ hier auch nicht berücksichtigt werden. +Die hohe Grenzfrequenz und sehr hohe Eingangsimpedanz des Audioverstärkers sind zu vernachlässigen und müssen ebenfalls nicht berücksichtigt werden. Als Werte setzen wir daher nur $R_1 = 4,7 kΩ$ und $C_1 = 6,8 \text{nF}$ ein. +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot 4,7 \cdot 10^{3}Ω \cdot 6,8 \cdot 10^{-9}\text{ F} }}$ +$= 4979\text{ Hz}$ + +[question:AD203] + +**Resonanzfrequenz** +Schaltet man eine Spule und einen Kondensator entweder seriell oder parallel, entsteht ein Schwingkreis. Wir erinnern uns: Bei hohen Frequenzen hat die Spule einen hohen Widerstand. Beim Kondensator verhält es sich sich genau umgekehrt, so dass eine niedrige Frequenz zu einem hohen Kondensatorwiderstand führt. Bei der Frequenz, bei der Spule und Kondensator den gleichen Widerstand haben, handelt es sich um die Resonanzfrequenz - unabhängig davon, ob es sich um einen Serien- oder Parallelschwingkreis handelt. +[question:AD206] +Je nachdem, ob die Schaltung nun als Serien- oder Parallelschwingkreis ausgeführt wird, ändert sich aber nun das Filterverhalten bei der Resonanzfrequenz. +Bei einem **Parallelschwingkreis** lässt sich durch die Eigenresonanz im Schwingkreis nur wenig Energie zuführen - und zwar nur soweit, wie es im Schwingkreis Verluste gibt (z.B. durch den Drahtwiderstand der Spule). Lässt man die Verluste jedoch außer Acht, findet im Schwingkreis eine kontinuierliche Umladung zwischen größtmöglichem elektrischen Feld im Kondensator und dem größtmöglichen magnetischen Feld in der Spule statt. Theoretisch ist im verlustfreien Schwingkreis im Resonanzfall die Impedanz also unendlich groß. +Abseits dieser Resonanzfrequenz bestimmt das Bauteil mit dem geringeren Widerstand den gesamten Widerstand (Impedanz) des Schwingkreises, da beide Bauteile parallel liegen. So ist bei hohen Frequenzen der Kondensator niederohmiger als die Spule. Bei niedrigen Frequenzen ist die Spule niederohmiger als der Kondensator. Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz hat ein Parallelschwingkreis also einen geringeren Widerstand (Impedanz). + +Bei einem **Serienschwingkreis** handelt es sich um einen geöffneten Schwingkreis, bei dem die Energie zur Umladung zwischen Kondensator und Spule immer durch Ein- und Ausgang hindurchmuss. Bei der Resonanzfrequenz schwingt der Serienschwingkreis also immer "durch" den Frequenzerzeuger und eine evtl. anhängende Last. Der Widerstand (Impedanz) ist bei der Resonanzfrequenz also sehr gering. Theoretisch und ohne Berücksichtigung von Verlusten z.B. durch den Drahtwiderstand der Spule liegt dieser sogar bei 0 Ohm. Das liegt unter anderem auch daran, dass sich durch die Phasenlagen zwischen Spule und Kondensator die Spannungen über die einzelnen Komponenten gegenseitig aufheben. +Da Spule und Kondensator in Reihe liegen, bestimmt in diesem Fall das Bauteil mit dem höchsten Widerstand den Gesamtwiderstand der Schaltung. Bei hoher Frequenz hat die Spule einen hohen Widerstand. Bei niedriger Frequenz hat der Kondensator einen hohen Widerstand. Bei Frequenzen über und unter der Resonanzfrequenz haben wir beim Serienschwingkreis daher jeweils einen hohen Gesamtwiderstand (Impedanz). + +[question:AD207] +[question:AD204] + +Bei Parallel- und Serienschwingkreisen gilt im Resonanzfall folgender Zusammenhang: + +$X_C$ = $X_L$ + +Dies bedeutet, dass im Resonanzfall die Widerstände (Impedanzen) beider Bauteile (Spule und Kondensator) genau gleich groß sind. Ohmsche Widerstände und Verluste haben keinen Einfluss auf die Resonanzfrequenz und können daher bei der Berechnung der Resonanzfrequenz von Schwingkreisen vernachlässigt werden. + + +Ohmsche Widerstände in Parallel- und Serienschwingkreisen wirken sich jedoch auf die Güte (Q) und damit auf die Bandbreite (B) des Schwingkreises aus - hierauf werden wir später noch genauer eingehen. + + +Um die Resonanzfrequenz von Parallel- und Serienschwingkreisen zu berechnen, verwenden wir die sog. Thomso´sche Schwingkreisformel (die jeder Funkamateur auswendig kennen muss): + +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ + +--- + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir die Thomson´sche Schwingkreisformel ein: +Hinweis: Der Widerstand innerhalb des Schwingkreises hat keine Relevanz für die Berechnung der Resonanzfrequenz! +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{1,2 \cdot 10^{-6}\text{ H} \cdot 6,8 \cdot 10^{-12}\text{ F}}}}$ +$= 55715374,27 \text{ Hz}=55,7 \cdot 10^6 \text{ Hz} = 55,7 \text{ MHz}$ + +[question:AD208] + +--- + + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir die Thomson´sche Schwingkreisformel ein: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{10 \cdot 10^{-6}\text{ H} \cdot 1 \cdot 10^{-9}\text{ F}}}}$ +$= 1591549,43 \text{ Hz}=1,592 \cdot 10^6 \text{ Hz} = 1,592 \text{ MHz}$ + +[question:AD209] + +--- + + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir die Thomson´sche Schwingkreisformel ein: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{100 \cdot 10^{-6}\text{ H} \cdot 0,01 \cdot 10^{-6}\text{ F}}}}$ +$= 159154,94 \text{ Hz}=159 \cdot 10^3 \text{ Hz} = 159 \text{ kHz}$ + +[question:AD210] + +--- + +Die Resonanzfrequenz von Parallelschwingkreisen wird genau wie bei Serienschwingkreisen mit der zuvor genannten Thomson´schen Schwingkreisformel berechnet. Auch hier hat ein parallel geschalteter Widerstand keinen Einfluss auf die Resonanzfrequenz, jedoch auf die Güte (Q) und Bandbreite (B). + + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir die Thomson´sche Schwingkreisformel ein: +Hinweis: Der Widerstand innerhalb des Schwingkreises hat keine Relevanz für die Berechnung der Resonanzfrequenz! +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{2,2 \cdot 10^{-6}\text{ H} \cdot 56 \cdot 10^{-12}\text{ F}}}}$ +$= 14338865,06 \text{ Hz}=14,34 \cdot 10^6 \text{ Hz} = 14,34 \text{ MHz}$ + +[question:AD211] + +--- + + +*Lösungshinweis* +Hier setzen wir die Thomson´sche Schwingkreisformel ein: +Hinweis: Parallel geschaltete Kapazitäten addieren sich. +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$C_1 + C_2 + C_3 = C_{Ges} $ +$0,1 \cdot 10^{-9}\text{ F} + 1,5 \cdot 10^{-9}\text{ F} + 220 \cdot 10^{-12}\text{ F} = 1,82 \cdot 10^{-9}\text{ F}$ +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{1,2 \cdot 10^{-3}\text{ H} \cdot 1,82 \cdot 10^{-9}\text{ F}}}}$ +$= 107694,57 \text{ Hz}=107,7 \cdot 10^3 \text{ Hz} = 107,7 \text{ kHz}$ + +[question:AD212] + +--- + +Um die Resonanzfrequenz von Schwingkreisen zu verändern, kann entweder die Induktivität der Spule oder die Kapazität des Kondensators im Schwingkreis verändert werden. +Wie aus der Thomson´schen Schwingkreisformel ersichtlich befinden sich die Größen $L$ und $C$ jeweils unter dem Bruchstrich. Hierdurch bewirkt eine Vergrößerung von $L$ oder $C$ eine Verringerung der Schwingkreisfrequenz, da der Nenner der Formel größer wird. Die Quadratwurzel hat auf diesen Zusammenhang keinen Einfluss, da die Wurzel aus einer größeren Zahl ebenfalls eine größere Zahl ist. Der Zusammenhang hierbei ist jedoch nicht linear. +Bei einer Verkleinerung von $L$ und $C$ gilt umgekehrt, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises sich vergrößert. +Die Induktivität einer Spule kann durch Vergrößern der Windungszahl, durch Zusammenschieben oder Einführen eines Ferritkerns vergrößert werden. +Umgekehrt kann die Induktivität einer Spule verringert werden durch Verringerung der Windungszahl, durch Auseinanderziehen oder durch Entfernen eines Ferritkerns oder durch Einführen eines Kupferkerns. +Die Kapazität von Kondensatoren kann durch Austausch oder die Verwendung von Trimm- oder Drehkondensatoren beeinflusst werden. + +[question:AD213] +[question:AD214] +[question:AD215] +[question:AD216] +[question:AD217] + +Oft ist es in Schaltungen erforderlich, die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises durch eine Steuerspannung zu beeinflussen (z.B. bei einem VCO - Voltage Controlled Oscillator). Hierfür kann man z.B. eine Kapazitätsdiode verwenden, die in Sperrrichtung betrieben wird. Je höher die Gegenspannung der Diode wird, desto geringer wird deren Kapazität, welche durch die Größe der Grenzschicht (P-N-Übergang) bestimmt wird. Die Grenzschicht vergrößert sich bei Vergrößerung der angelegten Sperrspannung, wodurch sich die Kapazität verringert und damit die Frequenz des Schwingkreises gemäß Thomson´scher Schwingkreisformel steigt. +Umgekehrt verkleinert sich die Grenzschicht der Kapazitätsdiode bei Verringerung der angelegten Sperrspannung, wodurch sich die Kapazität erhöht und damit die Frequenz des Schwingkreises kleiner wird. +Die Sperrspannung kann z.B. durch ein Potentiometer oder einen Steuerkreis erzeugt werden. + +%TODO: Evtl. Grafik zu Sperrschicht und Verhalten in Kapazitätsdiode. + +[question:AD218] + +Eine Kombination aus Parallel- und Serienschwingkreisen kann bei geeigneter Anordnung als Bandpassfilter verwendet werden. Im Resonanzfall verhalten sich die parallelen Schwingkreise wie hochohmige Widerstände und der Serienschwingkreis wie ein niederohmiger Widerstand. + +[question:AD205] + +Die Bandbreiten von Filtern und Bandpässen werden in dB bezogen auf einen Referenzwert des Filters angegeben. Hierbei kann die Bandbreite bei einer vorgegebenen Dämpfung oder in Bezug auf die minimale Dämpfung der Durchlasskurve des Filters gemessen werden. +Üblicherweise wird die *Bandbreite* eines Filters als der sog. *-3dB-Wert* angegeben, bei dem nur noch die halbe Leistung eines Signals das Filter passieren kann; dies entspricht dem *0,7-fachen der Signalspannung*. +Die Bandbreite wird als die *Differenz zwischen dem oberen und unteren -3dB-Wert* gemessen. +So wird z.B. die -3dB-Dämpfung bezogen auf die minimale Dämpfung der Filterkurve verwendet, um die Eignung eines Filters für bestimmte Betriebsarten (SSB, CW, RTTY) anzugeben. +Ein schmalbandiges Filter (500 Hz/-3dB-Bandbreite) wird beispielsweise für Telegrafie (CW) verwendet. +Ein breitbandiges Filter mit (2,7kHz/-3dB-Bandbreite) wird beispielsweise für Sprachmodulation (SSB) verwendet. +Für Filter mit hoher Güte werden hierfür in der Regel Quarzfilter eingesetzt. + +[question:AD219] +[question:AD221] +[question:AD222] +[question:AD220] + +Die Güte eines Schwingkreises (Q-Faktor) wird durch das Verhältnis der Blindwiderstände von Kapazität und Induktivität im Resonanzfall zum ohmschen Verlustwiderstand bestimmt. Wenn ein Schwingkreis keinerlei ohmschen Verlustwiderstände enthalten würde, so wäre dessen Q-Faktor unendlich. Reale Bauteile sind jedoch immer verlustbehaftet. Induktivitäten haben immer einen ohmschen Verlustwiderstand, Kapazitäten haben dielektrische Verluste, die sich ebenfalls als ohmscher Widerstand auswirken. +Je größer die ohmschen Widerstände in einem Schwingkreis sind, desto geringer wird dessen Q-Faktor. + +Für die Berechnung des Q-Faktors verwenden wir die entsprechenden Formeln aus der Formelsammlung je nachdem ob es sich um einen Parallel- oder Serienschwingkreis handelt: + +Für den Serienschwingkreis gilt im Resonanzfall ($X_L = X_C$): +$\displaystyle Q = { f_0 \over B} = { X_L \over R_S}$ + +Für den Parallelschwingkreis gilt im Resonanzfall ($X_L = X_C$): +$\displaystyle Q = { f_0 \over B} = { R_P \over X_L}$ + +--- + +*Lösungsweg* +Zunächst müssen wir aus den Werten von *L* und *C* die Resonanzfrequenz des Schwingkreises gemäß Thomson´scher Schwingkreisformel bestimmen, da die vorgenannten Gleichungen nur für den Resonanzfall gelten! + +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{L \cdot C}}}$ +Mit eingesetzten Werten: +$\displaystyle f = { 1 \over {2 \cdot \pi \cdot \sqrt{100 \cdot 10^{-6}\text{ H} \cdot 0,01 \cdot 10^{-6}\text{ F}}}}$ +$= 159154,94 \text{ Hz}=159,2 \cdot 10^3 \text{ Hz} = 159,2 \text{ kHz}$ + +Damit kann der induktive Widerstand $X_L$ wie folgt berechnet werden (Formeln aus der Formelsammlung): + +Kreisfrequenz: $\omega = 2 \cdot \pi \cdot f$ +Induktiver Widerstand: $X_L = \omega \cdot L$ + +Mit eingesetzten Werten: +$X_L = 2 \cdot \pi \cdot 159,2 \cdot 10^3 \text{ Hz} \cdot 100 \cdot 10^{-6}\text{ H}$ = 100,03 Ohm + +Die Güte errechnet sich damit unter Einbeziehung des ohmschen Widerstands $R_S$ zu: + +$Q = { X_L \over R_S}$ + +Mit eingesetzten Werten: +$Q = { 100,03 \over 10} = 10 $ + +[question:AD225] + +--- + +Entsprechend dem obigen Rechenbeispiel können wir jetzt auch den Gütefaktor des Parallelschwingkreises errechnen. Die Resonanzfrequenz wird wie im vorigen Beispiel berechnet. Es ist jedoch zu beachten, dass für die Berechnung von Q die Formel für den Parallelschwingkreis zu verwenden ist: + +$\displaystyle Q = { f_0 \over B} = { R_P \over X_L}$ + +[question:AD226] + +Die Bandbreite von Parallel- und Serienschwingkreisen lässt sich nun ebenfalls einfach aus der Resonanzfrequenz des Schwingkreises und dessen Gütefaktor wie folgt berechnen (Formel hierzu in der Formelsammlung): + +$\displaystyle Q = { f_0 \over B}$ + +Durch Umstellen der Formel ergibt sich die Bandbreite B: + +$\displaystyle B = { f_0 \over Q}$ + +Die vorgenannte Formel gilt sowohl für den Serien- als auch den Parallelschwingkreis! + +--- + + +Lösungshinweis: +Gemäß Thomson´scher Schwingkreisformel ergibt sich für einen Parallelschwingkreis mit 2,2 µH und 56 pF eine Resonanzfrequenz von 14,339 MHz. Für $X_L$ errechnet sich daraus ein Wert in Höhe von 198,21 Ohm. Der Gütefaktor Q kann errechnet werden zu 5,05. Nun können wir die Bandbreite B nach der vorgenannten Formel berechnen und erhalten 2,84 MHz. + +[question:AD224] + +--- + +Entsprechend kann nun auch mit dem zuvor beschriebenen Wissen die folgende Frage schrittweise berechnet werden. +[question:AD223] + +Zur Übertragung von Signalen zwischen Schaltungsstufen sowie in Filtern in Sendern und Empfängern werden häufig gekoppelte Schwingkreise verwendet. Hierbei werden zwei Schwingkreise induktiv oder kapazitiv aneinander gekoppelt. Diese Kopplung kann je nach Anwendung *lose*, *unterkritisch*, *kritisch* oder *überkritisch* erfolgen. Der Grad der Kopplung bestimmt die gegenseitige Beeinflussung und damit die Bandbreite und Durchlasskurve der gesamten Anordnung. +Bei loser und unterkritischer Kopplung gibt es kaum eine gegenseitige Beeinflussung; Dafür ist die Durchlassdämpfung der Anordnung relativ hoch und die Bandbreite relativ gering. +Bei kritischer Kopplung beeinflussen sich beide Schwingkreise gerade so, dass eine im Durchlassbereich flache Durchlasskurve mit geringer Dämpfung entsteht und diese im gewünschten Durchlassbereich völlig eben ist (Plateau). Die Bandbreite der Anordnung ist hierbei größer als bei loser und unterkritischer Kopplung. Hieran ist eine kritische Kopplung auch gut zu erkennen. +Bei überkritischer Kopplung ist die gegenseitige Beeinflussung der beiden Schwingkreise sehr stark, was zu einer starken Änderung beider Resonanzfrequenzen und damit zu einer großen Bandbreite führt. Hierdurch wird die Durchlasskurve im Durchlassbereich stark verzerrt und es bilden sich links und rechts der Mittenfrequenz zwei Resonanzpunkte. Die Durchlasskurve bekommt eine "Delle". Hieran ist die überkritische Kopplung gut zu erkennen. + +[question:AD227] +[question:AD228] +[question:AD229] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sende_empfangsketten.md b/contents/sections/sende_empfangsketten.md new file mode 100644 index 0000000..2d54024 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sende_empfangsketten.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Durch die geschickte Kombination von Quellencodierung und Kanalcodierung kann die Bandbreite effektiv genutzt werden. Zugleich können Übertragungsfehler erkannt und berichtigt werden. Die Reihenfolge der Verfahren ist für einen Sender dabei immer die folgende: + +1. Quellencodierer: Daten komprimieren +2. Kanalcodierer: Hinzufügen von Redundanz zur Fehlererkennung und -korrektur +3. Mapper: Abbilden binärer Daten auf Symbole z. B. Amplitude und Phase für QAM + +Für einen Empfänger funktioniert das Ganze rückwärts: + +1. De-Mapper: Abbilden der Symbole auf binäre Daten +2. Kanaldecodierer: Erkennen und korrigieren von Fehlern +3. Quellendecodierer: Daten dekomprimieren + +[question:AF626] +[question:AF628] +[question:AF629] +[question:AF627] diff --git a/contents/sections/sendeleistung_klasse_n.md b/contents/sections/sendeleistung_klasse_n.md new file mode 100644 index 0000000..9d786a6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sendeleistung_klasse_n.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Wo wir uns gerade mit der Strahlungsleistung beschäftigt haben, sollten wir noch einen kurzen Ausflug zur maximal zulässigen Strahlungsleistung für Funkamateure der Klasse N machen. Diese wird nämlich in ERP bzw. EIRP angegeben und beträgt im 10 m-Band 10 W ERP und im 2 m- und im 70 cm-Band 10 W EIRP. + +[question:VD724] + +[question:VD743] + +Schauen wir uns das noch an einem Beispiel an. Angenommen, wir verwenden als Funkamateur der Klasse N ein VHF-Handfunkgerät mit 5 W Sendeleistung und fragen uns, ob wir daran eine kleine Yagi-Uda-Antenne anschließen dürfen. Ob wir das dürfen, hängt davon ab, wie groß der Gewinnfaktor der Antenne und somit die äquivalente isotrope Strahlungsleistung ist. + +Erinnern wir uns: Die Strahlungsleistung errechnet sich aus der Sendeleistung multipliziert mit dem Gewinnfaktor. Ist der Gewinnfaktor bezogen auf den isotropen Strahler kleiner als 2, dann erhalten wir eine Strahlungsleistung unter 10 W EIRP und dürfen die Antennen verwenden. Ist der Gewinnfaktor bezogen auf den isotropen Strahler allerdings größer als 2, dann erhalten wir eine Strahlungsleistung über 10 W EIRP und dürfen die Antenne als Funkamateur der Klasse N nicht verwenden. + +[question:VD726] + +[question:VD725] diff --git a/contents/sections/sender_messungen.md b/contents/sections/sender_messungen.md new file mode 100644 index 0000000..c2632d1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sender_messungen.md @@ -0,0 +1,47 @@ +Wichtige Messungen für den Funkamateur an Sendern sind Messungen von Ausgangsleistungen an Sendern oder die Messung von HF-Spannungen in HF-Schaltungsteilen. + +Bei Messung von Senderausgangsleistungen muss der Sender mit einer definierten Impedanz, die zur Ausgangsimpedanz des Senders passt, abgeschlossen werden. Im Amateurfunk beträgt die übliche Impedanz (Senderabschluss) 50 Ohm. Der Abschluss kann auch direkt in der Messschaltung erfolgen, was jedoch nur bei kleine Leistungen sinnvoll ist. + +Die Messung von HF-Spannungen erfolgt mittels eines HF-Tastkopfes über Diodengleichrichtung und anschließende Glättung der entstehenden Gleichspannung mit einem nachgeschalteten Kondensator. + +Bei HF-Tastköpfen mit nur einer Diode ist am Messausgang die Spitzenspannung der zugeführten HF-Spannung abzüglich der Forward-Spannung der verwendeten Diode und eines ggf. vorhandenen vorgeschalteten Spannungsteilers messbar. + +[question:AI608] + +Zur Erhöhung der Messgenauigkeit, insbesondere bei kleinen Leistungen im VHF/UHF-Bereich, verwendet man oft eine doppelte Gleichrichtung über 2 Dioden, so dass beide Halbwellen der HF gleichgerichtet werden (Doppelte Spitzenspannung) und, abzüglich 2 mal der Forward-Spannung der verwendeten Dioden, als addierte Messspannung am Messausgang zur Verfügung stehen. + +[question:AI605] +[question:AI604] + +Bei höheren HF-Leistungen muss ein entsprechend belastbares Dämpfungsglied vorgeschaltet werden, das einen Großteil der Senderausgangsleistung, die gemessen werden soll, aufnimmt. Das Dämpfungsglied ist bei der Berechnung der Leistung zu berücksichtigen. + +[question:AI609] + +Um Leistungen und HF-Spannungen mit den vorgenannten Schaltungen exakt messen zu können, müssen diese kalibriert werden um entsprechende Korrekturwerte für die Messungen zu erstellen. + +[question:AI612] + +Betrachten wir nun die Berechnung der Schaltungen im Detail. +Ein HF-Tastkopf mit einfacher Gleichrichtung und anschließender Glättung wird wie folgt berechnet: + +Das HF-Eingangssignal wird durch den vorhandenen Widerstand (oder Kombination aus Einzelwiderständen) am Eingang impedanzrichtig abgeschlossen. In der dargestellten Schaltung wird die HF-Spannung durch den nachfolgenden Spannungsteiler halbiert (wobei dieser ebenfalls bzgl. der Impedanz wirksam ist). Anschließend erfolgt die Spitzenwert-Gleichrichtung mittels Diode, deren Ausgansspannung sich als Spitzenwert abzüglich der Forward-Spannung der Diode berechnet und im nachgeschalteten Kondensator gepuffert wird. + +Bei 1 Watt Eingangsleistung in einem 50 Ohm System ergibt sich eine Eingangsspannung von 7,07 V Effektiv-Spannung und 10V Spitzenspannung. +Der nachgeschaltete Spannungsteiler halbiert diese Spannung auf 5V Spitzenspannung, die nach Gleichrichtung durch die Diode abzüglich deren Forward-Spannung von 0,23V noch 4,77 Volt beträgt. Gemessen werden dann gerundet ca. 4,8 Volt am Ausgang der Schaltung. + +[question:AI610] + +Umgekehrt kann aus der gemessenen Gleichspannung die der Schaltung zugeführte Leistung berechnet werden. + +Gemessen werden am Ausgang der Schaltung 14,9 V Spitzenspannung. Wegen der Forward-Spannung der Diode beträgt der HF-Spitzenwert vor der Diode 15,6 V. Unter Berücksichtigung des vorgeschalteten Spannungsteilers ergibt dies eine HF-Spitzenspannung von 31,2 V. Dies entspricht einer Eingangsleistung an einem 50 Ohm-System von 9,73 Watt und damit ca. 9,7 Watt. + +[question:AI611] + +Bei HF-Tastköpfen und Leistungsmessern mit doppelter Spitzenwertgleichrichtung (2 Dioden) erfolgt die Berechnung wie bei Einfachgleichrichtung, jedoch ist die doppelte Spitzenspannung am Ausgang und der doppelte Spannungsabfall durch 2 Dioden zu berücksichtigen. + +[question:AI607] +[question:AI606] + +Um anzuzeigen, dass ein Sender über seine Antenne Leistung abstrahlt kann ein Feldstärkeanzeiger verwendet werden. Hierbei wird über eine Messantenne einer Diode die empfangene HF zugeführt und durch die Diode gleichgerichtet. Anschließend wir die gleichgerichtete Spannung über HF-Drosseln einem Kondensator zugeführt, der die gleichgerichtete Spannung puffert. Die Anzeige erfolgt durch ein empfindliches Strommessgerät. Je höher der Zeigerausschlag des Messinstruments ausfällt, desto höher ist die an der Antenne gemessene HF-Feldstärke. Um exakte Messungen vornehmen zu können muss sowohl die Messantenne als auch der Feldstärkemesser kalibriert werden. + +[question:AI613] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/senderausgangsleistung.md b/contents/sections/senderausgangsleistung.md new file mode 100644 index 0000000..ef6318c --- /dev/null +++ b/contents/sections/senderausgangsleistung.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Funkamateure sind gesetzlich verpflichtet, bestimmte Grenzwerte für die Leistung ihrer Funkanlagen einzuhalten. Besonders wichtig ist dabei die Senderausgangsleistung sowie die Vermeidung unerwünschter Aussendungen – auf Letztere gehen wir im nächsten Kapitel ein. In diesem Kapitel befassen wir uns zunächst mit der Senderausgangsleistung. + +In vielen Amateurfunkbändern, die dem Amateurfunk primär zugewiesen sind, gilt die maximale Senderausgangsleistung – auf Englisch Peak Envelope Power (kurz PEP) – als maßgeblicher Grenzwert. Die genauen Leistungsvorgaben finden sich in der [Anlage 1](https://50ohm.de/a1) der AFuV. + +--- + +Wie in Abbildung [ref:e_senderausgangsleisung] gezeigt, wird die Ausgangsleistung eines Senders immer direkt am Senderausgang gemessen – ohne dass zusätzliche Geräte, Filter oder Kabel dazwischengeschaltet sind. Um die Leistung eines SSB-Senders zu bestimmen, muss er mit einer geeigneten Modulation mit konstanter Amplitude betrieben werden. Ein einfaches Verfahren ist die Einspeisung eines Eintonsignals, etwa durch Drücken der Morsetaste im CW-Betrieb; noch besser ist jedoch eine Zweitonaussteuerung. Eine Messung mit Sprache ist ungeeignet, da die Ausgangsleistung hierbei stark schwankt. + + +[picture:916:e_senderausgangsleisung:Messung der Senderausgangsleistung] + + + +Ein *Zweitonsignal* ist für die Leistungs- und Linearitätsmessung eines SSB-Senders ideal, weil es zwei saubere Sinustöne mit konstanter Amplitude enthält. Dadurch entstehen im Sender genau die Mischprodukte, die für reale Sprachsignale typisch sind, aber in einer klar definierten und reproduzierbaren Form. + + + +[question:EF401] +[question:EF402] + +--- + +Die PEP beschreibt dabei die Spitzenleistung des Senders unter normalen Betriebsbedingungen: Sie ist die Leistung, die der Sender während einer Periode der Hochfrequenzschwingung an der höchsten Spitze der Modulationshüllkurve (vgl. Abbildung [ref:e_senderausgangsleisung_2]) im Mittel an einen reellen Abschlusswiderstand abgeben kann. Wie die PEP exakt misst – beispielsweise mithilfe eines Oszilloskops – werden wir erst in der Klasse A genauer behandeln. + + +[picture:875:e_senderausgangsleisung_2:Höchste Spitze der Modulationshüllkurve] + + +[question:EB501] + +Neben der Spitzenleistung eines Senders (PEP) gibt es auch noch die *mittlere Leistung*. Sie ist von der Hüllkurve unabhängig, weil die in ihrem zeitlichen Verlauf gemessene Leistung über einen Zeitraum gemittelt wird, der lang ist gegenüber der Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz. Mit dieser Überlegung kann man die korrekte Antwort der folgenden Frage sehr einfach identifizieren. + +[question:EB502] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/shannon_hartley_gesetzt.md b/contents/sections/shannon_hartley_gesetzt.md new file mode 100644 index 0000000..5547038 --- /dev/null +++ b/contents/sections/shannon_hartley_gesetzt.md @@ -0,0 +1,40 @@ +In der Praxis erreichbare Datenübertragungsraten unterscheiden sich je nach Übertragungsverfahren und Funkbedingungen deutlich. WLAN und 5G unterstützen bei optimalen Bedingungen Datenübertragungsraten bis in den Bereich von Gigabits pro Sekunde. FT8 hingegen kann selbst unter widrigen Bedingungen eingesetzt werden, überträgt aber nur wenige Bits pro Sekunde. + +Welche Datenübertragungsrate erreichbar ist, hängt von der nutzbaren Bandbreite und dem Signal-Rausch-Verhältnis ab. Aus diesen beiden Größen kann mit dem Shannon-Hartley-Gesetz die theoretisch maximal erreichbare Datenübertragungsrate für einen Übertragungskanal berechnet werden. + +[question:AE416] + +% TODO TABELLE mit Verfahren? + +$C=\frac{B}{\qty{1}{\hertz}} \cdot \log_2 \left(1+{\dfrac{P_\text{S}}{P_\text{N}}}\right) \unit{\bit\per\second}$ + +--- + +Ein leicht zu merkender Wert stellt sich bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von 0 dB ein. Hier entspricht die Bandbreite in Hertz genau der maximal erreichbaren Datenrate in Bit/s. Schlechtere Signal-Rausch-Verhältnisse ermöglichen entsprechend geringere Datenraten, bessere Signal-Rausch-Verhältnisse größere Datenraten. Mit dieser Merkhilfe lassen sich die entsprechenden Prüfungsfragen auch ohne lange Rechnung schnell beantworten. + + +Setzen wir für $\frac{P_\text{S}}{P_\text{N}} = \qty{0}{\dB}$, also den Faktor 1 ein so ergibt sich: + +$C=\frac{B}{\qty{1}{\hertz}} \cdot \log_2 \left(1+1\right) \unit{\bit\per\second}$ + +$C=\frac{B}{\qty{1}{\hertz}} \cdot \log_2 \left(2\right) \unit{\bit\per\second}$ + +$C=\frac{B}{\qty{1}{\hertz}} \unit{\bit\per\second}$ + + +--- + +Wenn deutlich mehr Bits pro Sekunde übertragen werden sollen, als Bandbreite in Hertz zur Verfügung steht, steigt das benötigte Signal-Rausch-Verhältnis stark an. Über schmalbandige Verbindungen auf der Kurzwelle lassen sich also praktisch keine hohen Datenraten erzielen. So wird das Hamnet als schnelles Datennetz in der Regel im oberen UHF- und unteren SHF-Bereich betrieben, wo höhere Bandbreiten zur Verfügung stehen. + + +Hierbei wird nur die Rauschenergie betrachtet, die innerhalb der genutzten Bandbreite liegt. Einige Computerprogramme hingegen verwenden die Rauschenergie eines 2,4 kHz breiten Kanals, auch wenn das eigentliche Nutzsignal deutlich schmaler ist; dies ist jedoch eine andere Größe, die sich nicht direkt in die Formel für das Shannon-Hartley-Gesetz einsetzen lässt. + + +Durch Absenken der Datenrate hingegen lassen sich Verfahren entwickeln, die nicht nur eine kleine Bandbreite benötigen, sondern auch noch bei einem extrem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis funktionieren. Beispiele hierfür sind digitale Übertragungsverfahren wie WSPR oder FT8, die nur wenige Zeichen pro Zeit austauschen. Damit ist auch bei schlechten Funkbedingungen zumindest die Übermittlung einer kurzen Nachricht möglich. + +[question:AE417] +[question:AE418] +[question:AE420] +[question:AE419] + +Zu beachten ist, dass das Shannon-Hartley-Gesetz nur eine Obergrenze für die erreichbare Datenübertragungsrate bestimmt. Die tatsächlich erreichbaren Datenraten liegen immer darunter. Nur mittels guter Fehlerkorrekturverfahren, die wir später kennenlernen werden, kann man sich dieser Obergrenze annähern. diff --git a/contents/sections/sicherungen.md b/contents/sections/sicherungen.md new file mode 100644 index 0000000..b31bc8e --- /dev/null +++ b/contents/sections/sicherungen.md @@ -0,0 +1,17 @@ +Wie wir bereits im Kapitel Netzgerät im Klasse N Kurs gelernt haben, sind Sicherungen zum Schutz der Elektronik im Falle eines Kurzschlusses oder Überlast notwendig. Wenn wir nun eine defekte Sicherung ersetzen wollen, ist dies nur nach Reparatur bzw. Überprüfung der abgesichteren Anlagenteile sinnvoll. Bei der Auswahl der Sicherung achten wir dabei auf die gleiche Auslösecharakteristik sowie die Stromstärke. + +[question:EK204] + +Unsere Geräte werden meist mit Feinsicherungen, einer Untergruppe der Schmelzsicherungen, geschützt. Es gibt aber verschiedene Arten von Schmelzsicherungen, wie: + +* KFZ-Sicherung Flachstecksicherungen +* TR5 als Sicherung zum auflöten auf die Platine +* Diazed/Neozed +* Hochspannungssicherungen + +Die Abbildung [ref:e_flachstecksicherungen] zeigt Flachstecksicherungen aus dem KFZ-Bereich, die auch im Amateurfunk Anwendung finden. Bei kommerziellen Funkgeräten werden diese Sicherungen mit einem Sicherungshalter (vgl. Abbildung [ref:e_sicherungshalter]) direkt ins Kabel integriert. + + +[photo:295:e_flachstecksicherungen:Kfz Flachstecksicherungen] +[photo:294:e_sicherungshalter:Sicherungshalter] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sinusschwingung.md b/contents/sections/sinusschwingung.md new file mode 100644 index 0000000..85bebf8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sinusschwingung.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Wir haben gelernt: Elektrische Schwingungen bestehen aus Wechselspannung, die abwechselnd positive und negative Polarität annimmt. Die Spannung wechselt meist aber nicht abrupt von positiv nach negativ und zurück. Wie man im Bild [ref:n_frequenz_sinusschwingung] sehen kann, schwingt die Spannung im Stromnetz beispielsweise immer wieder sanft wie ein Pendel von Plus über 0 nach Minus und wieder über 0 zurück nach Plus. + + +[picture:725:n_frequenz_sinusschwingung:Die Spannung des Stromnetzes im zeitlichen Verlauf. Da die Spannung nicht die ganze Zeit den Höchstwert von 325 V aufweist, wirkt sie effektiv übrigens nur mit 230 V.] + + +--- + +Diese Grundform nennt man Sinusschwingung. Man kann sie gut an ihrem wellenförmigen Verlauf erkennen. Neben den sinusförmigen Wechselspannungen gibt es eine Vielzahl weiterer Schwingungen. Die bekanntesten sind folgende: +* Rechteckförmige Schwingung (Abbildung [ref:sinusschwingung_rechteck]) +* Dreieckförmige Schwingung (Abbildung [ref:sinusschwingung_dreieck]) +* Sägezahnförmige Schwingung (Abbildung [ref:sinusschwingung_saegezahn]) + + +[picture:505:sinusschwingung_rechteck:Rechteckförmige Schwingung] + + + +[picture:504:sinusschwingung_dreieck:Dreieckförmige Schwingung] + + + +[picture:506:sinusschwingung_saegezahn:Sägezahnförmige Schwingung] + + +[question:NB401] diff --git a/contents/sections/skineffekt.md b/contents/sections/skineffekt.md new file mode 100644 index 0000000..dbd5b26 --- /dev/null +++ b/contents/sections/skineffekt.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Nicht nur ein ggf. vorhandenes Dielektrikum, sondern auch ohmsche Verluste im Metall des Leiters tragen zu Verlusten auf Speiseleitungen bei. Diese ohmschen Verluste nehmen bei steigender Frequenz ebenfalls zu, da bei steigender Frequenz der Strom zunehmend nur noch auf der Oberfläche des Leiters fließt. Diesen Effekt nennen wir "Skineffekt" vom englischen Wort "skin" für "Haut". + + +Die *Ursache des Skineffekts* ist, dass elektromagnetische Felder hoher Frequenz nicht tief in einen metallischen Leiter eindringen können, da sie dem Feld entgegenwirkende Ströme in den Leiter induzieren. Im Falle idealer Leiter wären diese im Inneren stets vollkommen Feldfrei, und der Strom würde nur auf der Oberfläche fließen. + + +[question:AG318] +[question:AG319] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/snr_rauschzahl.md b/contents/sections/snr_rauschzahl.md new file mode 100644 index 0000000..1096ecb --- /dev/null +++ b/contents/sections/snr_rauschzahl.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Das Signal-to-Noise Ratio (SNR) ist definiert als das Verhältnis von Nutzsignal zu Rauschsignal (Noise). Je höher das SNR eines empfangenen Signals ist, desto mehr hebt sich das Nutzsignal vom Rauschen bei gegebener Bandbreite ab. + +[question:AF227] + +Die Rauschzahl wird häufig bei HF-Vorverstärkern angegeben. Diese beschreibt die Verschlechterung des SNR bei Durchgang eines Signals durch diese Baugruppe. Hierbei wird die Rauschzahl als Verhältnis des eingehenden SNR-Wertes zum ausgehenden SNR-Wert bestimmt. Die Rauschzahl kann mittels Logarithmierung (dB) in das sog. Rauschmaß überführt werden. Einer Rauschzahl von 2 entspricht z.B. einem Rauschmaß von 3dB. + +[question:AF228] +[question:AF229] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spannung.md b/contents/sections/spannung.md new file mode 100644 index 0000000..58a7c49 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannung.md @@ -0,0 +1,51 @@ +Wir haben [edition:N:am Anfang des Kurses] bereits die elektrische Spannung kennengelernt. Fassen wir nochmal zusammen: Trennt man gezielt positive von negativen Ladungen, z. B. in einer Batterie, dann versuchen diese Ladungen wieder zusammenzukommen. Es liegt eine elektrische Spannung vor, z. B. zwischen den Polen der Batterie. Gemessen wird die elektrische Spannung in der Einheit Volt, die mit V abgekürzt wird. + + +Die Einheit Volt ist nach dem italienischen Physiker *Alessandro Volta* benannt. + + +[question:NA201] + +--- + +In der Funktechnik kommen sowohl sehr große als auch sehr kleine Spannungen vor. Wie bei der Frequenz helfen uns Einheitenvorzeichen, große Werte anzugeben. 1 kHz steht für 1000 Hz. Genauso ist es bei Spannungen: 1 kV bedeutet 1000 V. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen] anhand der Einheit Volt vorgestellt. + + +| l: Bezeichnung | r: Abk. | X: Wert | +| 1 Kilovolt | 1 kV | 1000 V | +| 1 Megavolt | 1 MV | 1000000 V | +| 1 Gigavolt | 1 GV | 1000000000 V | +[table:n_spannung_einheitenvorzeichen:Kurzschreibweise für große Spannungen] + + + +| l: Bezeichnung | r: Abkürzung | X: Wert | +| 1 Mikrovolt | 1 μV | 0,000001 V | +| 1 Millivolt | 1 mV | 0,001 V | +| 1 Volt | 1 V | 1 V | +[table:n_spannung_einheitenvorzeichen_2:Kurzschreibweisen für kleine Spannungen] + + +--- + +Es gibt aber auch Einheitenvorzeichen für sehr kleine Werte. Wir kennen das beispielsweise vom Milliliter (ml): 1 Liter sind 1000 ml. Die wichtigsten Einheitenvorzeichen werden in der Tabelle [ref:n_spannung_einheitenvorzeichen_2] anhand der Einheit Volt vorgestellt. 1 mV ist beispielsweise dasselbe wie 0,001 V. Umgekehrt entsprechen 1000 mV genau 1 V. + + +| l: Spannungsquelle | r | c | l | +| Empfängereingang | 10 μV | = | 0,00001 V | +| Mikrofon | 200 mV | = | 0,2 V | +| Batterie | 1,5 V | = | 1,5 V | +| Steckdose | 230 V | = | 230 V | +| elektrostatisch aufgeladenen Antenne | 1,5 kV | = | 1500 V | +| Höchstspannungsleitung | 380 kV | = | 380000 V | +[table:spannung_beispiele:Beispiele für Spannungen] + + +Betrachten wir einige Beispiele für große und kleine Spannungen. Eine ganz besonders kleine Spannung liegt an einer Antenne beim Empfang an. Die aufgenommenen Funkwellen sind so schwach, dass die elektrischen Schwingungen nur eine Spannung von etwa 10 μV aufweisen. Wenn wir in ein Mikrofon sprechen, entstehen bereits etwas höhere Spannungen von ca. 200 mV. + +Ein wenig größer ist die Spannung, die üblicherweise an einer Batterie anliegt, beispielsweise 1,5 V oder 9 V. Noch etwas größer ist die Spannung an Steckdosen im Haushalt. Diese beträgt bereits 230 V. Bei Gewitter oder Regen kann sich eine Antenne elektrisch aufladen. Dann kann an ihr eine Spannung von beispielsweise 1,5 kV anliegen. Besonders hohe Spannungen finden sich an den Hochspannungsleitungen im Stromnetz. Hier kann man bis zu 380 kV antreffen. + +Für die nächste Aufgabe müssen wir daran denken, dass 1 V das Gleiche ist wie 1000 mV. Dann sollte die Aufgabe leicht lösbar sein. + +[question:NA208] + diff --git a/contents/sections/spannungsmessung.md b/contents/sections/spannungsmessung.md new file mode 100644 index 0000000..66b5996 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungsmessung.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Spannungen kann man mit einem Messgerät ermitteln. Dabei ist es sehr wichtig, das Messgerät richtig einzustellen und an den richtigen Stellen zu messen. Spannungen misst man mit einem Spannungsmessgerät. Da Spannungen in *Volt* (V) gemessen werden, ist das Schaltsymbol für ein Spannungsmessgerät ein Kreis mit einem V, wie in Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät] gezeigt. + + +[picture:625:n_messgeraete_symbol_spannungsmessgerät:Schaltsymbol Spannungsmessgerät] + + +--- + +Eine Spannung misst man immer zwischen zwei Punkten. Wenn man die Spannung messen möchte, die an einem Bauteil anliegt, dann schließt man das Messgerät parallel zu diesem Bauteil an. Das heißt, einer der Messpunkte ist auf der einen Seite des Bauteils und der andere Messpunkt auf der anderen Seite des Bauteils. Wenn man z. B. die Spannung einer Batterie messen möchte, muss das Messgerät, wie in der Abbildung [ref:n_messgeraete_spannungsmessung] gezeigt, direkt am Pluspol und am Minuspol der Batterie angeschlossen werden. + + +[picture:620:n_messgeraete_spannungsmessung:Spannungsmessung] + + + +[photo:11:n_messgeraete_multimeter:Multimeter] + + + +Meistens verwendet man für Messungen ein Multimeter. Das ist ein kombiniertes Messgerät, um Spannungen, Ströme und auch andere Größen wie beispielsweise Widerstände zu messen. Wenn man an einer Schaltung etwas messen möchte, muss man sich vorher im Klaren darüber sein, welche Größe man eigentlich beobachten möchte, um das Multimeter richtig einstellen zu können. + +Bevor man mit dem Messen anfangen kann, müssen die beiden Messleitungen an das Messgerät angeschlossen werden. Obwohl sich dies einfach anhört, muss man aufpassen. Meistens haben Multimeter drei oder sogar vier Anschlüsse für Messleitungen. Der gemeinsame Anschluss, in den auf jeden Fall eine Messleitung kommt, ist in der Regel mit "COM" (englisch "common") gekennzeichnet. Hier schließt man üblicherweise die schwarze Messleitung an. Die rote kommt bei der Spannungsmessung in den Anschluss, der meist mit "V" gekennzeichnet ist. + +Um Spannungen zu messen, ist am Messgerät die Spannungsmessung auszuwählen. Möchte man Wechselspannung messen, ist bei vielen Multimetern "V ~" auszuwählen, für Gleichspannung hingegen "V =". + +Die meisten Multimeter verfügen über unterschiedliche Messbereiche für kleine und große Spannungen. Da vor dem Messen meist unklar ist, welche Größenordnung zu erwarten ist, sollte man am Anfang immer den größtmöglichen Messbereich wählen, um dem Gerät keinen Schaden zuzufügen. Je nach angezeigtem Messwert wird anschließend auf einen Messbereich für kleinere Werte umgeschaltet. + +Verwechselt man Strom- und Spannungsmessung oder überschreitet die Messbereichseinstellung, kann das Messgerät einen Schaden erleiden. Vor der Messung sollte man außerdem an das denken, was wir zu Gefahren von elektrischem Strom gelernt haben: Wechselspannungen größer 50 V und Gleichspannungen größer 120 V können lebensgefährlich sein! + + + +[question:NI101] +[question:NI103] + +Wie wir bereits im Kapitel Strom- und Spannungsversorgung gelernt haben, kann man mehrere Batterien in Serie schalten, um eine höhere Spannung zu erhalten. Dazu wird der Pluspol der einen Batterie mit dem Minuspol der anderen Batterie verbunden. Die beiden Einzelspannungen der Batterie addieren sich dann. Schaltet man hingegen zwei Batterien so in Reihe, dass gleiche Pole miteinander verbunden sind, dann subtrahieren sich die Spannungen. Falls beide Batterien die gleiche Spannung haben, wird man keine Spannung, also 0 V, messen. + + +[question:NB205] + + +[question:NB206] + diff --git a/contents/sections/spannungsquelle.md b/contents/sections/spannungsquelle.md new file mode 100644 index 0000000..1ff7c1a --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungsquelle.md @@ -0,0 +1,31 @@ +Gleichspannungsquellen sind notwendig, um unsere Funkgeräte und das dazugehörige Zubehör mit Spannung und Strom zu versorgen. Bisher haben wir dabei vor allem Batterien betrachtet. Das allgemeine Schaltzeichen für eine ideale Spannungsquelle ist in Abbildung [ref:e_vsource] dargestellt. In der Realität ist eine Spannungsquelle jedoch nicht ideal, da sie stets einen Innenwiderstand $R_i$ besitzt, wie in Abbildung [ref:e_vsource_schematic] gezeigt. + +Es ist wichtig, auch bei Belastung eine konstante Spannung zu erhalten. Diese Eigenschaft wird dann erreicht, wenn der Innenwiderstand sehr klein ist. Dann gibt es an ihm, auch bei großen Lastströmen, keinen großen Spannungsfall, der die Klemmenspannung $U_k$ absinken läßt. + + +[picture:824:e_vsource:Schaltzeichen Spannungsquelle] +[picture:1018:e_vsource_schematic:Ersatzschaltbild Spannungsquelle $R_i$ niederohmig] + + +[question:ED301] + +--- +Die Gleichspannungsquellen (Netzgeräte) werden an das bestehende 230 V Wechselspannungsnetz angeschlossen. Wie bereits am Beispiel des Schutzkontaksteckers in Klasse N kennengelernt, haben wir bei Wechselspannung den Außenleiter L, den Neutralleiter N und den Schutzleiter PE. + +Bei einer 3-adrigen Leitung mit Schutzleiter z.B. NYM-J 3 x 1,5 mm² sind die Aderfarben wie in Abildung [ref:e_NYM_Aderfarben] festgelegt: + +* Schutzleiter (PE) = grün/gelb +* Neutralleiter (N) = blau +* Außenleiter (L) = braun + + +Der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik e.V. (VDE) ist u.a. Herausgeber von Normen in der Elektrotechnik. In der Norm DIN VDE 0293-308 sind die Aderkennzeichnungen festgelegt. + + + +[picture:791:e_NYM_Aderfarben:Aderfarben einer 3-adrigen Leitung] + + +In den folgenden Kapiteln werden wir noch einige weitere Elemente der Spannungsversorgung kennenlernen. + +[question:EK205] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spannungsstabilisierung.md b/contents/sections/spannungsstabilisierung.md new file mode 100644 index 0000000..e64b2be --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungsstabilisierung.md @@ -0,0 +1,126 @@ +In jedem Funkgerät sind eine oder mehrere Spannungsstabilisierungen vorhanden, da die Eingangsspannung, vor allem bei mit Akku betriebenen Geräten, schwanken kann und dann empfindliche Baugruppen, wie z.B. Oszillatoren, ihre Frequenz ändern würden. + +Spannungsstabilisierungen gibt es in 3 Varianten: +1. Die *Schaltung mit Z-Diode* stellt eine sehr einfache Schaltung zur Stabilisierung der Ausgangsspannung dar, da die Z-Diode die Aussgangsspannung in Grenzen stabil halten kann. + + +Zur Erinnerung: +[picture:862:n_diode_kennlinie_uz:Kennline einer Z-Diode] +Die Z-Diode wird immer mit einem Vorwiderstand und in Sperrrichtung (-$U_Z$) betrieben. Z-Dioden mit Durchbruchspannungen $U_Z$ ab 5 V, zeigen einen sehr steilen Verlauf der Kennlinie und eignen sich deshalb sehr gut zur Spannungsstabilisierung. +(siehe auch Klasse E: Abschnitt Diode 1) + + +[picture:323:a_Stabilisierung mit Z-Diode:Spannungsstabilisierung mit Z-Diode] + +--- +[question:AD321] + +Der Wirkungsgrad der Schaltung ist sehr niedrig, da die Verluste im Vorwiderstand $R_V$ und in der Z-Diode berücksichtigt werden müssen. Die Berechnung ist sehr aufwändig. + + +Lösungsweg: +Spannung am Lastwiderstand: $U_L$ = $I_L$ * $R_L$ = 10 mA * 470 Ohm = 4700 mV = 4,7 V +Leistung im Lastwiderstand: $P_{out}$ = 4,7 V * 10 mA = 47 mW +Verlustleistung in der Z-Diode: $P_{VZ}$ = 4,7 V * 15 mA = 70,5 mW +Eingangsstrom: $I_g $ = 10 mA + 15 mA = 25 mA +Eingangsleistung: $P_{in}$ = 13,8 V * 25 mA = 345 mW +Wirkungsgrad: $\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}}$ = $ \frac{47\ mW}{345\ mW}$ = 0,14 + + + + +--- +2. *Lineare Spannungsregler* stabilisieren die Ausgangsspannung dadurch, indem ein Leistungstransistor als veränderlicher Widerstand betrieben wird und zusammen mit dem Lastwiderstand einen Spannungsteiler bildet. +[picture:490:a_diskret aufgebaute Spannungsstabilisierung:diskret aufgebaute Spannungsstabilisierung] +In der folgenden Frage ist eine diskrete Spannungsstabilisierung mit Längstransistor dargestellt. Über eine Z-Diode wird eine Referenzspannung von 5,6 V an der Basis des Transistors erzeugt. Das Emitterpotential ist im Betriebszustand eines Siliziumtransistor um etwa 0,6 V niedriger als das Basispotential. Die geregelte Ausgangsspannung liegt dann bei etwa 5 V. +%todo nur Schaltung aus Bild 490 darstellen +Der Laststrom fließt auch durch den Transistor und dadurch wird er bei hohem Laststrom sehr warm. Die sogenannten Längstransistoren befinden sich deshalb bei linear geregelten Spannungsstabilisierungen immer auf einem Kühlkörper. + + + [photo:246:a_Längstransistor 2N3055 auf Kühlkörper:Der Längstransistor in einem linear geregelten Netzteil muss große Verlustleistungen aushalten und wird deshalb auf einen Kühlkörper montiert.] + + + +[photo:307:a_linear geregeltes Netzteil:Innenansicht eines linear geregelten Netzteils für 13,8 V und 25 A; Gewicht 7 kg] +Der schwere Netztrafo bestimmt im Wesentlichen das Gesamtgewicht. +Unter der Regelung befindet sich ein großer Kühlkörper mit den Längstransistoren, die durch den Lüfter gekühlt werden + + + +[question:AD315] +Die Verlustleistung $P_V$ ergibt sich aus der Differenz von $P_{in}$ - $P_{out}$. + +------ +[question:AD319] +Die Verlustleistung $P_V$ bestimmt auch den Wirkungsgrad eines Spannungsreglers. Bei linearen Spanungsreglern ist der Wirkungsgrad systembedingt oft sehr niedrig. Mit der folgenden Formel läßt sich der Wirkungsgrad berechnen: +Wirkungsgrad = abgegebene Leistung auf der Lastseite : gesamte Eingangsleistung +$\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}}$ + + +Eingangsleistung = Eingangsspannung x Laststrom +$P_{in} = U_{in} \cdot I_{L}$ +$P_{in}$ = 13,8 V * 0.9 A = 12,42 W +Ausgangsleistung = Ausgangsspannung x Laststrom +$P_{out} = U_{out} \cdot I_{L}$ +$P_{out}$ = 9 V * 0.9 A = 8,1 W + +--- +[question:AD320] + + +Der Lösungsweg beginnt mit der Berechnung der Einzelleistungen. +Eingangsleistung = Eingangsspannung x Laststrom +$P_{in} = U_{in} \cdot I_{L}$ +$P_{in}$ = 13,8 V * 0.455 A = 6,28 W +Ausgangsleistung = Ausgangsspannung x Laststrom +$P_{out} = U_{out} \cdot I_{L}$ +$P_{out}$ = 5 V * 0.450 A = 2,25 W + +$\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} = \frac{2,25W}{6,28W}$ = 0,36 + + +3. *Festspannungsregler* in einer integrierten Schaltung +[picture:200:a_Festspannungsregler:Festspannungsregler] + +Festspannungsregler arbeiten wie lineare Spannungsregler mit Längstransistor und beinhalten eine sehr genaue Spannungsreferenzquelle zusammen mit einer optimalen elektronischen Regelung. Auch wenn die Eingangsspannung stark schwankt (z.B. +-2 V) ist auf der Lastseite die Spannungsänderung nur im Millivoltbereich messbar. Die Kondensatoren auf beiden Seiten des Festspannungsreglers müssen nach Vorgaben des Herstellers gewählt werden, sonst kann es zu unerwünschten Schwingungen im Regelverhalten der Schaltung kommen. + +--- +[question:AD318] + + +Der Lösungsweg beginnt mit der Berechnung des Laststromes: $I_L$ = $\frac{5V}{10\ Ohm}$ = $0,5A$ +Eingangsleistung = Eingangsspannung x Laststrom +Hinweis: Der Strom in der Masseleitung des Festspannungsreglers ist vernachlässigbar klein und wird deshalb nicht berücksichtigt. +$P_{in} = U_{in} \ \cdot I_{L}$ = 13,8 V * 0,5 A = 6,9 W + +Ausgangsleistung = Ausgangsspannung x Laststrom +$P_{out} = U_{out} \cdot \ I_{L}$ = 5 V * 0,5 A = 2,5 W + +Die Verlustleistung $P_V$ des Festspannungsreglers ergibt sich aus der Differenz von $P_{in}$ und $P_{out}$. + +$P_V = P_{in}\ -\ P_{out}$ = 6,9 W - 2,5 W = 4,4 W + + +[photo:245:a_Festspannungsregler:Festspannungsregler für 5 V, 12 V und 9 V auf Kühlkörper] + +--- +[question:AD317] + + +Damit die interne Regelschaltung optimal funktioniert, muß die Eingangsspannung bei Standard-Festspannungsregler (z.B. Typ 7812) um ca. 3 V größer als die Ausgangsspannung sein. Es gibt Feststspannungsregler, bei denen die Eingangsspannung nur um 1 V größer als die Ausgangsspannung sein muss. Diese Regler heißen Low-Drop-Spannungsregler. + + +[question:AD316] + + +Lösungshilfe +AD 315: 5 V +AD 316: Die Eingangsspannung muss größer als die gewünschte Ausgangsspannung sein. +AD 317: Die Spannungsschwankung beträgt nahezu null Volt. +AD 318: 4,4 W +AD 319: 12,42 W - 8,1 W = 4,32 W +AD 320: 0,36 +AD 321: 0,14 + + + diff --git a/contents/sections/spannungsteiler_1.md b/contents/sections/spannungsteiler_1.md new file mode 100644 index 0000000..ca04659 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungsteiler_1.md @@ -0,0 +1,68 @@ +Eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen wird häufig als Spannungsteiler verwendet. In der Klasse E betrachten wir zunächst den *unbelasteten Spannungsteiler*, wie er auch in den folgenden Aufgaben vorkommt. Bei einem unbelasteten Spannungsteiler verhalten sich die Spannungen proportional zu den Widerständen. Das bedeutet beispielsweise, dass an einem hochohmigen Widerstand eine größere Spannung abfällt, während an einem niederohmigen Widerstand eine entsprechend kleinere Spannung messbar ist. + + +[picture:819:E 63. Spannungsteiler:Spannungsteiler] + + + +Einen wichtigen Spannungsteiler findet man z.B. an der Basis eines Transistors in einer Verstärkerschaltung. +Man spricht deshalb vom Basis-Spannungsteiler. Das Schauen wir uns im Kapitel Verstärker genauer an. + + +Dieser Zusammenhang kann in verschiedenen Formeln dargestellt werden, welche wir in der Formelsammlung finden.: + +$\frac{ U_{ 1 } }{ U_{ 2 } } = \frac{ R_{ 1 } }{ R_{ 2 } }$ + +oder + +$\frac{ U_{2} }{ U_{G} } = \frac{ R_{2} }{ R_{1} + R_{2} }$ + +% TODO implementiere Attention in CSS! + +Bei einem belasteten Spannungsteiler gelten diese Formeln nicht. Fragen dazu folgen in der Klasse A. + + +Bei den folgenden Fragen wird der Begriff Spannnungsteiler nicht direkt erwähnt, aber durch die Wortwahl : "Wie teilt sich die Spannung an zwei in Reihe geschalteten Widerständen auf ...." sollte man erkennen, dass es sich um einen Spannungsteiler handelt. + +[question:ED101] + +Es sind keine konkreten Widerstandswerte angegeben, deshalb ist das Ergebnis als allgemeine Formel darzustellen. +Laut Fragestellung ist $R_1$ 5-mal größer als $R_2$, also muss an ihm auch eine 5-mal größere Spannung gemessen werden können, bzw. $R_1 = 5 \cdot R_2$ + +Diesen Zusammenhang kann man als Formel angeben. + +$\frac{ U_{ 1 } }{ U_{ 2 } } = \frac{ 5\cdot R_2 }{ R_2 }$ + +Die $R_2$ kürzen sich weg und es Ergibt sich: + +$\frac{ U_{ 1 } }{ U_{ 2 } } = \frac{ 5 }{ 1 }$ + +Nach etwas umformen erhalten wir das Ergebnis: + +$ U_{ 1 } =U_{ 2 } \cdot \frac{ 5 }{ 1 }$ + +$ U_{ 1 } = 5 \cdot U_{ 2 }$ + +[question:ED102] + +Bei dieser Frage besteht der umgekehrte Zusammenhang wie bei der Frage ED 101. Laut Fragestellung ist $R_1$ 6-mal kleiner als $R_2$, also muss an ihm auch eine 6-mal kleinere Spannung gemessen werden können. + +Dieser Zusammenhang in einer Formel dargestellt lautet nun: + +$\frac{ U_{ 1 } }{ U_{ 2 } } = \frac{ 1 }{ 6 }$ + +$U_{ 1 } = U_{ 2 } \cdot {\frac{ 1 }{ 6 }}$ + +$U_1 =\frac{U_2}{6}$ + +[question:ED103] + +Bei dieser Frage sind konkrete Widerstandswerte angegeben, die zur Ermittlung des Spannungsteilerverhältnisses dienen. $R_1$ verhält sich zu $R_2$ wie $\qty{10}{\kilo\ohm}$ zu $\qty{20}{\kilo\ohm}$, also $1$ zu $2$. $U_2$ muss deshalb doppelt so groß sein wie $U_1$. Es ist aber die Gesamtspannung $U_{ G }$ angegeben. Diese liegt an einem Gesamtwiderstand von 30 kOhm und wird deshalb im Verhältnis $30$ zu $20$ (oder $3$ zu $2$) bezogen auf $R_2$ aufgeteilt. An $R_2$ muss deshalb die Spannung 2/3 von $U_G$ gemessen werden können. + +Selbstverständlich kann dieses Ergebnis auch mit der Formel aus der Formelsammlung berechnet werden: + +$\frac{ U_{ 2 } }{ U_{ G } } = \frac{ R_{ 2 } }{ R_{ 1 } + R_{ 2 } }$ + +und diese dann nach $U_2$ umgestellt: + +$U_{ 2 } = \frac{ R_{ 2 } }{ R_{ 1 } + R_{ 2 } } \cdot U_{ G }$ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spannungsteiler_2.md b/contents/sections/spannungsteiler_2.md new file mode 100644 index 0000000..77ab7e4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungsteiler_2.md @@ -0,0 +1,53 @@ +Bei einem belasteten Spannungsteiler muss berücksichtigt werden, dass der Gesamtstrom steigt, wenn die Belastung erhöht wird, d.h. der Lastwiderstand $R_L$ niederohmiger wird. +Dies gilt unter der Voraussetzung, dass der Strom der Versorgungsspannung nicht einbricht, weil er limitiert ist. + +Eine schwierige Frage, deshalb soll sie im Einzelnen erklärt werden! + +--- +[question:AD115] + +Im belasteten Spannungsteiler fließen 3 Ströme: +$I_1$ fließt durch $R_1$ und verursacht dort eine Verlustleistung $P_1$ = $U_1$ * $I_1$ = $I_2$ * $R_1$ +$I_2$ fließt durch $R_2$ und verursacht dort eine Verlustleistung $P_2$ = $U_2$ * $I_2$ = ${I_2}^2$ * $R_2$ +$I_L$ fließt durch $R_L$ und verursacht dort eine Verlustleistung $P_L$ = $U_2$ * $I_L$ = ${I_L}^2$ * $R_L$ +Der Strom $I_1$ ist die Summe von $I_2$ und $I_L$ und damit der größte Strom. + + + Zur Veranschaulichung hilft am Besten eine Rechnung mit konkreten Bauteilwerten. +Angenommen: Alle Widerstände haben einen Wet von 1 kOhm und die Gesamtspannung $U_B$ beträgt 12 V. + + *unbelasteter Fall:* + Ohne Rechnung ist sofort zu sehen: An jedem Widerstand können 6 V gemesen werden. + Der Gesamtwiderstand $R_{ges}$ beträgt: 2 kOhm + $\dfrac{ U_{ges1 } }{ U_{ 2 } } = \frac{R_{ges }}{R_{2}}$ + Der Gesamtstrom $I_1$ beträgt: $I_1$ = $ \frac {U_B}{R_{ges}}$ + $I_1$ =$ \frac {12\ \text{V}}{2\ \text{k}\Omega}$ = 6 mA. Dieser Strom fließt auch durch $R_2$. + Die Verlustleistung ist an beiden Widerständen gleich groß: $P_1$ = $P_2$ = 6 V $\cdot\ 6 \text{mA}$ = 36 mW + + *belasteter Fall:* + Die Parallelschaltung von $R_2$ und $R_L$ ergibt einen Ersatzwiderstand von 500 Ohm. + Der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers beträgt nun 1, 5 kOhm. Jetzt wirkt eine Spannungsteiler mit 1 kOhm zu 500 Ohm und dementsprechend teilt sich die Gesamtspannung auf. + 2/3 der Gesamtspannung kann an $R_1$ und 1/3 der Gesamtspannung kann an 500 Ohm gemessen werden. + Formel: $\frac {U_1}{U_{ges}} = \frac {R_{1}}{R_{ges}} \ \ \ U_1 = U_{ges} * \frac {R_1}{R_{ges}}$ + $U_1$ = 12 V * ${\frac {1 \ \text{k}\Omega}{1,5\ \text{k}\Omega}}$ + $U_1$ = 8 V und am 500 Ohm Ersatzwiderstand 12 V - 8 V = 4 V. + +Nun betrachten wir die Ströme: + $I_1$ = 8 V / 1 kOhm = 8 mA. Dieser Strom steigt an. + An $R_2$ und $R_L$ liegen jetzt nur noch 4 V an, deshalb sinken beide Ströme auf $I_2$ = 4 V / 1 kOhm = 4 mA und $I_L$ = 4 V / 1 kOhm = 4 mA. + + Wie verändern sich die Verlustleistungen? + *An $R_1$:* + $P_1$ = $U_1$ * $I_1$ = 8 V * 8 mA = 64 mW gegenüber 36 mW im unbelasteten Fall. + *An $R_2$* : + $P_2$ = $U_2$ * $I_2$ = 4 V * 4mA = 16 mW gegenüber 36 mW im unbelasteten Fall. + *An $R_L$:* + $P_L$ = $U_L$ * $I_L$ = 4 V * 4mA = 16 mW. + + +Merke: Bei der Dimensionierung eines Spannungsteiler ist die Stromstärke durch die Widerstände zu berücksichtigen. Der Strom $I_1$ steigt, wenn ein Lastwiderstand angeschlossen wird und dadurch wird $R_1$ wärmer. + +% Spannungsteiler müssen eine bestimmte Belastbarkeit besitzen, die von der Stromstärke durch die Widerstände abhängt. + + + diff --git a/contents/sections/spannungswandler.md b/contents/sections/spannungswandler.md new file mode 100644 index 0000000..13a69eb --- /dev/null +++ b/contents/sections/spannungswandler.md @@ -0,0 +1,25 @@ +% todo Bild von Spannungswandlervarianten +Einen Spannungswandler benötigen wir immer dann, wenn wir eine Spannung umwandeln müssen. In unserem Hobby kann das z.B. eine 5 V Spannung für einen Microcontroller aus 13,8 V sein oder aus einer Batterie mit 12 V eine Versorgungsspannung für einen Laptop mit 19 V zu generieren. Hierbei sprechen wir von DC/DC Wandlern als Step-UP (Hochsetzsteller) oder Step-DOWN (Tiefsetzsteller). +Durch die Spannungswandlung entstehen auch Verluste. Das Verhältnis der abgegebenen Leistung zur zugeführten Leistung nennt man Wirkungsgrad. Dieser berechnet sich aus $\eta=\frac{{P}_{AB}}{{P}_{ZU}}$. + +Ein Spannungswandler setzt ${U}_{IN}$ = 12 V auf ${U}_{OUT}$ = 5 V um. Er nimmt ${I}_{IN}$ = 2 A auf und gibt ${I}_{OUT}$ = 3 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad? Dazu benötigen wir die Leistungen ${P}_{ZU}$ und ${P}_{AB}$. Diese berechnen sich wie bereits gelernt mit ${P} = {U} \cdot {I}$. +In unserem Beispiel also wie folgt: +${P}_{ZU} = {U}_{IN} \cdot {I}_{IN} = {12} V \cdot {2} A = {24} W $ +${P}_{AB} = {U}_{OUT} \cdot {I}_{OUT} = {5} V \cdot {3} A = {15} W $ + +somit ergibt sich: +$\eta=\frac{{P}_{AB}}{{P}_{ZU}} = \frac{{15}{W}}{{24}{W}} = 0,625$ +Um nun $\eta$ in % anzugeben, wird $\eta \cdot 100 \%$ genommen und somit ist der Wirkunggrad $\eta = 62,5 \%$ + +[question:AB213] +[question:AB214] + +[photo:299:StepUpDownWandler: Abwärts- (Buck) Aufwärts- (Boost) Wandler] +Dieser Buck-Boost Converter kann von 0,5 V bis 25 V am Ausgang eingestellt werden. Die maximale Leistung beträgt 25 W. Da der Wirkungsgrad sehr hoch ist, kommen die Schalttransistoren ohne Kühlkörper aus. Die Betriebsart Abwärtswandler (Step Down = Buck Mode) oder Aufwärtswandler (Step Up = Boost Mode) kann mit dem rechten Minischalter aktiviert werden. +[photo:300:StepUpWandler: Aufwärtsspannungswandler von 7,2 V auf 24 V] + + + + Lösungshilfe + AB 214: 80 % + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spiegelfrequenzen.md b/contents/sections/spiegelfrequenzen.md new file mode 100644 index 0000000..ed9a13e --- /dev/null +++ b/contents/sections/spiegelfrequenzen.md @@ -0,0 +1,41 @@ + +[picture:807:spiegelfrequenzen_mischen1:Mischvorgang mit Empfangsfrequenz $f_\text{e}$, Oszillatorfrequenz $f_\text{o}$ und der Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$] + + +Konzeptbedingt entstehen bei einem Überlagerungsempfänger durch den hierbei stattfindenden Mischprozess (Vgl. Abbildung [ref:spiegelfrequenzen_mischen1]) mit der Oszillatorfrequenz des Empfängers immer zwei mögliche Empfangsfrequenzen: + +$f_{ZF} = \left|f_e \pm f_o\right|$ + +--- + + +[picture:806:spiegelfrequenzen_fe1_fe2:Empfangsfrequenzen die beide zur selben $f_{ZF}$ führen] + + +Nehmen wir an, unser Oszillator schwingt, wie in Abbildung [ref:spiegelfrequenzen_fe1_fe2] gezeigt, auf der Frequenz $f_o=3,955 \text{MHz}$. Die Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$ soll 0,455 MHz betragen. Durch den Betrag in unserer Formel gibt es nun zwei Möglichkeiten welche Empfangsfrequenzen man hören kann, nämlich $f_\text{e1} = 3,500 \text{MHz}$ und $f_\text{e2} = 4,410 \text{MHz}$. Für beide Werte ergibt die Formel die Zwischenfrequenz $f_{ZF}$. + +Wenn $f_\text{e1}$ die gewünschte Empangsfrequenz ist, so wird $f_\text{e2}$ die *Spiegelfrequenz* von $f_\text{e1}$ genannt. Ist $f_\text{e2}$ die gewünschte Empangsfrequenz, so wird $f_\text{e1}$ die *Spiegelfrequenz* von $f_\text{e2}$ genannt. + +Der Abstand zwischen gewünschter Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz beträgt hierbei immer das Doppelte der Zwischenfrequenz (ZF). +Schwingt der Oszillator oberhalb der Empfangsfrequenz so befindet sich auch die Spiegelfrequenz um das doppelte der ZF oberhalb der Empfangsfrequenz. +Befindet sich der Oszillator hingegen unterhalb der Empfangsfrequenz so befindet sich auch die Spiegelfrequenz um das doppelte der ZF unterhalb der Empfangsfrequenz. + +--- + +[picture:808:spiegelfrequenzen_mischen2:Zusätzlicher Bandpassfilter zur Spiegelfrequenzunterdrückung] + + +Die Spiegelfrequenz kann bei unzureichender Unterdrückung zu Empfangsstörungen führen, da Signale die sich auf der Spiegelfrequenz befinden dann ebenfalls im Empfänger hörbar sind. Um dies zu vermeiden, wird die gewünschte Empfangsfrequenz, wie in Abbildung [ref:spiegelfrequenzen_mischen2] gezeigt, durch einen Bandpassfilter selektiert und die *Spiegelfrequenz*, dadurch möglichst maximal unterdrückt. + +Um eine möglichst hohe Unterdrückung der Spiegelfrequenz zu ermöglichen ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen gewünschter Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz durch eine hohe ZF möglichst groß gewählt werden kann. Bei einem großen Abstand zwischen gewünschter Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz kann ein hochwertiges Bandpassfilter leichter realisiert werden als bei einem geringen Abstand. + +[question:AF201] +[question:AF202] +[question:AF203] +[question:AF204] +[question:AF106] +[question:AF107] +[question:AF108] +[question:AF109] +[question:AF110] +[question:AF111] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spitze_effektiv_wert.md b/contents/sections/spitze_effektiv_wert.md new file mode 100644 index 0000000..1842967 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spitze_effektiv_wert.md @@ -0,0 +1,67 @@ +Sinusförmige Wechselspannungen ändern ihren Wert fortlaufend. Um sie besser beschreiben zu können, wollen wir uns im Folgenden drei wichtige Kenngrößen ansehen: + +1. $\hat{U}$: Den Spitzenwert eine Wechselspannung +2. $U_\text{SS}$: der Spitze-Spitze-Wert +3. $U_\text{eff}$: der Effektivwert + + +[picture:834:e_wechselspannung_kenngroessen:Die drei Kenngrößen einer Wechselspannung] + + +--- + +Der *Spitzenwert* einer Wechselspannung $\hat{U}$ entspricht der Amplitude, die wir bereits in der Klasse N kennengelernt haben (vgl. Abbildung [ref:e_wechselspannung_kenngroessen]). Er ist unter anderem wichtig für die Spannungsfestigkeit von Kondensatoren. Abbildung [ref:e_spannungsfestigkeit_elkos] zeigt zwei bedrahtete Elektrolytkondensatoren, auf denen die zulässige Spannungsfestigkeit aufgedruckt ist. Der Spitzenwert der anliegenden Spannung darf diesen Grenzwert nicht überschreiten, da sonst die Zerstörung des Kondensators droht. Häufig wählt man Bauteile mit einer höheren Spannungsfestigkeit als erforderlich – entweder aus Sicherheitsgründen oder zur Verlängerung der Lebensdauer. + + +[photo:198:e_spannungsfestigkeit_elkos:Elektrolytkondensatoren mit den Spannungsfestigkeiten 16 Volt und 25 Volt] + + +Eine weitere Kenngröße ist der *Spitze-Spitze-Wert*. Das ist der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Ausschlag. Für Sinusförmige Wechselspannungen gilt: + +$U_\text{SS} = 2\cdot \hat{U}$. + +[question:EB406] +[question:EB407] + +Wenn nicht die Spannungs-, sondern die Leistung von Geräten oder die Wärmebelastung von Bauteilen und Leitungen im Vordergrund steht, ist der Spitzenwert nicht hilfreich. Für diesen Fall hat man den *Effektivwert* definiert. Der Effektivwert einer Wechselspannung entspricht dem Wert einer Gleichspannung, die einen ohmschen Widerstand genauso stark erwärmen würde. + +--- + +Bei sinusförmigen Spannungen ist der Spitzen- oder Scheitelwert etwa 1,4-mal so groß wie der Effektivwert (siehe Abbildung [ref:e_wechselspannung_kenngroessen]). Die genaue Rechnung führt zu einer einfachen Formel: + +$U_{eff} = \frac{\hat{U}}{\sqrt{2}}$ oder $\hat{U} = U_{eff} \cdot \sqrt{2}$ + +Wird eine Wechselspannung nur mit dem Buchstaben $U$ ohne Zusatz angegeben, ist in der Regel der Effektivwert gemeint. Das bekannteste Beispiel ist unsere Netzspannung von $\qty{230}{\volt}$ – auch hierbei handelt es sich um den Effektivwert. Die Spitzenspannung liegt deutlich höher, nämlich bei + +$\hat{U} = \qty{230}{\volt} \cdot \sqrt{2} \approx \qty{325}{\volt}$. + + +Die genaue Herleitung dieser Formel erfolgt mithilfe der Integralrechnung und geht über das für die Amateurfunkprüfung erforderliche Wissen hinaus. Wer mit der Integralrechnung vertraut ist und sich dafür interessiert, kann die Herleitung hier nachlesen: [Wikipedia](https://50ohm.de/ew) + + +[question:EB401] + +Der Wert für $U_\text{SS}$ ergibt für die Netzspanngung dann das Doppelte des Spitzenwerts: + +$ U_\text{SS} = 2 \cdot \qty{230}{\volt} \cdot \sqrt{2} \approx \qty{651}{\volt}$ + +[question:EB402] + +Nach dem gleichen Prinzip funktioniern auch die beiden folgenden Fragen: + +[question:EB403] +[question:EB404] + +--- + +% TODO referenz auf das Leistungskapitel einfügen: + +Bei der nächsten Frage wird indirekt nach dem Effektivwert der Spannung gefragt. Wenn man weiß, das $\frac{1}{\sqrt{2}} \approx 0,7$ ist kann man die beiden Ergebnisse direkt ablesen. + + +Wichtig ist, dass sowohl die Gleichspannung $\qty{0,7}{\volt}$ als auch die Gleichspannung $\qty{-0,7}{\volt}$ zum gleichen Ergebnis führen. Das liegt daran, dass sich bei einer negativen Spannung auch das Vorzeichen des Stroms ändert, was jedoch trotzdem zur gleichen Leistung führt – denn es gilt $P = U \cdot I$. + + +[question:EB405] + +Übrigens: Alles hier über Wechselspannungen Geschriebene gilt analog für Wechselströme. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/split_betrieb.md b/contents/sections/split_betrieb.md new file mode 100644 index 0000000..49db6d4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/split_betrieb.md @@ -0,0 +1,31 @@ +Eine besondere Technik, die von begehrten Stationen oft angewendet wird, ist der Split-Verkehr. Bei diesem empfängt die begehrte Station auf einer anderen Frequenz als sie sendet. Die CQ-rufende Station kündigt den Split-Verkehr mit Hinweis auf die Frequenz oder den Frequenzbereich an, in dem sie empfängt. Die Angaben erfolgen immer in kHz. + + +Ein *Vorteil am Split-Verkehr* ist, dass die besondere Station klar zu empfangen bleibt und nicht selber im Pile-Up "untergeht". + + +--- + +Die Angabe der Empfangsfrequenz kann als Abstand zur Sendefrequenz erfolgen. Beispielsweise bedeutet "split 5 up", dass die rufende Station 5 kHz über ihrer Sendefrequenz hört. Wenn die Station beispielsweise, wie in Abbildung [ref:n_split_verkehr_anruffrequenz] gezeigt, auf 28410 kHz sendet, dann müsste man auf 28415 kHz antworten. + + +[picture:672:n_split_verkehr_anruffrequenz:Split-Verkehr, Sendefrequenz der begehrten Station und Antwort-Frequenz, auf der sie empfängt] + + +[question:BE308] +[question:BE310] + +--- + +Häufiger wird eine begehrte Station aber nicht nur eine einzelne Frequenz angegeben, sondern einen ganzen Frequenzbereich. Eine auf 28410 kHz rufende Station meint mit "split up 28420 to 28430" oder kurz "tuning 420 to 430 up", dass sie auf immer wieder wechselnden Frequenzen im Bereich von 28420 bis 28430 kHz empfängt (Abbildung [ref:n_split_verkehr_anrufbereich]). + + +[picture:673:n_split_verkehr_anrufbereich:Split-Verkehr, Sendefrequenz der begehrten Station und Frequenzbereich für Antworten, in dem sie empfängt] + + + +Der *Trick mit dem Frequenzbereich* beim Split-Verkehr ist, dass niemand weiß, auf welcher Frequenz die begehrte Station gerade hört. Man muss also auf gut Glück eine Frequenz aus diesem Bereich wählen und dort antworten. Für die CQ-rufende Station entsteht der Vorteil, dass sie eher einzelne Rufzeichen heraushören kann, da nur ein kleiner Teil der interessierten Funkamateure die richtige Frequenz trifft. + + +[question:BE309] +[question:BE311] diff --git a/contents/sections/sporadic_e_1.md b/contents/sections/sporadic_e_1.md new file mode 100644 index 0000000..4dcc98e --- /dev/null +++ b/contents/sections/sporadic_e_1.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Noch größere Reichweiten von 1000 bis 2000 km werden in den Sommermonaten durch *Sporadic-E-Bedingungen* ermöglicht. Dabei treten meist scharf begrenzte und kleinräumige (eben "sporadische"), aber dafür außerordentlch stark ionisierte Bereiche in etwa 100 bis 110 km Höhe auf. Diese Bereiche brechen Funkwellen zur Erde zurück (*Refraktion*) (Abbildung [ref:n_sporadic_e]). Wann und wo Sporadic-E genau auftritt, lässt sich nicht vorhersagen. + + +[picture:733:n_sporadic_e:Refraktion (Brechung) von Funkwellen an stark ionisierten Bereichen der E-Schicht] + + +[question:NH306] +[question:NH305] diff --git a/contents/sections/sporadic_e_2.md b/contents/sections/sporadic_e_2.md new file mode 100644 index 0000000..7c193a6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sporadic_e_2.md @@ -0,0 +1,6 @@ +In der Klasse N haben wir bereits Sporadic-E kennengelernt: Dabei entstehen in etwa 100–110 km Höhe kleinräumige, stark ionisierte Bereiche, die Funkwellen zurück zur Erde brechen und so in den Sommermonaten große Reichweiten ermöglichen, deren Auftreten jedoch nicht vorhersehbar ist. + +In der Klasse E wird das Thema noch etwas vertieft: Da die Brechung bei Sporadic E in Bedingungen in der in niedrigerer Höhe befindlichen E-Region erfolgt, ist die maximale Sprungdistanz mit höchstens 2200 km geringer als bei Ausbreitung über die F-Region. Dafür ist aber die tote Zone deutlich kleiner, es gelingen daher Funkverbindungen über deutlich kürzere Distanzen. Man spricht daher bei Sporadic E auch von *Short Skip* Bedingungen (engl. *short skip* = "kurzer Sprung"). + +[question:EH218] +[question:EH304] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sporadic_e_3.md b/contents/sections/sporadic_e_3.md new file mode 100644 index 0000000..979d9a7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sporadic_e_3.md @@ -0,0 +1,8 @@ +In den Klassen N und E haben wir ja bereits gelernt, dass Funkverbindungen über Sporadic E (Besonders stark ionisierten Bereichen der E-Region) vor allem vom oberen Kurzwellenbereich bis zum 2-Meter-Band durchgeführt werden. + +[question:AH301] + +Je höher die Frequenz ist, desto seltener ist die Ausbreitung von Sporadic E. In Zeiten mittlerer bis hoher Sonnenaktivität, wenn also insbesondere auf dem 10-Meter-Band Ausbreitung über die F-Region möglich ist, ist Sporadic E auf der Kurzwelle eher von Nachteil, da es verhindert, dass die Funkwellen zur F-Region durchdringen und so die Sprungdistanzen auf höchstens 2200 km limitiert sind und auch die Tote Zone verschwinden kann. + +[question:AH214] +[question:AH220] diff --git a/contents/sections/sprachsignale.md b/contents/sections/sprachsignale.md new file mode 100644 index 0000000..af2269e --- /dev/null +++ b/contents/sections/sprachsignale.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Im weiteren Verlauf beschäftigen wir uns vor allem mit der Modulation von Sprache. Dazu müssen wir zunächst verstehen, was Sprache eigentlich ausmacht. Wenn wir sprechen, entstehen viele verschiedene tiefe und hohe sowie leise und laute Töne als Schallwellen. Wir nennen dies ein *Sprachsignal*. + +Sprechen wir in ein Mikrofon, dann wandelt es das Sprachsignal um. Aus den tiefen und hohen sowie leisen und lauten Tönen werden langsame und schnelle elektrische Schwingungen mit kleiner und große Amplitude. Das Sprachsignal liegt nicht mehr als Schallwelle, sondern als elektrische Schwingung vor und kann im Funkgerät verarbeitet werden. + + +[picture:742:n_sprachspektrum:Menschliche Sprache im Amplitudenspektrum, links die tiefen und rechts die hohen Töne] + + +In Abbildung [ref:n_sprachspektrum] sehen wir ein typisches Sprachsignal als Amplitudenspektrum. Der Frequenzbereich von 0 bis 20 kHz wird gezeigt. Die Kurve stellt die Amplitude für die jeweilige Frequenz dar. Es lässt sich gut erkennen, dass Sprache nicht beliebig hohe Frequenzen enthält. Für Funkübertragungen wird sogar oft ein noch weiter eingeschränkter Frequenzbereich genutzt. + +[include:spektrum_sprachsignale] + +--- + + +[picture:730:n_sprachspektrum_symbolisch:Symbolische Darstellung des Audiospektrums] +[picture:475:n_sprachspektrum_beispiel:Beispiel für ein Audiospektrums] + + +In Abbildung [ref:n_sprachspektrum_symbolisch] sehen wir die symbolische Darstellung eines Sprachspektrums. Auf der X-Achse von links nach rechts werden unterschiedliche Frequenzen dargestellt. Tiefe Töne mit kleineren Frequenzen finden sich weiter links als hohe Töne mit höheren Frequenzen, die weiter rechts zu finden sind. Auf der Y-Achse von unten nach oben ist die Lautsärke der jeweiligen Frequenz dargestellt, fachsprachlich nennen wir dies die Amplitude. Je weiter oben, umso lauter ist der Ton. + +In der Abbildung [ref:n_sprachspektrum_beispiel] findet sich ein konkretes Beispiel. Es ist ein genutzter Frequenzbereich von 300 bis 2700 Hz abzulesen. Die "Breite" des Signals wird übrigens als Bandbreite bezeichnet und in Hertz (Hz) angegeben. Die Bandbreite beträgt in diesem Falle 2700 Hz - 300 Hz = 2400 Hz. + +Dieses beispielhafte Sprachsignal werden wir verwenden, um Träger zu modulieren. Ein Signal, mit dem ein Träger moduliert wird, wird als *Modulationssignal* bezeichnet. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sprungdistanz_1.md b/contents/sections/sprungdistanz_1.md new file mode 100644 index 0000000..46334e9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sprungdistanz_1.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Ein *Sprung* (oder englisch *Hop*) ist der Weg der Raumwelle eines Funksignals von der Sendeantenne bis zur Rückkehr zur Erdoberfläche, wobei dazwischen eine Brechung an der Ionosphäre stattgefunden hat. Die dabei überbrückte Distanz lässt sich rein geometrisch bestimmen und hängt davon ab, in welcher Höhe sich die brechende Region befindet und in welchem Winkel (zur Erdoberfläche) das Signal von der Sendeantenne abgestrahlt wird. Je flacher dieser Winkel und je höher die brechende Region, desto größer ist die Sprungdistanz. + + +[include:sprungdistanz_applet] + + +[question:EH208] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sprungdistanz_2.md b/contents/sections/sprungdistanz_2.md new file mode 100644 index 0000000..b656432 --- /dev/null +++ b/contents/sections/sprungdistanz_2.md @@ -0,0 +1,36 @@ +Wie wir bereits in der Klasse E gelernt haben, hängt die Sprungdistanz vom gewählten Abstrahlwinkel ab. Der Abstrahlwinkel eines Dipols hängt von der Höhe über Grund ab. Je höher er montiert ist, desto flacher wird der Abstrahlwinkel, je niedriger desto steiler. +Bei der E-Region kann mit höchstens 2000 km gerechnet werden, bei der F2-Region mit bis zu 4000 km. Die Abbildung [ref:a_sprungdistanz] zeigt die Sprungdistanz durch Brechung in der F2-Region in Abhängigkeit des Winkels. + + +[picture:872:a_sprungdistanz:Sprungdistanz durch Brechung an der F2-Region in Abhängigkeit des Winkels] + + +[question:AH213] + +--- + +Ein konkretes Beispiel zeigt Abbildung [ref:a_sprungdistanz_1] mit einer Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel im 40-m-Band im Januar 2025. Zusätzlich wird die Ausbreitung jedoch von weiteren Faktoren beeinflusst – etwa von der Höhe der ionisierten Region, der Anzahl der Sonnenflecken, der Jahres- und Tageszeit, durch die unterschiedlichen Schichtausprägungen sowie von der verwendeten Frequenz mit ihren spezifischen Refraktionseigenschaften. Wichtig: Die Strahlungsleistung hat dabei keinerlei Einfluss. + +[question:AH212] + + +[picture:994:a_sprungdistanz_1:Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel im 40-m-Band, im Januar 2025] + + +--- + +Die Abbildung [ref:a_sprungdistanz_2] zeigt die Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit von Jahreszeit sowie von Tag und Nacht im 80-m-Band bei einem Abstrahlwinkel von $\qty{45}{\degree}$. Deutlich erkennbar ist, dass im 80-m-Band die Ausbreitung sowohl im Sommer als auch im Winter nachts deutlich besser funktioniert als tagsüber. In der Nacht sind wesentlich größere Sprungdistanzen über die F2-Region möglich. + +Am Tag beeinflusst die E-Region die Ausbreitung stärker. Im Sommer ist dieser Effekt ausgeprägter, da durch die höhere Sonneneinstrahlung eine stärkere Ionisation stattfindet. Im Winter ist die Ionisation geringer, wodurch tagsüber tendenziell größere Reichweiten möglich sind. In beiden Fällen wird die Signalstärke jedoch tagsüber durch die D-Region deutlich gedämpft. + + +[picture:996:a_sprungdistanz_2:Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit von Jahreszeit sowie Tag und Nacht im 80-m-Band bei $45\degree$ Abstrahlwinkel; zusätzlich wirkt die Dämpfung der D-Schicht am Tag] + + +--- + +Die Abbildung [ref:a_sprungdistanz_3] zeigt eine weitere Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit von der Frequenz bei einem Abstrahlwinkel von $\qty{45}{\degree}$ im Winter am Tag. Dabei wird deutlich, dass mit steigender Frequenz auch größere Sprungdistanzen möglich sind. + + +[picture:995:a_sprungdistanz_3:Simulation der Sprungdistanz in Abhängigkeit der Frequenz bei $\qty{45}{\degree}$ Abstrahlwinkel, im Januar 2025] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spule_1.md b/contents/sections/spule_1.md new file mode 100644 index 0000000..2e32df1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spule_1.md @@ -0,0 +1,106 @@ +Das dritte passive Bauelement in der Funktechnik – nach Widerstand und Kondensator – ist die *Spule*. Verschiedene Spulenarten und Ihre Schaltsymbole sind in den Abbildungen [ref:e_spulen] und [ref:e_schaltsymbole_spulen] dargestellt. Wie wir bereits im Kapitel zum magnetischen Feld gelernt haben, wird in einer Spule ein Magnetfeld erzeugt, sobald ein elektrischer Strom durch die Spule fließt. Die einfachste Bauform einer Spule ist die sogenannte gerade *Zylinderspule*, wie sie in Abbildung [ref:e_spule_Aufbau] gezeigt wird. + + +[photo:207:e_spulen:Verschiedene Bauformen von Spulen] +[picture:942:e_schaltsymbole_spulen:Schaltsymbole für unterschiedliche Spulenarten] +[picture:948:e_spule_Aufbau:Aufbau einer Spule] + + +--- + +Eine Zylinderspule hat eine sogenannte Induktivität $L$ welche sich nach folgender Formel berechnet: + +$L = \frac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$ + +Betrachtet man den Aufbau einr Spule, dann findet man also folgende Größen: +1. $\mu_0$ ist die magnetische Feldkonstante, eine Naturkonstante mit dem Wert $ 1.2566 10^{-6} \unit{\henry\per\meter}$. Den Wert kann man immer in der Formelsammlung nachschlagen. +2. $\mu_r$ ist eine Materialkonstante, denn Der Spulenkern kann aus einem speziellen Material bestehen, das magnetische Felder verstärken kann. +3. Anzahl $N$ der Spulenwindungen aus Kupferlackdraht oder versilbertem Kupferdraht +4. $A_S$ gibt die Querschnittsfläche des Spulenkerns an $A$ +5. Spulenlänge $l$ + +[question:EA102] + + +Der Formelbuchstabe $L$ wurde zu Ehren des Professors Emil Lenz (1804–1864) aus St. Petersburg gewählt, der die nach ihm benannte Lenzsche Regel formulierte. + + + +Eine Spule besitzt die Induktivität $L$ mit der Einheit $\qty{1}{\volt\second\per\ampere}$, die üblicherweise in *Henry* ($\unit{\henry}$) angegeben wird. Die Einheit ist nach dem amerikanischen Physiker *Joseph Henry* (1797–1878) benannt. Eine Induktivität von $\qty{1}{\henry}$ liegt vor, wenn eine Stromänderung von $\qty{1}{\ampere}$ innerhalb einer Sekunde eine Selbstinduktionsspannung von $\qty{1}{\volt}$ hervorruft. In der Praxis liegen die Werte von Induktivitäten meist deutlich darunter und werden typischerweise in $\unit{\milli\henry}$, $\unit{\micro\henry}$ oder $\unit{\nano\henry}$ angegeben. + + +--- + +Mit Hilfe der Formel und den folgenden qualitativen Zusammenhängen kann man bereits eine Reihe von Prüfungsfragen lösen: + +1. Die Induktivität steigt quadratisch mit der Windungszahl. Wenn die Windungszahl verdoppelt wird, dann steigt die Induktivität auf das Vierfache +2. Wenn die Spule zusammengedrückt wird, dann steigt die Induktivität L +3. Wenn die Querschnittsfläche vergrößert wird, dann steigt die Induktivität L +4. Wenn das Magnetfeld in der Spule durch ein geeignetes, magnetisch leitfähiges Material (z.B. Eisen) verstärkt wird, dann steigt die Induktivität L + +[question:EC305] + +Wenn man die Spule staucht, dann wird $l$ verkleinert. Dadurch steigt die Induktivität $L$. + +[question:EC306] + +Wenn man die Spulenlänge $l$ verdoppelt, dann muss sich die Induktivität $L$ halbieren. + +[question:EC307] + +Wenn die Anzahl der Windungen $N$ verdoppelt wird, dann vervierfacht sich die Induktivität $L$. + +Wenn die Windungszahl verringert wird, dann sinkt die Induktivität, aber selbst bei einer halben oder Viertelwindung und sogar bei einem geraden Stück Draht ist noch eine geringe parasitäre Induktivität vorhanden. + +[question:EC304] + +Als *ferromagnetisch* bezeichnen wir eine bestimmte Klasse an Materialien, die auf atomarer Ebene kleine Elementarmagnete enthalten, die sich unter dem Einfluss eines äußeren magnetischen Felds ausrichten und so die *magnetische Flussdichte* sehr erhöhen (mit der wir uns an dieser Stelle aber noch nicht beschäftigen). Unter den reinen chemischen Elementen sind nur Eisen, Kobalt und Nickel ferromagnetisch. + +[question:EB204] + +Wenn man ein ferromagnetisches Material wie Eisen in die Spule einführt, dann wird das Magnetfeld verstärkt und die Induktivität steigt. + +Wenn wir in eine Zylinderspule einen Kern aus einem gut leitenden (nicht-ferromagnetischen) Metall wie Aluminium oder Kupfer einführen, dann sinkt die Induktivität der Spule hingegen. Das liegt daran, dass das hochfrequente Magnetfeld der Spule in den Kernen Ströme, so genannte Wirbelströme, erzeugt ("induziert"). Diese sekundären Ströme erzeugen wiederum Magnetfelder, die dem Magnetfeld der Spule entgegenwirken. Deshalb sinkt die Induktivität. Das magnetische Feld im Inneren des Kerns wird dabei reduziert. + +Die in der folgenden Frage als richtig betrachtete Antwort ist die, dass das Magnetfeld nicht in den Kern eindringen kann und deshalb der Querschnitt des Feldes verringert. Das ist aber nicht ganz das, was physikalisch passiert. Einfach die "richtige" Antwort merken. + +[question:EB205] + +--- + +Schauen wir uns, wie beim Kondensator auch, zuerst das Gleichstromverhalten der Spule an: Die Spule wird über einen Vorwiderstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, wie in Abbildung [ref:e_spule_einschalten] dargestellt. Im Moment des Einschaltens wird der Stromanstieg zunächst verzögert, sodass der Strom nicht sprunghaft, sondern nur allmählich bis zu seinem Maximalwert ansteigt. + +Ursache hierfür ist die Lenzsche Regel: Beim Anstieg des Stroms erzeugt die Spule eine Selbstinduktionsspannung, die der Stromänderung – und damit der Ursache – entgegenwirkt. Dadurch wird der Stromanstieg begrenzt. Da zu Beginn noch kein Strom fließt, fällt zunächst nahezu die gesamte angelegte Spannung an der Spule ab. Mit zunehmendem Strom nimmt diese Induktionsspannung ab, während der Strom weiter ansteigt. + +Ist der stationäre Zustand erreicht, verhält sich die Spule bei Gleichstrom näherungsweise wie ein Stück Draht. Die an ihr abfallende Spannung ist dann praktisch null. Der zeitliche Verlauf der Spannung an der Spule ist in Abbildung [ref:e_spule_einschalten_spannung] dargestellt. + + +[picture:1016:e_spule_einschalten:Stromkreis zur Untersuchung einer Spule] + + +[picture:186:e_spule_einschalten_spannung:Spannungsverlauf beim Einschalten] + + +[question:EC301] + +--- + +Im Ausschaltmoment will die Selbstinduktionsspannung den Stromfluss aufrecht erhalten. Die Spule wirkt dann als Generator, dessen Induktionsspanung entgegengesetzt zur vorherigen Polarität entsteht. Damit verhällt sich die Spule exat gegenteilatig zum Kondensator. Diese Vorgänge kann man gut mit Hilfe eines Oszilloskops wie in Abbildung [ref:e_Spulenstrom] beobachten. + + +[photo:257:e_Spulenstrom:Ein-und Ausschaltverhalten der Spulenspannung und des Spulenstroms] + + +Man kann deshlab Spulen auch zur Verzörgerung benutzen. In der folgenden Frage, steigt der Stromfluss durch Lampe 2 langsamer an, als durch Lampe 1, da eine Spule vorgeschaltet ist, deren Selbstinduktionsspannung den Einschaltstrom nur langsam ansteigen lässt. + +[question:EC302] + +Ähnlich wie beim Kondensator verhält sich eine Spule unterschiedlich, wenn sie an Gleichspannung oder an Wechselspnnung angeschlossen wird. In der Funktechnik ist vor allem das Verhalten an Wechselspannung wichtig, deshalb schauen wir uns nun das Wechselstromverhalten an. + +Die Spule zeigt, ähnlich wie ein Kondensator, einen Wechselstromwiderstand $X_{\textrm{L}}$, dass heißt, obwohl der Spulendraht nur einen sehr kleinen ohmschen Widerstand (Leiterwiderstand) besitzt, fließt ein Strom, der aber mit steigender Frequenz der Wechselspannung kleiner wird: + +$X_{L} = \omega \cdot L = 2\cdot\pi\cdot f \cdot L$ + +Aus der Formel lässt sich erkennen, dass der Wechselstromwiderstand mit zunehmender Frequenz ansteigt und mit abnehmender Frequenz sinkt. + +[question:EC303] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/spule_2.md b/contents/sections/spule_2.md new file mode 100644 index 0000000..0520ef1 --- /dev/null +++ b/contents/sections/spule_2.md @@ -0,0 +1,154 @@ +In der Funktechnik spricht man auch von einer Impedanz. Beispiele: Antennenimpedanz bei 3,6 MHz, Eingangs- und Ausgangsimpedanz einer Verstärkerstufe, Impedanzwandler + +[photo:269:a_Widerstandsdreieck R - L:Geometrische Addition von R und $X_L$ und Phasenverschiebung zwischen Z und R] +Da die Gesamtspannung an Z anliegt und der Strom in Phase mit R zu sehen ist, ergibt sich eine Phasenverschiebung von $phi$ = 45 Grad, wobei I gegenüber U nacheilend ist. + + + + +[photo:270:a_Pulvereisenringkern:Beispiel für einen Pulvereisenringkern] +[photo:271:a_Ferritringkern:Beispiel für einen Ferritkern] + + +Bei einer Reihenschaltung von Blindwiderstand und Wirkwiderstand ergibt sich ein Scheinwiderstand Z, der nur im Betrieb an Wechselspannung auftritt und nicht mit einem Ohm-Meter gemessen werden kann. Er wird auch als Impedanz Z bezeichnet und als Widerstand in Ohm angegeben. +Merke: Der Begriff Impedanz steht für einen Widerstand, der sich aus einem ohmschen Anteil (R) und einem kapazitiven ($X_C$) und/oder induktiven Anteil ($X_L$) zusammensetzt. + +Beispiel: Wirkwiderstand 100 Ohm und Blindwiderstand 100 Ohm in Reihenschaltung ergeben einen Scheinwiderstand (Impedanz) von 141 Ohm. +Das Ergebnis entsteht durch geometrische Addition der beiden Widerstände über ein rechtwinliges Dreieck nach dem den Satz des Pythagoras. +$a^2$ +$b^2$ = $c^2$ +Für die Widerstände bedeutet dies: $R^2$ +$X_L ^2$ = $Z^2$ +$Z = \sqrt{{100^2} + {100^2}} $ = 141 Ohm +Bitte nachrechnen! +[question:AA101] + +In der Funktechnik ist vor allem das Verhalten an Wechselspannung wichtig. +Die Spule zeigt, ähnlich wie ein Kondensator, einen "Wechselstromwiderstand ", dass heißt, obwohl der Spulendraht nur einen sehr kleinen ohmschen Widerstand (Leiterwiderstand) besitzt, fließt bei einem Betrieb an Wechselspannung kein Kurzschlussstrom, sondern ein Strom, der mit steigender Frequenz der Wechselspannung kleiner wird. + +% todo Bild Stromkreis mit XL + +Die Ursache ist der Anstieg des induktiven Blindwiderstandes $X_L$. +[question:AC203] +(siehe Formelsammlung Seite 236 oben links - Stichwort: Induktiver Blindwiderstand) +$X_L$" links oben. +$X_L =\omega * L = 2 * \pi * f * L$ +Beispielrechnung für die Frage AC 204: +$X_L$ = 2 *$ \pi$ * 100 MHz * 3 µH +Jetzt werden die Vorsilben in Zehnerpotenzen umgewandelt, damit das Ergebnis in Ohm berechnet werden kann. +$X_L$ = $6,28 * 100 *10^6 * 3 * 10^{-6}$ Ohm +Die Zehnerpotenzen $10^6 * 10^{-6}$ ergeben 1. Im letzten Schritt werden die verbliebenen Zahlen multipliziert. +$X_L$ = 6,28 * 100 * 3 = 1884 Ohm +[question:AC204] +Mit einem vektoriellen Network Analyzer (VNA) läßt sich die Veränderung des induktiven Blindwiderstandes $X-L$ in Abhängigkeit von der Frequenz darstellen. Wir sprechen auch hier von einem Blindwiderstand, da eine verlustfreie Spule keine Wirkenergie aufnimmt. Sollte eine Spule bei Hochfrequenzanwendungen warm werden, dann besitz sie Verluste, die diese Erwärmung bewirken. +Die Verluste entstehen durch den ohmschen Widerstand des Drahtes und zusätzlich wirkt auch noch der Skin-Effekt, der den Drahtquerschnitt scheinbar verkleinert. +% todo BILD XL in Abhängigkeit der Frequenz +[photo:265:a_XL Verlauf V2:Veränderung des induktiven Blindwiderstandes $X_L$ einer Spule von 500 kHz bis 10 MHz] +Die rote Linie zeigt die Phasenlage des induktiven Blindwiderstandes $X_L$. +[question:AC202] + +[picture:944:a_Blindleistung Spule:Das Produkt von U * I ergibt die grüne Leistungskurve] +Die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom beträgt 90 Grad, wobei der Strom nacheilend ist. +Daraus ergibt sich eine Leistungskurve, die um die Nulllinie symmetrisch schwankt. Der Mittelwert ergibt Null, d.h. es wird keine Wirkleistung aufgenommen. +Wir sprechen deshalb auch bei einer verlustfreien Spule von Blindleistung und Blindwiderstand. +[question:AC201] + + +% entfernt [photo:266:a_Blindleistung einer Spule:Blindleistung in einer Spule] +Sollte eine Spule bei Hochfrequenzanwendungen warm werden, dann besitzt sie Verluste, die diese Erwärmung bewirken. +Die Verluste entstehen durch den ohmschen Widerstand des Drahtes und zusätzlich wirkt auch noch der Skin-Effekt, der den Drahtquerschnitt scheinbar verkleinert. +[question:AC209] + +Grundsätzlich steigt die Induktivität wenn die Windungszahl erhöht wird, die Spulenlänge verkürzt wird, die Querschnittsfläche der Spule vergrößert wird und ein magnetisch leitfähigeres Material als Spulenkern verwendet wird. +Zur Erhöhung der Induktivität, ohne die Windungszahl drastisch zu steigern, wird die Wicklung auf einen Ferritringkern gewickelt. Drosselspulen mit hoher Induktivität werden zur Verringerung hochfrequenter Ströme eingesetzt. + +--- + +[question:AC211] +Eine wichtige Kenngöße einer Spule ist die Induktivität L. Sie gibt an, welche Selbstinduktionsspannung die Spule erzeugen kann und dadurch den fließenden Strom, im Einschalt- und Ausschaltmoment verzögert. Der Formelbuchstabe L wurde zu Ehren des Professors Emil Lenz aus St. Petersburg (1804 - 1864, Verfasser der Lenzschen Regel) gewählt. + +Bei Ringkernspulen wird zur Erleichterung der Induktivitätsberechnung ein sogenannter $A_L$-Wert des Kernmaterials angegeben. +Die Berechnung der Induktivität lautet dann: +L = $N^2$ * $A_L$ +(siehe Formelsammlung Seite 236 oben rechts - Stichwort: Induktivität einer Ringkernspule) +ACHTUNG: Die Benennung des $A_L$-Wertes ist in Nanohenry pro Windungen im Quadrat angegeben. +Berechnungsbeispiel für die Induktivität einer Ringkernspule Frage AC 205: +L = $N^2$ * $A_L$ +L = $14^2$ * 1,5 nH = 294 nH = 0,294 µH +Die letzte Umwandlung ist notwendig, da die Lösung mit dieser Vorsilbe angegeben ist. +[question:AC205] + +[question:AC206] + +Beispielrechnung für die Frage AC 207: +Berechnungsbeispiel für die Windungszahl einer Ringkernspule: +$N = \sqrt \frac{L}{A_L}$ +$N = \sqrt \frac{2 \ {mH}}{250 \ { nH} }$ +Wichtig: Umwandlung von 2 mH in 2 000 000 nH, damit sich gleiche Vorsilben kürzen lassen. +$N = \sqrt \frac{2000 000 \ {nH} }{250 \ {nH} }$ +$N = \sqrt {8000}$ +$N = 89,4$ +Man wird 90 Windungen aufbringen. +[question:AC207] + +[question:AC208] + + +Wenn sich innerhalb der Spule ein magnetisch leitfähiges Material befindet (z.B. Eisen, Ferrit) dann wird das Magnetfeld verstärkt. Die dann wirksame magnetische Flussdichte B läßt sich mit folgender Formel berechnen: +$B = \mu_0 * \mu_r * \cdot H$ +(siehe Formelsammlung Seite 236 oben rechts - Stichwort: Magnetische Flussdichte) +Dabei enspricht $\mu_0$ der magnetischen Feldkonstante 1,2566 * ${10^{-6}}$ Vs/Am +$\mu_r$ steht für die relative Permeabilität des Kernmaterials in der Spule. Für Luft wird der Faktor 1 eingesetzt. +(siehe Formelsammlung Seite 243 unten rechts - Stichwort: Magnetische Feldkonstante; relative Permeabilität ) + + + +*Zusammenfassung (Version 1)*: + Impedanz = besteht aus Wirkwiderstand und Blindwiderstand = Scheinwiderstand in Ohm + +*MERKE: Induktivitäät, Strom zu späät!* + +Formel Seite 236 +$X_L =\omega * L = 2 * \pi * f * L$ +Umgestellt nach L: +$L =\frac{X_L}{2\pi \cdot f}$ + +$A_L$ - Wert in nH !!! +L = $N^2$ * $A_L$ +Umgestellt nach N: +$N = \sqrt \frac{L}{A_L}$ +Hohe Spulenverluste = niedrige Güte = großer tan "delta" = großer ESR + + + +|Zusammenfassung Spule | +|*Spule an Wechselspannung*| +|Impedanz = besteht aus Wirkwiderstand und Blindwiderstand = Scheinwiderstand in Ohm| +|*MERKE: Induktivitäät, Strom zu späät!*| +|Formel Seite 236| +|$X_L =\omega * L = 2 * \pi * f * L$| +Umgestellt nach L:| +$L =\frac{X_L}{2\pi \cdot f}$| +|$A_L$ - Wert in nH !!!| +|L = $N^2$ * $A_L$| +|Umgestellt nach N:| +|$N = \sqrt \frac{L}{A_L}$| +|Hohe Spulenverluste = niedrige Güte = großer tan "delta" = großer ESR| +[table:a_Spule Zusammenfassung:Zusammenfassung zur Spule in Klasse A] + + + +Hier geht es um die Abschirmung des elektrischen Feldes durch ein Alu-Gehäuse. +[question:AC210] + + +Zur Abschirmung eines Magnetfeldes benötigt man ein magnetisch gut leitfähiges Material. + + +Lösungshilfe: + +*AC 206:* 112,5 mH +*AC 208:* 20 Windungen + + + + + diff --git a/contents/sections/squelch.md b/contents/sections/squelch.md new file mode 100644 index 0000000..fa1b0c4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/squelch.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Wenn man eine Frequenz abhört, auf der gerade keine Station sendet, dann hört man Rauschen. Bei FM ist das Rauschen besonders laut und kann daher sehr störend sein. Fast jeder FM-Empfänger verfügt daher über eine *Rauschsperre*, mit der dieses Rauschen ausgeblendet werden kann. Meist wird für diese Funktion der englische Begriff *Squelch* (Abkürzung: SQL) verwendet. + + +[picture:737:squelch:Zeitlicher Verlauf der Amplitude auf einer Frequenz, zu sehen ist eine starke und eine schwache Sendung, drumherum keine Sendung (Rauschen), der Squelch blendet sowohl Rauschen als auch schwache Signale aus, wenn die Amplitude unter dem eingestellten Wert liegt.] + + +Damit die Rauschsperre richtig funktioniert, muss sie über die dafür vorgesehenen Drehregler oder Tasten so eingestellt werden, dass es in Sendepausen gerade nicht mehr rauscht. Ist sie zu schwach eingestellt, dann rauscht es. Wird die Rauschsperre aber zu stark eingestellt, dann werden auch schwache Signale ausgeblendet. + + +Die Rauschsperre nutzt den Umstand, dass das Rauschen immer eine kleinere Amplitude hat als die Hochfrequenzträger, die man sinnvoll empfangen kann. Wäre die Amplitude des Hochfrequenzträgers nämlich schwächer als das Rauschen, könnte man nicht mehr demodulieren. Daher funktioniert die Rauschsperre so, dass erst dann, wenn eine bestimmte Amplitude überschritten wird, das demodulierte Signal zum Lautsprecher durchgeschaltet wird. Ansonsten bleibt er stumm. + +Für AM- und SSB-modulierte Signalen gibt es auch Rauschsperren. Diese funktionieren technisch jedoch anders als bei frequenzmodulierten Signalen. Am Ende erzeugen sie aber das gleiche Ergebnis. + + +[question:NF302] diff --git a/contents/sections/squelch_2.md b/contents/sections/squelch_2.md new file mode 100644 index 0000000..dabb2d6 --- /dev/null +++ b/contents/sections/squelch_2.md @@ -0,0 +1,3 @@ +Die Rauschsperre (Squelch) wertet das empfangene Signal aus und vergleicht dies mit einem eingestellten Schwellwert. Hierbei kann das Eingangssignal, welches der Squelch verarbeitet, entweder am ZF-Teil (Signalstärke) oder am NF-Teil (Signal-to-Noise Ratio) des Empfängers entnommen werden. + +[question:AF225] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ssb.md b/contents/sections/ssb.md new file mode 100644 index 0000000..3297189 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ssb.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Wir haben gelernt, dass bei Amplitudenmodulation zusätzlich zum Träger zwei Seitenbänder vorhanden sind. Diese werden unteres bzw. oberes Seitenband genannt. Wie in Abbildung [ref:n_seitenband_2] zu sehen ist, befindet sich das "untere Seitenband" in der Frequenz unterhalb des Trägers und das "obere Seitenband" oberhalb. Im Englischen wird von "lower side band" (LSB) für das untere und "upper side band" (USB) für das obere Seitenband gesprochen. + + +[picture:482:n_seitenband_2:Amplitudenmodulation, Träger mit unterem (a) und oberem (b) Seitenband] + + + +Die gebräuchliche Abkürzung *USB* steht nicht für das untere Seitenband, sondern entsprechend der englischsprachigen Bezeichnung für das *obere Seitenband*! + + +Bemerkenswert ist, dass sich die gesamte Information des Modulationssignals komplett in den Seitenbändern befindet, und zwar identisch gespiegelt im unteren und oberen Seitenband. Der Träger selbst enthält gar keine Information! Eigentlich reicht es also, nur ein Seitenband auszusenden und auf den Träger und das andere Seitenband zu verzichten. Genau so wird es bei der Einseitenbandmodulation gemacht. Gebräuchlicher ist dafür die englische Bezeichnung single-sideband modulation, kurz *SSB*. Diese kann technisch beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Träger während der Modulation unterdrückt wird und man das gewünschte Seitenband ausfiltert. + +Der Vorteil von SSB ist, dass keine Sendeleistung für den eigentlich überflüssigen Träger und das zweite Seitenband "verschwendet" wird. Stattdessen kann die gesamte Sendeleistung für die Übertragung der Information genutzt werden. + +--- + +Je nachdem welches Seitenband ausgesendet wird, bezeichnet man das Übertragungsverfahren als LSB oder USB. Bei LSB wird nur das untere Seitenband und bei USB wird nur das obere Seitenband ausgesendet. Die Auswahl des Seitenbands wird am Transceiver getroffen. + + +[picture:743:n_seitenband_3:Seitenbänder bei AM, LSB und USB im Vergleich] + + +Bei SSB kommt es in Sprechpausen quasi zu keiner Aussendung mehr, da der Träger ja unterdrückt wird. Die bei SSB belegte Bandbreite entspricht der Bandbreite des aufmodulierten Signals. Bei den Beispielen für SSB in [ref:n_seitenband_3] also 2700 Hz und somit etwas weniger als die Hälfte der Bandbreite von AM. + +[question:NE203] + +[question:NE204] + +[question:NE208] + +[question:NE207] + +[question:NE205] diff --git a/contents/sections/ssb_2.md b/contents/sections/ssb_2.md new file mode 100644 index 0000000..4575f7a --- /dev/null +++ b/contents/sections/ssb_2.md @@ -0,0 +1,52 @@ +In der Klasse N haben wir gelernt, dass bei der Amplitudenmodulation neben dem Träger zwei Seitenbänder entstehen, ein unteres (LSB) und ein oberes (USB), in denen die gesamte Information des Modulationssignals enthalten ist, während der Träger selbst keine Information überträgt. Da beide Seitenbänder die gleiche Information enthalten, reicht es aus, nur eines davon zu senden und den Träger zu unterdrücken (vgl. Abbildung [ref:e_ssb_am_modulation]). Dieses Verfahren nennt man Einseitenbandmodulation beziehungsweise Single Sideband (SSB), welches wir auch in der Klasse N bereits kennen gelernt hatten. Der Vorteil von SSB besteht darin, dass keine Sendeleistung für den Träger und das zweite Seitenband verschwendet wird, wodurch die gesamte Leistung effizient für die Informationsübertragung genutzt werden kann und gleichzeitig die benötigte Bandbreite deutlich geringer ist als bei AM. + + +Bei der Einseitenbandmodulation (SSB) enthält das Sendesignal – abhängig vom am Transceiver gewählten Seitenband – entweder die Trägerfrequenz plus der NF-Modulationsfrequenz (bei USB) oder die Trägerfrequenz minus der NF-Modulationsfrequenz (bei LSB). Die Abbildung [ref:e_ssb_einzelsignal] zeigt hierfür zwei Beispiele: Moduliert man einen Sender mit der Trägerfrequenz $\qty{7,100}{\mega\hertz}$ mit einem NF-Signal von $\qty{1}{\kilo\hertz}$ in USB, so wird vom Sender eine Frequenz von $\qty{7,100}{\mega\hertz} + \qty{1}{\kilo\hertz} = \qty{7,101}{\mega\hertz}$ abgestrahlt. Moduliert man den Sender hingegen in LSB, so wird vom Sender eine Frequenz von $\qty{7,100}{\mega\hertz} -\qty{1}{\kilo\hertz} = \qty{7,099}{\mega\hertz}$ abgestrahlt. + + +[picture:1056:e_ssb_einzelsignal:Seitenbänder bei AM und SSB] + + +Die folgenden Fragen können nach diesem Schema gelöst werden. + +[question:EE203] +[question:EE204] + +--- + +AM-Signale übertragen beide Seitenbänder und den Träger und haben daher eine Bandbreite von etwas mehr als dem Doppelten des modulierenden NF-Signals (vgl. Abbildung [ref:e_ssb_einzelsignal]). Die Bandbreite eines SSB-Signals entspricht in etwa der Bandbreite des modulierenden NF-Signals (nach Filterung und Begrenzung der Bandbreite des NF-Signals). Bei SSB werden auch Signalanteile unterhalb von 300 Hz und der Träger (0 Hz) nicht übertragen und unterdrückt. Daher hat SSB etwas weniger als die halbe Bandbreite von AM. + + +[picture:743:e_ssb_einzelsignal:Seitenbänder bei AM und SSB] + + +[question:EE202] +[question:EE201] + +--- + +Wie wir bereits in der Klasse N beim Thema Morsetelegrafie mit *Continuous Wave* (CW) gelernt haben, wird dabei ein konstanter Hochfrequenzträger in einem bestimmten Rhythmus ein- und ausgeschaltet. CW-Signale benötigen im Vergleich zu sprachmodulierten Signalen wie AM und SSB die geringste Bandbreite. Dies liegt daran, dass bei CW lediglich eine einzige Frequenz getastet wird und nicht, wie bei Sprachsignalen, mehrere Frequenzanteile eines NF-Signals gleichzeitig übertragen werden müssen. + + +Die Bandbreite von CW-Signalen ist von der Zeichengeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Tastung) abhängig und beträgt bei durchschnittlichen Gebegeschwindigkeiten von 20 Wörtern pro Minute (100 Zeichen pro Minute) ca. 300 Hz. + + +[question:EE207] + +Um Störungen benachbarter Stationen im Frequenzband zu vermeiden, sollte die belegte Bandbreite eines SSB-Signals auf maximal etwa $\qty{2,7}{\kilo\hertz}$ kHz begrenzt werden. Diese Bandbreite ist für eine gute Sprachverständlichkeit vollkommen ausreichend. Aus diesem Grund wird das NF-Signal des Mikrofons im Sender bandbegrenzt: Frequenzanteile unterhalb von etwa $\qty{300}{\hertz}$ sowie oberhalb von etwa $\qty{3}{\kilo\hertz}$ werden unterdrückt, da sie nur wenig zur Sprachverständlichkeit beitragen. + +[question:EJ211] +[question:EJ210] + +In der Praxis besitzen SSB-Filter zur Erzeugung eines SSB-Signals häufig eine Bandbreite von nur etwa 2,4 kHz. Auch diese geringere Bandbreite reicht in vielen Fällen für eine gute Sprachverständlichkeit aus und ermöglicht zugleich eine noch effizientere Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums. + +[question:EF310] + +Störungen benachbarter Stationen können auch durch sog. *Splatter* auftreten, die durch eine zu hoch eingestellte Mikrofonverstärkung und somit Übersteuerung der NF-Stufen erfolgen können. Im Sendesignal wirkt sich dies so aus, dass die Bandbreite der SSB-Übertragung steigt, was andere Stationen stören kann. + +[question:EJ215] + +Eine zu geringe Mikrofonverstärkung (NF-Amplitude) führt zu einer geringeren Modulation des SSB-Senders, was eine Verkleinerung der Ausgangsleistung zur Folge hat. Daher ist es wichtig, dass die Mikrofonverstärkung für gute Kommunikation in SSB optimal angepasst wird (nicht zu groß und nicht zu klein). Im Kapitel Dynamikkompressor gehen wir darauf nochmal genauer ein. + +[question:EE206] +[question:EE205] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ssb_3.md b/contents/sections/ssb_3.md new file mode 100644 index 0000000..caf3194 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ssb_3.md @@ -0,0 +1,22 @@ +Zur Reduzierung der maximalen Bandbreite eines ausgestrahlten SSB-Signals und effizienten Nutzung des vorhandenen Frequenzspektrums, sollte die maximale NF-Modulationsbandbreite eines SSB-Signals nicht mehr als 2,7 kHz betragen. Dies ermöglicht einen minimalen Abstand zwischen SSB-Signalen von 3 kHz, für störungsfreien Betrieb. +[question:AE209] +[question:AE208] + +Wird ein SSB-Signal im Modulator des Senders übersteuert, so entstehen hierbei Verzerrungen, die zu Nebenaussendungen führen. Diese Nebenaussendungen werden umgangssprachlich auch als "Splatter" bezeichnet und können benachbarte Aussendungen stören, da die Bandbreite des Sendesignals in diesem Fall die geforderten 2,7 kHz überschreitet. +[question:AE205] + +Die Sprache jedes Menschen hat ein individuelles Frequenzspektrum. Für die bestmögliche Verständlichkeit bei SSB-Aussendungen sollten Sprachfrequenzen im höheren Bereich angehoben werden und in tieferen Frequenzbereichen abgeschwächt werden. Hierfür dient ein sog. Equalizer im Mikrofonverstärker des Senders, der eine individuelle Einstellung des Frequenzgangs des Modulationssignals ermöglicht. Hierdurch wird der Frequenzgang des Mikrofons optimal auf den jeweiligen Operator angepasst. +[question:AE213] + +Um die Hüllkurvenform eines SSB-Senders bzgl. Qualität und Linearität beurteilen zu können kann ein sog. Zweiton-Signal zur Modulation des SSB-Senders verwendet werden. Hierbei wird der SSB-Sender mit einem NF-Signal moduliert, das aus zwei überlagerten NF-Frequenzen besteht. Diese NF-Frequenzen dürfen in keinem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Durch die Überlagerung entstehen in der ausgesendeten HF Maxima und Minima (Nulldurchgänge) des HF-Signals. Zur Modulation können z.B. ein 700 Hz und ein 1200 Hz Ton verwendet werden. Hieraus ergibt sich bei Messung des HF-Signals mittels eines Oszilloskops (an einem Lastwiderstand) eine Schwebung der HF von 500 Hz, die im Idealfall sinusförmig sein sollte. Das Zweiton-Signal ermöglicht auch die Messung der sog. Hüllkurenleistung (PEP) eines SSB-Senders mittels Darstellung der Kurvenform auf dem Oszilloskop. +[question:AE207] + + +%TODO: DIese Frragen wurden vom Kapitel Oszi hier her verschoben. Macht mehr sinn hier. + +% AI304 Hüllkurvenform +[question:AI304] +% Tastkopf 1:1 PEP +[question:AI305] +% Tastkopf 10:1 PEP +[question:AI306] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/sstv.md b/contents/sections/sstv.md new file mode 100644 index 0000000..4a683ca --- /dev/null +++ b/contents/sections/sstv.md @@ -0,0 +1,18 @@ + +[photo:84:n_sstv:Ein per SSTV übertragenenes Bild] + + +Neben der Übertragung von Sprache, Tönen und Texten erfreut sich im Amateurfunk auch die Übertragung bewegter oder feststehender Bilder großer Beliebtheit. Beim *Slow-Scan-Television* (SSTV) werden stehende Bilder mit geringer Auflösung übertragen. Ein Beispiel ist in Abbildung [ref:n_sstv] zu sehen. Rufzeichen und Rapporte werden bei SSTV einfach als Text in die Bilder reingeschrieben. + +SSTV wurde als eigenständige Entwicklung des Amateurfunks erstmals 1958 durch amerikanische Funkamateure praktiziert. Bei den Bildern verwendet man meistens Fotos vom Shack, der Antennenanlage oder der Landschaft aus der eigenen Umgebung. + + +Bei Bild- und Videoübertragungen wird das spezielle *Rapportsystem RSV* verwendet. R und S stehen wie bei Telefonie und Telegrafie für Lesbarkeit und Signalstärke. Das V steht für die Video- bzw. Bild-Qualität und wird mit einem Wert von 1 bis 5 angegeben: +* 1 = Nur Synchronisation zu sehen +* 2 = Großes Call lesbar +* 3 = Große Details zu erkennen +* 4 = Kleine Details zu erkennen +* 5 = rauschfreies Bild + + +[question:BE210] diff --git a/contents/sections/standortbescheinigung.md b/contents/sections/standortbescheinigung.md new file mode 100644 index 0000000..3b8dc23 --- /dev/null +++ b/contents/sections/standortbescheinigung.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Möchte ein Funkamateur das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder nicht selbst durchführen, kann er dies - wie jeder andere Betreiber einer Sendeanlage - durch die Bundesnetzagentur durchführen lassen. Dazu muss eine sogenannte "Standortbescheinigung" beantragt werden. + + +Die Erstellung der *Standortbescheinigung* ist auch für Funkamateure immer kostenpflichtig. Außerdem muss der Funkamateur alle notwendigen Unterlagen und Informationen für die Berechnungen bereitstellen. Dazu gehören ein Lageplan, eine Bauzeichnung mit dem Montageort der Antennen und Informationen zum Abstrahlverhalten von allen Antennen. + + +[question:VC121] + +Aber auch die Bundesnetzagentur kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Standortbescheinigung für eine ortsfeste Amateurfunkstelle verlangen. Dies gilt immer dann, wenn sich am vorgesehenen Standort bereits eine andere ortsfeste Funkanlage befindet, wie z. B. eine Sendeanlage für das Mobilfunknetz, und insgesamt eine Strahlungsleistung von 10 W EIRP oder höher erreicht wird. + +[question:VE519] +[question:VE518] diff --git a/contents/sections/standortwahl.md b/contents/sections/standortwahl.md new file mode 100644 index 0000000..520b33a --- /dev/null +++ b/contents/sections/standortwahl.md @@ -0,0 +1,13 @@ +Bei der Standortwahl einer Antenne ist zu beachten, dass man Wechselwirkungen mit anderen elektrischen Installationen und Geräten in der eigenen Wohnung und bei Nachbarn vermeiden sollte. Solche Wechselwirkungen können sowohl den eigenen Funkempfang stören als auch im Sendebetrieb die Funktionsweise anderer Geräte. + +Eine erste Regel ist, dass eine Antenne möglichst im Außenbereich angebracht werden sollte, damit eine Kopplung zwischen der Antenne und elektrischen Leitungen im Haus möglichst vermieden werden kann. + +%TODO: Distraktor "in geringerem Maß Ausstrahlungen unterworfen" scheint nicht ganz falsch zu sein. +[question:EG223] + +Im Kurzwellenbereich bietet es sich an, die Antenne möglichst rechtwinklig vom Haus wegzuführen. Dadurch wird vermieden, dass sich die Antenne parallel zu elektrischen Leitungen befindet. +[question:EJ110] + +Richtantennen sollten grundsätzlich so hoch und so weit entfernt wie möglich entfernt positioniert werden, da die Feldstärke (selbst in Hauptstrahlrichtung) mit der Entfernung abnimmt. + +[question:EG112] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/statische_aufladung.md b/contents/sections/statische_aufladung.md new file mode 100644 index 0000000..a07b898 --- /dev/null +++ b/contents/sections/statische_aufladung.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Auch ohne Blitz und Donner können auf unseren Antennen unerwünschte Spannungen vorhanden sein. Meist sind statische Aufladungen die Ursache. Zum Beispiel Regen und Hagel können sie auslösen. Dies kann durchaus eine Gefahr für Personen sein. Im harmlosen Fall führt es nur zu Prasselstörungen beim Empfang. + +[question:EK206] + +Statische Aufladungen können durch Ableitwiderstände zwischen den Leitern der Antennenzuführung und der Erdung der Amateurfunkstation wirksam verhindert werden. Die Widerstände müssen hochohmig sein (z.B. 100 kΩ), um die Funktion der Antenne nicht zu beeinträchtigen. + +% *** Anmerkung: 100 kΩ nach Rothammel, 1984, Seite 318 *** + +[question:EK207] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/steckverbinder_bnc.md b/contents/sections/steckverbinder_bnc.md new file mode 100644 index 0000000..a79e3c2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/steckverbinder_bnc.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Für Funkgeräte mit kleiner Leistung bis hinauf zum 70 cm-Band oder auch an Messgeräten kommen BNC-Steckverbinder zum Einsatz. In der Abbildung von Frage NG203 sieht man links den Stecker und rechts die Kupplung. Das Besondere am BNC-Steckverbinder ist der Bajonett-Verschluss. + + +[photo:71:n_koaxsteckverbinder_bnc:BNC-Winkeladapter mit Stecker links und Kupplung rechts] + + + +Der *Bajonett-Verschluss* ist schneller lösbar als beispielsweise die Schraubverbindungen von PL- oder N-Steckverbindern. Zum Öffnen wird der Verschluss einfach um ca. 90° gedreht. Ein Federmechanismus soll vor versehentlichem Lösen schützen. + + +[question:NG203] diff --git a/contents/sections/steckverbinder_n.md b/contents/sections/steckverbinder_n.md new file mode 100644 index 0000000..657d621 --- /dev/null +++ b/contents/sections/steckverbinder_n.md @@ -0,0 +1,15 @@ +PL-Steckverbinder sind weder für Frequenzen oberhalb von VHF noch für besonders hohe Leistungen geeignet. Dafür kommen meist die höherwertigen N-Steckverbinder zum Einsatz. Sie werden bis in den Gigahertz-Bereich benutzt. N-Steckverbinder haben wie PL-Steckverbinder eine Schraubverbindung. Charakteristisch sind die Federkontakte um den Mittelstift herum, die eine besonders gute Verbindung des Außenleiters herstellen. + + +[photo:73:n_koaxsteckverbinder_n_buchse_und_stecker:N-Einbaubuchse und N-Stecker] + + + +[photo:72:n_koaxsteckverbinder_n_stecker:Ein N-Stecker vor seiner Montage] + + + +PL- und N-Steckverbinder sollten nie miteinander verwechselt werden. Steckt man einen PL-Stecker in eine N-Buchse, kann diese zerstört werden! + + +[question:NG204] diff --git a/contents/sections/steckverbinder_pl.md b/contents/sections/steckverbinder_pl.md new file mode 100644 index 0000000..bb9054e --- /dev/null +++ b/contents/sections/steckverbinder_pl.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Für die gesamte Kurzwelle, aber auch darüber hinaus bis zum 2 m-Band (VHF) kommt häufig der PL-Steckverbinder zum Einsatz. Wie man in den Bildern [ref:n_koaxsteckverbinder_pl_stecker] und [ref:n_koaxsteckverbinder_pl_einbaubuchse] erkennt, handelt es sich um eine Schraubverbindung. + + +[photo:69:n_koaxsteckverbinder_pl_stecker:PL-Stecker] + + + +[photo:70:n_koaxsteckverbinder_pl_einbaubuchse:PL-Einbaubuchse] + + + +Der PL-Steckverbinder wird verwirrenderweise auch als *UHF-Steckverbinder* bezeichnet, obwohl er für Frequenzen im UHF-Bereich und darüber eigentlich gar nicht geeignet ist. + + +[question:NG202] diff --git a/contents/sections/steckverbinder_sma.md b/contents/sections/steckverbinder_sma.md new file mode 100644 index 0000000..2f806a9 --- /dev/null +++ b/contents/sections/steckverbinder_sma.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Während man BNC-Steckverbinder immer weniger antrifft, kommen immer häufiger SMA-Steckverbinder zum Einsatz. Sie haben nur geringe Abmessungen und sind für sehr hohe Frequenzen geeignet. SMA-Steckverbinder finden sich auch häufig an Hochfrequenz-Messgeräten. + + +[photo:74:n_koaxsteckverbinder_sma:SMA-Stecker, hier stark vergrößert] + + + +Vom SMA-Steckverbinder gibt es eine besondere Variante, den *Reverse-SMA-Steckverbinder*. Das Besondere daran ist, dass der Mittelstift umgedreht (reverse) ist. Das bedeutet, dort wo im Stecker eigentlich ein Mittelstift ist, befindet sich eine Öffnung. Und dort wo sich in der Kupplung eigentlich die Öffnung befindet, ist der Mittelstift. Es kann leicht zu Verwechselungen zwischen SMA und Reverse-SMA kommen, da beide Varianten im Amateurfunk verwendet werden. Erschwerend kommt noch hinzu, dass bei Reverse-SMA die Bezeichnungen Stecker und Kupplung von der üblichen Norm abweichen: Der Reverse-SMA-Stecker hat keinen Mittelstift, sondern ausnahmsweise die Kupplung! + + +[question:NG205] + +Für hohe und höchste Frequenzen sind N- und SMA-Steckverbindungs-Systeme am besten geeignet. + +[question:NG206] + diff --git a/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_1.md b/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_1.md new file mode 100644 index 0000000..5a3f817 --- /dev/null +++ b/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_1.md @@ -0,0 +1,82 @@ +Beim Betrieb von Sendern – insbesondere von leistungsstarken Sendern – kann es zu verschiedenen Beeinflussungen elektronischer Geräte und Anlagen kommen. Solche *störenden Beeinflussungen* und einige grundlegende Handlungshinweise haben wir bereits in der Klasse N kennengelernt. Ziel ist es, diese Beeinflussungen möglichst zu vermeiden oder ihre Ursachen durch geeignete Gegenmaßnahmen zu beseitigen. In dieser Lektion wollen wir uns Ursachen und Gegenmaßnahmen genauer ansehen. Grundsätzlich können elektronische Geräte auf zwei Arten beeinflusst werden: + +- *Einstrahlung* liegt vor, wenn Hochfrequenz über die Empfangsantenne (Abbildung [ref:e_antenne_einstrahlung]) oder wegen eines ungenügend geschirmten Gehäuses (Abbildung [ref:e_direkteinstrahlung]) direkt in die Elektronik eines Gerätes gelangt und dort zu Beeinflussungen führt. +- *Einströmungen* liegen vor, wenn Hochfrequenz über Leitungen oder Kabel in ein Gerät gelangen wie z.B. über die Netzzuleitung, Antennenzuleitung, Lautsprecherkabel etc. (Abbildung [ref:e_einstroemung]) + + +[picture:744:e_antenne_einstrahlung:Einstrahlung über die Empfangsantenne] +[picture:746:e_direkteinstrahlung:Direkteinstrahlung in ein Gerät] +[picture:747:e_einstroemung:Einströmung über Anschlussleitungen] + + +[question:EJ102] +[question:EJ101] + +Auch beim gesetzeskonformen Betrieb eines Senders können bei Empfängern in unmittelbarer Nachbarschaft Beeinflussungen beim Empfang anderer Frequenzen auftreten. Durch hohe Sendeleistungen von Amateurfunkstationen sowie den Einsatz von Antennen mit hohem Gewinn können lokal und im Strahlungsbereich der Antennen sehr hohe Feldstärken auftreten. Diese können Empfänger und deren Empfangsstufen übersteuern, was zu einer Verringerung der Empfängerempfindlichkeit bis hin zur vollständigen Blockierung des Empfangs führen kann. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass Garagentorsteuerungen nicht mehr wie gewohnt funktionieren. Oft werden auch LED-Leuchten, welche über kapazitive Sensoren gesteuert werden, können von Aussendungen beeinflusst. Hierbei spricht man von *Übersteuerung* oder *störender Beeinflussung* von Geräten. + +[question:EJ106] +[question:EJ107] +[question:EJ103] +[question:EJ112] + +Oft werden störende Beeinflussungen in der Nachbarschaft mit dem Betrieb einer Amaterfunkstation in Verbindung gebracht. Für den Nachweis eines evtl. Zusammenhangs durch Aussendungen der Amateurfunkstation ist die Auswertung und ggf. Führung eines Logbuchs über getätigte Aussendungen und Verbindungen sehr hilfreich. Hierdurch kann auch ggf. ausgeschlossen werden, dass vermutete Beeinflussungen in der Nachbarschaft auf die Amateurfunkstelle zurückzuführen sind. + +[question:EJ122] + +Der Funkamateur sollte in der Nachbarschaft hierbei in kooperativer Weise und lösungsorientiert unterstützen bzw. auch Vorschläge für eine Abhilfe unterbreiten. Oft lassen sich Probleme im direkten Gespräch einfacher lösen als unter Einschaltung von Behörden. Erst wenn alle Bemühungen fehlgeschlagen sind, kann die zuständige Außenstelle der Bundesnetzagentur um eine Prüfung der Gegebenheiten gebeten werden. Dies sollte allerdings wirklich das letzte Mittel der Problemlösung sein. + +[question:EJ124] + +Zu diesen Bemühungen zählen verschiedene Maßnahmen, wie zum Beispiel: + +%- Reduzierung der Sendeleistung der Amateurfunkanlage % Das sollte das letzte Mittel sein! +- Abschirmung empfindlicher Geräte oder Leitungen +- Einbau von Filtern und Mantelwellensperren auf der Empfangsseite des Nachbarn +- Einrichtung einer wirksamen HF-Erdung +- Verwendung von Außenantennen für den Empfang + +Diese Maßnahmen wollen wir im Folgenden genauer betrachten. + +Damit störende Beeinflussungen von Geräten vermieden werden, sollte ein Funkamateur stets nur die für eine *zufriedenstellende Kommunikation erforderliche Sendeleistung* für seine Aussendungen verwenden. + +[question:EJ104] +[question:EJ105] + +Treten in einer Empfangsanlage mehrere starke Empfangssignale gleichzeitig auf (z.B. durch den Empfang eines lokalen TV-Senders und einer starken Amateurfunkstation in der Nachbarschaft) können im Empfänger unerwünschte Harmonische und deren Mischprodukte durch die Übersteuerung der Empfangsstufen des Empfängers entstehen. Dies nennt man *Intermodulation*. Durch Intermodulation werden *Phantomsignale* hervorgerufen, die nur bei Vorhandensein der beteiligten Signale entstehen. + +[question:EJ120] + +Selbst in einer abgeschalteten Stereoanlage können starke HF-Signale durch Gleichrichtung in der NF-Endstufe an nichtlinearen Bauteilen wie Transistoren zu hörbaren Geräuschen in den Lautsprechern führen. Auch korrodierte Kontakte zwischen Metallen (Metall-Oxide) haben die Eigenschaft, dass sie Gleichricht-Effekte durch Nichlinearitäten bilden können. Hierdurch können bei Aussendungen der Amateurfunkstation unerwünschte Mischprodukte auf der Sende- oder der Empfangsseite entstehen, die zu einer störenden Beeinflussung des Fernseh- und Rundfunkempfangs führen können. + +[question:EJ113] +[question:EJ121] + + +Nicht alle störenden Beeinflussungen lassen sich durch Maßnahmen auf der Sendeseite beheben. Oft ist auch das beeinflusste Gerät selbst nicht für den jeweiligen Einsatzort geeignet, erfüllt geltende gesetzliche Vorgaben nicht oder Zuleitungen und Abschirmungen sind nicht ausreichend gegen hochfrequente Einstrahlungen oder Einströmungen dimensioniert. In solchen Fällen bietet es sich an, Betroffenen Maßnahmen vorzuschlagen, so dass die Probeleme behoben werden können. + +Eine mögliche Maßnahme besteht darin, HF-Baugruppen möglichst durch ein geschlossenes Metallgehäuse zu schirmen. + +[question:EJ108] + +Befindet sich eine Kurzwellen-Sendeantenne in der Nähe und parallel zu einer 230-V-Wechselstromleitung, können Hochfrequenzströme in das Stromnetz eingekoppelt werden. Um Beeinflussungen im eigenen Haus möglichst gering zu halten, empfiehlt es sich, für Sendeantennen eine separate HF-Erdleitung zu verwenden. + +[question:EJ109] +[question:EJ111] + +Eine weitere Möglichkeit ist der *Einbau von Filtern in Zuleitungen von Geräten* sowie *Mantelwellen-Sperren (Verdrosselung)* von Zuleitungen. + +Insbesondere Filter können auf der Seite des beeinflussten Gerätes (TV, DVB-T2-Empfänger, DAB-Empfänger etc.) in den Empfangspfad eingebaut werden. So kann beispielsweise die Feldstärke eines Amateurfunk-Kurzwellensenders (z. B. im Bereich von $\qtyrange{3}{30}{\mega\hertz}$) den TV-Empfang (z. B. $\qtyrange{470}{690}{\mega\hertz}$) beeinflussen. Durch den Einbau eines Hochpassfilters lässt sich der Einfluss des Amateurfunksendesignals deutlich verringern: Frequenzanteile außerhalb des TV-Empfangsbereichs – in diesem Beispiel also die Kurzwelle – werden unterdrückt, sodass die Empfangsstufen des Geräts nicht mehr übersteuert werden können. + +[question:EJ116] +[question:EJ117] + +Oft wird das Sendesignal einer Amateurfunkstation in örtlicher Nähe zu anderen Geräten über den Schirm von Koaxialkabeln oder Zuleitungen in gestörte Empfänger oder Geräte eingekoppelt. Wenn es hierbei zu beeinflussungen kommt sollte auf den Zuleitungen zum beeinflussten Gerät ein sog. *Mantelwellensperre* installiert werden. Eine Mantelwellensperre blockiert *Gleichtaktströme* auf dem Mantel und dem Innenleiter des beeinflussten Gerätes. Als Mantelwellensperren werden typischerweise Ringkerne oder Klappringkerne aus Ferrit verwendet. Eine weitere Möglichkeit, um Beeinflussungen bei Steuerleitungen von elektrischen Anlagen und Geräten zu vermeiden ist die Verwendung von geschirmten Steuerkabeln (z.B. bei Türsprechanlagen, Telefonleitungen etc.) + +[question:EJ118] +[question:EJ119] +[question:EJ115] +[question:EJ114] + +Auch schlechte Empfangsverhältnisse auf Seiten des beeinflussten Gerätes (z.B. TV-Zimmerantenne für Empfang) können leichter zu Beeinflussungen im Empfang führen. Eine mögliche Gegenmaßnahme wäre die Verwendung einer Außenantenne ggf. mit entsprechenden Vorfiltern. + +[question:EJ123] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_2.md b/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_2.md new file mode 100644 index 0000000..ef36969 --- /dev/null +++ b/contents/sections/stoerungen_elektronischer_geraete_2.md @@ -0,0 +1,59 @@ +In den Lektionen der Klassen N und E haben wir bereits typische Beeinflussungen elektronischer Geräte und Anlagen kennengelernt – etwa durch direkte Einstrahlung in das Gehäuse oder durch Einkopplung in Zuleitungen – sowie passende Gegenmaßnahmen und Verhaltensweisen. In der Klasse A werden diese Aspekte noch etwas weiter vertieft. + +[question:AJ105] + +Kommt es bei digitalen Eigenbauempfängern zu Empfangsstörungen so kann eine mögliche Ursache hierfür eine schlechte Schirmung des Empfängers sein. Hier bietet es sich an die Leiterplatte des Empfängers in ein geerdetes Metallgehäuse einzubauen. Insbesondere bei SDR-Empfängern oder Eigenbaulösungen in SDR-Technik ist eine gute Schirmung zur Vermeidung von Einstrahlungen unbedingt erforderlich. Umgekehrt werden so auch unerwünschte Abstrahlungen durch diese Geräte vermindert. + +[question:AJ103] + +--- + +In der Klasse E haben wir uns bereits mit Einkopplungen in Netzleitungen beschäftigt. Es gibt jedoch eine weitere Gegenmaßnahme, die wir uns im Folgenden genauer ansehen wollen. Sollten Störungen über die Netzzuleitung einströmen, so bietet sich der Einbau eines Netzfilters in Form eines Tiefpassfilters (Vgl. Abbildung [ref:a_netzfilter] und Abbildung [ref:a_netzfilter_draw]) an. Diese Filter sind unter Beachtung der VDE-Vorschriften als fertige Geräte erhältlich. + +[question:AJ116] +[question:AJ117] +[question:AJ118] + + +[photo:244:a_netzfilter:Netzfilter] +[picture:367:a_netzfilter_draw:Schaltung eines Netzfilters] + + +Unterschiedliche Übertragungsverfahren haben aufgrund ihrer Modulationscharakteristik unterschiedliche Wirkungen hinsichtlich Beeinflussungen von Geräten und Leitungen. Insbesondere die Modulationsarten CW sowie SSB (bei denen sich die Amplitude rasch ändert) führen oft zu Beeinflusungen in Lautsprecherzuleitungen und einer hierauf folgenden Gleichrichtung der HF an den Basis-Emitter-Strecken im NF-Teil von Verstärkern. Der Basis-Emitter-Übergang verhält sich hierbei wie eine Diode und richtet die HF gleich. Hierdurch wird die hierdurch demodulierte NF in den Lautsprechern hörbar. + +[question:AJ107] +[question:AJ106] + +Um DVB-T Empfänger vor starken Signalen eines VHF/UHF Amateurfunksenders in unmittelbarer Nähe zu schützen sollte in die Antennenzuleitung des DVB-T-Empfängers ein Hochpassfilter eingebaut werden. Dies ist jedoch nur bei passiven Empfangsantennen wirksam. Insbesondere unselektive TV-Antennenvorverstärker werden durch benachbarte Sendesignale schnell übersteuert, da diese einen breiten Frequenzbereich verstärken. +Bei aktiven Empfangsantennen muss ein Hochpassfilter vor dem Antennenvorverstärker der Antenne eingebaut werden. +Beim Einbau von Filtern ist auch die Einfügedämpfung der Filter im Durchlassbereich zu beachten. Diese sollte so gering wie möglich sein und nicht mehr als 2-3 dB betragen um das gewünschte Empfangssignal möglichst ungehindert passieren zu lassen. + +[question:AJ113] +[question:AJ114] +[question:AJ108] + +Grundsätzlich macht es Sinn hinter einem starken Kurzwellensender ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 30-40 MHz zu installieren. Auch durch Verwendung eines Antennen-Tuners in Tiefpass-Konfiguration (Pi- oder LC-Filter) kann eine Tiefpasswirkung erreicht werden, die Oberwellenaussendungen wirksam unterdrückt. + +[question:AJ112] +[question:AJ104] + +Starke Sendesignale einer Amateurfunkstation können bei DAB, TV und UKW-Empfängern Empfangsstörungen, Störgeräusche oder Aussetzer/Artefakte/Verstummen (insbesondere bei digitalen Empfängern wie DAB/DVB-T) hervorrufen. Diese Störungen werden oft durch Übersteuerung des Empfängereingangs durch hohe Signalstärken am Empfangsort hervorgerufen und führen zur Verringerung der Empfindlichkeit des Empfängers oder Übersteuerung der Eingangsstufe des Empfängers. + +[question:AJ110] +[question:AJ111] +[question:AJ109] + +Um die vorgenannten Probleme zu vermeiden sollte seitens des Funkamateurs daher immer nur mit der minimal erforderlichen Sendeleistung für eine zufriedenstellende Kommunikation gearbeitet werden. + +[question:AJ101] + +Zum Abblocken von HF-Störungen in Schaltungen und Geräten werden oft Abblockkondensatoren verwendet. Diese müssen die Eigenschaft haben die HF möglichst effizient gegen Masse abzuleiten. Hierfür eignen sich insbesondere Keramik-Kondensatoren sehr gut. Ungeeignet sind Elektrolyt- und Kunststoff-Folienkondensatoren, da diese durch ihren gewickelten Aufbau eine hohe Eigeninduktivität besitzen. Bei Tantal-Kondensatoren wird oft aufgrund der besseren HF-Ableitungseigenschaften ein Keramik-Kondensator parallel geschaltet, da diese alleinig nur für mittlere HF-Frequenzen bis ca. 30 MHz geeignet sind und Keramik-Kondensatoren weitaus höhere Frequenzen abblocken können. +Um HF-Störungen wirksam abzuleiten muss eine wirksame Erdung mit niedriger Impedanz vorliegen. + +[question:AJ119] +[question:AJ102] + +In Stromversorgungsleitungen von HF-Stufen werden oft Hochfrequenz-Drosseln eingesetzt. Diese stellen eine Längsimpedanz für Hochfrequenz dar und blocken wirksam hochfrequente Einströmungen in Stufen sowie auch HF-Rückströmungen in die Stromversorgung der Stufen ab. +Bedingt durch den gewickelten Aufbau haben diese Drosseln auch Eigenkapazitäten, so dass sie in Verbindung mit Ihrer Induktivität unerwünschte Resonanzstellen (Schwingkreise) bilden. Hierdurch kann es in den HF-Stufen zu unerwünschten *Nebenresonanzen*, welche durch die *Eigenresonanzen* der HF-Drosseln hervorgerufen werden, kommen. Nebenresonanzen können die Charakteristik von HF-Stufen negativ beeinflussen. Hierdurch kann es zu unerwünschten Rückkopplungseffekten, insbesondere bei Verstärkern, kommen sowie zu Einbrüchen in der Leistungscharakteristik von HF-Stufen. + +[question:AJ214] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/stoerungen_vermeiden.md b/contents/sections/stoerungen_vermeiden.md new file mode 100644 index 0000000..a38527b --- /dev/null +++ b/contents/sections/stoerungen_vermeiden.md @@ -0,0 +1,78 @@ +Trotz aller Maßnahmen zur Vermeidung von unerwünschten Aussendungen und zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit kann es zu Störungen oder störenden Beeinflussungen von elektronischen Geräten kommen. Diese können aus drei Gründen auftreten: + +* durch unerwünschte Frequenzanteile, die nicht ausreichend unterdrückt werden +* durch unzureichend abgeschirmte oder unzureichend geerdete Geräte +* durch die gewünschten Aussendungen selber + + +Es wird zwischen Störungen und störenden Beeinflussungen unterschieden. + +Eine Störung liegt vor, wenn die Amateurfunkstation unerwünschte Frequenzanteile in einem Maße abstrahlt, dass die Grenzwerte überschritten werden und zu einer Störung führen. Ein Beispiel wäre eine Aussendung einer Oberschwingung von einem Kurzwellentransceiver im UKW-Rundfunkbereich. + +[picture:745:stoerungen_vermeiden_oberschwingung:Störung des DVB-T2-Empfang eines Fernsehers durch die Oberschwingung einer Amateurfunkaussendung] + + + +--- + +Störungen oder störende Beeinflussungen von Geräten können für die betroffenen Personen natürlich mit Unannehmlichkeiten verbunden sein. Wenn die Probleme nur im eigenen Haushalt auftreten, kann man damit vielleicht noch gut umgehen. Wenn es jedoch zu Störungen bei Geräten von Nachbarn kommt, wird es schon schwieriger. + +Wenn wir von einem solchen Problem in unserer Umgebung erfahren, sollten wir immer in Betracht ziehen, dass sie mit unserer Amateurfunkanlage im Zusammenhang stehen könnte. Daher sollte ein Funkamateur in solchen Fällen anbieten, zu prüfen, ob er der Verursacher ist. + +[question:NJ102] + + +Bei störenden Beeinflussungen kommt es hingegen - obwohl die Grenzwerte für unerwünschte Aussendungen durch den Funkamateur eingehalten werden - zu einer negativen Beeinflussung, z. B. des Rundfunkempfangs. Störende Beeinflussungen können auf drei unterschiedlichen Wegen in das betroffene Gerät gelangen, wobei die Wege sowohl einzeln als auch zusammen auftreten können: +* Einstrahlung über eine Empfangsantenne +* Direkteinstrahlung in elektrische Geräte +* Einströmungen über Anschlussleitungen + +Diese Wege zu kennen, erleichtert die Analyse der störenden Beeinflussung und die nachfolgende Behebung. Mögliche Maßnahmen werden [edition:N:im Kurs für Klasse E][edition:NEA:in den folgenden Abschnitten] behandelt. + +[picture:744:stoerungen_vermeiden_einstrahlung:Einstrahlung über die Empfangsantenne] +[picture:746:stoerungen_vermeiden_direkteinstrahlung:Direkteinstrahlung in ein Gerät] +[picture:747:stoerungen_vermeiden_einstroemung:Einströmung über Anschlussleitungen] + + +--- + +Man sollte nun nach der Ursache suchen und prüfen, ob man das Problem mit eigenen Mitteln beheben kann. Möglicherweise kann die Ursache allerdings nicht ermittelt bzw. das Problem nicht beseitigt werden. Dann ist es ratsam, den Nachbarn darauf hinzuweisen, dass er sich an die Funkstörungsannahme der Bundesnetzagentur wenden kann. + + +Die Suche nach der Ursache von elektromagnetischen Störungen kann sich kompliziert gestalten. Mitglieder des DARC können sich Unterstützung bei den *Referenten für elektromagnetische Verträglichkeit* holen, die es in den Distrikten und auch vielen Ortsverbänden des DARC gibt. + +[Jetzt Mitglied im DARC werden!](https://50ohm.de/mw) + + +[question:VE302] + +Die Ermittlung der Ursache kann einige Zeit in Anspruch nehmen. Zur Wahrung des nachbarschaftlichen Friedens kann es daher sinnvoll sein, die eigene Sendeleistung so weit zu reduzieren, dass es zu keinen Problemen kommt. + +[question:VE301] + +Wenn bei der Überprüfung durch die Bundesnetzagentur herauskommt, dass die Probleme mit dem betroffenen Gerät durch die Amateurfunkaussendungen verursacht werden, gibt es drei mögliche Fälle zu unterscheiden. + +Im ersten Fall wird festgestellt, dass die Amateurfunkanlage nicht vorschriftsmäßig betrieben wird, beispielsweise weil zu starke unerwünschte Aussendungen stattfinden. In diesem Fall ist die Bundesnetzagentur berechtigt, kostenpflichtig eine Betriebseinschränkung anzuordnen. Das kann beispielsweise eine Begrenzung der Sendeleistung sein. + +Der zweite Fall stellt sich wie folgt dar: Die Amateurfunkstelle wird vorschriftsmäßig betrieben. Eine Messung der erzeugten Feldstärke am Ort des betroffenen Gerätes ergibt, dass die Feldstärke kleiner ist als die Feldstärke, die das betroffene Gerät im Rahmen der Störfestigkeit vertragen können muss. + +Die Störung wird also dadurch verursacht, dass das betroffene Gerät die vorgeschriebene Störfestigkeit nicht einhält. In diesem Fall liegt die Verantwortung zur Behebung der Störung alleine beim Betreiber des betroffenen Geräts. Der Funkamateur darf seinen Sendebetrieb unverändert fortsetzen. + +[question:VE305] +[question:VE306] + +Im dritten Fall wird die Amateurfunkstelle ebenfalls vorschriftsmäßig betrieben. Das betroffene Gerät hält jedoch die vorgeschriebene Störfestigkeit ein. Die Störung ergibt sich also daraus, dass die von der Amateurfunkstation am Ort des betroffenen Geräts erzeugte Feldstärke größer ist als der Grenzwert für die Störfestigkeit des betroffenen Geräts. + +--- + +Das bedeutet aber nicht automatisch, dass der Funkamateur seine Sendeleistung absenken muss. Es handelt sich vielmehr um einen Konfliktfall, da sowohl die Amateurfunkstation als auch das betroffene Gerät vorschriftsmäßig betrieben werden. In diesen Fällen ist die Bundesnetzagentur befugt, eine Lösung *in Zusammenarbeit mit allen Beteiligten* herzustellen. + + +Die Bundesnetzagentur ist unter den folgenden Umständen - trotz vorschriftsmäßigem Betrieb einer Amateurfunkanlage - befugt, Maßnahmen auch ohne Zusammenarbeit mit allen Beteiligten anzuordnen: +* zum Schutz von Empfangs- und Sendegeräten, die Sicherheitszwecken dienen +* zum Schutz öffentlicher Telekommunikationsnetze, also beispielsweise dem Telefonnetz +* zum Schutz von Leib und Leben einer Person oder Sachen von bedeutendem Wert + + +[question:VE303] +[question:VE304] diff --git a/contents/sections/strahlengang_aufenthalt.md b/contents/sections/strahlengang_aufenthalt.md new file mode 100644 index 0000000..c3ccd30 --- /dev/null +++ b/contents/sections/strahlengang_aufenthalt.md @@ -0,0 +1,30 @@ +% Quelle: % https://www.bfs.de/DE/themen/emf/hff/wirkung/hff-nachgewiesen/hff-nachgewiesen.html + +Bei Mikrowellen werden im Amateurfunk häufig Parabolantennen oder Helixantennen eingesetzt. Beiden Antennen ist gemeinsam, dass damit ein sehr großer Antennengewinn erzielt werden kann. Aus wenigen Watt, sogar aus wenigen Milliwatt werden beachtliche Strahlungsleistungen. Bei Parabolantennen ist ein Gewinn von $\qty{20}{\dB}$ relativ einfach zu erreichen. So wird aus einer Sendeleistung von \qty{1}{\watt} eine Strahlungsleistung von $\qty{100}{\watt}$. Hat der Spiegel einen Gewinn von $\qty{30}{\dB}$ sind es sogar $\qty{1000}{\watt}$. Entsprechend stark sind die elektromagnetischen Felder in der Strahlungskeule. + +Hochfrequente elektromagnetische Felder wirken auf den menschlichen Körper hauptsächlich thermisch, also durch Erwärmung von Gewebe. Besonders empfindlich sind dabei Organe mit geringer Wärmeabfuhr, wie die Augen und das Gehirn. Auch die Fortpflanzungsorgane sind temperaturabhängig empfindlich, weshalb entsprechende Schutzmaßnahmen für alle Menschen notwendig sind. + +Der Aufenthalt im direkten Strahlengang einer Sendeantenne, insbesondere bei Mikrowellen, ist gefährlich. Er ist absolut zu vermeiden. + + +In der Formelsammlung ist die Formel zur Berechnung des Antennengewinns von Parabolantennen zu finden: + +$g_\text{i} = 10 \cdot \log_{10} \left[\left(\frac{\pi\cdot d}{\lambda}\right) ^2 \cdot\eta~\right] \unit{\dB}$ + +Die Wellenlänge geht in die Berechnung mit ein. Sie steht im Nenner d.h. je kleiner die Wellenlänge, desto größer ist der Gewinn. + +Links im [Hamnet](https://50ohm.de/hamnet) werden im Frequenzbereich $\qtyrange{5.650}{5.850}{\mega\hertz}$ betrieben ($\lambda = \qty{5,2}{\centi\meter}$ in der Bandmitte). Schon mit einem Spiegel mit einem Durchmesser von $\qty{0,80}{\meter}$ erzielt man einen Gewinn von rund $\qty{33}{\dB}$ (bei $\eta=1$). Für einen vergleichbaren Gewinn wäre im 70-cm-Band ein Durchmesser von $\qty{10}{\meter}$ erforderlich. So große Parabolantennen könnte man nicht einfach irgendwo aufstellen. Deshalb wird speziell nach dem Umgang mit Mikrowellen gefragt, bei denen die Gefahr, wegen der relativ kleinen Antennen, leicht unterschätzt werden kann. + + +--- + +[question:EK201] + + +Das [Bundesamt für Strahlenschutz](https://50ohm.de/bfs) informiert auf seiner Seite über die biologische Wirkungen von hochfrequenten Felder auf menschliche Körper. + +* Hochfrequente elektromagnetische Felder werden vom Körper aufgenommen. +* Die Stärke der Energieabsorption hängt von der Stärke und der Frequenz der elektromagnetischen Felder ab. +* Eindeutig nachgewiesen sind Kraftwirkungen und eine Wärmewirkung der hochfrequenten Felder. +* Die Wärmewirkung ist ausschlaggebend für mögliche gesundheitliche Wirkungen beim Menschen. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/strom.md b/contents/sections/strom.md new file mode 100644 index 0000000..e4e7164 --- /dev/null +++ b/contents/sections/strom.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Wir haben auch schon gelernt: Sobald man einen elektrischen Verbraucher wie eine Lampe an die beiden Pole einer Spannungsquelle anschließt, fangen die getrennten elektrischen Ladungen an sich zu bewegen. Wir nennen dies einen *geschlossenen Stromkreis*, in dem ein elektrischer Strom fließt. Abhängig davon, wie groß eine Spannung ist und was für ein Verbraucher angeschlossen wird, fließt mehr oder weniger Strom. Wir sprechen von der *elektrischen Stromstärke*, die in der Einheit Ampere mit der Abkürzung A angegeben wird. + + +Die Einheit Ampere ist nach dem französischem Physiker und Mathematiker *André-Marie Ampère* benannt, der in den 1820er Jahren die elektrische Spannung und den elektrischen Strom wissenschaftlich erklärte. + + +[question:NA202] + +--- + +Schauen wir uns wieder einige Beispiele an: Durch eine Leuchtdiode (LED) fließen beispielsweise 5 mA Strom. Bei einem Transceiver im Empfangsbetrieb sind es z. B. schon 900 mA, also fast ein Ampere. Durch einen Transceiver im Sendebetrieb kann schon wesentlich mehr Strom fließen, beispielsweise 21 A. + + +| l: Verbraucher | r | c | l | +| Leuchtdiode (LED) | 5 mA | = | 0,005 A | +| Transceiver im Empfangsbetrieb | 900 mA | = | 0,9 A | +| Transceiver im Sendebetrieb | 21 A | = | 21 A | +[table:strom_beispiele:Beispiele für Ströme] + + +Um die folgende Aufgabe zu lösen, müssen wir uns klar machen, dass 1 mA das gleiche ist wie 0,001 A. Beim Lösen muss man aber aufpassen, mit den Nullen nach dem Komma nicht durcheinander zu kommen: Wenn 1 mA dasselbe wie 0,001 A ist, dann ist 10 mA dasselbe wie 0,010 A. Demzufolge ist 40 mA also 0,040 A. Schlußendlich entspricht 42 mA also 0,042 A. + +[question:NA209] + diff --git a/contents/sections/strom_spannung_messung_2.md b/contents/sections/strom_spannung_messung_2.md new file mode 100644 index 0000000..c7ef156 --- /dev/null +++ b/contents/sections/strom_spannung_messung_2.md @@ -0,0 +1,18 @@ +In der Klasse N haben wir bereits Strom- und Spannungsmessgeräte und ihre Schaltsymbole kennengelernt. Ein Strom- oder Spannungsmessung soll den Stromkreis möglichst wenig beeinflussen, da der eigentliche Betrieb normalerweise ohne die entsprechenden Messgeräte erfolgt. Dazu besitzen Strom- und Spannungsmessgeräte unterschiedlich hohe *Innenwiderstände*. Der Innenwiderstand gibt an, wie stark der Stromfluss durch das Messgerät begrenzt wird und entspricht im Prinzip einem normalen Widerstand. Der Innenwiderstand wird ebenfalls in Ohm angegeben. + + +[picture:238:e_strom_spannung_messung:Gleichzeitige Strom- und Spannungsmessung] + + +--- + +Ein Strommessgerät wird in Serie / Reihe zu dem zu vermessenden Bauteil, z.B. einem Widerstand, geschaltet. Durch das Bauteil fließt also dieselbe Stromstärke wie durch das Messgerät. Damit der Stromfluss möglichst wenig durch das Messgerät beeinflußt wird, besitzt das Strommessgerät einen *geringen* Innenwiderstand. + +Im Gegensatz dazu haben Spannungsmesser einen *hohen* Innenwiderstand. Das Messgerät wird parallel in den Stromkreis eingebaut. Es verbindet damit zwei unterschiedliche Punkte im Stromkreis. Die angezeigte Spannung ist nun ein Maß für die Stärke der Ladungstrennung zwischen diesen zwei Punkten. Ein Stromfluss über diesen Parallelzweig würde die Ladungstrennung aber gerade wieder abbauen und dies wird durch den hohen Innenwiderstand verhindert. + + +Idealerweise hätte ein Strommessgerät einen Widerstand von $\qty{0}{\ohm}$ und ein Spannungsmessgerät einen Widerstand von $\qty{\infty}{\ohm}$. In der Praxis ist das jedoch nicht erreichbar. Genau damit beschäftigen wir uns in der Klasse A noch etwas genauer. + + +[question:EI101] +[question:EI102] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/strom_spannung_messung_3.md b/contents/sections/strom_spannung_messung_3.md new file mode 100644 index 0000000..6aa753e --- /dev/null +++ b/contents/sections/strom_spannung_messung_3.md @@ -0,0 +1,75 @@ +In den Klassen N und E haben wir bereits gelernt, wie man Strom und Spannung korrekt misst und welche Eigenschaften die Innenwiderstände der Messgeräte haben. Werden die Messgeräte nicht richtig in die Schaltung eingebaut, erhält man falsche oder unsinnige Anzeigen oder kann im schlimmsten Fall das Messgerät beschädigen. In der Klasse A gibt es dazu noch zwei weitere Fragen, die die korrekte Strom- und Spannungsmessung abprüfen – allerdings in einem etwas komplexeren Kontext. + +Bei der ersten Frage geht es um die Leistungsmessung eines Verstärkers (Power Amplifier, PA). Den Zusammenhang $P = U \cdot I$ kennen wir bereits: Die Leistung lässt sich bestimmen, indem man Spannung und Strom misst und anschließend beide Werte multipliziert. In Abbildung [ref:a_strom_spannung_messung] ist links die Spannungsversorgung in Form eines Netzteils angeschlossen, in der Mitte befindet sich die PA und rechts ist ein weiterer Verbraucher, der Sender (TRX), angeschlossen. Möchten wir nun die Leistung der PA ermitteln, darf ausschließlich der Strom gemessen werden, der in die PA fließt. + + +[picture:1003:a_strom_spannung_messung:Messen der Leistung eines Verstärkers (PA)] + + +[question:AI101] + +Für die nächste Frage erinnern wir uns an die Regeln aus der Klasse E, das Spannungsmessgeräte immer Parallel und Strommesgeräte immer in Reihe geschaltet werden. Dadurch ist die Frage sehr leicht zu lösen. + +[question:AI102] + +--- + +Im Folgenden wollen wir uns zwei Kenngrößen beim Messen ansehen, die oft verwechselt werden: + +- Auflösung +- Messgenauigkeit (auch Toleranz oder Fehler genannt) + +Die *Auflösung* oder bezeichnet die kleinste Änderung der Messgröße, die ein Gerät noch anzeigen kann. Beispiel: Ein Multimeter mit einer Auflösung von $\qty{0,1}{\volt}$ kann zwischen $\qty{10,5}{\volt}$ und $\qty{10,45}{\volt}$ nicht unterscheiden, wenn der Unterschied kleiner ist als die Auflösung. Ein Gerät mit $\qty{0,01}{\volt}$ Auflösung kann hingegen deutlich feiner unterscheiden. Die Auflösung wird in der Regel vom Hersteller des Messgeräts angegeben. + + +Betrachten wir zunächst die *Auflösung* anhand einer Uhr. Besitzt die Uhr eine Stunden- und Minutenanzeige, so lässt sich die Zeit auf eine Minute genau angeben. Aber ob es nun 13 Uhr 3 Minuten und 10 Sekunden ist oder 13 Uhr 3 Minuten und 59 Sekunden lässt sich nicht ablesen. *Eine Minute* ist also die *kleinste Auflösung* der Uhr (entsprechend hat eine Uhr mit einem Sekundenzeiger eine kleinste Auflösung von einer Sekunde). + + +Die *Messgenauigkeit* (auch Messfehler oder Toleranz) eines Geräts beschreibt, wie stark der angezeigte Wert höchstens vom tatsächlichen Wert abweichen darf – sowohl nach oben als auch nach unten, zum Beispiel $\pm\qty{5}{\percent}$. Eine einfache Faustregel lautet: Je größer der Messbereich ist, den ein Gerät abdecken soll, desto geringer ist in der Regel die Genauigkeit der Messung. + +Die Messgenauigkeit hängt unter anderem vom Innenwiderstand des Messgeräts ab, da dieser das Messergebnis beeinflusst. +In der Klasse E haben wir gelernt: Ein Strommessgerät hat einen sehr geringen Innenwiderstand (ideal $\qty{0}{\ohm}$), ein Spannungsmessgerät dagegen einen sehr hohen Innenwiderstand (ideal $\qty{\infty}{\ohm}$). In der Klasse A wollen wir uns nun zusätzlich anschauen, wie genau unsere Messgeräte die tatsächlich anliegende Spannung bzw. Stromstärke erfassen können. Der angezeigte Messwert unterscheidet sich nämlich in der Regel vom tatsächlichen Wert – und das liegt an den nicht perfekten Innenwiderständen der Messgeräte, welche die Messung beeinflussen. + +--- + +Schauen wir uns das Ersatzschaltbild eines realen Spannungsmessgeräts in Abbildung [ref:a_reale_spannungsmessung] zur folgenden Prüfungsfrage an. Neben dem idealen Strommesser enthält ein reales Spannungsmessgerät einen parallelgeschalteten Widerstand, z. B. von $\qty{10}{\mega\ohm}$. Wäre dieser Widerstand unendlich groß, existierte er praktisch nicht – und wir hätten ein ideales Messgerät. Das bedeutet jedoch, dass bei einer realen Spannungsmessung immer ein kleiner Strom durch diesen Widerstand fließt, der unser Messergebnis beeinflusst. Stellen wir uns beispielsweise vor, wir wollen die Spannung an einem Spannungsteiler messen: Durch den Innenwiderstand des Messgeräts wird der Spannungsteiler geringfügig belastet, sodass wir nicht exakt die Spannung messen, die ein ideales Messgerät anzeigen würde. + + +[picture:1004:a_reale_spannungsmessung:Ersatzschaltbild reales Spannungsmessgerät] + + +--- + +Ähnlich wie beim Spannungsmessgerät verhält es sich auch beim Strommessgerät. Ein reales Strommessgerät besteht aus dem eigentlichen Strommesser und einem kleinen Widerstand, der in Reihe geschaltet ist und an dem immer eine kleine Spannung abfällt. Wäre dieser Widerstand null, würde er praktisch nicht existieren – und wir hätten wieder das ideale Messgerät. + + +[picture:1007:a_reale_strommessung:Ersatzschaltbild reales Strommessgerät] + + +--- + +[question:AI104] + + +Bei dieser Frage ist der Hinweis "Kleinste Auflösung $\qty{100}{\micro\volt}$" nicht wichtig. Sie kann allein mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes gelöst werden. + + +--- + +Wie verhält es sich nun mit Kenngrößen, die aus Messwerten berechnet werden – etwa der Leistung in unserem Beispiel vom Anfang ($P = U \cdot I$) nach einer Strom- und Spannungsmessung? Die einzelnen Messgrößen wie Strom und Spannung weichen durch Messfehler jeweils vom tatsächlichen Wert ab, und diese Abweichungen wirken sich in der Berechnung entsprechend fort. + +Schauen wir uns ein konkretes Beispiel an: Angenommen, wir möchten die Leistung bestimmen und messen dazu eine Gleichspannung und einen Gleichstrom. Beide Messgeräte zeigen Werte an, die jeweils um fünf Prozent zu niedrig sind. Man darf nun nicht den Fehler machen und die Abweichungen der Einzelmessgrößen einfach addieren. Durch die Leistungsformel wird deutlich, dass sich die Fehler in diesem Fall multiplizieren. Schauen wir uns das im Detail an: + +$U_\text{Gemessen}=0,95 \cdot U_\text{Wahr}$ und $I_\text{Gemessen}=0,95 \cdot I_\text{Wahr}$ + +Die Leistung berechnen wir mit unserer bekannten Formel: + +$P_\text{Gemessen}=U_\text{Gemessen} \cdot I_{Gemessen}$ + +Nun setzen wir die wahren Werte ein: + +$P_\text{Gemessen} = 0,95 \cdot U_\text{Wahr} \cdot 0,95 \cdot I_\text{Wahr} = 0,9025 \cdot U_\text{Wahr} \cdot I_\text{Wahr}$ + +Das heißt, die gemessene Leistung ist etwa $\qty{9,75}{\percent}$ niedriger als die tatsächliche Leistung, denn $1-0,9025 \equiv \qty{9,75}{\percent}$. Mit diesem Wissen ist die folgende Prüfungsfrage lösbar, die konkreten Werte von Strom und Spannung sind für die Lösung nicht relevant. + +[question:AI103] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/strom_spannung_speisung_1.md b/contents/sections/strom_spannung_speisung_1.md new file mode 100644 index 0000000..fadc19b --- /dev/null +++ b/contents/sections/strom_spannung_speisung_1.md @@ -0,0 +1,52 @@ +Die Speisung einer Antenne erfolgt immer mit einer Spannung und einem Strom, die zu einander in einem bestimmten Verhältnis stehen. Dieses Verhältnis wird als Speisewiderstand bezeichnet. + +Damit eine Leistung abgegeben werden kann, müssen immer Spannung *und* Strom vorhanden sein, denn die Leistung ergibt sich aus der Multiplikation von Spannung und Strom. Wäre entweder die Spannung oder der Strom Null, dann gäbe es auch keine Leistungsabgabe bzw. -aufnahme. + +Dennoch sprechen wir bei bestimmten Antennen von *stromgespeisten* Antennen und bei bestimmten anderen Antennen von *spannungsgespeisten* Antennen. Damit ist gemeint, dass bei bestimmten Antennen ein hoher Strom bei vergleichsweise geringer Spannung am Speisepunkt vorliegt, oder eine hohe Spannung bei vergleichsweise geringem Strom. + + +--- + +Bei einem Halbwellendipol hängt der Speisewiderstand davon ab, wo die Einspeisung erfolgt. Dies liegt daran, dass beim Dipol die Ladungsträger hin- und herschwingen und dabei in der Mitte besonders viele Ladungsträger bewegt werden, was wir als Strombauch bezeichnen, und an den Enden besonders hohe Spannungen entstehen, was wir als Spannungsbauch bezeichnen. Dort wo keine Ladungen bewegt werden sprechen wir von einem Stromknoten, und dort wo die Spannung Null ist sprechen wir von einem Spannungsknoten. Die Abbildung [ref:e_strom_spannung_speisung_dipol] zeigt die Strom und Spannungsverteilung auf dem Dipol. + +[question:EG203] + + +[picture:787:e_strom_spannung_speisung_dipol:Halbwellendipol mit Spannungs- und Stromverteilung] + + +--- + +Speisen wir einen Halbwellendipol also in der Mitte, so müssen viele Ladungen bewegt werden und wir sprechen von einer stromgespeisten Antenne (niedriger Speisewiderstand). Ein endgespeister Halbwellendipol hingegen ist eine spannungsgespeiste Antenne (hoher Speisewiderstand). Für die Speisung am Ende, wie in Abbildung [ref:e_strom_spannung_speisung_dipol_ende] gezeigt, ist ein Anpassglied erforderlich. Das werden wir erst in der Klasse A genauer besprechen. + + +[picture:851:e_strom_spannung_speisung_dipol_ende:Halbwellendipol Endgespeist] + + +--- + +Stromgespeiste Antennen weisen dementsprechend einen niedrigen und spannungsgespeiste Antennen einen hohen Widerstand auf. + +Das lässt sich gut mithilfe des Ohmschen Gesetzes veranschaulichen: + +$ R = \frac{U}{I} $ + +Speist man einen Dipol in der Mitte, liegt dort eine vergleichsweise geringe Spannung bei gleichzeitig hohem Strom an. Der Quotient aus Spannung und Strom ist daher klein, der resultierende Widerstand entsprechend niedrig. Erfolgt die Speisung hingegen am Ende des Dipols, liegt dort eine hohe Spannung an, während der Strom gegen null geht. Dadurch wird der Quotient sehr groß, und der resultierende Widerstand nimmt entsprechend hohe Werte an. + +Bei niedrigen Widerständen sprechen wir auch von *niederohmigem* Verhalten ($\downarrow\unit{\ohm}$) und bei hohen Widerständen entsprechend von *hochohmigem* Verhalten ($\uparrow\unit{\ohm}$). + + +Eine übliche Größenordnung für den *Speisewiderstand* einer stromgespeisten Antenne ist z. B. $\qty{36}{\ohm}$ bis $\qty{100}{\ohm}$ und bei spannungsgespeisten Antennen $\qty{1500}{\ohm}$ bis $\qty{4000}{\ohm}$. + + +--- + + +Die Stromverteilung auf einem Dipol hängt von der Frequenz ab, mit der die Antenne betrieben wird. Abbildung [ref:e_stromverteilungen] zeigt die Stromverteilung für ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz $f$ bei einem mittengespeisten Dipol. Dabei ist zu erkennen, dass bei geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz am Speisepunkt ein Stromknoten entsteht. In diesem Fall ist der Strom dort sehr klein, die Spannung hingegen hoch, und die Antenne erscheint am Speisepunkt hochohmig. Aus diesem Grund ist ein mittengespeister Dipol nur bei ungeraden ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz resonant. Eine Nutzung mehrerer Bänder lässt sich erreichen, indem der Speisepunkt verlagert wird, etwa an einen der Strombäuche wie in Abbildung [ref:e_stromverteilungen]b (z. B. bei der Windom-Antenne) oder an das Antennenende (z. B. EFHW- oder Fuchsantenne). In diesen Fällen sind jedoch Anpassgeräte erforderlich, auf die wir erst in der Klasse A näher eingehen werden. + +[picture:1050:e_stromverteilungen:Stromverteilungen bei verschiedneen Grundfrequenzen] + + +[question:EG204] +[question:EG205] +[question:EG206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/strom_spannung_speisung_2.md b/contents/sections/strom_spannung_speisung_2.md new file mode 100644 index 0000000..c2d02c4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/strom_spannung_speisung_2.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Ein mittengespeister Halbwellendipol ist nicht nur bei seiner Grundfrequenz stromgespeist, sondern auch bei *ungradzahligen* Vielfachen seiner Grundfrequenz, wie in Abbildung [ref:e_stromverteilungen]. + +[question:AG207] + +Bei *geraden* Vielfachen hingegen, ergibt sich eine Spannungsspeisung, da dann der Speisepunkt an einem Spannungsbauch liegt. + +[question:AG208] + + +[picture:1050:e_stromverteilungen:Stromverteilungen bei verschiedneen Grundfrequenzen] + diff --git a/contents/sections/stromkreis.md b/contents/sections/stromkreis.md new file mode 100644 index 0000000..eec317b --- /dev/null +++ b/contents/sections/stromkreis.md @@ -0,0 +1,60 @@ +Stromkreise bilden die Grundlage der gesamten Elektrotechnik und spielen deshalb auch im Amateurfunk eine große Rolle. Grundsätzlich haben wir den Stromkreis schon kennengelernt. Schließt man an eine Stromquelle wie eine Batterie einen Verbraucher an, also z. B. eine Lampe, dann haben wir den Stromkreis geschlossen und es fließt Strom. + + +[picture:667:n_stromkreis_wasserkreislauf:Wasserkreislauf] + + +Um das Ganze zu veranschaulichen, schauen wir uns zunächst einen ähnlichen Sachverhalt an. Die Abbildung [ref:n_stromkreis_wasserkreislauf] zeigt einen Wasserkreislauf, bei dem Folgendes passiert: +1. Eine Pumpe erzeugt Druck und pumpt damit das Wasser nach oben +2. Das Wasser strömt durch ein offenes Ventil durch +3. Ein Wasserrad wird vom fließenden Wasser angetrieben + +Abschließend ist der Druck abgebaut und das Wasser kann durch die Pumpe erneut hochgepumpt werden. Schließt man das Ventil, so wird der Wasserkreislauf unterbrochen, und das Wasserrad läuft nicht mehr. + +--- + +Ein Stromkreis wie in der Abbildung [ref:n_stromkreis_geschlossen] funktioniert so ähnlich wie der Wasserkreislauf. Auch wenn die Analogie des Wasserkreislaufs nur ein Modell ist und nicht für alle Sachverhalte in der Elektrotechnik herangezogen werden darf, kann es beim Verständnis des Stromkreises helfen. + + +[picture:662:n_stromkreis_geschlossen:Geschlossener Stromkreis] + + +Statt einer Pumpe verwenden wir eine Spannungsquelle, zum Beispiel eine Batterie, die statt eines Drucks eine Spannung ($U$) erzeugt. Diese Spannung bringt den Strom ($I$) zum Fließen, genauso wie der Druck das Wasser zum Fließen bringt. + +--- + +Die Aufgabe des Ventils übernimmt ein *Schalter*. Mit diesem kann man den Stromkreis unterbrechen oder schließen. Es kann immer nur dann Strom fließen, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Öffnet man den Schalter, wie in Abbildung [ref:n_stromkreis_offen] gezeigt, wird der Stromfluss unterbrochen. Das Symbol des Schalters sowie praktische Umsetzungen als Kipp- und Schiebeschalter sieht man in der Abbildung [ref:n_stromkreis_schalter]. + + +[picture:663:n_stromkreis_offen:Offener Stromkreis] + + + +[photo:202:n_stromkreis_schalter:Schaltzeichen und Bauformen von Schaltern] + + +[question:NB701] + +--- + +In unserem Wasserbeispiel bremst das Wasserrad den Wasserfluss. Analog dazu wird im elektrischen Beispiel der Stromfluss durch einen *Widerstand* ($R$) gebremst. Ein Widerstand ist ein künstlicher Verbraucher, der Strom in Wärme umwandelt. Er hat nur den Zweck, den Stromfluss zu begrenzen. Verschiedene Arten von Widerständen sind in der Abbildung [ref:n_stromkreis_widerstand] dargestellt. + +[question:NC101] + +Im geschlossenen Stromkreis fließt der Strom immer vom Pluspol der Batterie zum Minuspol der Batterie. Diese Flussrichtung wird in der Fachsprache als *technische Stromrichtung* bezeichnet und ist in der Abbildung [ref:n_stromkreis_geschlossen] durch Pfeile gekennzeichnet. + +--- + + +Damit kein Kurzschluss entsteht, darf ein Stromkreis nicht nur aus Draht und geschlossenen Schaltern bestehen, sondern der Strom muss immer auch durch einen Widerstand, z. B. einen Verbraucher, fließen. Ein Kurzschluss kann sehr gefährlich sein, weil er eine unkontrollierte große Menge an Strom durch die Leitungen fließen lässt, was zu Beschädigungen an der Spannungsquelle, Geräten, schweren Verletzungen, einer Überhitzung oder möglicherweise sogar zu einem Brand führen kann. + + +[question:NB702] + +Die folgende Frage ist etwas knifflig. Man könnte meinen, dass Strom fließen kann, da ein Plus-Pol mit einem Minus-Pol verbunden ist. Das reicht jedoch nicht, da sich die getrennten Ladungen innerhalb einer Spannungsquelle ausgleichen wollen. Damit das möglich ist, muss der Stromkreis vom Plus-Pol einer Spannungsquelle zum Minus-Pol *derselben* Spannungsquelle führen. Merke: Nur in einem geschlossenen Stromkreis kann Strom fließen! + + +[photo:203:n_stromkreis_widerstand:Schaltzeichen und Bauformen von Widerständen] + + +[question:NB207] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/strommessung.md b/contents/sections/strommessung.md new file mode 100644 index 0000000..4831268 --- /dev/null +++ b/contents/sections/strommessung.md @@ -0,0 +1,29 @@ +Während Spannungsmessgeräte die Spannung messen, messen Strommessgeräte den elektrischen Strom. Die Messung erfolgt in in *Ampere* (A). Entsprechend ist das Schaltsymbol des Strommessgeräts der Kreis mit einem A, wie in der Abbildung [ref:n_messgeraete_symbol_strommessgerät] gezeigt. + + +[picture:624:n_messgeraete_symbol_strommessgerät:Schaltsymbol Strommessgerät] + + + +[picture:616:n_messgeraete_strommessung:Strommessung] + + +Während man für die Spannungsmessung parallel zu einem Bauteil messen muss, um die dort anliegende Spannung zu ermitteln, muss man für die Strommessung *in Serie* mit den Bauteilen messen, um die Stromstärke zu ermitteln, die durch das Bauteil hindurchfliesst. Dazu trennt man den Leiter an geeigneter Stelle auf und schaltet das Messgerät dazwischen. In der Abbildung [ref:n_messgeraete_strommessung] wird eine Möglichkeit gezeigt, wie ein Strommessgerät in einen Stromkreis eingesetzt werden kann. + + +Strommessgeräte haben selber keinen Widerstand wie ein Verbraucher, damit sie während der Messung den Stromkreis nicht beeinflussen. Würde man ein Strommessgerät direkt an die beiden Pole einer Batterie anschließen, entsteht ein gefährlicher Kurzschluss. Das sollte unbedingt vermieden werden, da dadurch auch die Feinsicherung im Messgerät ausgelöst werden kann, die dann ersetzt werden muss. + + + +Strom wird - wie Spannung - ebenfalls meistens mit einem Multimeter gemessen. Auch hier ist es wichtig, zunächst die Messleitungen mit den richtigen Anschlüssen des Messgeräts zu verbinden. Die schwarze Messleitung kommt in den "COM"-Anschluss und die rote Messleitung an den Anschluss, der in der Regel mit A beschriftet ist. Oft haben Messgeräte für die Strommessung mehrere Anschlüsse, die für den eingestellten Messbereich passend zu wählen sind. Je nach Messbereich sind diese dann beispielsweise mit "μA", "mA" oder "A" beschriftet. + +Ähnlich der Spannungsmessung ist die richtige Einstellung am Messgerät zu wählen. Möchte man Gleichstrom messen, wählt man "A =". Will man hingegen Wechselstrom messen, dann ist "A ~" einzustellen. + +Ebenfalls entsprechend zur Spannungsmessung verhält es sich mit dem Messbereich: Zu Beginn sollte der größte Messbereich gewählt werden und dann - je nach Anzeigewert - bei Bedarf auf einen kleinen Messbereich gewechselt werden. Es kann dann auch erforderlich sein, die rote Messleitung in den zum Messbereich passenden Anschluss umzustecken. + +Und auch hier noch einmal der Hinweis: Wechselspannungen größer 50 V und Gleichspannungen größer 120 V können lebensgefährlich sein. + + +[question:NI102] +[question:NI104] + diff --git a/contents/sections/stromquelle.md b/contents/sections/stromquelle.md new file mode 100644 index 0000000..23af8bf --- /dev/null +++ b/contents/sections/stromquelle.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Ähnlich wie bei der Spannungsquelle, sorgt eine Stromquelle dafür, dass diese möglichst einen konstanten Strom liefert. Abbildung [ref:a_vsource_schematic] zeigt deren Ersatzschaltbild. +% todo picture:825:a_isource:Schaltzeichen Stromquelle wird zu groß dargestellt + + [photo:182:a_vsource_schematic:Ersatzschaltbild Stromquelle $R_i$ hochohmig] + +% todo das Schaltzeichen wird eigentlich nicht benötigt und ist zu groß dargestellt. (Kommentar von DK1KC) + +Eine ideale Konstantstromquelle liefert unabhängig von der angeschlossenen Last einen konstanten Dauerstrom. In der Theorie ist dies bei einem unendlichen Innenwiderstand möglich. In der Praxis haben Stromquellen einen sehr hohen Innenwiderstand. + +Die Anwendung dieser konstant Strom-/Spannungsquellen findet man bei Labornetzgeräten und in der Ladetechnik von Akkumulatoren. Hier benötigt man zum Beispiel konstanten Strom $CC$ (constant current) bis zu einem gewissen Spannungswert des Akkus. Dann wird automatisch auf konstante Spannung $CV$ (constant voltage) umgeschaltet, um den Akku auf 100%, mit abnehmenden Strom, zu laden. Das Ladeverfahren wird CCCV-Ladeverfahren genannt. + +% todo es gibt gar keine Frage zum Thema. Die Info wird beim Innenwiderstand benötigt. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/swr.md b/contents/sections/swr.md new file mode 100644 index 0000000..59ded05 --- /dev/null +++ b/contents/sections/swr.md @@ -0,0 +1,68 @@ +Wie wir zuvor gelernt haben, verwenden Amateurfunkgeräte und im Amateurfunk gebräuchliche Übertragungsleitungen meist einen Wellenwiderstand von 50 Ohm. Wir haben auch gelernt, dass es an Verbindungsstellen von Übertragungsleitungen zu unerwünschten Reflexionen kommt, wenn der Wellenwiderstand nicht übereinstimmt. + +Auch Antennen haben eine dem Wellenwiderstand ähnliche Eigenschaft, die von der genauen Anordnung der Antennenelemente abhängt. Diese Eigenschaft wird als Speise- oder Fußpunktwiderstand bezeichnet. Wie bei der Verbindung von zwei Übertragungsleitungen mit unterschiedlichem Wellenwiderstand gilt auch hier: Wenn der Speisewiderstand der Antennen nicht zum Wellenwiderstand der Zuleitung passt, dann kommt es zu unerwünschten Reflexionen. Ein Teil der Sendeleistung wird zum Funkgerät zurück reflektiert und kann nicht von der Antenne abgestrahlt werden. + +Wenn hingegen der Speisewiderstand der Antenne und der Wellenwiderstand der Speiseleitung übereinstimmen und somit eine optimale Übertragung der Sendeleistung in die Antenne gewährleistet ist, spricht man davon, dass *Anpassung* vorliegt. + + +[photo:144:swr_meter:Ein einfaches SWR-Meter zum Bestimmen des Stehwellenverhältnisses] + + +Wie gut die Antennenanpassung ist, lässt sich messen. Vereinfacht gesagt wird dafür ermittelt, wieviel Sendeleistung von der Antenne reflektiert wird. Der vom Messgerät angezeigte Messwert nennt sich *Stehwellenverhältnis*. Meist wird die vom englischen Begriff "standing wave ratio" abgeleitete Abkürzung SWR verwendet. Zur Bestimmung des SWR benutzt man ein *Stehwellenmessgerät*, kurz *SWR-Meter* genannt. + + +Ein SWR-Meter misst gleichzeitig die vorlaufende Sendeleistung, die der Sender zur Antenne schickt, und die rücklaufende Leistung, die reflektiert wurde. Dies lässt sich gut am SWR-Meter in Abbildung [ref:swr_meter_kreuzzeiger] erkennen, das vor- und rücklaufende Leistung getrennt anzeigt. Das SWR gibt allerdings nicht direkt das Verhältnis dieser beiden Messwerte an, sondern wird etwas komplizierter als $\text{SWR} = \frac {\sqrt{P_\text{V}}+\sqrt{P_\text{R}}} { \sqrt{P_\text{V}}-\sqrt{P_\text{R}}}$ ermittelt, wobei $P_\text{V}$ die vorlaufende und $P_\text{R}$ die rücklaufende Leistung ist. [edition:N:Für die Prüfung der Klasse N muss man diese Formel nicht kennen.] + + + +[photo:143:swr_meter_kreuzzeiger:SWR-Meter mit Kreuzzeiger, linker Zeiger für die vorlaufende und rechter Zeiger für die rücklaufende Leistung; um das SWR abzulesen, wird der grünen Linie am Schnittpunkt beider Zeiger nach unten gefolgt] + + +[question:NI201] + +--- + + +[photo:67:n_swr_display:Display eines Transceivers] + + +Moderne Transceiver haben bereits ein SWR-Meter eingebaut. Die Anzeige ist meistens im Display zu finden, siehe [ref:n_swr_display]. + + +SWR-Meter und S-Meter klingen ähnlich, sind aber verschieden: Das SWR-Meter misst das Stehwellenverhältnis beim Senden und das S-Meter misst die Signalstärke beim Empfang. + + +% TODO Big Picture: Im Bild Trx_Display "SWR" kennzeichnen +[question:NF101] + +--- + +Wenn im Transceiver kein SWR-Meter eingebaut ist, kann man auch ein externes SWR-Meter verwenden. Es wird dazu wie in Abbildung [ref:n_trx_kabel_swr_antenne] zwischen Funkgerät und Antenne angeschlossen. Man sagt auch: "Das SWR-Meter wird zwischen Transceiver und Antenne eingeschleift". + +[question:NI202] + +Ist eine Antenne perfekt an die Zuleitung (z. B. das Koaxialkabel) angepasst, so zeigt das SWR-Meter einen Wert von 1 an. Dies ist der beste erreichbare Wert. Dann wird die gesamte Leistung von der Antenne aufgenommen. Es wird keine Leistung zurück in den Sender reflektiert. + + +[picture:670:n_trx_kabel_swr_antenne:Prinzipbild SWR-Meter zwischen Transceiver und Antenne] + + +[question:NG301] +[question:NI203] + +--- + +Ist am Transceiver gar keine Antenne angeschlossen oder ist die Übertragungsleitung entweder unterbrochen oder kurzgeschlossen, so ist der SWR-Wert nahezu unendlich ($\infty$). Ein offenes bzw. kurzgeschlossenes Kabel reflektiert nämlich die Sendeleistung komplett. Das kann im schlimmsten Fall sogar den Sender im Funkgerät zerstören. + + +Neben den beiden *SWR*-Werten 1 und unendlich ($\infty$) sind noch die Werte 2 und 3 rechts markant. Bei einem SWR-Wert von 2 werden 11%, bei einem SWR-Wert von 3 werden 25% der Sendeleistung zurück in den Sender reflektiert. Bei modernen Transceivern wird einer Beschädigung des Senders dadurch vorgebeugt, dass die Sendeleistung im Funkgerät automatisch reduziert wird. + + +Ein sehr schlechtes SWR, beispielsweise nahe unendlich, kann man auch erhalten, wenn eine sehr schlechte Anpassung der Antennen vorliegt oder die Übertragungsleitung beschädigt ist. + +[question:NG302] +[question:NG303] + +Ist an einem Funkgerät mit SWR-Meter eine Antenne mit schlechter Anpassung über ein langes Koaxialkabel angeschlossen, so kann der angezeigte SWR-Wert deutlich besser sein als es aufgrund der schlechten Anpassung zu erwarten wäre. Ursache hierfür ist eine hohe Kabeldämpfung, die nicht nur das zur Antenne laufende, sondern auch das reflektierte Signal verringert. + +[question:NG208] diff --git a/contents/sections/swr_2.md b/contents/sections/swr_2.md new file mode 100644 index 0000000..4277c7b --- /dev/null +++ b/contents/sections/swr_2.md @@ -0,0 +1,36 @@ +In der Klasse N haben wir gelernt: Ist eine Antenne perfekt an die Zuleitung (z. B. ein Koaxialkabel) angepasst, zeigt das SWR-Meter den Wert 1 an. Dies ist der bestmögliche Fall, da die gesamte Sendeleistung von der Antenne aufgenommen wird und keine Leistung zum Sender zurückreflektiert wird. Ist hingegen gar keine Antenne angeschlossen oder ist die Übertragungsleitung unterbrochen bzw. kurzgeschlossen, steigt der SWR-Wert gegen unendlich ($\infty$). In diesen Fällen wird die Sendeleistung nahezu vollständig reflektiert. Eine solche vollständige Rückreflexion kann im schlimmsten Fall zur Beschädigung der Endstufe des Senders führen. In der Klasse E vertiefen wir das Thema nun etwas und lernen auch Werte zwischen 1 und $\infty$ kennen. + +Das Stehwellenverhältnis (SWR), als Formelsymbol $s$, lässt sich aus der vorlaufenden Leistung $P_\text{V}$ und der rücklaufenden Leistung $P_\text{R}$ berechnen. Den entsprechenden Zusammenhang finden wir in der Formelsammlung: + +$s = \frac{\sqrt{P_\text{V}}+\sqrt{P_\text{R}}} { \sqrt{P_\text{V}}-\sqrt{P_\text{R}}}$ + +Gibt zum Beispiel der Sender eine Leisung von $P_\text{V}=\qty{100}{\text{Watt}}$ ab, und es werden $P_\text{R}=\qty{25}{\text{Watt}}$ von der Antenne in Richtung Sender zurück reflektiert, so ergibt sich: + +$s = \frac{\sqrt{100}+\sqrt{25}}{\sqrt{100}-\sqrt{25}} = \frac{10+5}{10-5} = \frac{15}{5} = 3$ + +Das bedeutet, dass ein SWR von $3$ einer Reflektion von $\frac{\qty{25}{\watt}}{\qty{100}{\watt}}=\qty{25}{\percent}$ entspricht. Weitere entsprechungen sind in der Tabelle [ref:e_swr_werte] dargestellt. + + +| l: SWR | l: Reflektierte Leistung | +| 1 | 0% | +| 1,5 | 4% | +| 2 | 11,1% | +| 2,5 | 18,4% | +| *3* | *25%* | +| 4 | 36% | +| 6 | 51% | +| 10 | 66.9% | +| 20 | 81.9% | +| $\infty$ | 100% | +[table:e_swr_werte:SWR-Werte in Bezug auf die reflektierte Leistung] + + +--- + + +Zur Beantwortung der folgenden Fragen reicht es aus zu wissen, dass ein ein Stehwellenverhältnis von 3 einer Reflexion von 25% der Energie entspricht, d.h. die rücklaufende Welle überträgt ein Viertel der Energie der vorlaufenden Welle. Entsprechend werden nur 75% der Energie am Ende der Leitung z. B. an eine Antenne oder einen Verlustwiderstand abgegeben (also nicht reflektiert). + + +[question:EG401] +[question:EG402] +[question:EG403] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/swr_3.md b/contents/sections/swr_3.md new file mode 100644 index 0000000..1fec1a8 --- /dev/null +++ b/contents/sections/swr_3.md @@ -0,0 +1,22 @@ + +[picture:978:a_swr:Stehende Welle] + +In vielen Fällen kann man das Stehwellenverhältnis einfach angeben, wenn der Speisewiderstand einer Antenne bekannt ist. Sofern sich eine Antenne (oder Dummy-Load) weder induktiv noch kapazitiv verhält, sie also einen reinen Wirkwiderstand darstellt, ergibt sich das Stehwellenverhältnis aus dem Verhältnis zwischen Lastwiderstand und Wellenwiderstand der Leitung, wobei Zähler und Nenner so zu wählen sind, dass sich ein SWR von größer gleich eins ergibt. + +Eine Antenne mit einem Speisewiderstand von 100 Ω verursacht bei Speisung mit einem 50 Ω Kabel ein Stehwellenverhältnis von 2, da der Speisewiderstand doppelt so groß ist. Eine Antenne mit einem Speisewiderstand von 10 Ω hätte ein Stehwellenverhältnis von 5, da der Wellenwiderstand der Leitung fünf mal so groß ist. + +Zur Beantwortung der folgenden Frage müssen wir uns außerdem daran erinnern, dass der Widerstand eines Faltdipols knapp 300 Ω beträgt. + +[question:AG405] + +Ein trügerischer Effekt ist die Auswirkung von Leitungsdämpfung auf das Stehwellenverhältnis. Je mehr Verluste eine Leitung aufweist, umso kleiner (also "besser") kann das Stehwellenverhältnis auf dieser Leitung ausfallen. Dies liegt daran, dass eine verlustbehaftete Leitung sowohl die vorlaufende als auch die rücklaufende Leistung reduziert. Selbst wenn am Ende einer Leitung keine Antenne angeschlossen ist (Leerlauf oder Kurzschluss), und dort 100% der Energie reflektiert wird, also das Stehwellenverhältnis *dort* $\infty$ beträgt, so kann man am anderen Ende ein deutlich besseres Stehwellenverhältnis messen. Geht z. B. in Hin-Richtung die Hälfte der Leistung verloren und in Rück-Richtung erneut die Hälft verloren, so reduziert sich die Energie auf ein Viertel ($\frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{4}$). Entsprechend zeigt ein Stehwellenmessgerät an der Senderseite des Kabels ein Stehwellenverhältnis von 3 an, was 25% reflektierter Leistung entspricht, obwohl am Ende 100% reflektiert werden – es kommen jedoch nur 25% am Stehwellenmessgerät an. +[question:AG402] +[question:AG403] + +Bei einer Leitungsdämpfung von 5 dB und vollständiger Reflektion am Ende des Kabels, z. B. aufgrund einer abgeklemmten Antenne, messen wir gar ein überraschend gutes SWR, obwohl gar keine Antenne angeschlossen ist! Dies können wir wie folgt berechnen: + +$s = \frac{\sqrt{P_\mathrm{v}}+\sqrt{P_\mathrm{r}}}{\sqrt{P_\mathrm{v}}-\sqrt{P_\mathrm{r}}}$ + +Damit lässt sich die folgende Frage berechnen, sofern wir beachten, dass die gemessene rücklaufende Welle nur ein Zehntel der Energie der vorlaufenden Welle ausmacht: 5 dB Dämpfung in Hin-Richtung und 5 dB Dämpfung in Rück-Richtung, entsprechend 10 dB Dämpfung insgesamt. $P_\mathrm{r}$ ist also in diesem Falle nur ein Zehntel von $P_\mathrm{v}$. + +[question:AG404] diff --git a/contents/sections/swr_meter_1.md b/contents/sections/swr_meter_1.md new file mode 100644 index 0000000..2eedd21 --- /dev/null +++ b/contents/sections/swr_meter_1.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Ein Stehwellenmessgerät (vgl. Abbildung swr_meter_kreuzzeiger) wird bei Sendern eingesetzt, um die Anpassung der Antenne beziehungsweise der Speiseleitung an die Antenne zu überprüfen. Oft wird ein SWR-Meter, entsprechend seines Aufbaus, als SWR-Messbrücke bezeichnet. Damit lassen sich die folgenden Fragen leicht beantworten: + + +[photo:143:swr_meter_kreuzzeiger:SWR-Meter mit Kreuzzeiger, linker Zeiger für die vorlaufende und rechter Zeiger für die rücklaufende Leistung; um das SWR abzulesen, wird der grünen Linie am Schnittpunkt beider Zeiger nach unten gefolgt] + + +[question:EI401] +[question:EI402] +[question:EI403] + +--- + +Da eine Speiseleitung Verluste aufweist, und daher auch das Stehwellenverhältnis verändert, kommt es darauf an, *wo* wir ein Stehwellenmessgerät einschleifen. + +--- + +Möchten wir messen, wie gut eine Antenne angepasst ist, dann sollten wir das Stehwellenmessgerät unmittelbar vor der Antenne anschließen (vgl. Abbildung [ref:swr_meter_antenne]). + + +[picture:1051:swr_meter_antenne:Position für das SWR-Meter zur Ermittlung der Antennenanpassung] + + +[question:EI404] + +--- + +Interessiert uns hingegen, wie gut ein Sender auf die gesamte Antennenanlage (einschließlich ggf. vorhandener Filter und/oder Antennentuner) angepasst ist, dann sollten wir das Stehwellenmessgerät unmittelbar hinter dem Sender anschließen (vgl. Abbildung [ref:swr_meter_anlage]). + + +[picture:1052:swr_meter_anlage:Position für das SWR-Meter zur Ermittlung der Anpassung der gesamten Antennenanlage] + + +[question:EI405] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/swr_meter_2.md b/contents/sections/swr_meter_2.md new file mode 100644 index 0000000..340d713 --- /dev/null +++ b/contents/sections/swr_meter_2.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Ein Stehwellenmessgerät koppelt einen Teil der vorlaufenden Leistung und einen Teil der rücklaufenden Leistung aus und zeigt diesen an. Durch eine geeignete Skala (z. B. mittels eines Kreuzzeigerinstruments) lässt sich das Stehwellenverhältnis ablesen. + +[question:AI401] +[question:AI402] + +Für die folgende Frage brauchen wir uns nur daran zu erinnern, dass das Stehwellenverhältnis auch dem Impedanzverhältnis entspricht, sofern der Lastwiderstand ein reiner Wirkwiderstand ist. + +[question:AI403] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/symbolumschaltung_bandbreite.md b/contents/sections/symbolumschaltung_bandbreite.md new file mode 100644 index 0000000..9f54820 --- /dev/null +++ b/contents/sections/symbolumschaltung_bandbreite.md @@ -0,0 +1,14 @@ + +Bei jeder Umschaltung zwischen zwei Symbolen wird die Amplitude, Frequenz oder Phase eines Trägers geändert. Dabei entstehen Seitenbänder. Diesen Effekt kennen wir bereits aus der analogen Modulation. Je schneller Amplitude, Frequenz oder Phase verändert werden, umso breitbandiger wird das erzeugte Signal. + +%Aus diesem Grunde vermeidet man ein schlagartiges Umschalten, da solche steilen Flanken unerwünscht viel Bandbreite belegen. + +[question:AE415] + +Dieses Phänomen ist auch aus der Morsetelegrafie bekannt: Es entstehen sogenannte Tastklicks, wenn beim Drücken bzw. Loslassen der Morsetaste der Hochfrequenzträger plötzlich ein- bzw. ausgeschaltet wird. Diese Tastklicks stellen breitbandige Störungen dar, die andere Funkverbindungen beeinträchtigen können. Damit keine Tastklicks auftreten, wird schlagartiges Umschalten vermieden. + +[question:AJ221] +[question:AJ220] +[question:AE214] + +Darüber hinaus spielt für die Bandbreite auch die Symbolrate eine Rolle: Je häufiger zwischen verschiedenen Symbolen umgeschaltet wird, um so größer ist die Bandbreite. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/synchronisation.md b/contents/sections/synchronisation.md new file mode 100644 index 0000000..b58a6ed --- /dev/null +++ b/contents/sections/synchronisation.md @@ -0,0 +1,4 @@ + +Damit der Empfänger sich auf den Beginn der Sendung einstellen kann und weiß, ab wo das Signal zu dekodieren ist, erfolgt bei den meisten Verfahren vorab eine Synchronisierung. Somit sind sich Sender und Empfänger einig und die zeitliche Übereinstimmung ist hergestellt. + +[question:AE407] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/tote_zone_1.md b/contents/sections/tote_zone_1.md new file mode 100644 index 0000000..172820c --- /dev/null +++ b/contents/sections/tote_zone_1.md @@ -0,0 +1,17 @@ +In der Klasse N haben wir bereits den Begriff der *Toten Zone* kennengelernt – ein Phänomen, bei dem von einer laufenden Funkverbindung nur eine der beteiligten Stationen empfangen werden kann. In der Klasse E wird dieses Thema weiter vertieft und die Ursachen dieses Phänomens genauer betrachtet. + + +[picture:741:e_tote_zone:Die Tote Zone, die für die Bodenwelle zu weit weg und für die Raumwelle zu nah ist.] + + +Unter der Toten Zone versteht man den Bereich, der durch die Bodenwelle nicht mehr erreicht wird und durch die Raumwelle noch nicht erreicht wird (Abbildung [ref:e_tote_zone]). + +--- + +Genau genommene bildet sich um den Sender ein ringförmiges Gebiet, das nicht mehr von der Bodenwelle erreicht wird und noch nicht von der Raumwelle des Senders. Die Abbildung [ref:e_tote_zone_2d] zeigt eine Simulation des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR), welches wir erst in der Klasse A kennenlernen. Um die Tote Zone zu verstehen, reicht es aus, sich vorzustellen, dass im blauen Bereich keine Übertragung möglich ist und im roten Bereich eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass man empfangen wird. + + +[picture:992:e_tote_zone_2d:Simulation eines 100-W-Senders auf dem 20-m-Band in Deutschland, August 2025, 07:00 UTC] + + +[question:EH201] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/tote_zone_2.md b/contents/sections/tote_zone_2.md new file mode 100644 index 0000000..3c54d24 --- /dev/null +++ b/contents/sections/tote_zone_2.md @@ -0,0 +1,16 @@ +In den Klassen N und E haben wir bereits die *Toten Zone* kennengelernt. Schauen wir uns hier noch ein paar wichtige Beobachtungen in Bezug auf die Entfernungen an: + +- Je höher die Frequenz, desto größer ist der Radius der toten Zone: Abbildung [ref:a_tote_zone_1] +- Je flacher die Abstrahlung, desto größer ist der Radius der toten Zone: Abbildung [ref:a_tote_zone_2] + +[picture:995:a_tote_zone_1:Simulation der Ausdehnung der Toten Zone bei einem Abstrahlwinkel von $45\degree$ in Abhängigkeit der Frequenz, im Januar 2025] + + +[picture:994:a_tote_zone_2:Simulation der Ausdehnung der Toten Zone in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel im 40-m-Band, im Januar 2025] + + +Gerade auf den oberen Bändern kommt es durch sie schnell zu der Situation, dass man eine Frequenz fälschlicherweise als unbelegt annimmt, weil man von dem dort laufenden QSO nur eine Station empfangen kann. + +[question:AH215] + +%Simulation mit: https://www.researchgate.net/journal/Radio-Science-1944-799X/publication/394847522_AU-Ray_Program_for_Modeling_Radio_Wave_Propagation_in_the_Ionosphere/links/68a8a2392c7d3e0029b2cc7d/AU-Ray-Program-for-Modeling-Radio-Wave-Propagation-in-the-Ionosphere.pdf \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/transistor_1.md b/contents/sections/transistor_1.md new file mode 100644 index 0000000..7a3b8ae --- /dev/null +++ b/contents/sections/transistor_1.md @@ -0,0 +1,100 @@ +Ein altes Funkersprichwort sagt, dass der beste Hochfrequenzverstärker die Antenne ist. In den ersten Jahren der Funktechnik war sie der einzige "Verstärker", verstärkende Elektronik gab es nicht. 1907 kam dann die Elektronenröhre - ein sehr erfolgreiches Bauelement, aber doch recht groß und wenig effizient. Bereits seit den zwanziger Jahren träumte die Wissenschaft von Bauelementen ähnlicher Funktion, bei der aber alles im Inneren eines Festkörpers (Halbleiters) abläuft, nicht im Vakuum. Das erste Bauelement, bei dem das auch praktisch gelang, war 1947/1948 der *Bipolartransistor*, der auch ganz überwiegend Gegenstand der Prüfungsfragen der Klasse-E-Prüfung ist. + +[question:EC602] + + +Der *Bipolartransistor* wird im Englischen auch BJT: Bipolar Junction Transistor, dt. bipolarer Sperrschicht-Transistor genannt. + + +Die ideale Funktion aller Transistortypen, und auch der Elektronenröhre, ist die einer *spannungsgesteuerten Stromquelle*: mit einer möglichst kleinen Spannungsänderung am Eingang soll eine möglichst große Stromänderung am Ausgang bewirkt werden. + +Der Bipolartransistor hat drei Anschlüsse, die Emitter, Basis und Kollektor genannt werden. Der Emitter sendet Ladungsträger in die Basis -- beim npn-Bipolartransistor sind das *Elektronen*, beim pnp-Bipolartransistor Defektelekronen, auch *Löcher* genannt. Die Physik hinter diesen Begriffen werden wir erst in der Ausbildung für die Klasse A besprechen. Diese Ladungsträger durchqueren die Basis und werden vom Kollektor wieder aufgesammelt. + +--- + +Die Abbildung [ref:e_npn_pnp_symbol] zeigt die Schaltzeichen von NPN- und PNP-Transistoren. Die Emitterelektrode erkennen wir an einem Pfeil, der beim pnp-Transistor zur Basis hin und beim npn-Transistor von der Basis weg zeigt. + + +[picture:864:e_npn_pnp_symbol:Symbole NPN und PNP Transistor] + + +[question:EC605] +[question:EC606] +[question:EC607] +[question:EC608] +[question:EC609] + +--- + +Bipolartransistoren sind aus zwei Dioden zusammengesetzt -- der Emitter-Basis- und Basis-Kollektor-Diode. +Im aktiven Betrieb ist die Emitter-Basis-Diode stets in Flussrichtung geschaltet. Beim NPN-Transistor muss dabei das Potential an der Basis positiver sein als das des Emitters, beim PNP-Transistor negativer. Die Basis-Kollektor-Diode ist in Sperrrichtung gepolt. Dazu ist das Kollektorpotential beim NPN-Transistor positiver als die Basis zu wählen, beim PNP-Transistor negativer. + + +Die Transistorfunktion stellt sich aber nur ein, wenn die Basiszone zwischen Emitter und Kollektor maximal wenige Mikrometer breit ist. Also können wir keinen Transistor erzeugen, indem wir zwei separate Dioden aneinander löten. + + +Die minimale Spannung am Emitter-Basis-Übergang hängt vom verwendeten Halbleiter ab. Bei einem Silizium-NPN-Transistor muss die Basis etwa 0,6 V positiver als der Emitter sein, beim Silizium-PNP-Transistor etwa 0,6 V negativer. + +[question:EC610] +[question:EC612] +[question:EC613] +[question:EC614] +[question:EC615] + +--- + + +[picture:863:e_npn_i_u:Ströme uns Spannungen an einem npn-Transistor] + + +Die Ströme und Spannungen an einem npn-Transistor sind in der Abbildung [ref:e_npn_i_u] dargestellt. Die Basis-Emitter-Spannung $U_{BE}$ kennen wir bereits, ebenso die Kollektor-Basis-Spannung $U_{CB}$. Der Kollektorstrom $I_C$ hängt exponentiell von der Basis-Emitter-Spannung ab: + +$I_C = I_0\ e^{\frac{U_{BE}}{U_T}}$ + +$U_T$ ist bei Raumtemperatur etwa 26 mV. + +Der Basisstrom $I_B$ hat in weiten Betriebsbereichen die gleiche Spannungsabhängig wie der Kollektorstrom, sodass das Verhältnis von Kollektorstrom und Basisstrom konstant ist: + +$\frac{I_C}{I_B} = B$ + +*B* ist die Stromverstärkung (genau genommen die Stromverstärkung in Emitterschaltung). Es ist oft praktischer, sich den Transistor als ein stromgesteuertes Bauelement vorzustellen, auch wenn das physikalisch nicht so ist. Die Stromverstärkung beträgt in praktischen Transistoren 50..350. + + +Für die Stromsteuerung des Bipolartransistors gibt es eine uralte Analogie, bei der ein großer und ein kleiner Wasserkanal, ein Wehr im großen Kanal und eine Steuerklappe eine Rolle spielen. Die Älteren unter uns kennen das vielleicht noch aus dem "Kleinen Radiomann" des Kosmos-Verlags ... + +[picture:835:e_transistor_wehr_geschlossen:Steuerkanal schließt Wehr komplett] + +Zunächst fließt kein Wasser im kleinen Kanal. Das Wehr im großen Kanal ist geschlossen, daher fließt dort auch kein Wasser. + +[picture:837:e_transistor_wehr_halb_offen:Steuerkanal öffnet Wehr halb] + +Dann beginnt Wasser im kleinen Kanal zu fließen, dem Steuerkanal. Das Wasser hebt die Klappe an, die wiederum das Wehr betätigt -- auch im Hauptkanal beginnt, Wasser zu fließen. + +[picture:836:e_transistor_wehr_geoeffnet:Steuerkanal öffnet Wehr komplett] + +Jetzt fließt mehr Wasser im Steuerkanal, die Klappe wird weiter angehoben, das Wehr im Hauptkanal öffnet komplett. + + +[question:EC603] + +Der Emitterstrom $I_E$ ist die Summe aus Kollektorstrom und Basisstrom: + +$I_E = I_C + I_B$ + +[question:EC611] + +Der Spannungsarbeitspunkt von Transistoren wird meist über die Kollektor-Emitter-Spannung angegeben: + +$U_{CE} = U_{CB} + U_{BE}$ + +Neben den hier überwiegend behandelten Bipolartransistoren gibt es vor allem auch *Feldeffekttransistoren*, die physikalisch anders funktionieren, aber nach außen die selbe Grundfunktion (spannungsgesteuerte Stromquelle) haben. In Form der MOSFETs beherrschen sie unsere Elektronik, denn sie sind millionen- bis milliardenfach in den integrierten Schaltkreisen der Digitalelektronik enthalten. + + +MOSFET steht für *metal-oxide-semiconductor field effect transistor*, dt. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor + + +[question:EC604] + +Transistoren können nicht nur als Verstärker, sondern auch als (Strom-)Schalter (Strom an/aus) oder auch, bei kleinen Spannungen am Ausgang, als steuerbarer Widerstand eingesetzt werden. Die letzte Funktion wird vor allem mit Feldeffekttransistoren umgesetzt. + +[question:EC601] diff --git a/contents/sections/transistor_2.md b/contents/sections/transistor_2.md new file mode 100644 index 0000000..8329b5c --- /dev/null +++ b/contents/sections/transistor_2.md @@ -0,0 +1,134 @@ +Den Bipolartransistor hatten wir bereits in den Ausbildungsunterlagen zur Klasse E ausführlich diskutiert. Er besteht aus drei Halbleiterzonen, die abwechselnd n- und p-dotiert sind. Die Zonen bezeichnet man als Emitter, Basis und Kollektor. Beim *npn-Transistor* ist der Emitter n-, die Basis p- und der Kollektor n-dotiert. Beim pnp-Transistor ist es entsprechend ein p-Emitter, eine n-Basis und ein p-Kollektor. + +[question:AC503] +[question:AC504] + +[question:AC501] + +Physikalisch steuert die Basis-Emitter-Spannung $U_{BE}$ den Kollektorstrom $I_C$ und zwar exponentiell. Beim npn-Transistor gilt zum Beispiel: + +$I_C = I_S \exp\left(\frac{U_{BE}}{U_T}\right)$ + +$I_S$ ist der Sättigungsstrom, der stark von der Bauart des Transistors abhängt. Er ist dem Datenblatt zu entnehmen. $U_T$ ist die sogenannte Temperaturspannung, die bei Raumtemperatur etwa 26 mV beträgt. + +Ein Unterschied zum später betrachteten Feldeffekt-Transistor ist, dass beim Bipolartransistor immer auch ein Strom im Eingang (der Basis) fließt, der Basisstrom $I_B$. Auch er ist exponentiell von $U_{BE}$ abhängig, wobei $I_S$ um einen Faktor $B$ kleiner ist als beim Kollektorstrom. + +$I_B = \frac{I_S}{B} \exp \left(\frac{U_{BE}}{U_T}\right)$ + +Der Faktor $B$ ist also der Quotient aus Kollektor- und Basisstrom: + +$B = \frac{I_C}{I_B}$ + +Es ist deshalb praktisch, sich den Bipolartransistor als *stromgesteuert* vorzustellen. Dies ist die gewünschte Antwort auf die obige Frage, auch wenn es physikalisch nicht ganz korrekt ist. + +[question:AC505] + +Ein Transistor wird hier als "leitend" bezeichnet, wenn ein signifikanter Kollektorstrom fließt. Dazu muss die Basis-Emitter-Diode stets in Flussrichtung geschaltet sein, also $U_{BE}$ positiv bei npn- und negativ bei pnp-Transistoren. Die Kollektor-Basis-Diode dagegen muss sperren, denn es sollen keine Ladungsträger aus dem Kollektor in die Basis injiziert werden. + +[question:AC502] + +Feldeffekt-Transistoren haben ein ganz anderes Steuerprinzip als Bipolartransistoren. Während bei Bipolartransistoren sowohl Elektronen also auch Defektelektronen ("Löcher") betrachtet werden müssen (daher "bipolar"), ist beim Feldeffekt-Transistor nur eine Ladungsträgersorte beteiligt ("unipolar"). Dies können entweder Elektronen (*n-Kanal-Feldeffekt-Transistor*) oder Löcher (*p-Kanal-Feldeffekt-Transistor*) sein. + +Allen Feldeffekt-Transistoren (oder *FETs*) gemein ist, dass im normalen Betrieb kein Strom im Eingang, der Gate-Elektrode, fließt. Die Steuerung der Ladung im Kanal (dem Bereich zwischen *Source* und *Drain*) ist ausschließlich von der Gate-Source-Spannung abhängig. + +[question:AC512] + +Die Elektroden des FET werden wie folgt bezeichnet: + +* *Source*: dies ist die "Quelle" (engl. source) für die Ladungsträger im Kanal. Nicht verwirren lassen: die sogenannte technische Stromrichtung ist entgegen der Ladungsträger-Flussrichtung definiert! +* *Drain*: dies ist der Abfluss (engl. drain) für die Ladungsträger im Kanal. +* *Gate*: Das Gate (englisch für Gatter) steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal. + +Die hier zur Verwirrung eingestreuten Begriffe Emitter, Basis, Kollektor beziehen sich auf den Bipolartransistor. + +[question:AC513] + +[question:AC514] + +Wie wir bereits festgestellt hatten, ist der FET ein *spannungsgesteuertes* Bauelement, in dem kein Gate-Strom fließt. Die gewünschte Antwort ist die, dass die Gate-Source-Spannung den *Kanalwiderstand* steuert. Allerdings kann das Verhalten des Kanals nur für sehr kleine Drain-Source-Spannungen als Widerstand beschrieben werden, in sofern ist die Antwort etwas unglücklich formuliert. Besser wäre: die Gate-Source-Spannung steuert den Kanalstrom. + +[question:AC506] + +Die senkrechte Linie symbolisiert den Kanal, die oben (Drain) und unten (Source) kontaktiert wird. Links ist das Gate zu sehen -- der Pfeil erinnert zusammen mit dem senkrechten Strich an eine Diode. Es handelt sich also um einen FET, genau genommen einen Sperrschicht-FET. + +Bei den folgenden Fragen geht es darum, bestimmte FET-Typen ihrem Schaltsymbol zuzuordnen. Dazu ein paar Grundregeln: + +* Der Strom im Kanal kann entweder von Elektronen oder von Löchern getragen werden. Wir sprechen im ersten Fall von einem *n-Kanal-FET*, im zweiten Fall von einem *p-Kanal-FET*. +* Wir können FETs auch danach unterscheiden, ob für eine Gate-Source-Spannung $U_{GS}=0$ ein Strom im Kanal fließt oder nicht. Sie heißen dann entweder *selbstleitend* oder *selbstsperrend*. +* Schließlich können wir FETs danach unterscheiden, ob die Gate-Elektrode eine Diode ist, oder eine Kondensator-Struktur. Ist Gate eine Diode, sprechen wir von einem Sperrschicht-FET. Beispiele sind der JFET (junction field effect transistor) und der MESFET (metal semiconductor field effect transistor). Beim MESFET ist die Gate-Diode eine Schottky-Diode. Bei einem *Isolierschicht-FET* ist die Gate-Elektrode durch einen Isolator (ein Dielektrikum) vom Kanal getrennt. Die anliegende Spannung steuert die Dichte von Ladungsträgern im Kanal. Ist der Isolator ein Oxid, zum Beispiel Siliziumdioxid, sprechen wir auch von einem MOSFET (metal oxide semiconductor FET). Wegen ihrer Verwendung in Digitalschaltkreisen sind MOSFETs mit sehr weitem Abstand die häufigsten Transistortypen. + +Der Pfeil zeigt an, ob es sich um einen n- oder p-Kanal-FET handelt. Wie bei der Diode zeigt der Pfeil auf die Kathode, also den n-dotierten Bereich. Zeigt also der Pfeil auf den Kanal, handelt es sich um einen n-Kanal-FET. Beim Sperrschicht-FET trägt das Gate den Kanal, beim Isolierschicht-FET ist der Pfeil zwischen Kanal und der sogenannten Bulk-Schicht zu sehen, die unter dem Kanal liegt und meist intern mit der Source-Elektrode verbunden ist. + +Im Isolierschicht-FET bilden Gate und Kanal auch grafisch einen Kondensator. + +Beim selbstleitenden FET geht die Linie zwischen Source und Drain durch, während sie beim selbstsperrenden FET unterbrochen ist. + +[question:AC507] +[question:AC508] +[question:AC509] +[question:AC510] +[question:AC511] + +Im Folgenden betrachten wir noch ein paar einfache Transistor-Schaltungen. + +[question:AC515] + +Der gewünschte Arbeitspunkt wird dadurch eingestellt, dass über $R_1$ ein Basisstrom eingeprägt wird. Der Basisstrom ist um die gegebene Stromverstärkung von 298 kleiner als der Kollektorstrom. Über dem Widerstand fällt die Differenz von Betriebsspannung und Basispotential ab. Das Basispotential ist mit 0,6 V gegeben. Also rechnen wir: + +$R_1 = 298 \cdot \frac{12-0,6}{0,005} \approx 680\ k\Omega$ + +Die Schaltung hat allerdings in der Praxis einen gewaltigen Nachteil: die Stromverstärkung eines Bipolartransistors ist nicht besonders gut kontrolliert. Nehmen wir als Beispiel den populären BC547B. Seine Stromverstärkung kann nach Spezifikation zwischen 200 und 450 liegen. Der Kollektorstrom kann also mit dieser Schaltung durchaus um mehr als einen Faktor 2 vom Entwurf abweichen. + +[question:AC516] + +In Frage AC516 wird der Arbeitspunkt des Bipolartransistors über einen Spannungsteiler eingestellt. Der sogenannte Querstrom ist der Strom, der hier durch $R_2$ fließt. Er sollte mindestens zehnmal so hoch wie der Basisstrom sein, damit der Basisstrom keinen großen Einfluss auf den Arbeitspunkt hat. + +Allerdings ist auch diese Schaltung nicht sehr empfehlenswert. Zum einen hängt der Kollektorstrom exponentiell von der Basis-Emitter-Spannung ab. Die Widerstände haben eine Toleranz, durch die das Basispotential durchaus etwas vom Soll abweichen kann -- mit einer großen Auswirkung auf den Kollektorstrom. Außerdem ist die Schwellspannung der Basis-Emitter-Diode mit etwa -2 mV/K recht stark temperaturabhängig. Daher wird diese Schaltung einen starken Temperaturgang des Kollektorstroms haben. Das kann manchmal erwünscht sein, aber man muss es im Blick haben. + +[question:AC518] + +Der Spannungsteiler $R_1$ und $R_2$ stellt das Basispotential ein, das, weil der Emitter auf Masse liegt, etwa 0,6 V betragen muss. Bei einem Kollektorstrom von 2 mA und einer Stromverstärkung von 200 ist der Basisstrom 2 mA/200 = 10 $\mu$A. Der Strom durch $R_2$ soll der zehnfache Basisstrom sein, durch $R_1$ fließt $11 \cdot 10\ \mu A= 110\ \mu A$. Der Widerstand $R_1$ ist dann: + +$R_1 = \frac{10\ V - 0,6\ V}{110\ \mu A} = 85,5\ k\Omega$ + +[question:AC517] + +Die obige Schaltung zeigt eine typische Arbeitspunkteinstellung für den Bipolartransistor. Das Basispotential wird über den Spannungsteiler $R_1$ und $R_2$ festgelegt. Da über dem Emitterwiderstand $R_E$ 1 V abfallen soll, muss das Basispotential auf 1,6 V betragen. Bei einem Kollektorstrom von 2 mA und einer Stromversorgung von 200 beträgt der Basisstrom 10 $\mu$A. Da der Strom durch $R_2$ der zehnfache Basisstrom fließen soll, fließt durch $R_1$ der elffache Basisstrom, also 110 $\mu$A. Über $R_1$ fällt die Differenz der Betriebsspannung (10 V) und dem Basispotential ab, also 8,4 V. Nun können wir $R_1$ bestimmen: + +$R_1 = \frac{8,4\ V}{110\ \mu A} = 76,4\ k\Omega$ + +Dies ist eine gute Schaltung, weil der Kollektorstrom vor allem durch den Emitterwiderstand $R_E$ festgelegt wird, der eine Serien-Gegenkopplung darstellt. + +[question:AC519] + +Wenn $R_1$ durch den Fehler nicht von Strom durchflossen, so fällt an $R_2$ keine Spannung ab -- die Basis liegt auf Massepotential. Dann ist $U_{BE} \geq 0,6\ V$ nicht erfüllt, und der Transistor ist stromlos. Da am Kollektorwiderstand $R_C$ keine Spannung abfällt, steigt das Kollektorpotential auf die Betriebsspannung an. + +[question:AC520] + +Bei dem hier gegebenen Fehlerbild ist $R_2$ stromlos. Die Basis ist über $R_1$ mit der Betriebsspannung verbunden. Über diesen Pfad wird ein Basisstrom injiziert. Bei der üblichen Dimensionierung (Querstrom ist der zehnfache reguläre Basisstrom) ist der Basisstrom 11-fach höher als der reguläre Basisstrom -- der Kollektorstrom wird sehr stark ansteigen, der Spannungsabfall an $R_C$ steigt stark an, die Kollektor-Emitter-Spannung sinkt auf den Sättigungswert von etwa 0,1 V ab. Der Kollektorstrom wird nur durch $R_C$ begrenzt. + +[question:AC521] + +In den Gate-Anschluss eines MOSFETs fließt kein Gleichstrom. Daher handelt es sich im einen *unbelasteten* Spannungsteiler und es gilt: + +$U_{GS} = \frac{R_2}{R_1 + R_2} \cdot U_B = \frac{1}{11} \cdot 44\ V = 4\ V$ + +[question:AC522] + +Auch hier handelt es sich um einen unbelasteten Spannungsteiler. Da die Spannungen gegeben sind, setzen wir am einfachsten an: + +$\frac{R2}{R_1} = \frac{2,8\ V}{44\ V - 2,8\ V} \rightarrow R_2 = 0,068 \cdot 10\ k\Omega = 680\ \Omega$ + +[question:AC523] + +Der Leistungs-MOSFET ist hier vollständig durchgeschaltet, der Kanal lässt sich als ein ohmscher Widerstand von (lt. Aufgabenstellung) $R_{ch}=4 \text{m}\Omega$ darstellen. Es fließt ein Strom von 25 A. Die Verlustleistung berechnen wir nach der Formel + +$P_V = I^2 \cdot R_{ch} = 2,5\ W$ + +[question:AC524] + +In dieser Aufgabe geht es um ein Relais, das über den in Serie dargestellten npn-Transistor geschaltet wird. Nehmen wir an, dass der Transistor zunächst durchgeschaltet ist, es fließt ein Strom durch die Relaisspule, das Relais hat angezogen. + +Nun schaltet der Transistor ab, der Stromfluss bricht zusammen. Die starke Änderung des Stroms induziert allerdings kurzzeitig in der Spule des Transistors eine hohe negative Spannung, die zur Zerstörung des Transistors führen kann. + +Um dies zu verhindern, schalten wir eine Freilaufdiode *parallel*. Sie ist so geschaltet, dass sie im Regelbetrieb (Transistor durchgeschaltet) keinen Strom führt -- sie muss also in Sperrrichtung eingebaut werden. Die negative Spannung, die beim Zusammenbruch des Stroms kurzzeitig auftritt, schaltet die Diode in Flussrichtung, die enstehende Spannung wird auf (bei Siliziumdioden) -0,7 .. -0,8 V begrenzt. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/transverter_1.md b/contents/sections/transverter_1.md new file mode 100644 index 0000000..c7a4aeb --- /dev/null +++ b/contents/sections/transverter_1.md @@ -0,0 +1,41 @@ +*Konverter* und *Transverter* werden im Amateurfunk eingesetzt, um mit vorhandenen Funkgeräten zusätzliche Frequenzbereiche zu erschließen, die diese Geräte ursprünglich nicht abdecken. Ein *Konverte*r setzt das Signal dabei nur in eine Richtung um, entweder im Sendepfad oder im Empfangspfad. Ein *Transverter* hingegen verfügt über eine interne Sende-/Empfangsumschaltung und übernimmt die Frequenzumsetzung sowohl im Sende- als auch im Empfangsbetrieb. Die Frequenzumsetzung bei Konvertern und Transvertern erfolgt hierbei immer durch Mischung in einem oder mehreren Mischern. + +Beispielsweise kann man mit einem entsprechenden Transverter und einem vorhandenen Kurzwellen-Transceiver z.B. auch Betrieb im VHF/UHF/SHF-Bereich machen. Hierbei würde man z. B. das $\qty{10}{\meter}$-Band des Kurzwellen-Transceivers mittels eines Transverters auf $\qty{2}{\meter}$/$\qty{70}{\centi\meter}$ oder $\qty{23}{\centi\meter}$ in beide Richtungen umsetzen. + +[question:EF501] +[question:EF502] + +--- + +Betrachten wir im ersten Schritt das Blockschaltbild eines Konverters in Abbildung [ref:e_konverter]. Ein solcher Konverter könnte beispielsweise dazu verwendet werden, ein Signal aus einem VHF-Funkgerät für den Amateurfunksatelliten QO-100 umzusetzen, der eine Eingangsfrequenz im $\qty{2,4}{\giga\hertz}$-Band benötigt. Ein Transverter ist hier ggf. nicht nötig, da der Empfang über einen SDR-Stick und ein LNB erfolgt. + +Aus dem Blockschaltbild ist ersichtlich, dass ein definierter Eingangsfrequenzbereich mithilfe mindestens eines Mischers auf einen anderen Ausgangsfrequenzbereich umgesetzt wird. Eine Sende- und Empfangsumschaltung ist dabei nicht vorgesehen. Ein Konverter kann daher ein Signal nur in eine Richtung umsetzen, entweder im Empfangs- (RX) oder im Sendepfad (TX). Bei Konvertern für den Sendebetrieb ist häufig eine PTT-Steuerung vorhanden, die im Sendefall die Verstärkerstufen des Konverters aktiviert. + +Auf welches Frequenzband ein Konverter das Signal umsetzt, lässt sich aus der dem Mischer zugeführten Oszillatorfrequenz sowie der Ein- oder Ausgangsfrequenz rechnerisch bestimmen. Im konkreten Beispiel ergibt sich die Zielfrequenz aus dem Mischprodukt von +$\qty{144}{\mega\hertz} + \qty{2,256}{\giga\hertz} = \qty{2,4}{\giga\hertz}$, +wobei das gewünschte Produkt anschließend durch geeignete Filter selektiert wird. + + +[picture:651:e_konverter:Konverterschaltung z. B. Für QO-100] + + +[question:EF504] + +--- + +Die Schaltung eines Transverters lässt sich gut von der eines Konverters unterscheiden. Die Abbildungen [ref:e_transverter_rx] und [ref:e_transverter_tx] zeigen das Blockdiagramm eines Transverters, der es ermöglicht, mit einem $\qty{10}{\meter}$-Kurzwellen-Transceiver auf dem $\qty{2}{\meter}$-Band Betrieb zu machen. Dazu werden eine Sende-/Empfangsumschaltung sowie zwei Mischer und zwei getrennte Signalpfade verwendet – jeweils einer für den Empfangs- (RX) und einer für den Sendebetrieb (TX). + +Der TX-Zweig setzt im Sendefall das Ausgangssignal des Transceivers auf das gewünschte höhere Frequenzband um, während der RX-Zweig im Empfangsfall das von der Antenne kommende Signal auf das für den Transceiver geeignete Frequenzband heruntermischt. Zwischen welchen Frequenzbändern der Transverter arbeitet, lässt sich durch Kenntnis der Oszillatorfrequenz, die den Mischern zugeführt wird, sowie der jeweiligen Ein- und Ausgangsfrequenzen rechnerisch bestimmen. Diese Zusammenhänge sind in den Abbildungen dargestellt. + +Der quarzstabilisierte Oszillator ($G$) erzeugt eine Frequenz von $\qty{38,666}{\mega\hertz}$, die mithilfe eines 1:3-Frequenzvervielfachers auf $\qty{116}{\mega\hertz}$ erhöht wird. Im Empfangsfall, dargestellt in Abbildung [ref:e_transverter_rx], wird das Eingangssignal aus dem Frequenzbereich $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$ auf den Bereich $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ heruntergemischt. Im Sendefall, gezeigt in Abbildung [ref:e_transverter_tx], wird das Ausgangssignal des Funkgeräts aus dem Bereich $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ auf den Frequenzbereich $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$ hochgemischt. Wie üblich kommen in beiden Signalpfaden geeignete Filter zur Selektion der gewünschten Mischprodukte zum Einsatz, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind. + +[question:EF503] + + +[picture:842:e_transverter_rx:Transverter im RX-Pfad] +[picture:843:e_transverter_tx:Transverter im TX-Pfad] + + +Transverter und Konverter, die für hohe Eingangs- oder Ausgangsfrequenzen (im GHz-Bereich) ausgelegt werden, müssen über einen sehr stabilen Oszillator verfügen. Fehler in der Oszillatorfrequenz führen durch interne Frequenzvervielfachung aufgrund der hohen Ausgangsfrequenzen bei schmalbandigen Betriebsarten oder SSB zu unannehmbaren Abweichungen in der Zielfrequenz. Eine Abweichung in der Oszillatorfrequenz wird durch deren Vervielfachung ebenfalls vervielfacht. Oft verwendet man einen sog. TCXO oder OCXO, der auch zusätzlich noch über eine externe Referenzquelle synchronisiert werden kann (z.B. GPS), um die Oszillatorfrequenz möglichst gut zu stabilisieren und Abweichungen in der Zielfrequenz klein zu halten. + +[question:EF505] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/transverter_2.md b/contents/sections/transverter_2.md new file mode 100644 index 0000000..f605956 --- /dev/null +++ b/contents/sections/transverter_2.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Um bei Transvertern die benötigten Oszillatorfrequenzen zu berechnen, ist die Kenntnis der gewünschten Ein- und Ausgabefrequenzen notwendig. Weiter benötigt man die Information, ob sich der Oszillator unterhalb oder oberhalb des Nutzsignals befinden soll. + + +Wenn sich die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals befindet, bleibt die Seitenbandlage eines SSB-Signals (USB/LSB) erhalten. +Befindet sich die Oszillatorfrequenz oberhalb des Nutzsignals, wird die Seitenbandlage eines SSB-Signals invertiert (aus USB wird LSB und umgekehrt). + + +Rechenbeispiel: + +Liegt die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals, so gehört zur höheren Frequenz des Nutzsignals auch die höhere Frequenz des Ausgangssignals des Konverters/Transverters. + +Soll z.B. ein Frequenzbereich von 438 bis 440 MHz auf einen Frequenzbereich von 28-30 MHz umgesetzt werden (bei Annahme, dass sich die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals befindet), so benötigt man eine Oszillatorfrequenz von 440 MHz - 30 MHz oder 438 MHz - 28 MHz, was in beiden Fällen 410 MHz ergibt. Wird diese Oszillatorfrequenz mittels Frequenzvervielfachung erzeugt, so muss man diese bei der Rückrechnung auf die benötigte Frequenz des Quarzoszillators noch durch Teilen berücksichtigen. + +Gleich verhält es sich für den Frequenzbereich von 436 bis 438 MHz, wenn dieser wieder auf einen Frequenzbereich von 28-30 MHz umgesetzt werden soll (ebenfalls bei Annahme, dass sich die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals befindet). +Hierbei ergibt sich bei der Rechnung 438 MHz - 30 MHz bzw. 436 MHz - 28 MHz eine Oszillatorfrequenz von 408 MHz. + +Werden die oben berechneten 408 MHz bzw. 410 MHz durch Verneunfachung der Quarz-Oszillatorfrequenz gewonnen, so ergeben sich die beiden Quarz-Oszillatorfrequenzen zu 408 MHz / 9 = 45,333 MHz und 410 MHz / 9 = 45,556 MHz (jeweils gerundet). + +[question:AF501] +[question:AF502] + +%TODO: Die Frage 1472 gehört aus unserer Sicht nicht hier her, da es sich um einen Sender handelt und diese Frage nichts mit Konvertern oder Transvertern zu tun hat. Müsste evtl. in das Kapitel Sender und Senderstufen verschoben werden +[question:AF301] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/traps.md b/contents/sections/traps.md new file mode 100644 index 0000000..aadd3f7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/traps.md @@ -0,0 +1,27 @@ +Multibandantennen, die gezielt auf mehreren Bändern resonant sind, haben wir bereits kennengelernt. Eine besondere Möglichkeit einen Dipol gezielt in einem bestimmten, zusätzlichen Frequenzbereich nutzbar zu machen ist das Einfügen eines Parallelschwingkreises bestehend aus Kondensator und Spule einzufügen (genannt *Trap* aus dem Englischen für "Falle"). Ein solcher Parallelschwingkreis ist bei seiner Resonanzfrequenz hochohmig, stellt also ein "Hindernis" für Ströme dar. Der Parallelschwingkreis wirkt dann als *Sperrkreis*, der den Stromfluss bei einer gewissen Frequenz dann an dieser Stelle sperrt und den Dipol elektrisch auf die entsprechende Länge begrenzt. Gleichzeig kann bei Anregung mit tieferer Frequenz aber auch der ganze Dipol schwingen. + +[question:AG109] +[question:AG110] + +Frequenzen, die über der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises liegen, können den entsprechenden Trap zwar passieren, jedoch verkürzt der überwiegend wirkende Kondensator die Antenne ein wenig (die Spule ist für hohe Frequenzen von untergeordneter Bedeutung). + +[question:AG113] + +Betreibt man einen Trap-Dipol auf der Resonanzfrequenz eines der Parallelschwingkreise, dann wirkt der entsprechende Schwingkreis wie bereits erläutert als Sperrkreis und lässt nahezu keinen Strom hindurch. + +[question:AG112] + +Der Dipol verhält sich bei der Resonanzfrequenz der entsprechenden Sperrkreise dann beinahe so, als ob er an der entsprechenden Stelle zu Ende wäre. + +[question:AG116] + +Bei niedrigeren Frequenzen hingegen fließt nur wenig Strom durch den Kondensator und die Wirkung der Spule überwiegt, die dann wie eine Verlängerungsspule für eine elektrische Verlängerung sorgt. + +[question:AG111] + +Durch Einfügen mehrerer Traps lassen sich entsprechend noch mehr Resonanzen erzeugen. Hierbei wird der Resonanzfrequenz des innersten Schwingkreises auf die höchste Frequenz abgestimmt (entsprechend der kürzesten Wellenlänge), der nächst-äußere Schwingkreis auf die nächst-niedrigere Frequenz (also die nächst-längere Wellenlänge) usw. + +[question:AG115] +[question:AG114] + + diff --git a/contents/sections/trennschaerfe_1.md b/contents/sections/trennschaerfe_1.md new file mode 100644 index 0000000..499ac67 --- /dev/null +++ b/contents/sections/trennschaerfe_1.md @@ -0,0 +1,5 @@ +Die *Trennschärfe* eines Empfängers beschreibt dessen Vermögen das gewünschte Signal zu empfangen und naheliegende, unerwünschte Signale, zu unterdrücken. + +Voraussetzung für eine hohe Trennschärfe eines Empfängers ist eine geringe Bandbreite, die idealerweise nur so breit ist wie die Bandbreite des zu empfangenden Signals. + +[question:EF210] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/trennschaerfe_2.md b/contents/sections/trennschaerfe_2.md new file mode 100644 index 0000000..f82fa1c --- /dev/null +++ b/contents/sections/trennschaerfe_2.md @@ -0,0 +1,8 @@ +Die Trennschärfe eines Empfängers wird durch die Bandbreite der Filter in dessen ZF-Teil bestimmt. Deren Bandbreite muss sich immer nach der zu empfangenden Modulationsart richten. Für den Empfang von SSB-Sprach-Signalen wird z.B. eine Filterbandbreite von ca. 2,7 kHz verwendet. CW-Signale sowie RTTY können mit Filterbandbreiten von 500 Hz empfangen werden, damit diese gut von anderen nebenliegenden Signalen unterscheidbar sind. FM-Signale benötigen eine deutlich größere Bandbreite von ca. 12 kHz. + +Filter und deren Bandbreiten sowie Flankensteilheit können technisch durch unterschiedliche Konzepte realisiert werden. Die steilflankigsten und schmalbandigsten Filter sind Quarzfilter, gefolgt von Keramikfiltern. LC-Filter haben größere Bandbreiten und sind nicht so steilflankig, RC-Filter werden im HF-Bereich von Empfängern normalerweise nicht verwendet. + +[question:AF208] +[question:AF206] +[question:AF205] +[question:AF207] diff --git a/contents/sections/troposphaere.md b/contents/sections/troposphaere.md new file mode 100644 index 0000000..bda10f4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/troposphaere.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Im VHF-Bereich führt manchmal ein besonderer Effekt zu sogenannten Überreichweiten. Es können dann erheblich größere Reichweiten erzielt werden. Die Ursache dafür findet in der Troposphäre statt. Das ist die unterste Schicht der Atmosphäre der Erde. Sie reicht bis in rund 15 km Höhe und wird auch als Wetterschicht bezeichnet, da sich hier der Großteil des Wetters abspielt. + +Am Übergang zwischen warmen und kalten Luftschichten bilden sich die sogenannten *troposphärischen Inversionsschichten*. An diesen werden die Funkwellen zur Erde hin reflektiert (Abbildung [ref:n_tropo]). + + +[picture:734:n_tropo:Troposhärische Inversionsbildung, Schichten unterschiedlicher Temperatur liegen aufeinander, an der Grenze der Schichten werden Funkwellen im VHF-Bereich reflektiert] + + +Die auftretenden Überreichweiten ermöglichen Funkverbindungen mit Stationen in rund 800 bis 1000 km Entfernung. Im VHF-Bereich ist dies ein häufiger Ausbreitungsweg für Weitverbindungen. Troposphärische Inversionsbildung tritt hauptsächlich im Frühjahr und Herbst auf. + +[question:NH304] diff --git a/contents/sections/troposphaere_2.md b/contents/sections/troposphaere_2.md new file mode 100644 index 0000000..048859e --- /dev/null +++ b/contents/sections/troposphaere_2.md @@ -0,0 +1,5 @@ +In der Klasse N haben wir bereits troposphärische Überreichweiten kennengelernt: Die Troposphäre ist die Wetterschicht der Atmosphäre, in der durch Beugung, Reflexion und Streuung an Bereichen unterschiedlicher Temperatur und Dichte im VHF/UHF-Bereich Überhorizontverbindungen im Bereich von $\qtyrange{800}{1000}{\kilo\meter}$ entstehen können. Für die Klasse E gibt es hierzu nochmal vertiefende Prüfungsfragen. + +[question:EH301] +[question:EH302] +[question:EH303] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/troposphaere_3.md b/contents/sections/troposphaere_3.md new file mode 100644 index 0000000..6ae075a --- /dev/null +++ b/contents/sections/troposphaere_3.md @@ -0,0 +1,9 @@ +Wie wir bereits bei den Prüfungsfragen zur Klasse N und E gelernt haben, kann es im VHF-Bereich zu Überreichweiten durch troposphärische Inversionsschichten kommen. Diese entstehen an Übergängen zwischen warmen und kalten Luftschichten, wodurch Funkwellen reflektiert und über größere Entfernungen zurück zur Erde geleitet werden können. + +Ein weiteres Phänomen in diesem Zusammenhang ist das sogenannte Ducting (vom englischen duct, was so viel wie Röhre, Kanal oder Führung bedeutet). Bei dieser Ausbreitungsart (vgl. Abbildung [ref:a_tropo]) gelangen die Funkwellen zwischen zwei Inversionsschichten und werden in diesem natürlichen Wellenleiterkanal geführt. Auf diese Weise können sogar Entfernungen von über 1000 Kilometern überbrückt werden. + + +[picture:987:a_tropo:Ausbreitung über Ducting] + + +[question:AH309] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/trxmodulation.md b/contents/sections/trxmodulation.md new file mode 100644 index 0000000..790e43b --- /dev/null +++ b/contents/sections/trxmodulation.md @@ -0,0 +1,51 @@ +An vielen Funkgeräten gibt es einen Schalter, um die zu verwendende Modulationsart auszuwählen. Meistens ist dieser mit "Mode" beschriftet und erlaubt beispielsweise zwischen CW, AM, FM und SSB zu wählen. Funkgeräte, die nur eine Modulationsart unterstützen, haben natürlich keinen solchen Schalter. + + +| l: Abkürzung | X: Mode | +| CW | Telegrafie | +| AM | Amplitudenmodulation | +| FM | Frequenzmodulation | +| LSB | SSB unteres Seitenband ("lower sideband")| +| USB | SSB oberes Seitenband ("upper sideband") | +[table:n_sendearten:Häufig verwendete Modulationsarten] + + +Mit dem Wissen, dass es sich bei SSB, FM und AM um Modulationsarten handelt, kann die folgende Frage leicht beantwortet werden. Die meisten der anderen in der Frage genannten Begriffe sind übrigens keine Modulationsarten, sondern digitale Übertragungsverfahren, auf die wir teilweise später erst eingehen werden. + +[question:NE102] + +--- + +Bei SSB ist zu beachten, das richtige Seitenband (LSB oder USB) auszuwählen. Im Amateurfunk wird mit wenigen Ausnahmen unterhalb von 10 MHz das untere Seitenband und ab 10 MHz das obere Seitenband benutzt. Dies ist auch so im IARU-Bandplan empfohlen. + + +Bei digitalen Übertragungsverfahren wird auch unterhalb von 10 MHz immer das obere Seitenband verwendet! + + +%[class:N] + +Aufgrund der erlaubten Bänder kann von Klasse N immer USB verwendet werden. + +%[/class] + +[question:NE209] +[question:BC202] +[question:BC203] +[question:NE211] +[question:NE210] + +--- + +Wenn bei SSB das falsche Seitenband gewählt wird, dann ist die Sprache völlig unverständlich. Ebenfalls ist es bei SSB wichtig, die Empfangsfrequenz sehr feinfühlig mit dem VFO-Drehknopf einzustellen. Schon kleine Abweichungen von der richtigen Frequenz führen dazu, dass die Sprache unverständlich wird. + + +Dass die *falsche Wahl des Seitenbands* bei SSB zu unverständlicher Sprache führt, liegt daran, dass die beiden Seitenbänder gespiegelt sind. Während beim oberen Seitenband die tiefen Sprachfrequenzen weiter unten und die hohen Sprachfrequenzen weiter oben sind, ist es beim unteren Seitenband genau andersherum. Wenn also mit dem falschen Seitenband empfangen wird, dann werden die eigentlich tiefen Töne als hohe Töne wiedergegeben und die eigentlich hohen Töne als tiefe Töne. + +Bei AM oder FM hingegen fallen leicht abweichende Frequenzen praktisch nicht auf, da beim Empfänger der Träger für die Demodulation, also die Wiederherstellung des Sprachsignals, herangezogen werden kann. Bei SSB gibt es jedoch keinen Träger. Daher muss bei SSB die Frequenz möglichst genau getroffen werden, damit die Stimme richtig klingt. + + +[question:NE212] + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_1.md b/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_1.md new file mode 100644 index 0000000..588a820 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_1.md @@ -0,0 +1,39 @@ +Als einfachsten Empfänger haben wir den Detektor-Empfänger im vorherigen Kapitel kennengelernt. Beim Detektor-Empfänger handelt es sich um einen sog. Geradeaus-Empfänger, den wir auch schon in der Klasse N kennen gelernt haben. Beim Geradeausempfänger wie in Abbildung [ref:e_geradeausempfänger] gezeigt, wird das Signal nach Empfang und ggf. Verstärkung nur noch demoduliert. Dieses Empfängerkonzept hat jedoch den Nachteil einer schlechten Selektivität (Trennschärfe). Um das zu verbessern könnte man den Eingangsfilterblock (2) aus mehreren Filtern kombinieren um die Trennschärfe zu erhöhen. Dann müssten aber beim Wechsel der Empfangsfrequenz alle diese Filter angepasst werden und das ist sehr aufwändig. Aus diesem Grund wurde der *Überlagerungsempfänger* (vgl. Abbildung [ref:ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper]) entwickelt, welcher in der Fachsprache auch *Superheterodyn* oder *Superhet* genannt wird. + + +[picture:736:e_geradeausempfänger:Geradeausempfänger] + + + +[picture:803:ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper:Überlagerungsempfänger mit Verstärkern] + + +--- + +Die Idee des Überlagerungsempfängers ist ebenso einfach wie genial. Anstelle abstimmbarer Filter wird ein variabler Oszillator (VFO) eingesetzt, mit dessen Hilfe das empfangene Signal zunächst auf eine feste Frequenz, die sogenannte Zwischenfrequenz $f_z$ (oft auch ZF genannt), umgesetzt wird. Für diese feste Zwischenfrequenz lassen sich sehr trennscharfe und hochwertige Filter realisieren. Abbildung [ref:ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_filter] veranschaulicht dieses Prinzip. + + +[picture:913:ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_filter:Überlagerungsempfänger mit Filtern] + + +Das Eingangsfilter lässt zunächst nur den gewünschten Frequenzbereich, beispielsweise den Kurzwellenbereich, passieren. Anschließend setzt ein Mischer das Eingangssignal zusammen mit der Frequenz des VFO auf die konstante Zwischenfrequenz um, zum Beispiel auf $\qty{455}{\kilo\hertz}$. Im konkreten Beispiel kann der VFO zwischen $\qty{3,455}{\mega\hertz}$ und $\qty{30,455}{\mega\hertz}$ eingestelt werden, um den gesamten Bereich der Kurzwelle heruntermischen zu können. Der entscheidende Vorteil des Überlagerungsempfängers gegenüber dem Geradeausempfänger liegt genau in dieser konstanten Zwischenfrequenz: Die Filterung des Signals kann optimal auf eine feste Frequenz abgestimmt werden, wodurch eine sehr hohe Selektivität, also Trennschärfe, erreicht wird. + +--- + +Da die Filter nicht abstimmbar sein müssen, können sie hinsichtlich Bandbreite und Flankensteilheit gezielt optimiert werden, etwa durch den Einsatz von Quarz-, Keramik- oder digitalen Filtern. So lassen sich beispielsweise für Sprachübertragung (SSB) Filter mit einer Bandbreite von etwa $\qty{2,4}{\kilo\hertz}$ und für Telegrafie (CW) schmalbandige Filter mit etwa $\qty{300}{\hertz}$ einsetzen. Auch für andere Übertragungsverfahren wie AM, FM oder digitale Modi können entsprechend angepasste Filter verwendet werden. + +Durch dieses Konzept erreicht der Überlagerungsempfänger eine deutlich höhere Trennschärfe als der Geradeausempfänger. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle nachfolgenden Baugruppen stets mit derselben Zwischenfrequenz arbeiten und daher ebenfalls nicht abstimmbar ausgeführt werden müssen, was den Aufbau vereinfacht und die Empfangsqualität verbessert. + +[question:EF102] + +Überlagerungsempfänger können mit einer oder mehreren Zwischenfrequenzen arbeiten. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen Direktüberlagerungsempfänger, bei dem die Zwischenfrequenz die gewünschte NF-Frequenz ist. Zu diesem Zweck muss die Oszillatorfrequenz sehr nahe an der Empfangsfrequenz liegen. + +[question:EF208] + +Ein Überlagerungsempfänger hat jedoch auch einige Nachteile, insbesondere das Auftreten sogenannter Spiegelfrequenzen. Diese Problematik sowie fortgeschrittene Empfängerkonzepte wie der Mehrfachsuper mit mehreren Zwischenfrequenzen werden wir erst in der Klasse A genauer behandeln. + + +Der Erfinder des Überlagerungsempfängers lässt sich nicht eindeutig benennen. Dies liegt unter anderem daran, dass seine Entwicklung in die Zeit des Ersten Weltkriegs fällt, in der alle beteiligten Kriegsparteien intensiv an der Verbesserung der Funk- und Radiotechnik arbeiteten. Unabhängig voneinander beschäftigten sich um das Jahr 1918 mehrere Forscher mit diesem Funktionsprinzip, darunter Edwin Armstrong in den USA, Lucien Lévy in Frankreich sowie Walter Schottky in Deutschland. + +Der Begriff Heterodyn beziehungsweise Superheterodyn ist eine Wortneubildung. Er setzt sich aus dem lateinischen super („über“) sowie den griechischen Wörtern hetero („verschieden“) und dynamis („Kraft“ bzw. „Wirkung“) zusammen. Der Name beschreibt das grundlegende Funktionsprinzip des Überlagerungsempfängers: die Mischung zweier Signale unterschiedlicher Frequenz zur Erzeugung einer neuen Frequenz. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_2.md b/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_2.md new file mode 100644 index 0000000..4e43b91 --- /dev/null +++ b/contents/sections/ueberlagerungsempfaenger_einfachsuper_2.md @@ -0,0 +1,5 @@ +Unter der *Nahselektion oder auch Trennschärfe* eines Empfängers versteht man dessen Fähigkeit das gewünschte Empfangssignal möglichst gut von frequenzmäßig benachbarten unerwünschten Signalen trennen zu können. + +Das ZF-Filter und dessen Filtercharakteristik bestimmt beim Überlagerungsempfänger maßgeblich die Nahselektionsfähigkeit des gesamten Empfangszweiges und legt dessen Qualität fest. + +[question:AF115] diff --git a/contents/sections/uebertrager_1.md b/contents/sections/uebertrager_1.md new file mode 100644 index 0000000..119fba2 --- /dev/null +++ b/contents/sections/uebertrager_1.md @@ -0,0 +1,84 @@ +Warum gibt es ein 230-V-Wechselspannungsnetz? Wechselspannung bietet gegenüber Gleichspannung einen entscheidenden Vorteil: Sie lässt sich mithilfe von Transformatoren einfach und mit geringen Verlusten auf andere Spannungswerte umsetzen. Dadurch ist eine effiziente Anpassung der Spannung für Übertragung und Nutzung möglich. + +Auf Grund der Selbstinduktion in Spulen läßt sich Energie bei Wechselspannung zwischen zwei Spulen, wie in Abbildung [ref:e_netztrafo] gezeigt, übertragen. Es entsteht ein neues Bauelement, der *Übertrager* oder *Transformator*, kurz *Trafo*. Er besteht aus zwei Spulen, die über einen Eisen- oder Ferritkern magnetisch gekoppelt sind. Damit die Seiten auseinandergehalten werden können, spricht man von Primärseite mit der Windungszahl $N_P$ und der Sekundärseite mit der Windungszahl $N_S$. + + +[picture:1017:e_netztrafo:Schaltbild Transformator] + + + +[photo:239:e_Trafo mit getrennten Wicklungen:Trafo mit sichtbar getrennten Wicklungen] + + +Ein Transformator dient zur Umsetzung einer hohen Wechselspannung z. B. $\qty{230}{\volt}$ in eine +niedrigere Wechselspannung z. B. $\qty{13,8}{\volt}$. Ein Transformator kann nur Wechselspannungen übertragen. Legt man unerlaubt eine Gleichspannung an einen Transformator an, wirkt dieser aufgrund des geringen ohmschen Widerstands der Primärwicklung wie ein Kurzschluss. Der Transformator kann dadurch stark überhitzen und im schlimmsten Fall durchbrennen. + +--- + +Das Übersetzungsverhältnis eines Transformators lässt sich wie folgt angeben: + +$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S}$ + +Das Verhältnis der Windungszahlen entspricht somit dem Verhältnis der Spannungen. Durch Umstellen dieser Grundgleichung lassen sich sowohl die Spannungen $U$ als auch die Windungszahlen $N$ auf der Primär- oder Sekundärseite berechnen. + + +Diese Beziehungen gelten für den Idealfall eines unbelasteten Transformators, also für den sogenannten Leerlauffall. Leerlauf bedeutet, dass an der Sekundärseite keine Last angeschlossen ist. + + +[question:EC401] + +Wir rechnen: + +$ü = \frac{15}{1} = 15 = \frac{\qty{230}{\volt}}{U_S} \quad\quad\quad |~\cdot~U_S$ + +$15 \cdot U_S = \qty{230}{\volt} \quad\quad\quad |~:~15$ + +$U_S = \frac{\qty{230}{\volt}}{15} = \qty{15,33}{\volt}$ + +[question:EC402] + +Wir stellen erstmal fest, dass $N_P = 5\cdot N_S$ und das $U_P = \qty{230}{\volt}$ gegeben ist. Gesucht ist wieder die Spannung $U_S$. + +$ü = \frac{5\cdot N_S}{N_S} = \frac{\qty{230}{\volt}}{U_S}$ + +Die $N_S$ kürzen sich weg so bleibt nur übrig: + +$ü = 5 = \frac{\qty{230}{\volt}}{U_S}$ + +Wir multiplizieren auf beiden Seiten mit $U_S$ und teilen auf beiden Seiten durch 5. + +$U_S = \frac{\qty{230}{\volt}}{5}$ + +Bei der Folgenden Frage ist die Sekundärwindungszahl gesucht. + +[question:EC403] + +Gegeben ist $N_P=600$, $U_P=\qty{230}{\volt}$ und $U_S=\qty{11,5}{\volt}$. Gesucht wird die Sekundärwindungszahl $N_S$. + +$\frac{600}{N_S} = \frac{\qty{230}{\volt}}{\qty{11,5}{\volt}}$ + +Das vereinfacht sich zu: + +$\frac{600}{N_S} = 20$ + +Wir multiplizieren auf beiden Seiten mit $N_S$ und teilen auf beiden Seiten durch 20. + +$N_S = \frac{600}{20} = 30$ + +Der folgende Trafo setzt die Ausgangsspannung $U_S$ hoch, deshalb muss die Sekundärwindungszahl größer als die Primärwindungszahl sein. + +[question:EC404] + +Gegeben ist $N_P= 150$, $U_P=\qty{45}{\volt}$ und $U_S=\qty{180}{\volt}$. Gesucht wird $N_S$. + +Wir setzen ein: + +$ \frac{150}{N_S} = \frac{\qty{45}{\volt}}{\qty{180}{\volt}}$ + +Dies vereinfacht sich zu + +$ \frac{150}{N_S} =0,25 $ + +Wir multiplizieren wieder auf beiden Seiten mit $N_S$ und teilen auf beiden Seiten durch $0,25$. + +$ N_S= \frac{150}{0,25} = 600$ \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/uebertrager_2.md b/contents/sections/uebertrager_2.md new file mode 100644 index 0000000..2fb1151 --- /dev/null +++ b/contents/sections/uebertrager_2.md @@ -0,0 +1,91 @@ +% todo Hinweis: Es gibt nur eine einzige Frage zur Stromdichte. +Da alle stromführenden Leitungen nicht zu warm werden dürfen, damit die Isolation nicht schmilzt oder der Leiter gar zu glühen anfängt, darf eine maximale Stromstärke bezogen auf den Leiterquerschnitt nicht überschritten werden. +Bildet man das Verhältnis von Stromstärke bezogen auf den Leiterquerschnitt in $mm^2$, dann erhält man einen Wert für die Stromdichte S. +Die Berechnungsformel lautet: +Stromdichte $S = \frac{I}{A} $ in $\frac{A}{mm^2}$ + +(siehe Formelsammlung Seite 236 Mitte rechts - Stichwort: Belastbarkeit von Wicklungen) +Nach VDE ist für frei verlegte Leiter aus Kupfer die maximal zulässige Stromstärke mit 12 A bei einer Querschnittsfläche von $0,75mm^2$ festgelegt. +Bei Schmelzsicherungen kann die Stromdichte bis zu 3000 A/mm² erreichen. + +Bei Transformatoren muss eine maximale Stromdichte von ca. 2,5 A/mm² eingehalten werden, da die Wicklungen die Wärme nicht optimal abstrahlen können. + +Zur Berechnung der Stromdichte ist aus dem Drahtdurchmesser die Querschnittsfläche in $mm^2$ zu ermitteln. +Querschnittsfläche $A = d^2 \cdot \frac{\pi}{4}$ +(siehe Formelsammlung Seite 234 Mitte links - Stichwort: Widerstand von Drähten) + +Querschnittsfläche des Drahtes: $A = {0,5}^2 \cdot \frac{3,14}{4}$ = $0,2 {mm^2}$ +Die Aufgabe kann nur mit der nach I umgestellten Formel berechnet werden: +Strom I = S * A = $2,5 {\frac {A}{mm^2}} * 0,2{mm^2} $ = 0,5 A +[question:AC307] + +% todo Der Begriff Gegeninduktion sollte in das Kapitel Trafo 1 verschoben werden. +Das Trafo-Prinzip beruht auf einem besonderen physikalischen Effekt. +Wenn sich ein Magnetfeld in einer Spule ändert, und dies geschieht beim Anlegen einer Wechselspannung, dann wird in einer magnetisch gekoppelten Spule eine elektrische Spannung induziert, die der Ursache entgegengesetzt gerichtet ist. Deshalb spricht man von Gegeninduktion. Auch bei jedem Motor gibt es diesen Effekt, deshalb benötigt man eine Kraft, um den Motor zu drehen. Wäre es keine Gegeninduktion, dann hätten wir ein Perpetuum Mobile, der Motor wird ein Mal angestoßen und läuft dann ohne Kraftzuführung weiter. + +Anpassungsübertrager +Transformatoren werden in der Hochfrequenztechnik auch als Anpassungsübertrager eingesetzt. +Dabei besteht der Transformatorkern nicht aus Eisen sondern aus gepresstem Eisen- oder Ferritpulver. +% todo Bild: Ferrit Ringkernübertrager mit Typenbezeichnung und Farbmarkierung +% todo Bild: Eisenpulver Ringkernübertrager mit Typenbezeichnung und Farbmarkierung +Ein Anpassungsübertrager hat die Aufgabe, eine Impedanz an eine andere anzupassen. +Als Beispiel betrachten wir eine endgespeiste Antenne, deren Eingangsimpedanz ca. 2450 Ohm beträgt. +Sie soll an einen Sender für 50 Ohm Lastimpedanz angepasst werden soll. + +Die Berechnung der Impedanzübertragung läßt sich aus den TRAFO-Grundformeln ermitteln. +Die Formel für die Impedanzübertragung lautet: +$ \frac {Z_p}{Z_s}$ = $ü^2$ =$( \frac {N_p}{N_s})^2$ = $( \frac {U_p}{U_s})^2$ +Merke: Das Impedanzverhältnis ist das Quadrat des Spannungsverhältnisses und damit auch das Quadrat des Windungszahlenverhältnisses. + +oder ü =$ \sqrt \frac {Z_p}{Z_s}$ = $ \frac {N_p}{N_s}$ = $ \frac {U_p}{U_s}$ = $ \frac {I_s}{I_p}$ + + + +% todo Bild: Anpassungsübertrager mit Lastimpedanz Z2 + + + Ableitung der Formel zur Impedanzübertragung: + $ P_p$ =$ P_s$ + $U_p$ * $I_p$ = $U_s$ * $I_s$ + Für U das Ohmsche Gestz einsetzen: U = I * R; + R wird durch Z ersetzt +($I_p$ * $Z_p$) * $I_p$ = ($I_s$ * $Z_s$) * $I_s$ + Das Impedanzverhältmnis auf einer Seite bilden: + $ \frac {Z_p}{Z_s}$ =$ \frac {{I_s}^2}{{I_p}^2}$ = $ü^2$ + oder + Für I das Ohmsche Gesetz einsetzen: + I = $\frac {U}{R}$ + R wird durch Z ersetzt +$ \frac {U_p}{Z_p} * U_p$ = $\frac {U_s}{Z_s} * U_s$ + Das Impedanzverhältnis auf einer Seite bilden: + $ \frac {Z_p}{Z_s}$ =$ \frac {{U_p}^2}{{U_s}^2}$ = $ü^2$ + +Impedanzübertragung 1 : 49 bedeutet: $ü^2$ =49 ; daraus die Wurzel ergibt ü=7 +% todo BILD: UNUN mit EndFED +Beispielrechnung Q1038: + +[question:AC301] +[question:AC302] +[question:AC303] +[question:AC304] +[question:AC305] +[question:AC306] + + +Lösungshilfe: + +AC 302: 30 mA +AC 303: 1 kOhm +AC 304: 0,4 kOhm +AC 305: Verhältnis 3 : 1 +AC 306: Verhältnis 1 : 7 + + *Zusammenfassung*: + Formelsammlung auf Seite 234 + Querschnittsfläche $A = d^2 \cdot \frac{\pi}{4}$ +Stromdichte $S = \frac{I}{A} $ + +$ \frac {Z_p}{Z_s}$ = $ü^2$ =$( \frac {N_p}{N_s})^2$ = $( \frac {U_p}{U_s})^2$ +ü =$ \sqrt \frac {Z_p}{Z_s}$ = $ \frac {N_p}{N_s}$ = $ \frac {U_p}{U_s}$ = $ \frac {I_s}{I_p}$ + + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/uebertragungsleitungen.md b/contents/sections/uebertragungsleitungen.md new file mode 100644 index 0000000..52c8f29 --- /dev/null +++ b/contents/sections/uebertragungsleitungen.md @@ -0,0 +1,31 @@ +Die im Sender erzeugte Sendeleistung möchte man möglichst vollständig und ohne Verluste von der Antenne abstrahlen. Aus diesem Grund werden spezielle Antennenleitungen benötigt, die in der Fachsprache als Übertragungsleitungen bezeichnet werden. + + +[photo:65:n_Koax_Detail:Koaxialkabel im Detail] + + +Am weitesten verbreitet ist das *Koaxialkabel* (Abbildung [ref:n_Koax_Detail]). In der Umgangssprache wird häufig verkürzt von Koaxkabeln gesprochen. Koaxialkabel bestehen aus je einem voneinander isolierten Innen- und Außenleiter. Sie sind rohrförmig und mit einem Schutzmantel umgeben. Koaxialkabel gibt es in verschiedensten Ausführungen: +* dick oder dünn +* mit flexiblem oder starrem Innenleiter +* mit Außenleitern aus Drahtgeflecht und/oder Folie oder sogar aus massivem Kupferrohr + +% Nach Ticket #20292449 erstmal entfernt +% +%Die *Dämpfung* kann mit dem Wasserstrahl aus einem Gartenschlauch veranschaulicht werden: Ist der Schlauch %kurz, so tritt am Ende ein kräftiger Wasserstrahl aus. Ist der Schlauch hingegen sehr lang, so ist der austretende %Wasserstrahl schwach. +% + + +[photo:66:n_Koaxialkabel:Beispiele gebräuchlicher Koaxialkabel] + + +Aber auch im besten Koaxialkabel entsteht ein Verlust, weil ein Teil der Sendeleistung in Wärme umgesetzt wird. Wie hoch die Verluste einer Übertragungsleitung sind, gibt die sogenannte *Kabeldämpfung* an, die in Datenblättern meist in Dezibel (dB) je 100 m angegeben wird. Je länger ein Koaxialkabel ist, umso höher ist der Verlust durch Dämpfung. Auch die Frequenz der elektrischen Schwingung spielt eine Rolle: Mit zunehmender Frequenz steigt die Kabeldämpfung. + +[question:NG207] + +Eine weiteres wichtiges Merkmal von Übertragungsleitungen ist der sogenannte *Wellenwiderstand*, der in Ohm angegeben wird. Dabei handelt es sich um eine Eigenschaft, die vom Aufbau der Leitung abhängt, unter anderem vom Abstand zwischen Innen- und Außenleiter. Die Länge der Leitung hat keine Auswirkung auf den Wellenwiderstand. + +Wenn man Übertragungsleitungen mit unterschiedlichem Wellenwiderstand verbindet, dann kommt es an der Verbindungsstelle zu unerwünschten Reflexionen von hochfrequenten Schwingungen. Dadurch wird ein Teil der Sendeleistung zurück in den Sender reflektiert und kann daher nicht abgestrahlt werden und im schlimmsten Fall sogar den Sender beschädigen. + +Der Antennenanschluss von Amateurfunkgeräten ist fast immer auf einen Wellenstand von 50 Ohm ausgelegt. Entsprechend haben im Amateurfunk gängige Koaxialkabel einen Wellenwiderstand von 50 Ohm. In der Fernsehtechnik sind auch Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm üblich. Seltener finden sich Koaxialkabel mit 60 Ohm. + +[question:NG201] diff --git a/contents/sections/uebertragungsleitungen_2.md b/contents/sections/uebertragungsleitungen_2.md new file mode 100644 index 0000000..2b6231f --- /dev/null +++ b/contents/sections/uebertragungsleitungen_2.md @@ -0,0 +1,39 @@ +Der Wellenwiderstand ist nicht nur unabhängig von der Länge einer Leitung, sondern auch unabhängig davon, was an die Leitung angeschlossen ist. Er hängt im Wesentlichen nur vom Querschittsaufbau des Leiters ab (Geometrie der Leiter und des ggf. vorhandenen Dielektrikums). Für Hochfrequenz ist der Wellenwiderstand weitgehend konstant. + +[question:EG301] + +Wichtige HF-Leitungen sind das Koaxialkabel, vgl. Abbildung [ref:e_uebertragungsleitungen_koaxialkabel], und die Paralleldraht-Speiseleitung (Oft auch Hühnerleiter genannt). Das Koaxialkabel bietet bei bestimmungsgemäßer Anwendung den Vorteil, unerwünschte Abstrahlungen des Kabels zu vermeiden. + +[question:EG302] + +Auch Koaxialkabel können unerwünscht strahlen, wenn sogenannte *Mantelwellen* vorhanden sind. Diese lassen sich z. B. mit einer Mantelwellensperre unterdrücken. Dadurch können direkt neben Koaxialkabeln verlegte Kabel beeinträchtigt werden und es kann ein Teil der Leistung ausgekoppelt werden. + +[question:EG306] + + +[photo:324:e_uebertragungsleitungen_huehnerleiter:Paralleldraht-Speiseleitung (Hühnerleiter)] + + +Bei Koaxialkabeln sind die beiden Leiter unterschiedlich geformt und bei bestimmungsgemäßen Betrieb liegen dort unterschiedliche Spannungen an (der Schirm weist gegenüber der Erde keine Spannung auf). + +--- + +[question:EG304] + +Nachteil von Koaxialkabeln ist, dass im Dielektrikum ein Verlust auftritt und es bei hohen Spannungen zum Durchschlag kommen kann. Die Paralleldraht-Speiseleitung (vgl. Abbildung [ref:e_uebertragungsleitungen_huehnerleiter]) hat den Vorteil, dass sie eine geringere Dämpfung und eine höhere Spannungsfestigkeit aufweist. + + +[photo:324:e_uebertragungsleitungen_huehnerleiter:Paralleldraht-Speiseleitung (Hühnerleiter)] + + +[question:EG305] + +--- + + +[photo:73:e_uebertragungsleitungen_n_stecker_buchse:N-Buchse und N-Stecker] + + +Im Falle hoher Spannungen und/oder Leistungen müssen auch geeignete Stecker eingesetzt werden. Besonders geeignet ist der N-Stecker. +%TODO: Gehört das in Leitungen? +[question:EG303] diff --git a/contents/sections/uebertragungsleitungen_3.md b/contents/sections/uebertragungsleitungen_3.md new file mode 100644 index 0000000..90c4359 --- /dev/null +++ b/contents/sections/uebertragungsleitungen_3.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Zweidrahtleitungen verhalten sich, sofern diese symmetrisch gespeist und belastet werden, auch in Hinblick auf ihre Strom- und Spannungsverteilung symmetrisch. D. h. an einer bestimmten Stelle sind Strom und Spannung eines des beiden Leiter genauso groß wie im anderen Leiter – nur mit umgekehrtem Vorzeichen. + +[question:AG312] + +Obwohl sich die gegenphasigen Ströme aus der Ferne betrachtet weitgehend aufheben, kommt es selbst im Freiraum zu einer geringfügigen Abstrahlung. Befinden sich gar andere Leitungen im Nahfeld einer Zweidrahtleitung ist die Kopplung noch stärker. Aus diesem Grunde sollten im Haus verlegte Speiseleitungen grundsätzlich geschirmt sein. In der Regel kommen hier Koaxialkabel zum Einsatz. + +[question:AG301] + +Koaxialkabel gibt es in verschiedensten Ausführungen. In der folgenden Frage werden die *Hochfrequenzeigenschaften* von Koaxialkabeln, also deren elektrischen Eigenschaften hinsichtlich hoher Frequenzen betrachtet. Dies sind im Wesentlichen der Wellenwiderstand, die Kabeldämpfung und der Verkürzungsfaktor, den wir gleich näher betrachten. Der Biegeradius hingegen ist eine mechanische Eigenschaft, die angibt, wie eng das Kabel in einer Kurve verlegt werden darf. Die Rückflussdämpfung gibt an, wieviele Reflexionen vorhanden sind, was von der an einer Leitung angeschlossenen Last abhängt und somit keine Kabeleigenschaft ist. + +[question:AG303] + +Der Verkürzungsfaktor ergibt sich durch das zwischen Innen- und Außenleiter befindliche Dielektrikum. In diesem befindet sich der Großteil der elektromagnetischen Welle, die durch das Kabel geleitet wird. Die Wahl des Dielektrikums bestimmt, wie schnell sich eine Welle durch das Kabel fortpflanzen kann. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Koaxialkabel liegt unter der Lichtgeschwindigkeit im Freiraum. Übliche Materialien für das Dielektrikum sind Polyethylen (PE) und Teflon (PTFE). Durch Aufschäumung entsteht gewissermaßen eine Mischung mit Luft, bei der die Kabeldämpfung geringer ausfällt. + +[question:AG314] +[question:AG302] + +Die durch das Dielektrikum reduzierte Ausbreitungsgeschwindigkeit schlägt sich im Verkürzungsfaktor nieder, der angibt, auf welche Länge ein Kabel mechanisch gekürzt werden muss, damit es elektrisch eine bestimmte Länge aufweist (also z. B. eine viertel Wellenlänge lang ist). Für den Verkürzungsfaktor finden wir in der Formelsammlung folgenden Zusammenhang: + +$k_\mathrm{v} = \frac{L_\mathrm{G}}{L_\mathrm{E}} = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$ + +Hierbei ist $k_\mathrm{v}$ der Verkürzungsfaktor, $L_\mathrm{G}$ die geometrische ("mechanische") Länge, und $L_\mathrm{E}$ die elektrische Länge. Die relative Dielektrizitätszahl $\epsilon_\mathrm{r}$ ist abhängig vom eingesetzten Dielektrikum. Für nicht-geschäumtes Polyethylen (PE) können wir der Formelsammlung eine Dielektrizitätszahl von 2,29 entnehmen. + +[question:AG317] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/umwegleitung.md b/contents/sections/umwegleitung.md new file mode 100644 index 0000000..b558b8c --- /dev/null +++ b/contents/sections/umwegleitung.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung von Mantelwellen besteht darin, eine $\lambda / 2$-Umwegleitung zu verwenden. + +[question:AG420] + +Wie eine solche Umwegleitung funktioniert, sei im Folgenden erklärt. + +Eine symmetrische Antenne benötigt an beiden Anschlusspunkten eine HF-Spannung gegenüber Erde. Hierbei müssen die Spannungen betragsmäßig gleich groß sein, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, also 180° phasenverschoben. + +Eine solche Phasenverschiebung lässt sich mittels einer $\lambda / 2$-Umwegleitung erreichen. So kann man beispielsweise *beide* Anschlusspunkte eines Faltdipols an den Innenleiter anschließen, wobei der eine Anschlusspunkt hinter einer Umwegleitung angeschlossen wird, die eine 180°-Phasenverschiebung erzeugt. + +Der Schirm des Koxialkabels weist dann Erdpotential auf und es entstehen keine Mantelwellen. + +Aufpassen muss man jedoch mit den Impedanzen. Obwohl die Umwegeleitung nicht direkt die Impedanz transformiert, so ergibt der Anschluss einer Antenne auf diese Weise dennoch eine Transfomation der Impedanz. Die Antenne muss einen vier mal höhere Impedanz als das Koaxialkabel aufweisen, damit Anpassung vorliegt. Ursache hierfür, ist dass jeder Anschlusspunkt der Antenne gegenüber Erde nur den halben Widerstand aufweist, beide Anschlusspunkte jedoch parallel, d.h. beide am Innenleiter, angeschlossen werden. + +--- + + +Für die beiden folgenden Fragen zur Umwegeleitung reicht es sich zu *merken*, dass es sich bei der dargestellten Antenne um einen Faltdipol handelt und eine $\lambda/2$-Umwegleitung eine 180°-Phasenverschiebung erzeugt. + + +[question:AG423] + + +Der *Anschluss des Koax-Schirms* an den Mittelpunkt des Faltdipols ist optional und hat oft mechanische Gründe (z. B. kann so der Faltdipol leitend mit einem geerdeten Metallträger verbunden werden). + + +--- + +[question:AG424] + + +Obwohl sich durch die Verschaltung insgesamt eine 1:4-Impedanztransformation ergibt, wird in der Umwegeleitung selbst keine Impedanztransformation vorgenommen. + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_1.md b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_1.md new file mode 100644 index 0000000..b4a2c11 --- /dev/null +++ b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_1.md @@ -0,0 +1,16 @@ +Wie wir bereits beim Sender gelernt haben, erzeugen sowohl Mischer als auch Verstärker unerwünschte Frequenzanteile. Gelangen solche unerwünschten Frequenzanteile an die Antenne, werden sie von dieser abgestrahlt. Dann spricht man von *unerwünschten Aussendungen*. + +Die Frequenzen dieser unerwünschten Aussendungen liegen oft außerhalb der Amateurfunkbänder. Sie können stattdessen beispielsweise in Frequenzbereichen des Flugfunks oder des kommerziellen Rundfunks liegen. + +Damit wir weder andere Funkdienste noch unsere Nachbarn beim Rundfunkempfang stören, sollte ein Sender immer so betrieben werden, dass er keine unerwünschten Aussendungen hervorruft. Dies kann beispielsweise durch ein Bandpassfilter erreicht werden, das nur den gewünschten Frequenzbereich durchlässt, während es alle Frequenzen darüber und darunter sperrt. + +Da die tatsächlich verfügbaren Filter nicht perfekt sind, lassen sich unerwünschte Aussendungen damit nicht vollständig vermeiden. In der Praxis sind unerwünschten Aussendungen daher auf das *geringstmögliche Maß* zu beschränken. + + +Auch wenn das Amateurfunkgesetz nur allgemein verlangt, dass unerwünschte Aussendungen auf das geringstmögliche Maß zu beschränken sind, gibt es andere gesetzliche Regelungen, die konkrete Grenzwerte nennen. [edition:N:Diese werden im Kurs der Klasse A behandelt.][edition:NEA:Diese werden in weiteren Verlauf des Kapitels behandelt.] + + +[question:NJ201] +[question:NF404] + +[question:VD110] diff --git a/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_2.md b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_2.md new file mode 100644 index 0000000..b27ca90 --- /dev/null +++ b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_2.md @@ -0,0 +1,76 @@ +In der Klasse N haben wir bereits unerwünschte Aussendungen kennengelernt. Solche Aussendungen sollten unbedingt vermieden werden, was durch verschiedene technische Maßnahmen erreicht werden kann – auf diese gehen wir in dieser Lektion näher ein. Unerwünschte Aussendungen entstehen bei Funksendern häufig durch *Oberwellen*, also ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz, sowie durch sogenannte *Nebenaussendungen*, wie in der Abbildung [ref:e_unerwuenschte_aussendungen_uebersicht] gezeigt. Zunächst befassen wir uns mit den Oberwellen, da sie andere Funkdienste beeinträchtigen oder stören können. Von einer Störung spricht man, wenn eine Amateurfunkstation unerwünschte Frequenzanteile so stark abstrahlt, dass die zulässigen Grenzwerte überschritten werden. Ein typisches Beispiel ist die Aussendung einer Oberschwingung eines Transceivers im UKW-Rundfunkbereich, wie in Abbildung [ref:e_unerwuenschte_aussendungen_oberwelle] dargestellt. Hierbei führt die vierfache Frequenz ($\qty{145,9}{\mega\hertz}\cdot 4 = \qty{583.6}{\mega\hertz}$) der Grundfrequenz zu einer Störung. Die Nebenaussendungen betrachten wir am Ende dieser Lektion. + + +[picture:1008:e_unerwuenschte_aussendungen_uebersicht:Unerwünschte Aussendungen: Oberwellen (OW) und Nebenaussendungen (NA)] + + + +[picture:745:e_unerwuenschte_aussendungen_oberwelle:Störung des DVB-T2-Empfang eines Fernsehers durch die Oberwelle einer Amateurfunkaussendung] + + +--- + +Die Messung unerwünschter Aussendungen eines Senders erfolgt – im Gegensatz zur PEP-Messung – immer am Senderausgang unter Einbeziehung des gegebenenfalls verwendeten SWR-Meters, zusätzlicher Anpassgeräte und eventuell eingesetzter Tiefpassfilter (vgl. Abbildung [ref:e_unerwuenschte_aussendungen_trx]). +Hierdurch wird sichergestellt, dass nur die unerwünschten Aussendungen gemessen werden, die auch die Antenne erreichen können. Als Messgerät eignet sich hierfür am besten ein Spektrumanalysator. Wie genau eine solche Überprüfung durchgeführt wird, wie das Frequenzspektrum von Oberwellen aussieht und welche gesetzlichen Vorgaben dabei gelten, werden wir erst in der Klasse A näher betrachten. + + +[picture:917:e_unerwuenschte_aussendungen_trx:Messung von unerwünschten Aussendungen] + + +[question:EJ209] + +Ein ideales Sendesignal, welches nur auf einer gewünschten Frequenz aussendet sollte ein idealer Sinus sein. Dieser enthält ausser der Grundfrequenz keine weiteren Frequenzanteile. + +[question:EJ201] + + +Signalformen, welche nicht sinusförmig sind und insbesondere scharfe "Ecken und Kanten" enthalten, bestehen aus vielen verschiedenen Sinus-Frequenzanteilen und enthalten viele Oberwellenanteile. Insbesondere wenn Sender übersteuert werden, werden zuvor sinusförmige Signale oft verzerrt bzw. in deren Amplitude beschnitten. Hierdurch entstehen auch massive Oberwellenanteile. Jede Abweichung von der idealen Sinus-Form ist daher bei idealen Sendesignalen zu vermeiden. Diese Thematik werden wir in der Klasse A noch genauer betrachten. Mit diesem Applet lässt sich der Sachverhalt jedoch bereits ausprobieren. +[include:fourier] + + +--- + +Zur Unterdrückung von Oberwellen werden im Kurzwellenbereich üblicherweise *Oberwellenfilter* eingesetzt. Ihre Charakteristik ist so ausgelegt, dass Frequenzen unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz das Filter nahezu ungedämpft passieren, während Frequenzen oberhalb dieser Grenze nicht oder nur stark abgeschwächt durchgelassen werden. Ein *Oberwellenfilter* ist somit ein *Tiefpassfilter*, wie wir es bereits im Kapitel Schwingkreise kennengelernt haben. Der Frequenzgang eines solchen Tiefpasses ist in Abbildung [ref:e_ua_tiefpass] dargestellt. Abbildung [ref:e_ua_tiefpass_selbstbau] zeigt ein selbstgebautes Tiefpassfilter bestehend aus Kondensatoren und Spulen welche auf Ringkerne gewickelt wurden. Schaltet man bei einem Mehrbandsender das Band um, wird dabei in der Regel auch ein passendes Oberwellenfilter ausgewählt. Oft ist dann das Klicken eines Relais zu hören, das diese Umschaltung vornimmt. + +Dass dieses Thema sehr wichtig ist, zeigt sich an der großen Zahl von Prüfungsfragen dazu. Mit dem Wissen über Oberwellen und Tiefpässe lassen sich diese jedoch sehr leicht beantworten. + + +[picture:591:e_ua_tiefpass:Frequenzgang eines Tiefpassfilters] + + + +[photo:320:e_ua_tiefpass_selbstbau:Selbgebautes Tiefpassfilters] + + +--- + +[question:EJ202] +[question:EJ204] +[question:EJ205] +[question:EJ206] +[question:EJ207] +[question:EJ208] +[question:EJ203] + + +[picture:593:bandpass:Frequenzgang eines Bandpassfilters] + +Eine weitere Möglichkeit Oberwellen zu unterdrücken stellt der Einsatz eines Bandpassfilters dar. Bandpassfilter werden häufig bei Einbandsendern sowie bei Sendern für den VHF/UHF/SHF-Bereich verwendet. Hierbei müssen oft auch Signalanteile, welche innerhalb der Aufbereitung des Sendesignals entstehen, und sich auch unterhalb der Sendefrequenz befinden können, unterdrückt werden. + + +Wie schon zuvor erwähnt sind sinusförmige Signale für die Vermeidung von Oberwellenanteilen essentiell. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die Senderstufen, insbesondere die Leistungsendstufen eines Senders verzerrungsfrei arbeiten. Erfolgt eine Neueinstellung des Arbeitspunktes einer Sender-Endstufe ist im Anschluss auf jeden Fall auf deren Linearität und die Qualität der Aussendung auf Oberwellenarmut zu prüfen. + +[question:EF404] + +Unerwünschte Aussendungen können auch in unmittelbarer Nähe zum eigentlichen Sendesignal auftreten (vgl. Abbildung [ref:e_unerwuenschte_aussendungen_uebersicht]) und betreffen damit oft andere Funkamateure auf demselben Band. Solche Störungen lassen sich mit Filtern nur schwer oder gar nicht unterdrücken und sollten daher bereits am Anfang der Signalaufbereitung durch geeignete Maßnahmen vermieden werden. Häufig entstehen diese *Nebenaussendungen* – auch Nebenprodukte genannt und umgangssprachlich als „Splatter“ bezeichnet – durch eine zu hohe Einstellung des Mikrofonverstärkers im Sender, wodurch sich das Sendesignal ungewollt verbreitert. + +[question:EJ213] +[question:EJ214] + +Das Gleiche gilt auch für digitale Übertragungsverfahren, wie zum Beispiel Packet Radio. Um Nebenaussendungen und Überschreitungen der zulässigen Bandbreite zu vermeiden, kann insbesondere bei AFSK-modulierten FM-Sendern entweder der Hub begrenzt oder die NF-Aussteuerung reduziert werden. + +[question:EJ212] + +Auch die Stabilität des im Sender verwendeten Oszillators kann dazu führen, dass Aussendungen außerhalb der Bandgrenzen liegen oder benachbarte Stationen gestört werden. Besonders bei älteren Selbstbaugeräten ohne quarzstabilisierte Oszillatoren ist dies möglich. Moderne Kurzwellentransceiver, aber auch aktuelle Selbstbaugeräte und Bausätze, verfügen in der Regel über sehr stabile Referenzoszillatoren. + +[question:EJ216] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_3.md b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_3.md new file mode 100644 index 0000000..e288987 --- /dev/null +++ b/contents/sections/unerwuenschte_aussendungen_3.md @@ -0,0 +1,75 @@ +In der Klasse E haben wir bereits unerwünschte Aussendungen in Form von *Oberwellen* und *Nebenaussendungen* kennengelernt. Oberwellen bzw. Harmonische eines Signals entstehen immer, wenn sich Abweichungen von der idealen Sinus-Kurve bilden und sind immer ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz, wie in Abbildung [ref:a_harmonische] dargestellt. + +Ein Beispiel zeigt die folgende Prüfungsfrage: Wird ein Verstärker übersteuert, werden die Spitzen der Amplitude des Sinussignals begrenzt – dadurch entstehen Oberwellen. + +[question:AJ207] + + +[picture:868:a_harmonische: Oberwellen (OW), Harmonische (Harm.) und Nebenaussendungen (NA)] + + +--- + +Bei der Betrachtung von Vielfachen der Grundfrequenz eines Signals unterscheiden wir zwischen den Begriffen *Harmonische und Oberwellen* des Signals. Diese beiden Begriffe unterscheiden sich nur in deren Definition und Zählweise. Die 1. Harmonische eines Signals ist dessen Grundfrequenz selbst. Die 2. Harmonische entspricht der 1. Oberwelle eines Signals, die 3. Harmonische der 2. Oberwelle eines Signals und so weiter. Die nebenstehende Tabelle [ref:a_harmonische] zeigt den Zusammenhang. + + +| l: Vielfaches der Grundfrequenz | l: Harmonische | l: Oberwelle | +| $f_0$ | 1 | ~ | +| $2 \cdot f_0$ | 2 | 1 | +| $3 \cdot f_0$ | 3 | 2 | +| $4 \cdot f_0$ | 4 | 3 | +[table:a_harmonische:Harmonische und Oberwellen] + + +--- + +[question:AJ203] +[question:AJ204] + + +Der UKW-Rundfunk ist der "klassische" Rundfunk auf Ultrakurzwelle (UKW). Die Ausstrahlung von Radioprogrammen erfolgt im Frequenzbereich zwischen 87,6 und 107,9 MHz. + + +Sollen bestimmte Oberwellen oder Harmonische eines Signals einzeln unterdrückt werden, so kann dies neben des klassischen Oberwellenfilters (Tiefpass) auch durch sog. *Sperrkreise* erfolgen. Ein Sperrkreis unterdrückt genau eine Frequenz maximal und lässt ansonsten alle anderen nahezu ungehindert passieren. + +[question:AJ210] + +--- + +Laut Amateurfunkverordnung (AFuV) sind unerwünschte Aussendungen auf das geringstmögliche Maß zu beschränken. Die [Verfügung 33](https://50ohm.de/vfg33) von 2007 legt allerdings genaue Grenzwerte fest, welche durch den Funkamateur aber auch von Herstellern kommerzieller Geräte beachtet werden müssen. + + +[photo:319:a_vfg33:Auszug aus der Verfügung 33 von 2007] + + +Für den VHF/UHF/SHF-Bereich von 50 MHz bis 1000 MHz gilt, dass Nebenaussendungen und Oberwellen mindestens 60 dB gegenüber dem maximalen Sendesignalspitzenpegel des Senders (PEP) gedämpft werden müssen, so lange sich die Leistung der Signale oberhalb eines Pegels von 0,25 µW befindet (vgl. Abbildung [ref:a_uagw]). + +[question:AJ225] + + +[picture:918:a_uagw:Oberwellendämpfung VHF/UHF/SHF-Bereich] + + +Für den Kurzwellenbereich von 1,7 MHz bis 35 MHz gilt, dass Nebenaussendungen und Oberwellen mindestens 40 dB gegenüber dem maximalen Sendesignalspitzenpegel des Senders (PEP) gedämpft werden müssen, so lange sich die Leistung der Signale oberhalb eines Pegels von 0,25 µW befindet. + +[question:AJ224] + +%TODO BILD VON DL1COM EINBAUEN +Mit einem Spektrumanalysator lässt sich im Modus spurious emissions eine Messung der Oberwellen bzw. Harmonischen (engl. harmonics) durchführen, wie in Abbildung [ref:a_uagw] dargestellt. Der Spektrumanalysator erfasst dabei automatisch den Pegel des Trägers sowie die Unterdrückung der Harmonischen und zeigt diese zusätzlich auf dem Bildschirm an. Wenn man ein Gerät selbst baut, ist es entscheidend, durch Messungen sicherzustellen, dass die vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden. Ein kommerzieller Funkgerätehersteller bestätigt mit der CE-Erklärung zwar die Einhaltung dieser Grenzwerte, dennoch kommt es vor, dass einzelne Geräte die Vorgaben nicht erfüllen – in solchen Fällen kann die Bundesnetzagentur deren Betrieb und Verkauf verbieten. + +Unerwünschte Aussendungen entstehen nicht nur durch Oberwellen, sondern können auch in der Frequenzaufbereitung von Sendern auftreten – etwa durch unerwünschte Mischprodukte, durch Schwankungen in der Versorgungsspannung oder durch eine Übersteuerung des NF-Signals. Das wollen wir uns im Folgenden noch etwas genauer anschauen. + +Zur Unterdrückung von unerwünschten Mischprodukten – aber auch der Oberwellen – wird nach Mischern häufig ein Bandpassfilter eingesetzt. Besonders bei Einbandsendern sowie bei Geräten für den VHF-, UHF- und SHF-Bereich kommen statt klassischer Oberwellen-Tiefpässe nämlich Bandpässe zum Einsatz. Bei diesen Funkgeräten müssen oft auch Signalanteile unterdrückt werden, die bereits innerhalb der Aufbereitung des Sendesignals entstehen und sich sogar unterhalb der eigentlichen Sendefrequenz befinden können. + +[question:AJ211] +[question:AJ209] +[question:AJ208] + +Unerwünschte Aussendungen können auch in unmittelbarer Nähe zum Sendesignal vorliegen. Diese sind durch den Einsatz von Filtern nur schwer oder gar nicht zu unterdrücken und sollten daher bereits zu Beginn der Signalaufbereitung durch entsprechende Maßnahmen wirksam unterdrückt werden. Häufig entstehen solche *Nebenaussendung*, oder auch *Nebenprodukte* genannt (umgangssprachlich auch als "Splatter" bezeichnet), welche das Sendesignal ungewollt verbreitern, durch eine zu hohe Einstellung des Mikrofonverstärkers eines Senders. Hierdurch wird das NF-Signal verzerrt, was unerwünschte Nebenaussendungen zur Folge hat. Abbildung [ref:a_harmonische] zeigt die Nebenaussendungen. + +[question:AJ219] + +Auch durch eine nicht ausreichend stabilierte Versorgungsspannung von Senderendstufen können unerwünschte Aussendungen entstehen. Hierbei kann beispielsweise ein schlecht gefiltertes oder stabilisiertes Netzteil (mit Brummspannung behaftet) auf der Versorgungsspannungsseite zu AM-Aussendungen der Endstufe führen. Auch Einstreuungen von NF-Signalen auf der Netzversorgungsseite eines Senders können zu entsprechenden AM-Aussendungen führen. Dies ist oft bei CW-Aussendungen als "verbrummter" Träger/Ton wahrzunehmen, insbesondere bei älteren Sendern. + +[question:AJ222] +[question:AJ223] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/unmodulierter_traeger.md b/contents/sections/unmodulierter_traeger.md new file mode 100644 index 0000000..a7e6a3c --- /dev/null +++ b/contents/sections/unmodulierter_traeger.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Die einfachste Form eines HF-Signals ist ein konstanter (unmodulierter) Träger, der eine konstante Amplitude, Frequenz und Phasenlage hat. Da dem Träger hierbei keinerlei Modulation aufgeprägt wird und er somit genau eine Frequenz belegt, ist seine Kurvenform ein konstantes Sinus-Signal. Mit einem unmodulierten Träger kann ohne weitere Modulation z.B. durch Ein- oder Ausschalten keine Information übertragen werden. + +[question:EE101] + + +[picture:904:e_unmodulierter_traeger:Unmodulierter Träger] + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verkuerzungsfaktor_1.md b/contents/sections/verkuerzungsfaktor_1.md new file mode 100644 index 0000000..a128d2c --- /dev/null +++ b/contents/sections/verkuerzungsfaktor_1.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Im Freiraum (Vakuum) und auch näherungsweise in der Luft lassen sich Wellenlänge ($\lambda$) und Frequenz ($f$), wie wir gelernt haben, mittels der Vakuumlichtgeschwindigkeit ($c$) ineinander umrechnen: + +$\lambda = \dfrac{c}{f}$ + +Bei Leitungen, einschließlich Antennendrähten, auf denen sich Wellen ausbilden, kann man nicht die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ansetzen, sondern benötigt einen Korrekturfaktor, den sogenannten Verkürzungsfaktor $k_\mathrm{v}$, der oft in der Größenordnung von 95%, also $0,95$ liegt. Dieser gibt an, wieviel langsamer die Ausbreitung *entlang einer bestimmten Leitung* im Vergleich zum Freiraum stattfindet, und wird mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit multipliziert: + +$\lambda_\mathrm{Leitung} = k_\mathrm{v} \cdot \dfrac{c}{f}$ + +Der Verkürzungsfaktor ist also das Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang einer Leitung zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum. + +[question:EG201] + +--- + +Der Korrekturfaktor hängt unter anderem vom Drahtdurchmesser, der Drahtisolierung (Dielektrikum) und Umgebungseinflüssen ab. + + +Wie wir später sehen werden spielt für den Verkürzungsfaktor eines *Koaxialkabels* nur das verwendete Dielektrikum eine Rolle und die sonstige Geometrie des Kabels (z. B. Durchmesser) kann vernachlässigt werden. + + +Da der Korrekturfaktor oftmals ca. $0,95$ (also 95%) beträgt, sind Antennen oft um etwa 5% zu kürzen, damit sie resonant werden. + +[question:EG202] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verkuerzungsfaktor_2.md b/contents/sections/verkuerzungsfaktor_2.md new file mode 100644 index 0000000..06828de --- /dev/null +++ b/contents/sections/verkuerzungsfaktor_2.md @@ -0,0 +1,43 @@ +Bei bekanntem Verkürzungsfaktor lässt sich die Antennenlänge eines Halbwellendipols bzw. eines Viertel-Lambda-Schenkels einer Antenne leicht berechnen, in dem man die Hälfte bzw. ein Viertel der Wellenlänge mit dem Verkürzungsfaktor (meist $0,95$) multipliziert. + +[question:AG101] +[question:AG102] +[question:AG103] +[question:AG104] +[question:AG105] + +--- + +Der Verkürzungsfaktor bei Antennen ergibt sich daraus, dass die Drähte nicht unendlich dünn sind und sich somit eine zusätzliche Kapazität zwischen Leiter und Umgebung ausbildet. + +[question:AG202] + +--- + +Bei elektrischen Schleifenantennen gibt es im Gegensatz zum Verkürzungsfaktor einen Korrekturfaktor, der überraschenderweise einer *Verlängerung* entspricht. + + + Ein Verlängerungsfaktor bedeutet nicht, dass sich die Welle mit *Überlichtgeschwindigkeit* ausbreitet, sondern sich nur Punkte gleicher Phase mit entsprechender Geschwindigkeit bewegen (Phasengeschwindigkeit statt Gruppengeschwindigkeit). Die Phasengeschwindigkeit kann im Gegensatz zur Gruppengeschwindigkeit Werte über der Lichtgeschwindigkeit annehmen, da hier keine Informationen übertragen werden, sondern es sich vielmehr um eine Rechengröße handelt. + + +[question:AG118] + +--- + +Bei einer Paralleldrahtleitung befindet sich die elektromagnetische Welle weitgehend zwischen den Leitern und dringt aufgrund des Skineffekts auch nicht tief in das Metall ein, so dass der Verkürzungsfaktor annähernd $1$ entsprechend einer Freiraumausbreitung beträgt. + +% TODO: Komma in Frage Q1636 nicht richtig dargestellt. +[question:AG313] + +--- + +Im Koaxialkabel befindet sich die elektromagnetische Welle weitgehend zwischen den Leitern im Dielektrikum und dringt ebenfalls aufgrund des Skineffekts nicht tief in den metallischen Leiter ein. Aus diesem Grunde spielt hier nur das Dielektrikum als Medium eine Rolle und die sonstige Geometrie des Kabels (z. B. Durchmesser) ist zu vernachlässigen. Der Verkürzungsfaktor berechnet sich dann wie folgt: + +$v_\mathrm{k} = \dfrac{1}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}}$ + +Der Formelsammlung können wir für Polyäthylen eine relative Dielektrizitätszahl von $\epsilon_\mathrm{r} = 2,29$ entnehmen. + +% TODO: lt. Formelsammlung Polyäthylen, lt. Fragen Polyethylen + +[question:AG315] +[question:AG316] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verstaerker.md b/contents/sections/verstaerker.md new file mode 100644 index 0000000..2a19396 --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker.md @@ -0,0 +1,40 @@ +Im Kapitel zu den Transistoren haben wir bereits kennengelernt, dass sich mit einem kleinen Basisstrom $I_B$ ein deutlich größerer Kollektorstrom $I_C$ steuern lässt. Dieses Prinzip kann genutzt werden, um einen Verstärker für elektrische Signale aufzubauen. Abhängig von der jeweiligen Schaltungsart lassen sich mit Transistoren Signale aller Art verstärken – seien es digitale Signale, Niederfrequenz- (NF) oder Hochfrequenz- (HF) Signale. Eine Verstärkung bedeutet dabei, dass die Ausgangsleistung eines Signals größer ist als seine Eingangsleistung, was das grundlegende Kennzeichen eines Verstärkers darstellt. + +--- + +Die Abbildung [ref:e_nf_verstaerker] zeigt einen Niederfrequenz-Verstärker (NF-Verstärker) welcher Audio-Signale aus dem Funkgerät für einen Lautsprecher verstärken soll. Dies ist Leicht am Lautsprechersymbol in der Schaltung zu erkennen. HF-Leistungsverstärker werden z.B. zur Anhebung des Sendesignals eingesetzt. + + +[picture:763:e_nf_verstaerker:Schaltbild eines NF-Verstärkers] + + +[question:ED402] +[question:ED403] + +Da sich die Ausgangsleistung gegenüber der Eingangsleistung erhöht, muss einem Verstärker immer Energie zugeführt werden. Daher ist eine entsprechend belastbare Spannungsquelle erforderlich. + +[question:ED401] + +--- + +Damit ein Verstärker als *linear* bezeichnet werden kann, muss er die Eigenschaft besitzen, dass bei einer Verdoppelung des Eingangssignals sich das Ausgangssignal am Verstärker ebenfalls verdoppelt. +Linearitätsabweichungen sind i.d.R unerwünscht und nur bei Betriebsarten wie FM (bei denen die Information des Signals nicht über die Amplitude, sondern nur über die Frequenz übertragen wird) tolerierbar. Arbeitet ein Verstärker nicht linear, so sind in dessen Ausgangssignal Frequenzen vorhanden, die im Eingangssignal nicht vorhanden sind (sog. Splatter). Im NF-Bereich äußert sich dieses Verhalten als Verzerrung. Im HF-Bereich entstehen Oberwellen des verstärkten Signals. Beides ist unerwünscht. Die Abbildung [ref:e_verstaerker_linearitaet] zeigt beispielhaft wie ein Sinus-Signal durch nichtlineares Verhalten verformt wird. + + +[picture:828:e_verstaerker_linearitaet:Das Eingangssignal wird verstärkt. Bei Begrenzung durch fehlende Linearität wird das Ausgangssignal verformt.] + + +[question:EF403] + +Für die Linearität eines Senders ist ebenfalls eine stabilisierte und von anderen Stufen entkoppelte Stromversorgung notwendig, um unerwünschte Rückkopplungen zu vermeiden. + +[question:EF405] + +Nicht nur beim Lautsprecher am Funkgerät findet man NF-Verstärker, sondern auch bereits am Mikrofon. Diese dienen hierbei z. B. für die Verstärkung des Mikrofon-Signals. Üblicherweise werden hierbei tiefere (unter 300 Hz) und höhere Frequenzanteile (über 3 kHz) des Mikrofonsignals bereits innerhalb des Mikrofonverstärkers durch eine Bandpasscharakteristik unterdrückt, um die Bandbreite des NF-Signals zu begrenzen und tiefere Frequenzanteile wie z.B. Netzbrummen zu unterdrücken (vgl. Abbildung [ref:e_frequenzgang_mikrofonverstaerker]). Für eine gute Sprachverständlichkeit ist bei Sprachkommunkation eine NF-Bandbreite von ca. 2,5 bis 3 kHz erforderlich. + + +[picture:246:e_frequenzgang_mikrofonverstaerker:Typischer Frequenzgang für einen Amateurfunk-Mikrofonverstärker] + + +[question:EF308] +[question:EF307] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verstaerker_begrenzung_bandbreite.md b/contents/sections/verstaerker_begrenzung_bandbreite.md new file mode 100644 index 0000000..5cb8804 --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker_begrenzung_bandbreite.md @@ -0,0 +1,3 @@ +Bei analogen Modulationsverfahren (FM, SSB, AM etc.) ist die belegte Bandbreite des Sendesignals direkt abhängig von der maximalen Modulationsfrequenz des aufmodulierten NF-Signals. Um die gesetzlichen Bestimmungen bzgl. der maximal zulässigen Bandbreite des Sendesignals einzuhalten, ist bei diesen Modulationsarten die maximale NF-Modulationsfrequenz zu begrenzen. Dies kann z.B. über ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter im Mikrofonverstärker erfolgen, das hohe Frequenzanteile unterdrückt. + +[question:AD433] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verstaerker_eigenschwingung.md b/contents/sections/verstaerker_eigenschwingung.md new file mode 100644 index 0000000..895f261 --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker_eigenschwingung.md @@ -0,0 +1,12 @@ +Eigenschwingungen eines Verstärkers können entstehen, wenn Leistung innerhalb von Stufen oder vom Ausgang des Verstärkers auf dessen Eingang zurückgeführt wird. +Daher ist es wichtig, dass Eingangs- und Ausgangsschaltungen von Verstärkern möglichst gut voneinander entkoppelt werden. Einzelne Stufen eines Verstärkers sollten daher gut abgeschirmt werden. +Je höher der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers ist, desto mehr neigt der Verstärker auch zu Eigenschwingungen durch entsprechende Rückkopplungen! + + +Man kennt den Effekt der Rückkopplung und Eigenschwingung gut von Audio-Verstärkern, die mit einem Mikrofon am Eingang für Veranstaltungen etc. betrieben werden. Kommt man mit dem Mikrofon (Eingang) zu nahe an einen der Lautsprecher (Ausgang), so kommt es zu einer Rückkopplung und Eigenschwingung des Verstärkers, welche sich durch Oszillation/Pfeifen äußert. Entgegenwirken kann man dem mit ausreichendem Abstand (Entkopplung) zu den Lautsprechern oder Verringerung der Mikrofonempfindlichkeit (Verringerung des Verstärkungsfaktors). + + +[question:AD432] +[question:AJ216] +[question:AJ215] + diff --git a/contents/sections/verstaerker_klasse.md b/contents/sections/verstaerker_klasse.md new file mode 100644 index 0000000..551361d --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker_klasse.md @@ -0,0 +1,72 @@ +Transistoren haben eine *Kennlinie*, die den *Zusammenhang zwischen Eingangssignal (Basis-Emitter- oder Gate-Source-Spannung) und Ausgangssignal (Kollektor-/Drainstrom)* darstellt. Hierbei gibt es im Bereich der Kennlinie verschiedene Abschnitte, in denen der Transistor *lineare oder auch nichtlineare Charakteristik* hat. +Gerade Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße eine proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als linear bezeichnet. +Andere Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße **keine** proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als nichtlinear bezeichnet. + + +[picture:377:a_kennlinien_transistor_arbeitspunkt:Kennlinie eines Transistors mit Arbeitspunkten] + + +Für einen optimalen Betrieb des Verstärkers bzgl. Wirkungsgrad und Oberwellenfreiheit des verstärkten Signals ist eine optimale Wahl des Arbeitspunktes des Verstärkers auf dessen Kennlinie vorzunehmen. +Dieser Arbeitspunkt wird durch eine geeignete Hilfsgleichspannung (Vorspannung) an der Basis oder Gate festgelegt. + +Die Verstärkung des Eingangssignals erfolgt dann um den gewünschten Arbeitspunkt herum, der das Zentrum des Arbeitsbereiches definiert. +Durch die Wahl des Arbeitspunktes ergibt sich ein entsprechender Ruhestrom des Transistors. Dieser fließt auch ohne vorhandenes Eingangssignal. Der Ruhestrom beeinflusst die Effizienz eines Verstärkers maßgeblich, da er dessen thermische Verlustleistung erhöht und damit dessen Wirkungsgrad reduziert. + +Alle Signale, deren Modulations-Information sich in deren Amplitude befindet, müssen linear verstärkt werden, um die übertragene Information verzerrungsfrei zu übermitteln (SSB, AM etc.). Signale, deren Modulations-Information sich nicht in der Amplitude sondern nur in der Frequenz befindet, können auch im nichtlinearen Bereich eines Verstärkers verstärkt werden (FM etc.) und anschließend gefiltert werden. + +Je nach Betriebsart unterscheidet man mögliche Arbeitspunkte und deren Bezeichnung auf der Kennlinie (siehe Abbildung [ref:a_kennlinien_transistor_arbeitspunkt] ): + +- AP1 + C-Betrieb des Verstärkers + ohne Vorspannung + Ruhestrom null + Wirkungsgrad ca. 80-87% + hoher Oberwellenanteil + +- AP2 + B-Betrieb des Verstärkers + Geringe Vorspannung bis zum Einsetzen des Kollektorstroms + Ruhestrom fast null (gering) + Wirkungsgrad ca. bis zu 80% + geringer Oberwellenanteil + +- AP3 + A/B-Betrieb des Verstärkers + Höhere Vorspannung als im B-Betrieb, jedoch geringer als im A-Betrieb + Ruhestrom größer als im B-Betrieb, aber deutlich geringer als im A-Betrieb + Wirkungsgrad zwischen 50% bis 80% + geringer Oberwellenanteil + +- AP4 + A-Betrieb des Verstärkers + Höhe der Vorspannung ist so gewählt, dass der Ruhestrom ca. 50% des maximal zulässigen Wertes erreicht + Wirkungsgrad ca. 40% + sehr geringer Oberwellenanteil + +[question:AD416] +[question:AD419] +[question:AD420] +[question:AD421] + +Die Ausgangsleistung eines Verstärkers kann durch Kenntnis des Arbeitspunktes und damit dessen ungefähren Wirkungsgrads grob berechnet werden. Hierbei berechnet man zunächst die Gleichspannungsleistung aus dem Produkt von Spannung und Strom, die dem Verstärker zugeführt wird. Anschließend multipliziert man diese Leistung mit dem numerischen Faktor des Wirkungsgrads, wobei 100% einem Wirkungsgrad von 1 entsprechen. Beispielsweise entspricht ein Wirkungsgrad von 40% dann einem Faktor von 0,4. + +[question:AD424] +[question:AD425] +[question:AD418] +[question:AD417] + +Damit ein Verstärker für den SSB-Betrieb (lineare Verstärkung) verwendet werden kann, muss sich dessen Arbeitspunkt im A-/AB- oder B-Betrieb befinden. Grundsätzlich ist A-Betrieb aufgrund der hohen Linearität möglich, jedoch bei höheren Leistungen nicht effizient. Hier schaltet man 2 Transistoren in einer sog. Gegentaktschaltung zusammen, so dass jeder der beiden Transistoren nur jeweils eine Halbwelle (positiv oder negativ) verstärkt. Hierdurch ist auch AB- oder B-Betrieb mit erhöhtem Wirkungsgrad des Verstärkers möglich. +Im C-Betrieb wird das Signal jedoch immer verzerrt. Daher kann ein SSB-Sender nicht im C-Betrieb arbeiten. +Insbesondere beim AB- oder B-Betrieb eines Verstärkers ist Übersteuerung zu vermeiden, da diese schnell zu Verzerrungen des Signals führen kann. Diese äußern sich bei SSB in Form von Splatter auf benachbarten Frequenzen. + +[question:AD422] +[question:AJ218] +[question:AD423] + +Verstärker im C-Betrieb erzeugen aufgrund ihres stark nichtlinearen Betriebspunktes hohe Oberwellenanteile, die im weiteren Signalweg z.B. durch Filterung (Tiefpass) unterdrückt werden müssen. +Da bei Leistungsverstärkern im C-Betrieb auch Oberwellenanteile mit hohen Amplituden und Leistungen im Verstärker sowie im anschließenden Filter vorhanden sind, müssen sowohl Verstärker als auch Filter in einem gut abschirmenden Metallgehäuse betrieben werden, so dass sie keine Störungen durch Oberwellenanteile verursachen. + +[question:AF402] +[question:AF403] + + diff --git a/contents/sections/verstaerker_linearverstaerker.md b/contents/sections/verstaerker_linearverstaerker.md new file mode 100644 index 0000000..543a73a --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker_linearverstaerker.md @@ -0,0 +1,4 @@ +Ein Linearverstärker bildet das Eingangssignal exakt (linear) auf ein Ausgangssignal ab, allerdings um den entsprechenden Verstärkungsfaktor (Amplitudenvergrößerung) vergrößert. Hierbei bleiben die Signalformen zwischen Ein- und Ausgang des Verstärkers erhalten. Es finden keine Verzerrungen durch Nichtlinearitäten statt. +Ein Linearverstärker wird für alle Modulationsarten benötigt, die Modulationsinformation in ihrer Amplitude oder Phase übertragen (z.B. SSB, AM, QAM, QPSK, PSK etc.). + +[question:AD431] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verstaerker_wirkungsgrad.md b/contents/sections/verstaerker_wirkungsgrad.md new file mode 100644 index 0000000..7f16284 --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerker_wirkungsgrad.md @@ -0,0 +1,7 @@ +Der Wirkungsgrad eines Verstärkers errechnet sich aus dem Verhältnis von dessen hochfrequenter Ausgangsleistung (HF-Ausgangsleistung) zur zugeführten Gleichstromleistung der Spannungsversorgung des Verstärkers. +Hierbei kann das Verhältnis maximal den Wert 1 erreichen. +Man gibt dieses Verhältnis als sog. Wirkungsgrad an, indem man es auf 100% bezieht. Ein Verhältnis von 0,5 würde somit z.B. einem Wirkungsgrad von 50% entsprechen. +Die zugeführte Gleichstromleistung eines Verstärkers lässt sich z.B. berechnen aus dem Produkt von Versorgungsspannung und Strom. + +[question:AD430] +[question:AD429] diff --git a/contents/sections/verstaerkungsleistung.md b/contents/sections/verstaerkungsleistung.md new file mode 100644 index 0000000..ec8041f --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstaerkungsleistung.md @@ -0,0 +1,53 @@ +%TODO: Dieses Kapitel ist noch nicht abschließend bearbeitet und muss noch Überarbeitet werden!!! + +Der Verstärkungsfaktor vor Verstärkern wird meist in Dezibel (1/10 Bel) ausgedrückt. Dabei ist immer zu berücksichtigen, ob man die Spannungsverstärkung oder die Leistungsverstärkung eines Verstärkers betrachtet. +*Leistung und Spannung verhalten sich nämlich quadratisch zueinander* und müssen unterschiedlich berechnet werden! +Eine Verdoppelung der Spannung durch einen Verstärker entspricht einer Leistungsvervierfachung (bei gleicher Impedanz am Ein- und Ausgang des Verstärkers). + +Bei Betrachtung der Spannungsverstärkung eines Verstärkers können wir diese in Dezibel (dB) angeben. Hierzu müssen wir die beiden Spannungspegel im Quadrat (Ausgangspegel und Eingangspegel) zueinander ins Verhältnis setzen und dann den Zehner-Logarithmus ziehen. Wir erhalten dann das Ergebnis in Bel. Um dieses noch in Dezibel umzurechnen, muss es noch mit dem Faktor 10 multipliziert werden. +Um direkt die Spannungspegel in der Berechnung verwenden zu können und diese vorher nicht quadrieren zu müssen, kann man das Quadrat als Faktor 2 aus dem Zehner-Logarithmus herausziehen. +Daher muss das Ergebnis in diesem Fall noch mit dem Faktor 2 multipliziert werden. Insgesamt also mit dem Faktor 10 * 2 = 20. + + +Kurzer Exkurs in die Lograrithmen-Rechnung + +Ein Quadrat innerhalb des Logarithmus kann aus dem Logarithmus "herausgezogen" werden. Hierbei wird aus dem Quadrat der Faktor 2. Analog verhält es sich mit höheren Potenzen. Hierbei wird die Potenz immer zum Multiplikator vor dem Logarithmus, wenn man diese aus dem Logarithmus "herauszieht". + +Beispiel: log(x^2) = 2 * log(x) + + +%TODO: Tip mit Berechnung von Bel und Dezibel bei Spannungs und Leistungsverhältnissen mit Erklärung warum der Faktor 2 noch vor den Logarithmus wandert (Quadrat aus Logarithmus wird zu Faktor 2 bei rausziehen). + +Bei Betrachtung der Leistungsverstärkung eines Verstärkers können wir diese ebenfalls in Dezibel (dB) angeben. Hierzu müssen wir die beiden Leistungspegel (Ausgangspegel und Eingangspegel) zueinander ins Verhältnis setzen und dann den Zehner-Logarithmus ziehen. Anschließend muss das Ergebnis noch mit dem Faktor 10 multipliziert werden, um die Leistungsverstärkung in dB zu erhalten. + +Die entsprechenden Formeln zur Berechnung der Leistungsverstärkung und Spannungsverstärkung von Verstärkern findet man auch in der Formelsammlung. + +[question:AD427] +[question:AD428] + +Will man nun umgekehrt aus der Leistungsverstärkung in dB das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsleistung berechnen, so muss man zunächst den dB-Wert wieder in Bel umrechnen, indem man ihn zunächst durch den Faktor 10 teilt. Diesen Wert muss man dann als 10er-Exponent berechnen. +Daraus ergibt sich der Verstärkungsfaktor, der mit der Eingangsleistung multipliziert werden muss, um die Ausgangsleistung eines Verstärkers zu erhalten. +Hierbei sollte man sich bestimmte Verhältnisse in dB merken (siehe Formelsammlung!). Hierdurch kann die Berechnung deutlich vereinfacht werden. + +Beispiel: +Um eine Verstärkung von 13dB in den Verstärkungsfaktor umzurechnen, kann man sich merken, dass 3 dB immer einer Leistungsverdoppelung entsprechen und 10dB einer Leistungsverzehnfachung. Man multipliziert in diesem Fall die Verstärkungen 2 und 10 miteinander und erhält für 13dB den Verstärkungsfaktor 20. + + +Man kann sich bei Rechnung mit dB-Werten merken, dass eine Addition von einzelnen (bekannten) dB-Werten immer einer Mulplikation der entsprechenden Verstärkungsfaktoren entspricht. + +Beispiel: + +3 dB = Faktor 2 für Leistung und Faktor $\sqrt{2}$ für Spannung +6 dB = Faktor 4 für Leistung und Faktor $\sqrt{4}$ für Spannung +10 dB = Faktor 10 für Leistung und Faktor $\sqrt{10}$ für Spannung +20 dB = Faktor 100 für Leistung und Faktor $\sqrt{100}$ für Spannung + +26 dB für Leistung = 20dB + 6dB = Faktor 100 * Faktor 4 = Faktor 400 +Damit entspricht eine Leistungsverstärkung von 26 dB einem Leistungsverstärkungsfaktor von 400. + +Die entsprechende Spannungsverstärkung errechnet sich zu: +Faktor 10 * Faktor 2 = Faktor 20 +Alternativ: $\sqrt{400}$, wenn man den Leistungsverstärkungsfaktor zugrunde legt. + + +[question:AD426] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/verstoesse_und_folgen.md b/contents/sections/verstoesse_und_folgen.md new file mode 100644 index 0000000..6bff469 --- /dev/null +++ b/contents/sections/verstoesse_und_folgen.md @@ -0,0 +1,23 @@ +Wo es Regeln gibt, da gibt es meist auch Strafen, wenn diese nicht beachtet werden. Verstöße gegen das AFuG oder die AFuV werden aber nicht immer gleich mit Bußgeldern belegt. Viel härter trifft es manche Funkamateure, wenn ihnen Betriebseinschränkungen auferlegt werden oder gar ein Betriebsverbot ausgesprochen wird. + +Bei fortgesetzten Verstößen gegen das AFuG und die AFuV kann sogar die Zulassung für den Amateurfunkdienst widerrufen werden. Dies ist die schärfste Waffe der BNetzA. Der Betroffene kann sich weiter Funkamateur nennen, vom Amateurfunkbetrieb ist er aber ausgeschlossen. So erklärt sich auch, warum es neben dem Amateurfunkzeugnis noch eine Zulassung gibt. Eine Aberkennung des Amateurfunkzeugnisses ist nicht vorgesehen. Wer einmal die Amateurfunkprüfung bestanden hat, ist und bleibt Funkamateur. + +[question:VC122] + +[question:VC123] + +Die folgenden drei Handlungen werden vom § 9 des AFuG als Ordnungswidrigkeiten festgelegt: +* Betrieb ohne Zulassung und damit ohne Rufzeichen +* geschäftsmäßiges Erbringen von Telekommunikationsdienstleistungen +* Nachrichtenübermittlung für und an Dritte + +Ordnungswidrigkeiten werden mit Geldbuße geahndet. + +[question:VC124] +[question:VC125] + +Bei der folgenden Frage muss man genau aufpassen! Mehrere der möglichen Antworten sind Handlungen, die ordnungswidrig sind. Aber nur eine ist es - wie in der Fragestellung verlangt - aufgrund des TKG. + +Für uns Funkamateure ist der wichtigste Punkt im TKG die Frequenzzuteilung. Bei den Bußgeldvorschriften ist aufgeführt, dass eine Person ordnungswidrig handelt, die ohne Frequenzzuteilung eine Frequenz nutzt. Wenn ein Funkamateur mit seiner Amateurfunkanlage außerhalb der zugeteilten Amateurfunkbänder sendet, dann nutzt er diese Frequenz ohne Zuteilung und begeht eine Ordnungswidrigkeit. + +[question:VE103] diff --git a/contents/sections/vielfachzugriff.md b/contents/sections/vielfachzugriff.md new file mode 100644 index 0000000..331dc01 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vielfachzugriff.md @@ -0,0 +1,35 @@ +In der drahtlosen Kommunikation spielen verschiedene Zugriffsverfahren eine zentrale Rolle, um mehreren Nutzern gleichzeitig die Nutzung eines gemeinsamen Frequenzspektrums zu ermöglichen. Die gängigen Verfahren sind Frequenzmultiplex (FDMA), Zeitmultiplex (TDMA) und Codemultiplex (CDMA). Jedes dieser Verfahren teilt das Frequenzspektrum auf unterschiedliche Weise auf, um Interferenzen zu minimieren und eine effiziente Übertragung zu gewährleisten. Die Wahl des Verfahrens hängt dabei von den spezifischen Anforderungen an Bandbreite, Nutzerzahl und Störanfälligkeit ab. Im Folgenden werden die Unterschiede dieser Verfahren beschrieben. + +--- + +Beim Frequenzmultiplexverfahren (FDMA – Frequency Division Multiple Access) wird das zur Verfügung stehende Frequenzband in mehrere voneinander getrennte Frequenzkanäle aufgeteilt (vgl. Abbildung [ref:e_fdma]). Jeder dieser Kanäle wird einem einzelnen Nutzer fest zugewiesen, sodass die gleichzeitige Nutzung des Systems durch mehrere Teilnehmer möglich ist. Die Trennung der Nutzer erfolgt ausschließlich über unterschiedliche Frequenzen, wodurch sich die Signale der einzelnen Teilnehmer nicht gegenseitig stören, solange die Kanalabstände eingehalten werden. FDMA ist ein technisch einfaches und seit vielen Jahren etabliertes Verfahren, das sich besonders für Systeme mit wenigen Nutzern und geringem Interferenzbedarf eignet. Ein Nachteil besteht jedoch in der vergleichsweise schlechten Bandbreiteneffizienz bei einer großen Anzahl von Nutzern, da jedem Teilnehmer dauerhaft ein eigener Frequenzbereich reserviert bleibt, selbst wenn dieser zeitweise keine Daten überträgt. Typische Anwendungsbeispiele für FDMA sind frühe analoge Mobilfunksysteme wie AMPS sowie verschiedene Formen der Satellitenkommunikation. + +[question:EE410] + + +[picture:845:e_fdma:Frequenzmultiplexing] + + +--- + +Beim Zeitmultiplexverfahren (TDMA – Time Division Multiple Access) nutzen mehrere Teilnehmer denselben Frequenzkanal, indem ihnen der Zugriff zeitlich aufgeteilt wird. Jeder Nutzer erhält dabei fest definierte Zeitintervalle, sogenannte Zeitschlitze, in denen er senden und empfangen darf (vgl. Abbildung [ref:e_tdma]). Durch diese zeitliche Trennung der Übertragungen wird verhindert, dass sich die Signale der einzelnen Teilnehmer gegenseitig überlagern oder stören. + +TDMA ermöglicht eine vergleichsweise effiziente Nutzung der verfügbaren Frequenzressourcen, insbesondere in Systemen mit vielen Nutzern und hohem Datenaufkommen. Voraussetzung für den reibungslosen Betrieb ist jedoch eine sehr genaue zeitliche Synchronisation aller Teilnehmer, was den technischen Aufwand und die Systemkomplexität erhöht. Bekannte Anwendungsbeispiele für TDMA sind das GSM-Mobilfunksystem der zweiten Generation sowie das schnurlose Telefonsystem DECT und im Amateurfunk DMR. + +[question:EE409] + + +[picture:844:e_tdma:Zeitmultiplexing] + + +--- + +Beim Codemultiplexverfahren (CDMA – Code Division Multiple Access) nutzen alle Teilnehmer gleichzeitig denselben Frequenzbereich und dieselbe Zeit. Die Trennung der einzelnen Nutzer erfolgt nicht über Frequenz oder Zeit, sondern über individuelle Spreizcodes (vgl. Abbildung [ref:e_cdma]). Jedem Nutzer wird ein eigener Code zugewiesen, mit dem sein Signal moduliert wird. Diese Codes sind so gewählt, dass sich die überlagerten Signale am Empfänger wieder voneinander trennen lassen, obwohl sie gleichzeitig im selben Frequenzband übertragen werden. CDMA zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität und eine große Systemkapazität aus, da viele Nutzer gleichzeitig aktiv sein können. Zudem ist das Verfahren sehr robust gegenüber Störungen und Mehrwegeausbreitung. Dem stehen jedoch eine vergleichsweise komplexe Signalverarbeitung und erhöhte Anforderungen an die Hardware gegenüber, insbesondere bei einer großen Anzahl aktiver Teilnehmer. Typische Anwendungsbeispiele für CDMA sind Mobilfunksysteme der dritten Generation wie UMTS sowie das satellitengestützte Navigationssystem GPS. + +[question:EE411] + + +[picture:846:e_cdma:Codemultiplexing] + + +Zusammenfassend lässt sich sagen, dass FDMA die einfachste Methode ist, während TDMA und CDMA zunehmend effizienter und komplexer werden, insbesondere bei der Nutzung beschränkter Bandbreiten und hohen Nutzerzahlen. CDMA ermöglicht die größte Flexibilität, erfordert jedoch auch die aufwändigste Technologie zur Umsetzung. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vna_1.md b/contents/sections/vna_1.md new file mode 100644 index 0000000..e711b6a --- /dev/null +++ b/contents/sections/vna_1.md @@ -0,0 +1,34 @@ +Ein einfaches Multimeter ist nicht geeignet, um frequenzabhängige Widerstände zu messen. Stattdessen kann man einen vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) verwenden. Hierbei handelt es sich um ein aktives Messgerät, welches für eine Vielzahl von Frequenzen (einen einstellbaren Frequenzbereich) bestimmt, wie sich Strom und Spannung zu einander Verhalten (Verhältnis der Amplituden und die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom). + + +[photo:201:e_vna_tiefpassmessung:Messung eines Tiefpassfilters von 0 MHz bis 100 MHz mit Grenzfrequenz bei 30 MHz] + + +--- + +So lässt sich beispielsweise bestimmen, bei welcher Frequenz ein Schwingkreis oder Filter einen besonders hohen oder besonders niedrigen Widerstand (bzw. Impedanz) aufweist (vgl. Abbildung [ref:e_vna_tiefpassmessung]). Ebenso kann ermittelt werden, bei welcher Frequenz eine Antenne in Resonanz ist, indem man das SWR über einen Frequenzbereich hinweg betrachtet, wie in Abbildung [ref:e_vna_swr] dargestellt. + + +[photo:323:e_vna_swr:SWR-Messung einer Endgespeisten Drahtantenne. Das SWR ist nahezu $1$ bei $\qty{14}{\mega\hertz}$] + + +[question:EI201] +[question:EI202] +[question:EI203] +[question:EI204] + +Viele VNAs sollten vor der Benutzung kalibriert werden, um ein möglichst genaues Messergebnis zu erhalten. + +[question:EI205] + +--- + +Zur Kalibrierung als auch zum Funktionstest misst man oft die Zustände "offen" (unendlicher Widerstand), "Kurzschluss" (Widerstand nahe Null) und "angepasst" (Lastwiderstand entsprechend des Ausgangswiderstands des Messgeräts). + + +[photo:327:e_vna_solt:SOL(T)-Kalibierkit. Von links nach rechts: Load, Open, Closed] + + +Bei angeschlossenem Leitungsabschluss (z. B. $\qty{50}{\ohm}$ Abschlusswiderstand) sollte der VNA ein SWR von nahe $1$ anzeigen, da keine Leistung reflektiert wird. Ist nichts am Messanschluss angeschlossen oder wird dieser kurzgeschlossen, so ergibt sich ein SWR von nahe unendlich (vollständige Reflexion). + +[question:EI206] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vna_2.md b/contents/sections/vna_2.md new file mode 100644 index 0000000..356d87d --- /dev/null +++ b/contents/sections/vna_2.md @@ -0,0 +1,24 @@ +Die Funktionsweise eines vektoriellen Netzwerkanalysators ist wie folgt: Es wird ein *frequenzveränderliches* Signal erzeugt welches ausgegeben wird (z. B. auf eine Antenne oder ein anderes Messobjekt, wie einen Schwingkreis). Nun wird gemessen, wie dieses Signal verändert wird (z. B. reflektiert wird). Hierbei wird sowohl die Amplitude als auch die Phase gemessen. Somit lassen sich unter anderem der Wirk- und Blindanteil eines Widerstands als auch das Stehwellenverhältnis ermitteln. + +[question:AI201] +[question:AI202] +[question:AI203] + +--- + +Eine mögliche Anzeigeform des VNAs ist die Aufteilung der Impedanz in Wirk- und Blindanteil (Wirkwiderstand $R$ und Blindwiderstand $X$). Der Wirkwiderstand wird oft in $\Omega$ und der Blindwiderstand gelegentlich auch als $j\Omega$ angegeben. Die Anzeigen verschiedener Geräte sind nicht einheitlich. Das $j$ entstammt einer Schreibweise aus der Elektrotechnik, bei der dieses für die sogenannte imaginäre Einheit ($i$) der Mathematik steht. Positive Blindwiderstände stehen für induktives und negative Blindwiderstände für kapazitives Verhalten. + + +*Imaginäre Zahlen* sind ein beliebtes Hilfsmittel in der Elektrotechnik und der Mathematik. Um Gleichungen wie $x^2 = -1$ lösen zu können, hat man sich eine sogenannte imaginäre Zahl ($i$) ausgedacht, die mit sich selbst multipliziert eine negative Zahl ergibt: $i^2 = -1$. Keine reelle Zahl erfüllt eine solche Gleichung, da eine negative Zahl mal einer negativen Zahl eine positive Zahl ist. Deshalb bezeichnet man $i$ als "imaginär". Diese "ausgedachte" Zahl ergibt mit sich selbst multipliziert eine negative Zahl, nämlich $-1$. Addiert man reelle Zahlen (z. B. $54$) mit einer imaginären Zahl (z. B. $-12i$), so ergibt sich eine komplexe Zahl: $54 - 12i$. Eine komplexe Zahl kann z. B. verwendet werden, um einen Wirk- und Blindanteil eines Widerstands zu beschreiben. Auch kann man komplexe Zahlen in eine Amplitude und eine Phase umrechnen. Anstelle des Buchstabens $i$ verwendet man in der Elektrotechnik den Buchstaben $j$, um eine Verwechselung mit dem Formelzeichen $i$ (für Ströme) zu vermeiden. + + +[question:AI204] +[question:AI205] +[question:AI206] + +--- + +Viele VNAs verfügen über die Möglichkeit, den SWR-Verlauf über die Frequenz grafisch darzustellen. Liegt die Resonanzfrequenz einer Antenne zu tief, weiß man, dass diese gekürzt werden sollte. Liegt sie zu hoch, dann müsste die Antenne verlängert werden. + +[question:AI207] +[question:AI208] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vollweggleichrichter.md b/contents/sections/vollweggleichrichter.md new file mode 100644 index 0000000..5475b16 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vollweggleichrichter.md @@ -0,0 +1,31 @@ +An Stelle eines Brückengleichrichters, kann auch mit zwei Dioden und einem Transformator mit Mittelanzapfung eine Vollweggleichrichtung erreicht werden. + + +[picture:946:Vollwegleichrichter D1 D2:Vollweggleichrichtung mit zwei Dioden] + + +--- + +Zum Verständnis der Funktion muss die positive und negative Halbwelle getrennt betrachtet werden. Liegt an der oberen Wicklung eine positive Halbwelle gegenüber der Mittelanzapfung an der Anode der Diode $D_1$ an, dann leitet nur diese Diode und leitet die Halbwelle auf den Ausgang, der mit + bezeichnet ist, weiter. An der Diode $D_2$ liegt zu diesem Zeitpunkt eine negative Halbwelle an der Anode gegenüber der Mittelanzapfung an. Diese Diode bleibt bei dieser Halbwelle gesperrt. + +Bei der nächsten Halbwelle ist die Diode $D_1$ gesperrt und die Diode $D_2$ leitet, da nun dort eine positive Halbwelle gegenüber der Trafomittelanzapfung anliegt. Am Gleichspannungsausgang erscheinen nun zwei Halbwellen, aber immer in positiver Richtung gegenüber der Mittelanzapfung. Die Mittelanzapfung bildet den Minuspol der Ausgangsgleichspannung. + + +[include:applet_gleichrichter_1] + + + +Die beiden Katoden der Dioden liegen zusammen am Pluspol der Ausgangsspannung. + + +[question:AD307] + +Wenn zwei Anoden gemeinsam an einem Ausgangspol angeschlossen sind, dann wird dort die pulsierende Gleichspannung negativ gegenüber der Mittelanzapfung des Trafos sein. Beide Halbwellen befinden sich unterhalb der Nulllinie. + +[question:AD308] + +Würde man die pulsierende Gleichspannung über einen Spannungsteiler in einen Verstärker mit Lautsprecher einspeisen, dann könnte man einen 100 Hz Brummton hören. +Gegenüber der 50Hz Sinusschwingung mit einer Periodendauer von 20 ms, enthält die pulsierende Gleichspannung prinzipiell 2 Schwingungen in der Zeit von 20ms. Daraus lassen sich die 100Hz berechnen. +%todo 50 Hz und 100Hz durch anklicken hörbar + +[question:AD310] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vor_rueck_verhaeltnis.md b/contents/sections/vor_rueck_verhaeltnis.md new file mode 100644 index 0000000..c527d07 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vor_rueck_verhaeltnis.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Eine Richtantenne sendet und empfängt zu einem gewissen Grade auch in der Rückwärtsrichtung, was in der Regel unerwünscht ist. Während der Antennengewinn nur den Gewinn in Hauptstrahlrichtung im Verhältnis zum Dipol oder einem isotropen Kugelstrahler angibt, bestimmt das *Vor-/Rück-Verhältnis* wieviel besser die Antenne in Hauptstrahlrichtung im Vergleich zur Rückwärtsrichtung sendet und empfängt. + +[question:AG214] +[question:AG213] + +Das Vor-/Rück-Verhältnis wird oft in Dezibel angegeben. + +[question:AG217] +[question:AG215] +[question:AG216] +[question:AG218] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vorverstaerker_daempfungsglied.md b/contents/sections/vorverstaerker_daempfungsglied.md new file mode 100644 index 0000000..4727f90 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vorverstaerker_daempfungsglied.md @@ -0,0 +1,22 @@ +Kurzwellenempfänger können durch starke Signale schnell übersteuert werden, insbesondere im Eingangsbereich des Empfängers incl. des 1. Mischers. Dies äußert sich durch eine verzerrte und unverständliche Wiedergabe des gewünschten Signals. + +--- + +Um dies zu vermeiden können bei Transceivern sog. Abschwächer (auch *Attenuator* genannt) zugeschaltet werden. Diese dämpfen die Eingangssignale um einen vorgegebenen Wert, so dass der Empfängereingang nicht mehr übersteuert wird. Der Einfluss unerwünschter starker Signale auf schwächere Nutzsignale wird durchden Abschwächer stark verringert. Abbildung [ref:e_daempfungsglied] zeigt ein externes Dämpfungsglied. Die Abbildung [ref:e_att_blockschaltbild] zeigt die Blocksymbole der Dämpfungsglieder. Hier gibt es eine sogenannte T- und $\pi$-Variante. Die genaue Schaltung lernen wir in der Klasse A kennen. + + +[photo:199:e_daempfungsglied:Ein Dämpfungsglied] +[picture:1054:e_att_blockschaltbild:Vorverstärker im Überlagerungsempfänger] + + +[question:EF217] + +--- + +Umgekehrt verhält es sich mit Signalen in höheren Frequenzbereichen (VHF und höher). Hier werden Signale oft bereits durch die Antennenzuleitung zum Gerät abgeschwächt und sollten daher ggf. durch einen *Vorverstärker*, der sich möglichst direkt an der Empfangs-/Sendeantenne befinden sollte, verstärkt werden. Hierdurch werden die Kabelverluste durch den Vorverstärker ausgeglichen. Der Vorverstärker muss hierbei im Sendefall abschaltbar sein (PTT-gesteuert) und im Empfangsfall ggf. deaktivierbar sein, damit starke lokale Signale den Empfänger nicht übersteuern können. + + +[picture:839:vorverstaerker_daempfungsglied_amp:Vorverstärker im Überlagerungsempfänger] + + +[question:EF218] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vorwort.md b/contents/sections/vorwort.md new file mode 100644 index 0000000..b71fec7 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vorwort.md @@ -0,0 +1,20 @@ +Willkommen in der faszinierenden Welt des Amateurfunks! Der Amateurfunkdienst bietet nicht nur die Möglichkeit zur persönlichen Wissenserweiterung durch Experimente und kontinuierliche Weiterbildung, sondern erlaubt auch, einen Beitrag zur globalen Verständigung zu leisten. Zudem kann der Amateurfunkdienst bei Hilfsaktionen in Not- und Katastrophenfällen unterstützen. Es ist wichtig zu betonen, dass der Amateurfunkdienst auf gleicher Ebene mit anderen Funkdiensten wie zum Beispiel Mobilfunk, Rundfunk und Flugfunk steht. Als Teilnehmer am Amateurfunkdienst besitzt man das Recht, eigene Sende- und Empfangsanlagen zu entwickeln und zu betreiben. Der Amateurfunk eröffnet die Möglichkeit, mit einer Vielzahl von Übertragungsverfahren zu experimentieren – von der klassischen Kurzwelle über Satellitenfunk bis hin zum Internet der Dinge, einschließlich neuer Verfahren mithilfe von künstlicher Intelligenz. + +Für die Teilnahme am Amateurfunkdienst ist ein Amateurfunkzeugnis erforderlich, das durch eine erfolgreiche Prüfung bei der Bundesnetzagentur erlangt wird. In Deutschland gliedert sich der Amateurfunk in drei Klassen: die Klasse N für Neueinsteiger, die erweiterte Klasse E und die Klasse A mit höchster Leistung auf allen zugeteilten Frequenzen. + + +Diese Plattform dient der Vorbereitung auf die Prüfungen für die verschiedenen Amateurfunkklassen. Es ist zu beachten, dass die Prüflinge unterschiedliche Vorkenntnisse mitbringen. Für manche ist es ratsam, alle Prüfungen für die verschiedenen Klassen in aufeinanderfolgender Reihenfolge abzulegen, während andere den direkten Weg zur Klasse A bevorzugen. Einige finden im Selbststudium mit einem Buch oder einem Online-Kurs ausreichend Unterstützung, während andere einen Präsenzkurs oder einen persönlichen Ansprechpartner bevorzugen. Diese Plattform ist darauf ausgerichtet, all diese unterschiedlichen Lernstile zu bedienen. + + + +Diese Buchreihe dient der Vorbereitung auf die Prüfungen für die verschiedenen Amateurfunkklassen. Es ist zu beachten, dass die Prüflinge unterschiedliche Vorkenntnisse mitbringen. Für manche ist es ratsam, alle Prüfungen für die verschiedenen Klassen in aufeinanderfolgender Reihenfolge abzulegen, während andere den direkten Weg zur Klasse A bevorzugen. Einige finden im Selbststudium mit einem Buch oder einem Online-Kurs ausreichend Unterstützung, während andere einen Präsenzkurs oder einen persönlichen Ansprechpartner bevorzugen. Diese Buchreihe sowie die dazu gehörige Online-Plattform ist darauf ausgerichtet, all diese unterschiedlichen Lernstile zu bedienen. + + +An dieser Stelle möchten wir uns herzlich bei allen Mitwirkenden bedanken, die am Entwurf des Fragenkatalogs, der Buchreihe, sowie an der Ausbildungsplattform beteiligt waren. Ohne dieses großartiges Team wäre die Realisierung dieses Projekts nicht möglich gewesen. + +vy 73 (Viele Grüße) und 55 (Viel Erfolg) wünschen +Matthias Jung (DL9MJ) und Björn Swierczek (DL1PZ) + + +\newpage + \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/vox.md b/contents/sections/vox.md new file mode 100644 index 0000000..f7a7585 --- /dev/null +++ b/contents/sections/vox.md @@ -0,0 +1,5 @@ +Normalerweise verwendet man die PTT-Taste, um einen Transceiver auf Sendung zu schalten. Es gibt bei vielen Transceivern aber auch die Möglichkeit, den Sendebetrieb automatisch dadurch auszulösen, dass man spricht. Dies nennt sich *voice-operated exchange*, kurz *VOX*. Sobald man spricht, schaltet der Transceiver auf Sendung. Hört man auf zu sprechen, endet der Sendebetrieb nach einer kurzen Verzögerung. + +[question:NF109] +[question:NF110] + diff --git a/contents/sections/wasserfall.md b/contents/sections/wasserfall.md new file mode 100644 index 0000000..292fb73 --- /dev/null +++ b/contents/sections/wasserfall.md @@ -0,0 +1,31 @@ +Die Frequenz am Funkgerät stellt man mit einem Drehknopf oder über Tasten ein. Aus dem Empfänger sind nur Stationen zu hören, die auf der eingestellten Frequenz senden. Stationen, die auf höheren oder tieferen Frequenzen senden, sind nicht hörbar. Wenn man herausfinden will, ob irgendwo eine Station sendet, muss man langsam "über das Band drehen" und aufmerksam horchen. + +Moderne Funkgeräte bieten neben der Frequenzanzeige zusätzlich die Darstellung von "Amplitudenspektrum" und "Wasserfalldiagramm". Damit kann man auf einen Blick erkennen, ob ober- oder unterhalb der eingestellten Frequenz weitere Stationen senden und wie stark diese sind. Beide Anzeigen stellen auf der waagerechten Achse einen Frequenzbereich dar. In den Abbildungen ist dies ein Teilbereich des 2 m-Bandes. In der Mitte dieser Achse befindet sich die eingestellte Frequenz, auf der hier gerade ein starkes Empfangssignal zu sehen ist. + + +[photo:95:n_wasserfall_starke_station:Display eines ICOM IC-9700 mit Frequenzanzeige, Amplitudenspektrum und Wasserfalldiagramm. Eine starke Station wird empfangen.] + + +--- + +Beim *Amplitudenspektrum* (Abbildung [ref:n_wasserfall_amplitudenspektrum]) ist die oberhalb der Achse angezeigte Amplitude umso höher, je stärker ein Signal ist. Sind Stationen aktiv, kann man sie im Amplitudenspektrum sofort erkennen. + + +[photo:135:n_wasserfall_amplitudenspektrum:Display eines ICOM IC-9700. Hervorgehoben ist das Amplitudenspektrum] + + +--- + +Das *Wasserfalldiagramm* (Abbildung [ref:n_wasserfall_wasserfall]) hingegen zeigt auf der senkrechten Achse den zeitlichen Verlauf der Signalamplituden als Farbton und/oder Helligkeit. Da diese Darstellung – wie ein Wasserfall – langsam von oben nach unten durchläuft, kann man gut erkennen, wann eine Aussendung beginnt und wann sie wieder endet. Je farbintensiver und heller der Wasserfall ist, desto stärker ist das Signal. + + +[photo:136:n_wasserfall_wasserfall:Display eines ICOM IC-9700. Hervorgehoben ist der Wasserfall] + + +[question:NF104] +[question:NF105] +[question:NF106] + +Man darf das Amplitudenspektrum nicht mit dem Oszillogram verwechseln, das wir bereits kennengelernt haben. Das Amplitudenspektrum zeigt auf der horizontalen Achse, also von links nach rechts, die Amplituden für verschiedene Frequenzen an. Man kann also erkennen, welche Anteile die unterschiedlichen Frequenzen am Gesamtsignals haben. Beim Oszillogram hingegen werden die Amplituden zu verschiedenen Zeitpunkten gezeigt. Von links nach rechts ist der zeitliche Verlauf zu sehen. + +[question:NI401] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/wechselstrom_leistung.md b/contents/sections/wechselstrom_leistung.md new file mode 100644 index 0000000..c25ea9c --- /dev/null +++ b/contents/sections/wechselstrom_leistung.md @@ -0,0 +1,33 @@ +Bei sinusförmigen Wechselstromsignalen wird die Leistung aus den Effektivwerten von Strom und Spannung berechnet. Es darf somit nicht einfach stattdessen die Spannung von Spitze zu Spitze $U_\text{SS}$, oder die Spitzenspannung $\hat{U}$ stattdessen eingesetzt werden. + + +[picture:834:a_wechselstrom_leistung:Effektivwerte für die Leistungsberechnung] + + +Somit ergibt sich für die Berechnung der Leistung +$P_\text{Wechselstrom} = U_\text{eff} \cdot I = \dfrac{{U_\text{eff}}^2}{R} = I_\text{eff}^2 \cdot R$ + + +Bei sinusförmigen Signalen gilt: + +$U_\text{eff} = \dfrac {\hat{U}} {\sqrt{2}} = \dfrac {U_\text{SS}} {2 \cdot \sqrt{2}}$ +$I_\text{eff} = \dfrac {\hat{I}} {\sqrt{2}} = \dfrac {I_\text{SS}} {2 \cdot \sqrt{2}}$ + +Entsprechend ergibt sich für sinusförmige Signale + +$P_\text{Wechselstrom} = \dfrac {\hat{U} \cdot \hat{I}} {\sqrt{2} \cdot \sqrt{2}}= \dfrac {\hat{U} \cdot \hat{I}} {2} = U_\text{eff} \cdot I_\text{eff} =\dfrac {U_\text{eff}^2} {R}= \dfrac {\hat{U}^2} {2 \cdot R}$ + +[question:AB301] + +Der Lösungsweg für die Frage AB301 ergibt somit: +$P=I_\text{eff}^2 \cdot R = \left(\dfrac{0,5 \text{A}} {\sqrt{2}}\right)^2 \cdot 20 \Omega = 0,125 \cdot 20 = 2,5 \text{W}$ + + +%TODO: Folgenden Text kürzen und vereinfachen! + +Im Amateurfunkbereich haben wir es mit Spannungen mit unterschiedlichen Frequenzen (z.B. Kilo- oder Gigahertz) und Wellenformen (Rechteckspannung, sinusförmige Spannung, Gleichspannung) zu tun. Diese können auch verzerrt sein und nicht als z.B. reine Sinusspannung vorliegen. Diese unterschiedlichen Spannungen erzeugen in einem Stromkreis unterschiedliche elektrische Ströme. Prinzipiell würde man nun verschiedene Geräte benötigen um diese Bandbreite an elektrischen Strömen mit einer vernüftigen Messgenauigkeit messen zu können. + +Im Amateurfunkbereich verwendet man dazu oft einen sogennanten *Thermoumformer*. +Man nutzt hierbei aus, dass der Stromfluss den Leiterdraht erwärmt (vgl. Widerstand von Drähten). Je mehr Strom dabei fließt desto wärmer wird der Draht. Die Erwärmung ist also proportional zur Stromstärke. Der Thermoumformer misst diese Erwärmung und zeigt sie als Stromstärke an. Zu beachten ist dabei, dass wir mit dieser Messmethode den *Effektivwert* der Stromstärke erhalten. Der Vorteil dabei ist nun, dass sich die Stromstärke nahezu *unabhängig* von der Wellenform oder Frequenz bestimmen lässt. Der Thermoumformer kann damit eine großen Bereich an Signalen abdecken. + +[question:AI105] diff --git a/contents/sections/wellenausbreitung.md b/contents/sections/wellenausbreitung.md new file mode 100644 index 0000000..f99a70e --- /dev/null +++ b/contents/sections/wellenausbreitung.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Funkwellen mit unterschiedlichen Frequenzen verhalten sich unterschiedlich, was die Ausbreitung über unseren Planeten betrifft. In den folgenden Abschnitten werden wir eine Reihe verschiedener Begriffe und Phänomene kennenlernen, die sich alle mit der Ausbreitung von Funkwellen beschäftigen und uns Weitverbindungen erlauben. Je nach verwendetem Frequenzbereich können unterschiedliche Aspekte von Bedeutung sein: +* Der Funkhorizont, der etwas weiter geht als der sichtbare Horizont (VHF, UHF und höher) +* Überreichweiten durch Wetterereignisse in der Troposphäre (VHF, UHF und höher) +* Besondere Überreichweiten durch Sporadic-E (VHF, UHF) +* Die Raumwelle durch Brechung an der Ionosphäre (Kurzwelle) + + +[picture:731:n_ionosphäre:Ionosphäre, Troposhäre und Sporadic-E] + + diff --git a/contents/sections/wellenlaenge.md b/contents/sections/wellenlaenge.md new file mode 100644 index 0000000..8a5c900 --- /dev/null +++ b/contents/sections/wellenlaenge.md @@ -0,0 +1,42 @@ +Den Abstand zwischen zwei Wellenbergen bzw. zwei Wellentälern nennt man Wellenlänge. Die Wellenlänge ist abhängig von der Frequenz. Je größer die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge. Die Wellenlänge wird mit dem griechischen Buchstaben $\lambda$ (Lambda) bezeichnet und üblicherweise in Meter (m) angegeben. + +[question:NB403] +[question:NA205] + +Der Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Wellenlänge ergibt sich aus der Lichtgeschwindigkeit von 300000 km/s. Eine Welle mit einer Frequenz von 1 Hz breitet sich 300000 km aus, bevor auf einen Wellenberg ein weiterer Wellenberg folgt. Eine Welle mit einer Frequenz von 1000 Hz breitet sich nur 300 km aus, bevor auf einen Wellenberg wieder ein Wellenberg folgt. Bei 1000000 Hz also 1 MHz sind es nur noch 300 m. + +Daraus ergeben sich folgende Formeln, mit denen sich leicht zwischen Frequenz $f$ (in MHz) und Wellenlänge $\lambda$ (in Metern) umrechnen lässt: + +$f[[\textrm{MHz}]] = \dfrac{300}{\lambda[[\textrm{m}]]} \quad\quad\quad \lambda[[\textrm{m}]] = \dfrac{300}{f[[\textrm{MHz}]]}$ + +Die beiden Formeln finden sich auch in der Formelsammlung, die bei der Prüfung als Hilfsmittel vorliegt. + +Teilt man also 300 durch die Wellenlänge in Metern, erhält man die Frequenz in MHz. Und genauso andersherum: Teilt man 300 durch die Frequenz in MHz, erhält man die Wellenlänge in Metern. + +Wollen wir also beispielsweise die Wellenlänge der Frequenz 145,3 MHz berechnen, dann setzen wir diese in die erste Formel ein und lösen dann: + +$\lambda[[\text{m}]] = \dfrac{300}{f[[\text{MHz}]]} = \dfrac{300}{145,3 \ \text{MHz}} \approx 2,06 \ \text{m}$ + +Genauso funktioniert es andersherum. Setzen wir die Wellenlänge von 2,06 m in die zweite Formel ein, dann kommt die ursprüngliche Frequenz heraus: + +$f[[\text{MHz}]] = \dfrac{300}{\lambda[[\text{m}]]} = \dfrac{300}{2,06 \ \text{m}} \approx 145,3 \ \text{MHz}$ + +[include:applet_lambda_und_f] + +--- + +Die gerundete Wellenlänge wird übrigens häufig verwendet, wenn man über Frequenzbereiche spricht. Man spricht dann von einem Frequenzband oder kurz Band, z. B. dem 2 m-Band. In der Tabelle [ref:n_funkwellen_baender] finden sich beispielsweise die drei Amateurfunkbänder, die von Funkamateuren aller Klassen genutzt werden dürfen. + + +| l: Frequenz | l: Wellenlänge | X: Band | +| 28-29,7 MHz | 10,7-10,1 m | 10 m-Band | +| 144-146 MHz | 2,08-2,05 m | 2 m-Band | +| 430-440 MHz | 70-68 cm | 70 cm-Band | +[table:n_funkwellen_baender:Die drei Amateurfunkbänder, die für alle Klassen freigegeben sind] + + +Die beiden folgenden Fragen lassen sich leicht mit den eben vorgestellten Formeln lösen. + +[question:NB302] +[question:NB303] + diff --git a/contents/sections/wellenlaenge_2.md b/contents/sections/wellenlaenge_2.md new file mode 100644 index 0000000..ff342e4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/wellenlaenge_2.md @@ -0,0 +1,59 @@ +Im Abschnitt zum "Umstellen von Formeln" hatten wir bereits gesehen, wie wir den Zusammenhang zwischen Frequenz $f$, Wellenlänge $\lambda$ und Lichtgeschwindigkeit im Freiraum $c_0$ + +$f = \frac{c_0}{\lambda}$ + +bzw. als zugeschnittene Größengleichung + +$f[[MHz]] = \frac{300}{\lambda[[m]]}$ + +wahlweise nach der Frequenz oder der Wellenlänge umstellen können. + +In diesem Abschnitt betrachten wir praktische Anwendungen. Versuche zunächst immer, selbstständig die Lösung zu finden. + +[question:EB314] + +Bei den ersten Fragen geht es darum, für eine gegebene Wellenlänge die Frequenz zu bestimmen. Bei der ersten Frage ist die Wellenlänge als $\qty{80}{\meter}$ angegeben. Das 80-m-Amateurfunkband geht von $\qtyrange{3,5}{3,8}{\mega\hertz}$. Die Antwortmöglichkeiten liegen alle in dem Bereich, sodass wir den Taschenrechner bemühen müssen: + +$f[[MHz]] = \frac{300}{80} = 3,75$ + +--- + +[question:EB315] + +Bei dieser Frage ist die Wellenlänge $\qty{30}{\milli\meter} = \qty{3}{\centi\meter} = \qty{0,03}{\meter}$. Das Ergebnis lässt sich mit dem Taschenrechner – oder sogar im Kopf – berechnen. + + +Achte beim Einsetzen von Werten in eine Formel stets darauf, die Grundeinheiten zu verwenden. Das bedeutet, dass Werte gegebenenfalls umgerechnet werden müssen – zum Beispiel von Millimetern in Meter. + + +$f[[MHz]] = \frac{300}{0,03} = \frac{300 \cdot 100}{3} = 10.000$ + +Also ist $f=\qty{10}{\giga\hertz}$ die richtige Antwort, weil ja $\qty{1}{\giga\hertz} = 1000 {\mega\hertz}$ ist. + +[question:EB316] + +Sogar noch einfacher lässt sich die Frequenz finden, die einer Wellenlänge von $\qty{10}{cm}$ entspricht. $\qty{10}{\centi\meter} = \qty{0,1}{\meter}$. Also: + +$f[[MHz]]=\frac{300}{0,1}=3000$ + +Da $\qty{1}{\giga\hertz} = \qty{1000}{\mega\hertz}$ entspricht, heißt die Antwort: $\qty{3}{\giga\hertz}$. + +Für die nächsten Fragen stellen wir die Gleichung nach $\lambda$ um: + +$\lambda[[m]] = \frac{300}{f[[MHz]]}$ + +[question:EB311] + +Diese Frage lässt sich wieder ganz ohne Rechnen lösen, wenn man die Frequenzzuweisungen für den Amateurfunk intus hat. Das 160-m-Band geht nämlich von $\qtyrange{1,8}{2}{\mega\hertz}$, da liegt $\qty{1,84}{\mega\hertz}$ drin - also kann die Antwort nur $\qty{163}{\meter}$ sein. + +[question:EB312] + +Nun wird die einer Frequenz von $\qty{21}{\mega\hertz}$ entsprechende Wellenlänge gesucht. Das 15-m-Band reicht von $\qtyrange{21}{21,45}{\mega\hertz}$ - da drängt sich die Antwort "$\qty{14,29}{\meter}$" als die richtige auf, wobei wir erkennen, dass das 15-m-Band eigentlich falsch benannt ist. 14-m-Band wäre eigentlich richtiger ... + +Wir können zur Sicherheit ja mal rechnen (mit der zugeschnittenen Größengleichung): + +$\lambda[[m]] = \frac{300}{21}=14,29$ + +[question:EB313] + +Ganz einfach wird es wieder bei der letzten Frage. Welche Wellenlänge entspricht einer Frequenz von $\qty{28,5}{\mega\hertz}$? Nun, das 10-m-Band erstreckt sich von $\qtyrange{28}{29,5}{\mega\hertz}$, folglich stimmt die Antwort "$\qty{10,5}{\meter}$". Die (falsche) Antwort $\qty{9,49}{\meter}$ liegt auch noch nah dran, aber die entsprechende Frequenz müsste ja oberhalb von $\qty{30}{\mega\hertz}$ liegen. \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/wellenwiderstand.md b/contents/sections/wellenwiderstand.md new file mode 100644 index 0000000..993c31d --- /dev/null +++ b/contents/sections/wellenwiderstand.md @@ -0,0 +1,15 @@ +Der Wellenwiderstand $Z$ einer Koaxialleitung hängt vom Verhältnis des Innendurchmessers des Außenleiters ($D$) zum Durchmesser des Innenleiters ($d$) sowie des dazwischen befindlichen Dielektrikums ab. Der Formelsammlung entnehmen wir: + +$Z = \dfrac{60Ω}{\sqrt{\epsilon_\mathrm{r}}} \cdot \ln{\dfrac{D}{d}}$ + +Hierbei ist $\ln$ der natürliche Logarithmus und $\epsilon_\mathrm{r}$ die relative Dielektrizitätszahl des Dielektrikums. + +% TODO: Frage 1633 handelt von einer Zweidrahtleitung. Andere Formel, die hier noch fehlt. + +[question:AG305] +[question:AG306] +[question:AG307] + +Wenn eine Leitung mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen wird, wenn also an einem Ende ein Bauteil oder eine Antenne angeschlossen wird, die genau den selben Widerstand aufweist, wie der Wellenwiderstand der Leitung, dann spricht man von Anpassung. In diesem Falle werden Wellen an diesem Ende des Kabels nicht zurückreflektiert. + +[question:AG304] diff --git a/contents/sections/widerstand_materialien.md b/contents/sections/widerstand_materialien.md new file mode 100644 index 0000000..c983caa --- /dev/null +++ b/contents/sections/widerstand_materialien.md @@ -0,0 +1,51 @@ +% TODO: Wenn der Fragenkatalog 4 kommt, dann fallen hier einige Fragen weg! + +Den elektrischen Widerstand haben wir bereits im Zusammenhang mit dem ohmschen Gesetz kennengelernt. Widerstände können aus unterschiedlichen Materialien realisiert werden. Aus diesem Grund unterscheidet man verschiedene Widerstandsmaterialien, z. B.: + +- Drahtwiderstände +- Kohleschichtwiderstände +- Metallschichtwiderstände +- Metalloxidschichtwiderstände +- ... + + +| l: Widerstand | X: Eigenschaft | +| Drahtwiderstände | Hochlastwiderstände für niedrige Frequenzen | +| Metallschichtwiderstände | Geringe Fertigungstoleranzen und Temperaturabhängigkeit, Präzisionswiderstände | +| Metalloxidschichtwiderstände | Für Frequenzen oberhalb von 30 MHz | +[table:e_eigenschaften_widerstaende:Übersicht der Eigenschaften] + + +Im Folgenden gehen wir auf diese Materialien genauer ein - eine Zusammenfassung ist in Tabelle [ref:e_eigenschaften_widerstaende]. + +*Drahtwiderstände* zählen zu den ältesten Formen elektrischer Widerstände. Aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften – wie hoher Überlastbarkeit und geringem Temperaturkoeffizienten – werden sie auch heute noch eingesetzt. Häufig werden sie auch als Wickelwiderstände bezeichnet, da lackisolierter Widerstandsdraht, beispielsweise aus Manganin oder Konstantan, auf einen Wickelkörper aus Keramik aufgewickelt wird. Ein einfach gewickelter Drahtwiderstand wirkt jedoch stets auch als Spule und besitzt daher eine vergleichsweise hohe Induktivität. Auf Spulen gehen wir in einem späteren Kapitel noch genauer ein; vorweg sei jedoch erwähnt, dass dadurch die Impedanz des Widerstands frequenzabhängig wird. In der Funktechnik ist dieses Verhalten in der Regel unerwünscht. Deshalb eignen sich Drahtwiderstände vor allem als Hochlastwiderstände für Gleichstrom oder für Anwendungen mit niedrigen Frequenzen. + +%EC101 Hochlast niedrige Frequenz -> Drahtwiderstand +[question:EC101] + +Bei Kohleschichtwiderständen wird als Widerstandswerkstoff eine dünne Kohleschicht auf einen Träger aufgedampft. Kohleschichtwiderstände sind kostengünstig, weisen jedoch eine vergleichsweise große Fertigungstoleranz auf. + +Bei *Metalloxidschichtwiderständen* wird das Widerstandsmaterial in Form einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Widerstandsart ist weitgehend induktionsarm und weist eine gute Temperaturstabilität auf, sodass sie sich besonders für den Einsatz bei höheren Frequenzen oberhalb von 30 MHz eignet. + +%EC103 induktionsarm 30Mhz - >Metalloxid +[question:EC103] + +*Metallschicht*widerstände können mit hoher Genauigkeit das heißt mit geringer Fertigungstoleranz gefertigt werden. Sie eignen sich als Präzisionswiderstände. Sie sind temperaturunabhängig, allerdings weniger induktionsarm. + +%EC102 Präzisionswiderstand >Metallschichtwiderstand +[question:EC102] + + +Künstliche Antennen, also Dummyloads, haben wir bereits in der Klasse N kennengelernt. Für hohe Frequenzen (z. B. VHF) empfiehlt es sich, eine Dummyload vorzugsweise aus ungewendelten Metalloxidschichtwiderständen aufzubauen. Für niedrigere Frequenzen (z. B. $\qty{50}{\mega\hertz}$ oder $\qty{28}{\mega\hertz}$) können jedoch auch Kohleschichtwiderstände verwendet werden. Entscheidend ist vor allem, dass der Widerstand keine Windungen, also keine Eigeninduktivität besitzt und daher nicht als parasitäre Spule wirkt, denn eine solche Induktivität würde den Widerstandswert frequenzabhängig machen – genau das ist bei einer Dummyload unerwünscht. Der Widerstand soll unabhängig von der Frequenz stets etwa $\qty{50}{\ohm}$ betragen. Deshalb sollten _keine_ Drahtwiderstände verwendet werden. Auch die Eigenkapazität sollte aus diesem Grund möglichst gering sein. Zudem müssen die eingesetzten Widerstände ausreichend temperaturbeständig sein, da sie die aufgenommene Leistung in Wärme umsetzen. + +%EC107 DL +[question:EC107] +%EC104 DL +[question:EC104] + +Für die Lösung der folgenden Fragen muss man wissen, dass zehn parallel geschaltete Widerstände mit jeweils $\qty{500}{\ohm}$ zusammen einen Gesamtwiderstand von $\qty{50}{\ohm}$ ergeben. Auf diesen Zusammenhang gehen wir in einem späteren Kapitel noch genauer ein, wenn wir über Reihen- und Parallelschaltungen von Widerständen sprechen. + +%EC106 +[question:EC106] +%EC105 DL +[question:EC105] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/widerstand_ntc_ptc.md b/contents/sections/widerstand_ntc_ptc.md new file mode 100644 index 0000000..467609e --- /dev/null +++ b/contents/sections/widerstand_ntc_ptc.md @@ -0,0 +1,26 @@ +Es gibt auch temperaturabhängige Widerstände, sogenannte *Kaltleiter* und *Heißleiter*. + +- *Kaltleiter* besitzen bei niedrigen Temperaturen einen geringen Widerstand und leiten den Strom daher gut. Mit steigender Temperatur nimmt ihre Leitfähigkeit ab und der Widerstand steigt. +- *Heißleiter* verhalten sich genau umgekehrt: Sie leiten den Strom bei hohen Temperaturen besser, während ihr Widerstand bei niedrigen Temperaturen groß ist. + +Heißleiter werden auch *NTC* (englisch Negative Temperature Coefficient) und Kaltleiter *PTC* (englisch Positive Temperature Coefficient) genannt. + +Diese Widerstandsarten werden durch spezielle Schaltzeichen gekennzeichnet, wie in Abbildung [ref:e_schaltbildNtcPtc] dargestellt. Wichtig ist dabei der kleine griechische Buchstabe $\vartheta$ (ausgesprochen „Theta“), der für die Temperatur steht. Zusätzlich sind zwei Pfeile eingezeichnet, die die Temperaturabhängigkeit des Widerstands beschreiben. + +Der erste Pfeil kennzeichnet eine steigende Temperatur $\uparrow$. Der zweite Pfeil gibt an, wie sich der Widerstand bei steigender Temperatur verhält: Er kann entweder steigen $\uparrow$ oder fallen $\downarrow$. + +Das Symbol $\vartheta\uparrow\uparrow$ ist daher so zu lesen: Bei steigender Temperatur steigt auch der Widerstand. Damit wird ein PTC (Kaltleiter) gekennzeichnet. Entsprechend bedeutet $\vartheta\uparrow\downarrow$: Bei steigender Temperatur sinkt der Widerstand. Dieses Symbol steht für einen NTC (Heißleiter). + + +[picture:1012:e_schaltbildNtcPtc:Schaltbilder von PTC und NTC] + + +%EC108 DIE KAM VON WO ANDERS +[question:EC108] +% +%EC109 +[question:EC109] +%EC110 +[question:EC110] +%EC111 +[question:EC111] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/widerstand_smd.md b/contents/sections/widerstand_smd.md new file mode 100644 index 0000000..169f249 --- /dev/null +++ b/contents/sections/widerstand_smd.md @@ -0,0 +1,20 @@ +SMD-Bauteile sind nur wenige Millimeter groß. SMD steht für Surface-Mounted Device (deutsch: oberflächenmontiertes Bauelement). Im Unterschied zu klassischen Bauteilen besitzen sie keine Drahtanschlüsse, sondern werden direkt auf die Leiterplatte aufgelötet – ganz ohne Durchkontaktierung. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit der Kennzeichnung von SMD-Widerständen. + + +[photo:318:e_platine_smd:Platine mit SMD-Bauteilen] + + +--- + +Abbildung [ref:e_smd] zeigt einen SMD-Widerstand. Zur Kennzeichnung des Widerstandswerts sind darauf Zahlen aufgedruckt – in diesem Fall die Ziffern 113. Die Größe des Widerstandes ergibt sich dann wie folgt: Es werden alle Zahlen bis auf die *letzte* als reiner Zahlenwert übernommen. Im Beispiel 113 ergibt sich damit *11* als Zahlenwert. Die *letzte* Zahl gibt die *Zehnerpotenz* an mit der die anderen Zahlen zu multiplizieren sind. Eine 1 steht dabei für die erste Zehnerpotenz $10^1$, eine 2 für die zweite Zehnerpotenz $10^2$ usw. + + +[picture:1006:e_smd:SMD-Bauteil] + + +In unserem Beispiel erhalten wir also: $11 \cdot 10^3$ also $\qty{11000}{\ohm}$ Ohm bzw.$\qty{11}{\kilo\ohm}$. + +[question:EC114] +[question:EC115] +[question:EC116] +[question:EC117] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/widerstand_toleranz.md b/contents/sections/widerstand_toleranz.md new file mode 100644 index 0000000..52df00c --- /dev/null +++ b/contents/sections/widerstand_toleranz.md @@ -0,0 +1,17 @@ +%TODO: Nach LaTeX umformatieren +Im Kapitel zu den Widerstandsfarbcodes haben wir den Begriff der Toleranz bereits kurz kennengelernt. Die Toleranz eines Widerstands beschreibt, wie stark sein tatsächlicher Wert vom nominalen, also aufgedruckten, Wert abweichen darf. Sie wird üblicherweise in Prozent angegeben und legt den Bereich fest, innerhalb dessen der reale Widerstandswert liegen kann. + +Beispielsweise bedeutet eine Toleranz von ±5%, dass der tatsächliche Widerstandswert zwischen 95% und 105% des angegebenen Wertes liegen kann. + +Angenommen, Du hast einen Widerstand mit einem nominalen Wert von 1000 Ohm (1 kΩ) und einer Toleranz von ±5%. Da 5% von 1000 Ohm genau 50 Ohm sind, kann der tatsächliche Widerstandswert also um ±50 Ohm abweichen. Der tatsächliche Widerstandswert dieses 1-kΩ-Widerstands mit 5%-Toleranz könnte also zwischen 950 Ohm und 1050 Ohm liegen. + +Die gebräuchlichsten Toleranzen bei Widerständen sind ±1%, ±2%, ±5% und ±10%. Widerstände mit geringerer Toleranz (z.B. ±1%) sind genauer, werden aber oft auch teurer. Toleranzen sind besonders wichtig, wenn Schaltungen hohe Präzision erfordern, wie bei Messgeräten oder empfindlichen Sensoren. In solchen Fällen werden häufig Widerstände mit kleiner Toleranz (±1% oder weniger) verwendet. + +%EC112 +%alles bereits bei widerstandsfarbcode beantwortet +[question:EC112] + +Für die folgende Frage erinnern wir uns – oder schlagen es in der Formelsammlung nach, dass die Farbe Silber einer Toleranz von ±10 % entspricht. + +%EC113 +[question:EC113] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/widerstandsfarbcode.md b/contents/sections/widerstandsfarbcode.md new file mode 100644 index 0000000..73dabc4 --- /dev/null +++ b/contents/sections/widerstandsfarbcode.md @@ -0,0 +1,59 @@ +Wir haben nun den Widerstand und seine Einheit Ω (Ohm) kennengelernt. In der Praxis wird auf Widerständen allerdings meistens nicht der Zahlenwert aufgedruckt. Stattdessen werden Farbringe verwendet. Diese Farbringe kodieren den Wert des Widerstandes. + + +[picture:665:n_widerstandsfarbcodes: Ein Widerstand mit 4 Farbringen] + + +Die Abbildung [ref:n_widerstandsfarbcodes] zeigt einen Widerstand mit vier Farbringen. Jede Farbe entspricht dabei einem Zahlenwert, wie in der Tabelle [ref:n_widerstandsfarbcodes_tabelle] in der Spalte *Wert* gezeigt: +* Der erste Farbring entspricht der ersten Ziffer, in diesem Fall *gelb*, also vier. +* Der zweite Farbring entspricht der zweiten Ziffer, in unserem Beispiel also *violett*, also sieben. +* Der dritte Farbring ist der sogenannte Multiplikator (siehe Tabelle [ref:n_widerstandsfarbcodes_tabelle], in unserem Fall *orange*, also der Wert 1000. + + +| X:Farbe | l:Wert | l:Multiplikator | l:Toleranz | +| Silber | - | 0,01 | ±10% | +| Gold | - | 0,1| ±5% | +| Schwarz | 0 | 1 | - | +| Braun | 1 | 10 | ±1% | +| Rot | 2 | 100 | ±2% | +| Orange| 3 | 1000 | - | +| Gelb | 4 | 10000 | - | +| Grün | 5 | 100000 | - | +| Blau | 6 | 1000000 | ±0,25%| +| Violett | 7 | 10000000 | ±0,1%| +| Grau | 8 | 100000000 | - | +| Weiß | 9 | 1000000000 | - | +| Keine | - | - | ±20%| +[table:n_widerstandsfarbcodes_tabelle:Widerstandsfarbcodes Tabelle] + + +Der erste und der zweite Ring zusammen ergeben die Zahl 47. Wenn man diese Zahl mit dem Multiplikator multipliziert, kann man den Wert des Widerstandes berechnen: + +$ 47 \cdot 1000 \ Ω = 47000 \ Ω = 47 \ \text{kΩ} $ + +--- + +Es bleibt noch ein vierter Farbring übrig. Dieser steht für die sogenannte Toleranz, die angibt, wie stark der tatsächliche Widerstandswert vom dem aufgedruckten Wert abweichen darf. +Weitere Details dazu folgen in der Klasse E. + + +*Vertiefung:* In unserem Beispiel ist der letzte Ring *silber*, was eine Toleranz von ±10% bedeutet. Der wahre Wert des Widerstandes kann 10% von 47 kΩ = 4,7 kΩ mehr oder weniger als der angegebene Wert sein. Er kann also zwischen 42,3 kΩ und 51,7 kΩ liegen. + + +--- + +Die Tabelle mit den Farbcodes muss man nicht auswendig lernen. Sie liegt als Teil der Formelsammlung bei der Prüfung als Hilfsmittel bereit. Man sollte sich allerdings die Anordnung der Ringe und ihre Bedeutung merken. Zur Übung können die folgenden Fragen mithilfe des Farbcode gelöst werden, um Routine zu bekommen. + + +*Vertiefung:* Es gibt auch Widerstände mit mehr als nur vier Farbringen. Diese sind aber für die Prüfung nicht relevant. Auch andere Bauteile werden oftmals mit Farbringen gekennzeichnet. + + +[question:NC107] +[question:NC105] +[question:NC106] +[question:NC104] +[question:NC103] +[question:NC102] +[question:NC108] +[question:NC109] +[question:NC110] diff --git a/contents/sections/yagi_uda_1.md b/contents/sections/yagi_uda_1.md new file mode 100644 index 0000000..fc8c944 --- /dev/null +++ b/contents/sections/yagi_uda_1.md @@ -0,0 +1,10 @@ +Wenn man hinter und vor einem Dipol leitende Stäbe geschickt anordnet, entsteht eine *Yagi-Uda-Antenne*. Diese bündelt die Funkwellen beim Senden in eine bestimmte Richtung und nimmt beim Empfang die Funkwellen aus dieser Richtung besonders gut auf. Yagi-Uda-Antennen gehören zu den *Richtantennen*, da man sie auf die Gegenstation ausrichtet, mit der man funkt. Der Effekt von Richtantennen ist vergleichbar mit dem gebündelten Licht aus einer Taschenlampe oder einem Scheinwerfer. + + +Die Yagi-Uda-Antenne ist nach ihren Erfindern, den japanischen Wissenschaftlern *Hidetsugu Yagi* und *Shintaro Uda* benannt, die ihre Entdeckung erstmals im Jahre 1926 veröffentlicht haben. + + +[question:NG108] + + + diff --git a/contents/sections/yagi_uda_2.md b/contents/sections/yagi_uda_2.md new file mode 100644 index 0000000..08346b3 --- /dev/null +++ b/contents/sections/yagi_uda_2.md @@ -0,0 +1,27 @@ +In der Klasse N haben wir die Richtantenne Yagi-Uda bereits kennen gelernt. Das Funktionsprinzip von dieser Antennen ist das folgende: An einem Dipol, der gelegentlich auch als Faltdipol ausgeführt wird, wird ein Signal eingespeist. Die sich von diesem als *Strahler* bezeichneten Element ausbreitende Welle trifft sowohl auf einen etwas längeren *Reflektor* als auch auf einen etwas kürzeren *Direktor* (Vgl. Abbildung [ref:e_yagi]). Viele Yagi-Uda-Antennen haben auch mehrere Direktoren. Reflektor und Direktoren beginnen dann, selbst zu schwingen, und das obwohl sie keine direkte elektrische Verbindung mit dem Strahler haben. + + +[picture:1048:e_yagi:Yagi-Uda-Antenne mit Reflektor, Strahler und nur einem Direktor] + + +[question:EG111] + +Reflektor und Direktoren bezeichnet man auch auch als *parasitäre Elemente*, da an diesen zwar kein Antennenkabel angeschlossen wird, sie aber dennoch Energie aufnehmen und wieder abgeben (ähnlich wie bei Organismen im Tier- und Pflanzenreich, die ihre Resourcen von anderen Organismen abziehen). + +[question:EG212] + +--- + +[include:applet_interferenz] + + +[picture:1049:e_yagi_richtung:Richtwirkung einer Yagi-Uda-Antenne] + + +Die Richtwirkung entsteht dadurch, dass der Strahler sowie die anderen Elemente eine zeitliche und räumliche Phasenverschiebung aufweisen, d. h. die Wellenberge und -täler entstehen nicht zum gleichen Zeitpunkt bzw. am selben Ort. Durch die Überlagerung der (phasenverschobenen) Abstrahlung aller Elemente entsteht eine Richtwirkung, denn in bestimmten Richtungen löschen sich die Wellen aus (destruktive Interferenz, dort wo Wellenberg auf Wellental trifft) und in anderen Richtungen verstärken sich die Wellen (konstruktive Interferenz, dort wo Wellenberg auf Wellenberg und Wellental auf Wellental trifft). + +Im Strahlungsdiagramm (Richtdiagramm) sieht man diese Richtwirkung in Form einer großen *Hauptkeule*, wie in Abbildung [ref:e_yagi_richtung] dargestellt. Die Hauptkeule befindet sich in Richtung der Hauptstrahlungsrichtung, in die das Signal bzw. die Empfindlichkeit beim Empfang im Wesentlichen konzentriert wird. + +Allerdings kann es auch Nebenkeulen und insbesondere eine Rückkeule geben. D. h. eine Yagi-Uda-Antenne strahlt auch zu einem gewissen Grad nach hinten ab, obwohl dies eigentlich unerwünscht ist. Die Rück- und ggf. vorhandenen Nebenkeulen sind jedoch kleiner. + +[question:EG218] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/yagi_uda_3.md b/contents/sections/yagi_uda_3.md new file mode 100644 index 0000000..29288af --- /dev/null +++ b/contents/sections/yagi_uda_3.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Reflektoren und Direktoren haben nicht nur eine Auswirkung auf die Richtwirkung, sondern auch auf den Speisewiderstand einer Yagi-Uda-Antenne. Dies liegt daran, dass ein Teil der vom Strahler ausgehenden Welle wieder in den Strahler zurückreflektiert wird. Je nach unterschiedlichen Abständen der Elemente, ergeben sich Veränderungen im Speisewiderstand. + +[question:AG212] + +Je länger eine Yagi-Uda-Antenne gemacht wird, umso höher ist ihr Gewinn. Bei steigendem Gewinn muss jedoch der Öffnungswinkel kleiner werden, da die Antenne ja keine Energie "aus dem Nichts" erzeugen kann (Energieerhaltungssatz). + +[question:AG222] + +Eine besondere Bauform der Yagi-Uda-Antenne ist die Kreuzyagi, bei der zwei Antennen 90° um die Strahlungsachse gegeneinander verdreht werden. Die eine Antenne ist dann z. B. horizontal und die andere dann vertikal polarisiert. Ohne weitere Maßnahmen würde im gegebenen Beispiel die direkte Zusammenschaltung der Antennen eine diagonale Polarisation erzeugen (für die man auch eine einzelne Antenne nehmen könnte). Wenn man allerdings die eine Yagi-Uda-Antenne mit einem um 90° phasenverschobenen Signal speist oder, alternativ, die eine Yagi-Uda-Antenne um eine Viertelwellenlänge nach vorne oder hinten verschiebt, dann kann man auf diesem Wege zirkulare Polarisation erzeugen. + +[question:AG126] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/zehnerpotenzen.md b/contents/sections/zehnerpotenzen.md new file mode 100644 index 0000000..14ca654 --- /dev/null +++ b/contents/sections/zehnerpotenzen.md @@ -0,0 +1,73 @@ +Im Amateurfunk haben wir es häufig sowohl mit sehr großen als auch mit sehr kleinen Zahlen zu tun. Die Einheit der Frequenz – das Hertz (Hz) – sowie die typischen Vorsätze für große Zahlen wie *Kilo* (k), *Mega* (M) und *Giga* (G) sind uns bereits begegnet. + +Auch für kleine Zahlen gibt es solche Einheitenvorsätze. Bekannt ist zum Beispiel *Milli*, abgekürzt mit m. Ein Millimeter entspricht einem Tausendstel Meter, also 0,001 m. Die am meisten verwendeten Vorsätze für große und kleine Zahlen stehen in Tabelle [ref:e_einheitenvorzeichen]. + + +| c: Vorsatz | c: Abkürzung | l: Wert | +| Pico | p | 10-12 = 0,000000000001 | +| Nano | n | 10-9 = 0,000000001 | +| Mikro | µ | 10-6 = 0,000001 | +| Milli | m | 10-3 = 0,001 | +| | | 100 = 1 | +| Kilo | k | 103 = 1000 | +| Mega | M | 106 = 1000000 | +| Giga | G | 109 = 1000000000 | +[table:e_einheitenvorzeichen:Einheitenvorsätze für Zehnerpotenzen] + + +Neben den Einheiten Hertz und Meter, die wir bereits kennengelernt haben, gibt es noch viele weitere physikalische Einheiten, auf die wir im weiteren Verlauf des Kurses eingehen werden. Dazu gehören zum Beispiel die elektrische Spannung, gemessen in Volt (V), der elektrische Strom in Ampere (A), die Leistung in Watt (W), der elektrische Widerstand in Ohm (Ω) und weitere. + +Um die folgenden Sachverhalte verstehen zu können, ist es noch nicht notwendig, diese Einheiten im Detail zu kennen. Wichtig ist zunächst nur, die Bedeutung und Anwendung der Einheitenvorsätze zu verstehen. + +Leider kann man diese gezeigten Einheitenvorsätze nicht direkt in jeden Taschenrechner eingeben. Man verwendet dafür sogenannte Zehnerpotenzen. + +--- + +Schauen wir uns das zunächst am Beispiel des Vorsatzes Kilo an, der für $1000$ steht: Statt $1000$ kann man auch $10 \cdot 10 \cdot 10$ schreiben. Dafür gibt es die Abkürzung $10^3$ (gesprochen "10 hoch 3" oder "3. Potenz von 10"). Die Angaben 1500 Hz, 1,5 kHz und $1,5\cdot 10^3$ Hz stehen für den selben Wert. + + +Man kann es sich auch anders merken: Man multipliziert die Zahl so oft mit 10, wie die Hochzahl (der Exponent) angibt. Bei Zahlen ohne Komma hängt man einfach so viele Nullen an, wie im Exponent steht. + + +Für eine Million muss man nicht drei, sondern sechs Exemplare der Zahl 10 miteinander multiplizieren. Also entspricht der Vorsatz Mega dem Wert $10^6$. Die Schreibweise $28 \cdot 10^6$ Hz bedeutet demnach dasselbe wie 28 MHz. + +Für kleine Zahlen funktioniert es ähnlich. Ein Tausendstel ist $\frac{1}{10}$ · $\frac{1}{10}$ · $\frac{1}{10}$. Das schreibt man als $10^{-3}$ ("zehn hoch minus drei"). Der Wert $3,5\cdot 10^{-3}$ V ist also nichts anderes als $3,5$ mV und $22 \cdot 10^{-6}$ V steht für $22$ µV. Die wichtigsten Zehnerpotenzen stehen wieder in Tabelle [ref:e_einheitenvorzeichen]. + +--- + +Technisch-wissenschaftliche Taschenrechner verfügen in der Regel über eine Taste für Potenzen, meist bezeichnet mit $x^y$. Manche Modelle bieten zusätzlich eine vereinfachte Eingabemöglichkeit für Zehnerpotenzen: eine Taste mit der Beschriftung *Exp*, *E* oder $\cdot 10^x$. Diese steht für "mal zehn hoch …" und erleichtert die Eingabe sehr großer oder sehr kleiner Zahlen. + +Beispiel: Um den Wert $3,5 \cdot 10^6$ einzugeben, drückt man: 3.5 → Exp → 6 + + +Schau am besten in die Bedienungsanleitung deines Taschenrechners, um die genaue Tastenkombination zu finden. + + +Die Anzeige besonders großer oder kleiner Werte hängt vom Gerät ab. Manche schreiben sie als gewöhnliche Zehnerpotenzen, andere mit *Exp* oder *E* für *mal 10 hoch*. Oft schaltet die Taste *S/D* zwischen verschiedenen Darstellungen um. In der Zehnerpotenz-Schreibweise verschieben Tasten wie *ENG*, ** das Komma oder hängen am Schluss Nullen an und passen dabei die Hochzahl so an, dass sich der Wert nicht ändert. Schau am besten hier in die Bedienungsanleitung deines Taschenrechners. + +--- + +Abbildung [ref:e_taschenrechner] zeigt drei Darstellungen der selben Zahl in einer Taschenrechner-App. Die drei Buttons für den Umgang mit Zehnerpotenzen wurden rot markiert. + + +[photo:172:e_taschenrechner:Verschiedene Darstellungen der Zahl 0,007 in einer Taschenrechner-App] + + +Im Folgenden findest du mehrere Prüfungsfragen, die du mithilfe deines Taschenrechners lösen kannst. Gib dazu die jeweilige Zahl entsprechend der Aufgabenstellung ein – achte dabei gegebenenfalls auf die Einheitenpräfixe und verwende den Exponentialmodus. Mit der ENG-Taste kannst du die Umrechnung automatisch durchführen lassen. + +Mit etwas Übung lassen sich die Aufgaben natürlich auch im Kopf lösen. Die Einheiten können in diesen Beispielen vernachlässigt werden, da es hier in erster Linie auf die korrekte Darstellung in Exponentialschreibweise bzw. auf den passenden Einheitenpräfix ankommt. In zukünftigen Berechnungen wird es zunehmend wichtig sein, ein Ergebnis mit einem bestimmten Einheitenpräfix auszuwählen oder entsprechend umzurechnen. + +%EA110 +[question:EA110] +%EA109 +[question:EA109] +%EA108 +[question:EA108] +%EA116 +[question:EA116] +%EA114 +[question:EA114] +[question:EA111] +[question:EA112] +[question:EA115] +[question:EA113] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/zeigerinstrumente_ablesen.md b/contents/sections/zeigerinstrumente_ablesen.md new file mode 100644 index 0000000..dfd2e57 --- /dev/null +++ b/contents/sections/zeigerinstrumente_ablesen.md @@ -0,0 +1,20 @@ +Zeigerinstrumente haben im Amateurfunk auch heute noch ihre Bedeutung nicht verloren. Viele Messgeräte wie Multimeter oder SWR-Meter arbeiten weiterhin mit Zeigeranzeigen. Während bei digitalen Anzeigen oft die letzte Stelle hin- und herspringt, bleibt ein Zeiger stabil. Änderungen des Messwerts sind sofort erkennbar und oft intuitiv ables- und interpretierbar. Deshalb setzen auch viele digitale Funkgeräte oder SDR-Programme weiterhin auf animierte Zeigeranzeigen. + +Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_strom] zeigt ein Analoges Multimeter mit Zeigeranzeige. Wie bei digitalen Messgeräten sollte man auch bei Zeigerinstrumenten jede Messung im höchsten Messbereich beginnen. Das ist hier besonders wichtig: Ist der Messbereich zu niedrig eingestellt – etwa auf 10 V, während tatsächlich 100 V anliegen – schlägt der Zeiger nach rechts aus, prallt an den Anschlag und kann das Messgerät so beschädigen. Nach der ersten Messung im hohen Bereich kann auf den kleinsten Bereich heruntergeschaltet, der den Wert noch darstellen kann. So ist ein Ablesen sehr genau möglich. + + +[photo:197:e_zeigerinstrument_strom:Hier ist der Messbereich 300 mA eingestellt. Das Gerät zeigt etwa 37 mA an.] + + + +Bei schräger Blickrichtung scheint der Zeiger einen falschen Wert anzuzeigen. In Abbildung [ref:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler] würde man statt 7 Volt nur etwas mehr als 6,9 Volt ablesen. Dieser Effekt heißt Parallaxenfehler. + +[photo:196:e_zeigerinstrument_parallaxenfehler:ungünstiger Blickwinkel auf eine Skala] + +Viele Zeigerinstrumente haben einen Spiegel zwischen den Skalen. Wenn sich der Zeiger genau mit seinem Spiegelbild deckt, schaut man gerade darauf. Dann liest man den richtigen Wert ab. + + +Vor dem Ablesen muss zunächst die richtige Skala gewählt werden, die zum eingestellten Messbereich passt. Falls nötig, wird die gesamte Skala mit einer Zehnerpotenz multipliziert oder dividiert. Die Zeigeranzeige in den folgenden Prüfungsfragen besitzt eine $\qty{100}{\volt}$- und eine $\qty{30}{\volt}$-Skala. Ist der Messbereich auf $\qty{100}{\volt}$ eingestellt, wird direkt an der $\qty{100}{\volt}$-Skala abgelesen. Bei einem Messbereich von $\qty{10}{\volt}$ liest man ebenfalls an der $\qty{100}{\volt}$-Skala ab, muss den Wert jedoch durch zehn teilen bzw. das Komma um eine Stelle nach links verschieben. Wird der Messbereich auf $\qty{30}{\volt}$ oder $\qty{300}{\volt}$ eingestellt, erfolgt die Ablesung an der $\qty{30}{\volt}$-Skala. + +[question:EI103] +[question:EI104] \ No newline at end of file diff --git a/contents/sections/zulassung.md b/contents/sections/zulassung.md new file mode 100644 index 0000000..0b28074 --- /dev/null +++ b/contents/sections/zulassung.md @@ -0,0 +1,11 @@ +Wenn man jetzt diesen Kurs abgeschlossen und die Prüfung zum Funkamateur bestanden hat, dann erhält man ein Amateurfunkzeugnis und darf sich Funkamateur nennen. Darf man damit dann eine Amateurfunkstelle betreiben? Eindeutig nein! Man braucht zusätzlich noch eine *Zulassung zur Teilnahme am Amateurfunkdienst*. Erst mit der Zulassung wird das persönliche Rufzeichen zugeteilt. + + +[photo:91:n_zulassung_urkunde:Die Zulassungsurkunde] + + +[question:VC106] + +Wenn man die Gelegenheit hatte, Amateurfunkmagazine zu lesen, sind einem vielleicht schon Meldungen aufgefallen wie "Simon (14) und Sophie (11) haben am 8. Februar erfolgreich ihre Prüfung bei der Bundesnetzagentur Dortmund bestanden". Unser Amateurfunkgesetz kennt nämlich kein Mindestalter für Funkamateure. Im § 4 des AFuG heißt es dazu: "Jede natürliche Person mit Wohnsitz in Deutschland ist auf Antrag zur fachlichen Prüfung für Funkamateure zuzulassen." + +[question:VC108]