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Ein bereits seit Jahrzehnten bekanntes Verfahren findet seit einiger Zeit verstärkt Anwendung im Amateurfunk: die *Polarmodulation* [index:Polarmodulation].
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En metod som varit känd i flera decennier används sedan en tid alltmer inom amatörradio: *polarmodulation* [index:Polarmodulation].
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Zu diesem Thema gibt es keine Prüfungsfrage. Aber die Polarmodulation ist ein spannendes Verfahren, das in Zukunft immer stärker in Amateurfunkgeräten eingesetzt werden wird. Daher sei sie hier kurz vorgestellt, als Blick über den Tellerrand. Wer zielgerichtet nur den Prüfungsstoff lernen will, kann das Thema getrost überschlagen.
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Polarmodulation är en spännande metod som i framtiden kommer att användas alltmer i amatörradioapparater. Därför presenteras den här kort, som en blick utanför det som är nödvändigt. Den som bara vill fokusera på det som ingår i kursplanen kan lugnt hoppa över avsnittet.
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Die Polarmodulation basiert auf der Beobachtung, was passiert, wenn ich in ein beliebiges Signal einigermaßen schmaler Bandbreite zeitlich hinein zoome: Der einzelne Wellenzug sieht so aus wie eine Sinuswelle.
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Polarmodulation bygger på observationen av vad som händer när man zoomar in i tid på en godtycklig signal med någorlunda smal bandbredd: Det enskilda vågtåget ser ut som en sinusvåg.
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Diese Sinuswelle ist definiert durch wenige Zahlen, nämlich Frequenz, Phase und Amplitude. Wobei Frequenz und Phase miteinander verkoppelt sind: Wer mit einer bestimmten Grundfrequenz anfängt, aber dann bei jedem Wellenzug die Phase immer wieder in dieselbe Richtung verschiebt, landet bei einer anderen, versetzten Frequenz.
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Den sinusvågen definieras av några få tal, nämligen frekvens, fas och amplitud. Frekvens och fas hänger ihop: Den som börjar med en bestämd grundfrekvens men sedan för varje vågtåg förskjuter fasen i samma riktning hamnar på en annan, förskjuten frekvens.
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Aus diesen Überlegungen ergibt sich das Verfahren der *Polarmodulation*. Damit können beliebige Signale einigermaßen schmaler Bandbreite erzeugt werden, zum Beispiel SSB-Signale. Dazu müssen nur, ausgehend von einer Grundfrequenz, Phase und Amplitude des Signals gleichzeitig kontrollierbar sein.
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Av dessa överväganden följer metoden *polarmodulation*. Med den kan godtyckliga signaler med någorlunda smal bandbredd skapas, till exempel SSB-signaler. För det måste man bara, med utgångspunkt från en grundfrekvens, kunna styra signalens fas och amplitud samtidigt.
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Abbildung [ref:polar_modulator] zeigt das Blockschaltbild, mit dem diese Idee heutzutage normalerweise umgesetzt wird. Dabei werden die beiden Signalkomponenten $I(t)$ und $Q(t)$ (wie sie im vorherigen Kapitel beschrieben wurden) in die momentane Amplitude $A(t)$ und die momentane Phase $\varphi(t)$ umgerechnet:
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Bild [ref:polar_modulator] visar blockschemat med vilket denna idé normalt genomförs i dag. Där räknas de två signalkomponenterna $I(t)$ och $Q(t)$ (som beskrevs i föregående kapitel) om till den momentana amplituden $A(t)$ och den momentana fasen $\varphi(t)$:
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$A(t)=\sqrt{I^2(t)+Q^2(t)}$
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$\varphi(t)=\operatorname{atan2}\left(Q(t),I(t)\right)$
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Die Phaseninformation $\varphi(t)$ moduliert anschließend einen HF-Träger mit zunächst konstanter Amplitude. Das entstehende Signal immer noch konstanter Amplitude enthält damit bereits die vollständige Phaseninformation. Es kann von einer besonders effizienten Schaltendstufe verstärkt werden, beispielsweise einem Klasse-E-Verstärker. Solche Endstufen erreichen in der Praxis häufig Wirkungsgrade von mehr als $\qtyrange{80}{90}{\percent}$.
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Fasinformationen $\varphi(t)$ modulerar sedan en HF-bärvåg med till en början konstant amplitud. Den resulterande signalen med fortfarande konstant amplitud innehåller därmed redan hela faninformationen. Den kan förstärkas av ett särskilt effektivt switchande slutsteg, till exempel en klass E-förstärkare. Sådana slutsteg når i praktiken ofta verkningsgrader på mer än $\qtyrange{80}{90}{\percent}$.
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Aber wie kommt die Amplitudenmodulation ins Bild? Dazu wird einfach die Versorgungsspannung der Endstufe entsprechend manipuliert. Ihr wird die Amplitudeninformation $A(t)$ über einen Hüllkurvenverstärker aufgeprägt. Dadurch verändert sich die Ausgangsamplitude entsprechend der gerade nötigen Amplitude, es ergibt sich die gewünschten Hüllkurve. Am Ausgang entsteht wieder das vollständige amplituden- und phasenmodulierte Signal:
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Men hur kommer amplitudmodulationen in i bilden? Det görs genom att slutstegets matningsspänning helt enkelt manipuleras. Amplitudinformationen $A(t)$ präglas på den via en envelopeförstärkare. Därmed ändras utgångsamplituden i takt med den amplitud som just behövs, och den önskade envelopen uppstår. På utgången uppstår åter den fullständiga amplitud- och fasmodulerade signalen:
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$s(t)=A(t)\cos\left(\omega_\mathrm{T}t+\varphi(t)\right)$
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Damit das Signal möglichst unverzerrt bleibt, müssen der Amplituden- und der Phasenpfad zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein.
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För att signalen ska förbli så oförvrängd som möjligt måste amplitud- och fasvägen vara exakt tidsmässigt samordnade.
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Für den Hüllkurvenverstärker genügt ein relativ langsamer NF-Verstärker. Welchen Frequenzbereich er abdecken muss, hängt von der Bandbreite des zu erzeugenden Signals ab. Um den Wirkungsgrad hoch zu halten, wird hier gewöhnlich Schaltnetzteil-Technologie eingesetzt ("Klasse D"-NF-Verstärker).
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För envelopeförstärkaren räcker en relativt långsam LF-förstärkare. Vilket frekvensområde den måste täcka beror på bandbredden hos den signal som ska skapas. För att hålla verkningsgraden hög används här vanligen switchad teknik (LF-förstärkare i ”klass D”).
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Durch den hohen Wirkungsgrad wird wenig elektrische Leistung in Wärme umgesetzt. Das spart Energie, verringert den Kühlbedarf und ermöglicht kleinere und leichtere Funkgeräte ohne große Metallkühlkörper und mit billigeren Endstufentransistoren. Polarmodulation eignet sich besonders für batteriebetriebene QRP-Funkgeräte, wird aber auch in leistungsfähigeren kommerziellen Transceivern eingesetzt.
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Den höga verkningsgraden gör att lite elektrisk effekt omvandlas till värme. Det sparar energi, minskar kylbehovet och möjliggör mindre och lättare radioapparater utan stora kylflänsar av metall och med billigare slutstegstransistorer. Polarmodulation lämpar sig särskilt för batteridrivna QRP-radioapparater, men används också i kraftfullare kommersiella transceivrar.
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Im Amateurfunk wurde das Verfahren in den 1970er Jahren unter dem Namen "HELAPS" beim Satelliten AO-7 erstmals eingesetzt. Damals wurde alles mit analogen Mitteln bewerkstelligt. Heutzutage sind Hüllkurvenverstärker und Endstufe noch klassisch analog, den Rest der Arbeit übernehmen SDR-Algorithmen. Potente CPUs, die die anfallenden Aufgaben problemlos abarbeiten, sind heutzutage billiger als eine Pizza.
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Inom amatörradio användes metoden första gången på 1970-talet under namnet ”HELAPS” i satelliten AO-7. Då åstadkoms allt med analoga medel. I dag är envelopeförstärkare och slutsteg fortfarande klassiskt analoga, medan SDR-algoritmer utför resten av arbetet. Kraftfulla processorer som utan problem klarar de uppgifter som uppstår är i dag billigare än en pizza.
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