Grundlagen der Funkmodulation und Aufbau von AM/FM-Empfängern

Grundlagen der Funkmodulation

Die Funkmodulation ist ein entscheidender Prozess in der drahtlosen Kommunikation, bei dem Informationen auf ein Trägersignal aufmoduliert werden. Verschiedene Modulationsverfahren bieten spezifische Vor- und Nachteile hinsichtlich Bandbreite, Leistungseffizienz und Komplexität des Empfängers.

Breitband-Leistungsverstärkung (BLV)

Dieses Verfahren, das möglicherweise auf einer Form der Breitband- oder Restseitenbandmodulation basiert, bietet folgende Merkmale:

• Verbreitung des Trägersignals und der Seitenbänder zur Übertragung.
• Reduzierung der Empfangskosten durch effizientere Nutzung des Spektrums, oft durch Entfernung von „Relikten“ oder unnötigen Signalanteilen nahe dem Träger.
• Erhöhung der Anzahl der Kanäle pro Band und eine bessere Leistung im Vergleich zur Standard-AM (Amplitudenmodulation).
• Besonders geeignet für die großflächige Kommunikation.

Doppelseitenband-Modulation (DSB-SC)

Die Doppelseitenband-Modulation mit unterdrücktem Träger (DSB-SC), hier als „DZ“ bezeichnet, zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• Die gesamte Sendeleistung wird ausschließlich in die Seitenbänder investiert, was eine hohe Leistungseffizienz ermöglicht (bis zu 100% der Leistung in den Informationssignalen, im Gegensatz zu AM, wo der Träger viel Leistung verbraucht).
• Einfache Demodulation, obwohl zusätzliche Schaltungen für die Trägerwiederherstellung erforderlich sein können, die die Empfänger teurer machen können.
• Ideal für Anwendungen, bei denen die Sendeleistung reduziert werden soll oder wenn der Träger andere Signale stören könnte.
• Oft verwendet in Systemen mit Mehrfachmodulation (Multiplexing).

Einseitenband-Modulation (SSB/BLU)

Die Einseitenband-Modulation (SSB), hier als „BLU“ bezeichnet, ist ein sehr effizientes Verfahren:

• Ziel ist die Verbesserung der Sendeleistung durch Eliminierung des Trägers und eines der beiden Seitenbänder.
• Die gesamte Sendeleistung ist nützlich, da nur die eigentliche Nachricht übertragen wird, was zu einer Effizienz von nahezu 100% im Sender führt.
• Das benötigte Spektrum wird halbiert, wodurch die Anzahl der nutzbaren Kanäle parallel verdoppelt werden kann.
• Aufgrund der reduzierten Bandbreite sind die Empfänger wesentlich komplexer als bei herkömmlicher AM.
• Erfordert spezielle und teurere Empfänger. Daher ist die Anwendung auf Bereiche beschränkt, in denen die Kosten gerechtfertigt sind.
• Nicht für den Massenrundfunk geeignet, da herkömmliche AM-Empfänger für die breite Masse kostengünstiger sind.

Blockschaltbild eines AM/FM-Empfängers

Ein typischer AM/FM-Empfänger besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um Radiosignale zu empfangen, zu verarbeiten und in hörbaren Ton umzuwandeln.

Antenne

Die Antenne wandelt die empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Ströme um.

Abstimmkreis (Tuning Circuit)

Der Abstimmkreis wählt den gewünschten Sender aus und verstärkt die empfangenen Radiosignale.

Mischer/Konverter (Converter)

Der Mischer ändert die Trägerfrequenz des empfangenen Signals auf eine feste Zwischenfrequenz (ZF). Für FM-Signale beträgt diese typischerweise 10,7 MHz, für AM-Signale 455 kHz. Dieses Vorgehen vereinfacht die weitere Signalverarbeitung, da Filter mit fester Bandbreite verwendet werden können, deren Eigenschaften sich nicht mit der Resonanzfrequenz ändern.

Zwischenfrequenzverstärker (Intermediate Frequency Amplifier)

Dieser Verstärker ist für die Verstärkung des ZF-Signals zuständig. Mithilfe hochselektiver Bandpassfilter lässt er nur Frequenzen innerhalb der gewünschten Bandbreite passieren. Für FM-Signale beträgt die ZF 10,7 MHz mit einer Bandbreite von ca. ±100 kHz; für AM-Signale beträgt die ZF 455 kHz mit einer entsprechenden Bandbreite.

Demodulator (FM oder AM)

• FM-Demodulator: Dieser Schaltkreis extrahiert das Audiosignal aus dem FM-Träger. Das FM-Signal kann ein Stereo-Multiplex-Signal sein, das dann an den Stereo-Decoder weitergeleitet wird.
• AM-Demodulator: Diese Schaltung entfernt das Trägersignal, um das Audiosignal zu gewinnen. Bei AM-Empfängern erhalten beide Lautsprecher in der Regel den gleichen (Mono-)Ton.

Stereo-Decoder

Der Stereo-Decoder wandelt das FM-Multiplexsignal um, um die Audiosignale für den linken und rechten Kanal zu trennen und an die entsprechenden Lautsprecher zu senden.

Automatische Empfindlichkeitsregelung (AGC - Automatic Gain Control)

Die AGC-Schaltung, insbesondere in AM-Empfängern, passt die Verstärkung des Empfängers automatisch an die Stärke des Eingangssignals an. Wenn das Signal stark ist, reduziert sie die Verstärkung (z.B. des ZF-Verstärkers), um Übersteuerung zu vermeiden. Bei schwachen Signalen erhöht sie die Verstärkung, um eine ausreichende Lautstärke zu gewährleisten.