Grundlagen der Modulation & AM/FM-Empfänger: Ein Überblick

Grundlagen der Modulationsverfahren

Die Modulation ist ein Schlüsselkonzept in der Nachrichtentechnik, das die Übertragung von Informationen über weite Strecken ermöglicht. Hier werden verschiedene Modulationsarten und ihre Eigenschaften erläutert.

Einseitenband-Modulation mit Restseitenband (VSB/BLV)

• Das Trägersignal wird übertragen, zusammen mit einem vollständigen Seitenband und einem Rest des anderen Seitenbandes.
• Um die Empfangskosten zu reduzieren, wird ein Teil des anderen Seitenbandes ("Restseitenband") entfernt. Dies geschieht in der Nähe des Trägers.
• Dieses Verfahren erhöht die Anzahl der Kanäle pro Band und führt zu besseren Ergebnissen als die Standard-Modulation.
• Es ist besonders für groß angelegte Kommunikationssysteme geeignet.

Doppel-Seitenband-Modulation mit unterdrücktem Träger (DSB-SC/DZ)

• Die Leistungsübertragung erfolgt ausschließlich in den Seitenbändern, was zu einer Effizienz von 50% führt.
• Die Demodulation ist einfach, erfordert jedoch zusätzliche, teurere Schaltungen im Empfänger.
• Diese Modulationsart wird verwendet, um die Sendeleistung zu reduzieren oder wenn der Träger andere Signale stören könnte.
• (Geeignet für die Modulation mehrerer Signale)

Einseitenband-Modulation (SSB/BLU)

• Wenn das Ziel die Optimierung der Sendeleistung ist, kann zusätzlich zum Träger eines der Seitenbänder unterdrückt werden.
• Die gesamte übertragene Leistung ist nützlich, da nur die Information der ursprünglichen Nachricht gesendet wird, was zu einer theoretischen Effizienz von 100% im Sender führt.
• Das Spektrum wird um die Hälfte reduziert, wodurch die Anzahl der verwendeten Kanäle parallel erhöht werden kann.
• Durch die Reduzierung des Spektrums ist der Empfänger wesentlich komplexer als bei konventionellen Versionen.
• Erfordert spezielle und teure Empfänger. Daher ist die Verwendung auf Anwendungen beschränkt, die deren Kosten rechtfertigen können.
• Nicht für Massenübertragungen verwendet, da die Empfänger für die breite Masse zu teuer wären.

Blockschaltbild eines AM/FM-Funkempfängers

Ein Funkempfänger wandelt elektromagnetische Wellen in hörbare Audiosignale um. Hier ist eine Beschreibung der Hauptkomponenten eines typischen AM/FM-Empfängers:

Antenne

Wandelt elektromagnetische Wellen aus der Luft in elektrische Ströme um.

Abstimmschaltung (Tuner)

Wählt den gewünschten Sender und die entsprechenden Hochfrequenzsignale aus, während unerwünschte Frequenzen unterdrückt werden.

Mischer/Konverter

Ändert die empfangene Trägerfrequenz auf eine feste Zwischenfrequenz (ZF). Für FM-Signale ist dies typischerweise 10,7 MHz, für AM-Signale 455 kHz. Dieses Verfahren, bekannt als Superheterodyn-Prinzip, ermöglicht eine bessere und stabilere Signalverarbeitung, da die nachfolgenden Filter mit festen Frequenzen arbeiten können und ihre Bandbreite nicht mit der Resonanzfrequenz variiert.

Zwischenfrequenz-Verstärker (ZF-Verstärker)

Dieser Block verstärkt das ZF-Signal und lässt mithilfe hochselektiver Bandpassfilter nur Frequenzen innerhalb eines bestimmten Bandes passieren. Für FM-Signale bei einer ZF von 10,7 MHz beträgt die Bandbreite des Filters typischerweise 100 kHz. Für AM-Signale bei einer ZF von 455 kHz ist die Bandbreite entsprechend angepasst.

Demodulator (FM oder AM)

Der Empfänger enthält eine FM-Demodulatorschaltung, die das Audiosignal vom FM-Träger trennt. Das Signal aus dem FM-Kanal ist oft ein Stereo-Multiplex-Signal, das an den Stereo-Decoder gesendet wird. Die AM-Demodulationsschaltung dient dazu, das Audiosignal vom AM-Träger zu extrahieren. Bei AM-Empfang erhalten beide Lautsprecher den gleichen Ton (kein Stereo).

Stereo-Decoder

Diese Schaltung wandelt das FM-Multiplex-Signal in separate Audiosignale für den linken und rechten Kanal um, die dann an die Lautsprecher gesendet werden, um Stereo-Klang zu erzeugen.

Automatische Verstärkungsregelung (AGC)

Diese Schaltung wird hauptsächlich in AM-Empfängern eingesetzt, um die Empfindlichkeit automatisch anzupassen. Wenn ein starkes Signal empfangen wird, reduziert die AGC die Verstärkung des ZF-Verstärkers. Bei einem schwachen Signal erhöht sie die Verstärkung, um eine konstante Ausgangsleistung und Lautstärke zu gewährleisten.