Amateurfunklehrgang – HB9 Essentials/Empfänger

Typen

Einfacher Superheterodyne-Empfänger

Das Wort "Superheterodyne" setzt sich zusammen aus "Supersonic" (über der hörbaren Frequenz) und "Heterodyne" (Mischung). Das Prinzip wurde 1918 von Edwin Armstrong erfunden.

Prinzip

Die ankommende Hochfrequenz (HF) von der Antenne wird in einem Mischer mit der Frequenz eines lokalen Oszillators (LO) gemischt. Dabei entsteht eine neue Frequenz, die Zwischenfrequenz (ZF). Diese ZF ist konstant (z. B. 455 kHz bei AM oder 10,7 MHz bei UKW), egal welche Frequenz du am Funkgerät einstellst. Nach der ZF-Stufe wird das Signal demoduliert.

Titel	Schema	Formel	Legende
Zwischenfrequenz		$f_{ZF}=|f_{HF}+f_{LO}|$	fZF: Zwischenfrequenz fHF: Eingangsfrequenz fLO: Frequenz Lokaloszillator

Vorteile

• Hohe Selektivität: Da die ZF immer gleich bleibt, kann man dort sehr hohe und steile Filter (z.B. Keramik- oder Quarzfilter) einbauen. Man kann Stationen, die dicht beieinander liegen, gut trennen.
• Hohe Empfindlichkeit: Die Verstärkung auf einer festen Frequenz (ZF) aufzubauen, ist viel einfacher und stabiler als auf wechselnden HF-Frequenzen.

Nachteile

Die Spiegelfrequenz. Beim Mischen entstehen immer zwei Frequenzen:

Titel	Schema	Formel	Legende
Spiegelfrequenzen		obere: $f_{ZF}=f_{HF}+f_{LO}$ untere: $f_{ZF}=f_{HF}-f_{LO}$	fZF: Zwischenfrequenz fHF: Eingangsfrequenz fLO: Frequenz Lokaloszillator

Wenn du eine Station auf 10.000 MHz empfangen willst und deine ZF bei 500 kHz liegt, muss dein LO auf 9.500 MHz stehen. Das funktioniert. Aber: Wenn auf 11.000 MHz eine andere Station sendet, passiert Folgendes:

11.000MHz−9.500MHz=1.500MHz Der Mischer "sieht" auch die Differenz in die andere Richtung: 11.000MHz−9.500MHz ergibt mathematisch genauso 500 kHz (bzw. -500kHz).

Die Spiegelfrequenz ist immer um $2\cdot f_{ZF}$ entfernt!

Beim Beispiel 10.000MHz+2⋅0,5MHz=11.000MHz

Lösung im Empfänger: Man braucht vorgeschaltete HF-Filter (Vorselektion), um die Spiegelfrequenz schon vor dem Mischer auszusperren. Bei Kurzwelle geht das noch gut, bei VHF/UHF wird es sehr schwer.

Doppelter Superheterodyne-Empfänger

Dieser Empfänger wird verwendet, um das Hauptproblem des einfachen Superhets – die Spiegelfrequenz bei hohen Frequenzen – zu lösen.

Das Prinzip

Es gibt einfach zwei Mischstufen hintereinander.

1. Mischstufe: Wandelt die hohe HF auf eine hohe 1. Zwischenfrequenz (z. B. 10,7 MHz oder sogar 40 MHz) um.

2. Mischstufe: Wandelt diese 1. ZF auf eine niedrige 2. Zwischenfrequenz (z. B. 455 kHz oder 9 kHz für SSB) um.

Warum macht man das

• Die 1. ZF ist hoch gewählt (z.B. 10,7 MHz). Weil dann die Spiegelfrequenz 2×10,7MHz=21,4MHz entfernt ist. Ein einfaches HF-Filter vor dem ersten Mischer kann diese Spiegelfrequenz problemlos unterdrücken.
• Die 2. ZF ist niedrig gewählt (z.B. 9 kHz bei SSB). Warum? Weil man nur mit einer niedrigen ZF die extrem schmalen Filter bauen kann, die man braucht, um ein schmales SSB-Signal (ca. 2,5 kHz breit) vom Nachbarsignal zu trennen. Bei 10,7 MHz könnte man ein 9 kHz Filter physikalisch kaum bauen.

Vorteile

• Exzellente Unterdrückung der Spiegelfrequenz (ideal für VHF/UHF/SHF).
• Kombiniert die gute Spiegelfrequenzunterdrückung einer hohen ZF mit der extrem guten Trennschärfe einer niedrigen ZF.

Nachteile

• Aufwändiger (mehr Bauteile, zwei Oszillatoren).
• Gefahr von "Birdies" (Spurious Responses): Wenn die 1. ZF oder die 2. ZF oder eine ihrer Harmonischen exakt auf der Frequenz liegen, die du empfangen willst, hörst du ein permanentes Pfeifen (ein "Birdie"), weil der Oszillator ins Empfangsteil einstrahlt.

Direct-Conversion-Empfänger (Direktmischer)

Dies ist der älteste und gleichzeitig (durch SDR-Technik) wieder der modernste Empfängertyp. Hier gibt es keine Zwischenfrequenz im klassischen Sinn.

Das Prinzip

Der lokale Oszillator (LO) wird exakt auf die Frequenz der gewünschten Sendung (HF) eingestellt.

f_LO​=f_HF​ Die Differenzfrequenz ist somit 0. Das HF-Signal wird direkt auf das Audiofrequnz-Band heruntergemischt. Ein SSB-Signal, das z.B. bei 3.700,000 MHz mit einer Sprachfrequenz von 1 kHz moduliert ist (Seitenband bei 3.700,001 MHz), kommt nach dem Mischer als reine 1 kHz Audiospannung heraus.

Vorteile

• Keine Spiegelfrequenz! (Theoretisch. Die "Spiegelfrequenz" läge bei fH F​+0Hz , ist also identisch mit der Nutzfrequenz).
• Sehr einfacher Aufbau (ideal für Selbstbauten / QRP).
• Hervorragend für CW (Morsecode) und SSB, da das Signal direkt als Audio anliegt.

Nachteile

• Trägerrückwirkung (LO-Leakage): Da der Oszillator auf exakt der Empfangsfrequenz schwingt, strahlt die Antenne diese Frequenz ungewollt ab (stört andere). Gleichzeitig strahlt die Antenne das Signal wieder in den Oszillator zurück, was ihn "ziehen" lässt (Frequenzinstabilität).
• Gleichspannungs-Drift (DC-Offset): Da die ZF bei 0 Hz liegt, liegt auch der Träger (bei AM) oder das Rauschen bei exakt 0 Hz. Das erzeugt eine Gleichspannung am Ausgang des Mischers, die die nachfolgenden Audio-Verstärker übersteuern kann. Man muss sie oft mit einem sogenannten "DC-Block" (ein Hochpass, der 0 Hz sperrt) wegschneiden.
• AM-Durchschlag: Ein starker AM-Sender in der Nähe übersteuert den Mischer direkt, bevor er gefiltert werden kann.

Funktion und Betrieb der folgenden Stufen (nur Behandlung als Blockschaltbild)

HF-Verstärker

(mit abgestimmtem oder festem Bandpass)

Oszillator

(fest und variabel)

NF-Verstärker

Audio