Meissner Schaltung
Amplitudenmodulation
Superheterodyne Empfänger
Quarzoszillator
Frequenzmodulation
Erste Elektronik für die Kommunikation
Die Elektronenröhre
Bis Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts war man nicht in der Lage elektrische Signale zu verstärken. Die erste und wichtigste Erfindung für den weiteren Verlauf der Kommunikation war die Verstärkerröhre. Mit ihr begann das Zeitalter der Elektronik.
Im Vakuum einer Röhre fließen Elektronen von einer erhitzten Anode zu einer Kathode. Jedoch nur in eine Richtung. Diesen Effekt kann man für eine Dioden/Gleichrichter-Funktion nutzen. Man spricht vom Edison-Richardson-Effekt.
Man kann den Elektrodenfluss einer Röhrendiode beeinflussen. Durch eine weitere Kathode (dem sogenannten Gitter) kann man den Strom regulieren. Die Anwendung ist die Verstärkung von elektrischen Signalen. Benutzte man ein schwaches elektrisches Signal zur Steuerung des Elektronenstroms konnte man das Signal verstärken.
Mit der Elektronenröhre hatte man ein wichtiges Element um Signal zu verstärken. Man kann es aber auch nutzen um Schwingungen zu erzeugen. Dies geschieht mit der sogenannten Meissner Schaltung.
Meissner Schaltung
Eine Meissner Schaltung besteht aus einem Schwingkreis welcher die Frequenz der erzeugten Schwingung bestimmt. Dieser Schwingkreis ist induktiv mit einer Verstärkerschaltung gekoppelt und führt dazu, dass die sonst gedämpfte Schwingung des Schwingkreises stets „angestoßen“ wird. Der Kondensator wird stets zur richtigen Zeit aufgeladen. Dadurch ist möglich kontinuierliche Schwingungen zu erzeugen.
Amplitudenmodulation
Bei der Amplitudenmodulation verändert man mit einem niederfrequenten Signal die Amplitude eines hochfrequenten Signal (Trägersignal).
Durch die Amplitudenmodulation entstehen rechts und links neben der Trägerfrequenz Frequenzbereiche, welche dem Modulationsspektrum entsprechen. Diese haben die Bandbreite des modulierenden Signals.
Das untere Seitenband kann aus dem Funksignal herausgefiltert werden. Somit wird es möglich viele Signale zu übertragen ohne dass sich diese stören.
Superheterodyne Empfänger
Wie kann man nun ein Amplitudenmoduliertes Signal wieder heruntermodulieren? Dies geschieht mit einem speziellen Empfänger.
Das zu empfangende Hochfrequenzsignal wird zunächst verstärkt. Dann wird es mit einem elektronischen Element welches man „Mischer“ nennt „heruntergemischt“. Ein Mischer multipliziert zwei Signale miteinander. In diesem Fall wird ein Hochfrequenzsignal mit eine Zwischenfrequenzsignal multipliziert. Dieses Zwischenfrequenzsignal erzeugt man mit einem abstimmbaren Oszillator. Dadurch gelangt das Trägersignal auf eine feste Zwischenfrequenz (z.B. bei 400 kHz). Auf dieser Zwischenfrequenz kann ein festes Bandpassfilter dafür sorgen, dass alle Frequenzen außer dem oberen Seitenband herausgefiltert werden. Es verbleibt dann nur noch das obere Seitenband welches nun leicht, etwa mit einer Diode demoduliert d.h. hörbar gemacht werden kann.
Quarzoszillator
Ein Quarz hat piezoelektrische Eigenschaften, das heißt, er zieht sich bei Anschluss einer elektrischen Spannung zusammen. Dadurch kann man einen Quarz in Schwingungen versetzen. Diese „Eigenschwingungen“ sind sehr genau. Mit einer elektronische Rückkopplung hält man eine Quarzschwingung kontinuierlich am Laufen und diese wird somit nutzbar.
Hauptanwendung war Anfang des 20 Jahrhunderts vor allen die Schaffung genauer Uhren. In den zwanziger Jahren wurden Quarzoszillatoren benutzt um stabile Frequenzen für Radiosender zu schaffen.
Erste praxistaugliche Quarzeoszillatoren wurden vor allen ab 1923 in den Bell Laboratories entwickelt.
Frequenzmodulation
Frequenzmodulation kann man erzeugen wenn man steuerbare Kapazitäten einsetzt. In moderner Schaltungstechnik sind dies Kapazitätsdioden. Die Frequenzmodulation hat gegenüber der Amplitudenmodulation deutliche Vorteile:
- Störungen, vor allen atmosphärische Störungen wirken vor allen auf die Amplituden aber nicht auf die Frequenzen. Daher ist ein Frequenzmoduliertes Signal deutlich weniger störanfällig.
- Frequenzmodulierte Signale sind auch weniger störanfällig auf nahegelegene Sender mit gleicher oder naher Frequenz.
- Frequenzmodulierte Signale ermöglichen einen größeren Dynamikbereich und sind damit qualitativ weit hochwertiger als Amplitudenmodulierte Signale.
- Frequenzmodulierte Signale erlauben eine hohen Frequenzumfang (bis 15 kHz)
Der Hauptnachteil der Frequenmodulation ist die weit höhere Bandbreite. Daher benötigt Frequenzmodulation hohe Frequenzen (Ultra Kurzwelle).