Geradeausempfänger
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Beim Geradeausempfänger finden die Aktionen Selektion, Hochfrequenzverstärkung und Demodulation auf ein und der selben Frequenz statt. Die zu empfangene Frequenz gelangt 'geradeaus', d. h. ohne Überlagerung oder Mischung zum Demodulator.
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[Bearbeiten] Geschichte
Geradeausempfänger für Langwelle und Mittelwelle waren bis in die 1950er-Jahre sehr verbreitet. Einen letzten großen Auftritt hatte der Geradeausempfänger mit den einfachen Pendelaudions Anfang der 1950er-Jahre in den einfachen UKW-Geräten. Mit dem sich etablierenden UKW-Rundfunk verlor dieses Konzept an Bedeutung, weil einerseits qualitativ hochwertige UKW-Radios mit Geradeaus-Empfängern kaum zu realisieren sind und andererseits die Überlagerungsempfänger („Superhets“) immer günstiger wurden und der Vorteil der Einfachheit immer mehr in den Hintergrund trat.
Beispiele für Geradeausempfänger sind der Detektorempfänger und das Audion. Der bekannteste Geradeausempfänger in Deutschland war der Volksempfänger.
[Bearbeiten] Technik
Der Vorteil von Geradeausempfängern und Grund für die Anwendung dieser Technik ist der einfache Aufbau. Aus dem von der Antenne kommenden Hochfrequenzsignal wird mit einem Filter (Schwingkreis) die gewünschte Empfangsfrequenz selektiert, das Hochfrequenzsignal wird dann verstärkt, eventuell nochmals gefiltert und direkt der Demodulation zugeführt. Aus dieser Beschreibung lassen sich schon die größten Nachteile des Geradeaus-Empfängers ableiten:
- Wenn mehrere Frequenzfilter vorgesehen sind, müssen alle Filter genau die gleiche Mittenfrequenz haben und bei der Wahl unterschiedlicher Empfangsfrequenzen miteinander verstimmt werden (Gleichlauf). Dies wurde z. B. mit Hilfe von Mehrfach-Drehkondensatoren erreicht, kann aber nur mit begrenzter Genauigkeit erfolgen.
- Wegen der Gleichlauf-Probleme ist es nahezu unmöglich, mit mehreren gekoppelten Schwingkreisen ein Filter mit wohldefinierter Durchlasscharakteristik (z. B. Bandpass mit steilem Abfall außerhalb des Frequenzbereichs) zu bauen.
- Die Bandbreite von Frequenzfiltern, die auf Schwingkreisen basieren, wird durch den Gütefaktor und die Mittenfrequenz bestimmt. Besonders bei hohen Frequenzen (Kurzwellenbereich) ist es nahezu unmöglich, eine ausreichend schmale Bandbreite zu erreichen; der Empfänger hat dann eine zu geringe Trennschärfe. Bei durchstimmbaren Geradeaus-Empfängern ist außerdem die Bandbreite von der Frequenz abhängig, sollte aber bei einem Radioempfänger immer gleich sein.
- Da das verstärkte Hochfrequenzsignal dieselbe Frequenz wie das Eingangssignal des Empfängers hat, kann das Ausgangssignal des Hochfrequenzverstärkers wieder von der Antenne aufgenommen werden und es kommt zu einer Rückkopplung. Da für den Demodulator eine gewisse Mindestspannung benötigt wird, kann dieses Problem nicht durch Reduktion der Hochfrequenz-Verstärkung behoben werden, sondern es ist hoher Aufwand für die Abschirmung und Entkopplung des Verstärkerausgangs vom Eingang nötig.
[Bearbeiten] Alternative
Die genannten Probleme können durch einen Überlagerungsempfänger („Superhet“) überwunden werden. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass bei der Mischung zweier Frequenzen mehrere Mischprodukte entstehen. Die erzeugten Frequenzen haben dabei die gleiche Modulation wie das Nutzsignal. Erzeugt man nun mit einem Oszillator eine Frequenz mit einem konstanten Abstand zur Frequenz des zu empfangenen Senders, benötigt man hinter dem Mischer nur noch Bandfilter, die fest auf diese Zwischenfrequenz eingestellt sind. Die Zwischenfrequenz kann dabei so gewählt werden, dass Filter der gewünschten Bandbreite bei dieser Frequenz leicht realisierbar sind.
[Bearbeiten] Heutige Anwendungen
Theoretisch bietet der Überlagerungsempfänger nur wenige Vorteile, sofern keine Abstimmbarkeit (Senderwahl) erforderlich ist, sondern nur ein einzelner Funkdienst empfangen wird und die benötigte Bandbreite mit Schwingkreisen erreicht werden kann. Für eine Temperatur- und Alterungsunabhängigkeit ist jedoch eine automatische Frequenznachführung (AFC) erforderlich. Deshalb greift man auch in diesem Fall auf den Überlagerungsempfänger zurück. Eine Ausnahme bildet der Empfang des Zeitzeichen-Signals von DCF77. Aufgrund seiner Modulation sind keine Bandpass-Filter erforderlich, die Resonanzkreise sind als handelsübliche Quarzfilter erhältlich. Eine ausreichende Temperatur- und Alterungsunabhängigkeit ist daher gegeben. Auch sehr einfache Empfänger für Fernsteuerungen mit geringer Reichweite werden noch als Geradeausempfänger gebaut. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind drahtlose Haustürglocken sowie drahtlose Wetterstationen, die im 433-MHz-Bereich arbeiten.
Außerdem werden Geradeausempfänger noch von Bastlern verwendet. Eine übliche Anwendung ist der Empfang von Längstwellen mit der PC-Soundkarte, wobei der Verstärker der Soundkarte die Rolle des „Hochfrequenz“-Verstärkers übernimmt.
Da die heutigen Analog-Digital-Umsetzer und digitalen Signalprozessoren bereits schnell genug arbeiten, um die Funktion des Mischers und der Filterung und Demodulation der Zwischenfrequenz zu ersetzen, können heute Empfänger gebaut werden, bei denen nur mehr für die Empfangsfrequenz ein Hochfrequenzverstärker benötigt wird, jedoch die anderen Bauteile eines Überlagerungsempfängers nicht mehr benötigt werden. Diese Systeme werden jedoch nicht als Geradeausverstärker bezeichnet, weil bei der Umsetzung auf Digitalsignale mittels Sample-and-Hold-Schaltung eine Umsetzung auf eine niedrigere Frequenz erfolgt.
