Ein Uberlagerungsempfanger (auch Superheterodynempfanger , kurz Superhet oder Super ) ist eine elektronische Schaltung zum Empfang und zur Verarbeitung von hochfrequenten elektromagnetischen Funksignalen . Kennzeichnend ist die Umsetzung der ? je nach gewunschter Empfangsfrequenz ? variablen Eingangsfrequenz auf eine meist erheblich niedrigere und vor allem konstante Zwischenfrequenz (ZF). Vorteilhaft dabei sind: Die konstante ZF ermoglicht einen fest abgestimmten ZF-Verstarker, durch das Herabsetzen der Frequenz verringern sich die Anforderungen an den ZF-Filter (großere relative Bandbreite) sowie die generell niedrigeren zu verarbeitenden Frequenzen. Weiterhin wird die Ruckkoppelgefahr verringert, da es nicht mehr zu einer Uber-Alles-Ruckkopplung kommen kann. Uberlagerungsempfanger konnen mehrstufig aufgebaut werden, konnen also mehrere Zwischenfrequenzen haben (Details siehe im entsprechenden Abschnitt ). Eingesetzt wird er in vielen Geraten der Funkubertragung , der Telekommunikation und der HF-Messtechnik, vom einfachen Radio und Fernsehen bis hin zum GPS .

Der Ausdruck Uberlagerung ist hierbei nicht in dem Sinne des Superpositionsprinzip der Physik , also einer additiven Uberlagerung, zu verstehen; vielmehr lasst sich das Prinzip mathematisch auf eine Multiplikation des empfangenen Eingangssignals mit einem Signal konstanter Frequenz (aus einem im Empfanger eingebauten ? lokalen ? Oszillator) zuruckfuhren. Die dabei auftretenden Differenz- und Summenfrequenzen lassen sich mit den trigonometrischen Additionstheoremen veranschaulichen.

In den letzten Jahren werden in der Empfangertechnik nicht nur Hilfsfunktionen wie Bedienung oder LO-Frequenzerzeugung digitalisiert, sondern zunehmend großere Teile der Signalverarbeitung. Diese Entwicklung fuhrte zum Bereich des Software Defined Radio (SDR).

Die ersten Funkempfanger waren Langwellen- Geradeausempfanger , die das Signal (oft nach Verstarkung) demodulierten. Die zunehmende Anzahl von Sendern erzwang eine Verringerung der Bandbreite , damit nicht mehrere Sender gleichzeitig empfangen werden konnten. Der Filteraufwand steigt mit zunehmender Frequenz so drastisch, dass ein geandertes Konzept erfunden werden musste: Im Uberlagerungsempfanger wird die Frequenz des HF-Signals mindestens einmal reduziert, bevor sie demoduliert wird. Dazu wird es mit dem Signal eines sich im Empfanger befindenden sogenannten Lokal oszillators (LO-Signal) gemischt , um eine feste, meist tiefere Zwischenfrequenz (ZF) mit dem gleichen Modulationsinhalt wie das HF-Signal zu erhalten. Die Frequenz des Lokaloszillators bestimmt zusammen mit der Zwischenfrequenz zwei Empfangsfrequenzen, von denen eine das Eingangsfilter passieren kann.

Nur durch die meist erhebliche Verringerung der Frequenz kann die notwendige hohe Verstarkung und Filterung des Signals erreicht werden ? der Empfanger wird empfindlicher und trennscharfer. Die Signalfilterung erfolgt auf einer konstanten und niedrigeren ZF (Zwischenfrequenz), weshalb ? im Gegensatz zu dem beim Geradeausempfanger benotigten abstimmbaren HF-Filter ? auf Festfrequenzfilter zuruckgegriffen werden kann. Das ergibt einen vereinfachten Aufbau, deutlich hohere Trennscharfe (Selektion) und damit eine wesentlich verbesserte Empfangsqualitat. Empfanger fur sehr hohe Frequenzen wie beispielsweise Radar oder Radioastronomie konnen nur auf diese Weise gute Empfindlichkeit erzielen.

Dieses Empfangsprinzip ist nur bis etwa 10 ¹⁰  Hz sinnvoll anwendbar, weil bei noch hoheren Frequenzen das starke Phasenrauschen des Mischeroszillators die Empfindlichkeit zu sehr verringert.

Kein Uberlagerungsempfanger mit den beschriebenen Merkmalen ist das Homodynverfahren , bei dem LO- und HF-Signal annahernd die gleiche Frequenz haben. Dabei wird das amplitudenmodulierte Empfangssignal direkt (ohne ZF) auf den NF-Bereich umgesetzt, es handelt sich um Direktempfanger oder Direktmischer . Deren Hauptproblem, das starke 1/f-Rauschen , erlaubt keine hohe Empfindlichkeit, weshalb es nur noch zur Mischung optischer Frequenzen verwendet wird, wo das starke Phasenrauschen der Oszillatoren Uberlagerungsempfanger nach dem ZF-Prinzip unmoglich macht.

Der Name Heterodyn beziehungsweise Superheterodyn ist eine Wortneubildung, zusammengesetzt aus dem lateinischen Wort super = ?uber“ sowie den griechischen Wortern hetero = ?verschieden“ und dynamis = ?Kraft“, und beschreibt die Mischung zweier Signale unterschiedlicher Frequenz. Im Gegensatz dazu wird fur den Namen des Homodyn-Empfangers das griechische Wort hom?s = ?gleich“ verwendet. Der Ausdruck Lokaloszillator bedeutet, dass sich dieser Oszillator am Ort ( lat. locus = Ort), also im Uberlagerungsempfanger selbst befindet. Superhet oder einfach nur Super sind bei Funkamateuren gebrauchliche Kurzformen fur Uberlagerungsempfanger nach dem Heterodynprinzip .

Wer der Erfinder des Uberlagerungsempfangers ist, ist nicht eindeutig bestimmbar. Dass die Erfindung in die Zeit des Ersten Weltkriegs fallt und alle beteiligten Kriegsparteien an der Verbesserung der Radiotechnik arbeiteten, mag daran einen Anteil haben. Die englischsprachige Wikipedia nennt Edwin Armstrong als Erfinder des Superheterodynempfangers (engl. Super heterodyne receiver ), fur den er 1918 ein Patent erhalten hat.

Andere Quellen ^[1] geben an, dass Armstrong im Jahr 1918 die Idee dazu hatte, als er in Frankreich stationiert war. Das US-Patent Nr. 1.342.885 ^[2] von Edwin Armstrong beschreibt das Uberlagerungsprinzip. Armstrong hat dieses Patent Anfang 1919 in den USA angemeldet und Mitte 1920 erhalten.

Fast gleichzeitig sollen aber auch Lucien Levy (1917) in Frankreich sowie Walter Schottky (1918) in Deutschland dieses Funktionsprinzip entwickelt haben. Lucien Levy erhielt 1919 und 1920 in Frankreich ein Patent (Nr. 493.660 ^[3] und Nr. 506.297 ^[4] ) fur seinen Schaltungsentwurf, der mit einer Zwischenfrequenz (ZF) arbeitete.

Einer der ersten kommerziell gebauten Superhets war der Radiola AR-812 ^[5] von RCA , der von 1924 bis etwa 1927 uber 140.000 Mal verkauft wurde. Die deutsche Firma DeTeWe entwickelte in den Jahren 1924/1925 den ?Ultradyn“. In Frankreich sollen im Jahr 1923 drei Heimempfanger von Lucien Levys Firma ?Radio L.L“ produziert worden sein.

In den folgenden Jahrzehnten setzte sich das Schaltungsprinzip wegen seiner vielen Vorteile immer mehr durch. Es wurden viele Varianten von Uberlagerungsempfangern entwickelt und gebaut, manche mit Doppel- und Mehrfachuberlagerung (bis zu vierfach) und Mischung mit konstanter statt variabler Mischfrequenz, sogenannte Konverter , wie z. B. der LNB in der Satellitentechnik .

Die Uberlagerung ist ein universelles Verfahren und wird auch in Sendern eingesetzt. Praktisch alle heute auf dem Markt verfugbaren drahtlosen Sende- und Empfangsgerate arbeiten nach dem Uberlagerungsprinzip ( Radio , Funksprechgerat , Mobiltelefon , Basisstation , Relais , Fernsehen , Satelliten ).

Zunachst begrenzt ein Filter die Bandbreite des Antennensignals auf einen engen Bereich um die gewunschte Empfangsfrequenz. Das reduziert die Spannungspegel aller Signale, die von Sendern anderer Frequenzbereiche erzeugt werden, wodurch weniger unerwunschte Mischprodukte entstehen und der Eingangsverstarker bzw. Mischer geringere Spannung verarbeiten muss. Insbesondere muss hier die Spiegelfrequenz unterdruckt werden. Hochfrequenzverstarker sind oberhalb des Kurzwellenbereichs notig, damit schwache Signale uber das Rauschen des Mischers angehoben werden, außerdem verhindern sie, dass die LO-Frequenz uber die Antenne abgestrahlt wird. Mittelwellenempfanger haben so gut wie nie Hochfrequenz-Vorverstarker.

Das bandbegrenzte und ggf. verstarkte Antennensignal gelangt zur Mischstufe und wird dort mit dem Signal des Abstimmoszillators f _LO gemischt, wobei eine Reihe neuer Frequenzen erzeugt wird. Die LO-Frequenz wird um einen festen Betrag oberhalb oder unterhalb der gewunschten Empfangsfrequenz gewahlt. Das Signalgemisch hinter dem Mischer enthalt unter anderem die Summe und die Differenz der Eingangs- und LO-Frequenzen, wobei die Modulation des Eingangssignals erhalten bleibt. Ein Bandpass konstanter Frequenz lasst eines der Mischprodukte passieren; nur dieses wird im folgenden Zwischenfrequenzverstarker verstarkt und dann demoduliert . Dabei wird aus dem ZF-Signal wieder das Nutzsignal (also Sprache oder Musik beim Radioempfang) gewonnen.

Verwendete Abkurzungen:

${\displaystyle f_{\mathrm {e} }}$ = Durchlassfrequenzbereich der Vorselektion

${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ = Gewunschte Empfangsfrequenz

${\displaystyle f_{\mathrm {ZF} }}$ = Zwischenfrequenz

${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$ = Abstimmfrequenz

${\displaystyle f_{\mathrm {Dif} }}$ = Differenzfrequenz (en)

${\displaystyle f_{\mathrm {Sum} }}$ = Summenfrequenz (en)

Der Hochfrequenz-Verstarker hat mehrere Funktionen:

• Er passt die Impedanz der Antenne an die nachfolgende Schaltung an (es soll ein Maximum der von der Antenne aufgenommenen Leistung an die nachfolgende Stufe weitergegeben werden).
• Er verstarkt die schwachen Antennensignale, damit diese uber dem Eigenrauschen des Mischers liegen. Dadurch wird die Eingangsempfindlichkeit des Empfangers gesteigert.
• Er verhindert, dass die LO-Frequenz vom Mischer an die Antenne gelangt und dort abgestrahlt wird (Storsender).
• In dieser Stufe wird eine Vorselektion vorgenommen, damit nur Frequenzen aus dem Empfangsbereich (Durchlassbereich ${\displaystyle f_{e}}$) den Verstarker passieren konnen.

Die Vorselektion kann entweder mit der Eingangsfrequenz mitlaufen (typisch fur die Rohrentechnik) oder in Form von meist umschaltbaren Bandpassen verwirklicht werden. Die Vorselektion hat mehrere Aufgaben:

• Unterdruckung des Empfangs auf der Spiegelfrequenz .
• Verringerung der maximalen HF-Spannung der folgenden aktiven Bauelemente, weil Spannungsanteile aller Sender unterdruckt werden, deren Frequenz weit genug entfernt ist. Der lineare Arbeitsbereich von Transistoren usw. ist begrenzt und nichtlineares Verhalten wurde zu Mischeffekten zwischen den Eingangssignalen fuhren. Solche Großsignalstorungen konnen Geistersender erzeugen und einen Storpegel verursachen, der das Nutzsignal uberdecken kann.
• Unterdruckung moglicher Signale auf der Zwischenfrequenz, die bei den meist primitiven, unsymmetrischen Mischerschaltungen ungehindert von der Antenne zum ZF-Verstarker gelangen wurden.

Im Uberlagerungsempfanger wird die Eingangsfrequenz ( ${\displaystyle f_{\mathrm {e} }}$) einschließlich ihrer Modulation durch einen Mischer auf eine andere Frequenz umgesetzt, indem ${\displaystyle f_{\mathrm {e} }}$ mit der Frequenz des Abstimmoszillators ${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$ gemischt wird. Mit einem idealen Mischer erhalt man am Ausgang nur zwei neue Seitenbander mit Signalen auf ${\displaystyle f_{\mathrm {Dif} }=|f_{\mathrm {Osz} }-f_{\mathrm {e} }|}$ und ${\displaystyle f_{\mathrm {Sum} }=|f_{\mathrm {Osz} }+f_{\mathrm {e} }|}$, reale Mischer erzeugen aber ein ganzes Frequenzspektrum.

Beim Uberlagerungsempfanger wird daraus fast immer die Differenzfrequenz gefiltert. Diese betragt bei einfachen Empfangern im Lang-, Mittel- und Kurzwelle 455 kHz, was im Kurzwellenbereich kaum noch Spiegelfrequenzunterdruckung zulasst, weil die Spiegelfrequenz nur 910 kHz entfernt ist. Bei UKW ist die normale Zwischenfrequenz 10,7 MHz. In Fernsehgeraten, Mehrfachsuperhets und Handys wird als ZF aus technischen Grunden meist eine deutlich hohere Frequenz gewahlt.

Die Oszillatorfrequenz wird von einer Oszillatorschaltung erzeugt. Nur in der Anfangszeit wurde sie vom Mischer selbst generiert, weil aktive Bauelemente noch sehr teuer waren. Hauptnachteil dieser ?selbstschwingenden“ Mischstufen ist die modulationsabhangige Frequenzanderung.

Da speziell in der Anfangszeit der Empfangstechnik die Mischer eigentlich nur ubersteuerte Verstarker waren, ist der ZF-Durchschlag ein großes Problem. Bei jedem unsymmetrischen Mischer gelangt ein Antennensignal auf der ZF ungehindert und meist noch verstarkt (Ausnahme: Diodenmischer) zum ZF-Verstarker und wird von diesem wie die erwunschte Differenzfrequenz weiter behandelt. Beide Signale, das heruntergemischte Empfangssignal und das ?durchschlagende“ Signal des Senders auf der ZF, sind gleichzeitig horbar, das storende Signal kann sogar uberwiegen. Bei AM erzeugen die beiden Tragerfrequenzen im Demodulator zusatzlich ein sehr storendes Interferenzpfeifen. Bei FM ist wegen der FM-Schwelle nur der starkere der beiden Sender horbar.

Da diese hochst unerwunschte Begleiterscheinung auch durch extrem gute Vorselektion und den Einsatz symmetrischer Mischer nur teilweise beseitigt werden kann, wurde international vereinbart, in ausreichendem Abstand um die ublichen ZF-Frequenzen 455 kHz und 10,7 MHz keine Sender zu betreiben. Daran hat sich bisher nichts geandert.

Mit der (preiswerten) Verfugbarkeit von Mehrgitterrohren und spater von Dual-Gate- Feldeffekttransistoren verbreitete sich die multiplikative Mischung. Hier werden die beiden Spannungen jeweils auf einen eigenen Eingang des Steuerelements, wie zum Beispiel die beiden Gates eines Dual-Gate-Feldeffekttransistors oder die Steuergitter einer Vakuumrohre, gefuhrt. Das Ausgangssignal wird von beiden Eingangssignalen gesteuert, wodurch ein Mischeffekt der beiden Steuersignale erzeugt wird. Bei hoheren Frequenzen (im hoheren GHz-Bereich) verwendet man haufig ? und heute (2006) noch ? einen Dioden-Ring-Mischer.

Die multiplikative Mischung hat gegenuber der additiven Mischung geringfugige schaltungstechnische Vorteile, so sind die Ruckwirkungen auf den HF-Verstarker geringer und es besteht die Moglichkeit einer zusatzlichen Regelung der Mischstufe, was aber selten genutzt wird. Daneben produziert sie weniger Intermodulationsfrequenzen und damit weniger ?Phantomempfangsstellen“.

Vorteile:

• Der Mischtransistor lasst sich als Oszillator mitbenutzen (selbstschwingende Mischstufe)

Nachteile:

• Ohne Bruckenschaltung sind Oszillatorfrequenz und Eingangsfrequenz kaum zu entkoppeln
• Erzeugt viele unerwunschte Mischprodukte

Vorteile:

• Erzeugt weniger unerwunschte Mischprodukte
• Die Oszillator- und die Eingangsfrequenz sind entkoppelt
• Eine Regelung der Mischverstarkung ist moglich

Nachteile:

• Mit Transistortechnik ist keine selbstschwingende multiplikative Mischstufe moglich, wahrend das in der Rohrentechnik zum Beispiel mit einer Oktode durchaus so realisiert wurde.

Der Abstimmoszillator hat die Aufgabe, eine moglichst konstante Spannung mit der gewunschten Frequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$ mit hoher Genauigkeit zu erzeugen. Diese Frequenz muss in einem weiten Bereich einstellbar sein, damit auf jeden gewunschten Sender innerhalb des Empfangsbereichs abgestimmt werden kann. Es gibt verschiedene Oszillatorschaltungen, die fur diesen Zweck geeignet sind. Eingesetzt werden in der Regel LC- Schwingkreise , um ein sinusformiges Oszillatorsignal zu erhalten, wenn es um die Abstimmung uber einen nicht gerasterten Bereich geht. Ist allerdings das Raster klar vorgegeben (z. B. UKW mit 25 kHz) oder CB-Funk, dann sind LC-Oszillatoren eine schlechte Wahl und PLL-Oszillatoren treten an ihre Stelle ? sie sind weitaus genauer und billiger, s. u.

Vom Abstimmoszillator hangt ganz wesentlich die Frequenzstabilitat (das bedeutet, dass ein Sender uber einen langeren Zeitraum empfangen werden kann, ohne die Abstimmung manuell nachregeln zu mussen) und die Eindeutigkeit der Skala (gleiche Skalenstellung des Frequenzzeigers soll gleiche Empfangsfrequenz liefern) ab.

Mit einem HF- Synthesizer und einer automatischen Frequenznachfuhrung ( AFC ) kann eine Unabhangigkeit von Temperatur- und Alterungseinflussen erreicht werden. (Siehe VFO , VCO , PLL und DDS ).

Beim Einsatz eines analogen Abstimmoszillators kann jede beliebige Frequenz innerhalb des Empfangsbereichs am Empfanger eingestellt werden. Mit digital abgestimmten Oszillatoren kann die Eingangsfrequenz nur mit einer bestimmten Schrittweite eingestellt werden. Bei einfachen Kurzwellengeraten etwa liegen diese meist bei 100 Hz oder 1 kHz. Hochwertige DDS-gesteuerte Gerate bieten mittlerweile aber Abstimmschritte von 0,1 Hz, so dass man hierbei praktisch keinen Unterschied mehr zur analogen Abstimmung wahrnehmen kann.

Fur Rundfunkbander mit festgelegtem Kanalraster ( UKW , TV ) sind derart feine Schrittweiten nicht notwendig. Da sich jedoch nicht alle Sender an die Norm halten, werden gute UKW-Empfanger mit einer Schrittweite im halben Kanalraster hergestellt (den oben erwahnten 25 kHz).

Der ZF-Filter ist ein Bandpass fur einen schmalen Frequenzbereich, der Signale außerhalb dieses Bereichs sperrt, aber die Frequenzen innerhalb moglichst ungehindert und unverandert durchlasst. Dadurch werden aus dem Frequenzgemisch am Ausgang des Mischers nur die gewunschten Frequenzen um ${\displaystyle f_{\mathrm {ZF} }}$ an den ZF-Verstarker weitergeleitet. Das ZF-Filter hat damit den maßgeblichen Anteil an der Trennscharfe des Empfangers. Je nach ubertragener Informationsbandbreite (z. B. Sprache oder Videosignal) und Modulationsart werden ZF-Filter mit unterschiedlichen Bandbreiten benotigt.

In der Fruhzeit der Funk- und Rundfunktechnik (siehe Geschichte des Horfunks ) wurden als ZF-Filter Bandfilter aus je zwei uberkritisch gekoppelten Schwingkreisen verwendet. Diese wurden spater durch mechanische Filter , Quarzfilter und Keramische Filter ( Keramikresonator ) erganzt. Spater entwickelte man Akustische-Oberflachenwellen-Filter (AOW-Filter), mit denen es gelang, auch komplizierte Durchlasskurven fur hohe Frequenzen auf kleinstem Raum zu realisieren. Zunehmend werden jedoch digitale Filter ( Digitaler Signalprozessor , DSP) auch bei hohen Frequenzen eingesetzt, sodass die AOW-Filter auch bei Mobiltelefonen an Bedeutung verlieren.

Ubliche Werte fur die ZF-Frequenz sind 10,7 MHz (Bandbreite etwa 50 kHz) fur FM -Empfanger fur den UKW-Rundfunk und 455 kHz (Bandbreite etwa 5…9 kHz) fur AM -Empfanger auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle. Analoge TV-Empfanger haben fur das Bildsignal eine Zwischenfrequenz um 35 MHz und eine Filterbandbreite von etwa 5 MHz.

Der ZF-Verstarker verstarkt das Signal und begrenzt dessen Amplitude bei Frequenzmodulation . Die Begrenzung bei FM kann durch zwei antiparallele Dioden erfolgen und ist notwendig, da Amplitudenanderungen, hervorgerufen durch Storungen auf dem Ubertragungsweg, die Empfangsqualitat verschlechtern konnen. Amplitudenanderungen ubertragen bei FM ? im Gegensatz zur Amplitudenmodulation ? keine Informationen und konnen deshalb entfernt werden. Aus diesem Grund benotigen ZF-Verstarker fur FM auch keine Regelung.

Die Verstarkung der einzelnen Stufen in AM- oder SSB-ZF-Verstarkern muss dagegen regelbar sein, um einen großen Dynamikumfang verarbeiten zu konnen. Andernfalls wurden sich die Empfangslautstarken von schwachen und sehr starken Signalen zu stark unterscheiden.

Speziell in der Rohren- und diskreten Transistortechnik war die ZF-Selektion nicht als kompakte Einheit vor dem ZF-Verstarker angeordnet. Stattdessen dienten Bandfilter, also meist zwei magnetisch gekoppelte Schwingkreise, zum Auskoppeln des Signals aus Mischer- oder Verstarkerausgang und Leistungsanpassung an den folgenden Verstarkereingang.

Es sind einige Empfanger auf dem Markt, die eine der ZF-Stufen (meist die niederfrequenteste) durch Digitaltechnik erganzen oder ganz ersetzen. Die analogen Signale, die der ZF-Stufe zugefuhrt werden, werden dafur in Echtzeit in digitale Signale umgewandelt (siehe Analog-Digital-Umsetzer ) und dann von einem Signalprozessor weiterverarbeitet. Das hat den Vorteil, dass viele in Hardware nur schwer oder uberhaupt nicht verwirklichbare Funktionen in Software realisiert werden konnen. Dazu gehoren unter anderem hochwertige, in der Bandbreite variable ZF-Filter oder Kerbfilter (engl. notch filter ) die automatisch der Storfrequenz folgen, um nur einige Anwendungen zu nennen.

Der Demodulator trennt den Nachrichteninhalt von der hochfrequenten Tragerfrequenz . Die Demodulatorschaltungen unterscheiden sich abhangig von der Betriebsart:

• Das Nutzsignal amplitudenmodulierter Sendungen wird mit einem Hullkurvendemodulator wiedergewonnen. Das ist im Prinzip eine Diode mit nachfolgendem RC-Glied als Tiefpass . Bei Betriebsarten mit unterdrucktem Trager, wie SSB , muss die fehlende Tragerfrequenz in einem Mischer ? zum Beispiel einem Ringmodulator  ? dazugemischt werden. Diese wird im Empfanger von einem BFO ( Beat Frequency Oszillator ) erzeugt. In beiden Fallen werden die Steuersignale fur die automatische Verstarkungsregelung ( AGC ) im Demodulator aus der demodulierten Spannung gewonnen.

• Frequenzmodulierte Signale werden meist durch Vergleich der Phasenlage des Signals mit der Phasenlage eines lose gekoppelten Resonators demoduliert. Dieser Resonator kann ein Schwingkreis sein ( Verhaltnisdiskriminator oder Ratiodetektor), ein Keramikresonator oder auch eine PLL -Schaltung. Stimmen Resonanzfrequenz und Nutzsignal-Frequenz uberein, ergeben sich 90° Phasenverschiebung. Ist die Nutzsignal-Frequenz kleiner, sinkt der Phasenwinkel, bei hoherer Nutzfrequenz steigt er. Als Nebenprodukt wird auch die Spannung fur die automatische Frequenzregelung ( AFC ) erzeugt.

• Die zahlreichen Sonderformen von Pulsmodulation und insbesondere die Frequenzspreizung erfordern jeweils speziell angepasste Demodulatoren, die sich nur durch Digitale Signalverarbeitung realisieren lassen.

Der NF-Verstarker hebt die demodulierten Signale wieder so weit an, dass damit ein Lautsprecher , Kopfhorer oder externer Verstarker (Hifi-Komponente) angesteuert werden kann. (Anmerkung: Traditionellerweise war bei einem Radio der Anschluss fur den Verstarker an der Demodulatordiode angeschlossen; daher die Namen ?Dioden-Stecker“, ?-Kabel“ oder ?-Buchse“ fur die entsprechenden Anschluss-Komponenten.) Der NF-Verstarker kann die Klangeigenschaften beeinflussen, wie beispielsweise das Anheben oder Absenken der Hohen und Tiefen.

Die automatische Verstarkungsregelung, im deutschen mit AVR abgekurzt (engl. automatic gain control , AGC), gleicht Schwankungen der Empfangs feldstarke aus. Dazu wird die Regelspannung, die aus dem Demodulator gewonnen wird, den HF-/ZF-Stufen (Ruckwartsregelung) oder dem NF-Verstarker (Vorwartsregelung) zugefuhrt. Dort wird dann die Verstarkung der Stufe entsprechend erhoht oder verringert. Dadurch ist es moglich, schwache und starke Sender in gleicher Lautstarke wiederzugeben oder den Schwund beim Kurzwellenempfang auszugleichen.

Die automatische Frequenzregelung, im deutschen mit AFR abgekurzt (engl. automatic frequency control , AFC), gleicht Schwankungen der Empfangsfrequenz aus.

Der im Bild dargestellte UKW-Tuner besitzt einen regelbaren HF-Verstarker (gelb), eine multiplikative Mischstufe (grun) und einen VCO (rot). Der Tuner ist mit Dual-Gate-FETs ausgestattet, die sich durch hohen Eingangswiderstand und geringes Eigenrauschen auszeichnen. Hauptvorteil gegenuber anderen Bauarten ist, dass in diesen Bauelementen jeweils zwei Transistoren in Form einer Kaskodeschaltung vorliegen, weshalb die kapazitive Ruckwirkung vom Ausgang (Drain) zum Gate 1 so gering ist, dass der Verstarker auch ohne Neutralisation stabil arbeitet.

Um moglichst viel Empfangsenergie vom 75-Ohm-Koaxialkabel auf den ersten Schwingkreis zu ubertragen, wird die Antennenimpedanz uber den Transformator L1/L2 an die HF-Verstarkerstufe angekoppelt . L2, C2, C3, D1, D2 bilden den ersten Vorkreis (Parallel schwingkreis ), dessen Frequenz uber die Kapazitatsdioden D1, D2 abgestimmt werden kann. Die notwendige Abstimmspannung kommt uber den Vorwiderstand R8. C3 dient zum Abgleich des ersten Vorkreises (ist fur den Hersteller oder Servicetechniker gedacht).

Die vorselektierte Eingangsfrequenz gelangt uber C4 an das Gate 1 (G1) von Q1, der die Eingangsfrequenz verstarkt. Seine Verstarkung kann uber das Gate 2 (G2) geandert werden. C7 sorgt dafur, dass an G2 wechselspannungsmaßg ?geerdet“ (also mit Nullpotential verbunden) ist, weil nur so die interne Abschirmung zwischen Ein- und Ausgang gesichert ist. Die verstarkte Eingangsfrequenz wird induktiv auf den nachsten Vorkreis ubertragen, der mit C9, C10, D3, D4 einen weiteren Parallel schwingkreis bildet und durch D3, D4 abgestimmt werden kann.

Die Eingangsfrequenz gelangt uber eine Anzapfung (induktiver Spannungsteiler) von L4 uber C11 an G1 von Q2. Da der Leitwert des oberen Transistors der Kaskodeschaltung Q2 durch die Oszillatorspannung geandert werden kann, erfolgt eine Mischung , bei der auch die Zwischenfrequenz ? meist 10,7 MHz ? entsteht. Diese wird vom ersten ZF- Bandpass gefiltert und uber die Anschlusse 5 und 6 zum folgenden Zwischenfrequenzverstarker weitergeleitet.

Der Transistor Q3 des Oszillators arbeitet in Basisschaltung . Die Betriebsspannung gelangt uber R25, L5, R23 an den Kollektor des Transistors. C26, C25 dienen zur Abblockung der Betriebsspannung und sind fur den Oszillatorkreis L5, C24, D6, D7 nicht frequenzbestimmend, da sie bei dieser Frequenz nur einen Kurzschluss darstellen (C26 = C25 = 560 pF). C22 bewirkt eine Positive Ruckkopplung , damit der Oszillator schwingt. Zusammen mit C20 wird die Phasenbedingung von 0° bei dieser Oszillatorschaltung erfullt.

R26, R21 und D5 bilden den Basisspannungsteiler, wobei D5 der Temperaturkompensation dient. Das ist notig, damit sich die Oszillatorfrequenz bei Temperaturschwankungen nur wenig andert.

C19 beseitigt HF-Storungen auf der Betriebsspannung. Das Gleiche gilt fur C16, C17 bei der Abstimmspannung. Der Eingang AFC fuhrt zu einer Kapazitatsdiode, welche die Oszillatorfrequenz um einige Kilohertz so verandern kann, dass die Zwischenfrequenz 10,7 MHz eingehalten wird. Nur dann erzeugen die Bandpasse die geringsten Verzerrungen des Modulationsinhaltes.

Wie bei der Erklarung des Abstimmoszillators schon erwahnt, lasst sich dessen Frequenz vom Anwender einstellen. Mogliche Empfangsfrequenzen liegen immer um den Betrag der ZF-Frequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {ZF} }}$ hoher oder tiefer als die Frequenz des Abstimmoszillators ${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$:

• bei Aufwartsmischung: ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }=f_{\mathrm {Osz} }-f_{\mathrm {ZF} }}$
• bei Abwartsmischung: ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }=f_{\mathrm {Osz} }+f_{\mathrm {ZF} }}$

Eine davon ist erwunscht, die andere wird als Spiegelfrequenz bezeichnet und muss durch Bandfilter vor der Mischstufe oder durch das IQ-Verfahren unterdruckt werden.

Wenn bei ${\displaystyle f_{\mathrm {ZF} }=455\,\mathrm {kHz} }$ beispielsweise eine Station aus dem Frequenzbereich ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ von 800 bis 1200 kHz gewunscht wird, kann man ${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$ auf 1455 kHz einstellen. Dann sind am Ausgang des Mischers diese Frequenzen und deren Summen und Differenzen vorhanden. Der ZF-Filter lasst aber nur 455 kHz durch. Die einzige Frequenz aus dem Bereich von ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$, die diese Bedingung erfullen kann, ist die Empfangsfrequenz 1000 kHz. Eine Addition der Eingangsfrequenz mit der Abstimmfrequenz ist immer ≥2255 kHz; es bleibt also nur die Differenz:

${\displaystyle |f_{\mathrm {E} }-f_{\mathrm {Osz} }|=|1000\,\mathrm {kHz} -1455\,\mathrm {kHz} |=455\,\mathrm {kHz} .}$

In der Praxis lasst man nicht nur diese einzelne Frequenz das Filter passieren, da auf diese Weise die Seitenbander, die die Modulation enthalten, abgeschnitten werden. Man wahlt eine geeignete Bandbreite des ZF-Filters von zum Beispiel 10 kHz (was dann die nutzbare Bandbreite des Audio-Nutzsignals ergibt), um alle Frequenzen zwischen etwa 450 und 460 kHz durchzulassen. Das entspricht dem Gesamtsignal eines amplitudenmodulierten Mittelwellensenders, der einen Bereich zwischen 995 und 1005 kHz belegt.

Beim obigen Beispiel wurde als ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ nur 800 bis 1200 kHz zugelassen. Entfernt man diese Vorselektion, so zeigt sich ein Nachteil des Superhet und die Notwendigkeit, im HF-Vorverstarker (bzw. vor dem Mischer) die Empfangsbandbreite mittels Filter zu beschranken.

Konnten noch hohere Empfangsfrequenzen an den Mischer gelangen, dann gabe es noch eine Differenzfrequenz aus ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ und ${\displaystyle f_{\mathrm {Osz} }}$, die 455 kHz ergibt:

${\displaystyle |f_{\mathrm {E} }-f_{\mathrm {Osz} }|=|1910~{\text{kHz}}-1455~{\text{kHz}}|=455~{\text{kHz}}}$.

Zusatzlich zu der gewunschten Empfangsfrequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ von 1000 kHz wurde auch noch die Frequenz 1910 kHz auf die ZF heruntergemischt, in den ZF-Verstarker gelangen und demoduliert. Diese zweite, ungewollte Empfangsfrequenz nennt man Spiegelfrequenz. Sie ist mit dem Abstand der ZF-Frequenz bezuglich Abstimmfrequenz gespiegelt.

Bei Empfangern mit ungenugender Spiegelfrequenzunterdruckung wird jeder Sender zweimal empfangen (falls die Frequenz des Abstimmoszillators weit genug geandert werden kann): Einmal auf der eigentlichen Sendefrequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ und ein zweites Mal als Spiegelfrequenz dieses Senders auf der Frequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }+2\cdot f_{\mathrm {ZF} }}$. Das ist zwar unschon, oft aber nicht weiter storend. Problematisch wird der Spiegelfrequenzempfang dann, wenn die Empfangsfrequenz und die Spiegelfrequenz von einem Sender belegt ist, was bei hoher Bandbelegung sehr haufig vorkommt. Dann werden beide Sender gleichzeitig demoduliert und es kommt zu horbaren Storungen.

Vorteile:

• Der Superhet ist die beste Art, sehr hohe Empfangsfrequenzen, wie sie etwa beim UKW- oder Satellitenempfang auftreten, stabil zu verarbeiten. Ein Geradeausempfanger ist dafur ungeeignet, weil er zu geringe Verstarkung und zu große Bandbreite hat. Ein Direktmischempfanger ist wegen seines hohen 1/f-Rauschens zu unempfindlich.
• Frequenzmodulation lasst sich nur dann gut demodulieren, wenn das Verhaltnis von Frequenzhub/Frequenz moglichst groß ist. Deshalb wird die Schaltung durch eine Frequenzreduzierung ganz erheblich vereinfacht.
• Das ZF-Filter ist auf eine feste Frequenz eingestellt, die meist niedriger als die Empfangsfrequenz ist. Deshalb ist es einfacher, das Filter mit hoherem Gutefaktor auszulegen.
• Der ZF-Verstarker kann auf tiefen Frequenzen elektrisch stabiler aufgebaut werden als auf hoheren Frequenzen. Eine hohe Gesamt verstarkung lasst sich ohne Ruckkoppelgefahr und mit wenigen Verstarkerstufen erzielen, da die Verstarkung des Signals auf unterschiedlichen Frequenzen erfolgt.
• Diese hohe Gesamtverstarkung wird gezielt so reduziert ( automatische Verstarkungsregelung ), dass am Ausgang annahernd gleiche Signalstarke gemessen wird, auch wenn sich die Antennenspannung um einige Großenordnungen andert. Siehe auch Schwundausgleich .
• Ein Filter, das direkt auf der Empfangsfrequenz arbeitet, muss abstimmbar (in der Frequenz veranderbar) sein, damit verschiedene Frequenzen (Sender) empfangen werden konnen. Hochwertige schmalbandige, abstimmbare Filter sind bei hohen Frequenzen schwer zu realisieren, sie verandern zudem ihre Bandbreite mit der Empfangsfrequenz.
• Ein Filter fester, niedriger Frequenz erhoht die produktionstechnische Reproduzierbarkeit des Empfangers ganz entscheidend gegenuber anderen Konzepten wie dem Geradeausempfanger oder dem Audion . Fur einen Großteil der aufwandigen Abgleicharbeiten, die bei einem Mehrkreisaudion erforderlich sind, genugt beim Superhet eine einmalige Einstellung bei der Herstellung.
• Wenn Akustische-Oberflachenwellen-Filter (in antiken Geraten: mehrere Bandfilter) verwendet werden, wird eine nahezu rechteckformige Durchlasskurve erzielt, die eine hohe Trennscharfe durch hohe Flankensteilheit gestattet, ohne dabei die hohen Frequenzen zu beschneiden.
• Die Oszillatorfrequenz lasst sich - im Gegensatz zum Geradeausempfanger - beispielsweise mit PLL digital einstellen und stabilisieren. Damit kann die Empfangsfrequenz auch ferngesteuert werden.
• Letztlich sei noch die einfache Bedienbarkeit (?Einknopfbedienung“) erwahnt, die das Uberlagerungsprinzip mit sich bringt.

Nachteile:

• Durch das Uberlagerungsprinzip entsteht eine Nebenempfangsstelle (Spiegelfrequenz), die entweder durch erhohten Filteraufwand vor dem Mischer oder mit speziellen Schaltungen wie der Phasenmethode (IQ-Verfahren) unterdruckt werden kann.
• Bei Verwendung eines zu einfachen Mischers kann es zu unerwunschten Nebenprodukten und zu ?Pfeifstellen“ wegen Intermodulation kommen.
• Das Grundrauschen des Empfangers wird durch den zusatzlichen Abstimmoszillator und den Mischer gegenuber einem Geradeausempfanger erhoht. Bei sehr hohen Frequenzen oberhalb etwa 5 GHz ist das Phasenrauschen des Oszillators so hoch, dass die Empfindlichkeit eines Uberlagerungsempfangers merklich reduziert ist. Mit trickreichen Schaltungen lasst sich in Sonderfallen diese Frequenzgrenze bis etwa 50 GHz dehnen.
• Bei optischen Frequenzen (10 ¹⁴  Hz) kann kein Uberlagerungsempfanger mehr gebaut werden, weil kein bekannter Oszillator ( Laser ) uber die notwendige Frequenzgenauigkeit und -konstanz verfugt. In diesem Bereich werden notgedrungen unempfindliche Direktmischempfanger eingesetzt.
• Teile des Lokaloszillatorsignals werden uber die Empfangsantenne ausgestrahlt und erlauben so die Ortung der Empfangsanlage durch andere Empfanger mit Richtantenne , sofern die Frequenz bekannt ist. Fur die zivile Anwendung ist dieser Nachteil jedoch weitestgehend unerheblich. Allerdings kann es im Extremfall auch zu Storungen anderer Empfanger fuhren. ^[6]

Einfachuberlagerung hat bei hohen Frequenzen den Nachteil, dass bei tiefer Zwischenfrequenz (455 kHz) die Spiegelfrequenz kaum von der gewunschten Empfangsfrequenz getrennt werden kann. Wahlt man eine hohe Zwischenfrequenz (10,7 MHz), steigt auch die Bandbreite der ZF-Filter stark an. Deshalb und als Antwort auf spezielle Anforderungen sind Varianten des Uberlagerungsempfangers entwickelt worden.

Beim Einfachsuperhet ist die gewahlte Zwischenfrequenz immer ein Kompromiss. Einerseits soll sie moglichst niedrig sein, denn fur niedrige Frequenzen lasst sich das ZF-Filter steilflankig und mit hohem Gutefaktor aufbauen. Andererseits verscharft eine niedrige ZF das Problem der Spiegelfrequenz. Je niedriger die ZF-Frequenz ist, umso geringer ist der Abstand der Empfangsfrequenz ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$ von einem Signal auf der Spiegelfrequenz (Abstand = ${\displaystyle 2\cdot f_{\mathrm {ZF} }}$).

Eine niedrige ZF erfordert deshalb eine schmalbandige Vorselektion, um die Spiegelfrequenz wirksam zu unterdrucken. Das wird immer schwieriger, je hoher die Empfangsfrequenzen liegen, da dafur der Filter in der Vorselektion bei gleicher Bandbreite eine hohere Gute haben muss.

Um dieses Problem zu umgehen, arbeitet der Doppelsuper mit zwei Zwischenfrequenzen. In Kurzwellen- und Amateurfunk -Receivern wird oftmals die 1. ZF im Bereich von 40 bis 70 MHz gewahlt und als zweite ZF 455 kHz oder niedriger genutzt. Der Abstimmoszillator ( VCO in Bild 1) schwingt hier um die 1. ZF-Mittenfrequenz hoher als ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$.

Durch die hohe erste ZF sind die Spiegelfrequenzen sehr weit von der empfangenen Nutzfrequenz entfernt im Bereich 40…100 MHz. Damit reichte als Vorselektion in der HF-Vorstufe im Prinzip ein 30-MHz-Tiefpass. Zumeist haben diese Empfanger aber mehrere umschaltbare Bandpasse, um moglichst viele starke Sender, z. B. im Mittel- oder niedrigen Kurzwellenbereich, auszublenden.

Auf dieser hohen ersten ZF sind Quarzfilter teuer und haben nur begrenzte Selektion. Deshalb verwendet man fur alle Betriebsarten das gleiche Filter ( Roofing-Filter ) mit typisch 12 kHz Nutzbandbreite und setzt mit einem zweiten Oszillatorsignal (Quarzoszillator in Bild 1) auf eine wesentlich niedrigere 2. Zwischenfrequenz um. Die weitere Selektion kann dann, wie bei einem Einfachsuper, auf z. B. 455 kHz verwirklicht werden. Das Roofing-Filter engt das Frequenzfenster, das die weiteren Stufen verarbeiten mussen, stark ein und halt so sehr viele starke Fremdsignale fern. Schwachpunkt: Liegt ein unerwunschter Sender nah genug an ${\displaystyle f_{\mathrm {E} }}$, dass sein Signal zwar vom breiten Quarzfilter durchgelassen wird, nicht aber vom schmaleren Filter der 2. ZF, kann der zweite Mischer ubersteuert werden.

Eine mittlerweile beliebte Variante ist, eine noch deutlich niedrigere 2. (oder 3.) ZF-Frequenz zu benutzen, dieses ZF-Signal mit einem Analog-Digital-Umsetzer zu digitalisieren und digital weiter zu verarbeiten ? einschließlich Demodulation.

Es ist moglich, mehr als einen Oszillator abstimmbar zu machen. Dieses Prinzip wird zum Beispiel beim Kurzwellenempfanger Barlow Wadley XCR-30 angewandt. Bei diesem Empfanger wird das gewunschte Eingangssignal mit einem einstellbaren Oszillator in den ersten ZF-Bereich von 44,5?45,5 MHz hochgemischt. Dieser erste Oszillator dient der Auswahl des MHz-Bereichs. Die erste ZF wird dann mit einem Oszillatorsignal von konstanten 42,5 MHz in den zweiten ZF-Bereich zwischen 2 und 3 MHz gemischt. Aus der zweiten ZF wird anschließend mit einer normalen Einfachsuperhetschaltung die gewunschte Empfangsfrequenz im Kilohertzbereich eingestellt und auf die dritte ZF von 455 kHz heruntergemischt. Dieses Prinzip erfordert zwei Abstimmvorgange: Die Auswahl des MHz-Frequenzbereichs mit dem ersten Abstimmrad (MHz SET) und anschließend die Auswahl der Empfangsfrequenz innerhalb dieses MHz-Abschnitts mit einem zweiten Abstimmrad (kHz SET).

Die Vorteile dieser Schaltung sind eine fur einen analogen Empfanger gute Ablese- und Wiederholgenauigkeit und eine recht hohe Spiegelfrequenzunterdruckung. Das funktioniert ohne PLL, also ohne die damit einhergehenden potenziellen hochfrequenten Storquellen, leidet aber unter schlechtem Großsignalverhalten. Da die Selektion erst in der funften Stufe erfolgt, konnen die vorhergehenden Stufen durch benachbarte Sender ubersteuert sein, ohne dass man diese Sender horen kann.

Konverter oder Frequenzumsetzer sind Vorschaltgerate, die einen Frequenzbereich auf einen anderen umsetzen (konvertieren). Sie werden meist benutzt, um vorhandenen Geraten neue Frequenzbereiche zu ?erschließen“. Dazu wird der zu empfangende Frequenzbereich im ersten Mischer mit einer konstanten Frequenz gemischt und so ein ganzes Frequenzband in einen anderen Frequenzbereich verlegt. Innerhalb dieses Frequenzbereichs wird dann mit einem Einfach- oder Mehrfachsuper auf den gewunschten Sender abgestimmt.

Ein Beispiel ist der LNB in der Satellitentechnik. Dieser reduziert die Empfangsfrequenz von etwa 10,7?12,7 GHz auf etwa 1?2 GHz und schickt diese erste Zwischenfrequenz uber ein langeres Kabel zum Satellitenreceiver . Hier ist der erste ZF-Filter aber kein Festfrequenzfilter wie bei einem herkommlichen Empfanger, sondern der Satelliten-Receiver ist seinerseits ein Superhet, der den vom LNB kommenden Frequenzbereich (meist 950 bis 2150 MHz) auf 480 MHz umsetzt.

Einsatz finden Frequenzkonverter noch beim Umsetzen des 70-cm-Amateurfunkbandes ins 2-m-Amateurfunkband (historisch) und beim Umsetzen von UHF-Sendern ins VHF-Band (historisch). Fur altere TV-Gerate gibt es Konverter, die den Frequenzbereich der Kabel-Sonderkanale in den UHF-Bereich umsetzen und fur Autoradios gab es Konverter, welche Teile der KW-Bander in den MW-Bereich verlegten.

Ein Messempfanger dient ? ahnlich einem Spektrumanalysator  ? der Ermittlung des Betragsspektrums eines elektromagnetischen Signals . Das verwendete Prinzip ist dem eines Spektrumanalysators nicht unahnlich. Die Demodulation erfolgt hier mit den Detektoren, mit denen die Signalpegel bewertet werden. Allerdings erfolgt vor der Mischung des Signals zusatzlich eine Vorselektion des HF-Signals. Ein Messempfanger ?fegt“ (engl. sweep ) nicht wie der Analysator kontinuierlich uber einen Frequenzbereich (engl. span ), sondern es werden diskrete Frequenzen ausgewahlt, bei denen der Pegel zu messen ist.

Als Pendant zum ?frequenz sweep“ des Analysators verfugen moderne Messempfanger uber einen ?frequency scan“ (der allerdings auch oft ?sweep“ genannt wird). Hier wird in einem bestimmten Frequenzbereich an einer Frequenz eine definierte Zeit lang gemessen, bevor das Gerat einen automatischen Schritt (engl. step ) zur nachsten Messfrequenz ausfuhrt und erneut misst. Die Schrittweite ist dabei abhangig von der jeweiligen Auflosebandbreite, welche wiederum in Normen vorgeschrieben ist. Die Messzeit oder Verweildauer ist je nach zu messendem Signal zu wahlen. Bei schmalbandigen Signalen kann die Zeit vergleichsweise klein gewahlt werden, bei periodisch auftretenden transienten (Stor-)Signalen hingegen muss die Messzeit der Wiederholfrequenz angepasst werden.

Bei modernen Messempfangern sind die ZF-Filterung, sowie die Detektoren, teilweise oder vollstandig digital realisiert. Anforderungen an Messempfanger und deren Detektoren sind international in der CISPR 16-1-1 festgelegt.

Es entstehen heute immer mehr Verfahren, welche mit Hilfe der schnellen Fouriertransformation (engl. Fast Fourier Transformation, FFT) die Funktion und Genauigkeit eines Messempfangers nachempfinden. Hauptsachlich will man damit lange Messzeiten verkurzen, wie sie bei Messungen fur die elektromagnetische Vertraglichkeit notwendig sind. Messungen dieser Art werden in Fachkreisen Zeitbereich-Messungen oder Zeitbereichsmethoden (engl. Time-Domain-Measurement) genannt. Insbesondere in Deutschland wurde in den vergangenen Jahren viel Forschung betrieben, und es entstanden Losungen, sowohl in kommerziellen Messempfangern implementiert, als auch aus einzelnen Komponenten (Messempfanger, Digitaloszilloskop, PC) zum Eigenbau.

Eindeutigkeit

Ein Eingangssignal muss eindeutig mit der Skala oder Frequenzanzeige ubereinstimmen. Im anderen Fall spricht man von Mehrdeutigkeit.

Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeit eines Empfangers gibt an, um wie viel starker ein Nutzsignal (eine Radiosendung oder ahnliches) gegenuber dem Rauschen sein muss, damit der Empfang dieses Nutzsignals noch moglich ist. Das Eingangssignal soll trotz des Rauschens der Empfangerstufen und des uber die Antenne zugefuhrten Außenrauschens noch gut aufzunehmen sein ? egal in welcher Betriebsart.

Feinabstimmung

Unabhangig von der Sendeart (WFM - UKW-Radio, SSB, CW etc.) muss eine gute Abstimmung bei gleich bleibender Selektivitat gegeben sein.

Kompression, Ubersteuerungsfestigkeit

Analog zur Empfindlichkeit stellt sie die obere Grenze des Aussteuerbereichs dar. Sie wird angegeben durch den 1-dB-Kompressionspunkt.

Kreuzmodulation, Zustopfeffekt

Wird die Information/Modulation eines starken Nachbarsenders durch den empfangenen Sender ubernommen, so spricht man von Kreuzmodulation . Bei getasteten HF-Tragern spricht man im selben Fall vom Zustopfeffekt.

Selektivitat

Die Selektivitat oder Trennscharfe bezeichnet die Fahigkeit des Empfangers, aus mehreren, dicht in der Frequenz beieinanderliegenden Sendern den gewunschten herauszufiltern.

Spiegelfrequenzunterdruckung

Der Wert der Spiegelfrequenzunterdruckung gibt an, wie gut Spiegelfrequenzen gedampft werden, die Angabe ist in Dezibel , hohere Werte sind besser.

Stabilitat

Das Nutzsignal soll immer gut empfangbar sein, unabhangig von thermischen und/oder elektrischen Einflussen.

Uberlagerung

Die Addition zweier Schwingungen nennt man Uberlagerung. Fur den Uberlagerungsempfanger ist der Begriff also eigentlich nicht richtig, da hier eine Mischung (also eine Multiplikation) stattfindet. Gemeint ist allerdings die Addition des Betrags in Dezibel, was gleichbedeutend mit einer Multiplikation ist.

Das Zustandekommen der beiden Seitenbander beim Mischen (Idealer Mischer; Multiplizierer) lasst sich mathematisch so erklaren:

Das Eingangssignal sei

${\displaystyle s_{e}(t)=a(t)\,\cos(2\pi f_{\mathrm {e} }\cdot t)}$,

das Signal des idealen Abstimmoszillators sei

${\displaystyle s_{\mathrm {Osz} }(t)=2\,\cos(2\pi f_{\mathrm {Osz} }\cdot t)}$.

Das Ausgangssignal des Multiplizierers ist somit

${\displaystyle s_{\mathrm {Mischer} }(t)=s_{e}(t)\cdot s_{\mathrm {Osz} }(t)=2a(t)\,\cos(2\pi f_{\mathrm {e} }\cdot t)\,\cos(2\pi f_{\mathrm {Osz} }\cdot t)}$.

Durch Anwendung der Additionstheoreme ergibt sich

${\displaystyle s_{\mathrm {Mischer} }(t)=a(t)\,\cos(2\pi (f_{\mathrm {Osz} }+f_{\mathrm {e} })\cdot t)+a(t)\,\cos(2\pi (f_{\mathrm {Osz} }-f_{\mathrm {e} })\cdot t)}$.

Dabei entspricht der Teil

${\displaystyle a(t)\,\cos(2\pi (f_{\mathrm {Osz} }+f_{\mathrm {e} })\cdot t)}$ dem oberen Seitenband ( ${\displaystyle f_{\mathrm {Sum} }}$)

und

${\displaystyle a(t)\,\cos(2\pi (f_{\mathrm {Osz} }-f_{\mathrm {e} })\cdot t)}$ dem unteren Seitenband ( ${\displaystyle f_{\mathrm {Dif} }}$).

Blockschaltbild eines handelsublichen Stereo -Empfangers ( Receiver ) mit VCO, PLL und Mikrocomputersteuerung:

Ansicht auf die Leiterplatte eines Uberlagerungsempfangers:

Der UKW-Tuner (1) enthalt die HF-Stufen, den Oszillator ( VCO ) und die Mischstufe. Dabei werden die HF-Stufen und der Oszillator uber Kapazitatsdioden abgestimmt. Der Tuner besitzt unter anderem einen Eingang fur die Abstimmspannung, sowie einen Ausgang fur die Oszillatorfrequenz (fur PLL). Unter (2) sind die drei 10,7-MHz-Keramikfilter fur die ZF zu sehen. Die ZF wird dem IC (3) zugefuhrt, welcher unter anderem den FM-Demodulator enthalt. Der oft verwendete 7,1-MHz- Quarz unter (4) ist fur die Referenzfrequenz der PLL zustandig. Der PLL-IC (meist ein LM 7000, LM 7001) ist ein SMD -Bauteil auf der Ruckseite der Leiterplatte und nicht zu sehen.

Eine Anwendung des Heterodynprinzips im Infraroten wurde mit dem Infrared Spatial Interferometer verwirklicht, bei dem die aufgefangene Strahlung mit der aus Infrarot lasern gemischt und dadurch zu HF umgesetzt wird.

Generell kommt das Heterondyn-Detektionsprinzip in optischen Anordnungen zur Anwendung, z. B. indem sehr schmalbandig monochromatische Laserstrahlung durch akusto-optische Modulatoren (= lokaler Oszillator) moduliert werden und so geringfugig nach oben und unten verschobene Lichtfrequenzen erzeugt werden, die sich anschließend durch Interferenzfilter oder Fabry-Perot-Etalons gut von der Ausgangsfrequenz trennen lassen.

• Jens Heinich: Eine kurze Chronik der Funkgeschichte. Hein, Dessau 2002. ISBN 3-936124-12-4 .
• Martin Gerhard Wegener: Moderne Rundfunk-Empfangstechnik. Franzis, Munchen 1985, ISBN 3-7723-7911-7 .
• Ferdinand Jacobs: Lehrgang Radiotechnik. Franzis, Munchen 1951, ISBN 3-7723-5362-2 (2 Bande).
• Philips GmbH (Hrsg.): Philips Lehrbriefe. Band 1. Einfuhrung und Grundlagen. Philips Fachbucher. Hamburg 1987.
• Otto Limann, Horst Pelka: Funktechnik ohne Ballast. Einfuhrung in die Schaltungstechnik der Rundfunkempfanger. 16. Auflage. Franzis, Munchen 1984, ISBN 3-7723-5266-9 .
• Dieter Nuhrmann: Das große Werkbuch Elektronik. Franzis, Poing 2001. ISBN 3-7723-5575-7
• Heinrich Hubscher (Hrsg.) u. a.: Elektrotechnik. Fachbildung Kommunikationselektronik. Band 2. Radio-, Fernseh-, Funktechnik. Westermann, Braunschweig 1989, ISBN 3-14-221330-9 .
• W. Rohlander: Der Superhet. In: Funkamateur. Theuberger, Berlin 1977, ISSN   0016-2833 , S. 193.
• Christoph Rauscher: Grundlagen der Spektrumanalyse. 3. Auflage, Rohde & Schwarz, Munchen 2007, ISBN 978-3-939837-00-8 .
• Ralf Rudersdorfer: Funkempfangerkompendium. 1. Auflage, Elektor, Aachen 2010, ISBN 978-3-89576-224-6 .

• Radiomuseum.org: "Mischung und Frequenzumsetzung" (Sehr ausfuhrlicher Beitrag uber Mischstufen in Radioempfangern)
• Jogis Roehrenbude: Uberlagerungsempfanger fur AM (Sehr ausfuhrliche Erklarung)
• Funkschau Nr. 49, 1932 (Superhet-Sonderheft): S. 385?388 S. 389?392 (pdf, digitalisiert von www.radiomuseum.org)
• Edwin Armstrong: Pioneer of the Airwaves  ? Edwin Armstrong: Pionier der Atherwellen (englisch)
• Lucien Levy  ? Kurze Biografie von Lucien Levy (franzosisch)
• Barlow Wadley  ? Alles uber den Barlow Wadley (englisch)
• Skript zum Thema Empfangertechnik
• Radarempfanger
• Anforderungen an Messempfanger nach CISPR 16-1-1 (englisch) (PDF; 365 kB)

1. ↑ Alan Douglas: Who Invented the Superheterodyne?. , Originalartikel: The Legacies of Edwin Howard Armstrong. In: Proceedings of the Radio Club of America Nr. 3, 1990, Vol. 64
2. ↑ Patent US1342885 : Method of Receiving High Frequency Oscillations. Erfinder: Edwin H. Armstrong. ‌
3. ↑ Patent FR493660 . ‌
4. ↑ Patent FR506297 . ‌
5. ↑ Radiola AR-812 (englisch) → Webseite nicht mehr abrufbar → Archiv (14. September 2005 09:35 Uhr) ( Memento vom 14. September 2005 im Internet Archive )
6. ↑ Alte Wecker funken Storfeuer im Flugzeugfunkverkehr (heise.de)