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Bau und Funktionsweise des Radios. Schwerpunkt Amplitudenmodulation

Facharbeit (Schule) 2018 43 Seiten

Physik - Physik allgemein

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Elektromagnetische Wellen

3. Modulation
3.1 Amplitudenmodulation
3.2 Frequenzmodulation

4. Schwingkreise

5. Lautsprecher

6. Eigenbau

7. Schlusswort

8. Abbildungsverzeichnis

9. Literaturverzeichnis

10. Abkürzungen

11. Anhang

1. Einleitung

Schon 1886 wurde die elektromagnetische Welle von Heinrich Hertz entdeckt. 1901 nutzte Guglielmo Marconi sie schon um mit ihr über den Atlantik zu kommunizieren. Radios nutzen elektromagnetische Wellen um Signale zu empfangen und sie in Schallwellen umzuwandeln. Es dauerte aber bis das erste massentaugliche Radio auf den Markt kam. Es war der Volksempfänger. Er wurde über 20 Millionen Mal in den ersten beiden Jahren ab 1933 verkauft.

Damit haben sich damals erstmals politische Führungskräfte die Signalverbreitung zu Nutze gemacht. Das Radio war damit ein durch die neuartige Technologie sehr mächtiges Instrument. Auf Grundlage der elektromagnetischen Wellen konnten nun Informationen weite Strecken nahe der Lichtgeschwindigkeit zurück gelegt werden.

Heutzutage versuchen immer noch viele Interessens-gemeinschaften wie z. B. Unternehmer, Künstler, Musiker oder auch Politiker möglichst viele Menschen zu erreichen. Dies ist jedoch schwieriger geworden, da es nun mehr Interessensgruppen sowie mehr Informationskanäle gibt.

2. Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen umgeben uns permanent, aber nur geringe Anteile von diesen können Lebewesen mit den natürlichen Sinnesorganen wahrnehmen. So liegt zum Beispiel die des mit dem Auge sichtbaren Lichts in einem Bereich von etwa 380 – 780 nm.

Vor und hinter diesem Bereich werden aber auch Informationen übertragen. Hier zu sehen ist eine Abb., die zeigt, wie wenig wir Menschen mit einem unserer am meisten benutzten Sinnesnerven eigentlich wahrnehmen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Ausschnitt des elektromagnetisches Wellenspektrums

Zu beachten ist auch, dass hier keine vollständige lineare Skalierung vorliegt. Zudem wird direkt eine Zuordnung von Wellenlänge und Frequenz vorgenommen. Diese lässt sich auch mit der Formel bestimmen, wobei c für die Lichtgeschwindigkeit von ~ 3 * 108 m/s steht und λ (lambda) für die Wellenlänge.

Leicht überprüfen lässt sich dabei, dass eine Welle mit der Frequenz von 104 Hz sich mit der Wellenlänge von etwas mehr als 104 m durch den Raum bewegt. Die oben gegebene Formel lässt sich nach umstellen. Dies ergibt nach dem Einsetzen 3 * 108 m/s. Somit entspricht „etwas mehr“ ungefähr dem Faktor 3.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Bestandteile einer elektromagnetischen Welle

Elektromagnetische Wellen bestehen dabei immer aus einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld, die im freien Raum immer senkrecht zueinander stehen sowie gleich groß sind. In der nebenstehenden Abb. steht dabei die x-Achse in die Ausbreitungsrichtung.

Eine elektromagnetische Welle benötigt im Gegensatz zu z. B. einer Schallwelle kein Ausbreitungsmedium und kann sich daher auch ohne Materie ausbreiten. Jedoch beeinflusst das Medium die Ausbreitungsgeschwindigkeit von einer elektromagnetischen Welle. Dies wird in der Phasengeschwindigkeit angegeben. Im Vakuum ist diese gleich der Lichtgeschwindigkeit, sonst geringer.

Zusätzlich kann die elektromagnetische Welle einen Teilchencharakter aufweisen, was man Dualismus von Teilchen und Welle nennt. Diese Vorstellung braucht man zum Beispiel um den photoelektrischen Effekt zu erklären. Dabei werden Elektronen aus einer Oberfläche herausgelöst, sobald diese mit kurzwelligem Licht bestrahlt werden. Zur Erklärung benötigt man die Quanten der elektromagnetischen Wellen, die Photonen. Diese haben eine Energie, die proportional zur Frequenz ist. Ist die Frequenz nun hoch genug oder, wie oben beschrieben, die Wellenlänge kurz genug, können Elektronen aus Atomen herausgelöst werden.

Im Gegensatz dazu behandelt man in der Optik elektromagnetische Wellen wie Strahlen.

Die Sichtweise auf elektromagnetische Wellen ist also von dem Sachzusammenhang abhängig.

In der Rundfunktechnik betrachtet und beschreibt man sie wie Wellen, wie in der Abb. rechts dargestellt.

3. Modulation

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Kennzahlen einer Welle

Als Modulation (von lateinisch „modulatio“, zu deutsch „Melodie“; auch „Rhythmus“) bezeichnet man die Veränderung einer Welle von niedrigen zu hohen Frequenzen. Dabei wird das niederfrequente Nutzsignal mit einem hochfrequenten Trägersignal zu einem hochfrequenten Sende- oder auch Trägersignal moduliert und somit verändert.

Das Ziel ist es dabei, Informationen über eine elektromagnetische Welle zu übertragen. Man macht sich dabei zu Nutze, dass der Mensch nur einen kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums aus der Umwelt wahrnimmt.

Bei einem Radio wandelt man zur Übertragung von Schallwellen zuerst diese in elektrische Impulse um, damit man sie zur Überbrückung von weiten Strecken in elektromagnetische Wellen umwandeln kann. Diese haben den Vorteil, nicht durch Materie gedämpft zu werden.

Deshalb muss man die aus dem Audiosignal entstehenden elektrischen Impulse so verändern, dass man sie leicht in elektromagnetische Signale übertragen kann. Dazu gibt es verschieden Ansätze, die alle Vor- und Nachteile haben.

Das Nutzsignal wird hier, wie in der Abbildung unten, vereinfacht dargestellt, denn die Amplitude und Frequenz ändern sich bei einem Sprachsignal ständig. Stattdessen werden diese Parameter im Nachhinein angepasst und beobachtet, wie sich die modulierte Welle verändert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1 Amplitudenmodulation

Bei der Amplitudenmodulation wird die Amplitude der Welle verändert. Dabei bleibt die Frequenz immer gleich.

Dieses Verfahren benötigt nicht viele elektronische Bauteile und wurde deshalb vor allem in den Anfängen der Rundfunktechnik benutzt.

Aber zuerst zu der Theorie:

Das Nutzsignal hat verschiedene Frequenzen und Amplituden. Im Gegensatz dazu besitzt der unmodulierte Träger nur eine Frequenz und eine Amplitude.

Der modulierte Träger lässt sich mathematisch wie folgt beschreiben:

- ω ist die Frequenz des Nutzsignals
- Ω ist die Frequenz des Trägers
- Û beschreibt die Amplitude
- Bedingung: Ω > ω
- Funktion des gesamten Nutzsignals:
- Funktion des Trägersignals:

Umschrieben bedeuten diese Gleichungen etwa, dass sie oszillierende Funktionen sind, die den Hochpunkt bei Û haben. Dabei wird angenommen, dass das Nutzsignal eine gleichmäßig niederfrequente Welle darstellt und dass der Nullphasenwinkel Null beträgt.

Im Praxisbezug spielt es keine große Rolle, ob man den Kosinus oder den Sinus nimmt, denn sie können beide eine elektromagnetische Welle beschreiben.

Die Funktion der modulierten Welle errechnet sich aus der Addition des unmodulierten Trägers mit dem Produkt von Nutzsignal und der Frequenz der Trägerschwingung:

[...]

Details

Seiten
43
Jahr
2018
ISBN (eBook)
9783668717657
ISBN (Buch)
9783668717664
Dateigröße
6.9 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v427333
Note
1
Schlagworte
amplitudenmodulation

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Titel: Bau und Funktionsweise des Radios. Schwerpunkt Amplitudenmodulation