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AM: Homodyne-, Synchrodyne-, Synchron-, PLL-Empfang

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Papers » Basic principles of radio technique » AM: Homodyne-, Synchrodyne-, Synchron-, PLL-Empfang
           
Dietmar Rudolph
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Bei der Amplitudenmodulation (AM) wird die Information als (zeitliche) Veränderung der Amplitude (Hüllkurve) der HF-Schwingung übertragen. Als Demodulator wird daher i.a. ein Hüllkurven-Demodulator verwendet, der die Hüllkurve der modulierten Schwingung "abtastet" (Spitzengleichrichter). Im einfachsten Fall ist das eine "Detektor-Schaltung", wie sie auch zu Beginn des Rundfunks häufig verwendet wurde.

Damit eine Hüllkurven-Demodulation keine Verzerrung des demodulierten Signals ergibt, dürfen sich die "obere Hüllkurve" und die "untere Hüllkurve" eines AM modulierten Signals nicht überschneiden. Technisch wird das in der Größe des Modulationsgrades m ausgedrückt, der kleiner als 1 sein muß, (m < 1). Zwar wird beim Sender dafür Sorge getragen, daß der Modulationsgrad stimmt, jedoch kommt es auf dem Übertragungsweg infolge von Mehrwegeausbreitung (über die Ionosphäre) zu selektivem Trägerschwund, wodurch sich am Empfangsort ein Modulationsgrad m > 1 (Übermodulation) ergibt, was zu nichtlinearen Verzerrungen des (mit einem Spitzengleichrichter) demodulierten Signals führt.

Zur Demodulation und zu Demodulatorschaltungen in Radios siehe auch AM Demodulation, woraus einige der folgenden Bilder sind.

Störungen durch ausbreitungsbedingte Übermodulation lassen sich weitestgehend vermeiden, wenn im Empfänger eine geeignete Träger-Schwingung  hinzugefügt (und synchronisiert) wird. Je nach gewählter Demodulator-Schaltung kommt man dann zum

  • Homodyne-, Synchrodyne-, Synchron-, oder PLL-Empfang

Grundsätzlich hat ein derartiger synchroner AM-Demodulator dann folgende Struktur, bei der die AM-Zeitfunktion uAM(t) mit der Trägerschwingung uC(t) multipliziert wird. Hinter einer Tiefpaß-Filterung steht das demodulierte Signal uDem(t) zur Verfügung.

In diesem Beispiel wird der in dem AM-Signal vorhandene Träger gefiltert und in einem (wie auch immer realisierten) Begrenzerverstärker daraus die Trägerschwingung uC(t) gewonnen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Oszillator zu synchronisieren, was z.B. direkt durch "Mitziehen" oder (moderner) mit Hilfe einer Phasenregelschleife (PLL, phase locked loop) geschehen kann.

Das "Mitziehen" ist ein Effekt, der schon recht frühzeitig beim Audion-Empfang entdeckt wurde. Schwingt das Audion nur recht schwach (Rückkopplung nicht zu stark "angezogen"), lassen sich die Sender "einpfeifen", eine Methode, die den "Rückkopplern" damals viel Ärger eintrug, weil die Empfänger in der Umgebung das Pfeifgeräusch ebenfalls wiedergaben.

Bild aus "Barkhausen, H.: Lehrbuch der Elektronenröhren, Bd. 3, Rückkopplung, 8.A., Hirzel, 1960"

Wie man aus dieser Darstellung sieht, läßt sich ein Oszillator auch ohne PLL synchronisieren. Und genau darauf beruhen die "Homodyn"- und "Synchrodyn"-Demodulatoren.

Die AM-Demodulation mit einer synchronen Trägerschwingung ist im nächsten Bild dargestellt.

Eine "Hilfsschwingung" am Empfangsort zu "überlagern", wie man das auch auffassen kann, gab es schon recht frühzeitig und sogar noch bevor es Röhren gab.

In einem zweiteiligen Aufsatz, den Prof. Dr. Berthold Bosch unter dem Titel "Synchron- / Homodyn-Empfang" 2008 in der Funkgeschichte der GFGF veröffentlicht hat, ist das sehr genau beschrieben. Es ist spannend zu lesen, mit wie geringem Aufwand sich schließlich sogar ein empfindlicher und selektiver Kurzwellen-Empfänger  in dieser Technik realisieren läßt.

Bosch, B.: Synchron- / Homodyn-Empfang Teil 1

Bosch, B.: Synchron- / Homodyn-Empfang Teil 2

Werner Häusle hat ebenfalls in der Funkgeschichte einen Homodyn-Superhet vorgestellt.

Häusle, W.: Homodyn-Demodulation

Die PDF-Files wurden freundlicherweise von der GFGF zur Verfügung gestellt.

MfG DR

This article was edited 04.May.10 18:39 by Dietmar Rudolph .

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Zum Beitrag von Herrn Häusle "Homodyn-Demodulation" erreichte mich ein ergänzender Beitrag, der in der Anlage wiedergegeben ist.

Es werden das verwendete Tiefpaßfilter und die Demodulatorschaltung mit der ECH84 analysiert.

MfG DR

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Zu den beiden Artikeln "Bosch, B: Synchron- Homodyn-Empfang" erreichte mich eine Ergänzung von Dr. Stoll mit der Bitte um Veröffentlichung.

Im Vorfeld gab es dazu bereits seit längerem Kontakte zwischen den Herren Dr. Stoll und Prof. Dr. Bosch. Von Kollegen Bosch erhielt ich nun die folgende Mail hierzu (Auszug):

Lieber Herr Rudolph,

als ich damals meinen Artikel geschrieben habe, war ich verschiedentlich mit Dr. Stoll in Kontakt. Er hatte seinerzeit ja das Thema Homodyn in der FG angeschnitten. Herr Dr. Stoll kannte mein Manuskript vor der Veröffentlichung und hat angemerkt, dass er an ein, zwei Stellen meinte, dort müsse es etwas anders gesehen werden. Er wollte all dies und neue Betrachtungen in einem (ausführlichen) GFGF-Themenheft formulieren. Eine erste, noch nicht vollständige Version davon hatte er mir zugeschickt. In meinem Text habe ich ja angemerkt, dass eine ausstehende Arbeit von Herrn Stoll die Aufklärung an einer noch unbefriedigten Stelle bringen könnte.

Was mich betrifft, habe ich inzwischen andere Themen, mit denen ich mich befasse, soweit meine "Gesundheit" es gestattet.
Ich schlage deshalb vor, dass Herr Dr. Stoll seine Meinungen, Erkenntnisse und Korrekturen zu meiner Arbeit allein, unter seinem Namen einbringt und einstellt.

Herr Stoll hat mir nun seine Anmerkungen geschickt und verweist in seinem Schreiben auf die Änderung der Bedeutung von "Homodyn" zwischen den allerersten Anfängen und dem späteren Verständnis des Begriffes:

Der Grund für mögliche Mißverständnisse bestand und besteht meines Erachtens darin, daß rund 40 Jahre lang unter Homodyn-Empfang die kohärente Detektion von Zweiseitenband-AM-Signalen mit Träger verstanden wurde. Dafür muß eben die lokal erzeugte Trägerschwingung frequenzgleich und phasenstarr zum Träger des Empfangssignal sein. Für "direct conversion" und Einseitenband ohne Träger reicht es aus, daß die lokal erzeugte Trägerschwingung annähernd frequenzgleich zum Träger des Empfangssignal ist, und dieser Fall ist von 1915 Carson als Homodyn benannt worden.

Neben der Erläuterung der Auswirkung der veränderten Bedeutung von "Homodyn" wird auch die Funktionsweise der "Bellescize'schen Homodyn-Anordnung mit Reaktanzröhre", die "Oszillatorverstärkung im Mitnahmebereich" und der "Einfache Homodyn-Empfänger mit Transistoren" kommentiert.  Im Anhang findet sich eine Literaturliste mit 10 Einträgen.

A. Stoll: Anmerkungen zu Synchron- /Homodyn-Empfang (pdf 152kB)

MfG DR

 
  
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