1 Erlebnis Amateurfunk

29

1.1 Amateurfunk, Freenet, PMR und CB-Funk

29

1.2 Funken?

30

1.3 Funkern zugehört

31

1.3.1 Buchstabieren

32

1.3.2 Q-Gruppen

33

1.3.3 Weitere betriebliche Abkürzungen

38

1.3.4 Rufzeichen

38

1.3.5 Was hört man?

39

1.4 Funkübertragung

40

1.5 Amateurfunk mithören

44

1.5.1 SDR-Empfang per Internet

44

1.5.2 SDR-Empfänger am PC

49

1.5.3 Klassische Empfangsgeräte

50

1.5.4 Bausätze

51

1.5.5 Antennen für den Empfang

51

1.6 Funkamateure persönlich kennenlernen

54

1.7 Technik als Erlebnis

56

2 Fachrechnen

59

2.1 Basisgrößen des SI-Einheitensystems

59

2.2 Dezibelrechnung für Verstärkung und Dämpfung (Leistung)

65

2.2.1 Berechnung des Leistungs- oder Dämpfungsfaktors

67

2.2.2 Berechnung der Verstärkung in dB aus dem Leistungsfaktor

68

2.2.3 Wichtige dB- und Leistungsfaktorwerte

68

2.3 Rechnen mit Dezibelwerten

69

2.4 Dezibelrechnung für Verstärkung und Dämpfung (Spannung)

70

2.4.1 Wichtige dB- und Spannungsfaktorwerte

70

2.5 Dezibelrechnung: Leistungspegel

72

2.5.1 Wichtige Leistungspegel

72

2.6 Dezibelrechnung: Spannungspegel

73

2.7 S-Meter und dB

74

2.8 Zahlensysteme

77

2.8.1 Umrechnen von Dualzahlen

77

2.8.2 Umrechnen von Hexadezimalzahlen

79

4 Physikalische Grundlagen

87

4.1 Spannung als Ursache

87

4.2 Strom

90

4.3 Ladungsmenge

92

4.4 Stromleitverhalten verschiedener Stoffe

94

4.4.1 Leiter

94

4.4.2 Halbleiter

95

4.4.3 Nichtleiter, Isolatoren

98

4.4.4 Zusammenfassung

98

4.5 Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit

100

5 Die Welt der Widerstände

103

5.1 Schaltzeichen

104

5.2 Widerstände als Bauelement

105

5.2.1 Bauausführungen von Widerständen

105

5.2.2 Wertangaben für SMD-Widerstände

108

5.2.3 Manuell veränderbare Widerstände

109

5.2.4 Widerstandsreihen

111

5.3 Berechnung von Widerständen, Spannung, Strom, Leistung

113

5.3.1 Widerstandsberechnungen im Detail (Strom und Spannung)

113

5.3.2 Widerstandsberechnungen und Leistung

114

5.4 Innenwiderstand von Strom- und Spannungsquellen

117

5.5 Leistungsanpassung

118

5.6 Serienschaltung (Reihenschaltung) von Widerständen, Spannungsteiler

119

5.7 Parallelschaltung von Widerständen (verzweigter Stromkreis)

121

5.8 Gemischte Schaltung von Widerständen

123

5.8.1 Berechnungen mit variablen Widerständen

125

5.9 Experimentieren und Simulieren

126

5.9.1 Steckplatine

126

5.9.2 Aufbau des Stromkreises und Experimente mit Widerständen

127

5.9.3 Simulation am Rechner

131

6 Elektrische Leistung

135

6.1 Wirkungsgrad

135

6.2 Elektrische Arbeit

136

7 Wechselstrom/Signale

139

7.1 Schwingungsformen

143

7.2 Berechnung der Frequenz

145

7.3 Berechnung der Periodendauer

145

7.4 Berechnung der Frequenz aus der Periodendauer

146

7.5 Berechnung der Wellenlänge

148

7.6 Berechnung des Effektivwerts

149

7.7 Spannungsmessung mit dem Oszilloskop

150

7.8 Zeigerdarstellung sinusförmiger Signale

150

7.9 Phasendifferenzen

152

7.10 Nichtsinusförmige Signale

153

8 Das elektrische Feld (elektrostatisches Feld)

159

8.1 Das elektrische Feld als Bauelement: Der Kondensator

161

8.1.1 Vom Dielektrikum zum Bauelement

161

8.1.2 Zusammenschaltung von Kondensatoren

174

8.1.3 Ladung und Entladung eines Kondensators im Gleichspannungskreis

177

9 Magnetisches Feld und Induktivitäten

181

9.1 Magnetisches Feld

181

9.1.1 Skin-Effekt und Wirbelströme

182

9.2 Induktivität (Spulen und Transformatoren)

183

9.3 Schaltzeichen für Induktivitäten

184

9.4 Induktivitäten selbst bauen

184

9.5 Induktivitäten (Bauelemente)

186

9.6 Grundlagen der Induktivität

191

9.7 Eigenschaften von Induktivitäten

192

9.7.1 Experimente

192

9.8 Vertiefung mit Berechnungen

194

9.8.1 Spulenberechnungen

194

9.8.2 Magnetische Feldstärke

196

9.8.3 Magnetische Flussdichte

198

9.9 Zusammenschaltung von Induktivitäten

199

9.10 Die Spule im Gleichstromkreis

200

9.11 Transformatoren und Übertrager

202

9.11.1 Allgemeines zu Transformatoren und Übertragern

202

9.11.2 Übersetzungsverhältnisse Spannung

207

9.11.3 Übersetzungsverhältnisse Strom

208

9.11.4 Stromdichte bei Transformatorenwicklungen

209

9.11.5 Übertrager, Impedanzen, Übersetzung von Widerstandsverhältnissen

210

9.11.6 Balun – balanced-unbalanced

212

10 R, C und L im Wechselstromkreis

215

10.1 Ohmscher Widerstand

215

10.2 Kondensator im Wechselstromkreis

216

10.2.1 Kondensatorverluste, Verlustwiderstand, Auswahl des Dielektrikums

218

10.3 Induktivität/Spule

219

10.3.1 Spulenverluste, Güte

221

10.3.2 Induktivitäten in Schaltungen und Geräten

221

10.4 Zusammenfassung

221

10.4.1 Experimente

222

10.5 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand

223

10.6 Reihenschaltung von Spule und Widerstand

223

10.7 Tief- und Hochpassfilter für den Audiobereich

223

10.7.1 Tief- und Hochpassfilter aus R und C oder L berechnen

224

10.7.2 Ermitteln der Spannungsverhältnisse

226

10.8 Schwingkreise mit Spulen und Kondensatoren

226

10.8.1 Schwingung im LC-Kreis

227

10.8.2 Schwingungsarten

228

10.8.3 Reihenschwingkreis

229

10.8.4 Parallelschwingkreis

231

10.8.5 Resonanzfrequenz von Schwingkreisen

233

10.8.6 Frequenzändernde Eingriffe am Schwingkreis

235

10.8.7 Bandbreite und Güte von Schwingkreisen

235

10.9 Bandfilter

242

10.9.1 Schwingquarze als Bandfilter

246

10.9.2 Hoch- und Tiefpassfilter mit Spule und Kondensator

247

10.10 Probleme in Hochfrequenzschaltungen

251

10.10.1 Experimente

251

11 Die Halbleiterdiode

253

11.1 Schaltzeichen

253

11.2 Dioden (Bauelemente)

253

11.3 Diodentypen und Eigenschaften

256

11.4 Spannungsabfall an Dioden

258

11.4.1 Experiment: Messung des Spannungsabfalls an einer Siliziumdiode 1N4001

258

11.5 Dioden in Schaltungen

260

11.5.1 LED mit Vorschaltwiderstand

260

11.5.2 Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

261

11.5.3 Kapazitätsdiode

263

11.5.4 Spannungsbegrenzer mit antiparallelen Dioden

263

11.5.5 Entkopplung von Spannungsquellen

264

12 Der Transistor und seine Grundschaltungen

267

12.1 Schaltzeichen

267

12.2 Transistoren (Bauelemente)

268

12.2.1 Aufbau und Funktion von bipolaren Transistoren

270

12.2.2 Aufbau und Funktion von Feldeffekttransistoren

286

12.3 Integrierte Schaltkreise

291

12.3.1 Analoge ICs: Der Operationsverstärker

292

12.3.2 Digitale ICs: Logische Schaltungen

297

14 Schaltungskunde: Stromversorgung

307

14.1 Schaltnetzteil vs. klassische Längsregelung

307

14.2 Berechnung einfacher Versorgungsschaltungen

307

14.3 Gleichrichtung

308

14.4 Gleichspannungsrückgewinnung bzw. Spannungsvervielfacher

313

14.5 Spannungsglättung

315

14.6 Spannungsregelung

317

14.7 Spannungsregelung mit Festspannungsreglern

319

14.8 Funktionsweise von Schaltnetzteilen

322

14.9 Rückwirkungen in das Stromnetz, Störungen

322

14.10 Hochspannungsgleichrichter

323

15 Grundlagen der elektronischen Schwingungserzeugung

325

15.1 Oszillator (Schwingungserzeuger)

325

15.1.1 Rückkopplung als Grundlage der Schwingungserzeugung

326

15.1.2 Oszillatoren: Der richtige Messpunkt an Oszillatoren

331

15.1.3 Zusammenfassung zu Oszillatoren

331

15.2 Phasenregelkreise, PLL

331

15.2.1 Der Phasenvergleicher ?

332

15.2.2 Der Teiler

334

15.2.3 Der VCO

334

15.2.4 Der Tiefpassfilter

335

15.3 Direkte digitale Synthese (DDS)

335

16 Sende- und Empfangstechnik

337

16.1 Sendearten, Modulation

337

16.1.1 Sendearten und deren Kennzeichnung

338

16.1.2 Eigenschaften verschiedener Modulationsarten

339

16.1.3 Intermodulation und Kreuzmodulation

350

16.1.4 Vertiefung zu Modulationsarten

351

16.1.5 Praktische Darstellung von modulierten Signalen

351

16.1.6 Morsetelegrafie (CW)

352

16.2 Betriebsarten

353

16.2.1 Richtungsangaben in der Kommunikation

353

16.2.2 Übersicht der Betriebsarten im Amateurfunk

355

16.3 Modulator und Demodulator

361

16.3.1 Amplitudenmodulation (AM)

361

16.3.2 Einseitenband, Single Sideband (SSB)

365

16.3.3 Frequenzmodulation (FM)

370

16.3.4 Phasenmodulator

374

16.4 Arbeit mit Blockschaltbildern

375

16.5 Arbeitsweise von Empfängern

377

16.5.1 Digitale Signalverarbeitung in Empfängern und Sendern

394

16.5.2 Bedienung von Empfängern, Sendern und Funkgeräten

395

16.6 Sendetechnik

398

16.6.1 Einzelne Senderbaugruppen

398

16.6.2 Transverter (»Nachsetzer«)

404

16.6.3 (Leistungs-)Verstärker in Sendern

405

16.6.4 Details zum SSB-Sender

410

16.6.5 Details zum VHF-FM-Sender

414

16.6.6 Senderschaltungen mit Transistoren

414

16.6.7 Senderschaltungen mit Röhren

417

16.6.8 Leistungsmessung

418

16.6.9 Leistungsangaben

419

16.7 Unerwünschte Aussendungen vermindern

420

17 Antennen

425

17.1 Antennenformen

425

17.2 Korrekturfaktor (Verkürzungsfaktor)

428

17.3 Der Dipol und seine Varianten

428

17.3.1 Horizontales und vertikales Strahlungsdiagramm

429

17.3.2 Strom- und Spannungsverteilung beim Halbwellendipol

431

17.3.3 Außermittig gespeiste Halbwellenantennen

433

17.4 Dipol-Weiterentwicklungen: Trapantennen, W3DZZ

436

17.4.1 Die W3DZZ-Antenne

436

17.4.2 Trapantennen allgemein

437

17.5 Die G5RV-Antenne

438

17.6 Der Faltdipol

439

17.7 Die Delta-Loop (Dreiecksschleife)

439

17.8 Die Quadantenne

440

17.9 Praxis: Drahtantennen bauen

441

17.10 Richtantennen

442

17.10.1 Aufbau von Yagiantennen

442

17.10.2 Details zu Yagi- und Richtantennen

443

17.11 Vertikalantennen und Rundstrahlantennen

447

17.12 Praxis: Besondere Antennenformen

452

17.12.1 Magnetische Ringantennen

452

17.12.2 Aperiodische Antenne: die T2FD (Tilted Terminated Folded Dipole)

456

17.13 Verkürzung von Antennen

457

17.14 Polarisation von Antennen

458

17.15 Installation von Sendeantennen

460

18 Übertragungsleitungen

461

18.1 Allgemeines zu Übertragungsleitungen

461

18.2 Paralleldrahtleitung

462

18.3 Koaxialkabel

464

18.3.1 Aufbau von Koaxialkabeln

464

18.3.2 Berechnung des Wellenwiderstands Z

465

18.3.3 Verminderte Ausbreitungsgeschwindigkeit

466

18.3.4 Der Verkürzungsfaktor k

467

18.3.5 Kabeldämpfung

468

18.4 Übersicht über Koaxialkabel

470

18.5 Steckverbinder für Koaxialkabel

471

21 Anpassung, Transformation und Symmetrierung

483

21.1 Die ?/4-Leitung

483

21.2 Die ?/2-Leitung

486

21.3 Symmetrierung

487

22 Elektromagnetisches Feld

491

22.1 Polarisation von Antennen

491

22.2 »Von der Antenne in den Äther«

493

22.3 Wellenausbreitung der Kurzwelle

495

22.3.1 Bodenwellenausbreitung

496

22.3.2 Vorgänge in der Ionosphäre

496

22.3.3 Sonnenfleckentätigkeit und Ionosphäre

497

22.3.4 Partikelstrom, Sonnenwind

498

22.3.5 Schichten der Ionosphäre (Übersicht)

498

22.3.6 MUF & Co. im Detail

500

22.4 UKW-Ausbreitung

503

22.4.1 Normales Ausbreitungsverhalten

503

22.4.2 Troposphärische Überreichweiten

504

22.4.3 Sporadic-E

505

22.4.4 Aurora

505

23 Leistung und Feldstärke

507

23.1 Effektiv abgestrahlte Leistung am Dipol (ERP) und am isotropen Strahler (EIRP)

507

23.2 Errechnung der EIRP aus Sendeleistung und Antennengewinn dBi

509

23.3 EIRP/ERP des Rückverhältnisses bei Richtantennen

509

23.4 Feldstärkeberechnungen

510

23.5 Personenschutz, Berechnung von Schutzabständen

511

24 Messungen und Messgeräte

517

24.1 Arten der Messwerke

518

24.1.1 Drehspulmesswerke

519

24.1.2 Dreheisenmesswerke

521

24.1.3 Einbaulagen analoger Messinstrumente

522

24.1.4 Digitale Messinstrumente

522

24.2 Messbereichserweiterungen

523

24.3 Arbeiten mit dem Multimeter/Vielfachmessgerät

524

24.4 Widerstandsmessung

529

24.5 Empfindlichkeit und Innenwiderstand von Messinstrumenten für Strom- und Spannungsmessungen

530

24.6 Genauigkeit von Messinstrumenten

531

24.7 Details zu Strom- und Spannungsmessungen

533

24.7.1 Bestimmung der Eingangsleistung

533

24.8 Berücksichtigung des Innenwiderstands der Messgeräte bei Messungen

534

24.9 Hilfsschaltungen für Messaufgaben

535

24.9.1 Künstliche Antenne/Dummy Load

535

24.9.2 HF-Tastkopf

536

24.9.3 Leistungsmesskopf

538

24.10 Der Absorptionsfrequenzmesser

540

24.11 (Einfacher) Feldstärkeanzeiger

541

24.12 Das Dipmeter

541

24.13 Das Stehwellenmessgerät (SWR-Meter)

544

24.14 Das Oszilloskop

547

24.15 Der Frequenzzähler

551

25 Störungen & Co.

555

25.1 Störungen des Empfangs

555

25.2 Einströmungen

556

25.3 Einstrahlungen in Geräte

559

25.4 Empfangsstörungen durch Korrosion an Antennenanschlüssen

560

25.5 Einstreuungen in das Stromnetz

560

25.6 Störungen beim Sendebetrieb vermeiden

561

25.7 Vorgehensweise im Störungsfall

562

25.7.1 Vorbereitung

562

25.7.2 Vorgehen beim Nachbarn

562

28 Nach bestandener Prüfung – Stationsaufbau

579

28.1 Funkgeräte – Typenkunde

579

28.1.1 Handfunksprechgeräte

579

28.1.2 Portabelfunkgeräte

582

28.1.3 Mobilgerät, im Kraftwagen, portabel und als Feststation

584

28.1.4 Geräte für den stationären Einsatz

585

28.1.5 Zusammenfassung

586

28.2 Aufbewahrung und Funkmöbel

586

28.3 Antennenwahl

588

28.3.1 Wenn gar nichts geht …

588

28.3.2 Was nehmen?

589

28.3.3 Zuleitungen

591

28.4 Musteraufbau – BEMV-Erklärung

592

29 Antennenbau für Einsteiger

607

29.1 Projekt: Ein Dipol für das 10-m-Band

607

29.1.1 Bauteile

607

29.1.2 Berechnung

610

29.1.3 Zurichten der Teile

610

29.1.4 Erster Aufbau

610

29.1.5 Abgleich

611

29.2 Drahtantennen richtig spannen

615

29.3 Die »magnetische Antenne« – eine Sonderform unter den Antennen

616

29.3.1 Materialbedarf

617

29.3.2 Maße und Material für den Rahmen

617

29.3.3 Abstimmbox (Gehäuse und Kondensator)

618

29.3.4 Fernabstimmung

620

29.3.5 Koppelschleife

623

29.3.6 Aufgebaut!

623

29.4 Aufbau von industriell hergestellten Antennen

626

29.5 Von Masten und Rotoren

627

30 Funkbetrieb außerhalb der eigenen vier Wände

629

30.1 Stromversorgung

629

30.1.1 Kabelverbindungen

629

30.1.2 Energiequellen

632

30.1.3 »Strom verpackt«

634

30.1.4 Spannungs- und Strommessgerät im Eigenbau

638

30.1.5 Laderegler

645

30.1.6 Quellen für den Ladestrom

647

30.2 Funkkoffer

650

30.3 Antennen für den Portabeleinsatz

650

31 Amateurfunk digital

657

31.1 DMR, DMR+, Brandmeister

658

31.2 D-STAR

661

31.3 C4FM

662

31.4 FreeDV

662

31.5 PSK31 und FT8 (WSJT)

668

31.6 Das HAMNET

669

31.7 Funkgerät und PC verbinden

669

32 Remote-Funkbetrieb

673

32.1 Verbindung der Funkanlage mit dem Netzwerk

673

32.2 Remote-Funkbetrieb innerhalb der eigenen Grundstücksgrenze

674

32.3 Remote-Funkbetrieb weltweit

674

33 Morsen

677

33.1 Welche Taste?

678

33.2 Morsen lernen

679