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

34

1.3.3 Weitere betriebliche Abkürzungen

38

1.3.4 Rufzeichen

39

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)

66

2.2.1 Berechnung des Leistungs- oder Dämpfungsfaktors

69

2.2.2 Berechnung der Verstärkung in dB aus dem Leistungsfaktor

69

2.2.3 Wichtige dB- und Leistungsfaktorwerte

69

2.3 Rechnen mit Dezibelwerten

70

2.4 Dezibelrechnung für Verstärkung und Dämpfung (Spannung)

71

2.4.1 Wichtige dB- und Spannungsfaktorwerte

72

2.5 Dezibelrechnung: Leistungspegel

73

2.5.1 Wichtige Leistungspegel

74

2.6 Dezibelrechnung: Spannungspegel

75

2.7 S-Meter und dB

76

2.8 Zahlensysteme

78

2.8.1 Umrechnen von Dualzahlen

78

2.8.2 Umrechnen von Hexadezimalzahlen

81

4 Physikalische Grundlagen

89

4.1 Der Stromkreis

89

4.1.1 Schaltelemente und Schaltzeichen im Stromkreis

90

4.1.2 Schalter und Taster

91

4.1.3 Relais

93

4.1.4 Der Kurzschluss – Supergau im Stromkreis

94

4.1.5 Die Sicherungen

95

4.2 Spannung als Ursache

99

4.3 Strom

102

4.4 Ladungsmenge

104

4.5 Stromleitverhalten verschiedener Stoffe

105

4.5.1 Leiter

105

4.5.2 Halbleiter

106

4.5.3 Nichtleiter, Isolatoren

109

4.5.4 Zusammenfassung

110

4.6 Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit

112

5 Die Welt der Widerstände

115

5.1 Schaltzeichen

116

5.2 Widerstände als Bauelement

117

5.2.1 Bauausführungen von Widerständen

117

5.2.2 Wertangaben für SMD-Widerstände

120

5.2.3 Manuell veränderbare Widerstände

123

5.2.4 Widerstandsreihen

125

5.3 Berechnung von Widerständen, Spannung, Strom, Leistung

126

5.3.1 Widerstandsberechnungen im Detail (Strom und Spannung)

127

5.3.2 Widerstandsberechnungen und Leistung

128

5.4 Innenwiderstand von Strom- und Spannungsquellen

131

5.5 Leistungsanpassung

132

5.6 Serienschaltung (Reihenschaltung) von Widerständen, Spannungsteiler

132

5.7 Parallelschaltung von Widerständen (verzweigter Stromkreis)

135

5.8 Gemischte Schaltung von Widerständen

137

5.8.1 Berechnungen mit variablen Widerständen

139

5.8.2 Gemischte Schaltung: Symmetrisches Dämpfungsglied

140

5.9 Experimentieren und simulieren

142

5.9.1 Steckplatine

143

5.9.2 Aufbau des Stromkreises und Experimente mit Widerständen

143

5.9.3 Simulation am Rechner

147

6 Elektrische Leistung

151

6.1 Wirkungsgrad

152

6.2 Elektrische Arbeit

153

7 Wechselstrom/Signale

155

7.1 Schwingungsformen

160

7.2 Berechnung der Frequenz

161

7.3 Berechnung der Periodendauer

162

7.4 Berechnung der Frequenz aus der Periodendauer

163

7.5 Berechnung der Wellenlänge

164

7.6 Berechnung des Effektivwerts

165

7.7 Spannungsmessung mit dem Oszilloskop

166

7.8 Zeigerdarstellung sinusförmiger Signale

167

7.9 Phasendifferenzen

168

7.10 Nichtsinusförmige Signale

169

8 Das elektrische Feld (elektrostatische Feld)

177

8.1 Das elektrische Feld als Bauelement: Der Kondensator

180

8.1.1 Vom Dielektrikum zum Bauelement

180

8.1.2 Zusammenschaltung von Kondensatoren

191

8.1.3 Ladung und Entladung eines Kondensators im Gleichspannungskreis

194

9 Magnetisches Feld und Induktivitäten

197

9.1 Das magnetische Feld

197

9.1.1 Der Skin-Effekt und Wirbelströme

198

9.2 Induktivität (Spulen und Transformatoren)

199

9.3 Schaltzeichen für Induktivitäten

200

9.4 Induktivitäten selbst bauen

200

9.5 Induktivitäten (Bauelemente)

201

9.6 Grundlagen der Induktivität

206

9.7 Eigenschaften von Induktivitäten

207

9.7.1 Experimente

207

9.8 Vertiefung mit Berechnungen

208

9.8.1 Spulenberechnungen

208

9.8.2 Die magnetische Feldstärke

211

9.8.3 Magnetische Flussdichte

213

9.9 Zusammenschaltung von Induktivitäten

214

9.10 Die Spule im Gleichstromkreis

214

9.11 Transformatoren und Übertrager

216

9.11.1 Allgemeines zu Transformatoren und Übertragern

217

9.11.2 Verhältnis von Spannungen zu Windungszahlen

221

9.11.3 Verhältnis von Strömen zu Windungszahlen

222

9.11.4 Stromdichte bei Transformatorenwicklungen

223

9.11.5 Übertrager, Impedanzen und die Übersetzung von Widerstandsverhältnissen

224

9.11.6 Balun – balanced-unbalanced

226

10 R, C und L im Wechselstromkreis

229

10.1 Ohmscher Widerstand

229

10.2 Kondensator im Wechselstromkreis

230

10.2.1 Kondensatorverluste, Verlustwiderstand, Auswahl des Dielektrikums

232

10.3 Induktivität einer Spule

233

10.3.1 Spulenverluste, Güte

235

10.3.2 Induktivitäten in Schaltungen und Geräten

235

10.4 Zusammenfassung

235

10.4.1 Experimente

236

10.5 Reihenschaltung von Kondensator und Widerstand

237

10.6 Reihenschaltung von Spule und Widerstand

237

10.7 Tief- und Hochpassfilter für den Audiobereich

237

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

238

10.7.2 Ermitteln der Spannungsverhältnisse

240

10.8 Schwingkreise mit Spulen und Kondensatoren

240

10.8.1 Schwingung im LC-Kreis

241

10.8.2 Schwingungsarten

242

10.8.3 Der Reihenschwingkreis

243

10.8.4 Parallelschwingkreis

246

10.8.5 Die Resonanzfrequenz von Schwingkreisen

247

10.8.6 Frequenzändernde Eingriffe am Schwingkreis

249

10.8.7 Bandbreite und Güte von Schwingkreisen

250

10.9 Bandfilter

257

10.9.1 Schwingquarze als Bandfilter

260

10.9.2 Hoch- und Tiefpassfilter mit Spule und Kondensator

261

10.10 Probleme in Hochfrequenzschaltungen

265

10.10.1 Experimente

265

11 Die Halbleiterdiode

267

11.1 Schaltzeichen

267

11.2 Dioden (Bauelemente)

267

11.3 Diodentypen und Eigenschaften

270

11.4 Spannungsabfall an Dioden

272

11.4.1 Experiment: Messung des Spannungsabfalls an einer Siliziumdiode 1N4001

272

11.5 Dioden in Schaltungen

274

11.5.1 LED mit Vorschaltwiderstand

274

11.5.2 Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

275

11.5.3 Kapazitätsdiode

277

11.5.4 Spannungsbegrenzer mit antiparallelen Dioden

277

11.5.5 Entkopplung von Spannungsquellen

278

12 Der Transistor und seine Grundschaltungen

281

12.1 Schaltzeichen

281

12.2 Transistoren (Bauelemente)

282

12.2.1 Aufbau und Funktion von bipolaren Transistoren

283

12.2.2 Aufbau und Funktion von Feldeffekttransistoren

300

12.3 Integrierte Schaltkreise

306

12.3.1 Analoge ICs: Der Operationsverstärker

307

12.3.2 Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)

312

12.3.3 Digitale ICs: Logische Schaltungen

312

14 Schaltungskunde: Stromversorgung

323

14.1 Schaltnetzteil vs. klassische Längsregelung

323

14.2 Berechnung einfacher Versorgungsschaltungen

323

14.3 Gleichrichtung

324

14.4 Gleichspannungsrückgewinnung bzw. Spannungsvervielfacher

329

14.5 Spannungsglättung

331

14.6 Spannungsregelung

333

14.7 Spannungsregelung mit Festspannungsreglern

335

14.8 Die Funktionsweise von Schaltnetzteilen

337

14.9 Rückwirkungen in das Stromnetz, Störungen

338

14.10 Hochspannungsgleichrichter

338

14.11 Fernspeisung, BIAS-T

339

15 Grundlagen der elektronischen Schwingungserzeugung

341

15.1 Oszillator (Schwingungserzeuger)

341

15.1.1 Rückkopplung als Grundlage der Schwingungserzeugung

342

15.1.2 Der richtige Messpunkt an Oszillatoren

347

15.1.3 Zusammenfassung zu Oszillatoren

347

15.2 Phasenregelkreise (PLL)

348

15.2.1 Der Phasenvergleicher ?

349

15.2.2 Der Teiler

350

15.2.3 Der VCO

350

15.2.4 Der Tiefpassfilter

351

15.3 Direkte digitale Synthese (DDS)

351

16 Sende- und Empfangstechnik

353

16.1 Sendearten, Modulation

353

16.1.1 Sendearten und deren Kennzeichnung

354

16.1.2 Eigenschaften verschiedener Modulationsarten

355

16.1.3 Intermodulation und Kreuzmodulation

366

16.1.4 Vertiefung zu Modulationsarten

367

16.1.5 Praktische Darstellung von modulierten Signalen

368

16.1.6 Morsetelegrafie (CW)

369

16.2 Betriebsarten

370

16.2.1 Richtungsangaben in der Kommunikation

370

16.2.2 Übersicht der Betriebsarten im Amateurfunk

371

16.3 Modulator und Demodulator

380

16.3.1 Amplitudenmodulation (AM)

380

16.3.2 Einseitenband, Single Sideband (SSB)

384

16.3.3 Frequenzmodulation (FM)

388

16.3.4 Phasenmodulator

393

16.4 Die Arbeit mit Blockschaltbildern

394

16.5 Die Arbeitsweise von Empfängern

396

16.5.1 Digitale Signalverarbeitung in Empfängern und Sendern

415

16.5.2 Die Bedienung von Empfängern, Sendern und Funkgeräten

415

16.6 Sendetechnik

424

16.6.1 Einzelne Senderbaugruppen

424

16.6.2 Transverter (»Nachsetzer«)

430

16.6.3 (Leistungs-)Verstärker in Sendern

431

16.6.4 Details zum SSB-Sender

436

16.6.5 Details zum VHF-FM-Sender

439

16.6.6 Senderschaltungen mit Transistoren

440

16.6.7 Senderschaltungen mit Röhren

443

16.6.8 Leistungsmessung

444

16.6.9 Leistungsangaben

445

16.7 Unerwünschte Aussendungen vermindern

446

17 Digitale Sende- und Empfangstechnik

451

17.1 Die digitale Darstellung von Signalen

451

17.1.1 Digitalisierung analoger Signale

451

17.1.2 Analog-Digital-Wandlung

454

17.1.3 Digital-Analog-Wandlung

456

17.1.4 Über- und Unterabtastung

457

17.2 Digitale Signalverarbeitung

457

17.2.1 Signale im Zeit- und Frequenzbereich, Spektrum und Wasserfalldiagramm

457

17.2.2 Elemente digitaler Signalverarbeitung

460

17.3 Die Codierung digitaler Signale (Quellencodierung)

464

17.4 Funkübertragung digitaler Signale

466

17.4.1 Funkkanäle, Kanalkapazität

467

17.4.2 Kanalcodierung

470

17.5 Digitale Funkübertragungsverfahren

476

17.5.1 Digitale Modulationsverfahren

476

17.5.2 Digitale Sendertechnik

481

17.5.3 Empfang digitaler Signale

482

17.6 Software Defined Radio (SDR)

483

17.7 Kanalzugriffsverfahren

485

17.8 Glossar zur Digitaltechnik

486

18 Antennen

489

18.1 Antennenformen

489

18.2 Der Korrekturfaktor (Verkürzungsfaktor)

492

18.3 Der Dipol und seine Varianten

493

18.3.1 Horizontales und vertikales Strahlungsdiagramm

494

18.3.2 Strom- und Spannungsverteilung beim Halbwellendipol

495

18.3.3 Außermittig gespeiste Halbwellenantennen

497

18.4 Dipol-Weiterentwicklungen: Trapantennen und W3DZZ

501

18.4.1 Die W3DZZ-Antenne

501

18.4.2 Trapantennen allgemein

502

18.5 Die G5RV-Antenne

503

18.6 Der Faltdipol

504

18.7 Die Delta-Loop (Dreiecksschleife)

504

18.8 Die Quadantenne

505

18.9 Praxis: Drahtantennen bauen

505

18.10 Richtantennen

506

18.10.1 Aufbau von Yagi-Antennen

507

18.10.2 Details zu Yagi- und Richtantennen

507

18.10.3 Parabolspiegelantennen

512

18.11 Vertikalantennen und Rundstrahlantennen

513

18.12 Praxis: Besondere Antennenformen

518

18.12.1 Magnetische Ringantennen

518

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

522

18.13 Verkürzung von Antennen

523

18.14 Polarisation von Antennen

524

18.15 Installation von Sendeantennen

526

19 Übertragungsleitungen

527

19.1 Allgemeines zu Übertragungsleitungen

527

19.2 Paralleldrahtleitung

528

19.3 Koaxialkabel

530

19.3.1 Der Aufbau von Koaxialkabeln

530

19.3.2 Berechnung des Wellenwiderstands Z

530

19.3.3 Verminderte Ausbreitungsgeschwindigkeit

531

19.3.4 Der Verkürzungsfaktor k

532

19.3.5 Kabeldämpfung

533

19.4 Übersicht über Koaxialkabel

536

19.5 Steckverbinder für Koaxialkabel

537

22 Anpassung, Transformation und Symmetrierung

553

22.1 Die ?/4-Leitung

553

22.2 Die ?/2-Leitung

556

22.3 Symmetrierung

557

22.4 Grundschaltungen von Antennenanpassgeräten

559

23 Das elektromagnetische Feld

563

23.1 Polarisation von Antennen

563

23.2 »Von der Antenne in den Äther«

564

23.3 Die Wellenausbreitung der Kurzwelle

567

23.3.1 Bodenwellenausbreitung

568

23.3.2 Vorgänge in der Ionosphäre

568

23.3.3 Sonnenfleckentätigkeit und Ionosphäre

569

23.3.4 Partikelstrom, Sonnenwind

570

23.3.5 Schichten der Ionosphäre (Übersicht)

570

23.3.6 Kritische Frequenz, MUF und Co. im Detail

572

23.4 UKW-Ausbreitung

577

23.4.1 Normales Ausbreitungsverhalten

577

23.4.2 Troposphärische Überreichweiten

578

23.4.3 Sporadic-E

579

23.4.4 Aurora

579

23.4.5 Meteorscatter

580

23.4.6 Rainscatter

580

23.4.7 Aircraft-Scatter

580

24 Leistung und Feldstärke

581

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

581

24.2 Errechnung der EIRP aus Sendeleistung und Antennengewinn dBi

583

24.3 EIRP/ERP des Rückverhältnisses bei Richtantennen

583

24.4 Feldstärkeberechnungen

584

24.5 Personenschutz, Berechnung von Schutzabständen

585

25 Messungen und Messgeräte

591

25.1 Arten der Messwerke

592

25.1.1 Drehspulmesswerke

593

25.1.2 Dreheisenmesswerke

594

25.1.3 Einbaulagen analoger Messinstrumente

595

25.1.4 Digitale Messinstrumente

596

25.2 Messbereichserweiterungen

597

25.3 Arbeiten mit dem Multimeter/Vielfachmessgerät

598

25.4 Widerstandsmessung

603

25.5 Empfindlichkeit und Innenwiderstand von Messinstrumenten für Strom- und Spannungsmessungen

604

25.6 Die Genauigkeit von Messinstrumenten

605

25.7 Details zu Strom- und Spannungsmessungen

607

25.7.1 Bestimmung der Eingangsleistung

607

25.8 Berücksichtigung des Innenwiderstands der Messgeräte bei Messungen

608

25.9 Hilfsschaltungen für Messaufgaben

610

25.9.1 Künstliche Antenne (Dummy Load)

610

25.9.2 HF-Tastkopf

611

25.9.3 Leistungsmesskopf

612

25.10 Der Absorptionsfrequenzmesser

614

25.11 (Einfacher) Feldstärkeanzeiger

615

25.12 Das Dipmeter

615

25.13 Das Stehwellenmessgerät (SWR-Meter)

618

25.14 Das Oszilloskop

621

25.15 Der Frequenzzähler

626

25.16 Antennen mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) messen

627

26 Störungen und andere Probleme

629

26.1 Störungen des Empfangs

629

26.2 Einströmungen

631

26.3 Einstrahlungen in Geräte

633

26.4 Empfangsstörungen durch Korrosion an Antennenanschlüssen

634

26.5 Einstreuungen in das Stromnetz

634

26.6 Störungen beim Sendebetrieb vermeiden

635

26.7 Vorgehensweise im Störungsfall

636

26.7.1 Vorbereitung

636

26.7.2 Vorgehen beim Nachbarn

636

26.7.3 Zusammenarbeit und ein gutes Verhältnis sind entscheidend

637

27 Sicherheit

639

27.1 Gefahren durch Stromschlag

639

27.2 Gefahren durch Hochfrequenzeinwirkung

639

27.3 Im Notfall

640

27.4 Unfallverhütung für Funkamateure

641

27.5 Adernkennfarben

644

27.6 Die Sicherheit von Antennen

645

27.7 Sicherer Amateurfunk im Kraftfahrzeug

648

29 Die Amateurfunkprüfung

661

29.1 Wo wird eine Amateurfunkprüfung abgelegt?

661

29.2 Anmeldung zu einer Amateurfunkprüfung

661

29.3 Der Ablauf der Amateurfunkprüfung

661

30 Nach bestandener Prüfung – Stationsaufbau

663

30.1 Funkgeräte – Typenkunde

663

30.1.1 Handfunksprechgeräte

663

30.1.2 Portabelfunkgeräte

666

30.1.3 Mobilgerät, im Kraftwagen, portabel und als Feststation

668

30.1.4 Geräte für den stationären Einsatz

670

30.1.5 Zusammenfassung

670

30.1.6 Wichtiges Zubehör: Das Netzteil

671

30.2 Aufbewahrung und Funkmöbel

673

30.3 Die Antennenwahl

675

30.3.1 Wenn gar nichts geht …

675

30.3.2 Was nehmen?

675

30.3.3 Zuleitungen

678

30.4 Musteraufbau – die BEMV-Erklärung

678

31 Antennenbau für Einsteiger

693

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

693

31.1.1 Bauteile

693

31.1.2 Berechnung

696

31.1.3 Zurichten der Teile

696

31.1.4 Erster Aufbau

697

31.1.5 Abgleich

697

31.2 Drahtantennen richtig spannen

700

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

701

31.3.1 Materialbedarf

701

31.3.2 Maße und Material für den Rahmen

701

31.3.3 Abstimmbox (Gehäuse und Kondensator)

702

31.3.4 Fernabstimmung

704

31.3.5 Koppelschleife

707

31.3.6 Aufgebaut!

708

31.4 Aufbau von industriell hergestellten Antennen

711

31.5 Von Masten und Rotoren

712

32 Funkbetrieb außerhalb der eigenen vier Wände

713

32.1 Stromversorgung

714

32.1.1 Kabelverbindungen

714

32.1.2 Energiequellen

716

32.1.3 »Strom verpackt«

719

32.1.4 Spannungs- und Strommessgerät im Eigenbau

723

32.1.5 Laderegler

730

32.1.6 Quellen für den Ladestrom

732

32.2 Funkkoffer

735

32.3 Antennen für den Portabeleinsatz

736

33 Amateurfunk digital

743

33.1 Textbasierte Verfahren

744

33.1.1 Funkfernschreiben

744

33.1.2 »Weak-Signal«-Modes

746

33.2 Digitale Sprachübertragung

750

33.2.1 DMR, BrandMeister-Netz, DMR+

752

33.2.2 D-STAR

756

33.2.3 C4FM

756

33.2.4 FreeDV

756

33.2.5 M17

758

33.3 Datenfunk

758

33.3.1 Packet Radio

758

33.3.2 Das HAMNET

759

33.4 Digitale Bild- und Fernsehübertragung

760

33.4.1 Digitale Bildübertragung

760

33.4.2 Digitales Amateurfunk-Fernsehen

760

33.5 Funkgerät und PC verbinden

761

33.5.1 Programmierung des Funkgeräts

761

33.5.2 Steuerung des Funkgeräts

761

33.5.3 Digitaler Funkverkehr mit PC und Funkgerät

762

34 Remote-Funkbetrieb

767

34.1 Verbindung der Funkanlage mit dem Netzwerk

767

34.2 Remote-Funkbetrieb innerhalb der eigenen Grundstücksgrenze

768

34.3 Remote-Funkbetrieb weltweit

769

35 Morsen

773

35.1 Morsezeichen

774

35.2 Ablauf einer Morseverbindung

776

35.3 Welche Taste?

779

35.4 Morsen lernen

781