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Geleitwort des DARC e. V.: Eine faszinierende Welt – der Amateurfunk
27
1 Erlebnis Amateurfunk
29
1.1 Amateurfunk, Freenet, PMR und CB-Funk
29
1.3.3 Weitere betriebliche Abkürzungen
38
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
1.5.5 Antennen für den Empfang
51
1.6 Funkamateure persönlich kennenlernen
54
1.7 Technik als Erlebnis
56
TEIL I Amateurfunktechnik
57
2.1 Basisgrößen des SI-Einheitensystems
59
2.2 Dezibelrechnung für Verstärkung und Dämpfung (Leistung)
66
2.2.1 Berechnung des Leistungs- oder Dämpfungsfaktors
68
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
71
2.5 Dezibelrechnung: Leistungspegel
73
2.5.1 Wichtige Leistungspegel
73
2.6 Dezibelrechnung: Spannungspegel
74
2.8.1 Umrechnen von Dualzahlen
78
2.8.2 Umrechnen von Hexadezimalzahlen
80
4 Physikalische Grundlagen
89
4.1.1 Schaltelemente und Schaltzeichen im Stromkreis
90
4.1.2 Schalter und Taster
91
4.1.4 Der Kurzschluss – Supergau im Stromkreis
94
4.2 Spannung als Ursache
99
4.5 Stromleitverhalten verschiedener Stoffe
105
4.5.3 Nichtleiter, Isolatoren
109
4.5.4 Zusammenfassung
110
4.6 Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit
112
5 Die Welt der Widerstände
115
5.2 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
5.9.2 Aufbau des Stromkreises und Experimente mit Widerständen
143
5.9.3 Simulation am Rechner
147
6 Elektrische Leistung
151
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
9.8 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
10.5 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
10.9.1 Schwingquarze als Bandfilter
260
10.9.2 Hoch- und Tiefpassfilter mit Spule und Kondensator
261
10.10 Probleme in Hochfrequenzschaltungen
265
11 Die Halbleiterdiode
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
12.2 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
13 Die Elektronenröhre
319
14 Schaltungskunde: Stromversorgung
323
14.1 Schaltnetzteil vs. klassische Längsregelung
323
14.2 Berechnung einfacher Versorgungsschaltungen
323
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
15.2.4 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
16.2.1 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
414
16.5.2 Die Bedienung von Empfängern, Sendern und Funkgeräten
415
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
439
16.6.7 Senderschaltungen mit Röhren
442
16.6.8 Leistungsmessung
444
16.6.9 Leistungsangaben
444
16.7 Unerwünschte Aussendungen vermindern
445
17 Digitale Sende- und Empfangstechnik
449
17.1 Die digitale Darstellung von Signalen
449
17.1.1 Digitalisierung analoger Signale
449
17.1.2 Analog-Digital-Wandlung
452
17.1.3 Digital-Analog-Wandlung
454
17.1.4 Über- und Unterabtastung
455
17.2 Digitale Signalverarbeitung
455
17.2.1 Signale im Zeit- und Frequenzbereich, Spektrum und Wasserfalldiagramm
455
17.2.2 Elemente digitaler Signalverarbeitung
458
17.3 Die Codierung digitaler Signale (Quellencodierung)
462
17.4 Funkübertragung digitaler Signale
464
17.4.1 Funkkanäle, Kanalkapazität
465
17.4.2 Kanalcodierung
468
17.5 Digitale Funkübertragungsverfahren
474
17.5.1 Digitale Modulationsverfahren
474
17.5.2 Digitale Sendertechnik
479
17.5.3 Empfang digitaler Signale
480
17.6 Software Defined Radio (SDR)
481
17.7 Kanalzugriffsverfahren
483
17.8 Glossar zur Digitaltechnik
484
18.2 Der Korrekturfaktor (Verkürzungsfaktor)
490
18.3 Der Dipol und seine Varianten
491
18.3.1 Horizontales und vertikales Strahlungsdiagramm
492
18.3.2 Strom- und Spannungsverteilung beim Halbwellendipol
493
18.3.3 Außermittig gespeiste Halbwellenantennen
495
18.4 Dipol-Weiterentwicklungen: Trapantennen und W3DZZ
499
18.4.1 Die W3DZZ-Antenne
499
18.4.2 Trapantennen allgemein
500
18.5 Die G5RV-Antenne
501
18.7 Die Delta-Loop (Dreiecksschleife)
502
18.9 Praxis: Drahtantennen bauen
503
18.10.1 Aufbau von Yagi-Antennen
505
18.10.2 Details zu Yagi- und Richtantennen
505
18.11 Vertikalantennen und Rundstrahlantennen
510
18.12 Praxis: Besondere Antennenformen
515
18.12.1 Magnetische Ringantennen
515
18.12.2 Aperiodische Antenne: die T2FD (Tilted Terminated Folded Dipole)
519
18.13 Verkürzung von Antennen
520
18.14 Polarisation von Antennen
521
18.15 Installation von Sendeantennen
523
19 Übertragungsleitungen
525
19.1 Allgemeines zu Übertragungsleitungen
525
19.2 Paralleldrahtleitung
526
19.3.1 Der Aufbau von Koaxialkabeln
528
19.3.2 Berechnung des Wellenwiderstands Z
528
19.3.3 Verminderte Ausbreitungsgeschwindigkeit
529
19.3.4 Der Verkürzungsfaktor k
530
19.4 Übersicht über Koaxialkabel
534
19.5 Steckverbinder für Koaxialkabel
535
20 Stehwellen und Leistungsrückfluss
539
22 Anpassung, Transformation und Symmetrierung
547
22.4 Grundschaltungen von Antennenanpassgeräten
553
23 Das elektromagnetische Feld
557
23.1 Polarisation von Antennen
557
23.2 »Von der Antenne in den Äther«
558
23.3 Die Wellenausbreitung der Kurzwelle
561
23.3.1 Bodenwellenausbreitung
562
23.3.2 Vorgänge in der Ionosphäre
562
23.3.3 Sonnenfleckentätigkeit und Ionosphäre
563
23.3.4 Partikelstrom, Sonnenwind
564
23.3.5 Schichten der Ionosphäre (Übersicht)
564
23.3.6 MUF und Co. im Detail
566
23.4.1 Normales Ausbreitungsverhalten
569
23.4.2 Troposphärische Überreichweiten
570
23.4.7 Aircraft-Scatter
572
24 Leistung und Feldstärke
573
24.1 Effektiv abgestrahlte Leistung am Dipol (ERP) und am isotropen Strahler (EIRP)
573
24.2 Errechnung der EIRP aus Sendeleistung und Antennengewinn dBi
575
24.3 EIRP/ERP des Rückverhältnisses bei Richtantennen
575
24.4 Feldstärkeberechnungen
576
24.5 Personenschutz, Berechnung von Schutzabständen
577
25 Messungen und Messgeräte
583
25.1 Arten der Messwerke
584
25.1.1 Drehspulmesswerke
585
25.1.2 Dreheisenmesswerke
586
25.1.3 Einbaulagen analoger Messinstrumente
587
25.1.4 Digitale Messinstrumente
588
25.2 Messbereichserweiterungen
589
25.3 Arbeiten mit dem Multimeter/Vielfachmessgerät
590
25.4 Widerstandsmessung
595
25.5 Empfindlichkeit und Innenwiderstand von Messinstrumenten für Strom- und Spannungsmessungen
596
25.6 Die Genauigkeit von Messinstrumenten
597
25.7 Details zu Strom- und Spannungsmessungen
599
25.7.1 Bestimmung der Eingangsleistung
599
25.8 Berücksichtigung des Innenwiderstands der Messgeräte bei Messungen
600
25.9 Hilfsschaltungen für Messaufgaben
602
25.9.1 Künstliche Antenne (Dummy Load)
602
25.9.3 Leistungsmesskopf
604
25.10 Der Absorptionsfrequenzmesser
606
25.11 (Einfacher) Feldstärkeanzeiger
607
25.13 Das Stehwellenmessgerät (SWR-Meter)
610
25.14 Das Oszilloskop
613
25.15 Der Frequenzzähler
618
25.15.1 Antennen mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) messen
619
26 Störungen und andere Probleme
621
26.1 Störungen des Empfangs
621
26.3 Einstrahlungen in Geräte
625
26.4 Empfangsstörungen durch Korrosion an Antennenanschlüssen
626
26.5 Einstreuungen in das Stromnetz
626
26.6 Störungen beim Sendebetrieb vermeiden
627
26.7 Vorgehensweise im Störungsfall
628
26.7.2 Vorgehen beim Nachbarn
628
26.7.3 Zusammenarbeit und ein gutes Verhältnis sind entscheidend
629
27.1 Gefahren durch Stromschlag
631
27.2 Gefahren durch Hochfrequenzeinwirkung
632
27.4 Unfallverhütung für Funkamateure
633
27.6 Die Sicherheit von Antennen
637
27.7 Sicherer Amateurfunk im Kraftfahrzeug
640
TEIL II Praxis und Projekte
643
28 SDR-Empfang mit dem SDRplay RSP2pro
645
29 Die Amateurfunkprüfung
653
29.1 Wo wird eine Amateurfunkprüfung abgelegt?
653
29.2 Anmeldung zu einer Amateurfunkprüfung
653
29.3 Der Ablauf der Amateurfunkprüfung
653
30 Nach bestandener Prüfung – Stationsaufbau
655
30.1 Funkgeräte – Typenkunde
655
30.1.1 Handfunksprechgeräte
655
30.1.2 Portabelfunkgeräte
658
30.1.3 Mobilgerät, im Kraftwagen, portabel und als Feststation
661
30.1.4 Geräte für den stationären Einsatz
662
30.1.5 Zusammenfassung
663
30.1.6 Wichtiges Zubehör: Das Netzteil
663
30.2 Aufbewahrung und Funkmöbel
665
30.3 Die Antennenwahl
667
30.3.1 Wenn gar nichts geht …
667
30.4 Musteraufbau – die BEMV-Erklärung
670
31 Antennenbau für Einsteiger
685
31.1 Projekt: Ein Dipol für das 10-m-Band
685
31.1.3 Zurichten der Teile
688
31.2 Drahtantennen richtig spannen
692
31.3 Die »magnetische Antenne« – eine Sonderform unter den Antennen
693
31.3.1 Materialbedarf
693
31.3.2 Maße und Material für den Rahmen
693
31.3.3 Abstimmbox (Gehäuse und Kondensator)
694
31.3.4 Fernabstimmung
696
31.3.5 Koppelschleife
699
31.4 Aufbau von industriell hergestellten Antennen
703
31.5 Von Masten und Rotoren
704
32 Funkbetrieb außerhalb der eigenen vier Wände
705
32.1.1 Kabelverbindungen
706
32.1.2 Energiequellen
708
32.1.3 »Strom verpackt«
711
32.1.4 Spannungs- und Strommessgerät im Eigenbau
715
32.1.6 Quellen für den Ladestrom
724
32.3 Antennen für den Portabeleinsatz
728
33 Amateurfunk digital
735
33.1 Textbasierte Verfahren
736
33.1.1 Funkfernschreiben
736
33.1.2 »Weak-Signal«-Modes
738
33.2 Digitale Sprachübertragung
742
33.2.1 DMR, BrandMeister-Netz, DMR+
744
33.4 Digitale Bild- und Fernsehübertragung
752
33.4.1 Digitale Bildübertragung
752
33.4.2 Digitales Amateurfunk-Fernsehen
752
33.5 Funkgerät und PC verbinden
753
33.5.1 Programmierung des Funkgeräts
753
33.5.2 Steuerung des Funkgeräts
753
33.5.3 Digitaler Funkverkehr mit PC und Funkgerät
754
34 Remote-Funkbetrieb
759
34.1 Verbindung der Funkanlage mit dem Netzwerk
759
34.2 Remote-Funkbetrieb innerhalb der eigenen Grundstücksgrenze
760
34.3 Remote-Funkbetrieb weltweit
761
35.2 Ablauf einer Morseverbindung
766