Spiegelfrequenzen

Konzeptbedingt entstehen bei einem Überlagerungsempfänger durch den hierbei stattfindenden Mischprozess (vgl. Abbildung EA-10.5.1) mit der Oszillatorfrequenz des Empfängers immer zwei mögliche Empfangsfrequenzen:

$$f_\text{ZF} = \left|f_\text{e} \pm f_\text{o}\right|$$

Da wir im Überlagerungsempfänger auf eine niedrigere Zwischenfrequenz heruntermischen wollen, ist hier insbesondere die Differenzfrequenz interessant:

$$f_\text{ZF} = \left|f_\text{e} - f_\text{o}\right|$$

Der Betrag ist dabei entscheidend: Für eine feste Oszillatorfrequenz $f_\text{o}$ und Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$ gibt es zwei mögliche Empfangsfrequenzen, die beide dieselbe Zwischenfrequenz erzeugen. Eine davon ist die gewünschte Empfangsfrequenz, die andere wird als Spiegelfrequenz bezeichnet.

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft.

1) Kurz: Blockdiagramm mit einem zentralen Block „Mischer“, in den links ein blauer Pfeil „f_e1 und f_e2“ und von unten ein grüner Pfeil „f_o“ hineinführen, während rechts ein gelber Pfeil „f_ZF“ herausführt.

2) Detail: In der Bildmitte steht ein quadratischer Block mit der Überschrift „Mischer“. Im Inneren des Blocks ist ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz (X) gezeichnet. Von links verläuft eine horizontale blaue Leitung mit offenem Anschlusskreis am linken Ende; sie endet als Pfeilspitze am linken Rand des Blocks und ist mit „f_e1 und f_e2“ beschriftet. Von unten führt eine vertikale grüne Leitung mit offenem Anschlusskreis am unteren Ende nach oben; sie endet als Pfeilspitze mittig am unteren Rand des Blocks und ist mit „f_o“ beschriftet. Vom rechten Rand des Blocks geht eine horizontale gelbe Leitung nach rechts, die in einer Pfeilspitze endet und mit „f_ZF“ beschriftet ist. Alle Linien sind glatt, die Beschriftungen stehen in der jeweiligen Linienfarbe. — Abbildung EA-10.5.1: Mischvorgang mit Empfangsfrequenz $f_\text{e}$, Oszillatorfrequenz $f_\text{o}$ und der Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft.

Kurzfassung: Ein Frequenzachsen-Diagramm zeigt die Marken „fZF“ bei „0,455 MHz“ sowie „fe1“ bei „3,5 MHz“, „fo“ bei „3,955 MHz“ und „fe2“ bei „4,410 MHz“, mit zwei gebogenen Pfeilen von rechts nach links auf „fZF“.

Detailbeschreibung: Eine horizontale schwarze Achse mit Pfeilspitze nach rechts ist rechts mit „f“ beschriftet; ganz links steht schräg „0 MHz“ neben einer kurzen senkrechten Achse. Etwas rechts davon markiert eine gelbe senkrechte Linie die Position „0,455 MHz“ (Text schräg), darüber steht in Orange „fZF“. Weiter rechts folgen drei senkrechte Marken: in Blau „fe1“ mit dem schräg darunter stehenden Text „3,5 MHz“, in Grün „fo“ mit „3,955 MHz“, und in Blau „fe2“ mit „4,410 MHz“. Auf der Achse im rechten Bereich befinden sich mehrere kurze gelbe Pfeile, die nach links weisen, angeordnet zwischen den Marken „fe2“, „fo“ und „fe1“. Oberhalb der Achse verlaufen zwei rotbraune gebogene Pfeile von rechts nach links; beide enden mit ihren Pfeilspitzen über der gelben Marke „fZF“, der obere ist länger als der untere. Die Beschriftungen sind farbkodiert: „fZF“ orange, „fe1“ und „fe2“ blau, „fo“ grün. — Abbildung EA-10.5.2: Empfangsfrequenzen, die beide zur selben $f_\text{ZF}$ führen

Beispiel: Nehmen wir an, unser Oszillator schwingt, wie in Abbildung EA-10.5.2 gezeigt, auf der Frequenz $f_\text{o}=\qty{3,955}{\mega\hertz}$. Die Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$ soll $\qty{0,455}{\mega\hertz}$ betragen. Durch den Betrag in unserer Formel gibt es nun zwei Möglichkeiten, welche Empfangsfrequenzen man hören kann, nämlich $f_\text{e1} = \qty{3,500}{\mega\hertz}$ und $f_\text{e2} = \qty{4,410}{\mega\hertz}$. Für beide Werte ergibt die Formel die Zwischenfrequenz $f_\text{ZF}$.

Wenn $f_\text{e1}$ die gewünschte Empfangsfrequenz ist, so wird $f_\text{e2}$ die Spiegelfrequenz von $f_\text{e1}$ genannt. Ist $f_\text{e2}$ die gewünschte Empfangsfrequenz, so wird $f_\text{e1}$ die Spiegelfrequenz von $f_\text{e2}$ genannt.

Der Abstand zwischen gewünschter Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz beträgt hierbei immer das Doppelte der Zwischenfrequenz (ZF), wie man in der Abbildung EA-10.5.2 leicht sehen kann.

Schwingt der Oszillator oberhalb der Empfangsfrequenz ($f_\mathrm{E} < f_\mathrm{OSZ}$) so befindet sich auch die Spiegelfrequenz um das doppelte der ZF oberhalb der Empfangsfrequenz ($f_\mathrm{S} = f_\mathrm{E} + 2\cdot f_\mathrm{ZF}$).

Befindet sich der Oszillator hingegen unterhalb der Empfangsfrequenz ($f_\mathrm{E} > f_\mathrm{OSZ}$) so befindet sich auch die Spiegelfrequenz um das doppelte der ZF unterhalb der Empfangsfrequenz ($f_\mathrm{S} = f_\mathrm{E} – 2\cdot f_\mathrm{ZF}$). Diesen Zusammenhang findet man auch in der Formelsammlung.

Versuche nun mit diesem Wissen die folgenden Fragen zu lösen.

AF106: Welche Frequenzdifferenz besteht bei einem Einfachsuper immer zwischen der Empfangsfrequenz und der Spiegelfrequenz?

Lösungsweg anzeigen

AF201: Welche Differenz liegt zwischen der HF-Nutzfrequenz und der Spiegelfrequenz?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit einem horizontalen Leiter, Signalfluss von links nach rechts: HF-Eingang, Mischer mit seitlichem VCO, Filter, ZF-Ausgang.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einer horizontalen Linie verbundenen Baugruppen. Ganz links befindet sich ein Eingang, der mit „HF“ beschriftet ist. Es schließt sich ein Block an, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist („Mischer“). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung „f_OSZ“ von einem Block mit drei Wellenlinien, die mit einem Pfeil durchgestrichen sind, und der Beschriftung „VCO“. Rechts des Mischers gibt es einen Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Filter). Von dort geht es in einen nach rechts zeigenden Pfeil mit der Beschriftung „ZF“. Weitere Beschriftungen sind nicht vorhanden.

Lösungsweg anzeigen

AF202: Der VCO schwingt auf 134,9 MHz. Die Empfangsfrequenz soll 145,6 MHz betragen. Welche Spiegelfrequenz kann Störungen beim Empfang verursachen?

Lösungsweg anzeigen

AF203: Der Quarzoszillator schwingt auf 39 MHz. Die Empfangsfrequenz soll 28,3 MHz betragen. Auf welcher Frequenz ist mit Spiegelfrequenzstörungen zu rechnen?

Lösungsweg anzeigen

AF107: Ein Einfachsuperhet-Empfänger ist auf 14,24 MHz eingestellt. Der Lokaloszillator schwingt mit 24,94 MHz und liegt mit dieser Frequenz über der ZF. Wo können Spiegelfrequenzstörungen auftreten?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit einem horizontalen Leiter, Signalfluss von links nach rechts: Antenne, HF-Verstärker, Mischer mit seitlichem VFO, ZF-Verstärker, Demodulator mit seitlichem BFO, NF-Verstärker, Lautsprecher.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus mehreren, mit einem horizontalen Leiter verbundenen Baugruppen. Ganz links befindet sich ein Antennensymbol (V-förmiges Symbol). Rechts davon folgt ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und der Beschriftung „HF“. Es schließt sich ein Block an, in dem ein Kreis mit einem diagonalen Kreuz dargestellt ist (Mischer). Von unten gibt es eine vertikale Verbindung von einem Block mit der Aufschrift „VFO“ und drei wellenförmigen Linien, die mit einem Pfeil durchgestrichen sind. Rechts vom Mischer steht ein weiterer Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck und der Beschriftung „ZF“. Es folgt ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck mit einer vertikalen Linie an der Dreiecksspitze („Demodulator“). Von unten ist eine Verbindung von einem Block mit drei Wellenlinien und der Beschriftung „BFO“ eingezeichnet. Darauf folgt ein weiterer Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck und der Beschriftung „NF“. Rechts davon befindet sich ein Lautsprechersymbol. Weitere Beschriftungen sind nicht vorhanden.

Lösungsweg anzeigen

AF108: Ein Einfachsuper hat eine ZF von 10,7 MHz und ist auf 28,5 MHz abgestimmt. Der Oszillator des Empfängers schwingt oberhalb der Empfangsfrequenz. Welche Frequenz hat die Spiegelfrequenz?

Lösungsweg anzeigen

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft.

1) Kurzbeschreibung: Blockdiagramm mit einem Filter und einem „Mischer“, in den zwei Signale eingespeist werden und ein Ausgangssignal entsteht.

2) Detaillierte Beschreibung: Links beginnt eine hellblaue horizontale Leitung mit einem kleinen offenen Kreis; darüber steht in Hellblau „fe1/fe2“. Die Leitung führt nach rechts in einen quadratischen Block mit drei wellenförmigen Linien als Symbol; unter dem Block steht in Hellblau „Filtert fe2 raus“. Rechts vom Filter führt eine hellblaue Leitung mit einem Pfeil nach rechts und der Beschriftung „fe1“ in einen quadratischen Block mit dem oben mittig gesetzten Text „Mischer“. Im Inneren des Blocks ist ein Kreis mit gekreuzten Diagonalen (X) gezeichnet. Von unten führt eine grüne vertikale Leitung mit einem Pfeil nach oben in den Mischer; unten endet sie in einem kleinen offenen Kreis und ist mit „fo“ beschriftet. Vom rechten Rand des Mischer-Blocks geht eine gelbe horizontale Leitung mit Pfeil nach rechts ab, beschriftet mit „fZF“. — Abbildung EA-10.5.3: Zusätzlicher Bandpassfilter zur Spiegelfrequenzunterdrückung

Die Spiegelfrequenz kann bei unzureichender Unterdrückung zu Empfangsstörungen führen, da Signale auf der Spiegelfrequenz ebenfalls auf die gleiche Zwischenfrequenz umgesetzt werden und dadurch im Empfänger hörbar werden können. Um dies zu vermeiden, wird die gewünschte Empfangsfrequenz, wie in Abbildung EA-10.5.3 gezeigt, bereits vor dem Mischer mit einem Bandpassfilter selektiert. Die Spiegelfrequenz soll dabei möglichst stark unterdrückt werden.

Für eine wirksame Spiegelfrequenzunterdrückung ist ein möglichst großer Abstand zwischen gewünschter Empfangsfrequenz und Spiegelfrequenz vorteilhaft. Dieser Abstand wird größer, wenn eine höhere Zwischenfrequenz gewählt wird.

Dies lässt sich auch anhand von Abbildung EA-10.5.2 erkennen: Mit zunehmender ZF liegen die beiden möglichen Empfangsfrequenzen $f_\text{e1}$ und $f_\text{e2}$ weiter auseinander.

Je größer dieser Frequenzabstand ist, desto leichter kann der vorgeschaltete Bandpass die gewünschte Empfangsfrequenz passieren lassen und die Spiegelfrequenz gleichzeitig stark dämpfen. Bei einem sehr kleinen Abstand müsste das Filter dagegen wesentlich steilere Flanken beziehungsweise eine höhere Selektivität besitzen. Die Anforderungen an die Vorselektion des Empfängers wären dadurch deutlich höher.

AF109: Welchen Vorteil haben Kurzwellenempfänger mit einer sehr hohen ersten ZF-Frequenz (z. B. 50 MHz)?

AF110: Wodurch wird beim Überlagerungsempfänger mit einer ZF die Spiegelfrequenzunterdrückung hauptsächlich bestimmt?

AF111: Welchen Vorteil bietet eine hohe erste Zwischenfrequenz bei Überlagerungsempfängern?

AF204: Wodurch wird beim Überlagerungsempfänger die Spiegelfrequenzdämpfung bestimmt?

Weiter zum nächsten Abschnitt: Doppelüberlagerungsempfänger (Doppelsuper)