Konverter und Transverter II

In der Klasse E haben wir bereits Konverter und Transverter kennengelernt, welche im Amateurfunk dazu eingesetzt werden, um mit vorhandenen Funkgeräten zusätzliche Frequenzbereiche zu erschließen, die diese Geräte ursprünglich nicht abdecken. Wie in Abbildung EA-8.15.1 gezeigt, benötigt man hierzu einen Oszillator, einen Mischer und ein Bandfilter.

AF301: Mit welchen der folgenden Baugruppen kann aus einem 5,3 MHz-Signal ein 14,3 MHz-Signal erzeugt werden?

Ein Problem dabei, welches wir nun vertiefen wollen, ist, dass die Amateurfunkbänder verschiedene Breiten haben. So ist z. B. das $\qty{70}{\centi\meter}$-Band von $\qtyrange{430}{440}{\mega\hertz}$ mit einer Breite von $\qty{10}{\mega\hertz}$ deutlich breiter als das $\qty{10}{\meter}$-Band von $\qtyrange{28}{29,7}{\mega\hertz}$ mit einer Breite von $\qty{1,7}{\mega\hertz}$. Dies hat zur Folge, dass ein Konverter, der den Frequenzbereich von $\qtyrange{430}{440}{\mega\hertz}$ auf den Frequenzbereich von $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ umsetzt, nicht die gesamte Bandbreite des $\qty{70}{\centi\meter}$-Bands abdecken kann.

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild aus fünf Baugruppen mit Signalfluss von links nach rechts; im oberen Zweig: Eingang „144 MHz“, Bandpassfilter, Mischer, Bandpassfilter, Ausgang „2,4 GHz“; im unteren Zweig Quarzoszillator „10 MHz“, PLL mit Eingang „Ext. GPSDO“ von unten; PLL mit dem Mischer von unten verbunden; der Eingang am Mischer ist mit „2,256 GHz“ beschriftet.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus fünf Baugruppen, von denen drei im oberen Zweig und zwei im unteren Zweig jeweils mit einer horizontalen Linie verbunden sind. Der Signalfluss ist von links nach rechts. Oben links gibt es einen mit „144 MHz“ beschrifteten Eingang, rechts davon steht ein Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Bandpassfilter). Es folgt ein Block mit einem diagonalen Kreuz (Mischer) und ein weiterer Block mit drei Wellenlinien, von denen die obere und die untere durchgestrichen sind (Bandpassfilter). Nach rechts führt aus dem Block heraus eine Linie zu einem mit „2,4 GHz“ beschrifteten Ausgang. Im unteren Zweig gibt es links einen Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Quarzoszillator). Über diesem Block steht „10 MHz“, unterhalb „TCXO“. Der Block ist nach rechts mit einem Block mit der Aufschrift „PLL“ verbunden. Hier gibt es von unten einen Eingang „Ext. GPSDO“. Die PLL ist mit dem Mischer von unten verbunden; der Eingang am Mischer ist mit „2,256 GHz“ beschriftet. — Abbildung EA-8.15.1: Up-Konverter für QO-100

Deshalb muss ein Konverter ggf. umschaltbar sein, wie in Abbildung EA-8.15.2 gezeigt, um größere Frequenzbereiche abbilden zu können. Soll z. B. ein Frequenzbereich von $\qtyrange{436}{440}{\mega\hertz}$, also $\qty{4}{\mega\hertz}$ Bandbreite, auf einen Frequenzbereich von $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ mit $\qty{2}{\mega\hertz}$ umgesetzt werden (bei Annahme, dass sich die Oszillatorfrequenz unterhalb des Nutzsignals befindet), so benötigt man zwei umschaltbare Frequenzbereiche: den ersten von $\qtyrange{436}{438}{\mega\hertz}$ und den zweiten von $\qtyrange{438}{440}{\mega\hertz}$.

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Blockdiagramm eines Empfangsgeräts. Oben links befindet sich eine Antenne, gefolgt von einem — Abbildung EA-8.15.2: Konverter mit Umschaltung der Oszillatorfrequenz

Für den ersten Teilbereich von $\qtyrange{436}{438}{\mega\hertz}$ kann man folgende Oszillatorfrequenz berechnen:

$f_\mathrm{OSZ} = \qty{436}{\mega\hertz}$ – $\qty{28}{\mega\hertz} = \qty{408}{\mega\hertz}$

$f_\mathrm{OSZ} = \qty{438}{\mega\hertz}$ – $\qty{30}{\mega\hertz} = \qty{408}{\mega\hertz}$

Für beide Bandgrenzen ergibt sich logischerweise eine Oszillatorfrequenz von $\qty{408}{\mega\hertz}$.

Für den zweiten Teilbereich von $\qtyrange{438}{440}{\mega\hertz}$ ergibt sich folgende Oszillatorfrequenz:

$f_\mathrm{OSZ} = \qty{440}{\mega\hertz} – \qty{30}{\mega\hertz} = \qty{438}{\mega\hertz} – \qty{28}{\mega\hertz} = \qty{410}{\mega\hertz}$.

Wird diese Oszillatorfrequenz mittels Frequenzvervielfachung erzeugt, so muss man sie bei der Rückrechnung auf die benötigte Frequenz des Quarzoszillators noch durch Teilen berücksichtigen.

Werden die oben berechneten $\qty{408}{\mega\hertz}$ bzw. $\qty{410}{\mega\hertz}$ durch Verneunfachung der Quarz-Oszillatorfrequenz gewonnen, so ergeben sich die beiden Quarz-Oszillatorfrequenzen zu $f_\mathrm{Quarz,1}=\frac{\qty{408}{\mega\hertz}}{9} = \qty{45,333}{\mega\hertz}$ und $f_\mathrm{Quarz,2}=\frac{\qty{410}{\mega\hertz}}{9} = \qty{45,556}{\mega\hertz}$ (jeweils gerundet).

Mit diesem Wissen können wir nun die folgenden Aufgaben bearbeiten.

AF501: Zwischen welchen Frequenzen muss der Quarzoszillator umschaltbar sein, damit im 70 cm-Bereich die oberen 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz $f_{\textrm{OSZ}}$ soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.

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AF502: Zwischen welchen Frequenzen muss der Quarzoszillator umschaltbar sein, damit im 70 cm-Bereich die unteren 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz $f_{\textrm{OSZ}}$ soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.

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Ein Blockdiagramm mit mehreren verbundenen Elementen. Links ist eine Antenne, die mit einem

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