Nicht-sinusförmige Signale

Ein ideales rein sinusförmiges Signal besteht nur aus seiner Grundwelle welche auch 1. Harmonische genannt wird. Sobald ein Signal nicht mehr der Sinusform entspricht und auch nur leicht davon abweicht, enthält das Signal ganzzahlige Vielfache seiner Grundschwingung, die auch Oberwellen oder Oberschwingungen genannt werden. Hierbei ist es wichtig zwischen den beiden Begriffen Oberwellen und Harmonischen zu differenzieren. Die 1. Oberwelle entspricht hierbei der 2. Harmonischen der Grundschwingung und befindet sich auf der doppelten Frequenz der Grundschwingung. Die 2. Oberwelle entspricht der 3. Harmonischen der Grundschwingung und befindet sich auf der dreifachen Frequenz der Grundschwingung. Nach diesem Prinzip werden alle Harmonischen und Oberwellen auf die Grundwelle bezogen und mit einer Ordnungszahl (n) durchnummeriert.

Je nach Art der Verzerrung eines Signals entstehen im Verhältnis mehr gradzahlige oder ungradzahlige Oberwellen in dessen Frequenzspektrum. Rechteckförmige Signale, welche z. B. durch Übersteuerung von Verstärkerstufen entstehen (hierbei werden die Spitzen der Amplituden begrenzt und abgeflacht), enthalten überwiegend ungradzahlige Harmonische bzw. gradzahlige Oberwellen. Sägezahnförmige Signale enthalten überwiegend gradzahlige Harmonische bzw. ungradzahlige Oberwellen.

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Kurzbeschreibung: Spektraldiagramm mit Grundfrequenz f0 und drei Oberwellen (2., 3. und 4. Harmonische) als vertikale Linien entlang der Frequenzachse.

Detaillierte Beschreibung: Ein Koordinatensystem zeigt die Amplitude A (Pfeil nach oben) über der Frequenz f (Pfeil nach rechts). Auf der Grundlinie stehen vier vertikale Linien: links eine schwarze Linie bei der Beschriftung „f0“ (kursiv) mit „1 Harm.“ darunter; rechts davon drei gelbe Linien mit den Beschriftungen „1. OW 2 Harm.“, „2. OW 3 Harm.“ und „3. OW 4 Harm.“. Die gelben Linien sind kürzer als die schwarze und unterscheiden sich in der Höhe. Über den gelben Linien verlaufen graue, punktierte Vertikalhilfslinien nach oben. Entlang der oberen Bildkante markieren drei waagerechte graue Doppelpfeile jeweils den Abstand „f0“ zwischen den Linien. Zwischen der zweiten und dritten gelben Linie steht in orange der Text „Oberwellen (OW)“. — Abbildung NEA-14.3.1: Zusammenhang zwischen Oberwellen und Harmonischen

AB403: Eine periodische Schwingung, die wie das folgende Signal aussieht, besteht ...

1) Kurzbeschreibung: Diagramm aus einem rechteckigen Gitter und einer Kurve mit wellenförmigen Schwankungen in den Maxima und Minima.

2) Ausführliche Beschreibung: Das Diagramm zeigt ein rechteckiges Gitter bestehend aus acht vertikalen und sieben horizontalen Gitterlinien. Die Achsen haben keine Beschriftung. Die Kurve beginnt links etwa in der Mitte, steigt steil an bis zu einem Maximum nahe des oberen Bildrandes. Hier gibt es kleine wellenförmige Schwankungen, bevor die Kurve zu einem Minimum nahe des unteren Bildrandes steil abfällt. Auch hier gibt es kleine wellenförmige Schwankungen. Danach steigt die Kurve wieder zu einem Maximum mit Schwankungen an und endet danach am rechten Bildrand etwa in der Mitte.

AB401: Was sind Harmonische?

AB402: Die dritte Oberwelle entspricht ...

Auch wenn ein Signal auf dem Oszilloskop zunächst sinusförmig erscheint, kann das Signal trotzdem nennenwerte Oberwellenanteile (bzw. Harmonische der Grundwelle) enthalten. Um den Oberwellenanteil eines Signals quantitativ und qualitativ beurteilen zu können benötigt man einen Spektrumanalysator der das Signal im Freqenzbereich (Frequency-Domain) darstellen kann und hierbei die Amplitudenwerte der einzelnen Oberwellen logarithmisch darstellen kann, so dass deren Anteile am Gesamtsignal messbar sind.

AI615: Mit welchem Messgerät kann man das Vorhandensein von Harmonischen nachweisen?

AI614: Mit welchem der folgenden Messinstrumente können die Amplituden der Harmonischen eines Signals gemessen werden? Sie können gemessen werden mit einem ...

Bei gegebener Grundfrequenz (1. Harmonische) eines Signals, können Frequenzen der Harmonischen durch Multiplikation der Grundfrequenz mit der jeweiligen Ordnungszahl (n) der Harmonischen errechnet werden. Gleichermaßen können die Frequenzen der Oberwellen eines Signals durch Multiplikation der Grundfrequenz mit der Ordnungszahl der Oberwelle plus 1 (n+1) berechnet werden.

AJ201: Die zweite Harmonische der Frequenz 3,730 MHz befindet sich auf ...

AJ205: Die zweite ungeradzahlige Harmonische der Frequenz 144,690 MHz ist ...

AJ202: Auf welche Frequenz müsste ein Empfänger eingestellt werden, um die dritte Harmonische einer nahen 7,050 MHz-Aussendung erkennen zu können?

AJ206: Auf welchen Frequenzen kann ein 144,300 MHz SSB-Sendesignal Störungen verursachen?

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