Konverter und Transverter

Konverter und Transverter werden im Amateurfunk eingesetzt, um mit vorhandenen Funkgeräten zusätzliche Frequenzbereiche zu erschließen, die diese Geräte ursprünglich nicht abdecken. Ein Konverter setzt das Signal dabei nur in eine Richtung um, entweder im Sendepfad oder im Empfangspfad. Ein Transverter hingegen verfügt über eine interne Sende-/Empfangsumschaltung und übernimmt die Frequenzumsetzung sowohl im Sende- als auch im Empfangsbetrieb. Die Frequenzumsetzung bei Konvertern und Transvertern erfolgt hierbei immer durch Mischung in einem oder mehreren Mischern.

Beispielsweise kann man mit einem entsprechenden Transverter und einem vorhandenen Kurzwellen-Transceiver z. B. auch Betrieb im VHF/UHF/SHF-Bereich machen. Hierbei würde man z. B. das $\qty{10}{\meter}$-Band des Kurzwellen-Transceivers mittels eines Transverters auf $\qty{2}{\meter}$/$\qty{70}{\centi\meter}$ oder $\qty{23}{\centi\meter}$ in beide Richtungen umsetzen.

EF501: Welche der nachfolgenden Antworten trifft für die Wirkungsweise eines Transverters zu? Ein Transverter setzt...

EF502: Durch welchen Vorgang setzt ein Transverter einen Frequenzbereich in einen anderen um?

Betrachten wir im ersten Schritt das Blockschaltbild eines Konverters in Abbildung NE-11.5.1. Ein solcher Konverter könnte beispielsweise dazu verwendet werden, ein Signal aus einem VHF-Funkgerät für den Amateurfunksatelliten QO-100 umzusetzen, der eine Eingangsfrequenz im $\qty{2,4}{\giga\hertz}$-Band benötigt. Ein Transverter ist hier ggf. nicht nötig, da der Empfang über einen SDR-Stick und ein LNB erfolgt.

Aus dem Blockschaltbild ist ersichtlich, dass ein definierter Eingangsfrequenzbereich mithilfe mindestens eines Mischers auf einen anderen Ausgangsfrequenzbereich umgesetzt wird. Eine Sende- und Empfangsumschaltung ist dabei nicht vorgesehen. Ein Konverter kann daher ein Signal nur in eine Richtung umsetzen, entweder im Empfangs- (RX) oder im Sendepfad (TX). Bei Konvertern für den Sendebetrieb ist häufig eine PTT-Steuerung vorhanden, die im Sendefall die Verstärkerstufen des Konverters aktiviert.

Auf welches Frequenzband ein Konverter das Signal umsetzt, lässt sich aus der dem Mischer zugeführten Oszillatorfrequenz sowie der Ein- oder Ausgangsfrequenz rechnerisch bestimmen. Im konkreten Beispiel ergibt sich die Zielfrequenz aus dem Mischprodukt von $\qty{144}{\mega\hertz} + \qty{2,256}{\giga\hertz} = \qty{2,4}{\giga\hertz}$, wobei das gewünschte Produkt anschließend durch geeignete Filter selektiert wird.

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 NE-11.5.1: Konverterschaltung z. B. Für QO-100

EF504: Was stellt die nachfolgende Schaltung dar?

Die Schaltung eines Transverters lässt sich gut von der eines Konverters unterscheiden. Die Abbildungen NE-11.5.2 und NE-11.5.3 zeigen das Blockdiagramm eines Transverters, der es ermöglicht, mit einem $\qty{10}{\meter}$-Kurzwellen-Transceiver auf dem $\qty{2}{\meter}$-Band Betrieb zu machen. Dazu werden eine Sende-/Empfangsumschaltung sowie zwei Mischer und zwei getrennte Signalpfade verwendet – jeweils einer für den Empfangs- (RX) und einer für den Sendebetrieb (TX).

Der TX-Zweig setzt im Sendefall das Ausgangssignal des Transceivers auf das gewünschte höhere Frequenzband um, während der RX-Zweig im Empfangsfall das von der Antenne kommende Signal auf das für den Transceiver geeignete Frequenzband heruntermischt. Zwischen welchen Frequenzbändern der Transverter arbeitet, lässt sich durch Kenntnis der Oszillatorfrequenz, die den Mischern zugeführt wird, sowie der jeweiligen Ein- und Ausgangsfrequenzen rechnerisch bestimmen. Diese Zusammenhänge sind in den Abbildungen dargestellt.

Der quarzstabilisierte Oszillator ($G$) erzeugt eine Frequenz von $\qty{38,666}{\mega\hertz}$, die mithilfe eines 1:3-Frequenzvervielfachers auf $\qty{116}{\mega\hertz}$ erhöht wird. Im Empfangsfall, dargestellt in Abbildung NE-11.5.2, wird das Eingangssignal aus dem Frequenzbereich $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$ auf den Bereich $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ heruntergemischt. Im Sendefall, gezeigt in Abbildung NE-11.5.3, wird das Ausgangssignal des Funkgeräts aus dem Bereich $\qtyrange{28}{30}{\mega\hertz}$ auf den Frequenzbereich $\qtyrange{144}{146}{\mega\hertz}$ hochgemischt. Wie üblich kommen in beiden Signalpfaden geeignete Filter zur Selektion der gewünschten Mischprodukte zum Einsatz, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind.

EF503: Was stellt folgendes Blockschaltbild dar?

1) Kurzbeschreibung: Blockschaltbild mit zwei Verbindungszweigen (RX und TX): Antenne, 1. Umschalter RX/TX, im RX-Zweig mit Signalfluss von links nach rechts: Verstärker, Mischer zum 2. Umschalter RX/TX; im TX-Zweig mit Signalfluss von rechts nach links: Mischer, 2 Verstärker, zurück zum 1. Umschalter RX/TX; in der Mitte ein Oszillator mit nachgeschaltetem Frequenzvervielfacher, der mit den Mischern in beiden Zweigen verbunden ist. Rechts vom 2. Umschalter RX/TX ein TRX-Block.

2) Ausführliche Beschreibung: Gezeigt ist ein Blockschaltbild aus zwei parallel eingezeichneten Zweigen, die jeweils am Anfang und am Ende mit einem RX/TX-Umschalter verbunden sind. Beide Zweige enthalten mehrere, mit einer horizontalen Linie verbundene Baugruppen. Ganz links befindet sich das Schaltzeichen für eine Antenne, die zum 1. RX/TX-Umschalter führt. Im RX-Zweig (oben) mit Signalfluss von links nach rechts folgt zunächst ein Block mit einem nach rechts zeigenden Dreieck (Verstärker) und ein Block mit einem diagonalen Kreuz im Kreis (Mischer). Der RX-Zweig endet an einem 2. RX/TX-Umschalter. Von hier aus geht der TX-Zweig (unten) mit Signalfluss von rechts nach links ab. Hier gibt es zunächst wieder einen Block mit einem diagonalen Kreuz im Kreis (Mischer), gefolgt von zwei Blöcken mit einem nach links zeigenden Dreieck (Verstärker). Der TX-Zweig endet am 1. RX/TX-Umschalter. Beide Mischer sind miteinander verbunden. In der Mitte des Blockschaltbildes ist ein Block mit der Aufschrift „G“, drei wellenförmigen Linien und einem kleinen Rechteck mit je einer Linie darüber und darunter (Oszillator) eingezeichnet. Über diesem Block steht die Zahl „38,666“. Der Block ist nach rechts mit einem Block mit einem Schrägstrich und der Aufschrift „1“ (oben links) und „3“ (unten rechts) (Frequenzvervielfacher) verbunden. Dieser Frequenzvervielfacher ist nach rechts mit den Mischern in beiden Zweigen verbunden. Rechts vom 2. RX/TX-Umschalter gibt es einen Block mit der Aufschrift „TRX“. Oberhalb des Blocks steht „28-30“, unterhalb „MHz“. Weitere Beschriftungen sind nicht vorhanden.

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Kurzfassung: Blockdiagramm einer Funkanlage mit Antenne, HF-Verstärker, RX- und TX-Mischer, Treiber, PA, einem TRX für 28–30 MHz und einer 116‑MHz‑Zuleitung aus einem Generator „38,666 MHz“ über einen Block „1/3“.

Detailbeschreibung: Links steht ein Antennensymbol, verbunden mit einer Leitung und einem kleinen Umschalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“. Vom Umschalter führt oben eine Leitung mit Pfeil nach rechts durch einen Block „HF“ (Verstärkersymbol) zu einem Block „RX‑Mischer“ (Quadrat mit Kreis/Kreuz). Rechts davon befindet sich ein weiterer kleiner Umschalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“, der zu einem rechteckigen Block „TRX“ führt; daneben steht „28–30 MHz“. Rechts oben ist Text: „RX:“ und darunter „144 MHz – 116 MHz = 28 MHz“ sowie „146 MHz – 116 MHz = 30 MHz“. Unten verläuft der Sendezweig vom rechten „RX/TX“-Umschalter nach links in einen Block „TX‑Mischer“ (Quadrat mit Kreis/Kreuz), weiter in „Treiber“ (Verstärkersymbol) und in „PA“, dann zurück zum linken Umschalter und zur Antenne. In der Mitte unten steht ein Block mit der Beschriftung „G“ und einer Sinuslinie; darunter steht „38,666 MHz“. Von dort zeigt ein Pfeil nach rechts zu einem Block mit der Aufschrift „1“ über „3“. Aus diesem Block führt eine senkrechte Leitung, mit „116 MHz“ beschriftet, mit Pfeilen nach oben zum „RX‑Mischer“ und nach unten zum „TX‑Mischer“. Alle Verbindungen sind als Linien mit Pfeilspitzen gezeichnet, die die Signalrichtung anzeigen. — Abbildung NE-11.5.2: Transverter im RX-Pfad

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Kurzfassung: Blockdiagramm eines Transverters mit Antenne, RX/TX-Umschaltern, HF-Verstärker, RX‑Mischer und TX‑Mischer, einem 38,666‑MHz‑Generator mit Vervielfacher auf 116 MHz, Treiber, PA und einem TRX für 28–30 MHz; Pfeile zeigen den Signalfluss und Text weist auf 144/146 MHz hin.

Detaillierte Beschreibung: Links steht ein Antennensymbol, das über einen zweistufigen Schalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“ an eine horizontale Leitung gekoppelt ist. In Empfangsrichtung führt die Leitung nach rechts zu einem Dreieckblock mit der Beschriftung „HF“ (Verstärker), dessen Ausgang mit einem quadratischen Block „RX‑Mischer“ (Quadrat mit gekreuztem Kreis) verbunden ist. In der Mitte befindet sich unten ein Block mit der Beschriftung „38,666 MHz“; darin sind ein „G“ und wellenförmige Linien gezeichnet. Rechts davon zeigt ein Pfeil auf einen quadratischen Block mit diagonaler Trennlinie und den Ziffern „1“ (oben) und „3“ (unten). Von diesem Block führt eine senkrechte Leitung mit der Beschriftung „116 MHz“ nach oben zum „RX‑Mischer“ (Pfeil nach oben) und nach unten zum „TX‑Mischer“ (Pfeil nach unten). Unten links steht ein quadratischer Block „TX‑Mischer“ (ebenfalls mit gekreuztem Kreis). Dessen Ausgang führt nach links zu einem Dreieckblock „Treiber“ und weiter nach links zu einem rechteckigen Block „PA“; von dort geht die Leitung zurück Richtung Antennenschalter. Rechts im Bild ist ein kleiner rechteckiger Block „TRX“ mit der Beschriftung „28–30 MHz“ darunter; daneben befindet sich ein weiterer zweistufiger Schalter mit den Beschriftungen „RX“ und „TX“, der den TRX mit der restlichen Schaltung verbindet. Unten rechts steht der Text „TX: 28 MHz + 116 MHz = 144 MHz“ und „30 MHz + 116 MHz = 146 MHz“. Alle Verbindungen sind mit Pfeilen in Signalflussrichtung dargestellt. — Abbildung NE-11.5.3: Transverter im TX-Pfad

Transverter und Konverter, die für hohe Eingangs- oder Ausgangsfrequenzen (im GHz-Bereich) ausgelegt werden, müssen über einen sehr stabilen Oszillator verfügen. Fehler in der Oszillatorfrequenz führen durch interne Frequenzvervielfachung aufgrund der hohen Ausgangsfrequenzen bei schmalbandigen Betriebsarten oder SSB zu unannehmbaren Abweichungen in der Zielfrequenz. Eine Abweichung in der Oszillatorfrequenz wird durch deren Vervielfachung ebenfalls vervielfacht. Oft verwendet man einen sog. TCXO oder OCXO, der auch zusätzlich noch über eine externe Referenzquelle synchronisiert werden kann (z. B. GPS), um die Oszillatorfrequenz möglichst gut zu stabilisieren und Abweichungen in der Zielfrequenz klein zu halten.

EF505: Warum soll der Lokaloszillator (XO) in einem Transverter für Satellitenbetrieb mit einer Uplinkfrequenz von 2,4 GHz temperaturstabilisiert oder durch ein höherwertiges Frequenznormal synchronisiert sein?

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