Superregenerativempfänger

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Der Superregenerativempfänger ist ein vergleichsweise einfaches Funkempfänger-Schaltungsprinzip, das zum Empfang amplitudenmodulierter und zum Teil sogar frequenzmodulierter Aussendungen (AM bzw. FM) geeignet ist. Einfache Audionempfänger mit Rückkopplung hatten zwar eine am Aufwand gemessen vergleichsweise gute Empfangsleistung, doch aufgrund aufgrund der zusätzlich zur Senderabstimmung gegebenenfalls zu betätigenden Rückkopplung war die Bedienung wenig komfortabel. Speziell beim Empfang von weiter entfernten und daher schwächeren Funkstationen bzw. Rundfunksendern musste sie mit einem separaten Drehknopf mehr oder weniger feinfühlig eingestellt werden. Bei Rückkopplungsempfängern wird die maximale Empfindlichkeit kurz vor dem Schwingungseinsatz erreicht. Wird dieser Punkt überschritten, arbeitet die Schaltung als Oszillator und die Eigenschwingung überlagert sich der Senderschwingung. Bei nur etwas ungenauer Abstimmung entsteht ein dem Frequenzunterschied entsprechender Störton, welcher einen vernünftigen Empfang von AM- oder FM-Aussendungen unmöglich macht. Es wurde daher schon in der Anfangszeit der Funktechnik nach Verfahren gesucht, welche die Bedienung einer Rückkopplung überflüssig machen bzw. diese gegebenenfalls automatisieren sollten. Eine Lösungsmöglichkeit dieses Problems hatte man mit dem oft auch als Pendelempfänger oder kurz Pendler bezeichneten Superregenerativempfänger gefunden. Zunächst wurde die Schaltung auch oft als Pendelaudion bezeichnet, was aber technisch unzutreffend ist, da bei der Demodulation selbst im erweiterten Sinne nicht das Audionprinzip zur Anwendung kommt.

[Bearbeiten] Geschichte

Das Pendelaudion wurde 1922 von Edwin Howard Armstrong erfunden und zum Patent angemeldet. Armstrong war 1914 schon maßgeblich an der Erfindung des Rückkopplungsaudions beteiligt gewesen. Für Versuche mit Ultrakurzwellen wurden Pendelempfänger in den 1920er und 1930er Jahren von Amateuren eingesetzt.

In Deutschland erlangten Pendelempfänger in der Anfangszeit des UKW-Rundfunks – also in den Jahren 1949 bis etwa 1953 – größere Bedeutung. Es wurden u. a. Baugruppen hergestellt, mit denen sich herstellerseitig dafür eingerichtete Rundfunkempfänger mit dem UKW-Bereich erweitern ließen. Eine große Bedeutung hatten zu dieser Zeit auch nach dem Superregenerativprinzip arbeitende Vorsatzgeräte, die sich an der Plattenspieler- bzw. Tonabnehmerbuchse des vorhandenen Rundfunkgerätes anschließen ließen. Trotz der im Vergleich zum Superhet schlechteren Empfangsleistung erhielten Superregenerativempfänger aufgrund der nach dem 2. Weltkrieg allgemein kleinen Kaufkraft als preiswerte Alternative für den UKW-Empfang eine relativ gute Akzeptanz.

In den 1950er Jahren wurden nach diesem Prinzip arbeitende, im Hochfrequenzteil zunächst mit einer Röhre bestückte und später anstattdessen mit einem Transistor arbeitende Empfängerbaugruppen bei der Funkfernsteuerung von Modellen zunehmend eingesetzt. Etwa seit Mitte der 1960er Jahre findet man Superregenerativempfänger auch als Empfangsteil von Handfunkgeräten (Walkie-Talkie), in ganz einfachen solcher Geräte sogar noch heute. Auch für Fernsteuer- bzw. Fernwirkzwecke und zur Übertragung von Messwerten und -Daten werden sie z. B. in Funkthermometern, Funktürglocken und drahtlosen Alarmmeldern noch heute eingesetzt.

[Bearbeiten] Technik

Grundsätzlich ist ein Superregenerativempfänger ein HF-Oszillator, bei dem die Rückkopplung durch die Pendelfrequenz in rascher Folge von „ganz zu“ bis „ganz auf“ durchgestellt wird. Die Häufigkeit wird durch die Pendelfrequenz bestimmt, welche zur Erreichung einer genügenden Empfangsempfindlichkeit einerseits deutlich kleiner als ein Hundertstel der zu empfangenden Frequenz betragen, andererseits aber deutlich oberhalb der höchsten Frequenz des zu übertragenden Signals liegen muss. Mindestens sollte sie etwa doppelt so groß sein und liegt normalerweis bei Werten zwischen 30 und 90 kHz. Die Pendelfrequenz ist damit außerhalb des Hörbereiches, weshalb sie beim Empfang von Sprache und Musik nicht störend in Erscheinung treten kann. Um Übersteuerungs- und Intermodulationserscheinungen im NF-Verstärker zu vermeiden, wird sie sich durch geeignete Schaltungsmaßnahmen vor dem NF-Verstärker unterdrückt. Dazu genügt das Einfügen eines (Tiefpasses).

Je nach Empfangsamplitude wird der maximale Oszillatorpegel unterschiedlich erreicht, der sich dadurch ändernde mittlere Oszillatorstrom enthält die NF-Modulation. Bei jedem dieser Durchläufe wird einmal der Punkt der maximalen Empfindlichkeit durchlaufen. Bei einer Pendelfrequenz von 30 kHz wird also 30.000 mal in der Sekunde der Punkt maximaler Empfindlichkeit erreicht.

Es wird unterschieden zwischen selbstschwingenden und fremdgesteuerten Pendlern. Außerdem unterscheidet man zwischen linearem und logarithmischem Betrieb, wobei letzterer erheblich häufiger anzutreffen ist. Eine besondere Form des Pendlers ist der Quentschkreispendler, bei dem die HF-Schwingung und mittels eines zusätzlichen Schwingkreises (dem Quentschkreis) die sinusförmige Pendelfrequenz in in ein und derselben Stufe erzeugt werden.

Größter Nachteil des Superregenerativempfänger ist die Tatsache, dass er sehr starke Störstrahlungen produziert, welche über die Antenne abgestrahlt werden können und den Empfang benachbarter Geräte beeinträchtigen. Als weiterer Nachteil wird oft das sehr starke Rauschen angegeben, das auftritt, wenn kein Sender empfangen wird. In Verbindung damit steht aber, dass die Lautstärke empfangener Signale kaum abhängig von der Empfangsfeldstärke ist, so dass spezielle Regelschaltungen entfallen. Sehr detaillierte Beschreibungen der Funktionsweise findet man in verschiedenen Auflagen von „Das Große Fernsteuerbuch“ von Heinz Richter ^[1][2].

[Bearbeiten] Anwendung

Superregenerativempfänger wurden zunächst überwiegend für den Kurzwellenempfang benutzt. Für den Empfang von Mittelwellen sind sie kaum geeignet, für Langwellen überhaupt nicht. Am besten eignen sie sich für Frequenzen ab ca. 20 MHz bis hin zu oberhalb von 1 GHz. Sie kommen nur für Anwendungen in Betracht, bei denen niedrige Ansprüche bezüglich der Trennschärfe gestellt werden, denn die Empfangsbandbreite liegt normalerweise in der Größenordnung von etwa einem hundertstel der zu empfangenen Frequenz. Die Empfindlichkeit ist mit Werten um ca. 5 µV gemessen am Aufwand erstaunlich gut.

Der Superregenerativempfänger ist vom Prinzip her ein AM-Empfänger. Für den FM-Empfang kann er nur bei hinreichend großem Frequenzhub benutzt werden, und zwar durch Flankendemodulation, also indem bei Einstellung etwas neben die Senderfrequenz gestellt wird. Bei schmalbandiger Frequenzmodulation (NFM) gehen die Signale im Rauschen unter. Er eignet sich daher, wenn bescheidene Ansprüche erfüllt werden sollen, für UKW-Rundfunkempfang, keinesfalls aber für Hifi-Anwendungen.

Hauptanwendungsgebiet ist die amplitudenmodulierte Übertragung von Tonsignalen oder Daten kleineren Umfangs über niedrige Entfernungen, bei der Störungen durch andere Funkanwendungen in Kauf genommen werden können. Also überall dort, wo es hingenommen werden kann, dass die Übertragung gegebenenfalls ein- oder mehrmals wiederholt werden muss. Mit heutigen Bauelementen ist der Herstellungspreis von Superregenerativempfängern minimal. Man findet sie daher fast nur in Geräten am unteren Ende der Preisskala.

Die meisten Superregenerativempfänger arbeiten heute im 27-MHz- und im 433-MHz-Band.

[Bearbeiten] Fußnoten und Einzelnachweise

1. ↑ Heinz Richter: Das grosse Fernsteuer-Buch. Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, 1966
2. ↑ Heinz Richter, neubearbeitet von Richard Zierl: Das grosse Fernsteuer-Buch. Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, 1974