Forum: HF, Funk und Felder Wie funktioniert FM


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von Ozelot S. (poko)


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Hallo liebe Community,

ich mache derzeitig eine Ausbildung zum Elektroniker für Geräte und 
Systeme und schließe nächsten Monat meine Ausbildung ab.
Ich fand die Ausbildung wirklich toll, habe sehr viel gelernt und möchte 
meinen Beruf weiter ausüben.
Jedoch lernt man ja natürlich nicht alles in den 3 1/2 Jahren.

Ich bin so interessiert in Funktechnik, jedoch haben wir dies in der 
Schule kein einziges mal angesprochen. Ich finde es einfach genial, dass 
wir z.B. Radio hören können. Das man Ton einfach über größere 
Entfernungen senden und empfangen kann.

Dazu habe ich mich schon sehr oft eingelesen, sämtliche Artikel auf 
Elektronik-Kompendium durchgelesen. Versucht auf Youtube findbar zu 
werden.
Ich verstehe einfach nicht so ganz, wie Frequenzmodulation funktioniert 
und hoffe ihr könnt mir da kurz ein bisschen helfen.

Sehe ich es richtig, dass man im endeffekt eine Trägerfrequenz hat, 
welche z.B. auf 100MHz schwingt. Diese Trägerfrequenz wird durch einen 
LC Parallel Schwingkreis erzeugt. In diese Trägerfrequenz wird nun ein 
Tonsignal von einem Mikrofon/Aux über einen HF Transistor eingespeißt 
und damit verstärkt und über eine Antenne übertragen.

Nun frage ich mich aber, wie das Signal aussieht bzw welche Frequenz das 
Signal hat. Bleibt die Frequenz konstant auf 100MHz und in dem Signal 
ist einfach noch eine überlagerte Frequenz mit der Tonfrequenz? Es gibt 
ja auch einmal Tonfrequenzen von wenigen Hertz, wie soll dieses Signal 
gesendet werden?

Wie wird das ganze dann Empfangen? Wird im Empfänger dann wieder auf 
diese 100MHz eingestellt, damit die Trägerfrequenz empfangen wird und 
dann das Audiosignal rausgefiltert? Dann natürlich wieder verstärkt und 
auf Lautsprecher gegeben?

Ich würde mich sehr gerne einlesen, jedoch finde ich es persönlich 
wirklich schwer mit den Wikipedia Artikeln klar zu kommen, da dort für 
einen Laien wie mich wirklich viel "Fachchinesisch" steht. In der Schule 
hatte man immer einen Lehrer zum fragen, dies ist nun leider vorbei.
Hat jemand eventuell eine gute Literatur parrat, die es einem der nicht 
so fit mit Funk ist schritt für schritt erklärt?

Ich hoffe mir könnte vielleicht jemand antworten :)
Liebe Grüße!

: Bearbeitet durch User
von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Die Trägerfrequenz wird bei einer Frequenzmodulation (siehe 
Specktrumanalyser) im Takt der Musik nach links und rechts abgelenkt. 
Die 100 MHz wackeln also zwischen 99,9 und 100,1 MHz hin und her.

Die Demodulation erfolgt im Empfänger mit einem Ratiodetektor, bestehend 
aus zwei Dioden und einer Spule.

von Fred Frek-Wänz (Gast)


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Ozelot S. schrieb:

> Sehe ich es richtig, dass man im endeffekt eine Trägerfrequenz hat,
> welche z.B. auf 100MHz schwingt.
Ja.

Diese Trägerfrequenz wird durch einen
> LC Parallel Schwingkreis erzeugt.
Meistens Nein.

> In diese Trägerfrequenz wird nun ein
> Tonsignal von einem Mikrofon/Aux über einen HF Transistor eingespeißt
> und damit verstärkt und über eine Antenne übertragen.
Nicht notwendigerweise.

> Nun frage ich mich aber, wie das Signal aussieht bzw welche Frequenz das
> Signal hat. Bleibt die Frequenz konstant auf 100MHz und in dem Signal
> ist einfach noch eine überlagerte Frequenz mit der Tonfrequenz? Es gibt
> ja auch einmal Tonfrequenzen von wenigen Hertz, wie soll dieses Signal
> gesendet werden?
https://gist.github.com/jondoesntgit/ca0a99eaa9ff5a37d702


> Ich würde mich sehr gerne einlesen, jedoch finde ich es persönlich
> wirklich schwer mit den Wikipedia Artikeln klar zu kommen, da dort für
> einen Laien wie mich wirklich viel "Fachchinesisch" steht.
Mach Amateurfunkkurs, bspw. https://www.amateurfunkpruefung.de/ das ist 
auf Amateurniveau angepasst.

von Harald W. (wilhelms)


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Ozelot S. schrieb:

> ich mache derzeitig eine Ausbildung zum Elektroniker für Geräte und
> Systeme und schließe nächsten Monat meine Ausbildung ab.
> Jedoch lernt man ja natürlich nicht alles in den 3 1/2 Jahren.

Hmm, ich habe damals noch die Funktion eines Ratiodetektors
einschliesslich von dessen Zeigerdiagramm gelernt. Das war
damals die Standardschaltung zur Demodulation von FM.

> Ich würde mich sehr gerne einlesen, jedoch finde ich es persönlich
> wirklich schwer mit den Wikipedia Artikeln klar zu kommen, da dort für
> einen Laien wie mich wirklich viel "Fachchinesisch" steht.

Hmm, ich finde, dort steht nur sehr wenig "Fachchinesisch".
Sag doch mal konkret, welche Teile dieses Artikels du nicht
verstehst.

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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: Bearbeitet durch User
von Bernhard D. (pc1401)


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Ach Du grüne Neune schrieb:

> Die Demodulation erfolgt im Empfänger mit einem Ratiodetektor, bestehend
> aus zwei Dioden und einer Spule.

Harald Wilhelms:

>  Das war damals die Standardschaltung zur Demodulation von FM.

Ja, vor etwa 1970. Seit einigen Jahrzehnten sind eher 
Quadraturdemodulatoren üblich, die im Wesentlichen in integrierten 
Schaltungen verschwinden. Spart Platz, Kosten und Abgleichaufwand.

Es gibt noch andere Verfahren, z.B. PLL, oder neuzeitlich mit digitaler 
Signalverarbeitung (z.B. Silicon Laboratories Si47xx). Schon in meinem 
Lidl Küchenradio angekommen...

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Bernhard D. schrieb:
> Schon in meinem
> Lidl Küchenradio angekommen...

Ich lebe immer noch im Jahre 1969 und will aus verschiedenen Gründen 
auch nicht mehr hier weg, da gab es noch richtige Bauteile zum anfassen 
:)

von Bernhard D. (pc1401)


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Ach Du grüne Neune schrieb:
> Bernhard D. schrieb:
>> Schon in meinem
>> Lidl Küchenradio angekommen...
>
> Ich lebe immer noch im Jahre 1969 und will aus verschiedenen Gründen
> auch nicht mehr hier weg, da gab es noch richtige Bauteile zum anfassen
> :)

Tja diese in Silizium geätzte Mathematik erstickt jede 
Hochfrequenzromantik im Keim ;-)

Auch mir macht es Spass, mich hin und wieder mit alter Technik zu 
beschäftigen. Aber es gibt gute Gründe, dass die Industrie es heute 
anders macht, und Neulinge sollten IMHO schon mit dem aktuellen Stand 
vertraut gemacht werden.

von Cheffe (Gast)


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Fred Frek-Wänz schrieb:
> Mach Amateurfunkkurs, bspw. https://www.amateurfunkpruefung.de/ das ist
> auf Amateurniveau angepasst.

Amateur kommt von Liebhaber und nicht vom Doofkopp!


Cheffe

von Lothar M. (zwickel)


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Leute, es macht doch keinen Sinn dem Fragenden mit Quadraturdetektor, 
Ratiodetektor, PLL u.s.w. zu antworten.

Der Fragende will ganz einfach wissen, wie eine FM entsteht und wie man 
daraus wieder das Nutzsignal gewinnt.

Ich versuchs mal ganz laienhaft zu beschreiben:

Der Träger, z.B. 100MHz, wird mit dem Nutzsignal, sagen wir mal 
beispielsweise ein Ton von 1000Hz, von seiner Mittenfrequenz (100MHz) 
nach oben und nach unten abgelenkt. Wie das geschieht, lasse ich jetzt 
mal aus, kann man anschliessend nachholen. Die positive Halbwelle des 
Tonsignals, lenkt den Träger nach oberhalb und die negative Halbwelle 
lenkt den Träger nach unterhalb der Mittenfrequenz ab. Damit pendelt der 
Träger mit einer Frequenz von 1000Hz um diese Mittenfrequenz herum. Den 
Grad der Ablenkung, also wie weit der Träger sich von der Mitte 
entfernt, nennt man Hub. Mit anderen Worten, je weiter der Träger von 
seiner Mitte abgelenkt wird, desto grösser ist der Hub. Der Hub ist 
entscheidend für die Lautstärke bei der späteren Demodulation.

Demodulation: Um beim Empfang wieder das Nutzsignal (1000Hz) zu 
bekommen, braucht man einen Detektor der folgendes macht.
Steht der Empänger genau auf der Empfangsfrequenz (100MHz), dann gibt 
der Detektor Null-Spannung aus.
Driftet jetzt der Sender infolge der Modulation nach oberhalb der Mitte, 
dann gibt der Detektor eine positive Spannung ab und umgekehrt, weicht 
der Träger mit seiner Frequenz nach unterhalb der Mitte ab, dann gibt 
der Detektor eine negative Spannung ab. Die Höhe der Spannung ist 
proportional der Senderverschiebung, sprich Hub (Lautstärke).
Daraus ergibt sich wieder genau das gleiche Signal wie das mit dem der 
Träger moduliert wurde.

Alles klar?

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar M. schrieb:

> Ich versuchs mal ganz laienhaft zu beschreiben:
> Wie das geschieht, lasse ich jetzt mal aus, kann man anschliessend
> nachholen.

Das erinnert mich irgendwie daran:
http://www.heidecker.eu/Ruehmann/Ruehmann_DFeuerzangenbowleZitate.htm

von Lothar M. (zwickel)


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Harald W. schrieb:
> Das erinnert mich irgendwie daran:

Feigling, machs einfach besser!

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar M. schrieb:
> Harald W. schrieb:
>> Das erinnert mich irgendwie daran:
>
> Feigling, machs einfach besser!

Mir erscheint die Erklärung in Wikipedia als stimmig und
nicht allzuschwierig. Deshalb meine Frage an den TE weiter
oben, welche Teile davon er nicht versteht, sodas man da
nochmal einhakt. Ansonsten sollte mein Posting kein Angriff
gegen Dich sein, sondern eher nur eine humoristische Einlage.

von Dumpfbacke (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Leute, es macht doch keinen Sinn dem Fragenden mit Quadraturdetektor,
> Ratiodetektor, PLL u.s.w. zu antworten.

Es macht überhaupt keinen Sinn mehr hier was zu schreiben,
denn der TO ist schon längst wieder über alle Berge.

Der einzige Sinn eines solchen Threads ist (jetzt) dass sich
wieder Leute mit verschiedenen Meinungen gegenseitig zerfetzen.

von Ham (Gast)


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Hallo

der Beitrag von Lothar Maye ist wirklich ein guter Einstieg um die 
Grundlagen von FM zu verstehen.
Es ist aber auch Tatsache das FM bei weiten nicht so einfach ist wenn es 
um Details geht.
Schon alleine die Bandbreite eines NF Modulierten FM Signals ist bei 
weiten nicht so einfach berechenbar wenn man es ganz genau nimmt. Auch 
die Erklärung des Hubes kann fast beliebig kompilierter (und damit 
genauer und "richtiger") möglich.
Nein FM ist wenn man es in Detail Verstehen und berechnen möchte keine 
triviale Sache.
Wenn man dann noch die modernen Verfahren zur Erzeugung und Modulation 
und Demodulation von FM vollständig im Detail verstehen und Berechnen 
möchte (um das ganz z.B. in Software zu gießen -SDR-) ist man auch als 
lizenzierter Funkamateur ohne Beruflichen Hintergrund (und ich Rede 
jetzt nicht vom einfachen Radiotechniker - falls es den überhaupt noch 
gibt) auch sehr schnell an seine Grenzen angelangt (Sofern es sich nicht 
nur um die Nutzung von fertiger Hardware und Softwaremodule handelt).
Und ein modernes Digitales Funkverfahren wirklich vollständig bis auf 
kleinster Ebene zu verstehen (also die komplette analoge HF, 
Fehlerkorrektur des Codecs, Datenreduktion des Codecs, eventuelle 
Netzwerkbildung eines digitalen Funksystems...) werden wohl nur sehr 
begabte Ingenieure aus der E-Technik die sich spezialisiert haben und 
"nebenbei" noch begnadete Mathematiker sind schaffen können.

Ham

von Christian K. (Gast)


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@Ham

mit ein paar Grundlagen in Signaltheorie ist es IMHO eher eine Frage, 
wieviel Zeit man dafür investiert. Mit einem IQ Demodulator kannst Du 
jede Modulationsart mit Software demodulieren, da kein Signal aus mehr 
als Betrag und Phase pro Träger besteht.

Betrachtet man ein FM Signal mit einer Einton Sinusmodulation, so 
ergeben sich die Spektralanteile als Besselfunktion, die von 
Modulationsfrequenz und Hub (Modulationsindex) abhängt.

Für die störunterdrückende Wirkung von Spread Spektrum (ist auch eine 
reine FM) führt eine reine Betrachtung als FM im Frequenzbereich oft zu 
falschen Schlüssen, wenn man die leistungsintegrierende Funktion der EMV 
Emfängerbandbreite vernachlässigt.

von Ham (Gast)


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Hallo

ja - alles ganz einfach... ;-)
Nein ehrlich: Das ist weit oberhalb dessen was man als Funkamateur 
wissen muss um den technischen Teil der Prüfung zu bestehen.
Und der interessierte Laie, der noch locker das Ohmsche Gesetz, die 
Funktion von Diode und Transistor und sogar die Grundlagen der 
Wechselstromtechnik erlernen kann wird vor solchen Begrifflichkeiten im 
Allgemeinen abgeschreckt, die wenigen die davon nicht abgeschreckt 
werden sind wohl die Ausnahmen.

Ham

von Lothar M. (zwickel)


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Christian K. schrieb:
> Mit einem IQ Demodulator kannst Du
> jede Modulationsart mit Software demodulieren, da kein Signal aus mehr
> als Betrag und Phase pro Träger besteht.
>
> Betrachtet man ein FM Signal mit einer Einton Sinusmodulation, so
> ergeben sich die Spektralanteile als Besselfunktion, die von
> Modulationsfrequenz und Hub (Modulationsindex) abhängt.
>
> Für die störunterdrückende Wirkung von Spread Spektrum (ist auch eine
> reine FM) führt eine reine Betrachtung als FM im Frequenzbereich oft zu
> falschen Schlüssen, wenn man die leistungsintegrierende Funktion der EMV
> Emfängerbandbreite vernachlässigt.

Mann Christian,
für einen Newcomer hättest du genausogut den Bullshitgenerator bemühen 
können, das hätte genausoviel Verständnis hervorgerufen wie dein Post.

Nimms mir nicht übel, aber ich betrachte solche Posts wie den Deinen als 
einen Hijack eines bestehenden Threads.

Das ist ein Thema das man unter Experten intensivieren kann, aber mit 
solchen overkill-posts vergrault man nur einen blutigen Anfänger....und 
das waren wir doch alle einmal.

Nix für ungut

Als ich vor laaaanger Zeit, als junger Mann zum Amateurfunk kam, jung, 
dynamisch, mittellos, aaaaaber einen ungeheuren Tatendrang, da gab es in 
unserem OV auch Leute, die jedwedes Thema auf eine Ebene hoben, wo man 
sich als Anfänger absolut unwohl fühlte und auch so gut wie nichts 
verstand.

Oft waren das Leute die zu Hause hinter dicken, fetten kommerziellen TRX 
sassen, selbst garnicht imstande einen Lötkolben zu führen, haben aber 
uns Newbies in Grund und Boden geredet.
Oft auch selbst garnicht bereit etwas Wissen weiter zu geben, weil 
dadurch ja eventuell ihre eigene erhabene Position gefährdet wäre.

Sorry, das war nicht persönlich, sondern nur im Allgemeinen gemeint.

In dieser Zeit hat sich mir ein Spruch besonders eingeprägt: "Alle 
sagten das geht nicht, da kam einer der das nicht wusste und hat es 
einfach gemacht".

Die meisten meiner Projekte, geboren in einer finaziellen Talsohle, habe 
ich umsetzen können, auch dank einiger weniger OMs die mich an der Hand 
genommen haben und mich Schritt für Schritt an die Materie heranführten.

Wenn jetzt so ein Newbie, wie der TO, mit einfachen Worten und 
Erklärunge die Grundlagen versteht, kann man den nächsten Schritt machen 
und tiefer in die Materie einsteigen. Jedoch sollte man nicht den 
zweiten Schritt vor dem ersten machen.

von Lothar M. (zwickel)


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Dumpfbacke schrieb:
> Es macht überhaupt keinen Sinn mehr hier was zu schreiben,
> denn der TO ist schon längst wieder über alle Berge.

Das was hier gepostet wird, interessiert nichtnur den TO.

Dieses Forum wird von unzähligen passiven Usern mitgelesen.
Gerade Anfänger trauen sich oft nicht in ein Thema, auch wenn es sie 
nochsosehr interessiert, mit einzusteigen, gerade weil es so viele 
"überkanditelte" Posts und auch User gibt. Die Angst niedergebügelt zu 
werden, ist in diesem Forum beträchtlich, obgleich die 
Schwarmintelligenz hier ebenfalls beträchtlich ist.

Deshalb macht es durchaus Sinn, ein Thema auch dann weiter zu führen, 
wenn der eigentliche Fragesteller schon vergrault ist.

Als User dieses Forums muss man sich einen Filter bauen, der alles was 
einem nicht passt, einfach ausfiltert, dann profitiert man enorm.

von Christian K. (Gast)


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Geht auch ganz ohne Signaltheorie. FM ist einfach ein Träger der sich in 
der Frequenz nach oben und unten bewegt. So wie Jimi Hendrix mit einer 
Gitarrensaite umgeht. Im Takt und proportional zur Modulationsfrequenz. 
Erzeugen ist einfach. Jeder Oszillator dessen frequenzbestimmende 
Bauteile man manipulieren kann geht dazu. Z.B. LC Oszillator den C mit 
einer Kapazitätsdiode verändern. Geht mit kleinem Hub auch mit einem 
Quarz. Vorteil von FM ist die konstante Leistung. Daher kann ich den 
einfach verstärken, auch mit stark nichtlinearen Stufen.

Demodulieren geht an allem, was Frequenzveränderung erkennen kann. Z.B. 
Filterflanken. Oder man baut einen Oszillator und versucht den in der 
Frequenzverschiebung hinterherzuregeln (PLL). Mit einem IQ Demodulator 
und Software macht man auch nichts anderes.

Wegen der konstanten Leistung, der einfachen Erzeugung und leichten 
Einstellung des Hubs ist FM sehr verbreitet.
Ein kleiner verbotener FM Sender ist mit einfachsten Mitteln aufzubauen 
(ein Transistor) und mit einem Radio zu testen.

Dazu muß man keinerlei Mathematik verstehen. FM Sender gab es lange, 
bevor man die dahinter liegende Theorie verstanden hatte.

Wegen der mittlerweile kostengünstigen DSPs und A/D Wandlern kommen 
heute mehr "digitale" Modulationsmethoden zum Einsatz. Die sind aber 
auch nur etwas modernere Versionen von CW (Morsen oder Träger tasten). 
Es wird halt nur zusätzlich noch Amplitude und Phase kontrolliert.

von Johann L. (gjlayde) Benutzerseite


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Christian K. schrieb:
> FM Sender gab es lange, bevor man die dahinter liegende Theorie
> verstanden hatte.

Steile These.

von Christian K. (Gast)


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Der Erfinder ist nicht reich geworden sondern hat sich 1954 das Leben 
genommen. Erst seine Witwe hat für die Patente halbwegs Geld bekommen.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Edwin_Howard_Armstrong

http://www.wabweb.net/radio/frames/fmf.htm

Eine Ableitung, die FM Seitenbänder nach Besselfunktionen erster Ordnung 
bestimmt, ist IMHO von 1937.

https://archive.org/stream/bstj16-4-513/bstj16-4-513_djvu.txt

Evt. hat ja jemand den Volltext der ersten Veröffentlichung von Carson 
von 1922.

https://www.researchgate.net/publication/3466515_Notes_on_the_Theory_of_Frequency_Modulation

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