Big Bang HTL 3, Schulbuch

Informationsübertragung durch EM-Wellen 10 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 91 Schwingung – Welle Bei den Erklärungen der Modulation kommen Schwingun- gen und Wellen vor. Diese sind eng miteinander verwandt. In Abb. 10.4 wurde aus Gründen der Einfachheit nicht näher darauf eingegangen. Deshalb hier noch einmal genauer. Unter einer Schwingung versteht man, dass sich etwas periodisch um einen Ruhepunkt hin und her bewegt, zum Beispiel die Ladungen in der Antenne. Grafisch beschreibt man sie, indem man die Auslenkung über der Zeit angibt (Abb. 10.7 a). Unter einer Welle versteht man, dass sich Schwingungen durch den Raum ausbreiten, zum Beispiel die Schwingun- gen des elektrischen Feldes. Schwingungen werden grafisch beschrieben, indem man die Auslenkung über dem Ort dar- stellt. Diese Darstellung ist quasi eine Momentaufnahme der Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Nicht jede Schwingung muss Teil einer Welle sein, aber jede Welle setzt sich aus vielen Schwingungen zusammen. Wenn man den Grafen dreidimensional macht, wird der Zusammen- hang klarer (siehe Abb. 3.2 und 3.3, S. 26). Wie komplex das Zusammenspiel von Schwingungen und Wellen ist, siehst du am Beispiel der Übertragung einer Stimme durchs Radio: Die Schwingung der Stimmbänder erzeugt eine Schallwelle, diese eine Schwingung der Mikro- fonmembran, und somit eine elektrische Schwingung. Sie wird mit der Trägerschwingung überlagert und als modu- lierte Welle durch den Raum übertragen. Im Empfänger- schwingkreis kommt es zu Ladungsschwingungen, die über einen Lautsprecher wieder in Schallwellen umgewandelt werden. Diese bringen wiederum dein Trommelfell zum Schwingen (Abb. 10.8). In der Schnecke kommt es dann zu einer Fourier-Analyse (siehe Kap. 2.5, S. 23). Ganz schön kompliziert! i Abb. 10.7: (siehe auch Abb. 3.2 und 3.3, S. 26) Abb. 10.8: Für das Hören wichtige Teile im Ohr. Der Steigbügel setzt am ovalen Fenster an, das bereits ein Teil der Schnecke ist. Weil bei AM die Information in der Amplitude liegt, kann im Radio der ursprüngliche Ton nicht mehr exakt rekonstruiert werden (Abb. 10.4 e und f). Kurz gesagt: Stimme und Musik klingen verzerrt und krächzend. Eine FM-Welle lässt die Stö- rung der Amplitude jedoch kalt. Daher werden alle Musik- sender, bei denen die Qualität der Übertragung wichtig ist, ausschließlich frequenzmoduliert ausgestrahlt. Diesen Fre- quenzbereich nennt man auch UKW (Ultrakurzwelle; F4 ). Auf der anderen Seite ist aber die Bandbreite (Abb. 10.6) bei AM geringer als bei FM. Das bedeutet, dass man in einem Frequenzbereich wesentlich mehr Sender unterbringen kann. Daher wird AM im Sprechfunk eingesetzt, bei dem man viele Kanale benötigt, die Qualität der Stimme aber keine so große Rolle spielt (Tab. 10.1), etwa beim Flugfunk. Info: Schwingung – Welle Info: Bandbreite 1 + Bandbreite 2 -> S. 92 Frequenzbereich Bandbreite Beispiele für Einsatz AM 300 kHz– 30 MHz 9 kHz Amateurfunk, Flugfunk, Sprechradio (Kurz- und Mittelwelle) FM 88 MHz– 108 MHz 180 kHz „normales“ Musikradio 400 kHz Musikradio mit Radio Data System (RDS) Tab. 10.1: Frequenz-Richtwerte für AM und FM. Experiment: Radiowellen Bandbreite 1 Die Antwort auf F6 ist etwas überraschend, aber wenn ein Radio auf nur eine Frequenz beschränkt ist, kann es gar nichts empfangen. Bei einem Sender ist zwar die Trägerfre- quenz angegeben, etwa im Raum Wien bei Ö3 99,9MHz. Aber jeder Sender braucht in beide Richtungen etwas Platz (Abb. 10.6). Das nennt man die Bandbreite (siehe Tab. 10.1). Wie kommt es dazu? Bei FM ist das einfach zu verstehen. Die Information liegt ja in der Frequenzänderung (Abb. 10.4 c unten). Keine Frequenzänderung bedeutet, dass keine Information übertragen wird, und das Radio bleibt stumm. Aber warum gibt es bei AM eine Bandbreite? Dabei ändert sich die Trägerfrequenz ja nicht? Denke an eine Schwebung (Abb. 10.9 a; siehe auch Abb. 2.32, S. 20; F5 ). Dabei überla- gern sich zwei Schwingungen mit ähnlicher Frequenz. Eine Amplitudenmodulation sieht ähnlich aus (Abb. 10.9 b). Da- mit sich die Amplitude ändern kann, muss sie zumindest aus zwei überlagerten Frequenzen bestehen. Im Realfall überlagern sich aber viele Frequenzen, und diese ergeben zusammen die Bandbreite. i Abb. 10.9 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv