Empfänger-IC
UKW-Empfang mit Miniantenne
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Antennengröße und Wirkungsgrad mit abstimmbarer Anpassungsschaltung
Maximale Antennengröße
Um das Rundfunksignal im Empfänger verarbeiten zu können, muss die Antenne so viel Energie wie möglich aus der elektromagnetischen Welle erhalten und diese effektiv in eine Spannung umwandeln. Die Menge der gesammelten Energie wird durch den Platz und die Größe der Antenne in tragbaren Geräten eingeschränkt. Bei den herkömmlichen, per Kopfhörerkabel realisierten Monopolantennen kann die Länge bis zu einem Viertel der Wellenlänge des UKW-Signals betragen – ca. 1 m. Sie empfängt genug Energie, um daraus eine Spannung zu erzeugen, die sich dann in der Eingangsstufe verwenden lässt. Daraus folgt, dass es bei dieser Antennenbauart weniger wichtig ist, den Wirkungsgrad der Antenne zu maximieren.
Da tragbare Geräte immer kleiner und dünner werden, ist der Platz für eine integrierte UKW-Antenne sehr beschränkt. Um bei kleineren Antennen nicht die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen, kommt es deshalb vor allem darauf an, den Antennenwirkungsgrad η zu verbessern.
Maximaler Wirkungsgrad mit abstimmbarer Anpassungsschaltung
In den meisten Ländern erstreckt sich das UKW-Rundfunkband über den Frequenzbereich von 87,5 bis 108 MHz. Lediglich in Japan liegt es bei 76 MHz bis 90 MHz, und in einigen osteuropäischen Ländern beginnt es bei 65,8 MHz und geht bis 74 MHz. Um alle UKW-Bänder weltweit abzudecken, ist für einen UKW-Empfänger eine Bandbreite von 40 MHz erforderlich.
Herkömmliche Empfänger stimmen die Antenne auf eine feste Frequenz, die Mittenfrequenz des UKW-Bandes, ab. Da der Wirkungsgrad einer Antenne (siehe Gl. 4) jedoch eine Funktion der Frequenz ist, erreicht er seinen Maximalwert nur bei der Resonanzfrequenz. Der Wirkungsgrad sinkt, je weiter die Frequenz von der Resonanzfrequenz entfernt ist. Da für den weltweiten Einsatz eines UKW-Empfängers eine Bandbreite bis zu 40 MHz verarbeitet werden muss, sinkt der Antennenwirkungsgrad erheblich bei den Frequenzen an den Bandenden.
Bild 2 zeigt den Wirkungsgrad zweier Antennen – Monopolantenne (Kopfhörerkabel) und kurze Antenne – mit fester Resonanz in der Mitte des Bandes (98 MHz). Der höchste Wirkungsgrad wird bei 98 MHz erzielt, zu den Bandenden hin nimmt er aber schnell ab. Für die längere Kopfhörerkabelantenne wirkt sich dies weniger dramatisch aus, da sie lang genug ist, um genügend elektromagnetische Energie zu sammeln und über den gesamten Frequenzbereich ausreichend Spannung an die Eingangsstufe abgibt.
Die kurze Antenne sammelt im Vergleich dazu weniger Energie. Ihr Wirkungsgrad verschlechtert sich auch wesentlich deutlicher, je weiter sich die Empfangsfrequenz von der Resonanzfrequenz entfernt. Grund für den starken Wirkungsgradrückgang einer kurzen Antenne ist ihre höhere Güte Q im Vergleich zur längeren Antenne.
Die Güte Q ist proportional zum Verhältnis der im Antennen-Resonanznetzwerk gespeicherten Energie zur verlorenen oder abgestrahlten Energie pro Zeiteinheit. Für die Antennen- Ersatzschaltung aus Bild 1 mit einem Resonanznetzwerk gilt für Q:
(5) 
Eine Kopfhörerkabelantenne weist aufgrund ihrer größeren Länge einen höheren Strahlungswiderstand RS als eine kurze Antenne auf. Dies führt bei der langen Antenne zu einer geringeren Güte Q. Die Güte einer Antenne hängt auch mit der Bandbreite der Antenne zusammen:
(6) 
Dabei ist fr die Resonanzfrequenz und B die 3-dB-Bandbreite der Antenne. Eine kurze Antenne mit hoher Güte hat im Vergleich zu einer langen Antenne eine kleinere Bandbreite B. Damit erhöhen sich die Verluste an den Bandenden.
Um den Nachteil durch die Bandbreitenbegrenzung einer Festresonanz- Antenne mit hoher Güte zu umgehen, lässt sich mit einem abstimmbaren Resonanzkreis die sonst auf Bandmitte fixierte Resonanzfrequenz über den gesamten Empfangsfrequenzbereich abstimmen. Damit befindet sich die Antennenschaltung immer in Resonanz und bietet somit bei jeder Empfangsfrequenz die höchste Empfindlichkeit. Mit einer sich selbst abstimmenden Antenne wird ein höherer Signal- Rausch-Abstand erzielt, da der Gewinn der in Resonanz arbeitenden Antenne die Rauschzahl des Empfängers verringert. Die hohe Güte der integrierten kurzen Antenne hilft, Interferenzen zu filtern, die durch Mischung mit Oberschwingungen des Oszillators entstehen können.
- UKW-Empfang mit Miniantenne
- Antennengröße und Wirkungsgrad mit abstimmbarer Anpassungsschaltung
- Empfänger-IC mit abstimmbarem Anpassungsnetzwerk
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